(57)【要約】【課題】            従前のファーリング制御の機構は要素部品間での接触が発生し、破損、折損等の事故が起こり易いものとなっていた、また、各地の地域風況に対応して最適なピッチ角を保持し、十分な出力を得ることが困難であったという点である。【解決手段】        支持軸の後端にファーリングボックスを取り付け、上下方向に突出したファーリングシャフトを介して尾翼を回動自在に備え、その尾翼には鈍角に屈曲した受風部を形成してある風力発電機の風車装置において、前記ファーリングボックス内に磁石ホルダーを備え、その磁石ホルダーに磁石を固定し、その固定された磁石に対して曲状の隙間を介して可動となる磁石をホルダーに取り付けて備え、その可動となる磁石のホルダーは前記ファーリングシャフトと同期させるとともに、前記した固定と可動の磁石はＳ、Ｎ極を対峙させてあることとし、ブレードハブの両側面に直角の立ち上がりを有し、表面をテーパ状とし、先端を狭幅としたピッチ角の変更板を備えていることとする。【選択図】          図３
2008038754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持軸の後端にファーリングボックスを取り付け、そのファーリングボックスから上下方向に突出したファーリングシャフトを介して尾翼を回動自在に備え、その尾翼には鈍角に屈曲した受風部を形成してある風力発電機の風車装置において、前記ファーリングボックス内に磁石ホルダーを備え、その磁石ホルダーに磁石を固定し、その固定された磁石に対して曲状の隙間を介して可動となる磁石をホルダーに取り付けて備え、その可動となる磁石のホルダーは前記ファーリングシャフトと同期させるとともに、前記した固定と可動の磁石はＳ、Ｎ極を対峙させてあることを特徴とする風力発電機の風車装置。
【請求項２】
前記した可動となる磁石のホルダーには先端側面にテーパ面を形成し、そのテーパ面をファーリングボックスの内壁面に当接させるストッパを備えていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の風車装置。
【請求項３】
前記した固定と可動の磁石は多段式に配置され、前記したストッパはその間隔で作動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の風力発電機の風車装置。
【請求項４】
ブレードハブの両側面に直角の立ち上がりを有し、表面をテーパ状とし、先端を狭幅としたピッチ角の変更板を備えていることを特徴とする風力発電機の風車装置。
【請求項５】
前記したピッチ角の変更板はテーパによる角度を各地域の平均的な風速に合せ、１度から０．５度おきに複数種類が用意されることを特徴とする請求項４に記載の風力発電機の風車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力発電機、特に５ｋｗ程度以下の小型風力発電機の風車装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力を利用し、風車を回転させることで発電を行う風力発電は自然エネルギーを媒体とすることでソーラー発電等と並んで広く普及しているものである。
【０００３】
上記した、特に小型風力発電機における風車装置は、風向に対して常にブレードが正面を向き、風力を余すところなく受けるように垂直の尾翼を備えている。しかし、計画された風速を越えた場合、ブレードを風向に対して正対させたままでは、回転数が異常に上昇し、飽和点を越えるまで出力が上昇してしまい、発電機自体の焼損やブレードの破損、ハブの取り付け部から剥離されたり、損傷した物体が飛散してしまう事故を発生する虞がある。
【０００４】
そこで、従来より、ブレードを風向に対して正対したままの状態を避けるファーリング制御が行なわれている。このファーリング制御の機構は尾翼に風圧を受けるための角度を設け、設定値よりも大きい風圧を受けた場合、前記した角度部分によって尾翼を回動させ、ブレードを風向に正対しないようにし、その後に風圧が下がれば再びブレードを風向に正対するものとする。
【０００５】
従来、この動作にはバネ機構やロープ機構が用いられており、これらの機構は必ず要素間での接触面や接触点を有することとなり、その部分での摩耗、摩擦による疲労限界があり、これを越えると破断や折損が発生してしまう。
【０００６】
また、従来の風力発電機の風車装置にあっては、各地の地域風況に対応し、最適なピッチ角を保持させることは、構造的、コスト的に極めて困難で、各地域にあって十分な出力を取り出すことが難しいのが現状である。
【特許文献１】出願人は本発明について、先行する技術文献の調査をしたが、格別に関連すると思われる文献は発見できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする問題点は、従前の風力発電機の風車装置におけるファーリング制御の機構は要素部品間での接触が発生し、破損、折損等の事故が起こり易いものとなっていたという点である。
【０００８】
また、従前の風力発電機の風車装置は各地の地域風況に対応して最適なピッチ角を保持し、十分な出力を得ることが困難であったという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この問題点を解決するために、本発明に係る風力発電機の風車装置は支持軸の後端にファーリングボックスを取り付け、そのファーリングボックスから上下方向に突出したファーリングシャフトを介して尾翼を回動自在に備え、その尾翼には鈍角に屈曲した受風部を形成してある風力発電機の風車装置において、前記ファーリングボックス内に磁石ホルダーを備え、その磁石ホルダーに磁石を固定し、その固定された磁石に対して曲状の隙間を介して可動となる磁石をホルダーに取り付けて備え、その可動となる磁石のホルダーは前記ファーリングシャフトと同期させるとともに、前記した固定と可動の磁石はＳ、Ｎ極を対峙させてあることを特徴とし、前記した可動となる磁石のホルダーには先端側面にテーパ面を形成し、そのテーパ面をファーリングボックスの内壁面に当接させるストッパを備えていることを特徴とし、前記した固定と可動の磁石は多段式に配置され、前記したストッパはその間隔で作動することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る風力発電機の風車装置はブレードハブの両側面に直角の立ち上がりを有し、表面をテーパ状とし、先端を狭幅としたピッチ角の変更板を備えていることを特徴とし、前記したピッチ角の変更板はテーパによる角度を各地域の平均的な風速に合せ、１度から０．５度おきに複数種類が用意されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る風力発電機の風車装置は上記のように構成されている。そのファーリング制御の機構は磁石を介在しており、接触部分がないので、ファーリング動作がなされても部品要素間での摩耗、摩擦もなく、破損や折損が生じる虞は一切ないものとなっている。
【００１２】
また、ブレード（ハブ）の両面にピッチ角度の変更板を取り付けることで、各地域の風況に最適な状態とし、それを保持することができ、十分な出力をどの地域でも得ることができるものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図として示す実施例のように構成することで実現した。
【実施例１】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施の一例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る風力発電機の風車装置におけるファーリング制御機構を示す図、図２は同じく平面図、図３は同じくファーリング状態を示す平面図、図４は同じくピッチ角の変更板を示す正面図、図５は同じく平面図、図６は同じく装着状態を示す図である。
【００１５】
これらの図にあってＡは支軸を示しており、この支軸Ａの後端にはファーリングボックス６が、その前部に形成された嵌合キャップ６ａを被冠することで装着されている。また、前記したファーリングボックス６の後方寄りには上下方向にファーリングシャフト１３が突出されて備えられており、その突出されたファーリングシャフト１３に垂直の尾翼７が回動自在に装着されている。尚、この尾翼７は上部と下部１４とが分割された構成となっており、ファーリングシャフト１３に装着後、接続金具１５によって一体化された構造となっている。
【００１６】
また、前記した尾翼７の後方寄りには鈍角に屈曲させた受風部８が一体に形成されており、この受風部８で風圧を受けることで尾翼７がファーリングシャフト１３を軸として、回動することを可能としている。
【００１７】
さらに、前記したファーリングシャフト１３はファーリングボックス６の開口部にあって軸受１２に支持され、その軸受１２は軸受箱１１により抑えられているもので、この軸受箱１１はファーリングボックス６の開口縁に延設されたフランジをネジにより止着固定したものとなっている。そして、ファーリングシャフト１３と軸受箱１１との間には軸受１２に加えて、オイルシール１６及びグリース１７が入れられており、スムーズな尾翼７の回動を促しているものでＣリング１８により抜け止めされている。
【００１８】
また、前記したファーリングボックス６の支軸Ａ寄り側には磁石ホルダー１、１が上下配列で平行にボルトで固着されており、その磁石ホルダー１、１は先端がフォーク状とされ、そのフォーク状とされた先端に固定磁石４、４がホールドキャップボルト３、３によって取り付けられている。
【００１９】
一方、図中１０はファーリングシャフト１３と同期して回動するようにボルトで止着された可動ホルダーであり、この可動ホルダー１０の、前記した固定磁石４、４と対峙する位置には可動ホルダー１０と共に回動する可動磁石５、５がホールドキャップボルトによって取り付けられている。
【００２０】
この可動磁石５、５の前面は弧状の凸面とされ、一方、固定磁石４、４の前面は前記した凸面と合致する曲性を有する凹面となっているもので、空隙９、９をもって両者は一方をＮ極、他方をＳ極として対峙されるため、可動磁石５、５のファーリングシャフト１３と同期した回動は、何らの接触もなくスムーズになされることとなる。
【００２１】
また、前記した可動ホルダー１０の前面にはストッパ２が一体に設けられており、このストッパ２は可動ホルダー１０、即ち、可動磁石５と同期して回動するものとなっている。このストッパ２は先端に最大で４５度程度のテーパ面を側面に形成してあり、このテーパ面がファーリングボックス６の内壁面に当接することで、それ以上の角度のファーリングが生じないように制御する。
【００２２】
ここで、前記した固定磁石４と可動磁石５はＳ極、Ｎ極を対峙させてあるため、空隙９における磁束密度（テスラ、単位Ｔ）と空隙９内の面積（ｍ2）を要素として成立する式で表わされる吸引力が作用する。即ち、常時はこの吸引力でブレードを風向に対し、正対させる位置に保持している。この吸引力と尾翼７、それも受風部８による作用で生じる回転力が平衡している時はファーリングは生じることがなく、この平衡が崩れる強い風圧が加わった時、吸引力に抗してファーリングが生じるのであり、風圧が下降すればファーリングは初期状態へと復元されることとなる。つまり、この吸引力の設定によってファーリングを生じさせなければならない風圧を決めることができる。
【００２３】
一方、図４乃至図６として示す１９は、ピッチ角の変更板を示している。この変更板１９は後端に直角の立ち上がりを形成、表面をテーパ状とした略楔状としたもので、ブレードハブＨの表面と内面に、各ブレードの間隔位置で装着される。
【００２４】
この変更板１９には前後端寄りの中央位置にブレードハブＨにピンで固定するためのピン孔２０、２０が形成され、四隅に比較的大径の貫通孔２１、２１‥が形成されている。そのサイズは幅が５０ｍｍ、長さが７０ｍｍ程度を想定するが、これらの寸法は取り付けられるブレードハブＨによって変更となる。
【００２５】
また、先端の厚さｔは各ブレードによって決定され、テーパ面を形成する角度θは最小のものを１度として、０．５度おきに８度程度のものまでが想定されている。この変更板１９は適宜な角度のものを選定してブレードハブＨに装着することで各地域ごとに異なる風況、特に風速に対して最適な構成のものとすることができ、最適な出力を十分に得ることができるものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る風力発電機の風車装置は上記のように構成されている。そのため、風力発電機に限らず、風車を用いる機構、その他流体に対し、羽根を回転させて使用する機構等に幅広く応用実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る風力発電機の風車装置におけるファーリング制御機構を示す図である。
【図２】平面図である。
【図３】ファーリング状態を示す平面図である。
【図４】ピッチ角の変更板を示す正面図である。
【図５】平面図である。
【図６】装着状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    磁石ホルダー
２    ストッパ
３    ホールドキャップボルト
４    固定磁石
５    可動磁石
６    ファーリングボックス
７    尾翼
８    受風部
９    空隙
１０  可動ホルダー
１１  軸受箱
１２  軸受
１３  ファーリングシャフト
１４  尾翼下部
１５  接続金具
１６  オイルシール
１７  グリース
１８  Ｃリング
１９  変更板
２０  ピン孔
２１  貫通孔
Ａ    支軸
Ｈ    ブレードハブ
【図１】
2008038754.tif 000003
【図２】
2008038754.tif 000004
【図３】
2008038754.tif 000005
【図４】
2008038754.tif 000006
【図５】
2008038754.tif 000007
【図６】
2008038754.tif 000008