(57)【要約】【課題】  本発明は、高速風によりブレードが高速回転をすると、遠心力により自動的にブレードのピッチが変化して減速し、低速回転になると自動的に元の位置に戻すようにした風車の可変ピッチ装置、並びにこの装置を備えた風車を提供することを目的としている。【解決手段】  主軸３の回転に伴う遠心力で振り子１０を移動させ、一定以上の移動をした時に、ブレード２の基端部に設けた伝動手段４を、ブレード２の軸線まわりに回転させることにより、ブレード２のピッチを変化させるようにした風車の可変ピッチ装置。【選択図】  図１
2011043112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の回転に伴う遠心力で振り子を移動させ、一定以上の移動をした時に、ブレードの基端部に設けた伝動手段を、ブレードの軸線まわりに回転させることにより、ブレードのピッチを変化させるようにしたことを特徴とする風車の可変ピッチ装置。
【請求項２】
前記伝動手段は、モータによって駆動され、振り子の移動によってモータの正逆回転スイッチがオン、オフされることを特徴とする請求項１に記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項３】
前記伝動手段は、主軸と共に回動する振り子の、遠心力による回動と連動させた駆動歯車をもって、回転させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項４】
前記伝動手段は、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された内歯車を有する傘歯車とからなり、内歯車に駆動歯車を噛合させてなることを特徴とする請求項３に記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項５】
前記伝動手段は、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された平歯車を有する傘歯車とからなり、平歯車に駆動歯車を噛合させてなることを特徴とする請求項３に記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項６】
前記駆動歯車は、歯のない部分を有し、遠心力で振り子が大きく振れたときに、駆動歯車の歯が内歯車に噛合するようにしてなることを特徴とする請求項３〜５に記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項７】
前記振り子は、主軸に固定された支持片に支軸を介して支持され、支軸の他端部に駆動歯車が固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項８】
前記振り子は、牽引手段によって主軸方向へ、その自由端が常時牽引されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の風車の可変ピッチ装置。
【請求項９】
前記１〜８記載の風車の可変ピッチ装置を、発電機の筐体後方において回転するハブの内部に設けたことを特徴とする風車。          
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車の可変ピッチ装置に係り、特に高速風となり高速回転をすると、遠心力により自動的にブレードのピッチが変化して、回転速度が低下し、低速になると、ブレードのピッチが元に戻るようにした、風車の可変ピッチ装置並びにこの装置を備える風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロペラ型の風車を、風力によって回転させるようにした風力発電機の例が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８８４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載されている風車に限らず、風車は、台風などの高速風を受けると過回転し、遂には破損する虞がある。また電子的に風速を計測し、電子的制御により、ブレードのピッチを変えることも行われているが、機械的ロスがあり、ブレードが十分に変向しないうちに、風向きが変ることもあり、この点に関する改善は、大きな課題となっている。
本発明は、簡単な構造で、かつ一定以上の高速風になると、遠心力を利用してブレードのピッチを自動的に変えて、ブレードが受ける風量を制限することができ、風速が低下すると、ブレードのビッチが自動的に元に戻るようにした、風車における可変ピッチ装置、並びにこの装置を備える風車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の具体的な内容は次の通りである。
【０００６】
（１）  主軸の回転に伴う遠心力で振り子を移動させ、一定以上の移動をした時に、ブレードの基端部に設けた伝動手段を、ブレードの軸線まわりに回転させることにより、ブレードのピッチを変化させるようにした風車の可変ピッチ装置。
【０００７】
（２）  前記伝動手段は、モータによって駆動され、振り子の移動によってモータの正逆回転スイッチがオン、オフされる前記（１）に記載の風車の可変ピッチ装置。
【０００８】
（３）  前記伝動手段は、主軸と共に回動する振り子の遠心力による回動と連動させた駆動歯車をもって回転させるようにした前記（１）に記載の風車の可変ピッチ装置。
【０００９】
（４）  前記伝動手段は、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された内歯車を有する傘歯車とからなり、内歯車に駆動歯車を噛合させてなる前記（３）に記載の風車の可変ピッチ装置。
【００１０】
（５）  前記伝動手段は、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された平歯車を有する傘歯車とからなり、平歯車に駆動歯車を噛合させてなる前記（３）に記載の風車の可変ピッチ装置。
【００１１】
（６）  前記駆動歯車は、歯のない部分を有し、遠心力で振り子が大きく振れたときに、駆動歯車の歯が内歯車に噛合するようにしてなる前記（３）〜（５）に記載の風車の可変ピッチ装置。
【００１２】
（７）  前記振り子は、主軸に固定された支持片に支軸を介して支持され、支軸の他端部に駆動歯車が固定されている前記（１）〜（６）のいずれかに記載の風車の可変ピッチ装置。
【００１３】
（８）  前記振り子は、牽引手段によって主軸方向へその自由端が常時牽引されている前記（１）〜（７）のいずれかに記載の風車の可変ピッチ装置。
【００１４】
（９）  前記請求項１〜８に記載の風車の可変ピッチ装置を、発電機の筐体後方において回転するハブの内部に設けた風車。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると次のような効果が奏せられる。
【００１６】
前記（１）に記載の風車の可変ピッチ装置によると、風車が高速回転をして主軸が一定以上の回転をすると、振り子が遠心力で移動し、これと連動する伝動手段が、ブレードを長手軸まわりに回転させて、そのピッチを変える。
ブレードのピッチが変ると、ブレードに受ける風量が減少し、かつ、回転方向の抵抗を受けるので、ブレードの回転速度が低下し、過回転やブレードの破損の虞がなくなる。
回転速度が低下すると、振り子に作用する遠心力が低下するため、振り子が元の位置に戻り、これに連動して伝動手段が逆回転をし、ブレードの向きを自動的に復元させる。
【００１７】
前記（２）に記載の風車の可変ピッチ装置によると、風車が高速回転をして主軸が一定以上の回転をすると、振り子が遠心力で移動してモータの正回転スイッチをいれる。これによってモータが一定数の正回転をし、連動する伝動手段が正回転をし、ブレードを長手軸まわりに回転させて、そのピッチを変えるため、ブレードに受ける風量が減少し、かつ、回転方向の抵抗を受けるので、ブレードの回転速度が低下し、過回転やブレードの破損の虞がなくなる。
回転速度が低下すると、遠心力が低下するため、振り子が元の位置に戻る過程で、モータの逆回転スイッチを入れる。これよりモータ及び伝動手段が逆回転をし、ブレードの向きを自動的に復元させる。
【００１８】
前記（３）に記載の風車の可変ピッチ装置においては、伝動手段を、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された内歯車を備えた傘歯車とで構成し、内歯車に駆動歯車を噛合させてあるので、振り子の移動に伴って駆動歯車が回転すると、これに連動して伝動手段も回転して、ブレードのピッチは正確に変えられる。
【００１９】
前記（４）に記載の風車の可変ピッチ装置においては  伝動手段は、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された内歯車を有する傘歯車とからなり、内歯車に駆動歯車を噛合させてなるので、確実にかつ正確にブレードのピッチを変えることができる。
【００２０】
前記（５）に記載の風車の可変ピッチ装置においては、伝動手段は、ブレードの基端部に固定した傘歯車と、主軸に遊嵌された平歯車を有する傘歯車とからなり、平歯車に駆動歯車を噛合させてなるので、駆動歯車を外側にして振り子を大きくして、駆動力を大きくすることができる。
【００２１】
前記（６）に記載の風車の可変ピッチ装置によると、駆動歯車に歯のない部分を形成し、振り子が作動した時に、駆動歯車が内歯車と噛合するようにしてあるので、一定以上の風速が吹かない限り、ブレードのピッチは変化することはなく、一定以上の風速になると、遠心力により振り子が作動し、駆動歯車が伝動歯車を回転させて、ブレードのピッチを変えさせる。
【００２２】
前記（７）に記載の風車の可変ピッチ装置によると、高速回転により、強い遠心力が振り子にかかると、振り子の自由端部が遠心方向へ移動し、駆動軸を回転させるので、これに固定されている駆動歯車が回転し、伝動手段を介してブレードのピッチを変えさせる。回転速度が低下して振り子にかかる遠心力が低下すると、駆動歯車は逆回転し、伝動手段を介して、ブレードは元の向きに復元する。
【００２３】
前記（８）に記載の風車の可変ピッチ装置においては、振り子の自由端部が、常に主軸方向へ牽引手段によって牽引されているので、牽引手段の牽引力を超える遠心力が振り子にかかった時に、その自由端部が遠心方向へ回動して、ブレードのピッチを変化させる。従って、振り子の重量と牽引手段の牽引力のバランスによって回転速度との調節をすることができる。
【００２４】
前記（９）に記載の風車は、一定以上の高速回転をすると、振り子の自由端部が遠心方向へ移動し、駆動歯車が伝動歯車を介して、ブレードを一定方向へ回転させて、そのピッチを変えさせるので、ブレードの前面に受ける風量が減少し、ブレードの回転速度が自動的に低下し、風車の過回転が防止され、破損も防止される。
回転速度が低下すると、振り子に対する遠心力も低下し、振り子は牽引手段により、元の位置に自動的に復元する。更にブレードが高速風を受けると、振り子の作用により、ブレードは変向され、回転速度は減少する。
このように、回転速度を起因とする振り子に対する遠心力の増減により、自動的にブレードのピッチは変更され、その回転速度が一定以下に維持されるので、風車のブレードの過回転や破損などが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る風車の可変ピッチ装置の一部を縦断した側面図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図２における振り子部分の拡大図である。
【図４】本発明の可変ピッチ装置を備える風車の側面図である。
【図５】風車の可変ピッチ装置の実施例２の側面図である。
【図６】図５におけるVI−VI線断面図である。
【図７】風車の可変ピッチ装置の実施例３の側面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１を、図面を参照して説明する。図１において、可変ピッチ装置を備える風車１１の筐体１２は、支柱１３の上端に旋回可能に支持されている。
筐体１２の中には、前後方向を向く主軸３が回転可能に支持されている。筐体１２から後方向へ突出する主軸３の後端部には、ハブ１４が固定されており、ハブ１４の回転により主軸３は回転する。
【００２７】
筐体１２の内部には、発電装置１９が配設されている。すなわち、筐体１２の前部には、鉄芯１８に巻回された発電コイル１７が、主軸３の周りに配設されている。また筐体１２の内側後部において、主軸３には回転輪１５が固定され、回転輪１５の内部には、複数の磁石１６が発電コイル１７と対応して内装されている。
【００２８】
主軸３の回転に伴い、磁石１６が回転し、磁力が発電コイル１７に間欠的に作用することによって発電される。発電された電気は、図示しないコードを介して支柱１３の内部から、図示しない下方の蓄電池へ送電される。この発電装置１９は、どのような態様のものでもかまわない。
【００２９】
ハブ１４には、放射方向を向く複数のブレード２の基端部が、その長手軸まわりに回転可能に支持されている。ブレード２の基端部には、可変ピッチ装置１が連結されている。すなわち、ブレード２の基端部には、伝動手段４として、従動傘歯車４Ａが固定され、この従動傘歯車４Ａは、主軸３に外嵌された伝動傘歯車５と噛合されている。
【００３０】
伝動傘歯車５の前面には、内歯車６が形成されている。内歯車６の前側において、主軸３には、放射方向を向く複数の支持片７、７が固定されている。各支持片７の先端には、水平の支軸８が枢支され、支軸８の前端部には、振り子１０が固定されている。振り子１０は、その重量を増減変化させることができる。
【００３１】
振り子１０は、コイルバネからなる牽引手段１０Ａによって、常時主軸３方向へ付勢されている。牽引手段１０Ａの牽引力は、例えば一定の風速を超えたときに、ブレード２の回転に伴う遠心力により、振り子１０の自由端部が一定の距離を側方へ移動し得るように定められている。振り子１０に対してコイルバネ１０Ａを連結する位置を変えることによって、牽引力を変えることができる。 
【００３２】
水平の支軸８の後端部には、平歯車からなる駆動歯車９が固定されて、駆動歯車９は、内歯車６に常時噛合している。駆動歯車９の歯９Ａは、一部にしか形成されておらず、図３に示すように、振り子１０が牽引手段１０Ａによって牽引されている常時は、歯９Ａが内歯車６と噛合しないように配置されている。
【００３３】
上記構成において、ブレード２の回転に伴い主軸３が高速回転をし、牽引手段１０Ａの牽引力を超える遠心力が振り子１０にかかった時、図３に示すように、振り子１０の自由端が、外側方すなわちＸ矢示方向へ回動する。これによって、駆動歯車９の歯９Ａは内歯車６と噛み合い、内歯車６をＹ矢示方向へ回転させる。
【００３４】
内歯車６の回転と連動して、伝動傘歯車５および従動傘歯車４Ａが回転することによって、図４において実線で示すブレード２は、仮想線で示すように回転してピッチを変える。すなわち、気流が当るブレード２の面積を小さくする。その結果、Ａ矢示の風速が高速であっても、ブレード２に当る風量は減少する。
【００３５】
ブレード２のピッチ角が大となると、ブレード２の前面に当る気流の量が減少し、かつ、回転方向に対して抵抗が高まるので、ブレード２の回転速度が低下する。これによって、高速風でも、ブレード２が過回転することはなく、ブレード２が破損する虞はなくなる。
【００３６】
またブレード２の回転速度が低下すると、振り子１０に作用する遠心力も低下するので、振り子１０は、牽引手段１０Ａにより牽引され、その牽引力と遠心力とのバランスの範囲内で、振り子１０は元の位置に戻ろうとする。
【００３７】
その結果、駆動歯車９が逆回転して内歯車６を逆回転させるので、伝動傘歯車５、従動傘歯車４Ａも逆回転をして、ブレード２は連動して元のピッチに戻る。一定の風速を超えない限り、遠心力が作用しても、振り子１０は牽引手段１０Ａにより牽引されているので、駆動歯車９の歯９Ａは内歯車６と噛み合うことがなく、ブレード２のピッチは変らない。
【００３８】
回転速度の低下に伴って、振り子１０に作用する遠心力も低下するので、自動的に駆動歯車９は逆回転をして、伝動手段４の傘歯車４Ａ，５を介して、ブレード２のピッチを復元させる。
【００３９】
このように本発明によると、一定の風速を超えて遠心力が振り子１０に作用した時、振り子１０の揺動に連動する駆動歯車９が、伝動手段４における傘歯車４Ａ、５を一定範囲で回転させ、ブレード２は自動的に一定の範囲で旋回して、風車１１の回転速度を低下させる。
【００４０】
回転速度が低下すると、遠心力に応じて揺動する振り子１０の作用により、ブレード２のピッチは、自動的に元の状態に復元する。この変向と復元は、振り子１０に及ぼす遠心力の作用によって、自動的に反復継続される。
【実施例２】
【００４１】
図５は、可変ピッチ装置の実施例２を示す、風車の一部を縦断した側面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例２においては、振り子１０を大形にして、遠心力がかかった時に、その自由端部がハブ１４の外側に揺動して出るようにした。
【００４２】
図において、伝動傘歯車５の前面に従動平歯車５５を一体にした。この従動平歯車５５に、振り子１０と連動する駆動歯車９を、振り子１０が大きく揺動したときにのみ、歯９Ａが噛合うように係合させた。
【００４３】
すなわち、歯９Ａは部分的にしか形成してなく、振り子１０が大きく揺動した時にのみ、従動平歯車５５と噛合して、伝動歯車４の従動傘歯車４Ａを回転させる。振り子１０の自由端は、ハブ１４の外へ揺動するので、振り子１０の長さを長くすることができ、ブレード２を回転させる力を大きくすることができる。
【実施例３】
【００４４】
図７は、可変ピッチ装置の実施例３を示す、風車の一部を縦断した側面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例は、伝動手段４をモータ２０によって駆動するものである。
【００４５】
ブレード２が一定以上の高速回転をすると、振り子１０が牽引手段１０Ａに抗して移動して、スイッチ２１を入力する。この場合、モータ２０を一定の範囲で正回転させるスイッチとなる。
【００４６】
これによって、モータ２０は一定の範囲、すなわちブレード２を一定のピッチだけ変える範囲で正回転をし、伝動手段４を介してブレード２を一定の範囲、例えば４５度正回転させてピッチを変える。
【００４７】
主軸３の回転速度が低下し遠心力が衰えると、牽引手段１０Ａにより振り子１０は元に戻る過程で、正回転スイッチ２１を戻して、逆回転スイッチ２１をオンにし、モータ２０を一定の範囲で逆回転させる。これによって、ブレード２は元の位置に戻る。
【００４８】
このように遠心力が一定の範囲を超えると、モータ２０に正回転スイッチが入り、遠心力が低下するとモータ２０に逆回転スイッチが入るもので、回転速度の変化に応じて、自動的にブレード２のピッチが変化する。
ハブ１４の表面には、図示しない太陽光発電パネルを張設して発電し、ハブ内に設けた蓄電池に蓄電して、モータ２０の電力にすることができる。
【００４９】
この振り子１０は、図２に示すような軸８による枢着態様とし、自由端の通過域に、モータ２０のスイッチ２１を配設するようにすることができる。モータ２０はサーボモータなどが使用される。スイッチ２１は近接スイッチ等が使用されるが、これらは任意に選択される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、発電機駆動用の風車に効果的に利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１．可変ピッチ装置
２．ブレード
３．主軸
４．伝動手段
４Ａ．従動傘歯車
５．伝動傘歯車
５５．従動平歯車
６．内歯車
７．支持片
８．水平支軸
９．駆動歯車
９Ａ．歯
１０．振り子
１０Ａ．牽引手段
１１．風車
１２．筐体
１３．支柱
１４．ハブ
１４Ａ．キャツプ
１５．回転輪
１６．磁石
１７．発電コイル
１８．鉄芯
１９．発電装置
２０．モータ
２１．スイッチ
２１Ａ．コード
【図１】
2011043112.tif 000003
【図２】
2011043112.tif 000004
【図３】
2011043112.tif 000005
【図４】
2011043112.tif 000006
【図５】
2011043112.tif 000007
【図６】
2011043112.tif 000008
【図７】
2011043112.tif 000009
【図８】
2011043112.tif 000010