(57)【要約】【課題】海岸線や山岳地で用いられる水平軸風車を風向きの変化に応じて制御する場合、設置作業が軽減でき、また、設置後にも比較的自由に修正できるようにする。【解決手段】例えば風向きが同図中の矢印Ｋで示すようなとき、本水平軸風車１のロータ６は、その回転面がこの風向きの流れ方向に垂直をなし回転しており、ロータ６の各ブレード６ｂ１〜６ｂ３は所定ピッチ角に制御されている。しかるに、風向きが矢印Ｋとは反対の向きに変わると、本水平軸風車１においては、この風向きの変化に対応して各ブレード６ｂ１〜６ｂ３のピッチ角を、ロータ６の回転方向を反転させるように制御する。【選択図】図２
2006200400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風向きがロータの背面側から吹き付けるように変化したときに、当該ロータを背面側に向けないで当該ロータの回転が反転するように当該ロータのブレードのピッチ角を制御することを特徴とする水平軸風車。
【請求項２】
前記ロータが支持されたナセルを搭載するタワーヘッドに円状又は円弧状のレールを設け、このレールに案内され当該レール上を移動するローラを回転自在に軸着して前記ナセルを支持し、前記ローラを駆動して移動させ風車の方位を制御することを特徴とする請求項１に記載の水平軸風車。
【請求項３】
前記円状又は円弧状のレールが伸縮自在なアクチュエータを介してタワーヘッド上に支持され、風の吹上角又は吹降角と一致するように前記アクチュエータを伸縮させて風車の傾斜角を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の水平軸風車。
【請求項４】
円状のレールを伸縮自在なアクチュエータを介してタワーヘッド上に支持し、ロータの回転軸を支持したナセルに回転自在にローラを軸着して前記レール上を当該レールに案内させて回転移動させるようにし、前記ローラを回転駆動して風車の方位を風向きの方位に一致させ、風の吹上角又は吹降角と一致するように前記アクチュエータを伸縮させて風車の傾斜角を制御することを特徴とする水平軸風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平軸風車に関し、詳しくは、風向きの変化に応じて、例えばロータのブレードのピッチ角を変化させて回転の向きを変更させ、更に、設置場所の風向きの変化により適宜にその向きを変化させる水平軸風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風向きの変化に応じて方向制御を行う水平軸風車の従来例（特許文献１）として、例えば図５に示すようなダウンウィンド型の水平軸風車は公知である。かかる水平軸風車の方向制御は、当該水平軸風車の方位角（水平軸風車のロータ軸の、水平面内での変位角、以下同様）方向の風向きに当該水平軸風車のティルト角（上記水平面に垂直な平面内での変位角、以下同様）方向の風向きが加わった風向きに対し、当該水平軸風車のロータを垂直に又は垂直に近づけるようにしたものである。この水平軸風車は、風の吹上角又は吹降角が地形によることを利用しており、具体的には、同図において、風車１００に対する風向きが、同図中矢印Ｑで示すような、ある方位角方向の風向きのときに、タワー１０１が設置された地面に対し角度αとなる場合には、ナセル１０２は、ロータ１０３のロータ軸１０３ａがある方位角方向の流れ方向を向くように内カム軌道１０４、外カム軌道１０５上をそれぞれ回転して停止する。この停止位置は、ある方位角方向の風向きに対応してティルト角方向の風向き角度がαに設定されているところであり、これにより、ロータ軸１０３ａの、タワーヘッド台座１０１ａ面、即ち、地面に垂直な平面内での傾斜角がαになり、風車１００は、ロータ５が風向きの流れに対し垂直をなす状態になる。また、例えば図６において、風車１００に対する風向きが、当初は同図中矢印Ｒで示す風向き（実線で示す）から矢印Ｓで示す風向き（破線で示す）に変化するようなときには、矢印Ｒの風向きに対応して、ナセル１０２は向きを変更し、そのロータ軸１０３ａがこの方位角方向の流れ方向を向くように停止（この停止位置は、この方位角方向の風向きに対応してティルト角方向の風向き角度が零に設定されているところ）し、風車１００は、ロータ１０３が風向きの流れに対し垂直をなす状態になっているが、風向きが矢印Ｓで示す風向きに変化したときには、ナセル１０２は、そのロータ１０３がこの方位角方向の流れ方向に正対するように内カム軌道１０４、外カム軌道１０５上を１８０゜回転して停止（この停止位置は、この方位角方向の風向きに対応してティルト角方向の風向き角度がβに設定されているところ）する。このとき、風車１００は、ロータ１０３が風向きの流れに対し垂直をなす状態になっている。尚、１０６は、ナセル１０２に取り付けられたローラである。
【０００３】
ところで、上記水平軸風車のように、ある方位角方向の風向きの流れが１８０゜逆転するような風向きの流れに変化するとき、ナセルを１８０゜回転移動させるような構造とし、また、ある方位角方向の風向きに対応するティルト角方向の変位については、カム軌道面にティルト角の大きさが方位角で異なるように予め形成されてなるカム軌道を設けるような構造とすると、ティルト角の大きさが方位角で異なるように形成されたカム軌道を設置場所ごとに製作する必要があるとともに、一度設定された角度を修正する作業が困難である。
【特許文献１】特開２００３−３５２４９（第２〜４頁、図３，４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、水平軸風車を風向きの変化に応じて方位角やティルト角を制御する場合、設置作業が煩雑でなく、また、設置後にも比較的自由に修正できるようにする点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る水平軸風車は、風向きがロータの背面側から吹き付けるように変化したときに、当該ロータを背面側に向けないで当該ロータの回転が反転するように当該ロータのブレードのピッチ角を制御するようにしたもので、上記例のようにナセルを回転移動させることなく、ブレードのピッチ角変更及びロータの回転方向の反転で行えるようにしているため、ナセルを回転させるための工事が省略されるので設置作業が煩雑でなく、また、設置後も簡単に修正できコストも抑えることができる。
【０００６】
本発明の請求項２に係る水平軸風車は、前記ロータが支持されたナセルを搭載するタワーヘッドに円状又は円弧状のレールを設け、このレールに案内され当該レール上を移動するローラを回転自在に軸着して前記ナセルを支持し、前記ローラを駆動して移動させ風車の方位を制御するようにしたもので、各ローラを円状又は円弧状の円弧状レール上で限られた範囲を移動させ、その範囲の風向きの変化に対応させることにより方位角方向の風向きに対する小幅の調整が行えるようにしたものである。
【０００７】
本発明の請求項３に係る水平軸風車は、前記円状又は円弧状のレールが伸縮自在なアクチュエータを介してタワーヘッド上に支持され、風の吹上角又は吹降角と一致するように前記アクチュエータを伸縮させて風車の傾斜角を制御するようにしたもので、上記例のように特別なカム軌道を製作することなく、伸縮自在なアクチュエータで行えるようにしているため、大きなカムの持ち上げ作業の省略を含めて設置時のコストを抑えるとともに、より正確に風向きに正対した水平軸風車を実現することができる。
【０００８】
本発明の請求項４に係る水平軸風車は、円状のレールを伸縮自在なアクチュエータを介してタワーヘッド上に支持し、ロータの回転軸を支持したナセルに回転自在にローラを軸着して前記レール上を当該レールに案内させて回転移動させるようにし、前記ローラを回転駆動して風車の方位を風向きの方位に一致させ、風の吹上角又は吹降角と一致するように前記アクチュエータを伸縮させて風車の傾斜角を制御するようにしたもので、大きなカムの持ち上げ作業が省略できるうえ、ロータの回転軸が向きに対応して固定されることなく、風向きの変化に正確に追随できるので、設置後に変更する必要が生じた場合でも改修する必要がない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水平軸風車は、季節によって、あるいは海岸や山間におけるように昼間は海風や吹上風が吹き、夜は陸風や吹降風が吹くように風向きが大略定まっている場所に設置する場合には、ブレードのピッチ角変更及びロータの回転方向の反転を行うようにし、さらに風向きが変化する場所に設置する場合には、上記ピッチ角変更と回転の逆転に加え、レールとその上を転動するローラとで風の方位に追随させ、傾斜角制御に際しては、アクチュエータの昇降を制御して風向きに合わせるようにしているため、比較的簡便に設置でき、また、設置後の変更も容易にできる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１の実施形態に係る水平軸風車を図１、２を参照して説明する。
水平軸風車として、図２に示すようなダウンウィンド型の水平軸風車１を用いて説明する。
かかる水平軸風車１は、地面に設置されたタワー２に略円筒状のナセル４が直接固着されており、このナセル４に回転自在にロータ軸（図示せず）が支持され、このロータ軸に固着されたハブ６ａに、そのピッチ角が変更されるように取り付けられた、本実施の形態では３枚のブレード６ｂ１〜６ｂ３を有するロータ６が設けられている。各ブレード６ｂ１〜６ｂ３は、ロータ軸に垂直になるようにハブ６ａに取り付けられている。
【００１１】
ところで、本水平軸風車１によるピッチ角変更については、特に図示しないが、ブレード６ｂ１〜６ｂ３のそれぞれについて独立に変更できるようになっており、例えばブレード６ｂ１で説明すれば、ブレード６ｂ１は、その基端部がハブ６ａにベアリングを介して回動自在に支持されたリングギヤに取り付けられ、かかるリングギヤがハブ６ａ内に固定されたモータにより駆動されるピニオンに噛合しており、これにより、そのピッチ軸Ｘを中心に回転して当該ブレード６ｂ１のピッチ角が可変する。  
【００１２】
本水平軸風車１の制御動作について図２を参照して説明する。
上述したように、風車１の設置場所が海岸線のような地形のところでは、風向きは比較的安定していて、昼間は海から陸に向い夜間は陸から海に向い、また、地面に沿って向いており、このため主として方位角の制御が必要である。
例えば昼間、同図中の矢印Ｋで示すような風向きのとき、風車１のロータ６は、その回転面がこの風向きの流れ方向に垂直をなし回転しており、ロータ６の各ブレード６ｂ１〜６ｂ３は、上述のようにして所定ピッチ角に制御されている。しかるに、夜間に、風向きが反転して矢印Ｋとは反対の風向きに変わると、風車１は、この風向きの変化に対応して各ブレード６ｂ１〜６ｂ３のピッチ角を変化させてロータ６の回転方向を反転制御する。これにより、ナセル４を回転移動させることなく、ブレード６ｂ１〜６ｂ３のピッチ角変更及びロータ６の回転方向の反転で行えるようにしているため、設置作業が煩雑でなく、また、設置後も簡単に修正できコストも抑えることができる。
【００１３】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水平軸風車を図３、４を参照して説明する。尚、図３、４において、図１，２中の構成部材と同一のものには同一番号を付し、その説明は割愛する。
本水平軸風車２０は、上記水平軸風車１と同様のダウンウィンド型水平軸風車であるが、図３中の矢印で示す風向きの流れの変化に応じて方位角やティルト角の制御ができるものである。
本水平軸風車２０は、図３に示すように、ナセル４が、地面に設置された上記タワー２のタワーヘッド台座３に、ベアリング７を介して当該台座３のまわりに回動自在に配設されるナセル支持部材８を備え、このナセル支持部材８が、上記ナセル４を当該ナセル４の下部中央に配設されるピン９を介して台座３に対し垂直方向に揺動自在に支持している。ところで、ベアリング７において、その内輪側はナセル支持部材８に、また、その外輪は台座３に着設されている。
そして、本水平軸風車２においては、方位角方向の風向きに対する小幅の調整が行えるようになっており、具体的には、図３（Ｂ）に示すように、ナセル４の下部にモータ１０及び当該モータ１０に駆動されるギヤ１１が設けられるとともに、当該ギヤ１１がナセル４の下部に固定された軸に軸着されたローラ１２に一体で回転するように設けられており、当該ローラ１２が、台座３上に円弧状に配置された、本実施の形態では３つ（複数）の円弧状レール１３上でそれぞれ移動制御されることにより、方位角方向の風向きに対する小幅の調整が行えるようになっている。但し、円弧状レール１３は、台座３上に直接配置されているのではなく、後述するように台座３上で上下に伸縮する油圧ジャッキ（アクチュエータ）１４上に配置されている。
【００１４】
更に、本水平軸風車２０においては、ティルト角方向の風向きに対する変更が行えるようになっており、具体的には、上述のように台座３と各円弧状レール１３との間に油圧ジャッキ１４がそれぞれ配置されており、かかる油圧ジャッキ１４は、風向きがロータ６の方位角に連動して当該ロータ６のティルト角が変化するように昇降制御されるようになっている。かかるティルト角の変位は、方位角方向の風向きと関係付けられて予め設定されていて、方位角に連動することにしてもよいし、また、吹上角又は吹降角とロータ軸の傾斜角を計測しておいて両者が一致すると油の供給を停止するようにしてもよい。
【００１５】
本水平軸風車２０の制御動作について図３を参照して説明する。
例えば昼間、同図中の矢印Ｌで示すような風向きのとき、風車２０のロータ６は、その回転面がこの風向きの流れ方向に垂直をなし回転しており、ロータ６の各ブレード６ｂ１〜６ｂ３は、上述のようにして所定ピッチ角に制御されている。しかるに、夜間に、風向きが変化して矢印Ｌとは反対の風向きに変わると、この風向きの変化に対応して各ブレード６ｂ１〜６ｂ３のピッチ角を変化させ、ロータ６の回転方向を反転制御する。そして、方位角方向の風向きに対する小幅の調整が必要な場合には、本水平軸風車２０は、モータ１０を介してローラ１２が駆動され、円弧状レール１３に沿って所定量移動制御される。
【００１６】
また、本水平軸風車２０の設置場所が山岳地のような地形のところでは、風向きは地面に沿って昼間は吹上がる方向となるが夜間は吹降ろす方向となり、このためティルト角、そして場合によって方位角の制御が行われる。このような場合の本水平軸風車２０の制御動作について図４を参照して説明する。
例えば昼間、同図中の矢印Ｍで示すような、ある方位角方向の風向きのときに、タワー２が設置された地面に対し角度ｘとなる場合（実線で示す）には、風車２０のロータ６は、その回転面がこの風向きの流れ方向に垂直をなし回転しており、ロータ６の各ブレード６ｂ１〜６ｂ３は、上述のようにして所定ピッチ角に制御されている。また、かかる方位角方向の風向きに対応してティルト角方向の風向き角度がｘに設定されていることから、ロータ軸の、台座３面に垂直な平面内での傾斜角がｘになるように、各油圧ジャッキ１４が昇降制御されている。このとき、風車２０は、ロータ６の回転面が風向きの流れに対し垂直をなす状態になっている。しかるに、夜間に、風向きが変化して背面側の矢印Ｎで示すような、ある方位角方向の風向きのときに、タワー３が設置された地形の影響を受けて角度ｙとなる場合（破線で示す）には、この風向きの変化に対応して各ブレード６ｂ１〜６ｂ３のピッチ角を変化させるとともに、ロータ６の回転方向を反転制御し、更に、かかる方位角方向の風向きに対応してティルト角方向の風向き角度がｙに設定されていることから、ロータ軸の、台座３面に垂直な平面内での傾斜角がｙになるように、各油圧ジャッキ１４が昇降制御される。このとき、風車２０は、ロータ６の回転面が風向きの流れに対し垂直をなす状態になる。場合により方位角方向の風向きに対する小幅の調整が必要な場合には、本水平軸風車２０は、上述同様に、モータ１０を介してローラ１２が駆動され、円弧状レール１３に沿って所定量移動制御される。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、海岸線や山岳地に設置される水平軸風車において、季節や昼夜での風向きの変化に応じて方位角やティルト角を制御できるように選択することで、その特殊事情に特化した方位角制御やティルト角制御を行うことにより、水平軸風車の設置の困難さが軽減でき、また、風を有効に利用でき発電量に対する建設コストを抑えることができるので、日本のように海岸線や山岳地の多いところでは、利用価値の高いものと言える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水平軸風車の外観構成図である。
【図２】図１の水平軸風車の動作説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る水平軸風車の動作説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る水平軸風車の動作説明図である。
【図５】従来の水平軸風車の動作説明図である。
【図６】従来の水平軸風車の動作説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１、２０            水平軸風車
２                  タワーヘッド
３                  タワーヘッド台座
４                  ナセル
６                  ロータ
６ｂ１〜６ｂ３            ブレード
１２                ローラ
１３                レール
１４                油圧ジャッキ（アクチュエータ）
【図１】
2006200400.tif 000003
【図２】
2006200400.tif 000004
【図３】
2006200400.tif 000005
【図４】
2006200400.tif 000006
【図５】
2006200400.tif 000007
【図６】
2006200400.tif 000008