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風車のブレードピッチダブル制御機構 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P110001825
掲載日 2011年3月17日
出願番号 特願2008-314822
公開番号 特開2010-138768
登録番号 特許第4649570号
出願日 平成20年12月10日(2008.12.10)
公開日 平成22年6月24日(2010.6.24)
登録日 平成22年12月24日(2010.12.24)
発明者
  • 清水 幸丸
  • 玉城 史朗
出願人
  • 国立大学法人 琉球大学
発明の名称 風車のブレードピッチダブル制御機構 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】小出力水平軸風車のブレードのピッチ・フラップのパッシブ制御に加えて、各ブレードの受ける風力条件および風車回転数に応じて、強風時および風車過回転時において各ブレードのピッチ角制御もパッシブに行なう直交3軸ダブル失速制御を実現する。
【解決手段】風車のブレード軸をピッチ運動可能に支持するブレード軸ホルダーのフラップ支軸をブレード軸と直角方向に設けると共に、前記ホルダーのフラップ支軸を回動可能に支持する支持フレームを風車軸と平行でかつ前記フラップ支軸と直交する前傾制御支軸でナセル側又は組立てフレーム側に回動可能に軸支する構造を有するため、ブレード軸が常にピッチ運動可能な状態において、自在継手に搭載されているように、フラップ支軸を中心にして風上と風下方向に回転運動でき、しかもブレードの回転方向に対しても、前傾制御支軸を中心にして風車軸の直径方向と前傾角との間で常に往復回転できる。
【選択図】図3

従来技術、競合技術の概要


近年の石油危機や環境保全の立場から、風力発電装置は人類社会の広範囲なエネルギー供給源として実用化が急務であり、現在、2MW~3MWという大型機の開発に成功している。一方、マイクロ型や小型風力発電(500W~10kW)は、安価で、かつ、取り扱いが容易であるため、小規模な電力供給源としての利用価値は高い。
しかしながら、強風時におけるブレードの飛散事故等が多発しており、現在まで、実用に耐えうる機種はあまり無いといえる。従来から、風車の過回転を抑える機構は検討されている。特に、大型風車においては、風速を検出し、モーターや油圧を用いてピッチ角を変化させることによるピッチ制御方式は一般的であるが、このような制御方式を小型風車に適用するのは非常にコスト高となり、また、メンテナンスの困難性が問題視される。



一方、小型風車においては、回転軸にガバナを取り付け、強風時には、ガバナの作用でピッチ角を制御し一定回転を行う機構も提案されている。しかし、この制御方式も、ある一定以上の風速に対しては過回転になり、その結果、遠心力によるブレードの破壊等の事故が現実に起こっている。
しかしながら、このような強風域における過回転による破損などの問題を効果的に解決できれば、逆に強風を積極的にエネルギー源として有効利用して効率良く発電し、蓄電しておくことが可能となり、理想的な風力発電装置を実現可能となる。



ところで、小型風車におけるブレードの破壊防止機構として、特許文献1に記載のように、バネ力でブレードを風下側に傾けてフラップ運動させることで、ピッチ角を増大して風車出力を受動式に制御すると共に、台風などの強風時にはパワーシリンダーなどのアクチュェータで強制的にピッチ角を変えて、失速させるアクティブ制御が提案されている。

【特許文献1】特許第4104037号

産業上の利用分野


本発明は、強風域に適した風力発電用風車のブレードピッチをパッシブにダブル制御する機構に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
風車のブレード軸をピッチ運動可能にスラストベアリングを介して支持するブレード軸ホルダーのフラップ支軸をブレード軸と直角方向に設けると共に、前記ホルダーのフラップ支軸を回動可能に支持する支持フレームを風車軸と平行でかつ前記フラップ支軸と直交する前傾制御支軸でナセル側又は組立てフレーム側に回動可能に軸支する方法において、
前記のブレード軸ホルダーから風車軸側に突出したブレード軸に直角方向の連接体を風車軸と斜めに固設し、その先端に前記ブレード軸と平行に固定した平行体と軸受け手段を介して連結した風車軸と平行の首振り体を、ナセル側又は組立てフレーム側に揺動可能に支持してなり、
ブレードが風下側に傾くのを抑制するバネ手段を有し、かつブレードを回転方向前方に所定角前傾させるような弾力を常時付与するための弾性手段を有することを特徴とする風車のブレードピッチダブル制御方法。

【請求項2】
ブレードが風下側に傾くのを抑制する弾性手段とブレードを回転方向の前進方向に所定角前傾させるための弾性手段が、風力の増大に応じて同時に連動するように又は単一の弾性手段で兼ねるように、ばね力並びに各部の寸法を設定することを特徴とする請求項1に記載の風車のブレードピッチダブル制御方法。

【請求項3】
風車のブレード軸をピッチ運動可能にスラストベアリングを介して支持するブレード軸ホルダーのフラップ支軸をブレード軸と直角方向に設けると共に、前記ホルダーのフラップ支軸を回動可能に支持する支持フレームを風車軸と平行でかつ前記フラップ支軸と直交する前傾制御支軸でナセル側又は組立てフレーム側に回動可能に軸支する構造において、
前記のブレード軸ホルダーから風車軸側に突出したブレード軸に直角方向の連接体を風車軸と斜めに固設し、その先端に前記ブレード軸と平行に固定した平行体と軸受け手段を介して連結した風車軸と平行の首振り体を、ナセル側又は組立てフレーム側に揺動可能に支持してなり、
ブレードが風下側に傾くのを抑制するバネ手段を有し、かつブレードを回転方向前方に所定角前傾させるような弾力を常時付与するための弾性手段を有することを特徴とする風車のブレードピッチダブル制御機構。

【請求項4】
ブレードが風下側に傾くのを抑制する弾性手段とブレードを回転方向前方に所定角前傾させるための弾性手段が、風力の増大に応じて同時に連動するように又は単一の弾性手段で兼ねるように、ばね力並びに各部の寸法を設定することを特徴とする請求項3に記載の風車のブレードピッチダブル制御機構。

【請求項5】
ブレードが風下側に傾くのを抑制する方向に作用するバネ手段を、ブレード軸の風車軸寄りの先端とナセル側又は組立てフレームとの間に取付けてあることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の風車のブレードピッチダブル制御機構。

【請求項6】
ブレードを回転方向前方に所定角前傾させる方向の弾力を常時付与するための弾性手段を、ブレード軸の風車軸寄りの先端又は前記の支持フレームの風車軸寄りに取付けてあることを特徴とする請求項3、請求項4または請求項5に記載の風車のブレードピッチダブル制御機構。
産業区分
  • その他原動機
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008314822thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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