JPS6354143B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロペラ形風力発電装置に係り、特に
風車回転数あるいは風速が一定値を越えた場合に
風車出力及び回転数を極端に減少させる安全装置
に関する。

第１図乃至第３図はプロペラ形風車に備えられ
ている従来技術による各種の安全装置を示すもの
である。

先ず第１図のＡ及びＢに示すものから説明す
る。ブレード１が回転軸２に取付けられており、
この回転軸２はナセル３により支承されている。
このナセル３の後方には尾翼４が取付けられてお
り、この尾翼４の支持部とナセル３との間にスプ
リング５が取付けられている。なお符号６はナセ
ルの重心を示しており、符号７はナセル３を回転
可能に支持するポールの中心を示している。

符号８の方向からブレード１が風を受けると、
このブレード１は回転軸方向への推力を受けて回
転軸２を回転させる。風速あるいは回転数が増大
するにつれて３はナセル重心６とポール中心７が
ずれているため、ナセル３はポール中心７を支点
とする大きな回転モーメントを受けてポール中心
７を中心として回動する。一方、尾翼４もナセル
３と一体となつて回り出すが、尾翼４が傾斜を増
すにつれて、この尾翼４は８方向からの風圧によ
るナセル３が受けるのとは反対方向の回転モーメ
ントを受ける。このため、ナセル３側のモーメン
トと尾翼４側のモーメントはスプリング５の抑制
力によつてＢ図に示すような傾斜角にて釣り合
い、結果として風車回転面が風向きに対して傾斜
する。このため、風エネルギーの入力効率が低下
し風車出力及び回転数が低下して、安全を図るこ
とができる。もし、スプリング５の抑制力が弱け
ればナセル３の傾斜角は更に大きな値となり、出
力あるいは回転数はより一層低下することにな
る。

次に第２図のＡ及びＢに示すものについて説明
する。この第２図に示したものは第１図に示した
ものとほぼ同様の構成であるが、ナセル３はナセ
ル回転中心９により図示されないポールに回転自
在に支持されており、またナセル３の横方向に遮
風板１０が設けられているところが異なつてい
る。

この例では符号８方向からの風速の増大につれ
て遮風板１０は大きな風圧を受け、ナセル３をナ
セル回転中心９回りに回す回転モーメントを引起
こす。このため、尾翼４が受ける反対方向の回転
モーメントとスプリング５の抑制力とによりＢ図
の傾斜角で釣り合う。このため、前記の例と同様
に風車出力及び回転数が低下して風車等の安全が
図られる。

第１図及び第２図に示したような従来の安全装
置には次のような欠点がある。風速あるいは風車
回転数がある程度増大すると風車回転面は風向き
に対して傾斜してしまい、いまだ有効風速（その
風速下では十分風車出力を取出せる風速）域であ
つても風車回転面が傾斜してしまうため、出力ロ
スをきたしてしまうことにある。また、風車運転
を一旦停止させたい場合、あるいはずつと停止さ
せておきたい場合に上記の安全装置のみではこの
ような機能を果たすことができない。

最後に第３図のＡ及びＢに示す例について説明
する。ブレード１は回転軸２に取付けられてお
り、この回転軸２はナセル３に支承されており、
このナセル３はポール１１により回転可能に支持
されている。またナセル３の後方には尾翼４が取
付けられており、この尾翼４にはワイヤ１２が滑
車１３を介して接続されており、このワイヤ１２
は巻取装置１４内のモータ１５により巻取られる
ようになつている。なおこのワイヤ１２には接触
子１６が取付けられており、この接触子１６はリ
ミツトスイツチ１７を作動させるようになつてい
る。

この例では風速あるいは風車回転数がある値に
達した時、モータ１５がワイヤ１２を巻取ること
により尾翼４を風車回転軸２に対し傾斜させるこ
とにより、風車回転面を風向きに対し傾斜させて
風車回転数を減少させ安全を図るようになつてい
る。

この例に示した安全装置では、風速あるいは風
車回転数が一定値に達しモータ１５が回転し始め
てワイヤ１２を所望の長さだけ巻取るのに、ワイ
ヤ１２のゆるみ及び巻取長が比較的長いこと等の
理由から巻取時間が緩慢で瞬間的な風速及び風速
回転数の増加を防ぐことが難しい欠点があつた。
また、このためモータ１５の作動時間が長くな
り、巻取による所要動力が大きくなつてしまい、
特に商用電源のない所で風車により発電した電力
をバツテリに貯えてその電源を使用する場合は、
前記モータ１５の所要動力の消費が著しい割合を
占めることになり、風力発電の有効利用という点
で大きな欠点となる。しかも、このモータ１５の
巻取時にバツテリ充電量が十分でないと、モータ
作動が途中でストツプしてしまう恐れもある。更
に、巻取距離が大きいとワイヤ１２の張りがなく
なり、尾翼４の受ける風圧等により使用期間の増
大につれ、この安全系の応答性及び制御量の低下
を来たす欠点がある。

第３図のＡ及びＢに示した装置では巻取装置１
４が風車本体と隔離されて設置されているため、
冬期の使用においては本体に加えて巻取装置１４
に対しても凍結対策が並行して必要となる欠点が
ある。また風車設置場所の面積を広くしなければ
ならないという欠点も生じる。更にこの他に巻取
装置１４は上記の理由から自動巻取とする場合風
車の近くに置かざるを得ないため、もし電源がス
トツプし手動によりモータ軸を回す際、積雪等の
影響で作業を困難とする欠点もある。

本発明の目的は上記の欠点に鑑み、有効風速域
を十分活用し、且つ応答性に優れた風力発電装置
の安全装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１は、
ナセルに回転自在に支持され、ブレードが固定し
てある回転軸と、尾翼に連接されるとともに、前
記ナセルに回動自在に設けた第１のアームと、こ
の第１のアームと前記ナセルとの間に張設され、
前記第１のアームに水平方向の付勢力を付与して
いるスプリングと、前記ナセルに回転自在に取り
付けられて前記第１のアームに係合し、前記スプ
リングの付勢力に抗して前記アームを所定位置に
保持して前記尾翼を前記回転軸の軸線方向に維持
する第２のアームと、この第２のアームと前記回
転軸との間に設けられ、風車回転数または風速が
所定値を超えたときに、前記ブレードが受けた風
力により前記第２のアームを回動させ、この第２
のアームと前記第１のアームとの係合を解除する
風力伝達機構と、を有することを特徴とする風力
発電装置の安全装置である。

また、本発明の第２は、尾翼に連接されるとと
もに、ナセルに回動自在に設けた第１のアーム
と、この第１のアームと前記ナセルとの間に張設
され、前記第１のアームに水平方向の付勢力を付
与しているスプリングと、前記ナセルに回転自在
に取り付けられて前記第１のアームに係合し、前
記スプリングの付勢力に抗して前記第１のアーム
を所定位置に保持して前記尾翼をブレードの回転
軸の軸線方向に維持する第２のアームと、一端を
この第２のアームに接続し、他端を巻取ドラムに
接続した巻取りワイヤと、風車回転数または風速
が所定値を超えたときに前記巻取ドラムを駆動
し、前記巻取ワイヤを介して前記第２のアームを
回動させ、この第２のアームと前記第１のアーム
との係合を解除するモータと、を有することを特
徴とする風力発電装置の安全装置である。

以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。

第４図のＡ乃至Ｃは本発明に係る風力発電装置
の安全装置の一実施例を示す説明図である。但し
第１図のＡ及びＢと同様あるいは同一構成部分は
同一符号を用いて示してある。

ブレード１が回転軸２に取付けられており、こ
の回転軸２は移動ナセル１８により支持されてい
る。この移動ナセル１８は固定ナセル１９に内蔵
されており内部を移動し得るようになつていて、
後述する如く尾翼４を傾斜させるための風力伝達
機構の役割をなす。移動ナセル１８の後部には支
点２０を中心として回動する両端がＬ字状になつ
た第２のアームとしてのアーム２１が配置されて
おり、このアーム２１の一端は移動ナセル１８の
後面に当接しており、他端は支点２２を中心とし
て回動する第１のアームであるアーム２３の一端
と係合している。このアーム２３には固定ナセル
１９の壁面に連結されているスプリング２４が接
続され、矢印の方向に引張られている。更にこの
アーム２３の他端は尾翼４と連結し、一体となつ
て回動する。なお、移動ナセル１８の後面下部に
はスプリング２５が設置されており、ナセル１８
の矢印方向への移動を抑制している。

次に本実施例の動作について説明する。風速あ
るいは回転数がある一定値を越すと、ブレード１
の回転面に受ける風圧が増加して、この風圧によ
る力が回転軸２を介して移動ナセル１８に伝わ
り、移動ナセル１８はスプリング２５の押圧力に
抗して固定ナセル１９内を尾翼方向に移動する。
このため、移動ナセル１８の後部に接したアーム
２１が矢印の方向に回動して、アーム２３の他端
との係合を外す。すると、アーム２３はスプリン
グ２４に引張られて瞬時に図中矢印の方向に回動
し、これと同時に尾翼４も図中矢印の方向に回動
し第４図のＣに示すような状態となる。尾翼４が
回転軸２に対して傾斜すると尾翼４は風圧を受け
て風車の回転面を風向から傾斜させ風車出力及び
風車回転数をほぼ零となるような状態にさせて、
安全を図ることができる。なお、移動ナセル１８
の移動途中で風車の回転あるいは風速が減少した
場合は、スプリング２５により移動ナセルは元の
状態に復帰することができる。

本実施例によれば、風速あるいは回転数がある
一定値を越した時に受ける移動ナセル１８の尾翼
方向への力に基づいてスプリング２５の押圧力を
調整することにより、アーム２３の開放タイミン
グを微妙に設定することができるため、風速が有
効風速域を出て風車が危険状態になつた時のみ安
全装置を作動させることができるので、有効風速
域を十分利用でき出力ロスを来たすことを防止す
る効果がある。また、一旦尾翼４が傾斜して安定
してしまえば、尾翼４はスプリング２４により常
に傾斜状態を保つているため、これ以降どのよう
に風速増大があろうとも風車回転は上がることは
なく、風車運転を停止状態に維持し得る効果があ
る。従つて、無人運転の状態で放置しておいても
完全である。

第５図のＡ及びＢは本発明に係る風力発電装置
の安全装置の他の実施例を示す説明図である。但
し第２図のＡ及びＢと同様あるいは同一構成部分
は同一符号を用いて示してある。

ブレード１が取付けられている回転軸２はナセ
ル３内に設けられている増速機２６の入力側に接
続されている。この増速機２６の出力側の回転軸
はクラツチ２７を介してウオームギア２８に接続
されている。またこのウオームギア２８はDCモ
ータ２９に連結されている。このウオームギア２
８には、ギア３０が噛合つている。これら増速機
２６、クラツチ２７、ウオームギア２８およびギ
ア３０は、尾翼４を傾斜させるための風力伝達機
構を構成している。そして、ギア３０には、第２
のアームとしての突出部が形成されており、この
突出部に支点３１を中心として回動する第１のア
ームであるアーム３２が係合している。このアー
ム３２はスプリング３３により矢印の方向に引張
られている。またアーム３２は尾翼４と連結して
おり一体に回動するようになつている。

次に本実施例の動作について説明する。風車回
転数がある値に達するとクラツチ２７が連結し
て、増速機２６の回転力がウオームギア２８に伝
達され、このウオームギア２８によりギア３０が
矢印の方向に回転する。するとギア３０の突出部
とアーム３２との係合が外れて、アーム３２はス
プリング３３により急速に矢印の方向に回転し、
それと同時に尾翼４も矢印の方向に回転し尾翼は
一気に傾斜し、第５図のＢに示すような状態とな
る。このため尾翼４は風圧を受けて風車全体を風
向８に対して傾斜させ、風車出力及び回転数を低
下させて安全を図る。また、風速検出装置（図示
せず）等から得られる過風速信号をDCモータ２
９に伝え、このモータの回転によつてウオームギ
ア２８を回転させ上記と同様な動きをギア３０に
与えて尾翼４を傾斜させ風車出力及び回転数を低
下させることもできる。

本実施例においても、クラツチ２７が連結する
時の風車の回転数をシビアに設定することができ
るため、有効風速を十分に利用し、風速がこれを
越えた場合のみ安全装置を作動させる効果があ
る。また、本装置では風車回転数と風速とを全く
別の系統により検出して、この検出値に基づき
各々別個に安全装置を作動させることができるた
め、安全装置の信頼性を著しく向上させる効果が
ある。更に、本装置においても一旦安全装置が作
動してしまえば元の状態には復帰せず尾翼４が傾
斜した状態を保つことがき風車運転を停止状態に
維持し得る効果がある。

第６図のＡ及びＢは本発明に係る風力発電装置
の安全装置の更に他の実施例を示した説明図であ
る。但し第３図のＡ及びＢと同様あるいは同一構
成部分は同一符号を用いて示してある。

ブレード１が取付けられている回転軸２を支持
するナセル３内には、尾翼４と連結している第１
のアームであるアーム３４が支点３５により回動
可能に支持されている。このアーム３４には一端
をスプリング３６に接続したワイヤ３７が接続さ
れており、また復帰ワイヤ３８が接続されてい
る。更に、このアーム３４の先端は第２のアーム
であるアーム３９と係合するローラ４０が取付け
てある。このアーム３９は支点４１により回動可
能に支持され、スプリング４２がアーム側部に取
りつけられている。またこのアーム３９には巻取
ワイヤ４３が接続されており、この巻取ワイヤ４
３はモータ４４の出力軸に巻回されている。

次に本実施例の動作について説明する。風速あ
るいは風車回転数が一定値に達するとモータ４４
が作動して巻取ワイヤ４３を巻取りアーム３９を
回動させてアーム３４との係合を外す。開放され
たアーム３４はスプリング３６により瞬時にスト
ツパ４５に当るまで回動して尾翼４を回転軸に対
して90度近くに傾斜させる。このため、尾翼４が
風圧を受けて風車回転面を風向に対し90度近く傾
け風車出力及び風車回転数をほぼ零に近い状態に
保ち安全を図る。一方、復帰ワイヤ３８を手動巻
取により巻取つてアーム３４をアーム接触開放位
置まで戻す。即ち、スプリング４２によりアーム
３９がストツパ４６に当たる状態まで復帰ワイヤ
３８を巻取つて安全装置を再び元の状態に復帰さ
せることができる。更に本実施例では復帰ワイヤ
３８を復帰状態を越えて更に巻取つて行くことに
より、安全装置が作動して回転する方向とは反対
方向に尾翼４を傾斜させることもできる。

本実施例によれば、アーム３４と３９との接触
距離が短く、且つワイヤ４３の巻取長さが小さい
ためワイヤ４３のゆるみがほとんど巻取動作に影
響を与えないので、モータ４４の始動からアーム
３４の開放までの時間を極端に短縮でき、装置の
応答性を著しく向上させる効果がある。従つて、
尾翼４の傾斜に必要なモータ所要動力は極めて少
なくすることができる。更に、一旦尾翼４が傾斜
してしまうと、尾翼４はスプリング３６の張力の
みによつて引付けられた状態にあるため、モータ
側巻取装置には尾翼４の風圧による変動は伝わら
ず、ワイヤ４３の損傷等を避ける効果がある。ま
た、復帰ワイヤ３８を十分遠く離れた地点まで延
ばしても、手動にて調整しつつ巻取できるので、
風車の近くまで行つて巻取作業をする必要がなく
なり、作業性を向上させる効果がある。更に、安
全装置及び尾翼傾斜装置は全部ナセル３内に収納
し得るため、風車全体をコンパクト化する効果が
ある。

以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、風速あるいは風車回転数が一定の値を越えた
時に瞬時に尾翼を傾斜させる手段を設けることに
より、有効風速域を十分活用し、且つ応答性に優
れた風力発電装置の安全装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図のＡ及びＢは従来の風力発電装置の安全
装置を示した説明図、第２図のＡ及びＢは従来の
他の風力発電装置の安全装置を示した説明図、第
３図のＡ及びＢは従来の更に他の風力発電装置の
安全装置を示した説明図、第４図のＡ乃至Ｃは本
発明に係る風力発電装置の安全装置の一実施例を
示した説明図、第５図のＡ及びＢは本発明に係る
風力発電装置の安全装置の他の実施例を示した説
明図、第６図のＡ及びＢは本発明に係る風力発電
装置の安全装置の更に他の実施例を示した説明図
である。 １……ブレード、２……回転軸、３……ナセ
ル、４……尾翼、１８……移動ナセル、１９……
固定ナセル、２１，２２，３２，３４，３９……
アーム、２４，２５，３３，３６，４２……スプ
リング、２６……増速機、２７……クラツチ、２
８……ウオームギア、２９……DCモータ、３０
……ギア、３７……ワイヤ、３８……復帰ワイ
ヤ、４３……巻取りワイヤ、４４……モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ナセルに回転自在に支持され、ブレードが固
   定してある回転軸と； 尾翼に連接されるとともに、前記ナセルに回動
   自在に設けた第１のアームと； この第１のアームと前記ナセルとの間に張設さ
   れ、前記第１のアームに水平方向の付勢力を付与
   しているスプリングと； 前記ナセルに回動自在に取り付けられて前記第
   １のアームに係合し、前記スプリングの付勢力に
   抗して前記アームを所定位置に保持して前記尾翼
   を前記回転軸の軸線方向に維持する第２のアーム
   と；この第２のアームと前記回転軸との間に設け
   られ、風車回転数または風速が所定値を超えたと
   きに、前記ブレードが受けた風力により前記第２
   のアームを回動させ、この第２のアームと前記第
   １のアームとの係合を解除する風力伝達機構と； を有することを特徴とする風力発電装置の安全装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の安全装置におい
   て； 風力伝達機構は、ナセル内に配置され、回転軸
   と一体に軸線方向に移動可能な移動ナセルと、こ
   の移動ナセルと前記ナセルとの間に介装され、前
   記移動ナセルをブレード方向に付勢するコイルば
   ねとからなり、 第２のアームはクランク状に形成され、一端部
   が第１のアームに係合するとともに、他端部が前
   記移動ナセルの尾翼側端面に当接している； ことを特徴とする風力発電装置の安全装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の安全装置におい
   て； 第２のアームは、第１のアームと係合する突出
   部を有するギアであり； 風力伝達機構は、回転軸に設けた増速機と、前
   記ギアと噛合しているウオームと、このウオーム
   と前記増速機との間に設けられ、風車回転数また
   は風速が所定値を超えたときに、両者を接続する
   クラツチとからなる； ことを特徴とする風力発電装置の安全装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の安全装置におい
   て； ウオームは、過風速信号により起動するモータ
   に接続されている； ことを特徴とする風力発電装置の安全装置。 ５ 尾翼に連接されるとともに、ナセルに回動自
   在に設けた第１のアームと； この第１のアームと前記ナセルとの間に張設さ
   れ、前記第１のアームに水平方向の付勢力を付与
   しているスプリングと； 前記ナセルに回動自在に取り付けられて前記第
   １のアームに係合し、前記スプリングの付勢力に
   抗して前記第１のアームを所定位置に保持して前
   記尾翼をブレードの回転軸の軸線方向に維持する
   第２のアームと； 一端をこの第２のアームに接続し、他端を巻取
   ドラムに接続した巻取ワイヤと； 風車回転数または風速が所定値を超えたときに
   前記巻取ドラムを駆動し、前記巻取ワイヤを介し
   て前記第２のアームを回動させ、この第２のアー
   ムと前記第１のアームとの係合を解除するモータ
   と； を有することを特徴とする風力発電装置の安全装
   置。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の安全装置におい
   て； 第１のアームは、手動により第１のアームをス
   プリングの付勢方向と反対方向に回動させる復帰
   ワイヤを有している； ことを特徴とする風力発電装置の安全装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の安全装置におい
   て； 第２のアームは、この第２のアームを巻取ワイ
   ヤにより回動させられた位置から、第１のアーム
   との係合位置に戻されるリタンスプリングを有す
   る； ことを特徴とする風力発電装置の安全装置。