JPS58150075A - ウインドミルのベ−ン設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発電機等を駆動するウィンドミルに真し、％に
長手軸に回転可能なベーン又はウィングを風の方向に対
して最適角変に設定する装置に係わる。各ベーン／ｆｉ
ロータに対して個々に回転可能に支持されており、すべ
てのベーンは共にヒンジ結合手段によって中央締結部に
結合されている。

回転可能なベーンの風の方向に対する最適位置を論する
場合、ベーンの基準線に対して風の相対導入角が変化し
た時に変化すゐ、リフト、抵抗。

動力および結合特性に相轟するディメンジーンのない係
数ＣＸ、、ＣＤ、　Ｃν、　Ｃｗの特質を参照する必要
がある。

体止位ｔ＜あるウィンドミルが始動する際の始動カップ
リング特性を向上し１発電機の過負荷に対してウィンド
ミルを保護し、更に過変の速度や非常な高速に対してウ
インドミｈを保護するために、すべてのウィングの形状
に対して有効な上記特性が利用される。

本発明は％に、駆動シャフトの長手方向に沿って生ずる
これらの軸方向の力が吸収されかつ調整可能なベーンの
配置がプログラムされた信頼性のあるユニットで行なわ
れるこの種のウィンドミル用の装ａｔ−提供することを
目的とする。

このため、ベーンがヒンジ結合される上記締結部は、そ
の長手軸に沿って的後に移動可能な制御シャフトに固定
され、この制御シャフトの前記移動により、上記中央締
結部ととンジ軸との間の前記とンジ結合部を介してベー
ンの回転が行なわれ、前記ヒンジ軸は各ベーンの長手軸
九対して偏心してそのベーンの脚部に位置している。

本発明の１つの特徴的構成によると、＃記制御シャフト
はギヤボックスの中空シャフトｖｃｌｉ！ｉｌ定的に連
結されると共に、ロータから突出したその１部がベアリ
ングハウジングとして構成されたカップリング部の内部
に位青し、このカップリング部は前記制御シャフトの延
長部に存在するピストンロッドに連結され、＠記ベアリ
ングハウジングはウィンドミルの固定構成部材と前記ギ
ヤボックス中空シャフトとの間にあり、該中空シャフト
はローｐＶｃ連結され、もって繭記制御シャフト、従っ
てそれに連結された締結部の移動によりベーンの角度位
置を設定するようにした。

ｉた、本発明によれば、ピストンロッドＦｉ液圧で制御
され、シリンダ内のピストンのいずれかのｌＩＫかけら
れる前記液圧の変化は、例えばウィンドミル休止位置で
の始動カップル、最適回転速賓を越見る発電機の過負荷
、ウィンドミルの非常に高速変の発生等の各種のバラメ
ー／に基づいて制御され、更ｒｃａ記シリンダはすイル
圧力ポンプに取９付けられたオイルラインに接続され、
義すイルラインにＦｉ的記液圧変化を行なわせるバルブ
が設けられている。

以下、添付図１１’ｉに示した実施例に基づいて本発明
の詳細な説明する。

まず最初、本発明に係わる装ｆＩＩについて詳しく説明
する岐に、上述の形式のウィンドミルの回転可能なベー
ンを所望の最適位置に設定するための基本をなす現象に
ついて説明する。

図において、各種のパラメータを次のとおり定義する。

■Ｗ：凰速 Ωｒ：ペーンの周速蜜 Ｖｒｅｌ　Ｓ風の相対導入速度 ぎＡ：最適相対導入角度 導入角として知られる角１ｉｆｔベーンの基準線に関し
て測定される。このことは第１図において。

角１ｇがベーン又はウィングＷの基準線ｒと風の方向に
対石する直１ＩＩｒ′との間で測定される場合に明瞭で
ある。この角度はウィンドミルを始動する時最適の導入
角でないと定められる。始動カップル管体止位雪のウィ
ンドミルと共に増加することを望む場合、第２図に示す
ように、ウィングＷの基準ｇｉｒｔ同ウィングの基準線
ｒＩ　ｆで持って来ることが必要である。Ω・ｒ二ｏｇ
ついて１位置ＡからＢまで（第２図）ウィング又はベー
ンを回転すると、係数ＣＬが増加し、ベーンの始動力。

プルが増加することは明らかである。

凰速か通常の値より高い時、＃記ベーンＷ（１８３図）
は角度ａ＾の位ｆＫとどまり、雫、力は第３の力に基づ
いて風速に従がう。従って１発生した電力は許容最高値
より高くなる可能性がある。従って、ベーンＷは位置Ｗ
／（第３図〕へ移動せざるをえない。この結果、　ＣＬ
、ＣＤおよびＣｐ　　が低下する。これによって、ｅｌ
Ａの値により発生する電力の値を制限することができる
。

高い風速によりロータの回転速度が高くなりすぎ死時１
機械的構造又は構５！部材に重大な破損を生ずることが
ありうる。第Ｓ〜から明らかなこれらの特性を使用する
ことにより、リフト係数もまた減少し、これにより回転
速度の制限を行なう。

風速が非常に高くなった場合、ベーンはいわゆる羽根位
［ｔで回転せざるｔえない、この羽棟位ｆｌｔ第４Ｊｌ
に示している。ベーンがこの位置まで回転した時、リフ
トおよび抵抗係数差びにその結果の力＃′ｉ最小となる
。その結果、ロータの周速度が低下し、かつベーンおよ
びそれに連結された機械構成部材の負荷が小さくなる。

上述のような角度変化を得るために、すべてのベーンは
その長手軸まわりに同期して回転しなければならない。

これによって１次の条件が満たされなければならない。

ベーンはロータ又はロータヘッドにそれぞれ４１々に支
持されなければならない。

ベーンはこれらのベーンがそれぞれ他のパラメータから
は独立して風に対して同じ位置となるように相互に連結
されなければならない。

所望のベーン回転全保証するコントロールユニットが設
けられ、ベーンに所！ｌΩ修正を与えることのできるす
べてのパラメータを測定し、検出するモニターユニ、ト
が設けられなければならない。

第５図に長手方向断面で図解的に示す如く、まｆｅ１ｆ
ｌ圧制御の実際の実施例をｊｆ！６図に示す如く、上述
した既知のパラメータに基づいて前記ベーンの回転が保
証される。

装置のこの位ｍｔｖ、ｓａに示しており、ベーン１がど
のようにロータヘッド３上の長手軸２着わりに回転可能
に取Ｖ付けられているかｔ示している。ベーン１Ｆｉそ
の脚部１′がリンクベアリング４によってロータに対し
て回転可能に取り付けられている。ヒンジ結合部５によ
って各ベーンが偏心ヒンジ軸６に連結されかつアーム７
にヒンジ軸８によって中央締結部９に結合されている。

この締結部９は制御シャフト１０に固定さ力てぃ＾。ロ
ータヘッド３を貫通して外部へ突出している制御シャフ
ト１０の端部はスピンドルシャフト１１として形成され
ており、このスピンドルシャフトはスプラインテー−プ
１２に対して摺動するが回転けしないようになりている
。

従って、制御シャフト１０ｑそれに結合された締結ｓ９
およびロータヘッド３と共に回転するが。

ｔ＋その長手軸に沿って的後に摺動することもできる。

このようなｉきによシ、ベーン１の位ｔに関して直接の
作用があり、これらのベーンは風の方向に対して同期的
に同じ付着をとる。

制御シャフト１０の長手方向の運動會液圧的に作用させ
るために、−万において制御シャフト１０の長手方向に
沿って発生する力を吸収し、他方において後に詳述する
ように公知のパラメータに従ってピストンを液圧的に作
用させることにより同シャフト１０の非常に信頼性のあ
る制御管可能ならしめる。

制御シャフト１０の長手方向の移動に対する作用？可能
ならしめかつ同シャフトの長手方向に沿った上述の力を
取り除くために、制御シャフト１０けギヤボックス１４
の中空シャフト１３に固定的に連結される。シャフト１
３はその長さ方向に沿って中空シリンダ状チャンバ１５
が形成され、その中にベルヴイレ・ワッシャ１６が支持
されている。これらのベルヴイレ・ワッシャ１６は一端
がシャフト１３の一部であるシリンダ状中空チャンバ１
５の底部に対抗し、その他端がリング１７に対抗してい
る。これらの部材は、ベアリング１８．１９と共に両方
向の圧カケ吸収するこさかで★る。

リンク１７およびベアリング１８．１９はカップリング
ｓ２０の内部！ｌｌ成部材であり、その外側１はペルヴ
イレ・ワッシ＃２１に対抗し、そのワッシャの他端はウ
ィンドミル構造の一部〒あ６国定部材２２に対抗してい
る。力、ブリング邪の内時１１には、制御シャフト１０
がベアリング１８．１９間のディスク状ヘッド２３と共
に保持されている、外側において、カップリング部２０
Ｆ′ｉその底部で本ってピストンロッド２４に同情され
ている。ピストンロッドの他端にはディスク状ピストン
が設けてあり、そのピストンは圧カシリンダ２６内部に
支持されている。

ピストン２５は液圧が圧力シリンダ２６のボートＡ又は
ボートＢのいずｆｌ、に存在するかに応じて左右方向に
移動することができる（単６図）。

上述から明らかなように、ピストンロッド２４の各［＃
運動にモータの回転に伴なってベーン１０回転運動に変
換することができる。

第６図から明らかなように、液圧シリンダ２６ｔｉｔ液
圧システム内部にＭＲり付けられ、この液圧システムは
オイルポンプ２７および一連のオイルラインを備え、こ
れらのオイルラインハ液圧シリンダ２６のボートＡおよ
びボートＢで終結している。

この装置の作用および液圧ダイヤグラムについて次の４
つの条件に基づいて詳しく説明する。

（１）　　ウィンドミルの休止位置 モータが休止位置にある時、液圧ピストン２３はベルヴ
イレｅワッシャ１６．２１の圧力により、力、プリング
部２０の両側の圧力が等しくなるような位置となる。、
１１！圧ピストン２３のこの位１１はベーン１の特定の
調整値に対応する。この状態は第２図に示すベーンの始
動位Ｗｅ決定する。ベーンがこのような位ｔにあるとき
、ウィンドミルに増加した始動モーメント２得、そして
軽い風とともに、既にゆっくりと回転する。回転速度が
零と異なる時点において、・（ルブ２８，２９が励起さ
れる。、第６図ではこれらの・（ルプが励起されていな
い状態會示している。〕（ルズブ２Ｂ、２を動作させる
条件については後述する。

（２）　　ベーンの回転速賓が調整値に達した時回転連
賓が斬定の１ｌｉｌＩ！整された値に達し、た時−この
速１ｆｒｔ十分な風のある等定の瞬間における測定値で
めるーパルプ３ＤのコイルＳ２が励起され、−万同時に
バルブ２８．２９が励起される。

ポンプ２７によって生じた圧力はノ（ルプ３０のボート
Ｐにかかり、従って液圧シリンダ２６のボートＡＫもか
かる。バルブ２８．２９の励起により。

液圧シリンダのボートＢＨ圧力開放側となる。これによ
りピストン２３Ｉ／ｉ右方向（第６図）に移電１し、ベ
ーンｌｌｌ１その最適ｙＩＡ部位貧まで回転する。

ウィンドミルは運ｗＪＬ１に増加しかつ所定回転速１１
に到達し、発電機は電力を発生する。仲１転速妾の増加
により、ウィンドきルはより強１に雪見的に負荷される
。

（３）発ｗｅが調整最小値に達した時 発生し九電力が特定の調整された最小値に達した時、バ
ルブ３０のコイル５２ｒｉもはや励起されず、従ってす
イルポンプ２７の圧力＠　Ｐ　Ｕ−’ルブ２８が励起さ
れているために圧力開放タンク３１ＫＩＩ続される。ポ
ンプ２７け圧力開放の動作ｔし。

これにより消費電力および壁擦熱の発生を最小にする。

ウィンドミルによって生ずる電力が風速と共に第３の力
により増加すると、この電力は風速のために発笥慢に前
記所定値以上により重く負荷をかける。

（４）電力が許容値を起えた時 電力が高くなりすぎた時点において、バルブ２８．２９
Ｉ／ｉもはや励起されず、−万バルブ３０のコイルＳ、
が励起される。ポンプ２７の圧力側は液圧シリンダ２６
のボートＢ側となる。そしてボートＡはバルブ２８，２
９１介してずイルタンク３１の圧力開放側となる。これ
により、液圧ピストン２３は左方向（第６図）に移動す
る。

（５）電力がｒＪＩ４整値より低下した時。

電力が十分低下した時点において、バルブ２８゜２９は
再び励起される。短かいパルスｔもったバルブ２８．２
９の制御により、速ｔｔ−調整し、液圧ピストン２３は
移動すると共にこのピストンが精確ＫＩＪ４整さ名る。

風速が再び上昇し電力が増加した場合はよ記（４）で述
べたプロセスが繰り返される。

（６）風速が低下した場合 実際に風速が低１すると、ベー７１は不適正な位置Ｋｔ
ｂりかつウィンドミルは低い効率で作動していることに
より、電力は低１する。このように風速が低）すると、
バルブ３０のフィルＳ２は、液圧シリンダ２６のポート
Ａが再び圧力側に来るまで再変励起さね、ピストン２３
は右方向（第６図〕へ移動する。ピストンのこのような
移動により、ウィンドミルが再び最適の効率で作動する
ように、ベーン１１！ｒ最適位置へ戻す。

（７）発電機の故障の場合 発電機の故障により１発生する電力が常に調整最小値よ
り小さくなることがありうり。この結果、オイルポンプ
２７の圧力＠は連続して液圧シリンダ２６のポートＡ側
となる。従って、ベーン１は最適位ｆｔｔで回転し、風
速とは関係なくその位置　　。

Ｋ保神慣れる。これにより、負荷のかかっていないウィ
ンドミル＃ｉたとえ風速が低ｉ場合でも速く回転しすぎ
ることとなり１機械的構造を破損する原因となりうる。

このような破損を防止するために、ウィンドミルの回転
速度がセンサによって連続的に測定される７発電機の故
障により、ある時点で回転速度が調整可能な最大値管越
えると、過圧制限バルブ３２を含むすべてのバルブが励
止される。圧力シリンダ２６のボートＢはバルブ３０の
流路を介してオイルポンプ２７の圧力側に接続され、−
万圧力シリンダ２６のポー）Ａｔ：ｔパルプ２８．２９
１に介して圧力開放タンクに接続される。

ピストン２３は左方向（第６図）へ移動し、ベーンはＷ
Ｘ４図に示す位Ｗｔで回転する。

ピストン２３および、ピストンロッド２４および制御シ
ャツ）１０ｔ−介してそれに連結されたベーン１は、ペ
ルヴイレ・ワッシャ２１の圧力がすイル圧力に等しくな
りそれに勝るまで移動する。

ベーンは回転面に対してほぼ３７６まで回転することが
可能であるので、ウインドミｈは風速６７嘴／秒にまで
達する風速に対して保護される。

故障が治るまでの間は各種バルブは励止されｔままであ
り、ウィンドミルは手動で回転状ｌＩＩに戻されている
。始動時点において、ベーンは上記（１）で述べた第２
図に示す位置へ戻る。ウィンドミルの回転計が故障り、
ている場合、ウィンドミルが回転していても零連ｉｔ−
測定することとなる。これによってウィンドミルが高す
ぎる速度で回転されるのを防止するため、バルブ２８　
、２．９’、’３０１；Ｊ励起されない。

これにより、圧力は圧力シリンダ２６のボートＢに連続
的にかけられて２９．ベーンｔ＠４図に示す位置まで回
転させる。

回転速度が零と異なる時、バルブ２８．２９は励起され
、ウィンドミルは再び定格で作動する。

（８）液圧ポンプ、ラインの故障、又はバルブ漏れの場
合 液圧ポンプ２７．ｌｌ［圧ラインに故障が生じ父は１つ
のバルブに″漏れが生じた場合、圧力シリンダのポート
ＡおよびポートＢにおけ゛る圧力がＩ＃−トする。これ
によりピストン２Ｓｆ：ｔベルヴイレ・ワッシャ１６に
よっていわゆる中央位ｆｉｌまで押し戻され、ベーン１
は始動位［（弔２図）まで移動される。これにより、ウ
ィンドミルは風速４５ｍ／秒Ｋまで達する風速による過
大連変に対して保護される。

このようＫばね１６．２１Ｖｉ一連の利点を提供する。

そのうちのいくつかは上述し穴が、以下にその利点を要
約する。

ばね１６は風速４５ｍ／秒以上のすべての条件の下でウ
ィンドミルを保護する。

ペルヴイレ・ワッシャ１６，２１け、故障してはいるが
力の一部分が失なわｈている場合に有利である。−万、
コイルスプリングを用いると、スプリング力は完全に失
なわれてしまう。

ウィンドミルが適正に作動しｔいる時、ベルヴイレ・ワ
ッシャ１６の圧力は２，９トンにまで達することがあり
うる。この力はギヤボックスの中空シャフト１３ｔ！Ｉ
Ｊ方に押し、−万ロータ３にがかる風力は反対方向に作
明する。これにより、ギヤボックスベアリングが過変の
荷重管費けないように風圧の一部が補償さね、る。従っ
て、ギヤボックスは摩耗が少なくなる。

本発明けよ述の実施例に限ずＡれゐものでになく、本発
明の範囲會逸脱することなく各種の変更をなすことは勿
論可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４ｒ５！４はベーンの可能な位置ケ図解的に
示した図であり、 第５図は本発明に係る装置の主要機械部分ｋｍ手軸方向
に図解的に示しｆＣ図であり。 第６図はウィンドミルのベーンケ最適位ｔ＃ｔに作用さ
せることのできるピストンおよびこれに連結されたピス
トンロッドおよび制御ンヤフト１動作させる液圧ダイヤ
グラムを示したものである。 １・・・・・・ベーン（ウィングツ、 ２・・・・・・ベーン軸、 ５・・・・・・ロータ、 ５・・・・・・ヒンジ結合手段。 ６……ヒンジ軸。 ！・・・・・・中央締結部。 １０・・・・・・制御シャフト。 １３・・・・・・中空シャフト。 １４・・・・・・ギヤボックス、 ２０・・・・・・カップリング部、 ２４・・・・・・ピストンロッド。 特許出願人 ヨス　ハイヤン　（外１名） 特許出願代理人 弁理士　　育　　木　　　　朗 弁理士　　西　　舘　　和　　之 弁理士　　樋　　口　　外　　治 弁１士　　山　　口　　昭　　之 ＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　長手方向の軸まわりに回転可能なウィンドミルの
   ベーン又はウィングを風の方向に対して最適な角変位Ｗ
   に設定する装置てあって、各ベーンはそれぞれ個々に回
   転可能にロータに支持されておｐかつすべてのベーンは
   共にヒンジ結合手段により中央締結部に連結嘔れており
   、＠記締結部（９）は制御シャツ）（１０）に固定され
   、該シャフトはその長手軸に沿って移動可能であり、制
   御シャフト（１０）のこのような移動により前記ヒンジ
   結合手段（５）を介して前記ベーン（１〕の回転が可能
   であり、＃ヒンジ結合手段は中央締付部（９）ととンジ
   軸（６）と０間に設けられ。 該ヒンジ軸は各ベーン（−１）の長手軸に対して偏心し
   て該ベーンの脚９Ｌ１’）に＊り付けられていることｔ
   −％徴とするウィンドミルのベーン設定装置。 ２、＃記制御シャフト（１０）Ｆｉギヤボックス（１４
   ）の中空シャフト（１３）Ｋ固定的に連結されると共に
   、ロータ（３）から突出したその地部がベアリングハウ
   ジングとして構成されたカップリング部（２０）の内部
   に位置し、このカップリング５ｄ帥記制御シヤフ）（１
   ０）の延長部に存在するピストンロッド（２４）に連結
   され、前記ベアリングハウジングはウィンドミルの固定
   構成部材（２２）と前記ギヤボックス中空シャフト（１
   ５〕との関にあり、咳中空シャフトはロータに連結され
   、もって前記制御シャフト（１０）、従ってそれに連結
   された締結部（９）の移動によりベーン（１）の角度位
   置を設定するようにした特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ＆　前記ピストンロッド（２４）から離れた偶の前記制
   御シャフト（１０）の地部はスピンドルシャフト（１ｔ
   　）として形成されＳ＃記ロータ（３）のスプライフチ
   ２−プ（１２）内に摺動自在にかつ回転不能に嵌合され
   ている特許請求の範囲第１項又は１ｇ２項記載の装置。 未　カップリング部（２０）＃：ｔシリンダ状チ。 −ブとして形成され、その底部は帥記ピストンロ、ド（
   ２４）に固定連結され、−万ベアリングハウジングの内
   部に？−１ベアリング（１８，１９）が設けられ、これ
   らのベアリング間で制御シャフト（１０）の頭部（２３
   ）が保持されている特許請求の範囲９２項記載の装置。 Ｓ、帥記力、プリング部を、それらの間で受は入れる複
   数のばねはペルヴエレ・ワッシャである特許請求の範Ｓ
   第１項〜＄４項のいずれか１項記載の装雪。 瓜　ピストンロッド（２４）は液圧で制御され、シリン
   ダ内のピストンのいずれかの側にかけられる前記液圧の
   変化は、例えばウィンドミル休止位置での始動カップル
   、最適回転速度管越える発電機の過負荷、ウィンドミル
   の非常に高速変の発生等の各種のパラメータに基づいて
   制御され、更に前記シリンダはオイル圧力ポンプＫＪＩ
   ＩＩり付けられ九オイルラインに接続され、鋏すイルラ
   インには前記液圧変化を行なわせるバルブが設けられて
   いる特許請求の範囲第１項〜第５鷹のいずれが１璃記載
   の装雪。 ７、　　＠記バルブは遠隔操作電磁バルブであり、これ
   らのバルブの設定により前記液圧シリング内部のオイル
   圧バランスを作用せしめ、これらのバルブは蓄積された
   情報に基づいて制御される特許請求の範囲第６項記載の
   装置。