JPS61197769A - 風力発電装置用出力制御装置 - Google Patents

風力発電装置用出力制御装置

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JPS61197769A
JPS61197769A JP60036597A JP3659785A JPS61197769A JP S61197769 A JPS61197769 A JP S61197769A JP 60036597 A JP60036597 A JP 60036597A JP 3659785 A JP3659785 A JP 3659785A JP S61197769 A JPS61197769 A JP S61197769A
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JP
Japan
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wind
arm
spring
wind power
power generator
Prior art date
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Pending
Application number
JP60036597A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoo Iwata
岩田 友男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP60036597A priority Critical patent/JPS61197769A/ja
Publication of JPS61197769A publication Critical patent/JPS61197769A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、風力エネルギーをロータで駆動する発電機に
伝達し発電をする風力発電装置に係り、特に、変動する
風速の下において風力発電装置に設けた尾翼の作用によ
り自動的にロータ回転面の向きを風速に応じ風向正面か
らずらしたり戻したすさせてロータの回転速度を制御し
、一定範囲内の電気出力を保持する出力制御装置に関す
る。
〔従来技術と問題点〕
風力発電装置のロータとして一般にプロペラが    
 。
多用されており、風速の変動対策手段としては、従来、
主として遠心力ガバナを利用した可変ピッ     ゛
チプロペラ方式、遠心ブレーキ方式、遠心クラッチ着脱
方式などによる制御機構があるが、これらは一般に構造
が複雑で構成部品が多く、したかって強度に難点があシ
、故障も発生し易くメンテナンスに手間と費用を要し、
製品も高価である等の問題点が多い。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明によれば、前記のごとき問題点を解決するための
手段として、ロータを有する風力発電装置の風下側に突
設されたアーム端部に設けられた垂直尾翼が、当該尾翼
を支持するアームの延長線を挾んで等角に対向した2枚
の板からなり、一方の板はアームに固定されており、他
方の板はアームに設けられたとンジを支点として所定範
囲内で回動可能にばねで保持きれたことを特徴とする風
力発電装置用出力制御装置が提供される。
〔実施例〕
以下、本発明に係る風力発電装置用出力制御装置の実施
例について、図面に基づき具体的に説明する。
第1図乃至第4図は本発明に係る第1実施例に基づく図
面、第5図はその作動を説明する図面であって、第1図
は本発明の第一実施例の出力制御装置Aを装備した風力
発電装置の全体構成を示す側面図、第2図は同平面図、
第6図は第1図の風力発電装置用出力制御装置Aの一部
破断拡大側面図、第4図は同平面図、第5図は風力発電
装置用出力制御装置の作動説明平面図である。
第1図および第2図において、ロータたるプロペラ1の
軸に連結された発電機2は回転台6に固定され、回転台
3は固定地盤に立設された支柱4に回動自在に支持され
ている。回転台3の側面にはプロペラ側の正反対側にア
ーム5が突設され、当該アームの端部に2枚の垂直尾翼
が設けられ出力制御装置Aが構成されている。
第6図および第4図において詳細を示されるごとく、出
力制御装置Aは、アーム5と当該アームの端部に垂直に
設けられたヒンジ6を軸としアーム5の延長線を挾んで
対称な角度θ1で設けられた所定範囲内で回動可能な可
動尾翼7と・アーム5に固定された固定尾翼802枚の
尾翼、ならびに尾翼支持具9、固定尾翼8と尾翼支持具
9の間に架設固定されたリプ10、可動尾翼7と尾翼支
持具9の間に圧縮可能状態でセyトされたばね11とか
らなっている。ばね11の両端は可動尾翼7と尾翼支持
具9にそれぞれ固定されている。
以上の構成となっているため、先ず弱風時には風力発電
装置のプロペラ1の回転軸は風向14に平行になってお
シ、したがってアーム5も風向に平行となっている。次
に、同一風向の下で風速が増加した時、2枚の各尾翼(
7および8)に作用する各尾翼面に垂直な風力成分が増
加し、これによシ可動尾翼7においてはばね11を矢印
12の方向に圧縮し、尾翼7はヒンジ6を軸に回転し初
めの設定角度θ1が挾まることによ92枚の尾翼(7お
よび8.)に受ける風圧差で押され、第2図に示す矢印
方向にアーム5は回転台6の一転中心点Pを軸に風抵抗
が減少する可動尾翼Z側に回転し、即ちプロペラ軸を含
む風力装置全体が回頭する。
この結果、自動的にプロペラ1の回転面は風向正面から
それて回転速度の過上昇が防止される。
また風速が減少し弱風となった時はばね11の反発力が
働き、前記と逆の作用によシプロペラ1の回転面は風向
正面に戻シ、発電装置は元の位置に復元する。
以上の経過は第5図に示される如く、風車の軸線13は
最初、弱風域において風向14と同一のPQ力方向あっ
たものが風速が増加した場合、可動尾翼7の角度減少(
θ1−02)によ!D PQ’方向に偏向してゆき、2
枚の尾翼(7および8)の外面に当る風力のPQ’延長
線に垂直な各分力が同一となった時、風車の軸線13′
は風向14に対し角度θ3で平衡する。風速が減少すれ
ば逆の作用で角度差(θl−02)が減少し風車軸線P
Q’が元の位置PQの方へ戻る。
なお、前記の記号を下記に説明する。
P:第1図の回、転台3の回転中心点  4Q:第1図
のヒンジ6の回転中心点 θl:可動尾翼7の弱風時における馬車軸線。
13となす角度、および固定尾翼8の風車軸線16とな
す固定角度 θ2:風車軸線16が03だけ角変位した時の可動尾翼
7の風車軸線16′となす角度で1、   θ1、θ2
と03の間の関係は次のようになる。
=8(θl−02) 次に、風速の変化による本装置の作動要点を図式によっ
て説明すると、第5図において、初め風速がVであると
き風車軸線13は風向14と同一のPQ力方向あり、2
枚の尾翼(7および8)の風車軸線となす角度は共にθ
!となっている。次に風速がΔVだけ増加しV+ΔVと
なったとき、可動尾翼7において風圧によシばね11は
変位Xだけ圧縮され、2枚の尾翼(7および8)に当る
風向14の風による風圧の不平衡力によシ支点Pを中心
に風車軸線13はPQ’方向に角度θ3だけ偏位して平
衡状態となることを示している。
このとき可動尾翼7が受ける風圧力FはF =7 ρ 
01人 (v +Δv)”sin θ3 ・=(1)で
ある。ここに ρ:空気密度 C1=風圧力係数 A:変動尾翼の面積(片面) また、Fはばねの圧縮力と約9合っているからF= k
x  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)であ
る。ここに に:ばね定数 X:ばねの変位(圧縮距離) L:可動尾翼のヒンジ中心点からばね取付点までの距離 X中L sin (θl−θ2)・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(3)であるから、(2)式の
Xに(3)式を代入して次式を得る。
F=kLsin(θ1−θ2)・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(4)前記の(1)式と(4)式のFは
平衡している故に等しいから、次式を得る。
上ρCIA(v+Δv)2sinθ3 = kL 5i
n(θ1−θ2)−(5)前記の03=+(θビθ2)
の関係よシ右辺はkLsin2θ3となる。ここで 2 p CI A (v+Δy)2=αkL =β と置くと(5)式は αsinθ3=β5in2θ3 となり以下、これより03を求めると sinθ3(α−2βcosθ3)=0θ3嫉Oである
から α−2βcosθ3 、°、θ3=  CO3−27・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(6)この(6)式においてβは定数、αは(V十Δv
)2に比例する変数であるから、ここに03は風速の変
動によって定まる値であることが示された。
一方、プロペラ式発電装置の出力Wは一般式として W= 2πNQ =  ’pcR,2V3−−−−−・
−・・(7)ここに  N:プロペラ回転数 Q:発電機トルク ρ:空気密度 R:プロペラ半径 V:風 速 C:プロペラ効率 で表されるが、前記風速の増加(V+ΔV)により風車
軸線13が風向14よりθ3だけ角変位した場合、この
ときのプロペラ回転面に垂直な風速成分(Vcosθ3
)の低下によシ(7)式において最も影響する高次の項
であるV3が減少し、プロペラ回転数Nが低下し、した
がって出力Wが減少する。すなわち、風速の増加に応じ
プロペラ回転面が風向正面からそれることによシ、発電
装置の過大回転を抑制し円滑な一定範囲内の出力制御作
用をすることになる。
第6図乃至第9図は本発明の風力発電装置用出力制御装
置の他の実施例を示す図面であって・第6図は第2実施
例の一部破断部分側面図、第7図は同平面図、第8図は
第3実施例の部分側面図、第9図は同平面図である。
第6図および第7図において、可動尾翼7と固定尾翼8
に設けたばね座15の間に長ばね16を挟着し、ばねの
行程を長くとれるようにし可動尾翼7の作動範囲を広く
とれるようにしている。なお、尾翼支持具9に穿設され
たばね貫通穴には両端ラッパ状開口のスリーブ17を設
け、長ばね16の円滑な伸縮ができるようにしている。
第8図および第9図において、ヒンジ6のビン18にね
じりコイルばね19を嵌通しその両端の腕部を可動尾翼
7と固定尾翼8にそれぞれ固定した構成となっている。
もちろん、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、本発明の重要な点は風力発電装置のアーム端部に設
けた2枚の板に外力として作用する風圧を一方の板に設
けられたばねの変形を利用してアームに不平衡力を発生
させ、プロペラの向きを変えるようにしたところであり
、したがって、板の形状は種々変更できると共に、板は
平板に限らず曲面板として特殊な作動特性を選択するこ
とも可能であり、また、アームは直線状に限らず逆り字
形にして尻上シの高い位置に尾翼を設けてもよい。
なお、アームの水平距離、尾翼面積、ばね定数等のファ
クターの組合せ設定は風車設置場所や風の性状に応じ最
適の制御条件を満たすように試行の上、決定されること
は云うまでもない。
また、必要に応じハンチング抑制のためのダンパを2枚
の尾翼の間の空間に設けることができる。
〔発明の効果〕
以上説明のように、本発明による出力制御装置は極めて
簡単な構成のもので風力発電装置の口絵制御をすること
ができるので、−蓬費は安価となり、かつ構造的に脆弱
なところが少ないため故障も発生しにくく保全費用も大
幅に低減化+きる。
また本装置は、従来の既設の風力発電装置に適応するも
のを設計し容易に換装することが可能で、これにより運
転費の節減化が可能である・性能面については、構造上
、任意のアーム長と尾翼面積との組合せが可能であるた
め、風車軸線を角偏位させるトルクおよび応答速度を比
較的自由に設定することができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明に係る第1実施例に基づく図
面、第5図はその作動を説明する図面であって、第1図
は第1実施例の出力制御装置Aを装備した風力発電装置
の全体構成を示す側面図、第2図は同平面図、第3図は
第1図の出力制御装置Aの一部破断拡大側面図、第4図
は同平面図、第5′図は風力発電装置用出力制御装置の
作動説明平面図、第6図乃至第9図は本発−〇出力制御
装置の他の実施例を示す図面であって、第6図は第2実
施例の一部破断部分側面図、第7図は同平面図、第8図
は第3実施例の部分側面図、第9図は同平面図。   
        ” A・・・風力発電装置用出力制御装置、P・・・回転台
の回転中心点、Q・・・ヒンジの回転中心点、1・・・
プロペラ、2・・・発電機、3・・・回転台、4・・・
支柱、5・・・アーム、6・・・ヒンジ、7・・・可動
尾翼、8・・・固定尾翼、9・・・尾翼支持具、10・
・・リプ、11・・・ばね、13・・・風車の軸線、1
4・・・風向。 特許出願人  三井造船株式会社 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 風力エネルギーをロータを介して電力に変換するように
    した風力発電装置の支柱4に回動自在に取り付けられた
    回転台3にアーム5を突設し、該アーム端部に設けられ
    た垂直尾翼において、該垂直尾翼は前記アーム端部に軸
    を垂直に設けられたヒンジ6を支点として、前記アーム
    延長線に等角に対向して設けられた2枚の板からなり、
    その一方の板は前記アームに固定され、他方の板は前記
    ヒンジを支点として所定範囲内で回動可能にばねで保持
    されたことを特徴とする風力発電装置用出力制御装置。
JP60036597A 1985-02-27 1985-02-27 風力発電装置用出力制御装置 Pending JPS61197769A (ja)

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