(57)【要約】【課題】  小型風力発電機の強風時の高速回転は、風車の故障・破損につながる可能性が  あるため、制御する手段が必要であるが、これまで電気ブレーキや偏向動作による回転  制御技術は既に存在するが、風力発電機は風雨や太陽熱など劣悪な環境で長年使用する  ものであり、電気ブレーキは構造が複雑でメンテナンスなど高コストであったり、偏向  動作は不具合が起こり易い難点がある。【解決手段】  【請求項１】〜【請求項３】の構成要件により、安全で耐久性の高い回転制御機構を構成する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機のロータに一体化したガバナ機構による機械的な回転制御を特徴とする
風力発電機の回転速度制御装置。
【請求項２】
回転軸に挿入したスライドハブ６と２以上のブレード１と同じ数のガバナ機構をそれぞれに連結する事でブレード１の動きを同一とすることを特徴とする請求項１記載の風力発電機の回転速度制御装置。
【請求項３】
回転軸に挿入したスライドハブに押し当てたバネ８の強度の調整により、遠心力で広
がる力を抑制し、風速に関係なく設定した回転数近くの回転数維持を特徴とする
請求項１記載の風力発電機の回転速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電及び風力利用に適用される風車ロータの回転速度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、市街地近郊地域においても地球環境保全のため、再生可能エネルギー利用の
発電手段として、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しない小型風力発電に関心が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７４９５０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、風力発電機は風速が著しく増した時の高速回転は、風車の故障・破損
につながる可能性があるため、これを制御する手段が必要であるが、これまでも電気ブ
レーキや偏向動作による回転制御技術は既に存在するが、風力発電機は風雨や太陽熱な
ど劣悪な環境で長年使用するものであり、電気ブレーキは構造が複雑でメンテナンスな
ど高コストであったり、偏向動作は風を不自然に受ける為に不具合が起こり易い難点が
あるなど、小型風力発電機の普及にはメンテナンスが容易で耐久性のある回転制御装置
に課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、古くは蒸気機関の発明者であるワットが実用化
した遠心調速機が有名であるが、この遠心調速機の機構原理を風力発電機の調速機構に
改良採用し、課題を解決するための手段とするものである。
【０００６】
本文において、遠心調速機とガバナ機構は同意語である。
【０００７】
このガバナ機構は、ロータ円盤２に２以上取り付けたブレード１と同じ数のガバナ
機構を設け、それぞれのガバナ機構は風速の上昇によってロータ円盤２の回転が増せば、
ガバナロッド４の先端の錘５によって遠心力が増大し、ガバナロッド４の支点４aによ
り放射状に広がり、ガバナロッド４aの一方の支点４ｂと丁番１０に取り付けたブレー
ド支点１２を、ピロボールロッドエンド１１で連結することでブレード１のピッチ角
が大きくなり、ブレード１の回転抵抗増幅によりロータの回転速度を抑制する。
【０００８】
本発明は、発電機に連結する回転軸３に、ブレード数と同じ数のスライドハブ支点
６aをもつスライドハブ６を挿入し、スライドハブ支点６aとガバナロッド４の片方の支点４cを連結プレート７により連結することで、取り付けた複数のガバナ機構が全て同じ動きとなり、それに連結するブレードも全て同じピッチ角となってスムーズで効果的な回転抑制となる。
【０００９】
本発明のガバナ機構は、風速により回転するロータ回転数は、ガバナロッド４の長さ、
錘５の重さ、放射状に広がりを適度に抑制するバネ８の強さによって決まり、負荷変動には関係しないので、機構が簡単で安定した回転制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
風力は自然エネルギーにおいて、無風に近い弱風から台風時の強風まで範囲の広いエ
ネルギーであるが、反して取り出す電力は出来るだけ安定することが望まれるが、
本発明では、強風速から著しい風速時はロータの回転が増しガバナロッドが遠心力で広
がるガバナ効果により、ガバナロッドと連結したブレードのピッチ角が変動し、負荷変
動に関係なくロータはほぼ設定した一定速回転となり安定した発電が得られる。
【００１１】
本発明のガバナ機構は、機械式装置なので複雑な電気制御を必要とせず、又風に逆
らうような偏向動作も不要なため、保守費用の軽減や破損や故障になりにくい機構であ
り、長年の使用可能な汎用機として有望である。
【００１２】
本発明の実施例は、市街地近郊で使用する小型風力発電機を想定しており、平均風速
は年間を通じて中風速程度のため、低風速でも自己起動し発電する受風面積の広い抗力
風車が有効であるが、抗力風車は掃過面積比率が大きいため、著しい強風時に回転を止
める電気ブレーキはブレードの破損につながり、偏向動作も横からの風を受け破損し易
くこれまで発電用には不向きとされてきたが、本発明のガバナ機構採用により発電用に
回転力の大きい抗力風車が使えるようになり、低速回転で発電容量の大きな発電機と
の組み合わせで、市街地近郊でも実質的な風力発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の全体イメージ図である。
【図２】微風速から中風速時のロータ正面図と簡略化した側面図である。
【図３】強風速から著しい強風速時のロータ正面図と簡略化した側面図である。
【図４】微風速から中風速時のガバナ機構正面図と簡略化した側面図である。
【図５】強風速から著しい強風速時のガバナ機構正面図と簡略化した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
微風速から中風速時のガバナ機構正面図と簡略化した側面図である。
以下、本発明の実施例の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、ブレード６枚を使用するアップウインド形の風力発電機で、ガバナ機構を含
むロータ部と発電機構を含むナセル部と尾翼と支柱の概略図である。
【実施例２】
【００１６】
図２は、微風速から中風速時のブレード１とガバナ機構の関係図であり、回転面に対
してピッチ角が最小値で、回転を抑制しない状態を表している。
【実施例３】
【００１７】
図３は、強風速から著しい強風速時のブレード１とガバナ機構の関係図であり、ロー
タの回転数に対応してガバナ機構が放射状に広がり、回転面に対するピッチ角が大きく
なり、ロータ回転数と放射状に広がるガバナ機構とのつり合いバランスの中立の状態を
表している。
【実施例４】
【００１８】
図４は、微風速から中風速時のガバナー機構の関係図であり、ロータ回転が遅いので
ガバナロッド４にかかる遠心力が小さく、ガバナロッド４に連結するスライドハブ６を
押し戻すバネ８によってガバナロッド４は最も中心寄りの状態を表している。
【実施例５】
【００１９】
図５は、強風速から著しい強風速時のガバナ機構の関係図であり、ロータ回転が速い
のでガバナロッド４にかかる遠心力は大きくなり、ガバナロッド４は放射状に広がり、
ガバナロッド４に連結するスライドハブ６を押し戻すバネ８を押し縮め、ガバナロッド
４はロータの回転数とのバランスの中立状態を表している。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
当該実施例は、市街地近郊で利用する小型風力発電機を想定した多翼形抗力風車の低速回転風車の開発を進めているが、本発明により多翼型抗力風車の強風時の回転抑制が可能となり、回転力が大きく低速回転で騒音も少なく耐久性能の高い市街地近郊向けの小型風力発電機として普及を見込んでいる。
【符号の説明】
【００２１】
Ａ    ロータ部
Ｂ    ナセル部
Ｃ    尾翼
Ｄ    支柱
１    ブレード
２    ロータ円盤
３    回転軸
４    ガバナロッド
４a   ガバナロッド支点
４b   ガバナロッド一方の支点
４c   ガバナロッド片方の支点
５    錘
６    スライドハブ
７    スライドハブ支点
８    バネ
９    セットカラー
１０    丁番
１１    ピロボールロッドエンド
１２    ブレード支点
【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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