JPS59183085A - ロ−タの回転速度制御装置を備えた風車 - 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】 この発明は、ロータの回転速度制御装置を備えた風車に
関するものである。

周知のように、複数のブレードを備えたロータの回転に
よってそれに作用する風のエネルギーを他の電気的また
は機械的エネルギーに変換する風車においては、ロータ
の回転速度が風速に応じて変動するため、強風になると
その回転速度およびトルクが増加し、風車に接続した負
荷側に悪影響をおよぼす。

このため従来では、風速の変化に対してグレードのピッ
チ角、すなわちブレードの平面とブレードの回転面との
なす角を変更してロータの回転速度を制御している。こ
の制御手段として電動力、油圧力等を利用したものがあ
るが電動力、油圧力等の装置を作動するために消費され
るエネルギーが大きく、また負荷側から制御に必要な信
号や動力を供給しており、装２が複雑となっている。

この発明はこのような実情を背景としてなされたもので
、その目的とするところは、ロータハブ内にロータの回
転による遠心力で作動する回転速度制御装置を設け、こ
れにより回転速度を自動的に検知しヒステリシスをたど
ることができるピッチ角変換を負荷側と独立して行ない
装置６を単純化し、コストの低減と信頼性を向上させ、
またロータの回転速度制御装置を負荷側と独立させるこ
とによりブレードをシーソー状ｙＥで支持することが可
能で風折に対する方向安定性、効率の向上を図ることが
できるロータの回転速度制御装置を備えた風車を提供す
るにある。

この発明は、前記目的を達成するために、ロータハブ内
に永久磁石を備えたフライウェイトを遠心力によりスプ
リングに抗して移動可能に設け、このフライウェイトは
リンク機構を介してピッチ角変換可能な前記ブレードに
連結され、ロータの回転速度が所定値以上になると遠心
力により前記フライウェイトを移動してピッチ角変換を
し定回転に制御し、過回転時にはフライウェイトを前記
永久磁石の吸引力により移動状態に保持して高いピッチ
角に維持し、低回転に移行するとスプリング力により永
久磁石の吸引力が解除され設定のピッチ角に復帰するよ
うになしたことを特徴としている。

以下、この発明を図示の一実施例に基いて説明する。風
車のタワー１の上部には、ナセル２が水平方向に回転可
能に設けられている。そして、ロータハブ３とこのロー
タハブ３にピッチ角変換可能に設けた二枚のブレード４
とからなるロータ５が、前記ナセル２に回転可能に設け
られた回転軸６に、取付部材−７により一体回転可能に
支持されている。そして回転軸６は、ベベルギヤ（図示
せず）を介してタワー１に内装した出力軸８に連結され
、ロータ５の回転出力をタワーｌの下端に設けた負荷側
Ｆに伝達する。負荷側Ｆはブレーキ９、遠心クラッチ１
０、負荷１１とから構成される。この実施例では負荷１
１に発電機を用い、ロータ５に作用する風のエネルギー
を回転エネルギーとして発電機に伝達し、ここで電気エ
ネルギーに変換している。負荷１１には、その他オルタ
ネータ、同期発電機、誘導発電機があり、またメカニカ
ルなものとしてヒートポンプ、揚水ポンプ等が用いられ
る。

前記ロータハブ３は、一対のブレード取付軸部３ａと制
御装置収納軸部３ｂとが略十字形に形成され、その交差
中心が回転軸線Ｏと一致している。そして、この一対の
ブレード取付軸部３ａは風車の後方側に若干傾斜してコ
ーニング角αが設定され、支持軸部４ａを回転可能に支
持したブレード４が風下側に向って所定角度傾斜してい
る。これにより風の方向が変ると、ブレード４は変った
側に強い風圧を受け、ロータ５が風下側に向いて風折変
化に対して円滑に追随し、方向安定が保たれ常に大きな
出力を出せる。

前記一対の制御装置収納軸部３ｂは、ブレード取付軸部
３ａと直交して設けられており、その内部にはロータの
回転速度制御装置Ｒが設けられている。すなはち、その
内部には永久磁石１２を備えた固定体１３が外側に、ま
た同様に永久磁石１４を備えたフライウェイ）１５が内
側にそれぞれ配設されている。前記両永久磁石１２．１
４は所定の距離を隔てて対向しており、固定体１３とフ
ライウェイト１５との間には設定荷重のスプリング１６
が設けられている。この一対のフライウェイト１５は、
それぞれブレード取付軸部３ａにベアリング１７を介し
て回転可能に設けられたブレード４の支持軸４ａに、リ
ンク機構りにより連結さている。第２図および第３図に
おいて下側に位置するブレード４にはし八−１８が固定
され、これに両側に配置したフライウェイト１５．１５
の支持ピン１９．１９にロッド２０．２０を介して連結
される。−力士側に位置するブレード４には１／／＜−
２１が固定され、これに前記ロッド２０．２０より上方
で支持ビン１９　、１９　ニロンド２２．２２を介して
連結されている。これによりフライウェイ）１５．１５
が遠心力で離れる方向へ移動すると、第３図において下
側のし／＜−ｔａは反時計方向へ、」二側のし八−２１
は時計方向へそれぞれ回転してプレート４，４を矢印方
向へ所定角度回転する。前記スプリング１６の設定荷重
は、ロータ５が所定の回転速度で回転している時には、
フライウェイト１５に遠心力が働いても固定体１３方向
の移動は発生しないようになっている。そして風速が−
ヒリ遠心力が大きくなると、スプリング１６に抗してフ
ライウェイト１５が固定体１３方向に移動する。これに
より、一対のブレード４はそのフライウェイト１５の移
動量に応じて回転しピッチ角変換が行なわれ、ロータ５
の回転速度を−にに制御する。風速がさらに上りピッチ
角が設定限度を越えると、フライウェイト１５は移動量
が大きくなり、永久磁石１２．１４の吸引力により急速
に固定体１３方向に移動して高いピンチ角でラッチする
。これによりブレード４の平面は、風折に対して平行に
近くなり、風を逃がすフェザーリング状態を維持し過負
荷厘転を防止する。そして風速が低下してロータ５の回
転による遠心力が弱くなると、スプリング１６のスプリ
ング力によって永久磁石１２．１４の吸引力が解除され
、ライウェイト１５は元の位置に戻り、プレート゛４は
設定のピッチ角に復帰する。　前記ロータハブ３０制御
装置収納軸部３ｂは、回転軸６に固定した取４１部材７
に、シーソー状態に支持され、ブレード４が風折の変化
する強い風を受けると、その方向に揺れて逃げ、安定性
を保つ。この取付部材７は一１三下対称位置に設けた支
持腕部７ａで、プレート取付軸部３ａ、３ａを挟み固定
具７ｂで固定して、支持点を偏位して設けられ、風を受
でより−・層シーソー状ｙＥになりやすいようにしてい
る。

次にこの実施例の作動を説明する。風速がでてくるとロ
ータ５は、回転トルクを生じ回転を始める。この起動時
には、ロータ５の回転速度が零であるから、ブレード４
をロータ５の回転トルクが大きいピッチ角に設定する必
要があるか、ピッチ角を小さく設定しくＡ領域）、負荷
側を遠心クラッチ１０により負荷１■と切断し、小さい
回転トルクで起動できるようになっている。そして、ブ
レード４が回転を始めると、ピッチ角が小さいため、風
のスラスト荷重を受でロータ５の回転速度は、急速に上
昇する。これにより、遠心クラッチ１０が作動して負荷
１１と接続されて定回転の運転状態（Ｂ領域）に入る。

この定回転域までは、風力を最大限に吸収できるピッチ
角に設定される。

風速が大きくなり、ロータ５の回転力があるレベルに達
すると、フライウェイト１５に遠心力による移動力が生
じスプリング１６に抗して固定体１３の方向へ移動する
。これにより、ブレード４はそれぞれレバー１８．２１
に連結したロッド２０，２２を介して引っ張られて回転
しピッチ角変換が行なわれて大きいピッチ角に調整され
、風力を逃がして定回転、定出力状態を維持する（Ｂ領
域）。

′　次にロータ５の回転速度がさらに上昇していくと、
フライウェイト１５が遠心力により固定体１３方向へ移
動していき、ピッチ角が＋ｎｒ１次大きいピッチ角に変
換され、ロータ５の回転速度の上昇を防止する。ところ
が、ピッチ角か限度を越えると、フライウェイト１５が
永久磁石１２．１４の作用により吸引されて、大きいピ
ンチ角でラッチされる。したがって、ロータ５の回転速
度は低下（Ｃ領域）し、その後は風速が上がってもロー
タ５の回転速度は僅かに比例して上昇するフェザーリン
グ状、１（１）領域）に入る。

そして、風速が弱くなると、ロータ５の回転速度が低下
して遠心力が小さくなるので、スプリング１６のスプリ
ング力が、永久磁石１２゜１４の吸引力と遠心力との和
より大きくなり、フライウェイト１５はスプリング力に
より押もどされ、元の位置に復帰しラッチ状態は解消す
る（Ｓ地点）。これにより、設定のピッチ角になり、再
度回転速度が上昇しくＥ領域）で所定の回転速度（Ｂ領
域）の定回転制御の状態に復帰する。このように、この
ロータの回転速度制御装置Ｒは、ロータ５の回転速度を
検知してヒステリシスをたどることができる制御を自動
的に行なう。

なお、この実施例に示すロータ５の回転速度制御装置Ｒ
は、自動二輪車等のエンジンの回転速度を制御するガバ
ナとしても同様に実施できる。すなわち、エンジンと連
動する回転軸にロータの回転速度制御装置を設け、フラ
イウェイトの移動により回動される回転軸を燃料供給装
置に連結し、エンジンの回転速度を検知してフライウェ
イトの作動により燃料の供給量を自動的に制御するよう
にする。

この発明は以上のように、ロータハブ内に遠心力で作動
するフライウェイトを設け、永久磁石とスプリングの作
用により、ヒステリシスをたどることができるピッチ角
変換がロータの回転速度を検知してできるようにしたか
ら、ピッチ角変換が簡単な構造で、ロータハブ内で負荷
側と独立して自動的に行なうことができ、装置の単純化
が図られ、コストの低減と信頼性が向上する。また、ピ
ッチ角変換を負荷側と独立して行なうことにより、簡単
な構造でロータハブをシーソー、状態に支持でき、ロー
タの方向安定性、効率の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す風車の斜視図、第２
図はロータの回転速度制御装置の一部断面斜視図、第３
図はロータの回転速度制御装置の断面平面図、第４図は
風速とロータの回転速度との関係を示す図である。 ３・・・ロータハブ　　４・・・ブレード５・・・ロー
タ　　６・・・回転軸　　７・・・取イ・１部材１１・
・・固定体　　１２．１４・・・永久磁石１５・・・フ
ライウェイト　　１６・・・スプリング１８．２１・・
・レバー　　２０．２２・・・ロッド特　許　出　願　
人　　ヤマハ発動機株式会社第３図 ８ 第７１図 μ（、珠−−−−〉 昭和５８づｌ−７Ｊｌ　６１’１ ４．７竹庁Ｔら官　名　杉　和　夫　殿］　゛）１件の
表示 昭和５８年４．νｉＥ’ｌにｆ１第５６５２７号２　発
明の名称　　ロータの回転速度制御３１１装置を備えた
風車３　ン市ｊトをする者 小ぞ１どの関係　　’ｌ’Ｆ　ｉｉ’１出願人住所　静
岡県磐１ｎ市Ｗ１貝２５００番地氏名　（ＡＯ７）ヤマ
ハ発動機株式会社４　代理人〒１５１ 住所　東京都渋谷区代々木２丁目２３番１号６　補ｉ１
Ｅにより増加する発明の散 ７　補ｉＦの対象　明細１１子の発１」１の訂細な説明
Ｊプよび図面の簡単な説明部７１１第３頁イ目Ｏ行の「
風折」を「風向」とｒＩ　ｉｆする。 ２回、１：第４頁第１行の「過回Φｌ；時にはＪを［過
回転（１冒ずなわち風向下においてロータ出力か過大と
なり、ビ、チ角変換による）；テ回転制御が不ｉｉ（能
となる時には」と訂１１：、する。 ３回出第５頁第３行の「その他」を削除し、回↓°ｔイ
５１６行の「風折」を［風向ｊと訂１１′、する・４　
、　＋ｒｒｉ　ｒｒシ第６頁第２行の「すなほち」を「
すなわち」と訂正する。 ５　）ｉ７１１；１　ｆｉ５６頁第５行の「ライウェイ
ト」を「フライウェイト」と訂正し、同頁第９行の「風
折」を「風向」と訂正する。 ｅ　、　Ｉ’ｌ　ｔ’！：第１１頁第４行の「行なう。 」を［１１ない、この制御Ｊ１１による風・ＩＴ辻転シ
ーゲンスとピンチ角との関係を第４図に示す。第４図（
こおいて、実線はロータの回Ｉｌす、速度を、−・点鎖
線はロータ出力を示している６」ど訂１１：する。 ７回：１；第１２頁第１１行乃至第１２行の［第４図は
風速とロータの回転速度との関係を示す図］を「第４図
は風車運転シーケンスとピンチ角との関係を示す図」と
訂正する。 ８、第４図を別紙添付図面の通り訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のブレードを備えたロータの回転によってそれに作
   用する風のエネルギーを他の電気的または機械的エネル
   ギーに変換する風車において、前記ロータハブ内に永久
   磁石を備えたフライウェイトを遠心力によりスプリング
   に抗して移動可能に設け、このフライウェイトはリンク
   機構を介してピッチ角変換可能な前記ブレードに連結さ
   れ、ロータの回転速度が所定値以上になると遠心力によ
   り前記フライウェイトを移動してピッチ角変換をし定回
   転に制御し、過回転時にはフライウェイトを前記永久磁
   石の吸引力により移動状態に保持して高いピッチ角に維
   持し、低回転に移行するとスプリング力により永久磁石
   の吸引力が解除され設定のピッチ角に復帰するようにな
   したロータの回転速度制御装置を備えた風車