(57)【要約】【課題】  信頼性を高めた風車を提供することを目的とする。【解決手段】  風を受けて回転する風車ブレード１と、風車ブレード１に設置される移動体と、風車ブレード１に設置されて移動体を保持する保持部８を備え、移動体は、風車ブレード１の回転時に保持部８の保持力より大きな遠心力を受けた際に、遠心力によって保持部８から離れて移動可能であり、更に移動体の保持部８からの移動に伴い、風車ブレード１外で風車ブレード１の回転を抑制する抵抗体２を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転する風車ブレードと、該風車ブレードに設置される移動体と、該風車ブレードに設置されて該移動体を保持する保持部を備え、
前記移動体は、前記風車ブレードの回転時に保持部の保持力より大きな遠心力を受けた際に、該遠心力によって前記保持部から離れて移動可能であり、
更に前記移動体の前記保持部からの移動に伴い、前記風車ブレード外で前記風車ブレードの回転を抑制する抵抗体を備えたことを特徴とする風車。
【請求項２】
請求項１に記載の風車であって、
前記保持部は磁力によって前記移動体を保持することを特徴とする風車。
【請求項３】
請求項１または２に記載の風車であって、
周囲より高圧の媒体を内部に収納する圧力容器と、
該圧力容器から出た媒体が通る圧力配管と、
該圧力配管と連結されるシリンダと、
該シリンダ内に収納されて前記圧力配管内の媒体の圧力変動に伴い、該シリンダ内を前後に動作するピストンとを備え、
前記移動体の移動に伴い、前記圧力容器内の高圧媒体が前記圧力配管を通じて流れ、前記ピストンを動作させることで前記抵抗体が前記風車ブレード外で前記風車ブレードの回転を抑制することを特徴とする風車。
【請求項４】
請求項３に記載の風車であって、
一枚の前記風車ブレードには前記圧力配管に連結される複数のシリンダと、
該複数のシリンダ内に収納されて前記圧力配管内の媒体の圧力変動に伴い、該複数のシリンダ内を前後に動作する複数のピストンとを備え、
前記移動体の移動に伴い、前記圧力容器内の高圧媒体が前記圧力配管を通じて流れ、前記複数のピストンを動作させることで複数の前記抵抗体が前記風車ブレード外で前記風車ブレードの回転を抑制することを特徴とする風車。
【請求項５】
請求項３または４に記載の風車であって、
前記風車ブレードを複数枚有しており、
該複数枚のブレード内の前記圧力配管は互いに連通していることを特徴とする風車。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一つに記載の風車であって、
前記抵抗体はエアーブレーキであり、
前記保持部が前記移動体を保持している際は、前記エアーブレーキは前記風車ブレードの回転に対し抵抗とならない姿勢を取ることを特徴とする風車。
【請求項７】
請求項６に記載の風車であって、
前記保持部が前記移動体を保持している際は、前記エアーブレーキは、前記ブレードの回転方向に対して並行になっている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、風車に関するものであり、特に風車ブレードの回転を抑制する抵抗体を備えた風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風車は再生可能エネルギー発電装置の中でも特に大規模に導入が進んでいる発電装置である。風車は風を受けて風車ブレードが回転することで、その回転動力を用いて発電運転する機器であるが、過剰な回転速度に達した場合には、機器を保護するために回転を抑制する必要がある。
【０００３】
ここで風車の過負荷を防止する装置として例えば特許文献１に記載されたものがある。該文献に記載された内容は、風車の翼先端部等にロータの回転を阻害する流体力を発生させる補助翼と、前記補助翼の姿勢を制御するためのアクチュエータを備えており、発電機出力を検出して前記アクチュエータを駆動し、補助翼の姿勢をフィードバック制御する事で過負荷運転を防止する。前記制動装置を作動させるために、発電機の出力や回転数を検出して制御演算を実施し、補助翼の姿勢を制御するための制御装置を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１８０１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された内容は、風力発電システム制御の一環として、エアーブレーキを作動させるものであり、風力発電システムの制御系に問題が生じた場合、正常に作動しない問題が存在する。即ち、落雷等により制御装置に故障が発生したり、制御装置のプログラムにバグやウィルス等による異常動作があった場合、風車の過負荷抑制に対して有効に作用しない恐れがある。
【０００６】
本発明は信頼性を高めた風車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る風車は、風を受けて回転する風車ブレードと、該風車ブレードに設置される移動体と、該風車ブレードに設置されて該移動体を保持する保持部を備え、前記移動体は、前記風車ブレードの回転時に保持部の保持力より大きな遠心力を受けた際に、該遠心力によって前記保持部から離れて移動可能であり、更に前記移動体の前記保持部からの移動に伴い、前記風車ブレード外で前記風車ブレードの回転を抑制する抵抗体を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性を高めた風車を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る風力発電システム用制動装置の断面図。
【図２】実施例１に係る制動装置の動作時の断面図。
【図３】実施例１に係る制動装置における抵抗体作動時の概略図。
【図４】実施例１に係る風力発電システム用制動装置の断面図。
【図５】実施例２に係る制動装置の複数配置図。
【図６】実施例２に係る制動装置における抵抗体作動時の概略図。
【図７】実施例３に係る制動装置における抵抗体作動時（複数翼）の概略図。
【図８】実施例４に係る風力発電システム用制動装置の断面図。
【図９】実施例４に係る風力発電システム用制動装置の断面図（エアーブレーキ作動時）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様が下記具体的態様に限定されることを意図する趣旨ではない。
【実施例１】
【００１１】
実施例１について図１ないし図３に従い説明する。
【００１２】
図１は本実施例にかかる風力発電システム用制動装置の断面図で、図２は、前記制動装置の動作時の断面図であり、図３は、前記制動装置における抵抗体作動時の概略図である。１は風車ブレードを示している。２は空気抵抗を生じさせるための抵抗体であり、本実施例においては、例えば落下傘が畳まれた状態を表している。３は重りであり、例えばバネ４とダンパー５で構成された緩衝機を介して例えば磁石７と強磁性体８とで構成された拘束機構により、外筒６内で図中水平方向に拘束されている。
【００１３】
図３に示す様に、本実施例に係る風車は、３枚の風車ブレード１と、各風車ブレード１の回転中心に位置し、各ブレードを支持するハブ１０と、図示されていないがハブ１０を回転可能に支持すると共に、例えば増速機や発電機などの機器を収納するナセルと、該ナセルを略水平面内で回転可能に支持するタワー１１とを有している。
【００１４】
図１には、ブレード１内の構造を示している。ブレード１の停止時又は通常速度で回転している際には、ブレード１内に、ブレード外でブレード１の回転を抑制する抵抗体２として働く落下傘が畳まれて収納されている。抵抗体２は、重り３に連結されている。重り３は、ブレードの長軸方向に伸延する外筒６内に収納されており、外筒６内を移動することができる。重り３のうち、抵抗体２が連結される側とは反対側は、バネ４とダンパー５が接続されており、バネ４とダンパー５は、重り３が接続される側とは反対側で磁石７と連結されている。バネ４とダンパー５は重り３の移動時の緩衝機として働く。磁石７は重り３が配置される側とは、ブレードの長軸方向について反対側で強磁性体８と接触している。強磁性体８と磁石７の間には磁力が働き、この磁力によってブレード１の停止時又は通常速度で回転している際には、磁石７は強磁性体８と接触して保持される。抵抗体２のブレード１の長軸方向回転端側には蓋９が設けられ、ブレード１が停止している際又は通常速度で回転している際には、外筒６内部に対して蓋をしている。
【００１５】
次に、風車ブレード１が所定の回転速度以上で回転している場合について説明する。風車の回転速度が増大すると、重り３に作用する遠心力は、回転速度の二乗に比例して増大する。風車の暴走などにより、この遠心力が磁石７と強磁性体８の吸着力を上回り設計限界を超えるような危険な速度に達した場合、図２に示すように磁石７と強磁性体８は分離し、その結果磁石７、バネ４、ダンパー５および重り３は図中右の方向に移動する。即ち、拘束機構の拘束力よりも重りに作用する遠心力が大となり、その結果重りが拘束機構から外れて、半径方向に移動し、例えば落下傘のような抵抗体をブレードから押し出す。これにより、抵抗体２は図中右向き、即ちブレードの長軸方向におけるブレード先端側への力を受け、蓋９を押し開けてブレード外に放出される。この抵抗体に作用する空気抵抗により、風車の回転速度が減速する。
【００１６】
放出された抵抗体２、即ち本実施例においては落下傘が、遠心力と空気抵抗により図３に示すように展開し、ブレードの回転速度を減速する。
【００１７】
本実施例における制動装置では、磁石７、バネ４、ダンパー５および重り３と言った移動体は、風車ブレード１の回転時に保持部として働く強磁性体８と磁石７の間の保持力より大きな遠心力を受けた際に、遠心力によって保持部から離れて移動可能としている。そして、この移動体の強磁性体８から離れる方向への移動に伴い、抵抗体２が風車ブレード１外に押し出され、風車ブレード１の回転を抑制する。
【００１８】
即ち、本実施例における制動装置は、単純な機構部品のみで構成され、例えば電気で動作するセンサ、アクチュエータ等を必要としないため、落雷等が生じても動作に支障がなく、信頼性を高めることが出来る。また、本制動装置は風車本体の制御システムに対して独立して作動するため、落雷に依らず、何らかの理由により、万が一制御システムが正常に動作していない場合でも、本制動装置は正常に作動し得る。
【実施例２】
【００１９】
実施例２について図４ないし図６に従い説明する。尚、実施例１と重複する個所についてはその説明を省略する。
【００２０】
図４は、本実施例にかかる風力発電システム用制動装置の断面図、図５は制動装置の複数配置図、図６は制動装置における抵抗体作動時の概略図である。
【００２１】
本実施例では、周囲より高圧の媒体（本実施例においては空気）を内部に収納する圧力容器１３と、圧力容器１３から出た媒体が通る圧力配管１７と、圧力配管１７と連結されるシリンダ１６と、シリンダ１６内に収納されて圧力配管１７内の媒体の圧力変動に伴い、シリンダ１６内を前後に動作するピストン１５とを更に備えている。実施例１では、重りと抵抗体は直接接続されていたが、本実施例では、重り１２と抵抗体２とは直接接続はされておらず、重り１２の動作に応じて高圧の空気が出る様にすることで、間接的に抵抗体２が動作する様にしている。
【００２２】
次に、風車ブレード１が所定の回転速度以上で回転している場合について説明する。実施例１と同様に、重り１２に作用する遠心力が磁石７と強磁性体８の吸着力を上回るような危険な速度に達した場合、磁石７と強磁性体８は分離し、その結果磁石７、バネ４、ダンパー５および重り１２は図中右の方向、即ちブレードの長軸方向におけるブレード先端側へ移動する。圧力容器１３内には、例えば圧縮空気が封入されており、左から移動してきた重り１２の突起部が接触する事により先行され、高圧の気体が噴出する。外筒１４は密閉されており、噴出した気体は、圧力配管１７を介してシリンダ１６内に導かれ、ピストン１５に対して、右向きの力を生じさせる。その結果、ピストン１５が動作し、実施例１と同様に抵抗体２がブレード外に放出され、遠心力と空気抵抗により図３に示すように展開し、ブレードの回転速度を減速する。尚、実施例１と異なる点として、本実施例においては、重り１２に作用する遠心力自体で抵抗体２を移動させるのではなく、重り１２に作用する遠心力を用いて、高圧媒体が圧力配管１７内を流れる様にし、実際にはこの高圧媒体の圧力によって抵抗体２を移動させるものである。従って、抵抗体２がブレードから押し出される方向は、必ずしもブレード先端側でなく様々な方向にすることが出来る。よって、制動効果が最も大きくなる様にするなど、最適な配置に抵抗体２を展開させることが可能になる。
【００２３】
本実施例では、遠心力の増大により回転速度の異常を検出する手段（磁石７、バネ４、ダンパー５および重り１２と言った移動体）と、抵抗体を放出する手段（シリンダ１６、ピストン１５及び抵抗体２など）とを圧力配管１７を介して離して配置する事が可能である。また、図５、図６に示すように、複数個の抵抗体を同時に展開する事が可能となる。この場合には、一枚の風車ブレード１には圧力配管１７に複数のシリンダ１６が連結される。複数のシリンダ内には圧力配管１７内の媒体の圧力変動に伴い、複数のシリンダ内を前後に動作する複数のピストンが収納される。そして、移動体の移動に伴い、圧力容器１３内の高圧媒体（本実施例では、高圧の気体）が圧力配管１７を通じて流れ、複数のピストンを動作させることで複数の抵抗体が風車ブレード１外で風車ブレードの回転を抑制する。
【実施例３】
【００２４】
実施例３について図７を用いて説明する。本実施例では、図５に示すブレードについて、各ブレードに存在する圧力配管１７を図７の破線のように連結したものである。各ブレードに存在する圧力配管１７同士は互いに連通しており、内部を流れる高圧媒体は相互に行き来できる。また実施例２と異なる点については説明を省略する。
【００２５】
本構成により、いずれかのブレードにおいて拘束機構が分離した場合、全ブレードで一斉に抵抗体が放出されるため、減速の効果は大きく、更に減速のための負荷が全ブレードに平均して作用する利点がある。尚、ここでは図５に示すブレードが各ブレードの標準になる様な場合について説明したが、無論、必ずしも一枚のブレードにつき、複数の抵抗体２を備えなければならないものではない。
【実施例４】
【００２６】
実施例４について図８、図９により説明する。
【００２７】
本実施例は、図４における抵抗体２を、エアーブレーキ１８に置き換えた構造となっている。上記各実施例と重複する個所については、その説明を省略する。通常運転時、エアーブレーキ１８は、図８に示すようにブレードの回転に対し抵抗とならない姿勢をとる。好ましくは、翼端部の移動方向に対し平行になるような姿勢で制動力を抑制する。
【００２８】
風車の回転速度が一定値を超えた場合、第２の実施例と同様に、配管１７を介して高圧の気体がシリンダ１６に流入し、ピストン１５を右方向に押し出す。ピストン１５はリンク機構を介してエアーブレーキ１８に接続されており、ピストン１５が動く事により、エアーブレーキの姿勢が変化して制動力を発揮する。
【符号の説明】
【００２９】
１    ブレード
２    抵抗体
３    重り
４    バネ
５    ダンパー
６    外筒
７    磁石
８    強磁性体
９    蓋
１０    ハブ
１１    タワー
１２    重り
１３    圧力容器
１４    外筒
１５    ピストン構造
１６    シリンダ
１７    圧力配管
１８    エアーブレーキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015172347.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015172347.tif 000009
【図８】
2015172347.tif 000010
【図９】
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