JPH01273880A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一対のブレードに加わる風圧荷重をバランス
させる構造を改良した風力発電装置に関する。

［従来の技術］ 一般に風力発電装置は、第４図に示すようにタワーａの
上端部に発電機すを収容しなナセルＣを水平に回転自在
に設け、このナセルＣの一端に上記発電機すと連結され
た主軸ｄを回転自在に設け、この主軸ｄにブレード取付
ハブｅを介して一対のブレードｆを取付けた構造になっ
ている。

ところで、両ブレードｆにはウィンドシャーの影響によ
って大きさの異なる風圧が作用し、このような場合には
主軸ｄに曲げモーメントが発生する問題がある。この問
題を解決するなめに、例えば主軸ｄに対してティータビ
ンｇによりブレード取（＝ｆハブｅを傾動自在に取付け
、風圧差により例えばイから口のようにブレードｆを傾
斜させて両ブレードｆに加わる風圧荷重をバランスさせ
るようにしていた。

［発明が解決しようとする課！！！］ しかしながら、上記風力発電装置にあっては、ブレード
でかティータビンｇを支点にシーン運動をしながら回転
するなめ、ナセルＣをｔｆｆｌ動させる懸念があった。

本発明の目的はこのような問題点を解決し、ブレードを
傾動させないでブレードに加わる風圧荷重をバランスさ
せることができ、振動や出力変動の少ない風力発電装置
を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するなめに本発明は、発電機を収容した
ナセルの一端に発電機と連結された主軸を回転自在に設
けた風力発電装置において、上記主軸にブレード取付ハ
ブを固着し、該ブレード取付ハブの外、周対向部に可変
ピッチブレードを回動自在に取付けると共に、ブレード
取１・［ハブの内部に上記ナセル側から主軸に形成した
軸孔を通して摺動自在に延出されたブレードピッチ操作
ロッドを掛け渡し、上記ブレードの基部に形成された回
動用クランク部を上記操作ロヅドに中央が軸支されたフ
リーアームで互いに連結したものである。

［作用１ ブレードに風圧を受けることにより、ブレードｊｆ！２
付ハブか主軸と一体に回転し、主軸の回転により発電機
が駆動される。

上記発電機の回転数を一定に保つためにブレードピッチ
操作ロッドがナセル内に設けられたピッチ角操作部によ
りスライド操作される。この操作ロッドと一体にフリー
アームが移動し、その移動量が各ブレードのクランク部
を介してブレードの回転角に変換され、両ブレードは同
じピッチ角に操作される。

一方両ブレードが異なる大きさの風圧を受ける場合には
、風圧によって各ブレードのクランク部に生じるモーメ
ントの大きさが異なり、各モーメントがてこであるフリ
ーアームの両端部に掛るため、これらモーメントの差に
より各ブレードのクランク部が押し動かされてブレード
のピッチ角が変わる。大きい風圧を受ける方のブレード
は風圧抵抗が小さくなるようなピッチ角に、小さい風圧
を受ける方のブレードは風圧抵抗が大きくなるピッチ角
に変わり、これにより各ブレードのクランク部に生じる
モーメントの大きさが等しくなったところでバランスす
る。

このようにして両ブレードに加わる風圧荷重がバランス
するので、主軸にはこれを曲げようとするモーメントは
生じない、そして、このようなバランス機構をブレード
取付ハブ内に設けたので、ブレード取付ハブを主軸に固
着することができ、したがってブレード取付ハブを傾動
させて風圧荷重をバランスさせた従来の風力発電装置と
異なり、ブレードがシーン運動することなく、ナセルの
揺動を減少できる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図に示す如く、垂直に起立したタワー１の上端部に
は風力発電装置の本体ケーシングであるナセル２が水平
に回転自在に支持され、ナセル２の一端にはタワー１と
直交するように主軸３が軸受４を介して回転自在に取付
けられている。また、ナセル２内には発電機５が収容さ
れ、この発電機５は主軸３の一端に増速装置６を介して
連結されている。

主軸３の他端には第１図〜第３図に示すように箱状のブ
レード取付ハブ８が固着され、このブレード取付ハブ８
の外周対向部には可変ピッチブレード９の基部がブレー
ド軸受１０を介してピッチ角が可変となるよう回動自在
に取付けられている。

ブレード軸受１０の他端部には中心よりずれた位置（ク
ランク部）にクランク軸１１が突設され、このクランク
軸１１を第１図の実線で示すようにブレード取付ハブ８
の軸方向に沿って前進させると、ブレード９が風向きと
平行になり、仮想線で示すように後退させると、ブレー
ド９が風向きと直交するようにピッチ角が変わるように
なっている。

一方、主軸３の軸心にはこれを貫通する軸孔１２が形成
され、ブレード取付ハブ８の前ｕ８ａにはその軸孔１２
と対向する軸孔１３が形成され、ブレード取付ハブ８の
内部にはブレードピッチ操作ロッド１４がその両端部を
上記両軸孔１２゜１３に摺動自在に挿通させて掛け渡さ
れている。

１５は軸孔１２．１３の内周面に設けられたすべり軸受
である。

この操作ロッド１４の基端部にはナセル２内に配置され
たピッチ角操作部であるシリンダ１６のピストンロヅド
先端部がスイベルジヨイント１７を介して連結されてい
る。ブレード取付／Ｓブ８の前を８ａには軸孔１３から
延出された操作口・ンド１４の先端部１４ａを覆′う有
底円筒状のカッ（−１８が取１寸けられている。

そして、上記ブレード取付ハブ８内における操作ロッド
１４上にはこれと直行する軸１つを介してフリーアーム
２０の中央部が軸支されている。

このフリーアーム２０を取付けるために、操作口ｙド１
４の一部には断面矩形のボス部２１が形成され、このボ
ス部２１には操作ロッド１４の軸方向と直交する軸孔２
２が形成されている。また、フリーアーム２０の中央部
には上記ボス部２１上に軸１９を中心に所定の角度θで
回動しうるように嵌合する開口部２３が形成され、フリ
ーアーム２０とボス部２１の軸孔２２とには軸１９とし
てのボルトが跨がって挿通され、ボルトにはナツト２４
が締付けられている。２５は軸孔２２に嵌められたすべ
り軸受としてのブツシュである。

フリーアーム２０は第３図に示すように正面から見て両
ブレード９を結ぶ線に対して斜めに配置され、各端部が
各ブレード９のクランク軸１１にターンバックルからな
る連結ロッド２６を介してそれぞれ連結されている。連
結ロッド２６の両端部はフリーアーム２０の各端部に突
設された軸２７と各クランク軸１１とに回動自在に取付
けられている。

また、フリーアーム２０をブレード取付ハブ８内にスラ
イド自在に支持するために、ブレード取付ハブ８の前後
壁間にはフリーアーム２０の両端部をスライド自在に支
持するスライド消２８を有する支持フレーム２つが掛け
渡され、フリーアーム２０のスライド消２８との摺接部
にはスライドプレー１・３０が取付けられている。

次に上記実施例の作用を述べる。

ブレード取付ハブ８はタワー１とナセル２との間に設け
られなヨー旋回装置３１により強制的に風上に向くよう
になっており、ブレード９に風圧を受けることにより、
ブレード取付ハブ８が主軸３と一体に回転する。その回
転力が主軸３から増速装置６を介して発電機５に伝達さ
れ、発電機５を駆動する。この発電機５の発電出力を一
定にするため、ピッチ角操作部のシリンダ１６を介して
ブレード９のピッチ角が制御されるようになっている。

風速が増大して回転数が増大した場合には操作ロッド１
４を前進さぜ、風速が減少して回転数が減少した場合に
は操作ロヅド１４を後退させる。操作ロッド１４が前進
すると、フリーアーム２０を介して各ブレード９のクラ
ンク軸１１が前方に引っ張られ、風向きに対するブレー
ド９のピンチ角が小さくなり、逆に操作ロッド１４が後
退すると、ブレード９のピッチ角か大きくなる。これに
より、ブレード９の風圧抵抗が調節されて、発電出力が
一定に保持されることになる。

一方、ウィンドシャー（垂直方向の風速分布）の影響に
より、上の位置のブレードつと下の位置のブレードつと
では受ける風圧荷重が異なる。

このような場合、各ブレード９のクランク軸１１には風
圧に比例したモーメントが生じ、それぞれのモーメント
が操作ロッド１４に中央部が軸支されたフリーアーム２
０の両端部に作用するなめ、これらモーメントの差によ
りフリーアーム２０が軸１９を支点として傾動する。こ
の場合、大きい風圧を受ける方のブレード９は風圧によ
ってピッチ角か′小さくなる方向に回動されるので、こ
のブレード９ｆｆｌ！Ｉのフリーアーム２０の一端が軸
１９を支点として前方（風上側）に傾動される。

フリーアーム２０の曲端はてこの原理で後方（爪上側）
に傾動されるので、小さい風圧を受ける方のブレード９
はピッチ角か大きくなる方向に回動されることになる。

これにより、大きい風圧を受けていたブレード９の風圧
荷重が減少すると共：こ、小さい風圧を受けていたブレ
ード９の風圧荷重が増大するので、フリーアーム２０は
両クランク軸１１に発生するモーメントが等しくなった
ところでバランスするようになる。これによって、両ブ
レードに作用する風圧荷重がバランスするなめ、主軸３
にはこれを曲げようとするモーメントは発生しない。

このようにブレード取付ハブ８内に両ブレードの風圧荷
重をバランスさせる機構を設けたので、ブレード取付ハ
ブ８を主軸３に固着することができ、したがって主軸に
対してブレード取付ハブを傾動させて風圧荷重をバラン
スさせていた従来の風力発電装置と異なり、ブレード９
がシーソ運動することなく、出力変動の少ない風力発電
装置とすることができる。

なお、実施例ではブレード軸受１ｏの基端部にクランク
軸１１を突設して、このクランク軸１１に連結ロッド２
６を連結したが、クランク軸１１を設けずにクランク部
に連結ロッド２６を直接連結するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような効果を発揮する
。

（１）ブレード取１寸ハブ内におけるブレードピッチ操
作ロッドに取付けたフリーアームのてこの原理を利用し
て、ブレードに加わる風圧荷重によって生じるモーメン
トをバランスさせるようにしなので、ブレード取付ハブ
を主軸に固着した状態で風圧荷重をバランスさせること
ができる。

（２）シたがって、主軸に対してブレード取付ハブを傾
動させて風圧荷重をバランスさせていた従来の風力発電
装置と異なり、ブレードがシーン運動することがないの
で、ナセルの揺動が少なく装置の耐用年数増加が図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る風力発電装置の一実施例を示す要
部断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第３図
は第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第４図は従来の風力発電
装置を示す斜視図である。 図中、２はナセル、３は主軸、５は発電撮、８はブレー
ド取付ハブ、９はブレード、１１−はクランク部のクラ
ンク軸、１２は軸孔、１４はブレードピッチ角操作ロッ
ド、２０はフリーアームである。 特′許出願人　石川島＃１磨重工業株式会社代理人弁理
士　絹　　谷　　信　　雄 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、発電機を収容したナセルの一端に発電機と連結され
   た主軸を回転自在に設けた風力発電装置において、上記
   主軸にブレード取付ハブを固着し、該ブレード取付ハブ
   の外周対向部に可変ピッチブレードを回動自在に取付け
   ると共に、ブレード取付ハブの内部に上記ナセル側から
   主軸に形成した軸孔を通して摺動自在に延出されたブレ
   ードピッチ操作ロッドを掛け渡し、上記ブレードの基部
   に形成された回動用クランク部を上記操作ロッドに中央
   が軸支されたフリーアームで互いに連結したことを特徴
   とする風力発電装置。