JPS63192969A - 風力タービンのピッチ制御ハブ - Google Patents
風力タービンのピッチ制御ハブInfo
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- JPS63192969A JPS63192969A JP62279021A JP27902187A JPS63192969A JP S63192969 A JPS63192969 A JP S63192969A JP 62279021 A JP62279021 A JP 62279021A JP 27902187 A JP27902187 A JP 27902187A JP S63192969 A JPS63192969 A JP S63192969A
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- pitch
- hub
- blade
- axes
- hydraulic
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Links
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/041—Automatic control; Regulation by means of a mechanical governor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
- F03D7/0224—Adjusting blade pitch
-
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
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- F05B2260/77—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism driven or triggered by centrifugal forces
-
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- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/60—Control system actuates through
- F05B2270/604—Control system actuates through hydraulic actuators
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
関連する出願
本出願はご風力タービンロータ制御システム”との名称
をもつ米国特許第4,435,646号(以下、“64
6号特許”という。)に関連するものである。この゛6
46号特許は、本出願の前の譲受人であるノース・ウィ
ンド電力会社(North WinaPower Co
mpany Jnc、)に対して1984年3月6日に
発行され、本出願の中で参照例として記載されている。
をもつ米国特許第4,435,646号(以下、“64
6号特許”という。)に関連するものである。この゛6
46号特許は、本出願の前の譲受人であるノース・ウィ
ンド電力会社(North WinaPower Co
mpany Jnc、)に対して1984年3月6日に
発行され、本出願の中で参照例として記載されている。
発明の背景
本発明は、概して風力タービンロータの制御装置に関す
るものであり、さらに詳しくは、送電網に連結された発
電機として用いられる風力タービンのだめの自動的なブ
シードピノチ制御装置に関する。
るものであり、さらに詳しくは、送電網に連結された発
電機として用いられる風力タービンのだめの自動的なブ
シードピノチ制御装置に関する。
ブレードの角度まだはピッチは出力トルクを調整するた
めに制御されるようになっている。′646号特許には
そのだめの純機械的な装置が開示されており、それによ
れば、ブレードに作用する荷重tたはブレードに働くモ
ーメントが、キャリッジに連結され、ばねにより付勢さ
れた機構をもつ回転可能な制御リンク機構を介して、ロ
ータのピッチを自動的に制御する。ブレードに作用する
荷重は、その伝達関数が、実際上、例えば設計範囲内の
風速で出力電力を最大にするようなカムの設計により決
定される固有な閉ループをもつ制御機構に対して強制的
な関数を与える。受動的で純機械的な装置は、それらが
、環境要因の影響を比較的に受けにくいため、その固有
な性質として、速やかに応答しかつ信頼性があることか
ら、殊に望ましいものである。
めに制御されるようになっている。′646号特許には
そのだめの純機械的な装置が開示されており、それによ
れば、ブレードに作用する荷重tたはブレードに働くモ
ーメントが、キャリッジに連結され、ばねにより付勢さ
れた機構をもつ回転可能な制御リンク機構を介して、ロ
ータのピッチを自動的に制御する。ブレードに作用する
荷重は、その伝達関数が、実際上、例えば設計範囲内の
風速で出力電力を最大にするようなカムの設計により決
定される固有な閉ループをもつ制御機構に対して強制的
な関数を与える。受動的で純機械的な装置は、それらが
、環境要因の影響を比較的に受けにくいため、その固有
な性質として、速やかに応答しかつ信頼性があることか
ら、殊に望ましいものである。
1646号特許のリンク機構の設計は、電力を少しまた
は殆んど使用しない小さな電力装置のだめの風力タービ
ンに対しては特に適している。しかしながら、そのよう
な設計は、大きくて、常時電力が供給されるような機械
を備えた農場で使用する風力タービンに対しては最適な
ものではない。
は殆んど使用しない小さな電力装置のだめの風力タービ
ンに対しては特に適している。しかしながら、そのよう
な設計は、大きくて、常時電力が供給されるような機械
を備えた農場で使用する風力タービンに対しては最適な
ものではない。
発明の説明
本発明の全体的な目的は、風による荷重と遠心力によυ
生じるブレードのモーメントの関数としてブレードのピ
ッチを自動的【制御するための信頼性のある動的で機械
的な装置により、可変ピッチ式風力タービンにおける出
力トルクを制御することにある。
生じるブレードのモーメントの関数としてブレードのピ
ッチを自動的【制御するための信頼性のある動的で機械
的な装置により、可変ピッチ式風力タービンにおける出
力トルクを制御することにある。
本発明によると、二枚のブレードを備えたロータの受動
的なピッチ制御装置において、二つのブレードの互いに
平行なピッチ軸は歯車列を介して直結される。ピッチ角
は、二つのブレード軸に設けられたクランクアーム間を
直結する、気体で加圧された油圧リニアアクチェエータ
により決定される。油圧管はロータ駆動軸を通ってそれ
と同軸にロータリユニオンを介して気体が充填されたア
キエムレータに延びている。
的なピッチ制御装置において、二つのブレードの互いに
平行なピッチ軸は歯車列を介して直結される。ピッチ角
は、二つのブレード軸に設けられたクランクアーム間を
直結する、気体で加圧された油圧リニアアクチェエータ
により決定される。油圧管はロータ駆動軸を通ってそれ
と同軸にロータリユニオンを介して気体が充填されたア
キエムレータに延びている。
揺動するハブ(hub:軸頭)をもつ風上に向かって安
定した偏揺れ式風力タービンの好ましい配置によれば、
互いに平行なブレードのピッチ軸線は、両ピッチ軸線の
中間でロータ駆動軸がそれを横切るような回転面を規定
する。それぞれのピッチ軸線と同軸のブレードのピッチ
軸はハブノ・クランクの中で軸受される。ブレード軸の
端部は互いにある長さにわたって重なり合う。好ましい
実施例においては、歯車列がロータ軸線の一方の側で二
つの軸を連結する。他方の側で、リニアアクチュエータ
が軸に設けられたクランクアーム間を連結する。
定した偏揺れ式風力タービンの好ましい配置によれば、
互いに平行なブレードのピッチ軸線は、両ピッチ軸線の
中間でロータ駆動軸がそれを横切るような回転面を規定
する。それぞれのピッチ軸線と同軸のブレードのピッチ
軸はハブノ・クランクの中で軸受される。ブレード軸の
端部は互いにある長さにわたって重なり合う。好ましい
実施例においては、歯車列がロータ軸線の一方の側で二
つの軸を連結する。他方の側で、リニアアクチュエータ
が軸に設けられたクランクアーム間を連結する。
アクチュエータは、好ましくは、歯車列と平行に配置さ
れて作動する。ブレードのピッチ軸の間にある伸縮可能
な油圧リンク機構および”気体ばね”は、ブレードをフ
ェザ−状態にして自動的に停止するだけでなく、手動に
よる直接の制−を可能にする。
れて作動する。ブレードのピッチ軸の間にある伸縮可能
な油圧リンク機構および”気体ばね”は、ブレードをフ
ェザ−状態にして自動的に停止するだけでなく、手動に
よる直接の制−を可能にする。
実施例
第1図には、電気利用設備と同期的に連結される、電気
を発生するための風に向かいかつ偏揺れしないようにさ
れた二枚のブレードを備えた風力タービン設備が示され
ている。塔10は、地上約21.3fn(釣用フィート
)に水平に回転台12を支持する。
を発生するための風に向かいかつ偏揺れしないようにさ
れた二枚のブレードを備えた風力タービン設備が示され
ている。塔10は、地上約21.3fn(釣用フィート
)に水平に回転台12を支持する。
回転台12には、回転台12の垂直軸に関して偏揺れ方
向に回転可能なキャリッジ14が取付けられている。
向に回転可能なキャリッジ14が取付けられている。
キャリッジ14は駆動軸ノ・クランク16を保持してお
り、そのハウジング16内には高トルクに耐える中空の
ロータ軸(駆動軸)17が軸受で支持されている。
り、そのハウジング16内には高トルクに耐える中空の
ロータ軸(駆動軸)17が軸受で支持されている。
ロータ軸17の前端には二枚のブレードを備えたロータ
18が結合され、ロータ軸17の後端には歯車箱加を介
して一対の誘導発電機n、24が結合されていて、弱風
および強風の条件下でそれぞれ最適な状態で作動され、
ロータ18が二つの対応する設計点で最良の作動速度で
回転するようにされる。
18が結合され、ロータ軸17の後端には歯車箱加を介
して一対の誘導発電機n、24が結合されていて、弱風
および強風の条件下でそれぞれ最適な状態で作動され、
ロータ18が二つの対応する設計点で最良の作動速度で
回転するようにされる。
歯車箱の出力軸に設けられた過回転用のスプラグクラッ
チ(図示せず)は、伝動装置の制御サイクルおよびリレ
ーの閉鎖の回数を減らし、装置全体の寿命を延ばし、保
守の必要性を減らす。一方向のスプラグクラッチは発電
機と送電網との間の連結と分離を良好にする。
チ(図示せず)は、伝動装置の制御サイクルおよびリレ
ーの閉鎖の回数を減らし、装置全体の寿命を延ばし、保
守の必要性を減らす。一方向のスプラグクラッチは発電
機と送電網との間の連結と分離を良好にする。
ロータ18は、第4図に示されるように駆動軸線aを中
心に回転可能に支持された略矩形のノ・プ四を有する。
心に回転可能に支持された略矩形のノ・プ四を有する。
ハブ路には一対の同じ風力タービンブレード園、32が
取付けられている。+00 kWに定格設計されたもの
では、ロータのブレードは約17.7ffl(約昭フィ
ート)の直径を有する。ブレードは、理想的にはコーニ
ング角が0度であり、エラストマー製の揺動ハブを備え
ている。揺動ハブの一例は、′646号特許の第6図に
示されている。ロータは、二点の速度(48/72 f
(PM )で作動するように設計されており、毎時約1
1.3 Km (約7マイル)で自刃始動するようにす
る。設計先端速度比は7〜9である。
取付けられている。+00 kWに定格設計されたもの
では、ロータのブレードは約17.7ffl(約昭フィ
ート)の直径を有する。ブレードは、理想的にはコーニ
ング角が0度であり、エラストマー製の揺動ハブを備え
ている。揺動ハブの一例は、′646号特許の第6図に
示されている。ロータは、二点の速度(48/72 f
(PM )で作動するように設計されており、毎時約1
1.3 Km (約7マイル)で自刃始動するようにす
る。設計先端速度比は7〜9である。
ハブ路が第2〜4図に更に詳細に示されている。
ハブ路は、ブレード軸間、40がそれぞれ回転可能に軸
受されるように一対の平行に配置された筒状軸受胴、3
6を備える。筒状軸愛別、36はブレードのピッチ軸線
す、cをそれぞれ規定する。偏心した円形の支持7ラン
ジ42 、44がブレード軸間、40の反対側の端部に
それぞれ連結されている。プレー!−″′加、32(第
1図)は支持フランジ42 、44にそれぞれボルトで
結合される合わせフランジ46 、48を有する。
受されるように一対の平行に配置された筒状軸受胴、3
6を備える。筒状軸愛別、36はブレードのピッチ軸線
す、cをそれぞれ規定する。偏心した円形の支持7ラン
ジ42 、44がブレード軸間、40の反対側の端部に
それぞれ連結されている。プレー!−″′加、32(第
1図)は支持フランジ42 、44にそれぞれボルトで
結合される合わせフランジ46 、48を有する。
筒状軸受胴、36は、それら筒状軸愛別、36に溶接さ
れ、箱形の補強材間、52により、強固な四角形のフレ
ーム構造を形成するように一体に固定される。ロータ軸
17は第3,4図に示されるようにハブに連結される。
れ、箱形の補強材間、52により、強固な四角形のフレ
ーム構造を形成するように一体に固定される。ロータ軸
17は第3,4図に示されるようにハブに連結される。
支持ブラケット54は揺動ハブ機構55を補強材間、5
2に堅固に連結する。歯車箱(イ)は筒状軸受胴、36
の対応する端部間に設けられる。
2に堅固に連結する。歯車箱(イ)は筒状軸受胴、36
の対応する端部間に設けられる。
4個で一組となった平歯車ω′が第1,4図に示される
ように歯車箱間の中に回転可能に取付けられている。試
作品の歯車のピッチの直径は22.9 cm(9インチ
)である。二つの駆動歯車62 、64はブレード軸間
、40と同軸に取付けられている。偏心した支持フラン
ジ42は平歯車62に連結される。これら2個の駆動歯
車62 、64は、第4図に示されるようにピッチ軸線
す、cにより規定される平面からオフセットして歯車箱
ωの中で軸受されている軸を持つ一対の伝動歯車66
、68により駆動されるように相互に連結される。
ように歯車箱間の中に回転可能に取付けられている。試
作品の歯車のピッチの直径は22.9 cm(9インチ
)である。二つの駆動歯車62 、64はブレード軸間
、40と同軸に取付けられている。偏心した支持フラン
ジ42は平歯車62に連結される。これら2個の駆動歯
車62 、64は、第4図に示されるようにピッチ軸線
す、cにより規定される平面からオフセットして歯車箱
ωの中で軸受されている軸を持つ一対の伝動歯車66
、68により駆動されるように相互に連結される。
筒状軸受胴、36の他方の端部で、両ブレード軸間、4
0は、ブレード軸ア、40にそれぞれ固定され、同じ方
向に移動する一対のベルクランク70 、72を有する
回転する偏心機構により相互に連結される。
0は、ブレード軸ア、40にそれぞれ固定され、同じ方
向に移動する一対のベルクランク70 、72を有する
回転する偏心機構により相互に連結される。
もし望むならば、ベルクランク72は偏心した支持フラ
ンジ44と共に一体的に鋳造することもできる。
ンジ44と共に一体的に鋳造することもできる。
ベルクランク70 、72の外端部は、ベルクランク7
0に枢着されたシリンダ76とシリンダ76内で摺動可
能に受は入れられベルクランク72に枢着されたピスト
ンロフト″78とからなる雄圧リニアアクチュエータ7
4に枢着される。理想的には、できるだけコンパクトな
設計をするために、ベルクランクは、第2図に示される
ように歯車箱(イ)の盛り上がった中央部分と同じ方向
で円形の支持フランジの軸線方向に延びるようにする。
0に枢着されたシリンダ76とシリンダ76内で摺動可
能に受は入れられベルクランク72に枢着されたピスト
ンロフト″78とからなる雄圧リニアアクチュエータ7
4に枢着される。理想的には、できるだけコンパクトな
設計をするために、ベルクランクは、第2図に示される
ように歯車箱(イ)の盛り上がった中央部分と同じ方向
で円形の支持フランジの軸線方向に延びるようにする。
望むならば、リニアアクチュエータは一方に偏倚するよ
うにするためのばねを備えていてもよい。
うにするためのばねを備えていてもよい。
油圧装置が第5図に線図で示されている。油圧管は、ロ
ータの駆動軸を同軸の状態で通って歯車箱加に延び、第
5図に示されるようにロータリユニオンを介して気体に
よυ加圧されたアキュムレータと偏揺れ可能なキャリッ
ジ14内に支持されている他の構成部品に連結される。
ータの駆動軸を同軸の状態で通って歯車箱加に延び、第
5図に示されるようにロータリユニオンを介して気体に
よυ加圧されたアキュムレータと偏揺れ可能なキャリッ
ジ14内に支持されている他の構成部品に連結される。
弁を閉鎖状態に回すことにより、油圧流体を自由に油溜
めに逃がして、遠心力の作用でブレードを完全にフェザ
−状態にする。
めに逃がして、遠心力の作用でブレードを完全にフェザ
−状態にする。
第5図の油圧装置は、両方のブレードのピッチを完全な
フェザ−状態と作動状態との間で約70cKわたって変
更するためにピッチアクチュエータ74を制御するのに
使用される。作動時には、遠心力と空気力学的な荷重と
に基づくピッチモーメントがピストンロットをシリンダ
から引き出すように作用する。このモーメントは風速と
共に増大し、風の向きに向いている。気体が充填された
袋状のアキュムレータ(資)は、ピッチモーメントによ
りピストンロット78が延びた際に、シリンダから押出
された流体を吸収する。気体が充填された袋はこれら空
気力学的モーメントによる力を吸収するためのばねとし
て働き、それによってブレードを作動位置に戻すような
増大する反対向きのモーメントを生じさせる。
フェザ−状態と作動状態との間で約70cKわたって変
更するためにピッチアクチュエータ74を制御するのに
使用される。作動時には、遠心力と空気力学的な荷重と
に基づくピッチモーメントがピストンロットをシリンダ
から引き出すように作用する。このモーメントは風速と
共に増大し、風の向きに向いている。気体が充填された
袋状のアキュムレータ(資)は、ピッチモーメントによ
りピストンロット78が延びた際に、シリンダから押出
された流体を吸収する。気体が充填された袋はこれら空
気力学的モーメントによる力を吸収するためのばねとし
て働き、それによってブレードを作動位置に戻すような
増大する反対向きのモーメントを生じさせる。
油圧装置のいくつかの構成部品は、第5図に示されるよ
うにNEMA4区域内に納められている。
うにNEMA4区域内に納められている。
このシステムは以下の四つの異なった態様で作動する。
A、始動状態まで加圧する
B、荷重が増したときフェザ−状態にピッチを変更する
C8荷重が低下したとき作動状態にピッチを変更する
り、急速にフェザ−状態にする(強制停止)作動の際に
は、停止するとさに開くソレノイビ弁82が閉じ、モー
タによシ駆動されるポンプ洞が作動して、油圧装置が作
動するのに十分な圧力を発生させる。気体ばねの圧力と
流体の容積とはアキュムレータ器内で平衡を保っておシ
、シリンダ76は始動位置(第5図に示される作動位置
の反対側)にまで十分後退している。作動圧力が得られ
るとポンプ園は圧カスイソチ86により非作動とされる
。
は、停止するとさに開くソレノイビ弁82が閉じ、モー
タによシ駆動されるポンプ洞が作動して、油圧装置が作
動するのに十分な圧力を発生させる。気体ばねの圧力と
流体の容積とはアキュムレータ器内で平衡を保っておシ
、シリンダ76は始動位置(第5図に示される作動位置
の反対側)にまで十分後退している。作動圧力が得られ
るとポンプ園は圧カスイソチ86により非作動とされる
。
圧力スイッチ86の作動に応じて装置の圧力を維持する
必要があるときには、ポンプ84が作動する。
必要があるときには、ポンプ84が作動する。
しかしながら、ポンプ鯛が非作動のときは、チェック弁
88によりポンプ84が油圧装置から分離されるように
なっている。
88によりポンプ84が油圧装置から分離されるように
なっている。
態様B(荷重が増したときフェザ−状態にピッチを変更
する)においては、風速が増しているときにタービンが
作動中であるときには、増大する遠心力と空気力による
ピッチモーメントがピストンロッ)”78をシリンダ7
6から引き出すように作用する。シリンダ76から追い
出された流体は、空気抽気日替を有する油圧管、急速遮
断機92、ロータ軸17とロータリユニオン94とを通
る油圧管、急速遮断機%、チェック弁98、急速遮断機
100および径違い継手102を介してアキュムレータ
(資)に吸収される。
する)においては、風速が増しているときにタービンが
作動中であるときには、増大する遠心力と空気力による
ピッチモーメントがピストンロッ)”78をシリンダ7
6から引き出すように作用する。シリンダ76から追い
出された流体は、空気抽気日替を有する油圧管、急速遮
断機92、ロータ軸17とロータリユニオン94とを通
る油圧管、急速遮断機%、チェック弁98、急速遮断機
100および径違い継手102を介してアキュムレータ
(資)に吸収される。
流体量の増加によシ、油圧装置内の圧力だけでなくアキ
ュムレータ冊内の気体ばねの圧力も増加する。
ュムレータ冊内の気体ばねの圧力も増加する。
アキュムレータ80は、油圧装置内の最高圧力と関連し
て決まる流体量を吸収する大きさである。シリンダ76
からアキュムレータ(資)へ流体が流れることにより、
ロータのブレードがフェザ−状態にされる。
て決まる流体量を吸収する大きさである。シリンダ76
からアキュムレータ(資)へ流体が流れることにより、
ロータのブレードがフェザ−状態にされる。
態様C(ブレードに作用する荷重が低下するとき作動状
態にピッチを変更する)においては、油圧流体の流れは
逆方向となる。ブレードのピッチモーメントは風速の低
下により減少するので、アキュムレータ園内の気体ばね
により、アクチュエータ74を作動位置に戻すような制
御力が与えられる。
態にピッチを変更する)においては、油圧流体の流れは
逆方向となる。ブレードのピッチモーメントは風速の低
下により減少するので、アキュムレータ園内の気体ばね
により、アクチュエータ74を作動位置に戻すような制
御力が与えられる。
この制御力は態様Bの間にばねが圧縮されて蓄えられた
ものである。ばねが平衡した状態に戻るとき、流体は、
チェック弁98の代わりに弁104を通る以外は同じ油
圧通路を経てアキュムレータ80からアクチュエータ7
4に追い出される。
ものである。ばねが平衡した状態に戻るとき、流体は、
チェック弁98の代わりに弁104を通る以外は同じ油
圧通路を経てアキュムレータ80からアクチュエータ7
4に追い出される。
態様B、Cには、タービンの作動中しばしば生じる。流
体が流れる際の摩擦とアクチュエータの摩擦により、蓄
積されたエネルギーが損失するので、油圧装置内の圧力
を維持する必要があるときにはポンプが作動する。
体が流れる際の摩擦とアクチュエータの摩擦により、蓄
積されたエネルギーが損失するので、油圧装置内の圧力
を維持する必要があるときにはポンプが作動する。
態様D(停止のための急速なフェザーリング)は、ソレ
ノイビ弁82を消磁して、リザーバ106に油圧流体を
逃がすことにより行われる。シリンダ76からの流体は
、遠心力または空気力に基づくフェザーリングモーメン
トにより、チェック弁98を経てンレノイド弁82を通
ってリザーバ106に送り出される。アキュムレータ帥
からの流体もまたリザーバに向かう。停止後に油圧装置
に再び圧力を生じさせるためには、ポンプ84が再び作
動されなければならない。
ノイビ弁82を消磁して、リザーバ106に油圧流体を
逃がすことにより行われる。シリンダ76からの流体は
、遠心力または空気力に基づくフェザーリングモーメン
トにより、チェック弁98を経てンレノイド弁82を通
ってリザーバ106に送り出される。アキュムレータ帥
からの流体もまたリザーバに向かう。停止後に油圧装置
に再び圧力を生じさせるためには、ポンプ84が再び作
動されなければならない。
ブレードに対する風による荷重が増加すると、ピッチ軸
にトルクを与えるようなブレードのモーメントが増す。
にトルクを与えるようなブレードのモーメントが増す。
この増大するトルクに対してリニアアクチュエータ74
の抵抗が対抗する。風による荷重が大きくなるほど、ブ
レードの制御モーメントが大きくなり、ブレードはフェ
ザ−状態になる。
の抵抗が対抗する。風による荷重が大きくなるほど、ブ
レードの制御モーメントが大きくなり、ブレードはフェ
ザ−状態になる。
この出願の第6図のグラフに示されるように、発生する
電力の曲線は風速11.3〜48.3Km/h(7〜加
マイル/時)の範囲にわたる。作動範囲は、リニアアク
チュエータ74に補助ばねを加えることにより広げるこ
とができる。曲線の形、すなわち最大の電力出力の高原
部分および停止する際の電力の逃げは、風速に対応する
ピッチの変化により決定される。図示の二つの曲線は、
油圧のみまたは荷重制御領域において補助的に作用する
ばねを組み合わせて使用したときの受動的な制御の設許
許容範囲を示している。受動的なブレードの近似的なピ
ッチ角がグラフに示されている。
電力の曲線は風速11.3〜48.3Km/h(7〜加
マイル/時)の範囲にわたる。作動範囲は、リニアアク
チュエータ74に補助ばねを加えることにより広げるこ
とができる。曲線の形、すなわち最大の電力出力の高原
部分および停止する際の電力の逃げは、風速に対応する
ピッチの変化により決定される。図示の二つの曲線は、
油圧のみまたは荷重制御領域において補助的に作用する
ばねを組み合わせて使用したときの受動的な制御の設許
許容範囲を示している。受動的なブレードの近似的なピ
ッチ角がグラフに示されている。
ブレードのピッチ制御は、条件が変化したとき、ブレー
ドがピッチ変更が可能な範囲で自らの平衡位置を求める
という意味で受動的な機構となっている。いくつかのピ
ッチモーメントが組み合わされて、ロータの平衡位置の
ピッチ変化の様子が決定される。ブレードの翼型、ブレ
ードの推力の作用地点のオフセットおよびブレードの遠
心力の作用地点のオフセットによりピッチモーメントが
生じ、それらモーメントのベクトル和が平衡位置のピッ
チ変化の様子を決定し、その結果、その変化の様子が電
力曲線の特性を決定する。個々のモーメントの大きさと
変化の程度は、ブレードにおける質重軸線、制御軸線お
よび空気力軸線のオフセット量を適切に変更することに
修正することができる。揺動式の動的フィードバック角
デルタ1とデルタ3が重要であるように、傾斜角および
コーニング角におけるブレード軸線のオイラーの角も、
解析の際には重要である。
ドがピッチ変更が可能な範囲で自らの平衡位置を求める
という意味で受動的な機構となっている。いくつかのピ
ッチモーメントが組み合わされて、ロータの平衡位置の
ピッチ変化の様子が決定される。ブレードの翼型、ブレ
ードの推力の作用地点のオフセットおよびブレードの遠
心力の作用地点のオフセットによりピッチモーメントが
生じ、それらモーメントのベクトル和が平衡位置のピッ
チ変化の様子を決定し、その結果、その変化の様子が電
力曲線の特性を決定する。個々のモーメントの大きさと
変化の程度は、ブレードにおける質重軸線、制御軸線お
よび空気力軸線のオフセット量を適切に変更することに
修正することができる。揺動式の動的フィードバック角
デルタ1とデルタ3が重要であるように、傾斜角および
コーニング角におけるブレード軸線のオイラーの角も、
解析の際には重要である。
この完全に受動的なロータ制御装置は、風力とブレード
に固有の慣性力を利用することにより、突風、強風およ
び荷重の低下の場合にもタービンを保護するためにロー
タのピッチを自動的に変更する。ロータのピッチは、適
切な気体ばねの選択により特定の設置場所に対して電力
曲線を最大とするように合わせられ石。自動的な′戸ナ
タダ・グに−より得られる信頼性と安全性の程度により
、ブレーキが不要となり、手動操作による操作の可能性
を与える。
に固有の慣性力を利用することにより、突風、強風およ
び荷重の低下の場合にもタービンを保護するためにロー
タのピッチを自動的に変更する。ロータのピッチは、適
切な気体ばねの選択により特定の設置場所に対して電力
曲線を最大とするように合わせられ石。自動的な′戸ナ
タダ・グに−より得られる信頼性と安全性の程度により
、ブレーキが不要となり、手動操作による操作の可能性
を与える。
ここで開示されたピッチ制御ハブを利用して設計した1
00 kWの風力タービン装置の試作品は、さらにつぎ
のような機械的な仕様を有する。
00 kWの風力タービン装置の試作品は、さらにつぎ
のような機械的な仕様を有する。
歯車箱mについて:
二つの出力に対して25:1および37.5 : 1の
比全負荷時効率95チ 小さい始動トルク 第一段は遊星歯車 第二段は二つの出力をもつはすげ歯車 出力側に一方向のスプラグフランチ 二重シール構造 連続的にオイルにより潤滑される軸受 発電機について: 大きさ 100 kW 20 kW速
度 1800 RPM 1800 RPM型
誘導型 誘導型480 VAC480V
AC 出力係数 、 95 、85効率
94チ 91チ クレーム 405 TD 284 T
D耐耐水性性 耐水滴性 構 造 クラスHクラスH 偏揺れ駆動について: 偏揺れ駆動速度 4度/秒 惰性運転時のオーバビライブ機構をもつ設計歯車比 8
00 : 1 1/2馬力の可逆誘導モータ ピッチ軸の歯車62 、64は、好ましくはAC,MA
の許容度11の硬質の熱処理された歯車である。これら
歯車はピッチ軸に熱収縮させて固定するのが好ましく、
またロータブレードの支持フランジは円錐状のクランプ
(図示せず)により歯車/軸に調整可能な状態で取付け
ることによって、1/10度の範囲内で6調整”され、
再び締め付けられるようになっている。遊び歯車は、引
き抜くことができ、新しい歯をかみ合わせて回転させる
ことができる。
比全負荷時効率95チ 小さい始動トルク 第一段は遊星歯車 第二段は二つの出力をもつはすげ歯車 出力側に一方向のスプラグフランチ 二重シール構造 連続的にオイルにより潤滑される軸受 発電機について: 大きさ 100 kW 20 kW速
度 1800 RPM 1800 RPM型
誘導型 誘導型480 VAC480V
AC 出力係数 、 95 、85効率
94チ 91チ クレーム 405 TD 284 T
D耐耐水性性 耐水滴性 構 造 クラスHクラスH 偏揺れ駆動について: 偏揺れ駆動速度 4度/秒 惰性運転時のオーバビライブ機構をもつ設計歯車比 8
00 : 1 1/2馬力の可逆誘導モータ ピッチ軸の歯車62 、64は、好ましくはAC,MA
の許容度11の硬質の熱処理された歯車である。これら
歯車はピッチ軸に熱収縮させて固定するのが好ましく、
またロータブレードの支持フランジは円錐状のクランプ
(図示せず)により歯車/軸に調整可能な状態で取付け
ることによって、1/10度の範囲内で6調整”され、
再び締め付けられるようになっている。遊び歯車は、引
き抜くことができ、新しい歯をかみ合わせて回転させる
ことができる。
遊び歯車は交換可能であるので、摩耗を考慮して、それ
らを末端歯車より柔かい金属で作ることができる。調整
ができるようにするために、遊び歯車をエキセンに取付
けるのが好ましい。
らを末端歯車より柔かい金属で作ることができる。調整
ができるようにするために、遊び歯車をエキセンに取付
けるのが好ましい。
このハブの設計によれば、直径15.2〜24.4 f
i (50〜80フイート)の中程度の大きさの範囲の
二枚のブレードを有する風力タービンに対して、周期的
に生じる極端な荷重をうまく処理する。ブレードの重量
は半径の3乗に比例して増加する。重力は、ハブとブレ
ードに対して、それらがロータ軸線のまわシで回転する
とき、ブレードの配置に応じて別々に荷重を加える。さ
らに、ブレードの質量中心はピッチ軸線の背後にあるの
で、重量に基づく項は、ピッチ角に対して、二次的な、
角度に応じた周期的な作用を及ぼす。このように周期的
に荷重が加わったり取シ除かれたシすることに対して、
堅固なフレームのハブがそれに耐えるように設計される
。
i (50〜80フイート)の中程度の大きさの範囲の
二枚のブレードを有する風力タービンに対して、周期的
に生じる極端な荷重をうまく処理する。ブレードの重量
は半径の3乗に比例して増加する。重力は、ハブとブレ
ードに対して、それらがロータ軸線のまわシで回転する
とき、ブレードの配置に応じて別々に荷重を加える。さ
らに、ブレードの質量中心はピッチ軸線の背後にあるの
で、重量に基づく項は、ピッチ角に対して、二次的な、
角度に応じた周期的な作用を及ぼす。このように周期的
に荷重が加わったり取シ除かれたシすることに対して、
堅固なフレームのハブがそれに耐えるように設計される
。
角速度の自乗に比例する遠心力の項は、ブレードのピッ
チモーメントに回転数が影響することから、設計上空気
力の項よりも重要である。
チモーメントに回転数が影響することから、設計上空気
力の項よりも重要である。
もし望むならば、1個またはそれ以上のアクチュエータ
を備え、異なる圧力を有する複数のアキュムレータを、
異なった荷重領域を担当するように、使用することがで
きる。しかしながら、単一のアクチュエータ/単一のア
キュムレータがすっきりとしたーまとまりのピッチ制御
設計の代表である。
を備え、異なる圧力を有する複数のアキュムレータを、
異なった荷重領域を担当するように、使用することがで
きる。しかしながら、単一のアクチュエータ/単一のア
キュムレータがすっきりとしたーまとまりのピッチ制御
設計の代表である。
第6図に示されるような正常な作動状態に加えて、突風
および電気負荷の低下も、ピッチ制御ハブにより補償さ
れる。突風の影響はブレードに対しては、制御軸線のオ
フセットに基づく先端部を下げるピッチモーメントの増
加となって現われる。
および電気負荷の低下も、ピッチ制御ハブにより補償さ
れる。突風の影響はブレードに対しては、制御軸線のオ
フセットに基づく先端部を下げるピッチモーメントの増
加となって現われる。
この結果、ブレードの慣性により修正されるものの、ブ
レードの曲げモーメントを緩和するような、その程度に
対応したピッチ角の変化が即座に生じる。
レードの曲げモーメントを緩和するような、その程度に
対応したピッチ角の変化が即座に生じる。
大キなトルクのピークとブレードの一時的な曲げモーメ
ントを作υ出す代わりに、ピッチ制御ハブの受動的なば
ね装置が、受けた突風に対応した荷重の解放を伴うよう
な減衰作用を行う。
ントを作υ出す代わりに、ピッチ制御ハブの受動的なば
ね装置が、受けた突風に対応した荷重の解放を伴うよう
な減衰作用を行う。
負荷の低下により、それに対応した過回転が生じる。受
動的なロータの設計は、また、過回転のために生じた負
荷の低下を安全な限界の範囲内に制御する。最後に、受
動的なピッチ制御ハブを利用することにより、複雑な電
子制御ロジック、相互に影響を与えるセンサ群およびむ
ずかしい診断と操作手順をもつフィードバックループが
不要となる。ブレードのピッチ負荷と気体ばねとの間に
伸縮可能な油圧リンク機構を使用することにより、装置
の信頼性を一層高めるための、直接的で有効な制御性能
が与えられる。ブレードをフェザ−状態にすることで、
自動および手動の両方の停止機能を備えることにより、
この他のブレーキまたは制御部品が不要となる。
動的なロータの設計は、また、過回転のために生じた負
荷の低下を安全な限界の範囲内に制御する。最後に、受
動的なピッチ制御ハブを利用することにより、複雑な電
子制御ロジック、相互に影響を与えるセンサ群およびむ
ずかしい診断と操作手順をもつフィードバックループが
不要となる。ブレードのピッチ負荷と気体ばねとの間に
伸縮可能な油圧リンク機構を使用することにより、装置
の信頼性を一層高めるための、直接的で有効な制御性能
が与えられる。ブレードをフェザ−状態にすることで、
自動および手動の両方の停止機能を備えることにより、
この他のブレーキまたは制御部品が不要となる。
前述の実施は例示的なものであり、限定的なものではな
い。開示された装置に対して多くの変形、付加または除
去が、本発明の原理および精神から逸脱することなく可
能である。例えば、平歯車町からなる駆動列は、ブレー
ドを直結した状態で反回転させるのが望ましいときには
、そのように変更し得る。さらに、ピッチ軸線す、cに
沿った歯車列およびリニアアクチュエータの配置も変更
し得る。
い。開示された装置に対して多くの変形、付加または除
去が、本発明の原理および精神から逸脱することなく可
能である。例えば、平歯車町からなる駆動列は、ブレー
ドを直結した状態で反回転させるのが望ましいときには
、そのように変更し得る。さらに、ピッチ軸線す、cに
沿った歯車列およびリニアアクチュエータの配置も変更
し得る。
スは−スが十分ある場合には、駆動列は他の場所、例え
ばハブの中心部に配置することができる。その場合にも
、1個(図示されている)!たはそれ以上のリニアアク
チュエータは、筒状軸受から突出しているブレード軸端
部のはルクランクに連結される。他の変更が油圧装置に
ついてもなされ得る。
ばハブの中心部に配置することができる。その場合にも
、1個(図示されている)!たはそれ以上のリニアアク
チュエータは、筒状軸受から突出しているブレード軸端
部のはルクランクに連結される。他の変更が油圧装置に
ついてもなされ得る。
例えば、もし望むならば、ブレードを積極的に完全なフ
ェザ−状態にまで駆動するために、二重作動するシリン
ダを使用することができる。いずれ圧しても、本発明の
範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれと同等Φもの
により表わされる。
ェザ−状態にまで駆動するために、二重作動するシリン
ダを使用することができる。いずれ圧しても、本発明の
範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれと同等Φもの
により表わされる。
第1図は、本発明にかかる、作動状態にあるピッチ制御
ロータ・・プを備えた二つのブレードをもつ風力タービ
ンが取付けられた塔の側面図である。 第2図は、第1図の2−2線に沿って取った風力タービ
ンの上面図である。 第3図は、第1図の3−3線に沿うロータハブの底平面
図である。 第4図は、第1図の4−4線に沿うハブの軸端部の部分
図である。 第5図は、油圧装置の概略図である。 第6図は、本発明にかかるピッチ制御部・ブをもつ風力
タービンの予測電力と風速との関係を示すグラフである
。 12 ・・・回転台 14 ・・・キャリッ
ジ16 ・・・ハウジング 17 ・・・ロータ軸
18 ・・・ロータ 加 ・・歯車箱n、24
・・・発電機 路 ・・・ハブ30.321.ター
ビンブレード 調、36・・・筒状軸受間、40・ハブ
レード軸 42 、44・・・支持フランジω ・・
・歯車箱 70 、72・・・ばルフラン
ク74 ・・・リニアアクチュエータ 76
・・・シリンダ78 ・・・ピストンロソビ
(資) ・・・アキュムレータ84 ・・・
モータ (外4名) FIG、 2
ロータ・・プを備えた二つのブレードをもつ風力タービ
ンが取付けられた塔の側面図である。 第2図は、第1図の2−2線に沿って取った風力タービ
ンの上面図である。 第3図は、第1図の3−3線に沿うロータハブの底平面
図である。 第4図は、第1図の4−4線に沿うハブの軸端部の部分
図である。 第5図は、油圧装置の概略図である。 第6図は、本発明にかかるピッチ制御部・ブをもつ風力
タービンの予測電力と風速との関係を示すグラフである
。 12 ・・・回転台 14 ・・・キャリッ
ジ16 ・・・ハウジング 17 ・・・ロータ軸
18 ・・・ロータ 加 ・・歯車箱n、24
・・・発電機 路 ・・・ハブ30.321.ター
ビンブレード 調、36・・・筒状軸受間、40・ハブ
レード軸 42 、44・・・支持フランジω ・・
・歯車箱 70 、72・・・ばルフラン
ク74 ・・・リニアアクチュエータ 76
・・・シリンダ78 ・・・ピストンロソビ
(資) ・・・アキュムレータ84 ・・・
モータ (外4名) FIG、 2
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、風力タービンの可変ピッチ制御ハブにして、互いに
平行でかつ間隔を置いて設けられる一対のブレードピッ
チ軸線を、該ピッチ軸線の略中間においてロータ軸線に
よって横切られる平面内に画定するハウジング、 1対のブレード軸であって、それぞれのピッチ軸線を中
心とする少なくとも部分的な回転を該ハウジング内にお
いて軸受される一対のブレード軸、ブレードに作用する
周期的な荷重を支え、両ブレードのピッチ角を独立して
形成するように、該ブレード軸を直結して互いに反対方
向に回転させるための、該両ピッチ軸線間でそれらピッ
チ軸線を横切るように連結された歯車列、及び、 該ブレード軸を所定の始動ピッチ角へ偏倚させ、かつ作
動時には的確にピッチ角を決めてブレードに作用する全
荷重を支えるための、該歯車列から隔たっており該歯車
列に直接作用することのない機械的な制御手段、 からなることを特徴とするハブ。 2、特許請求の範囲第1項に記載のハブにおいて、該歯
車列が同一平面上にある一組の平歯車を有することを特
徴とするハブ。 3、特許請求の範囲第2項に記載のハブにおいて、該一
組の平歯車がそれぞれのピッチ軸上に同軸に取付けられ
た二個の駆動歯車と該駆動歯車相互を駆動可能に連結す
る少なくとも二個の伝動歯車を有することを特徴とする
ハブ。 4、特許請求の範囲第1項に記載のハブにおいて、該制
御手段が、 径方向に延びたクランクアームをもつ各ブレード軸と、 該クランクアームを、ブレードに作用する荷重の関数と
してその相対的な移動量が制御可能となるように相互に
連結する手段 とを有することを特徴とするハブ。 5、特許請求の範囲第4項に記載のハブにおいて、該機
械的制御手段の該クランクアームを相互に連結する手段
が、一方のクランクアームに枢着されたシリンダと他方
のクランクアームに枢着されたピストンロッドとをもつ
リニアアクチュエータを有することを特徴とするハブ。 6、特許請求の範囲第5項に記載のハブにおいて、該リ
ニアアクチュエータが油圧シリンダであることを特徴と
するハブ。 7、特許請求の範囲第5項に記載のハブにおいて、加圧
手段と、該加圧手段と前記油圧シリンダとを相互に連結
するために前記ロータ軸線と同軸に延びる油圧管手段と
をもつ油圧装置を有することを特徴とするハブ。 8、特許請求の範囲第7項に記載のハブにおいて、該加
圧手段は該ロータ軸線に関して静止していることを特徴
とするハブ。 9、特許請求の範囲第8項に記載のハブにおいて、該油
圧装置が、さらに、手動によるフェザリングを行うため
油圧管手段にオン・オフ弁手段を有することを特徴とす
るハブ。 10、特許請求の範囲第6項に記載のハブにおいて、該
リニアアクチュエータがばねにより付勢されていること
を特徴とするハブ。 11、特許請求の範囲第5項に記載のハブにおいて、そ
れぞれがブレード支持フランジ面を規定する一対の円形
のブレード支持フランジと、該フランジ面が、ブレード
のフランジの中心がピッチ軸からオフセットした状態で
該ピッチ軸を横切るように、それぞれのブレード軸に対
して偏心して各支持フランジを連結するための手段とを
有することを特徴とするハブ。 12、特許請求の範囲第11項に記載のハブにおいて、
ブレード支持フランジが同じ方向にオフセットしており
、クランクアームが略それぞれのブレード支持フランジ
の軸線に向かって延びていることを特徴とするハブ。 13、風力タービンの可変ピッチ制御装置にして、偏揺
れ可能なキャリッジ、 ハブ及び該ハブの異なる位置に設けられたピッチ軸に取
付けられた少なくとも二つの可変ピッチブレードを有す
るロータ、 該ロータを該キャリッジに回転可能に連結するための駆
動軸手段、 両ピッチ軸間で直接枢着される油圧アクチュエータであ
って、該アクチュエータによりそれぞれのブレードのピ
ッチ荷重が互いに直接作用し合うようにするための油圧
アクチュエータ、 収容された油圧流体を加圧するために該キャリッジに設
けられ、気体が充填された油圧アキュムレータ手段、及
び 該アキュムレータ手段と該アクチュエータ手段とを結ん
で前記流体を導く油圧結合手段、 からなることを特徴とする装置。 14、特許請求の範囲第13項に記載の装置において、
さらに、前記ピッチ軸を互いに反対方向に1:1の比で
回転させるための手段を有することを特徴とする装置。 15、特許請求の範囲第13項に記載の装置において、
さらに、運転停止指令により前記油圧結合手段の圧力を
解放するための弁手段を有することを特徴とする装置。 16、特許請求の範囲第15項に記載の装置において、
前記油圧結合手段を介して前記アキュムレータ手段に所
定の作動圧力になるまで油圧流体を充填するためのモー
タ駆動のポンプ手段を有することを特徴とする装置。 17、特許請求の範囲第16項に記載の装置において、
所定の作動圧力を維持するために前記モータ駆動のポン
プ手段を作動および非作動にする、前記油圧結合手段に
連結された圧力スイッチ手段を有することを特徴とする
装置。 18、特許請求の範囲第15項に記載の装置において、
前記弁手段がソレノイド弁であることを特徴とする装置
。 19、特許請求の範囲第13項に記載の装置において、
前記結合手段が前記駆動軸手段と実質的に同軸に該駆動
軸手段を通って延びることを特徴とする装置。 20、風力タービンの可変ピッチ制御ハブにして、互い
に平行で間隔を置いて設けられるピッチ軸線を、該ピッ
チ軸線の略中間をロータ軸線が横切る平面内において規
定するハウジング、 該ハウジング内で相対するタービンブレードを支持する
それぞれのピッチ軸線を中心とした少なくとも部分的な
回転に対して軸受される一対のタービンブレード軸、 ブレードに作用する周期的な荷重を支えかつ両ブレード
のピッチ角を独立に形成するように、前記ブレード軸に
直結して反対方向に回転させるための、前記ピッチ軸線
間を横切って連結される同一平面上の歯車列、 前記歯車列から隔たって前記一対のブレード軸にそれぞ
れ設けられた一対のクランクアーム、及び、ブレードに
作用する全荷重を支えるために該クランクアーム間で直
結される、遠隔制御可能な、気体により加圧された油圧
リニアアクチュエータ、とからなることを特徴とするハ
ブ。 21、特許請求の範囲第20項に記載のハブにおいて、
前記歯車列が前記ロータ軸の一方の側で前記軸を連結し
、前記リニアアクチュエータが前記ロータ軸の他方の側
で前記軸間を連結することを特徴とするハブ。 22、特許請求の範囲第21項に記載のハブにおいて、
前記ハウジングがエラストマ製の揺動ハブを有すること
を特徴とするハブ。
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