(57)【要約】【課題】強風時に、電気を使わず、しかも、発電を継続しつつ、回転数の上昇を抑えることができる、発電用水平軸型風車の回転数制御機構を提供する。【解決手段】ブレード３が先端側ブレード部４と基端側ブレード部５とに分割され、基端側ブレード部５が、風車の回転中心から半径線方向を向く軸線回りで、ブレードの受風面積を減少させるように、先端側ブレード部４に対して回転可能に備えられ、かつ、切換え作動体１０が備えられている。切換え作動体１０は、常時は基端側ブレード部５を先端側ブレード部４に係合させて基端側ブレード部５の回転を阻止し、風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、遠心力で半径線方外方に変位し、基端側ブレード部５と先端側ブレード部４との係合を解除して基端側ブレード部５の回転を許容する。【選択図】      図１
2005188429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレードが半径線方向において複数のブレード部に分割されると共に、分割された一部のブレード部が、風車の回転中心から半径線方向を向く軸線回りで、ブレードの受風面積を減少させるように、残るブレード部に対して回転可能に備えられ、かつ、
常時は前記回転可能ブレード部と非回転部とを係合させて回転可能ブレード部の回転を阻止し、風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、遠心力で半径線方外方に変位し、前記回転可能ブレード部と非回転部との係合を解除して回転可能ブレード部の回転を許容する切換え作動体が備えられていることを特徴とする発電用水平軸型風車の回転数制御機構。
【請求項２】
風車の回転数が前記所定の回転数以下となったとき、回転可能ブレード部を風圧に抗して復帰回転させる付勢手段が備えられている請求項１に記載の、発電用水平軸型風車の回転数制御機構。
【請求項３】
ブレードが半径線方向において複数のブレード部に分割されると共に、分割された一部のブレード部が、風車の回転中心から半径線方向を向く軸線回りで、ブレードの受風面積を減少させるように、残るブレード部に対して回転可能に備えられ、かつ、
常時は、付勢力で回転可能ブレード部を非回転ブレード部と同じ向きとなるように位置保持し、風車の回転数が所定の回転数を越えたとき付勢力が風圧に負けて回転可能ブレード部の回転変位を許容する付勢手段が備えられていることを特徴とする発電用水平軸型風車の回転数制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用水平軸型風車の回転数制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プロペラ型風車を用いた小型の風力発電機では、強風でプロペラの回転数が必要以上に高くなってしまうと、発電量が過大となって、発電部への負荷が大きくなりすぎることから、それを抑制する目的で、電気的制御や、風車の向きを変えるなどの方法により、強風時に風車の回転数が一定以上に上昇しないように制御することが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電気的制御は停電やバッテリー切れなどによって動作しなくなることがあるし、風車の向きを変えてしまうのでは、発電の継続が妨げられるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、強風時に、電気を使わず、しかも、発電を継続しつつ、回転数の上昇を抑えることができる、発電用水平軸型風車の回転数制御機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は、ブレードが半径線方向において複数のブレード部に分割されると共に、分割された一部のブレード部が、風車の回転中心から半径線方向を向く軸線回りで、ブレードの受風面積を減少させるように、残るブレード部に対して回転可能に備えられ、かつ、
常時は前記回転可能ブレード部と非回転部とを係合させて回転可能ブレード部の回転を阻止し、風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、遠心力で半径線方外方に変位し、前記回転可能ブレード部と非回転部との係合を解除して回転可能ブレード部の回転を許容する切換え作動体が備えられていることを特徴とする発電用水平軸型風車の回転数制御機構によって解決される。
【０００６】
この制御機構では、強風で風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、切換え作動体が遠心力で半径線方外方に変位し、回転可能ブレード部と非回転部との係合が解除され、回転可能ブレード部が風圧で回転することによって、ブレードの受風面積が減少し、それによって、強風による風車の回転数の上昇が抑えられる。しかも、その動作は、遠心力による切換え作動体の移動によって行われるようになされているから、回転数の制御は自動で行われ、しかも、電気を必要としない。加えて、強風で回転可能ブレード部が回転した後も、残る非回転ブレード部が風を受けるから、風車は回転を続けることができ、発電を継続することができる。
【０００７】
上記の回転数制御機構において、風車の回転数が前記所定の回転数以下となったとき、回転可能ブレード部を風圧に抗して復帰回転させる付勢手段が備えられているのもよい。
【０００８】
この場合は、風速が低下して風車の回転数が落ちると、付勢手段による付勢力が風圧に勝って回転可能ブレード部を原位置に復帰させ、ブレードの受風面積が増加し、効率の良い発電が再開される。しかも、この復帰動作は、付勢手段による付勢力と風圧のつり合い関係によって自動で行われるようになされているので、復帰動作に電気を必要としない。
【０００９】
また、上記の課題は、ブレードが半径線方向において複数のブレード部に分割されると共に、分割された一部のブレード部が、風車の回転中心から半径線方向を向く軸線回りで、ブレードの受風面積を減少させるように、残るブレード部に対して回転可能に備えられ、かつ、
常時は、付勢力で回転可能ブレード部を非回転ブレード部と同じ向きとなるように位置保持し、風車の回転数が所定の回転数を越えたとき付勢力が風圧に負けて回転可能ブレード部の回転変位を許容する付勢手段が備えられていることを特徴とする発電用水平軸型風車の回転数制御機構によっても同様に解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上のとおりのものであるから、強風時に、電気を使わず、しかも、発電を継続しつつ、回転数の上昇を抑えることができる。また、風速が低下すると、電気を使わずに自動で効率の良い発電を再開することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図５に示す第１実施形態の発電用水平軸型風車１は、図３（イ）に示すように、プロペラ型風車からなり、プロペラ２は、半径線方向に延ばされた複数本のブレード３…を備え、各ブレード３は、半径線方向において先端側ブレード部４と基端側ブレード部５との二つのブレード部に分割されている。そして、図３（ロ）及び図１（イ）（ロ）に示すように、先端側ブレード部４は、非回転部ないしは非回転ブレード部として、ローターヘッドの側６と軸部７で一体的に連結されると共に、基端側ブレード部５は、回転可能ブレード部として、軸部７に回転可能に保持されており、図２（イ）（ロ）に示すように、該基端側ブレード部５が回転変位をすることで、各ブレード３の受風面積が増減するようになされている。
【００１３】
そして、図３（ロ）に示すように、先端側ブレード部４と基端側ブレード部５との対面部において、先端側ブレード部４の基端面部には、軸部７を挟む両側に位置して、深さ方向をプロペラ２の半径線方向に延ばした有底穴８，８が明けられ、該穴８，８に切換え作動体１０，１０が出没可能に備えられると共に、基端側ブレード部５の先端面部には、切換え作動体１０，１０を係合させる凹所１１，１１が備えられ、前記切換え作動体１０が有底穴８から凹所１１内に進出することにより、基端側ブレード部５が先端側ブレード部４に拘束されて回転を阻止され、切換え作動体１０が凹所１１内から退出することにより、基端側ブレード部５が先端側ブレード部４との拘束を解除されて自由に回転できるようになされている。
【００１４】
そして、各切換え作動体１０に上記の進退動作を行わせるため、切換え作動体１０と有底穴８の奥底部との間に、切換え作動体１０を進出方向に付勢する付勢手段としてのバネ９が介設され、常時は、即ちプロペラ２の回転数が許容範囲内にあるときは、図４（イ）に示すように、バネ９の付勢力で切換え作動体１０が凹所１１内に進出した状態を維持して基端側ブレード部５の回転が阻止され、プロペラ２の回転数が許容限度の所定の回転数を越えたときは、図４（ロ）（ハ）に示すように、切換え作動体１０は、プロペラ２の回転による遠心力がバネ９の付勢力に勝って凹所１１内から退出し、基端側ブレード部５の回転が許容されるようになされている。
【００１５】
上記の回転数制御機構では、風速が許容範囲内のものであるときは、図２（イ）及び図４（イ）に示すように、バネ９の付勢力で切換え作動体１０が凹所１１内に進出した状態に保持されることで、基端側ブレード部５は先端側ブレード部４と同じ方向を向き、通常の効率の良い発電が行われる。
【００１６】
そして、図２（ロ）及び図４（ロ）（ハ）に示すように、強風でプロペラ２の回転数が許容限度の所定の回転数を越えたとき、切換え作動体１０がバネ９の付勢力に抗して遠心力で凹所１１内から退出し、基端側ブレード部５が風圧で回転することで、ブレード３の受風面積が減少し、それによって、強風による風車１の回転数の過度の上昇が抑えられる。その場合に、各ブレード３は、受風面積を減少させるだけであって、先端側ブレード部４は風を十分に受けることができるので、プロペラ２の回転が停止してしまうことはなく、強風下においても、無理のない範囲で効率の良い発電が継続される。もちろん、この切換えは、プロペラ２の回転による切換え作動体１０の遠心力を利用して行われるものであるから、切換えのタイミングや動作に電気を必要としない。
【００１７】
なお、基端側ブレード部５の回転はフリーであってもよいが、本実施形態では、図１（ロ）及び図５（イ）（ロ）に示すように、基端側ブレード部５とローターヘッドの側６との対面部において、ローターヘッドの側６に突起１２が設けられ、基端側ブレード部５が受風面積を減少させる所定の位置まで回転したとき突起１２に当接し、基端側ブレード部５のフリーな回転が規制されるようになされており、それにより、強風下で基端側ブレード部５が自由な回転によってふらついてしまうのを抑制ないしは防止することができるようになされている。
【００１８】
図６に示す第２実施形態の発電用水平軸型風車１は、回転数が許容限度の所定の回転数を越えた状態から、その回転数以下となったとき、基端側ブレード部５を風圧に抗して復帰回転させる第２付勢手段として第２バネ１３を備えさせたものである。該第２バネ１３は、図示するように、基端側ブレード部５の軸穴内に備えさせてもよいし、図示しないが、ローターヘッドの側６と基端側ブレード部５との対面部において、そのいずれか一方あるいは両方に設けた凹所空間部を利用して設置するようにしてもよい。その他は、第１実施形態の風車１と同様である。なお、第１実施形態の風車１におけるふらつき防止突起１２は、備えられていてもよいし、省略されてもよい。
【００１９】
本実施形態の風車１では、強風でプロペラ２の回転数が許容限度の所定の回転数を越え、切換え作動体１０が遠心力で凹所１１内から退出すると、基端側ブレード部５は第２バネ１３の付勢力に抗して風圧で回転することにより、ブレード３の受風面積が減少し、それによって、強風による風車１の回転数の過度の上昇が抑えられる。
【００２０】
そして、強風がおさまり風速が低下してくると、第２バネ１３の付勢力が風圧に勝って基端側ブレード部５が復帰し、また、切換え作動体１０が第１バネ９の付勢力で進出復帰し、該切換え作動体１０が基端側ブレード部５の凹所１１内に突出して、基端側ブレード部５は先端側ブレード部４同様に風上に向いた状態で回転を規制され、ブレード３の受風面積が増加して、もとの効率の良い発電が再開される。この復帰動作への切換えも、プロペラ２の回転による切換え作動体１０の遠心力と、風圧と、第１，第２のバネ９，１３の付勢力とのつり合い関係を利用して自動で行われるものであるから、切換えのタイミングや動作に電気を必要としない。なお、切換え作動体１０が基端側ブレード部５の戻りに先行して復帰した場合でも、該切換え作動体１０が基端側ブレード部５の凹所１１内に入り込むことができるよう、図示するように、切換え作動体１０の先端部は球面状などの形態に形成しておくとよい。
【００２１】
また、本実施形態では、上記のような第２バネ１３の採用により、許容限度の所定の回転数を越えた場合に、第２バネ１３の付勢力と風圧とのつり合い関係により、その回転数の大きさによって基端側ブレード部５の回転角度が自動で調節される。即ち、許容回転数を僅かに越える程度では、基端側ブレード部５の回転角度も僅かであり、許容回転数を大きく越えると、基端側ブレード部５の回転角度も大きくなる。これにより、強風下において、その風の強さに応じて基端側ブレード部５の角度が調節され、効率の良い発電を実現することができる。
【００２２】
なお、本第２実施形態において、第１バネ９や切換え作動体１０、有底穴８、凹所１１を省略した構造（第３実施形態）とするのもよい。即ち、風速が許容範囲内のものであるときに、基端側ブレード部５を先端側ブレード部４と同じ向きに向くように位置保持する機能を第２バネ１３にもたせた構造であり、回転数の制御を簡素な構造で実現することができる。
【００２３】
図７及び図８に示す第４実施形態の発電用水平軸型風車１は、第１実施形態あるいは第２実施形態の風車において、図７（イ）に示すように、基端側ブレード部５の先端面部に、凹所１１と連続する斜面部１４を設けたものである。該斜面部１４は、基端側ブレード部５の回転に伴って切換え作動体１０が移動していく経路に沿うように延ばされており、図７（ロ）（ハ）に示すように、凹所１１よりも浅く、かつ、凹所１１から離れていくにしたがって次第に浅くなっていくように形成されている。
【００２４】
この風車１では、強風で風車の回転数が許容限度の回転数を超えた場合に、越える程度に応じて次のような動作を行う。即ち、越える程度が小さいと、切換え作動体１０の遠心力と前述した第１バネ９の付勢力とのつり合い関係によって、切換え作動体１０が、図８（イ）に示すように、凹所１１内から退出できるところまで移動し、基端側ブレード部５が風圧で回転変位をしても、切換え作動体１０の先端部は斜面部１４の深い側の位置に位置しているため、基端側ブレード部５の回転変位は僅かな変位量に抑えられる。
【００２５】
そして、越える程度がもう少し大きくなると、図８（ロ）（ハ）に示すように、切換え作動体１０は遠心力により更に後退していき、風圧によって基端側ブレード部５の回転変位が進行するが、切換え作動体１０の先端部は、斜面部１４の浅い側の位置に位置しているため、基端側ブレード部５の回転は全くの自由ではなく、斜面部１４と切換え作動体１０とで規制される。なお、図７（ハ）は、強風の程度が大きい場合のもので、基端側ブレード部５の回転はフリーとなる。
【００２６】
このように、上記のような斜面部１４を設けることによっても、強風下において、その風の強さに応じて基端側ブレード部５の角度を調節することができ、効率の良い発電を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態を示すもので、図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、回転可能ブレードブレードの動きを示す斜視図である。
【図２】図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、風車の作動状態を示す正面図である。
【図３】図（イ）は風車の正面図、図（ロ）はブレードの断面図である。
【図４】図（イ）〜図（ハ）は切換え作動体の作動状態を示す断面図である。
【図５】図（イ）は図３（ロ）のＩ−Ｉ線矢視断面図、図（ロ）は作動状態を示す同断面図である。
【図６】第２実施形態を示すもので、ブレードの断面図である。
【図７】第３実施形態を示すもので、図（イ）は回転可能ブレード部の先端面を示す平面図、図（ロ）は図（イ）のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図、図（ハ）は作動状態の一例を示す同断面図である。
【図８】図（イ）〜図（ハ）はそれぞれ、作動状態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…プロペラ型風車（水平軸型風車）
３…ブレード
４…先端側ブレード部（非回転ブレード部）
５…基端側ブレード部（回転可能ブレード部）
１０…切換え作動体
１３…第２バネ（付勢手段）
【図１】
2005188429.tif 000003
【図２】
2005188429.tif 000004
【図３】
2005188429.tif 000005
【図４】
2005188429.tif 000006
【図５】
2005188429.tif 000007
【図６】
2005188429.tif 000008
【図７】
2005188429.tif 000009
【図８】
2005188429.tif 000010