(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根調節室（５）と、
前記羽根調節室（５）を取り囲むロータフレーム（１）と、
前記ロータフレーム（１）に外側端部が回動可能に支持され、前記羽根調節室（５）内に内側端部が突入する羽根手段と、を含み、
前記羽根調節室(５)内に動力手段および連接ロッド式調節機構が取り付けられ、前記連接ロッド式調節機構は、押し引き伝動機構、環状の調節フレーム(１９)、回動アーム(２０)および連接ロッド(２１)を含み、前記押し引き伝動機構は、揺動アーム(１６)、位置決め軸(１５)、主駆動アーム(１７)および押し引きロッド(１８)を含み、
前記羽根調節室(５)の筒形側壁の内側に環状のガイドレールが設けられ、前記調節フレーム(１９)は、軸受あるいはローラを介して前記ガイドレールに回動可能に取り付けられ、前記回動アーム(２０)の一方端は、前記羽根調節室内に位置する前記羽根手段の内側端部に固定され、前記回動アーム(２０)の他方端は、前記連接ロッド(２１)の一方端にヒンジ接続され、前記連接ロッド(２１)の他方端は、前記調節フレーム(１９)にヒンジ接続され、前記羽根調節室(５)の筒形側壁の両端部の内壁にはそれぞれ固定座(１４)が設けられ、前記位置決め軸(１５)は、前記調節フレーム(１９)を通り抜けて、前記位置決め軸(１５)の両端は、軸受および軸受座を介して前記固定座（１４）にそれぞれ取り付けられ、前記揺動アーム(１６)の一方端は、前記位置決め軸(１５)の中部に固定され、前記揺動アーム(１６)の他方端は、前記主駆動アーム(１７)にヒンジ接続され、前記主駆動アーム(１７)が前記動力手段の出力機構に接続され、前記押し引きロッド(１８)の両端がそれぞれ前記揺動アーム(１６)の中部と前記調節フレーム(１９)とにヒンジ接続されることを特徴とする風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項２】
前記揺動アーム（１６）、前記押し引きロッド（１８）および前記環状の調節フレーム（１９）は、同一平面に配置され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単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項３】
一方端部が前記ロータフレーム（１）に固定的に接続され、他方端が前記羽根調節室（５）の外壁に固定的に接続されている複数のラジアルストラット（１３）をさらに含み、
前記複数のラジアルストラット（１３）は、前記羽根調節室（５）の周りに均等に配置されることを特徴とする、請求項１〜２の何れかに記載の風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項４】
前記羽根調節室（５）の風下側に設けられている受け座（６）と、
前記受け座（６）に一方端部が固定的に接続され、前記ロータフレーム（１）に他方端部が固定的に接続されている傾斜支持ロッド（４）と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項５】
前記羽根手段は、羽根本体（２）および前記羽根本体（２）の全長に沿って両端にそれぞれ延びる羽根軸（９）を含み、
前記羽根軸（９）は、外側端部が前記ロータフレームに回動可能に支持され、内側端部が前記羽根調節室（５）内に突入することを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項６】
前記羽根本体（２）は、中空構造であり、その横断面が弧形を成しており、前記羽根本体（２）の内部に補強リブが設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項７】
前記羽根本体（２）の表面は、その長さ方向に沿って螺旋状の曲面を成すことを特徴とする、請求項６に記載の風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【請求項８】
前記羽根調節室（５）の風上側に取り付けられている円錐形の分流カバー（３）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の風力発電機の単一フレーム型羽根車アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機器の技術分野に関し、具体的に、風力発電機の単一フレーム型羽根車に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機は、自然風力エネルギーを利用して羽根（ブレード）およびタービンの主軸の回転を駆動することにより、モータ回転子を回動させて発電するため、グリーン環境保護等の特徴があり、幅広く応用されている。
【０００３】
現在、風力発電機の大半は、主軸が水平に設置される３つの駆動羽根を有する形態である。当該構造の風力発電機は、一般的に、羽根の長さが伸びることによって、即ち、羽根の受風面積の増加によって、定格出力電力を向上させ、風力発電機の電力を向上させる一方、その全体の体積、高さ、重量が増加している。しかし、高い機体高さにより、全体の揺れ度合いが大きくなり、風抵抗能力が低下し、全機の構造、強度、材料等の設計要求が大幅に厳しくなっている。特に、羽根角度調節機構が複雑になり、各羽根角度調節に同期ずれが発生し、製造、運転および日常保守のコストが高くなる。また、風力発電機が風速に敏感になり、風速の利用可能な範囲が狭くなる(風速が２５ｍ/ｓより大きいとき、電源切れ・リスク回避を実施することが一般的である)ため、風力リソースの大量の浪費を招来し、単位キロワットあたりの電気エネルギーを取得するコストが上昇する。そのため、風力発電機器の投資が大きく、コスト回収周期が長く、年間利用時間が少ないという問題が、通常、存在する。さらに、民用の風力発電機は、コスト、構造に制限があるため、羽根角度が調整不可能であり、ロータのスピードオーバー、いわゆる「飛び出し」故障がよく見られる。なお、当該構造の風力発電機羽根は、材料および構造の制限で、運転中、特に雷雨天気において、雷に打たれて羽根が折れる確率が高い。
【０００４】
また、特許文献１に開示された水平軸風力発電機の扉形羽根および伸縮可能なロータ、ならびに特許文献２に開示された水平軸風力発電機のオール形羽根およびドラム状伸縮可能なロータにより、羽根の同期、風力発電機の体積削減等の課題を部分的に解決したが、そのロータの構造が２つ〜３つの円形フレームおよび複数本の支持ロッドであるため、全機のヘッダ部の重量があえて減少していない。特に、羽根の調節機構には、フレームに溝を設けて鋼ローブで引っ張られる方式が採用されているため、構造が複雑であり、腐食防止および日常保守やメンテナンスを行うことが困難である。また、鋼ローブとフレーム溝の摩擦損失が大きいため、トータル運転および単位発電コストが依然として期待できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】中国特許２０１４２００７７８４７.５号明細書
【特許文献２】中国特許２０１４２００７８００１.３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における不足を克服して、風力エネルギーの利用率および発電効率を高める風力発電機の単一フレーム型羽根車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決手段は、風力発電機の単一フレーム型羽根車を提供し、主軸に水平に設置
されるタービン７を含み、ロータフレーム（Ｗｉｎｄ  Ｗｈｅｅｌ  Ｆｒａｍｅ）、羽根、受け座、傾斜支持ロッドおよび羽根調節装置をさらに含む。
【０００８】
羽根調節装置は、羽根調節室、動力手段および調節機構を含む。羽根調節室は、水平筒形を成し、羽根調節室の後端は受け座の前部に接続固定される。羽根調節室および受け座は、タービンの主軸の先端に取り付けられる。受け座とロータフレームとが傾斜支持ロッドを介して接続される。羽根調節室は、ロータフレームの中央に位置する。傾斜支持ロッドは、受け座の周りに均一に分布される。羽根調節室内に動力手段および調節機構が取り付けられる。
【０００９】
羽根は、羽根軸に固定的に取り付けられる。羽根軸の外側端部は、軸受胴を介してロータフレームに取り付けられ、羽根軸の内側端部は、羽根調節室の筒形側壁に突入される。羽根軸は、軸受胴を介して羽根調節室の筒形側壁と係合し、且つ、係止肩あるいはチャックによって位置制限される。羽根は、羽根調節室の周りに均一に分布される。
【００１０】
羽根調節装置の調節機構は、歯車式調節機構あるいは連接ロッド式調節機構である。歯車式調節機構は、主伝動歯車、二重歯車および軸端かさ歯車を含む。軸端かさ歯車は、羽根調節室内の羽根軸の端部に固定される。主伝動歯車は、歯車軸を介して羽根調節室の中部に取り付けられる。主伝動歯車の周りに複数の二重歯車が取り付けられる。二重歯車は、柱状歯車および錐形歯車を含み、二重歯車の柱状歯車部分が主伝動歯車と噛み合い、二重歯車の錐形歯車部分が軸端かさ歯車と噛み合う。主伝動歯車は、動力手段の動力出力機構に接続される。
【００１１】
連接ロッド式調節機構は、押し引き伝動機構、調節フレーム、回動アームおよび連接ロッドを含む。押し引き伝動機構は、揺動アーム、位置決め軸、主駆動アームおよび押し引きロッドを含む。羽根調節室の筒形側壁の内側にガイドレールが設けられる。調節フレームは、軸受あるいはローラを介して羽根調節室の側壁のガイドレールに取り付けられる。回動アームは、羽根調節室内に位置する羽根軸の端部に垂直固定される。回動アームの他方端は、連接ロッドにヒンジ接続される。連接ロッドの他方端は、調節フレームにヒンジ接続される。羽根調節室の前後端板内壁のいずれにも、対応する固定座が設けられる。位置決め軸は、調節フレームの中部から垂直に通り抜ける。位置決め軸の両端は、軸受および軸受座を介して固定座に取り付けられる。揺動アームの一方端は、位置決め軸の中部に垂直固定され、揺動アームの他方端は、主駆動アームにヒンジ接続される。主駆動アームは、羽根調節装置の動力手段の出力機構に接続される。押し引きロッドの両端は、それぞれ揺動アームの中部と調節フレームとにヒンジ接続される。
【００１２】
さらに、前記ロータフレームと羽根調節室との間には、ラジアルストラット（Ｒａｄｉａｌ  Ｓｔｒｕｔ）が接続的に固定される。 
【００１３】
さらに、前記羽根は、中空構造であり、羽根の横断面は弧形を成し、羽根内にささえ板が設けられ、羽根面は縦の螺旋曲面である。 
【００１４】
さらに、前記羽根調節室の先端には、錐型のスピナーが取り付けられる。 
【００１５】
さらに、前記羽根調節装置の動力手段は、モータを用いる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以下の格別な作用効果を有する。本発明では、ロータ式のフレーム内に軸周りに回動可能な羽根が複数取り付けられ、ロータフレームが金属材料からなるため、羽根が雷に直接打たれることを回避できる。また、羽根の数の増加や形状の変更により、羽根
接続方式が変更され、羽根の両端が力を受けるため、接続強度が向上し、羽根の調節角度が拡張され、低風速および高風速領域の使用を同時に満足でき、風力発電機の風力エネルギーの利用効率および全機出力電力が向上し、単位発電電力のコストが削減され、風力発電機の体積、高さおよび重量が低減される。これにより、３つの羽根を有する水平軸風力発電機の出力電力の増加が困難であること、風力発電機の利用可能な風速範囲が狭いこと、および羽根が雷に損害されやすいことなどの従来技術の問題を解決できる。本発明の技術特徴は、伸縮可能なロータ式風力発電機よりも、風力発電機のヘッダの重量、体積、主軸の長さを大幅に低減し、羽根調節装置を改良し、調節機構を調節室内に置くようにして、構造が適切で、ロスが小さく、故障率が低減され、日常的な保守やメンテナンスが便利になる。 
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１の歯車式羽根調節機構の構造を示す模式図である。
【図３】本発明の羽根の横断面を示す模式図である。
【図４】本発明の羽根の外観を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例２の構造を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例２のロータフレームと羽根調節室との接続を示す模式図である。
【図７】本発明の実施例２の連接ロッド式羽根調節機構の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  ロータフレーム
２  羽根
３  スピナー
４  傾斜支持ロッド
５  羽根調節室
６  受け座
７  タービン
８  ポールタワー
９  羽根軸
１０  軸端かさ歯車
１１  二重歯車
１２  主伝動歯車
１３  ラジアルストラット
１４  固定座
１５  スライダ
１６  揺動アーム
１７  主駆動アーム
１８  押し引きロッド
１９  調節フレーム
２０  回動アーム
２１  連接ロッド 
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面および実施例を組み合わせて本発明の発明内容をさらに説明する。
【００２０】
実施例１ 
図１〜図４から分かるように、本発明の解決手段は、主軸が水平に設置されるタービン７、ロータフレーム１、羽根２、受け座６、傾斜支持ロッド４および羽根調節装置を含む
。タービン７は、ポールタワー８のトップに取り付けられる。 
【００２１】
羽根調節装置は、羽根調節室５、動力手段および調節機構を含む。羽根調節室５は、水平筒形を成し、羽根調節室５の後端は受け座６の前部に接続固定され、羽根調節室５および受け座６は、一体化されてタービンの主軸の先端に取り付けられ、主軸とともに回転する。受け座６とロータフレーム１が傾斜支持ロッド４を介して接続され、羽根調節室５はロータフレーム１の中央に位置し、受け座６はロータフレーム平面の後方に位置する。傾斜支持ロッド４は、受け座６の周りに均一に分布され、羽根調節室５内に動力手段および調節機構が取り付けられる。羽根調節室５の先端端板に錐型のスピナー３が取り付けられ、ロータフレーム１は、金属材料からなり、そのフレーム本体が自ずと環状の雷回避装置を形成する。このため、雷雨天気に遭遇したとき、羽根の中部が直接雷に打たれて羽根の破裂損害になることが回避され、故障率が大幅に低減される。
【００２２】
羽根２は、羽根軸９に固定的に取り付けられ、羽根２は、中空構造であり、羽根の横断面は、弧形を成し、羽根２の内部にささえ板が設けられ、羽根面は、縦方向(羽根軸方向)に沿って捻じ曲げられた螺旋曲面を成す。羽根軸９の外側端部は、軸受胴を介してロータフレーム１に取り付けられ、羽根軸９の内側端部は、羽根調節室５の筒形側壁に突入され、軸受胴を介して羽根調節室５の筒形側壁と係合し、係止肩あるいはチャックによって位置制限される。こうして、羽根が軸方向に移動することは防止される。羽根２は、羽根調節室５の周りに均一に分布される。
【００２３】
羽根調節装置の調節機構は、歯車式調節機構あるいは連接ロッド式調節機構である。本実施例では、歯車式調節機構を用いている。羽根の角度を調節し制御する動力手段は、モータを用いている。歯車式調節機構は、主伝動歯車１２、二重歯車１１および軸端かさ歯車１０を含む。軸端かさ歯車１０は、羽根調節室内に位置する羽根軸９の端部に固定される。主伝動歯車１２は、歯車軸を介して羽根調節室５の中部に取り付けられる。主伝動歯車１２の周りに、複数の二重歯車１１が取り付けられる。二重歯車は、柱状歯車と錐形歯車とがギャアセットを構成し、二重歯車の柱状歯車部分が主伝動歯車１２と噛み合い、二重歯車の錐形歯車部分が軸端かさ歯車１０と噛み合う。主伝動歯車１２の歯車軸は、減速機を介してモータの動力出力軸に接続される。モータ動力出力は、主伝動歯車１２を介して各二重歯車１１および軸端かさ歯車１０の回動を駆動し、羽根の回動を調節し制御して、風上角度を変更する。風力が大きいとき、羽根の風上角度を最小に調整することで、風の抵抗を小さくしてもよい。これにより、風力発電機の全負荷運転が保証できる。
【００２４】
風力発電機の体積、重量に応じて、中型風力発電機は、複数のモータを使用して羽根の角度を制御してもよい。各モータの出力軸は、いずれも中間歯車により伝動比を変更し、主伝動歯車１２と接続係合して動力を伝達する。 
【００２５】
実施例２ 
本実施例では、出力電力が大きい大型風力発電機を例として説明する。図５〜図７から分かるように、本実施例と実施例１の相違点は、風力発電機の体積および重量が大きいため、羽根調節室５とロータフレーム１との間に、３本のラジアルストラット１３が接続的に固定されている。ラジアルストラットは、「品」字型のように均一に分布され、ロータ強度および風抵抗能力を増強する。羽根調節装置の調節機構は、連接ロッド式調節機構を用いる。当該連接ロッド式調節機構は、押し引き伝動機構、調節フレーム１９、回動アーム２０および連接ロッド２１を含む。押し引き伝動機構は、揺動アーム１６、位置決め軸１５、主駆動アーム１７および押し引きロッド１８を含む。羽根調節室５の筒形側壁の内側に環状のガイドレールが設けられる。調節フレーム１９は、ローラあるいは軸受を介して羽根調節室の側壁ガイドレールに取り付けられる。調節フレーム１９は、ガイドレールに沿って羽根調節室で回動可能である。回動アーム２０は、羽根調節室内に位置する羽根
軸９の端部に垂直固定され、回動アーム２０の他方端は、連接ロッド２１にヒンジ接続される(自在継ぎ手構造で接続されてもよい)。連接ロッド２１の他方端は、調節フレーム１９にヒンジ接続される。羽根調節室５の前後端端板の内壁には、いずれも対応する固定座１４が設けられる。位置決め軸１５は、調節フレーム１９の中部から垂直に通り抜ける。位置決め軸１５の両端は、軸受および軸受座を介して固定座１４に取り付けられる。揺動アーム１６の一方端は、位置決め軸１５の中部に垂直固定され、「Ｔ」形構造を成す。揺動アーム１６の他方端は、主駆動アーム１７にヒンジ接続される。主駆動アーム１７は、油圧装置を介して羽根調節用の動力手段に接続される。つまり、主駆動アーム１７は、油圧装置の油圧シリンダのピストンロッドに接続される。モータ(動力手段)は、ポンプを介して油圧シリンダに接続され、且つ油圧シリンダの作業を制御する。押し引きロッド１８の両端は、揺動アーム１６の中部と調節フレーム１９とにそれぞれヒンジ接続される。 
【００２６】
モータは、油圧装置により主駆動アーム１７の運動を駆動し、揺動アーム１６は、位置決め軸１５周りに揺動するように押圧する(または、引っ張る)。揺動アーム１６は、押し引きロッド１８を介して、調節フレーム１９がガイドレールに沿って回動するように駆動する。調節フレーム１９は、連接ロッド２１をドラッグして回動アーム２０を揺動させることで、各羽根軸９の回動を駆動して羽根の風上角度を変更する。 
【００２７】
風力発電機の電力、羽根機構の体積および重量に応じて、押し引き伝動機構を複数セット設置してもよい。それらは、それぞれ複数のモータに駆動されて同時に運転することで、羽根の回動を駆動する。 
【００２８】
本実施例の他の構造が実施例１と同様である。 
【００２９】
上記好適な実施例を使用して本発明の技術案を詳細に説明したが、それらの説明は、制限ではなく例示であることに留意すべきである。当業者は、本発明の明細書をもとに各実施例に記載された技術案を補正し、または、一部の技術特徴に対して均等置換を行ってもよい。これらの補正や置換による技術案の要旨は、本発明の各実施例の技術案の範囲から逸脱しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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