TWI503478B - Wind power generation and wind power generation devices - Google Patents

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Kazuki Nomoto
Kazuomi Nomoto
Manabu Yagi
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Birumen Kagoshima Co Ltd
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Description

風力發電裝置之風車及風力發電裝置
本發明是關於一種風力發電裝置之風車及包括該風車之風力發電裝置。
近年來，為了保護地球環境，在使用可再生能源之發電方法中，不排出二氧化碳等溫室效應氣體的風力發電受到相當的矚目(例子請參照專利文獻1等)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：特開2004-239113號公報
 【發明所欲解決的課題】
然而，在風力發電的過程中，風速增加時所產生的過度旋轉有可能導致風車的故障或破壞，所以，需要抑制此種情況的工具。例如，使用煞車等來減速的技術等已經存在。不過，在此種情況下，不僅煞車機構，也需要控制煞車機構的控制裝置，在成本面留下了課題。又，由於也需要採用停電時應包括的構造，所以無法避免更進一步的高成本化。
另一方面，在與達到過度旋轉之情況相反的情況下，風車開始旋轉時也有課題。在風車之旋轉停止或近乎停止之狀態下，用來使風車旋轉之必要力矩較大，所以，近年來，該啟動性之改善也受到要求。例如，將開始旋轉時之齒輪設定為低速齒輪，隨著轉速增加，切換至高速齒輪，藉由此種控制來改善雖然比較容易，但與抑制過度旋轉的情況相同，齒輪機構及其控制裝置也進一步需要停電時應包括的構造，所以，在成本面留下了課題。
本發明之課題可在不需要電子控制的情況下，根據風速自動地控制旋轉速度，並且，藉由該自動之旋轉速度控制，可以低成本提供一種啟動性優良且可抑制過度旋轉的風力發電裝置之風車及包括該風車之風力發電裝置。
【用以解決課題的手段】與【發明效果】
為了解決課題，本發明之風力發電裝置之風車為承受風力朝向一定旋轉方向在既定之旋轉軸周圍旋轉的風力發電裝置之風車，其特徵在於包括：螺旋槳，為了承受旋轉軸之旋轉軸線方向之風力以產生旋轉動作而在該旋轉軸周圍設置2個以上，並相對於該旋轉軸沿著徑向向外延伸；螺旋槳固定部，為了在承受風力時使該受風面之寬度方向與風平行，以承受推壓力之型態以及該受風面之寬度方向與旋轉軸之旋轉軸線方向所形成之夾角可變的型態，將螺旋槳固定於旋轉軸上；及螺旋槳角度調整機構，包括偏置裝置，其在風力低於既定之微風水準時，能將承受該風力之螺旋槳偏置保持於寬度方向最能與風平行的既定之初始旋轉用角度位置，又包括砝碼元件，其在風力超過微風水準時，克服將離心力加諸於螺旋槳之該風力所產生之推壓力與偏置裝置之偏置力，藉此，使自身變位至外部，並以螺旋槳可變成與風垂直之型態透過連接機構連結至螺旋槳，當風力達到既定之強風水準時，使螺旋槳到達寬度方向最能與垂直之既定高速旋轉用角度位置，並且，當風力進一步超過該強風水準時，該強風所產生之推壓力與偏置裝置之偏置力克服離心力，將砝碼元件推回內部，藉此，使螺旋槳以寬度方向與風平行之型態回歸到原位。
此外，在本發明中，所謂螺旋槳之受風面之寬度方向與風平行，是指位於螺旋槳之受風面之寬度方向與受風方向(亦即，旋轉軸之軸線方向)之夾角較小的那一側，所謂螺旋槳之受風面之寬度方向與風垂直，是指位於螺旋槳之受風面之寬度方向與和受風方向垂直的那一面(亦即，與旋轉軸之軸線方向垂直的面)之夾角較小的那一側。
根據上述本發明之構造，螺旋槳之受風面之寬度方向與旋轉軸之旋轉軸方向之夾角的角度變化，可在不使用馬達等電動機之動力的情況下，根據螺旋槳之旋轉速度產生自動控制，所以，也可在停電之類的狀況下繼續安全地發電。
又，根據上述本發明之構造，並非在風車之旋轉速度增加的情況下，透過煞車的作用來防止過度旋轉之簡單的自主控制，而是根據風力來得到最佳旋轉狀態。亦即，有3個階段存在，其中，當風力為微風水準時，為了使風車容易旋轉，使螺旋槳之受風面之寬度方向與風平行，變成高力矩的低速旋轉狀態，在本發明中稱為第一階段(低速齒輪階段)，然後，當風力增加，砝碼元件藉由離心力變位至外部，透過連接元件與偏置裝置之偏置力反向，螺旋槳之受風面之寬度方向與風垂直，變成低力矩的高速旋轉狀態，在本發明中稱為第二階段(高速齒輪階段)，再者，當風力增加，各螺旋槳所承受之風壓克服了砝碼元件之離心力，該風力對砝碼元件產生某種程度之推壓力，藉此，使螺旋槳之受風面之寬度方向恢復成與風平行，在本發明中稱為第三階段。藉此，在產生微風的第一階段，加速旋轉性能高，再者，在從微風轉為強風的第二階段，變成更容易旋轉的狀態、可增加更多旋轉速度的狀態，再者，在超過既定之強風水準的第三階段，可根據風量來抑制螺旋槳的過度旋轉。此外，第三階段為平衡兩種作用力的狀態，這兩種作用力分別為藉由作用於砝碼元件上之離心力使螺旋槳之受風面之寬度方向與風垂直的力以及藉由風力使螺旋槳之受風面之寬度方向與風平行的力，藉由該平衡，可自動決定螺旋槳之受風面之寬度方向與旋轉軸之旋轉軸線方向所夾的角度。
上述本發明之螺旋槳固定部為轉軸元件，具有朝向螺旋槳之延伸方向延伸的旋轉支軸與2個在該旋轉支軸軸線周圍形成可變之夾角的固定板部，其中一固定板部固定於螺旋槳，另一固定板部以可與旋轉軸側一體旋轉之方式得到固定。在此情況下，旋轉支軸可為了使螺旋槳以寬度方向上之第一側之端部側為中心並使另一方之第二側之端部側旋轉，設置於第一側之端部側。在本發明中，為了使螺旋槳之寬度方向變更為與風平行或與風垂直而考量進去的作用力包含了螺旋槳之受風面所承受的風力。若旋轉支軸不偏設於螺旋槳之寬度方向上的其中一端部，在旋轉支軸上無法抵銷其中一端部側所受到的風力和另一端部側所受到的風力，所以，會產生很多白費動作，但藉由設置於端側部，可消除這種白費動作。
上述本發明中之砝碼元件可連接結合至螺旋槳之寬度方向上之外周側的端部側。藉此，砝碼元件使得螺旋槳固定部容易移動。
上述本發明中之砝碼元件分別設置於複數個螺旋槳，每一個以可與旋轉軸一體旋轉之方式設置，另一方面，為了使這些砝碼元件隨著朝向內外之變位而相對於旋轉軸而滑動，透過連接機構連結至共通的連結元件，藉此，各螺旋槳之角度根據隨著這些砝碼元件之朝向內外之移動而滑動的連結元件的旋轉軸上的位置，以彼此同步且同角度之型態產生變化。根據此構造，所有螺旋槳中之受風面之寬度方向與旋轉軸之旋轉軸線方向所夾的角度為根據環狀連結元件之滑動變位方向及滑動變位量來決定的構造，所以，複數個螺旋槳可使旋轉容易取得平衡。
上述本發明中之各螺旋槳固定部透過以可與旋轉軸一體旋轉之方式固定的共通固定元件固定於旋轉軸，偏置裝置以在固定元件與連結元件之間沿著旋轉軸方向產生偏置力之方式來設置。藉此，當構造為偏置裝置賦予各個螺旋槳偏置力的構造時，賦予各個螺旋槳偏置力有可能導致偏移，但各個螺旋槳固定於共通的固定元件上，若在該固定元件上設置偏置裝置，可對各個螺旋槳賦予共通的偏置力，所以，可統一各個螺旋槳之上述角度。
上述本發明中之螺旋槳角度調整機構在風力低於微風水準時，為了使寬度方向與風平行，藉由偏置裝置偏置承受該風力之螺旋槳，並且，使隨著包含螺旋槳的該螺旋槳之角度變化連動而產生動作的可動構造體銜接上銜接元件，以停止該動作，藉此，將位置保持在初始旋轉用角度位置，另一方面，在風力進一步超過強風水準時，位置可回歸到可動構造體銜接至銜接元件的初始旋轉用角度位置。根據此構造，藉由銜接元件使與風平行之螺旋槳之旋轉限度位置物理性地得到固定，所以，不會擔心初始旋轉用角度位置會被模糊。又，在此情況下，若銜接元件及可動構造體之銜接面中至少其中一者上設置有彈性元件，可吸收銜接時之衝擊，增長風車之壽命。
在上述本發明中，在包括上述連結元件與固定元件兩者的情況下，各個螺旋槳固定部透過可與旋轉軸一體旋轉之方式來固定的共通固定元件，固定於旋轉軸上，作為上述之銜接元件來使用，另一方面，連結元件為了隨著螺旋槳之寬度方向與風平行而接近固定元件，與連接機構連接，作為上述之構造體來使用，在固定元件及連結元件中之任一者或雙方上，形成朝向另一元件延伸的延伸部，該延伸部之另一元件側之先端銜接至該另一元件，藉此，螺旋槳可保持在初始旋轉用角度位置。相較於針對各個螺旋槳設置銜接元件，藉由設置上述連結元件或固定元件，可輕易以共通方式固定所有螺旋槳之初始旋轉用角度位置。
又，在風力發電中，發電輸出伴隨風速之變動而變動，所以，會有不穩定的課題，於是開始有人要求提供一種使風力發電中不穩定之發電輸出變得更穩定的風力發電裝置。
針對此點，本發明之風力發電裝置除了已敘述過之構造已包含在內的本發明之風車以外，本發明之特徵還包括：飛輪，與旋轉軸同軸，透過單方向離合器而配置，該配置朝向一定旋轉方向，當旋轉軸增速時，變成與該旋轉軸一體旋轉之狀態且自身也增速旋轉，當旋轉軸減速時，與該旋轉軸分離且產生慣性旋轉動作；及發電裝置，具有與飛輪同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子，藉由伴隨飛輪之旋轉的該轉子之旋轉來產生電力。
根據上述本發明之風力發電裝置之構造，發電裝置所發出之電力根據蓄積於飛輪上之穩定旋轉能量而產生，所以，輸出相當穩定，於是，可得到較為穩定之發電輸出。
又，當風車減速時，飛輪與風車之旋轉軸分離，所以，飛輪變成慣性旋轉狀態。亦即，飛輪那側之減速要素大幅減少，所以，可以更長時間繼續旋轉，在此期間，可從發電裝置得到隨著時間慢慢衰減所產生的穩定發電輸出。
又，當風車增速時，風車之旋轉軸與飛輪變成一體旋轉狀態，飛輪上蓄積有旋轉能量，所以，之後，即使風車減速，也能藉由增速時所蓄積之旋轉能量從發電裝置根據蓄積的能量來持續產生穩定的發電輸出。
又，在砝碼元件的情況也與飛輪相同，旋轉能量會蓄積於其上，所以，可以更長時間繼續旋轉。
在上述本發明之風力發電裝置中，將發電裝置作為第二發電裝置，包括與第二發電裝置不同之第一發電裝置，其具有與風車之旋轉軸同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子，藉由伴隨旋轉軸之旋轉的該轉子之旋轉來產生電力，又包括輸出裝置，將第一發電裝置與第二發電裝置雙方或任一者所產生之電力輸出至外部。
根據上述本發明之風力發電裝置之構造，第一發電裝置所發出之電力隨著風車所承受之風力而產生大幅度的變動，不過，第二發電裝置所發出之電力根據蓄積於飛輪上之穩定旋轉能量而產生，所以，輸出相當穩定，例如，若第一發電裝置與第二發電裝置雙方之發電電力以重疊的型態來輸出，第一發電裝置所產生之發電電力之不穩定情況會得到緩和，進而在整體上得到較為穩定的發電輸出。
以下參照圖面，說明本發明之風力發電裝置之風車及使用該風車之風力發電裝置之其中一實施型態。
第1圖為在本實施型態之風力發電裝置中從背面側觀看葉片及輪轂的圖，第2圖為其部分放大圖。第3圖為具有第1圖之風車3的本實施型態之風力發電裝置的部分剖面圖，第4圖為其部分放大圖，兩者之後述砝碼元件35都位於內部，第5圖為具有第1圖之風車的本實施型態之風力發電裝置的部分剖面圖，第6圖為其部分放大圖，兩者之後述砝碼元件都位於外部。
第1圖所示的本實施型態之風力發電裝置1之風車3承受風力朝向一定旋轉方向在既定之旋轉軸2周圍旋轉，其構造包含2個以上設置於該旋轉軸2之周圍的葉片(螺旋槳)30、使該葉片30以該受風面30w(參照第11)之寬度方向W與旋轉軸2之旋轉軸線2x之方向所夾之角度θ可變更的形式固定於旋轉軸2上的螺旋槳固定部33、以根據風力來產生自主變動的方式在各個階段調整該葉片30之角度θ的角度調整機構300(參照第13圖及第5圖)，其中，當風力低於既定之微風水準時，變成最能與風平行(與風平行方向X：受風方向2w)，亦即在既定之初始旋轉用角度位置A輕鬆地加速旋轉，此為第一階段(開始旋轉階段)，當風力超過既定之微風水準時，可變成與風垂直(與風垂直面Y)，輕易變成高速旋轉，此第二階段(高旋轉階段)，當風力超過既定之強風時，從與風垂直恢復成與風平行，防止過度旋轉，此為第三階段(防止過度旋轉階段)。
本發明之風車3如第3圖及第5圖所示，受風方向2w與旋轉軸2之旋轉軸線2x之方向一致。風車3之構造包括配置方式可因承受風力從該受風方向2w朝向一定方向旋轉的複數個葉片30及使這些複數個葉片30與旋轉軸2以一體旋轉之方式連結(連接)的輪轂22。
葉片30之配置方式為，受風面30w(參照第11圖)與受風方向2w交叉，承受來自旋轉軸2之旋轉軸線2x之方向的風力而旋轉。葉片30在旋轉軸線2x之周圍以既定間隔設置2個以上(在此以等間隔設置3個)，各個葉片相對於旋轉軸2，沿著徑向向外延伸。
輪轂22如第4圖及第6圖所示，具有以與旋轉軸2一體旋轉之方式固定的軸固定部(固定元件)221及將各葉片30固定在軸固定部221上的葉片固定部(螺旋槳固定部)33。藉此，各葉片30藉由對應之葉片固定部33，固定於軸固定部221(參照第1圖及第2圖)上，與旋轉軸2為一體地旋轉。
軸固定部221如第4圖及第6圖所示，其形狀為，具有圓盤形狀之環狀前端部221A及其前端部221A之中心部朝向旋轉軸2之受風方向下游延伸的筒狀後端部221B。軸固定部221從受風方向上游插通旋轉軸2，這些部分藉由締結元件以一體旋轉之方式固定在一起。
葉片固定部33如第4圖及第6圖所示，設置於每一葉片30上，固定於共通之軸固定部(固定元件)221上，其型態為，當對應之葉片30承受風力時，該受風面30w之寬度方向W與風平行而受到推壓力FW(參照第11)，且使該寬度方向W與旋轉軸線2x之方向所夾之角度θ為可變的型態。藉此，各葉片固定部33可透過以一體旋轉之方式固定於旋轉軸2上的共通軸固定部(固定元件)，一體固定於旋轉軸2上。
本實施型態之葉片固定部33為轉軸元件，其具有朝向葉片30之延伸方向延伸的旋轉支軸33Z及一對固定部33A,33B，其在該旋轉支軸33Z之軸線33z(參照第2圖)所夾出之角度為可變狀態。其中一固定部33A可透過葉片安裝元件330使用締結元件一體固定於葉片30上。另一固定部33B亦可使用締結元件一體固定於旋轉軸2那側之軸固定部221上，藉此，所有葉片固定部33可和軸固定部221一體旋轉。
本實施型態之葉片安裝元件330如第2圖所示，在構造上具有用來夾持葉片30的一對平行板部330A,330A及以與這些部分垂直之型態結合的垂直結合部330B，被平行板部330A,330A夾持的葉片30藉由締結元件得到一體固定。第2(a)圖為第1圖中之1個葉片固定部被放大的部分剖面圖，第2(b)圖及第2(d)圖為簡略表示第2(a)圖之A-A剖面的模式圖，第2(c)圖及第2(e)圖為簡略表示第2(a)圖之B-B剖面的模式圖。但是，在第2(b)圖及第2(c)圖、第2(d)圖及第2(e)圖中，葉片30之寬度方向W與旋轉軸線2x之方向所夾的角度θ不同，第2(b)圖及2(c)圖表示葉片30與風垂直的狀態，第2(d)圖及第2(e)表示葉片30與風平行的狀態。在第2圖中，葉片固定部33之固定部33A締結固定於垂直結合部330B，葉片30可與平行板部330A,330A一起繞著旋轉支軸33Z之軸線33z周圍旋轉。另一方面，葉片固定部33之固定部33B可藉由締結元件直接固定於軸固定部221。
旋轉支軸33Z如第8圖及第10圖所示，葉片30以寬度方向W上之第一側之端部30A那側為中心，為使另一邊之第二 側之端部30B旋轉，設置於偏向第一側之端部30A那側的位置。在本實施型態中，第一側之端部30A相對於軸線33z在內周側，第二側之端部30B在外周側，在此之旋轉支軸33Z之軸線33z位於比第一側之端部30A那側之端緣位置更外側的地方。
角度調整機構300如第11圖所示，具備偏置裝置34(參照第4圖及第6圖)，其中，當風力低於既定之微風水準時，在承受該風力之葉片30之寬度方向W最與風平行(與風平行之方向X)的既定初始旋轉用角度位置A，保持偏置，又包括砝碼裝置35，其中，當風力超過該微風水準時，離心力FA強過加諸於葉片30之該風力所產生之受風面30w所受到之推壓力FW、偏置裝置之偏置力FB，藉此，本身變位至外部，葉片30變成與風垂直(與風垂直的面Y)，以此形態該砝碼裝置35透過連接機構37(參照第4圖及第6圖)連結至葉片30；當風力達到既定之強風水準時，葉片30到達寬度方向W最與風垂直之既定高速旋轉用角度位置B，並且，當風力再度超過該強風水準時，該風力所產生之推壓力FW、偏置裝置34之偏置力FB強過離心力FA，將砝碼元件35推壓至內部，藉此，使葉片30恢復成其寬度方向W與風平行的狀態。
此外，在本發明中，所謂葉片30之受風面30w之寬度方向W與風平行，是葉片30之受風面30w之寬度方向W與受風方向2w(亦即，旋轉軸2之旋轉軸線2x之方向，亦即與風平行之方向X)所夾的角度θ較小的意思，所謂葉片30之受風面30w之寬度方向W與風垂直，是葉片30之受風面30w之寬度方向W與受風方向2w垂直的面Y(亦即，與旋轉軸2之旋轉軸線2x之方向垂直的面Y)所夾的角度較小的意思。
以下將使用第7圖至第10圖說明本實施型態之角度調整機構300的構造。此外，本發明之角度調整機構300不受到以下所敘述的本實施型態之構造的限制。
砝碼元件35設置於每個葉片30上，如第7圖及第9圖所示，分別以可一體旋轉之方式安裝於旋轉軸2上。這些砝碼元件35本身也會隨著旋轉軸2之旋轉而旋轉，根據本身所受到之離心力，相對於旋轉軸線2x朝向徑向之內外方向變位，透過連接機構37(參照第4圖及第6圖)與旋轉軸2為一體或與其連動地旋轉。在此，其可與其徑向(對應之砝碼元件35產生變位之徑方向)與旋轉軸線2x雙方垂直的旋轉軸線371y周圍旋轉，以此方式連結固定於軸固定部221上。另一方面，透過連接機構37連結至共通的連結元件36，藉此，連結元件36根據砝碼元件35朝向徑向內外的變位，在旋轉軸2上滑動。
連接機構37藉由旋轉軸2之旋轉速度越大則作用力越大的離心力FA而成為可動機構，當離心力FA變大時，砝碼元件35位於外部，當離心力變小時，砝碼元件35位於內部，在預先設定之徑向範圍內使砝碼元件35產生變位。在本實施型態中，如第7圖及第9圖所示，在構造上具有相互連接結合之第一連接元件371與第二連接元件372。在形成L字形之第一連接元件371的其中一邊之端部371A上，有砝碼元件35藉由締結元件固定為一體，在另一邊之端部371B上，第二連接元件372之其中一端部372A在型態上具有與旋轉軸線2x、其徑向(對應之砝碼元件35產生變位的徑向)雙方垂直的旋轉軸線372y，以相互旋轉之方式安裝於其上。第二連接元件372之另一端部372B在型態上具有與旋轉軸線y平行的旋轉軸線373y，以可互相旋轉之方式安裝於具有圓盤形狀之環狀連結元件36之外周部。又，在位於L字形的第一連接元件371中間的彎曲部371C上，在型態上具有與軸固定部221相同、與旋轉軸線372y平行的旋轉軸線371y，以可旋轉之方式安裝於其上。軸固定部221一體固定於旋轉軸2上，不會隨著砝碼元件35沿著徑向的移動而產生變位，藉由固定連接此軸固定部221之型態，第一連接元件371與第二連接元件372成為可動元件。
偏置裝置34為彈簧元件(拉伸彈簧)，設置於每個葉片30上，各個偏置裝置34如第7圖及第9圖所示，其中一端部固定於與軸固定部221中之葉片固定部33相反的那個面側，並且，另一端部固定於相向於旋轉軸線2x之方向的連結元件36之相向面側。在本實施型態中，於軸固定部221之受風方向上游之那面，設有固定彈簧元件34之其中一端的彈簧固定部221c(參照第2(a)圖)，於連結元件36之受風方向下游之那面，設有固定彈簧元件34之另一端的彈簧固定部36c(參照第4圖及第6圖)。這對彈簧固定部221c,36c預先設置於複數個位置(在此為3個位置)，藉此，可增加彈簧元件34之數目來調整偏置力。
連接元件36透過連接機構37及軸固定部221與旋轉軸2一體旋轉，並且，藉由砝碼元件35朝向徑向內部之變位，滑動至旋轉軸線2x之第一側(參照第7圖及第8圖)，藉由砝碼元件35朝向徑向外部之變位，滑動至旋轉軸線2x之第二側(參照第9圖及第10圖)，如此，在中央部透過軸承裝置連結至旋轉軸2上。在此，第一側在受風方向下游側(軸固定部221那側)，第二側在受風方向上游側。
在連結元件36上，對應之葉片30因砝碼元件35朝向徑向內部之變位導致旋轉軸線2x朝向第一側移動，角度θ與風平行，直接或間接受到推壓，因砝碼元件35朝向徑向外部變位導致其朝向旋轉軸線2x朝向第二側滑動，角度θ與風垂直，直接或間接受到推壓，產生此推壓力之推壓元件362設置於每一個葉片30上。藉此，各葉片30之角度θ根據伴隨這些砝碼元件35朝向徑向內外之移動而滑動的連結元件36之旋轉軸上之位置來決定，藉此，各葉片30之角度θ以互為同步且相同角度之形式來變化。
此外，第7圖至第10圖中之各推壓元件362被圖示為直接推壓或拉回對應之葉片30的構造，但實際上如第2圖所示，亦可以貫通之形式延伸出形成於軸固定部221之圓盤狀前端部221A的貫通孔221h，該延伸先端部以可在與旋轉支軸33Z之軸線33z平行之軸線周圍旋轉的形式，固定於一體固定於對應之葉片30的固定部33A(在此為設置於受風方向上游側之平行板部330A之旋轉固定部330a)。此外，在此之推壓元件362以可旋轉之方式固定於距離固定部33A之旋轉支軸33Z較遠那側的第二側。
又，砝碼元件35預先規定於徑方向之可動範圍內。第9圖之狀態為砝碼元件35位於徑方向之最外側位置的狀態，在連接機構37之構造上，超過此徑方向外側則不可變位。砝碼元件35在達到此最外側位置之後，葉片30也達到其受風面30w之寬度方向W最與風垂直的既定高速旋轉用角度位置B(參照第11圖)。另一方面，第7圖之狀態為砝碼元件35位於徑方向之最內側位置的狀態，超過此徑方向內側則不可變位。但是，這並不是連結機構37之構造所規定的最內側位置。亦即，其最內側位置可規定為對於葉片30沿著與風平行且包含葉片30在內的角度變更動作所連動的可動構造體銜接至設置於與該動作方向相向之位置的銜接元件38的銜接位置。在第7圖及第8圖中，進一步在第11(a)圖的狀態下，葉片30藉由風力所產生之推壓力FW和偏置裝置34所產生之偏置力FB偏置為與風平行之狀態，然而，這些作用力FW及FB使葉片30變更為與風平行之狀態的角度變更動作，藉由銜接元件38銜接至包含葉片30在內的這個角度變更動作所連動的可動構造體，停止動作。另外，該停止位置為砝碼元件35之徑方向上之最內側位置，同時此時之葉片30的位置變為初始旋轉用角度位置A。
在本實施型態中，各葉片固定部33透過以可一體旋轉之方式固定於旋轉軸2的共通固定元件固定於旋轉軸2上，該固定元件作為銜接元件38來使用。在此，軸固定部221為銜接元件38。另一方面，為了隨著葉片30之寬度方向W與風平行而接近上述固定元件，連結元件36與連接機構37連接，作為上述之可動構造體39來使用。另外，在作為銜接元件38之軸固定部221及作為可動構造體39之連結元件36中任一者或雙方上，形成朝向另一元件延伸的延伸部380，該延伸部380中之另一元件那側之先端銜接至該另一元件之銜接部390，藉此，葉片30之位置得以保持在初始旋轉用角度位置A。在此，在連結元件36上，形成從其中央部朝向軸固定部221延伸形成的筒狀部或突起部，作為延伸部380，其先端與軸固定部221之銜接部390相互銜接，藉此，葉片30之位置得以保持在初始旋轉用角度位置A。此外，銜接元件38之銜接部及可動構造體39之銜接部中至少其中一者作為橡膠等彈性元件來設置。在此，軸固定部221之銜接部30作為彈性元件來設置。
藉由具有此種構造，葉片可以第11圖所示之形式來動作。
亦即，當風力低於既定之微風水準時，如第11(a)圖所示，該風力對葉片30之受風面30w的推壓力FW和偏置裝置34之偏置力FB克服離心力FA，將砝碼元件35推壓至內部，葉片30偏置維持在初始旋轉用角度位置A。具體地說，當風力低於既定之微風水準時，上述之可動構造體39銜接至銜接部38，受到上述之推壓力FW和偏置力FB推壓，葉片30之位置保持在作為該銜接位置之初始旋轉用角度位置A，此時，葉片30之受風面之寬度方向與風平行。此狀態為即使一點點風也會使風車3輕易得到較大力矩的狀態，為風車3容易旋轉的狀態。不過，也是難以得到很多旋轉數的狀態。
當風力超過上述之微風水準而達到既定之強風水準時，離心力FA開始增大，強過受風面30w所受到之推壓力FW、偏置裝置34之偏置力FB，砝碼元件35變位至外部，直到FA、FW及FB在達到平衡位置，並且，葉片30之角度θ也離開初始旋轉用角度位置A，改變成與風垂直的位置。此狀態為越是與風垂直，越難以得到較大力矩的狀態，但也是轉變至適於高速旋轉狀態之中途的狀態。
不過，砝碼元件35被規定在最外側位置。當到達該最外側位置，砝碼元件35不會超過那個最外側位置的地方變位。此時，葉片30為到達其寬度方向W最與風垂直之既定高速旋轉用角度位置B的狀態。此狀態為風車3可以最高速來旋轉的狀態。
當風力超過該強風水準時，該風力對受風面30w所產生之推壓力FW、偏置裝置34之偏置力FB強過離心力FA，這次將砝碼元件35推壓至內部，藉此，使葉片30之寬度方向W恢復成與風平行。此狀態為風車3慢慢轉變為難以得到高旋轉數之狀態中途的狀態。在此之葉片30之位置可恢復到上述可動構造體39銜接至銜接元件38的初始旋轉用角度位置A。
如此，根據本實施型態，藉由具有偏置裝置34、砝碼元件35及連接機構37，可以3階段來變更葉片30之角度θ，當風力為微風時，為使其輕易旋轉，使葉片30之角度θ與風平行，此為第一階段，當風速增加時，為了能夠輕易地變成高速旋轉，使葉片30之角度θ與風垂直，此為第二階 段，當風力為強風時，為了防止過度旋轉，使葉片30從與風垂直恢復為與風平行，此為第三階段，藉由這3階段之葉片30之角度變更所產生之自動旋轉速度控制，使風車3之啟動性優良，在高速旋轉時之效率也很高，並且，也可在變為強風時抑制過度旋轉。
以下將說明包括上述風車3之風力發電裝置1的構造。此外，本發明之風力發電裝置1不受以下將敘述的本發明之構造的限制。
本實施型態之風力發電裝置1在構造上包括風車3(參照第1圖、第12圖及第13圖)，其藉由具有上述之構造承受來自既定之受風方向2w之風力，朝向一定旋轉方向在既定之旋轉軸線2x之周圍旋轉，又包括飛輪7(參照第17圖)，其朝向上述一定旋轉方向，當旋轉軸2增速時，變成與該旋轉軸2一體旋轉的狀態，本身也增速旋轉，當旋轉軸2減速時，與旋轉軸2分離，進行慣性旋轉動作，並且，透過單方向離合器6(單向離合器：參照第17圖)而配置，再者，在此又包括發電機(發電裝置)9(參照第13圖)，其具有與飛輪7同軸且以一體旋轉之方式來配置的轉子91(參照第17圖)，藉由伴隨飛輪7之旋轉的該轉子91之旋轉來產生電力。
再者也可以說，包括與第二發電機9不同的第一發電機5，其將發電機9當作第二發電機，具有與飛輪7同軸且以一體旋轉之方式來配置的轉子51，藉由伴隨飛輪7之旋轉的該轉子51之旋轉來產生電力。在此，如第17圖所示，在相對於飛輪7之受風方向下游側設置第一發電機5，在受風方向 上游側設置第二發電機9。
另外，本實施型態之風力發電裝置1如第14A圖及第14B圖所示，在構造上包括輸出部(輸出裝置)10，其接受第一發電機5與第二發電機9雙方所產生之電力輸出，將其匯集起來輸出至外部。亦即，第一發電機5及第二發電機9之發電電力之輸出線在輸出至外部之前已經連接，其為以一個系統來輸出至外部的型態。
輸出部10如第14A圖所示，第一發電機5與第二發電機9雙方所產生之三相交流電力可分別輸入整流器12，然後，輸入升壓控制器11，以既定的電壓輸出，然後，再將其輸入電力調節器15，將所輸入之直流電力轉換為系統電力並輸出。藉此，可匯集第一發電機5與第二發電機9雙方所產生之電力並將其供給至外部之電源系統19A，例如，可賣出此電力。又，在電力調節器15中，可先轉換為家庭內所使用之交流電力再輸出。又，輸出部10亦可如第14B圖所示，將第一發電機5與第二發電機9雙方所產生之電力分別輸入至整流器12，然後，再輸入升壓控制器13，將設定為既定電壓之直流電力供給至電池(蓄電裝置)19B，以進行蓄電。又，亦可將蓄積於電池(蓄電裝置)19B的電力透過電力調節器15供給至外部之電源系統19A。
第15圖為簡略表示本實施型態之風力發電裝置1的放大剖面圖。風車3配置於筒狀風洞部(導管)31之內側，該筒狀風洞部以與旋轉軸2之旋轉軸線2x之方向同軸的形式延伸成筒狀。筒狀風洞部31之形成方式為，開口面積從風車3 之受風方向2w之上游側朝向下游側逐漸減少。具體來說，筒狀風洞部31在從受風方向2w之上游側之環狀端部31A到下游側之環狀端部31B之間的的區間內，形成朝向徑向內側膨脹出的彎曲形狀。被收進此筒狀風洞部31中的風以壓縮之形式供給至下游，下游側之葉片承受此風，所以，可增加風車3所得到的旋轉力。
筒狀風洞部31在其內周面，固定有複數個從短艙21之外周面21A向外延伸成放射狀的支持元件(FRP)32，其設置方式為，與短艙21一起不對旋轉軸2旋轉。短艙21將第一發電機5、飛輪7、第二發電機9及旋轉軸2收納於內部，在此，進一步收納角度調整機構300。輪轂22及葉片30沿受風方向2w設置於比船艙21之偏下游側，在下游側之葉片30所得到的旋轉力透過旋轉軸2傳達至位於受風方向2w之上游側的發電機5,9那側。
短艙21之安裝方式，如第15圖所示，可與從地表之基礎部190(參照第12圖)延伸出之支柱(塔)110之上端部110T一起，針對支柱本體110S配合風向，朝向水平面內改變方向(可在支柱本體110S之鉛直方向之軸線110x之周圍旋轉)。在本實施型態中，從外周側覆蓋各葉片30之筒狀風洞部31設置於短艙21之受風方向2w之下游側，所以，該筒狀風洞部31作為可改變風車3之受風方向2w的尾翼來使用。亦即，當筒狀風洞部31之筒狀外周面31C(特別是其水平方向那側的面：參照第12圖)承受風力時，對支柱110之上端部110T旋轉，順著風來的方向，使旋轉軸2之旋轉軸線2x朝向 受風方向上游側。
第16圖為以通過軸線2x,110x之平面切開第15圖之短艙的剖面圖。在短艙21之內部，配置有發電殼體100，其從風車3之受風方向2w之上游側依序收納飛輪7、第一發電機5及第二發電機9，藉由締結元件締結固定於短艙21上。
如第17圖所示，在發電殼體100之內部，從受風方向2w之上游側，依序具有收納第二發電機9之上游側收納空間9S、收納飛輪7之中間收納空間7S、收納第一發電機5之下游側收納空間5S，形成一系列空間的形狀。在這一系列的空間中，飛輪7配置於中間收納空間7S內，藉此，分割了上游側收納空間9S及下游側收納空間5S。相較於這兩個圓筒狀之上游側收納空間9S及下游側收納空間5S，同樣也是圓筒狀之中間收納空間7S之直徑較大，並且，所收納之飛輪7本身之位置為沿著徑向靠近中間收納空間7S之圓筒狀外周壁，所以，當配置飛輪7時，上游側收納空間9S及下游側收納空間5S僅連通至飛輪7之外周側，所以，為更確實之分離狀態。藉此，伴隨上游側收納空間9S及下游側收納空間5S中之其中一空間內之旋轉體(轉子91,51)之旋轉的亂流所帶來的影響，不會使另一空間接收到。
旋轉軸2相對於發電殼體100透過軸承裝置60被安裝，以針對發電殼體100貫通自身之軸線方向，並相對於發電殼體100順暢地轉動(參照第17圖)。本實施型態之軸承裝置60為密封裝置(O環等)或藉由油脂之類來產生密封機能的密封型軸承裝置，藉由該密封機能來形成密封狀態。當所密 封之發電殼體100之內部在大氣壓力下填充空氣時，內部之旋轉體51,91,7等所承受之填充氣體所產生的阻力(空氣阻力)得以減輕，成為類似減壓狀態的內部狀態。
在第一發電機5及第二發電機9中，沿著可在旋轉軸2之周圍旋轉的轉子(發電機旋轉子)51,91的周方向，以既定間隔配置複數個磁性元件52,92，並且，以形成氣隙的形式與這些磁性元件52,92相向，同時，在構造上包括固定子(發電機固定子)53,93，其上配置有不對該轉子51,91旋轉的固定子線圈54,94，藉由這些磁性元件52,92與固定子線圈54,94之相對旋轉，產生電力。所產生之電力(發電電力)在其相對旋轉速度越大時便越大。此外，本實施型態中之磁性元件52,92為永久磁鐵，可使用鈦磁鐵等。又，在本實施型態中，磁性元件52,92與固定子線圈54,94之數目比為3：4，從固定子線圈54,94輸出三相之交流電力。
在支柱110之上端部110T之上端軸部111T上，如第16圖所示，設有滑環110SA,110SB，在構造上，透過在各滑環110SA,110SB上滑動的刷子102CA(有圖示出),102CB(未圖示出)，從固定子線圈54,94汲取發電輸出。所汲取的發電輸出透過通過筒狀之支柱(塔)110之內部空間的配線，連接至輸出部10。
此外，為了在支柱110之上端部110T之上端面以可旋轉之方式固定旋轉軸2，如第16圖所示，內包軸承裝置之固定部120藉由締結元件來締結固定。發電殼體100相對於這些固定部120，設置於受風方向上游側。此外，在旋轉軸2之 受風方向上游側，旋轉軸2及延長該旋轉軸2之旋轉軸延長部2’藉由軸連結部130，以可一體旋轉之方式產生連結。插通發電殼體100內部的旋轉軸2為其旋轉軸延長部2’。
第一發電機5及第二發電機9雙方之固定子53,93作為沿著旋轉軸2之軸線方向從發電殼體100朝向殼體內部突出形成的筒狀元件來設置。在這些筒狀元件53,93上，沿著周緣方向以既定間隔形成沿著徑向產生貫通的開口部。這些開口部藉由在設置於周緣方向之旋轉軸2之軸線方向上延伸的各柱部，產生區隔，在各柱部上，有固定子線圈54,94纏繞。在本實施型態中，相鄰柱部之線圈纏繞方向為相反方向。
本實施型態之第一發電機5及第二發電機9具有與旋轉軸2同軸且與飛輪7相互一體旋轉的第一轉子部51A,91A及第二轉子部51B,91B，作為轉子51,91。雙方的轉子部51A,91A及51B,91B具有透過氣隙而相向的相向面，在雙方之相向面上，沿著周緣方向以相同數目及既定間隔配置複數個磁性元件92，藉由締結元件來固定。不過，其中一轉子部51A,91A之磁性元件52A(52),92A(92)與另一轉子部51B,91B之磁性元件52B(52),92B(92)以不同極性(磁極)之著磁面相對。再者，在這些第一轉子部51A,91A與第二轉子部52A,92A之間的空隙中，有固定子53,93之固定子線圈54,94介於其中。複數個固定子線圈54,94沿著其周緣方向，以既定間隔配置於雙方用來旋轉之轉子51A,51B,91A,91B之磁性元件52,52與磁性元件92,92之間所夾持的固定子53,93上的環狀相向區域上。
又，第一發電機5及第二發電機9上，第一轉子部51A,91A及第二轉子部51B,91B配置成與旋轉軸2之旋轉軸線2x之徑向相向。第一轉子部51A,91A以與飛輪7同軸且與其一體旋轉之方式，固定於在飛輪7之固定部70A之外周側所形成的固定部50A,90A。形成第二轉子部之圓筒狀部51B,91B以與飛輪7同軸且與其一體旋轉之方式，固定於在飛輪7之固定部70A之內周側所形成的固定部50B,90B。
此外，本實施型態之飛輪7具有透過單方向離合器(單向離合器)6固定於旋轉軸2上的軸固定部70C、從軸固定部70C朝向徑方向外側延伸的圓盤狀中間部70B、第一轉子部51A,91A及第二轉子部51B,91B一體固定於中間部70B之徑方向外側的固定部70A。再者，在本實施型態中，具有從固定部70A朝向徑方向外側延伸的外端部70D。
以上說明了本發明其中一實施型態，但完全不受該例子限定，本發明亦不受該實施型態限定，只要在不脫離申請專利範圍之主旨的範圍內，可根據該熟習該項技術者之知識進行各種變更。
例如，可以下面之方式變更上述實施型態。
第18圖所示的本實施型態之風力發電裝置1在構造上包括承受來自既定之受方風2w向之風力朝向一定旋轉方向在既定之旋轉軸線2x之周圍旋轉的風車3；又包括第一發電機(發電裝置)5，其具有與風車3之旋轉軸2同軸且以與其一體旋轉之方式來配置的轉子51，同時又藉由伴隨旋轉軸2之旋轉的該轉子51之旋轉來產生電力；還包括飛輪7，其與旋轉軸2同軸，且透過單方向離合器(單向離合器)6而配置，該配置朝向上述一定旋轉方向，當上述旋轉軸2增速時，變成與該旋轉軸2一體旋轉之狀態且自身也增速旋轉，當上述旋轉軸2減速時，與該旋轉軸2分離且產生慣性旋轉動作；另包括與第一發電機5不同的第二發電機(發電裝置)9，其具有與上述飛輪7同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子91，藉由伴隨上述飛輪7之旋轉的該轉子91之旋轉，產生電力。
再者，就第18圖之風力發電裝置1而言，在構造上包括輸出部(輸出裝置)10，其接受第一發電機5與第二發電機9雙方所產生之電力輸入，將其匯集起來輸出至外部。亦即，其構造為第一發電機5及第二發電機9所發出之相位互異的發電電力以一個系統來輸出至外部的型態。此外，在此情況下之輸出部10之構造可和第14A圖及第14B圖相同。
第18圖之第一發電機5具有與旋轉軸2同軸且相互一體旋轉的第一轉子部51A及第二轉子部51B，作為轉子51。雙方的轉子部51A,51B具有透過氣隙而相向的相向面，在雙方之相向面上，沿著周緣方向以相同數目及既定間隔配置複數個磁性元件52，藉由締結元件來固定。不過，在雙方之轉子部51A,51B中其中一轉子部51A之磁性元件52A(52)與另一轉子部51B之磁性元件52B(52)以不同極性(磁極)之著磁面相對。再者，在這些第一轉子部51A與第二轉子部51B之間的空隙中，有固定子53之固定子線圈54介於其中，複數的固定子線圈54沿著其周緣方向，以既定間隔配置於雙方用來旋轉之轉子51A,51B之磁性元件52,52之間所夾持的固定子53上的環狀相向區域上。
又，在第一發電機5中，第一轉子部51A及第二轉子部51B與旋轉軸2之軸線2x之徑方向(半徑方向)相向而配置。在本實施型態中，包括轉子本體部50以作為轉子51之本體部，其具有以與旋轉軸2一體旋轉之方式來固定的軸固定部50C、從軸固定部50C朝向徑方向外側延伸的圓盤狀中間部50B、中間部50B之徑方向外側的外端部50A。不過，轉子本體部50相較於在外周側具有很大重量的飛輪7，重量較輕，半徑較小。形成第一轉子部的圓筒狀部51A與形成第二轉子部且半徑比圓筒狀部51A大的圓筒狀部51B以與轉子本體部50同軸之形式一體旋轉之方式，兩者固定於轉子本體部50之外端部50A上。
第18圖之第二發電機9具有與旋轉軸2同軸且與飛輪7一起相互一體旋轉的第一轉子部91A及第二轉子部91B，作為轉子91。雙方的轉子部91A,91B具有透過氣隙而相向的相向面，在雙方之相向面上，沿著周緣方向以相同數目及既定間隔配置複數個磁性元件92，藉由締結元件來固定。不過，在雙方之轉子部91A,91B中其中一轉子部91A之磁性元件92A(92)與另一轉子部91B之磁性元件92B(92)以不同極性(磁極)之著磁面相對。再者，在這些第一轉子部91A與第二轉子部91B之間的空隙中，有固定子93之固定子線圈94介於其中。複數的固定子線圈94沿著其周緣方向，以既 定間隔配置於雙方用來旋轉之轉子91A,91B之磁性元件92,92之間所夾持的固定子93上的環狀相向區域上。
又，在第二發電機9中，第一轉子部91A及第二轉子部91B與旋轉軸2之軸線2x之徑方向相向而配置。第一轉子部91A固定於飛輪7上，其固定方式為，形成第一轉子部的圓筒狀部91A與形成第二轉子部且半徑比圓筒狀部91A大的圓筒狀部91B與飛輪7同軸且一體旋轉。
此外，本實施型態之飛輪7具有透過單方向離合器(單向離合器)6來固定於旋轉軸2的軸固定部70C、從軸固定部70C朝向徑方向外側延伸的圓盤狀中間部70B、在中間部70B之徑方向外側固定形成第一轉子部之圓筒狀部91A與形成第二轉子部之圓筒狀部91B的固定部70A，在本實施型態中，也具有從固定部70A朝向徑方向外側延伸的外端部70D。
如第19圖至第23圖所示，在風車3(葉片30)之迎風面上，設有兼具發電部外殼(外殼)功能的風導外殼(短艙)200，此外殼200之內部可收納有發電部，並且，可該風導外殼200(同時也是外殼本體201)之外部一體形成風向鰭板(風向板部)202。在此例中，風車3之外側不存在第12圖、第15圖所示之筒狀風洞部(導管)31，風車3以露出狀態承受風力。風導外殼200之外殼本體201沿著風車3之軸方向具有直角剖面為縱長橢圓形或圓形之類的光滑外周面，就該外殼本體201之迎風面之端部而言，越靠近先端側則越細小，具有先端曲率較小之圓弧狀垂直剖面。
在外殼本體201之外周面上，上述之風向鰭板202在沿 著風車3之軸方向的方向上，從該外殼本體201(風導外殼200)之外周面突出(例如向上突出)至外方而形成，風向鰭板202與風車3之旋轉面有直角方面的位置關係。風向鰭板202具有與外殼本體201之軸方向長度相等或比其稍短的長度，並包括從外殼本體201之風上側先端附近以圓弧狀(或直線狀)逐漸增加高度的斜邊203，又包括在外殼本體201之風下側之端部附近到達最大高度並從其頂部朝向迎風側切入形成圓弧狀(彎曲狀)而下降的後端部204(可為在風下側膨脹成圓弧狀的後端部或以直線狀下垂的後端部)，其下端連接至外殼本體201之上部面。又，風向鰭板202之斜邊203形成如刀鋒般之尖銳狀，又，從中間部朝向後端部204也有越靠近後端越尖銳的曲面，風向鰭板202之風向方向之中間部形成得最厚，從迎風面來看，如第20圖所示，形成尖銳的三角形。
與此種風向鰭板202一起夾持外殼本體201之軸線，於相反側(下側)形成支柱連接部208，其與使風車3維持既定高度的支柱(竿)206連接，支柱206連接於此。此支柱連接部208從外殼本體201之下面突出，並且，平滑地形成錐狀，下端部形成圓筒狀，在該圓筒狀上，嵌合了支柱206之圓形剖面之上端部，並且，如第19圖所示，透過軸承210，風導外殼200及風車3以自由旋轉之方式受到支柱206之軸線(垂直軸)之周圍支持。結果，形成於風導外殼200之風向鰭板202沿著風向，換言之，風車3之旋轉面經常正對著風向，如此，風車3及風導外殼200保持在自由狀態。
第24圖為包含風車3及風導外殼200之部分的側面剖面圖(透視圖)，在風導外殼200之內部，風車3之旋轉軸2以同心之狀態配置於風導外殼200之中心線，又，第17圖或第18圖所示之發電殼體100以同心之狀態組合至其旋轉軸2上。再者，在第2圖至第11圖中所說明過的風車3之角度調整機構300也收納於此風導外殼200內。
此外，如第19圖、第22圖及第24圖所示，風車3之中心部(葉片30之基端部)被圓形剖面之筒狀部212所佔據，形成從此筒狀部212之中心部到與上述風導外殼200相反之那側(風下側)突出成錐狀的錐狀中心部214，在此錐狀中心部214與筒狀部212(到了受風下側稍微收縮成錐形的約略圓筒狀)之間，形成圓環狀且越到底部越變窄的附帶錐形之環狀凹部216，在其內部，配置有輪轂22及葉片固定部33。即使風向有大幅的改變而使風從風導外殼200之後方吹過來，該附帶錐形之環狀凹部216也受到來自後方的風而產生旋轉動作，結果，自由狀態之風導外殼200及風車3的姿態(方向)產生將近180度的改變，風導外殼200之先端可以正對著風的方式變更姿態。
1‧‧‧風力發電裝置
10‧‧‧輸出部
100‧‧‧發電殼體
102CA‧‧‧刷子
11‧‧‧升壓控制器
110‧‧‧支柱
110S‧‧‧支柱本體
110SA,110SB‧‧‧滑環
110T‧‧‧上端部
110x‧‧‧軸線
111T‧‧‧上端軸部
12．．．整流器
120．．．固定部
13．．．升壓控制器
130．．．軸連結部
15．．．電力調節器
19A．．．電源系統
19B．．．電池
190．．．基礎部
2．．．旋轉軸
2’．．．旋轉軸延長部
200．．．風導外殼
201．．．外殼本體
202．．．風向鰭板
203．．．斜邊
204．．．後端部
206．．．支柱
208．．．支柱連接部
210．．．軸承
21．．．短艙
212．．．筒狀部
214．．．錐狀中心部
216．．．環狀凹部
221A．．．軸固定部之前端部
221B．．．軸固定部之後端部
221c．．．彈簧固定部
221h．．．貫通孔
22．．．輪轂
221．．．軸固定部
2x．．．旋轉軸線
2w．．．受風方向
3．．．風車
30．．．葉片(螺旋槳)
30w．．．受風面
300．．．角度調整機構(螺旋槳角度調整機構)
31．．．筒狀風洞部(導管)
31A,31B．．．環狀端部
31C．．．筒狀外周面
32．．．支持元件
33．．．葉片固定部(螺旋槳固定部)
330A．．．平行板部
330B．．．垂直結合部
330a．．．旋轉固定部
33A,33B．．．固定部
33Z．．．旋轉支軸
33z．．．軸線
34．．．偏置裝置
35．．．砝碼元件
36．．．連結元件
36c．．．彈簧固定部
362．．．推壓元件
37．．．連接機構
371．．．第一連接元件
371A．．．第一連接元件之其中一端部
371B．．．第一連接元件之另一端部
371C．．．第一連接元件之彎曲部
371y．．．旋轉軸線
372．．．第二連接元件
372A．．．第二連接元件之其中一端部
372B．．．第二連接元件之另一端部
372y．．．旋轉軸線
373y．．．旋轉軸線
38．．．銜接元件
380．．．延伸部
39．．．可動構造體
390．．．銜接部
5．．．第一發電機
5S．．．下游側收納空間
50A．．．外端部/固定部
50B．．．中間部/固定部
50C．．．軸固定部
51,91．．．轉子(發電機旋轉子)
52,52A,52B,92,92A,92B．．．磁性元件
53,93．．．固定子(發電機固定子)
54,94．．．固定子線圈
51A,91A．．．第一轉子部
51B,91B．．．第二轉子部
6．．．單方向離合器
60．．．軸承裝置
7．．．飛輪
7S．．．中間收納空間
70A．．．固定部
70B．．．中間部
70C．．．軸固定部
70D．．．外端部
9．．．第二發電機
9S．．．上游側收納空間
W．．．葉片之寬度方向
θ．．．葉片之寬度方向與旋轉軸之軸線方向的夾角
X．．．與風平行之方向
Y．．．與風垂直之面
A．．．初始旋轉用角度位置
B．．．高速旋轉用角度位置
FW．．．藉由風力施加於葉片上之推壓力
FA．．．離心力(藉由連接機構37將離心力轉換為旋轉軸線2x之方向的力)
FB．．．偏置裝置之偏置力
第1圖為本發明其中一實施型態之風力發電裝置，其為從背面側觀看葉片及輪轂的圖。
第2(a)~(e)圖為第1圖的部分放大圖及從平面觀看第1圖的圖。
第3圖為具有第1圖之風車的風力發電裝置的部分剖面圖，其顯示砝碼元件位於徑向內側的狀態。
第4圖為第3圖的部分放大圖。
第5圖為具有第1圖之風車的風力發電裝置的部分剖面圖，其顯示砝碼元件位於徑向外側的狀態。
第6圖為第5圖的部分放大圖。
第7圖為簡略表示第4圖之狀態的模式圖。
第8圖為簡略表示從平面觀看第4圖之狀態的模式圖。
第9圖為簡略表示第6圖之狀態的模式圖。
第10圖為簡略表示從平面觀看第6圖之狀態的模式圖。
第11(a)~(c)圖為簡略說明第1圖之實施型態中之葉片之旋轉動作的模式圖。
第12圖為簡略表示可應用第1圖之實施型態的本發明之風力發電裝置之位置實施型態的外觀圖。
第13圖為簡略表示第12圖之風力發電裝置之電子構造的方塊圖。
第14A圖為簡略表示第12圖之風力發電裝置之輸出部之電子構造之其中一例的方塊圖。
第14B圖為簡略表示第14A圖之變形例的方塊圖。
第15圖為簡略表示第12圖之風力發電裝置中之風車部分的放大剖面圖。
第16圖為第12圖之風力發電裝置中之支柱部分的放大剖面圖。
第17圖為第12圖之風力發電裝置中之發電殼體內部被 放大的放大剖面圖。
第18圖為與本發明之風力發電裝置之第12圖不同的實施型態，其為該實施型態中之發電殼體內部被放大的放大剖面圖。
第19圖為本發明之另一實施例的側面圖。
第20圖為第19圖的正面圖。
第21圖為第19圖的背面圖。
第22圖為第19圖的後方側立體圖。
第23圖為第19圖的前方側立體圖。
第24圖為第19圖的側面剖面圖(側面透視圖)。
第25圖為第19圖之風導外殼200部分的底面透視圖。
22‧‧‧輪轂
221‧‧‧軸固定部
2x‧‧‧旋轉軸線
3‧‧‧風車
30‧‧‧葉片(螺旋槳)
33‧‧‧葉片固定部(螺旋槳固定部)

Claims (12)

  1. 一種風力發電裝置之風車，承受風力朝向一定旋轉方向在既定之旋轉軸周圍旋轉，其特徵在於包括：螺旋槳，為了承受上述旋轉軸之旋轉軸線方向之風力以產生旋轉動作而在該旋轉軸周圍設置2個以上，並相對於該旋轉軸沿著徑向向外延伸；螺旋槳固定部，為了在承受上述風力時使該受風面之寬度方向與風平行，以承受推壓力之型態以及該受風面之寬度方向與上述旋轉軸之旋轉軸線方向所形成之夾角可變的型態，將上述螺旋槳固定於上述旋轉軸上；及螺旋槳角度調整機構，包括：砝碼元件，相對於上述旋轉軸可一體旋轉而被安裝；連結元件，沿著與上述旋轉軸的旋轉軸線平行之方向移動；連接機構，連接上述連結元件與上述砝碼元件，藉由上述旋轉軸之旋轉速度越大則作用力越大的離心力而成為可動機構，以當上述離心力變大時，上述砝碼元件位於外部，且當上述離心力變小時，上述砝碼元件位於內部的方式，在預先設定之上述徑方向之可動範圍內使上述砝碼元件產生變位，另一方面，當上述砝碼元件位於外部時，上述連接元件自上述螺旋槳側遠離般地移動，當上述砝碼元件位於內部時，上述連接元件朝上述螺旋槳側靠近般地移動； 推壓元件，與上述連結元件連接，其中，將上述螺旋槳在以根據上述砝碼元件朝向內部的變位而使上述連接元件接近上述螺旋槳側的情況下，將其受風面的寬度方向以與風平行的方式直接或間接地推壓，將上述螺旋槳在以根據上述砝碼元件朝向外部的變位而使上述連接元件自上述螺旋槳側遠離的情況下，將其受風面的寬度方向以與風垂直的方式直接或間接地拉回；偏置裝置，設置於上述螺旋槳與上述連結元件之間，將承受該風力之上述螺旋槳偏置保持於上述寬度方向最能與風平行的既定之初始旋轉用角度位置；在上述風力低於既定之微風水準時，將承受該風力之上述螺旋槳藉由上述偏壓裝置的偏壓力偏置保持於上述寬度方向最能與風平行的既定之初始旋轉用角度位置，且在上述風力超過上述微風水準時，克服將離心力加諸於上述螺旋槳之該風力所產生之上述推壓力與上述偏置裝置之偏置力，藉此，透過上述連接機構使上述砝碼元件變位至外部，並透過上述推壓元件將上述螺旋槳可變成與風垂直，且當上述風力達到既定之強風水準時，使上述螺旋槳到達上述寬度方向最能與風垂直之既定高速旋轉用角度位置，並且，當上述風力進一步超過該強風水準時，該強風所產生之上述推壓力與上述偏置裝置之偏置力克服上述離心力，透過上述連接機構將上述砝碼元件推回內部，藉此，透過上述推壓元件使上述螺旋槳以上述寬度方向與風平行之型態回歸到原位。
  2. 如申請專利範圍第1項之風力發電裝置之風車，其中，上述螺旋槳固定部為轉軸元件，具有朝向上述螺旋槳之延伸方向延伸的旋轉支軸與2個在該旋轉支軸的軸線周圍形成可變之夾角的固定板部，其中一固定板部固定於上述螺旋槳，另一固定板部以可與上述旋轉軸側一體旋轉之方式得到固定，上述旋轉支軸為了使上述螺旋槳以上述寬度方向上之第一側之端部側為中心並使另一方之第二側之端部側旋轉，設置於上述第一側之端部側。
  3. 如申請專利範圍第2項之風力發電裝置之風車，其中，上述砝碼元件連接結合於上述螺旋槳之上述寬度方向上之外周側之端部側。
  4. 如申請專利範圍第1項之風力發電裝置之風車，其中，上述砝碼元件分別設置於複數個上述螺旋槳，每一個以可與上述旋轉軸一體旋轉之方式設置，另一方面，為了使這些砝碼元件隨著朝向內外之變位而相對於上述旋轉軸而滑動，透過上述連接機構連結至共通的上述連結元件，藉此，各上述螺旋槳之上述角度根據隨著這些砝碼元件之朝向內外之移動而滑動的上述連結元件的上述旋轉軸上的位置，以彼此同步且同角度之型態產生變化。
  5. 如申請專利範圍第4項之風力發電裝置之風車，其中，各上述螺旋槳固定部透過以可與上述旋轉軸一體旋轉之方式固定的共通固定元件固定於上述旋轉軸，上述偏置裝置以在上述固定元件與上述連結元件之間沿著上述旋轉軸方向產生偏置力之方式來設置。
  6. 如申請專利範圍第1項之風力發電裝置之風車，其中，上述螺旋槳角度調整機構在上述風力低於上述微風水準時，為了使上述寬度方向與上述風平行，藉由上述偏置裝置偏置承受該風力之上述螺旋槳，並且，使隨著包含上述螺旋槳的該螺旋槳之上述角度變化連動而產生動作的可動構造體銜接上銜接元件，以停止該動作，藉此，將位置保持在上述初始旋轉用角度位置，另一方面，在上述風力進一步超過上述強風水準時，位置可回歸到上述可動構造體銜接至上述銜接元件的上述初始旋轉用角度位置。
  7. 如申請專利範圍第6項之風力發電裝置之風車，其中，在上述銜接元件及上述可動構造體之銜接面中至少其中一者上，設有彈性元件。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之風力發電裝置之風車，其中，上述砝碼元件分別設置於複數個上述螺旋槳，每一個以可與上述旋轉軸一體旋轉之方式設置，另一方面，為了使這些砝碼元件隨著朝向內外之變位而相對於上述旋轉軸而滑動，透過上述連接機構連結至共通的前述連結元件，藉此，各上述螺旋槳之上述角度根據隨著這些砝碼元件之朝向內外之移動而滑動的上述連結元件的上述旋轉軸上的位置，以彼此同步且同角度之型態產生變化；各上述螺旋槳固定部透過以可與上述旋轉軸一體旋轉之方式固定的共通固定元件固定於上述旋轉軸，作為上述銜接元件來使用，另一方面，上述連結元件為了在上述螺旋槳之上述寬度方向與風平行而接近上述固定元件，與上 述連接機構連接，作為上述構造體來使用，在上述固定元件及上述連結元件中至少其中一者或兩者上，形成朝向另一元件延伸的延伸部，該延伸部上位於上述另一元件那側之先端銜接至該另一元件，藉此，上述螺旋槳之位置可保持在上述初始旋轉用角度位置。
  9. 一種風力發電裝置，其特徵在於包括：風車，如申請專利範圍第1至7項中任一項者；飛輪，與上述旋轉軸同軸，透過單方向離合器而配置，該配置朝向上述一定旋轉方向，當上述旋轉軸增速時，變成與該旋轉軸一體旋轉之狀態且自身也增速旋轉，當上述旋轉軸減速時，與該旋轉軸分離且產生慣性旋轉動作；發電裝置，具有與上述飛輪同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子，藉由伴隨上述飛輪之旋轉的該轉子之旋轉來產生電力；及輸出裝置，將上述發電裝置所產生之雙方或任一者之電力輸出至外部。
  10. 一種風力發電裝置，其特徵在於包括：風車，如申請專利範圍第8項者；飛輪，與上述旋轉軸同軸，透過單方向離合器而配置，該配置朝向上述一定旋轉方向，當上述旋轉軸增速時，變成與該旋轉軸一體旋轉之狀態且自身也增速旋轉，當上述旋轉軸減速時，與該旋轉軸分離且產生慣性旋轉動作；發電裝置，具有與上述飛輪同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子，藉由伴隨上述飛輪之旋轉的該轉子之旋轉來 產生電力；及輸出裝置，將上述發電裝置所產生之雙方或任一者之電力輸出至外部。
  11. 如申請專利範圍第9項之風力發電裝置，其中，將上述發電裝置作為第二發電裝置，包括與第二發電裝置不同之第一發電裝置，其具有與上述風車之旋轉軸同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子，藉由伴隨上述旋轉軸之旋轉的該轉子之旋轉來產生電力，上述輸出裝置將上述第一發電裝置與上述第二發電裝置雙方或任一者所產生之電力輸出至外部。
  12. 如申請專利範圍第10項之風力發電裝置，其中，將上述發電裝置作為第二發電裝置，包括與第二發電裝置不同之第一發電裝置，其具有與上述風車之旋轉軸同軸且以一體旋轉之方式配置的轉子，藉由伴隨上述旋轉軸之旋轉的該轉子之旋轉來產生電力，上述輸出裝置將上述第一發電裝置與上述第二發電裝置雙方或任一者所產生之電力輸出至外部。
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