(57)【要約】【課題】簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能とし、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できるようにする。【解決手段】水平軸プロペラ風車において、ブレード２の取付部２１をロータ軸１１の半径方向へ摺動可能にホルダ３　で支持し、ブレード２をロータ軸１１の中心方向へ牽引するばね５を設けると共に、ブレード２がロータ軸１１の半径方向へ移動するとき、ブレード２をブレード軸線Ｙを中心として回転させるよう案内する螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とを設ける。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平軸プロペラ風車において、ブレードの取付部をロータ軸の半径方向へ摺動可能に支持し、ブレードをロータ軸の中心側へ牽引するばねを設けると共に、ブレードがロータ軸の半径方向へ移動するとき、ブレードをブレード軸線を中心として回転させるよう案内する螺旋状のガイドを設けたことを特徴とする風車の起動風速低減装置。
【請求項２】
ブレードを引張りばねの引張力によってロータ軸の中心側へ牽引することを特徴とする請求項１記載の風車の起動風速低減装置。
【請求項３】
ブレードを圧縮ばねの反発力によってロータ軸の中心側へ牽引することを特徴とする請求項１記載の風車の起動風速低減装置。
【請求項４】
ブレードの取付部とホルダとの間に滑り軸受を組み込んだことを特徴とする請求項１、２又は３記載の風車の起動風速低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車の起動風速低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、自然エネルギーを電力として利用する手段として、風車を用いた風力発電が盛んになってきている。
風力発電に用いられる水平軸プロペラ風車は、風速が低いときには、ブレードやハブ等で構成されるロータが回転していない状態となることがある。この状態が生ずると、風車に不具合があるのではないかとユーザーが誤認するおそれがある。
【０００３】
風速が低いときにもロータが回転するようにブレードのピッチ角を変えて、起動風速を下げることは可能ではある。
しかし、定格風速における効率を求めたブレードのピッチ角と、低風速起動を求めたブレードのピッチ角とは異なるため、起動風速を下げると定格風速における効率が低下する。
定格風速での定格出力は、風車を選定する際の重要な値であって、起動風速を下げるために定格風速での定格出力を低下させるのでは意味がない。
そこで、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で起動する風車の開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、風力発電用の水平軸プロペラ風車における上記問題を解決するものであって、簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能とし、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できるようにする風車の起動風速低減装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の風車の起動風速低減装置は、水平軸プロペラ風車において、ブレードの取付部をロータ軸の半径方向へ摺動可能に支持し、ブレードをロータ軸の中心側へ牽引するばねを設けると共に、ブレードがロータ軸の半径方向へ移動するとき、ブレードをブレード軸線を中心として回転させるよう案内する螺旋状のガイドを設けることにより、上記課題を解決している。
【０００６】
ばねとしては、引張りばね、圧縮ばねの何れも使用することができる。
この風車の起動風速低減装置では、停止時にはブレードがばねで牽引されているのでロータ軸側にある。このとき、ブレードは前縁を風上方向側へ起動に適したピッチ角となるように傾けた状態で保持されており、低い風速で起動可能となっている。
【０００７】
ロータが回転を開始して定格回転数より低い所定の回転数に達すると、ブレードは、遠心力により引張りばねの引張力又は圧縮ばねの反発力に抗してロータ軸から離隔する方向へ移動する。このとき、ブレードは螺旋状のガイドに案内されてブレード軸を中心として回転し、ブレードのピッチ角が風速に適合するように変更される。従って、定格風速での定格出力が低下することはない。
【０００８】
風速が低下して、ロータの回転数が所定の回転数よりも低下すると、ブレードの遠心力が小さくなり、引張りばねの引張力又は圧縮ばねの反発力によってブレードはロータ軸の方向へ移動する。このとき、ブレードは螺旋状のガイドに案内されてブレード軸を中心として回転し、ブレードのピッチ角が低風速で起動できるように変更される。
従って、ロータの回転が停止した後も、低風速で再び起動可能である。
【０００９】
また、ピッチ変更を妨げる摩擦を減らす必要がある場合は、ブレードの取付部とホルダとの間に滑り軸受を組み込むとよい。
この風車の起動風速低減装置は、上記のような簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能であり、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示す起動風速低減装置を備えた水平軸プロペラ風車の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は起動風速低減装置の要部の拡大断面図、図４は定格風速時の水平軸プロペラ風車の正面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面出図、図６は定格風速時の起動風速低減装置の要部の拡大断面図、図７は圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図、図８は図７のＣ−Ｃ線断面図、図９は定格風速時の圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図、図１０は図９のＤ−Ｄ線断面図、図１１は滑り軸受を組み込んだ起動風速低減装置の要部の断面図である。
【００１１】
図１〜図６に示す水平軸プロペラ風車は、タワー９で支持された発電機本体８の前端に水平なロータ軸１１を中心として回転するロータ７を備えている。
ロータ７は、３枚のブレード２と、ロータ軸１１に固定されたハブ４と、
ハブ４の前面に配設され、ブレード２の取付部２１をロータ軸１１の半径方向へ摺動可能に支持するホルダ３と、ブレード２をロータ軸１１の中心側へ牽引する引張りばね５とで構成されている。
【００１２】
ブレード２の取付部２１には、螺旋状のガイド溝１が穿設されており、このガイド溝１にはホルダ３からガイドピン６が挿着されている。この構成により、ブレード２がロータ軸１１の半径方向へ移動するとき、ブレード２はブレード軸線Ｙを中心として回転してピッチが変わるよう案内される。
ブレード２の取付部２１の先端部には、スプリングピン１０が設けられており、このスプリングピン１０に引張りばね５の一端が取付けられている。３枚のブレード２に取付けられた３本の引張りばね５の他端は、ロータ軸１１の軸線Ｚ上の点で互いに連結固定されている。
【００１３】
３枚のブレード２は、それぞれのブレード軸線Ｙの交角が１２０°をなすように等間隔で配置されており、回転時の遠心力がそれぞれの引張りばね５に均等に伝わるようにして、特定のブレード２だけピッチ角が変わることが防止されるようになっている。
この風車は、停止時には、図１〜図３に示すようにブレード２が引張りばね５で牽引されているのでロータ軸１１側にある。このとき、ブレード２は前縁２２を風上方向側へ起動に適したピッチ角となるように傾けた状態で保持されており、低い風速で起動可能となっている。
【００１４】
ロータ７が回転を開始して定格回転数より低い所定の回転数に達すると、ブレード２は、遠心力により引張りばね５の引張力に抗してロータ軸１１から離隔する方向へ移動を開始し、図４〜図６に示す状態に至る。
移動するとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、前縁２２が風下方向側へ後退しピッチ角が風速に適合するように変更される。従って、定格風速での定格出力が低下することはない。
【００１５】
風速が低下して、ロータ７の回転数が所定の回転数よりも低下すると、ブレード２の遠心力が小さくなり、引張りばね５の引張力によってブレード２はロータ軸１１の中心側へ移動する。このとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、ブレード２のピッチ角が低風速で起動できるように変更される。
【００１６】
従って、ロータ７の回転が停止した後も、低風速で再び起動可能である。
この風車の起動風速低減装置は、上記のような簡単な構造で起動時と起動後のブレード２のピッチ角を自動的に変更可能であり、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できる。
なお、この風車の起動風速低減装置では、ブレード２の取付部２１に螺旋状のガイド溝１が穿設され、このガイド溝１にホルダ３からガイドピン６が挿着されているが、この構造とは逆に、ホルダ側にガイド溝を設け、ブレードの取付部側にガイドピンを設けるようにしてもよい。
【００１７】
また、圧縮ばねを用いる場合には、図７、図８に示すように、ホルダ３に座ぐり部を設けて上部ばね座３１をはめ込み、圧縮ばね５１を挟んで下部ばね座３２、スプリングピン１０によってブレード２の取付部２１に固定する。上部ばね座３１と下部ばね座３２は、圧縮ばね５１の内径が取付部２１に接触しないよう凸型にすると共に、摩擦の少ない材質を用いて、圧縮ばね５１の端面が滑りやすいようにする。これにより、圧縮ばね５１の反発力によってブレード２をロータ軸１１の中心側へ牽引することが可能となる。
【００１８】
この風車は、停止時には、図７、図８に示すようにブレード２が圧縮ばね５１で牽引されているのでロータ軸１１側にある。このとき、ブレード２は前縁２２を風上方向側へ起動に適したピッチ角となるように傾けた状態で保持されており、低い風速で起動可能となっている。
ロータ７が回転を開始して定格回転数より低い所定の回転数に達すると、ブレード２は、遠心力により圧縮ばね５１の反発力に抗してロータ軸１１から離隔する方向へ移動を開始し、図９、図１０に示す状態に至る。
【００１９】
移動するとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、前縁２２が風下方向側へ後退しピッチ角が風速に適合するように変更される。従って、定格風速での定格出力が低下することはない。
風速が低下して、ロータ７の回転数が所定の回転数よりも低下すると、ブレード２の遠心力が小さくなり、圧縮ばね５１の反発力によってブレード２はロータ軸１１の中心側へ移動する。このとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、ブレード２のピッチ角が低風速で起動できるように変更される。
【００２０】
また、ピッチ変更を妨げる摩擦を減らす必要がある場合は、図１１に示すように、ホルダ３内に滑り軸受３３を組み込むとよい。図１１では、引張りばね５を用いた起動風速低減装置を示しているが、圧縮ばねを用いた起動風速低減装置でも同様に組み込むことができる。
なお、ハブとホルダとは一体構造としてもよく、ハブとロータ軸とを一体に構成することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の風車の起動風速低減装置は、簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能とし、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す起動風速低減装置を備えた水平軸プロペラ風車の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】起動風速低減装置の要部の拡大断面図である。
【図４】定格風速時の水平軸プロペラ風車の正面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面出図である。
【図６】定格風速時の起動風速低減装置の要部の拡大断面図である。
【図７】圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】定格風速時の圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】滑り軸受を組み込んだ起動風速低減装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
１　　　ガイド溝
２　　　ブレード
３　　　ホルダ
４　　　ハブ
５　　　引張りばね
６　　　ガイドピン
７　　　ロータ
８　　　発電機本体
９　　　タワー
１０　　スプリングピン
１１　　ロータ軸
２１　　取付部
２２　　前縁
３１　　上部ばね座
３２　　下部ばね座
３３　　滑り軸受
５１　　圧縮ばね
Ｙ　　　ブレード軸線
Ｚ　　　ロータ軸の軸線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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