JPS648191B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は駆動力を制御可能な風力タービンに関
する。

英国特許第1549767号に開示されるマスグロブ
（Musgrove）タービンのようなＨ形をなす堅軸
風力タービンにおいては、直線状の羽根は対称に
配置され前記羽根はタービンの回転軸線に対し円
周方向に均等に離間して配列かつ夫々アームに枢
支されている。アームはその中点が支承体に保持
される。通常の動作時には、羽根はタービンの垂
直の回転軸線に対し平行になるよう保持され、ア
ームが回転されるとき、タービンの羽根は流れる
空気流と接触する。空気流（風）の流速（風速）
に応じて空気流と接触する羽根の回転速度が定ま
り、羽根は翼形に形成されているので羽根には揚
力と抗力とが生じる。風速に対応して羽根の速度
が充分に大きい場合、タービンの回転方向に対し
て発生する力は確実にタービンへのトルクとして
使用される。風の向きに関係なくタービンは作動
し風速が上昇するに比例してトルクも上昇する。

一方風速が過大である場合トルクが大きくなり
過ぎタービンが損傷されるので、風速が過大であ
る場合には各羽根をその一端部において外向きに
回動可能にして羽根を折曲状態になすことが好ま
しいことが判明している。羽根を外向きに回動す
ると回転状態にある羽根の外郭は円錐形となり、
風を受ける有効断面積が減少し羽根の効果が低下
するのでトルクが減少する。

一方羽根を外向きに円錐形にすると、アームに
相当大きな曲げ力が加わる。この曲げ力（モーメ
ント）に抗するため支承構造をタービンを単に支
承する場合に比べより堅牢にする必要があるが、
構成が複雑となる上コスト高になる欠点があつ
た。

この曲げ力は羽根にかかる揚力および抗力によ
り生ずる羽根の強を含む平面に対し直角な力の成
分であり、同上におけるタービンのロータ装置の
回転軸線に向う内向きの力および風下におけるロ
ータ装置の回転軸線から離方向、即ち外向きの力
である。羽根が回転軸線に対し外向きに折曲され
ると、この力の成分はある方向に向けられアーム
への荷重が増大されて曲げモーメントが増大され
る。

本発明によれば、支承体と、回転軸線を中心に
前記支承体を介し回転可能なロータ部材と、夫々
前記回転軸線に対し離間された位置において前記
ロータ部材に支承され、かつ相互に回動可能な２
直線状部を有する複数の羽根と、前記直線状部を
互いに逆向きに回動し前記回転軸線と平行な位置
から前記回転軸線に対し直角な平面においてある
角度をなす位置へ移動可能な折曲装置とを備えた
風力タービンが提供される。

羽根の２直線状部はほぼ同一であり折曲装置を
介し２直線状部がほぼ等距離かつ互いに逆方向に
回動されることが好ましい。

以下本発明を好ましい実施例に沿つて説明す
る。

第１図および第２図に示す風力タービンのロー
タ装置は、支柱１の垂直軸線を中心に回転可能に
支承されている。前記支柱１の高さは、ロータ装
置に好適に風が当りかつ地面上のいかなる建築物
にも羽根が触れないように選定される。

ロータ装置には、中央部が支柱１に枢支される
アーム２と２羽根３とが包有される。各羽根３は
４を介しアーム３の一端部に、且別の支承部材５
を介しアーム３の一端部と中央部との間に連結さ
れる。支承部材４，５の各端部はアーム２および
羽根３に枢支されている。羽根３と支承部材４，
５との枢支点は羽根３の中央部を挾んで対称に等
間隔で位置せしめられる。

各羽根３の先端部はロータ装置の回転方向に対
し接線方向に向けられ、羽根３の弦線が回転軸線
に対し直角に向くよう配設されてる。各羽根３は
２直線状部６，７を備え、２直線状部６，７は弦
線に対し平行に配設される羽根３中央部のヒンジ
を介し連結されており、従つて直線状部６，７は
第２図に示すようにＶ字状に折曲可能である。

アーム２の各端部と支承部材４との枢支点８は
アーム２の可動端を油圧シリンダ等により延伸さ
せることにより、アーム２の回転軸線に対しほぼ
半径方向に移動可能でである。アーム２上の枢支
点８が半径方向外側へ移動したとき、２直線状部
６，７は相互に実質的に等距離回動されて第２図
の如く折曲され、この場合ロータ装置の外郭の断
面積が減少し羽根３の空気動力上の効率が低下さ
れるので、風によりアーム２に生じるトルクが減
少する。

風力タービンを使用する場合、通常は羽根３が
第１図に示すように回転軸線に対し平行に位置せ
しめられる。一方羽根の弦線に対しある角度をも
つてタービンに当たる風速に応じた羽根の回転速
度に相応してトルクが生じる。この力は羽根に対
し羽根を動作させるように働く揚力と羽根の動作
を阻止させるように働く抗力に分けられる。この
場合揚力はロータ装置の回転方向に働く力の成分
であり、抗力に打ち勝ちロータ装置を駆動する成
分と、羽根の弦を含む平面に直角に働きロータ装
置の風上側から風下側へ方向を変えアーム２に沿
つて発生する成分とに分けられる。支柱１は風を
受けたときアームに沿つて発生する力に耐えうる
強度を有している。

風力が強くなりすぎると例えば第１図のロータ
装置に大きなトルクが生じロータ装置の構成部材
に損傷を与える危惧があるが、風力の増大に応じ
枢支点８が回転軸線から半径方向外向きに等距離
移動され、ロータ装置に生じるトルクが当該構成
部材の損傷を来たさない程度まで低下されうる。
羽根が折曲されると、羽根の弦を含む平面に対し
直角に作用し羽根を回転させる揚力により羽根の
各直線状部に対し直角に働く力とアームに沿つて
働く力とが生じる。

一方各羽根の各直線状部の長さが等しく各直線
状部はほぼ等距離互いに反対方向、即ち互いに接
近する方向に回転するので、一方の直線状部に対
し直角方に働く力と他方の直線状部に対し直角に
働く力とは大きさがほぼ等しい反面方向が逆向き
となり、アーム２に対し直角に働く力が実質的に
存在しなくなる。このため羽根が折曲状態にある
間アームに働く曲げ力は上述の英国特許第
1549767号に開示されたタービンの場合に比べ相
当に低減できるので、タービンの支承構成に対す
る技術的制限が緩和され、特にアーム長を長くで
きかつ羽根が折曲状態にある間アームに大きな曲
げ力が生じる危惧がない。

第３図は本発明の他の実施例を示している。こ
の場合、アームの各端部が折曲されて、鳥のくち
ばし状の突起部１０が具備されており、突起部１
０の自由端部はリンク１１の一方の端部に枢支さ
れる。リンク１１の他方の端部には２支承部材４
の一方の端部並びにリンク１９の一方の端部が枢
支される。前記リンク１９の他方の端部は、アー
ム２に装着された押棒９の一端部に枢支される。
従つて押棒９を長手方向外向きに移動すると、リ
ンク１１が回動されて枢支点８が外向きに移動す
る。この構成をとる場合枢支点８はアームの半径
方向外向きに正確に移動せずに、羽根を折曲状態
に置くよう曲線の軌跡をとつて移動し羽根を僅か
に傾斜させる。このとき羽根を傾斜して羽根を折
曲状態に置く際羽根に対し直角に働く小さな力が
生じるがさ程大きな力にはならない。またアーム
と直状部との間にリンク１１を配設するので、タ
ービンの作動中押棒に働くせん断力が低減されう
る。一方押棒９は第４ａ図、第４ｂ図に示すよう
にアームの中央部に配設された油圧シリンダ１８
により駆動され得る。第４ａ図は羽根が垂直位置
にある場合の押棒９と油圧シリンダ１８との位置
関係を、一方第４ｂ図は羽根が最大の折曲状態に
ある場合の押棒９と油圧シリンダ１８との位置関
係を示している。また油圧シリンダをアーム２の
端部に配設しリンク１１を直接駆動するように構
成することもできる。

第３図の構成においてアーム２の各端部に付設
する支承部材５，４および突起部１０はその断面
が羽根３と同様支柱１に対し対称になるよう設け
られ、各部材の先縁部はロータ装置の回転方向に
向き揚力は抗力に打ち勝つ方向に生じるのでター
ビンに確実に駆動力が生ぜしめられる。各支承部
材５により、羽根に加わる荷重が直接支承されか
つ回転方向に対し接線方向に生ずるせん断力に対
応する。また支承部材４は羽根の折曲動作を制御
すると共に、羽根を更に強固に支承して羽根を所
望の折曲状態に維持するよう機能し、且慣性荷重
および空気力学的上の荷重を支承部材５と共に支
承するよう機能する。従つて上述の構成をとるこ
とにより、羽根の構成部材および支承部材に軽量
の部材を使用できるので遠心力を低減でき、同時
に他の部分に使用する部材も軽量かつ安価なもの
を使用可能である。

第１図に示したロータ装置の場合、枢支点８を
アーム２の両端部において固定する反面、支承部
材５のアーム２に対する枢支点１２をアームに沿
つて内側へ移動可能に構成することによつても同
様の作用を実現できる。この場合、羽根は羽根を
折曲状態になす時回転軸線に向つて第２図の位置
より半径方向内側へ折曲されて同一風速に対する
羽根速度が低減され、又風に対し羽根の弦線があ
る角度以下に達する場合羽根全体が停止すること
になる。

羽根を折曲状態にするには、枢支点８又は１２
を移動する構成をとるかわりに、支承部材４並び
に５を伸縮可能に構成し各支承部材４並びに５の
長さの変化量を等しくして折曲動中の羽根を円滑
に傾斜させることもできる。

又第５図乃至第８図は本発明の他の実施例を示
しており、本実施例においても垂直に延びる羽根
の各半部を互いに反対方向に回動して水平線に対
しほぼ鋭角になり得るように設けられる。第５図
乃至第８図においては一の羽根および該羽根に連
係する支承部材のみが図示されているが、他方の
羽根についても同様である。また同図において羽
根が回転軸線に対し平行に位置せしめられる場合
の羽根３および該羽根に連係する支承部材の位置
関係を実線で、羽根が折曲状態にある場合の位置
関係を点線で夫々示してある。

第５図を参照するに、羽根３は２支承部材１３
並びにアーム２の一端部に枢支され、羽根３の支
承部材１３の一端部との枢支点は羽根３の中央部
から等距離に位置され、一方羽根３とアーム２と
の枢支点は羽根３の中央部に位置せしめられてい
る。２支承部材１３の各他端部は又アーム２上の
一点に枢支されており、アーム２の一端部を回転
軸線に対し半径方向外向きに移動することにより
羽根を折曲状態にできる。

第５図の構成は第１図より簡潔に構成されてい
るが、第１図と同一角度の折曲状態にするために
はアーム２の一端部を半径方向外向きに大巾に移
動する必要がある。

第６図の構成は第５図の構成と似ているが本構
成の場合羽根を折曲状態にするには２支承部材１
３の枢支点１４をアームの一端部から半径方向内
向きに移動することにより行なうよう構成する点
で異なる。本実施例の場合、上述の実施例に比し
折曲状態にするとき羽根を回転軸線に向つて更に
大巾に変位し、タービンを減速することになる。
枢支点１４を内側へ移動するかわりに支承部材１
３の長さを縮減するように構成してもよい。

更に第７図を参照するに、本実施例では羽根３
がアーム２の延長部１５と支承部材１６とにより
支承され、支承部材１６がアーム２に枢支されて
いる。又延長部１５および支承部材１６は羽根の
中点から等距離の位置に枢支される。従つて延長
部１５との枢支点を中心に羽根３の上半部を回動
することにより羽根の両半部が共に折曲状態にさ
れる。羽根３の回動力はピストンを有する油圧シ
リンダ装置から得られ、この場合当該油圧シリン
ダ装置は延長部１５と羽根３の上部との間に配設
されることが好ましい。

また第７図の実施例の場合、羽根３の２直線状
部は前記２直線状部のなすＶ形の先端部が図示の
如く支柱の回転軸線に向つて内向きに向くよう回
動される。一方羽根３の上半部の回動方向を上述
と逆向きにすれば、Ｖ形の先端部が第２図、第５
図および第６図の場合のように回転軸線に対し半
径方向外向きにされ得る。同様に第２図、第５図
および第６図の実施例において羽根を折曲状態に
する場合、羽根の各半部、即ち直線状部に加える
回動力を逆にすれば第７図のようにＶ形の先端部
を内向きにできることは理解されよう。

更に第８図の実施例においては羽根３の２直線
状部は上述した実施例と異なり連結されておら
ず、自由にかつ独立して移動されうる。羽根３は
その中点から等距離の位置でアーム２の延長部１
７に枢支されている。羽根３の２直線状部を等距
離かつ反対方向に延長部１７との枢支点を中心に
回動することにより、羽根３が傾斜される。羽根
３の直線状部の回動力は延長部１７と羽根３の直
線状部との間に配設したピストンを有する油圧シ
リンダにより与えることが好ましい。また第７図
の実施例と同様、羽根の折曲時における直線状部
の先端は所望に応じて回転軸線に対し半径方向外
向き（第８図に図示）又は内向きに向けることが
できる。

尚、上述の風力タービンのロータ装置の各実施
例においては２羽根が直線状のアーム２の両端部
に付設されるものとして説明したが、本発明はこ
れに限定されることなくタービンの回転軸線に対
し等しい回転角を置いて３以上の羽根を配設する
こともできることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における風力タービンのロータ
装置の一実施例の簡略側面図、第２図は同動作状
態の簡略側面図、第３図および第４図は本発明の
他の実施例の部分拡大側面図、第４ａ図は本発明
の他の実施例の部分拡大側面図、第４ｂ図は同動
作状態の側面図、第５図乃至第８図は各々本発明
の更に他の実施例の説明図である。 １……支柱、２……アーム、３……羽根、４，
５……支承部材、６，７……直線状部、８……枢
支点、９……押棒、１０……突起部、１１……リ
ンク、１２……枢支点、１３……支承部材、１４
……枢支点、１５……延長部、１６……支承部
材、１７……延長部、１８……油圧シリンダ、１
９……リンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支承体と、回転軸線を中心に支承体を介し回
   転可能なロータ部材と、夫々前記回転軸線に対し
   離間された位置において前記ロータ部材に支承さ
   れ、かつ相互に回動可能な２直線状部を有する複
   数の羽根と、前記直線状部を相互に逆方向に回動
   し前記直線状部を回転軸線と平行な位置から前記
   回転軸線に対し垂直な平面において所定の角度を
   なす位置へ移動可能な折曲装置とを備えた風力タ
   ービン。 ２ 羽根の２直線状部が実質的に同一であり、折
   曲装置を介し前記２直線状部が実質的に等距離か
   つ逆方向に回動可能に設けられてなる特許請求の
   範囲第１項記載の風力タービン。 ３ 各羽根の直線状部が第１並びに第２の支承部
   材を介しロータ部材に連結され、前記第１、第２
   の支承部材の外端部は互いに離間されて前記直線
   状部に枢支され、折曲装置により前記第１、第２
   の支承部材の外端部の前記ロータ部材に対する位
   置が変位可能に設けられてなる特許請求の範囲第
   １項又は第２項のいずれか一項記載の風力タービ
   ン。 ４ 支承部材の長さが一定であり、第１の支承部
   材の内端部がロータ部材に枢支され、第２の支承
   部材の内端部が折曲装置を介して前記ロータ部材
   に対し移動可能に設けられてなる特許請求の範囲
   第３項記載の風力タービン。 ５ 各羽根の２直線状部がヒンジを介し連結さ
   れ、第２の支承部材の内端部がロータ部材に枢支
   されかつ折曲装置を介し回転軸線に対し実質的に
   半径方向に移動可能に設けられてなる特許請求の
   範囲第４項記載の風力タービン。 ６ 各羽根の折曲装置は回転軸線に対し全体とし
   て半径方向外向き延伸可能に設けられかつ外端部
   が第２の支承部材の内端部に連係される押し棒
   と、ロータ部材に固定されかつ羽根を折曲状態に
   するとき前記押棒を前記ロータ部材の長手方向に
   移動する駆動装置とを備え、前記第２の支承部材
   の内端部が前記ロータ部材に枢支された支承リン
   クの自由端部に枢支されてなる特許請求の範囲第
   ５項記載の風力タービン。 ７ 各羽根の直線状部に枢支される第１の支承部
   材が前記直線状部と第２の支承部材との枢支部か
   ら離間した位置で前記直線状部に連結されてなる
   特許請求の範囲第５項又は第６項のいずれか一項
   記載の風力タービン。 ８ 各羽根の２直線状部が一の支承部材を介しロ
   ータ部材に連結され、前記支承部材の一端部が前
   記ロータ部材に枢支され、前記各羽根の前記２直
   線状部がヒンジを介し連結され、折曲装置は羽根
   を折曲状態にするとき回転軸線に対し実質的に半
   径方向に前記ヒンジを移動可能に設けられてなる
   特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれか一項
   記載の風力タービン。 ９ 各羽根の直線状部が一の支承部材を介しロー
   タ部材に連結されかつ前記支承部材の一端部が前
   記ロータ部材に枢支され、前記支承部材の他端部
   が前記直線状部に枢支されかつ折曲装置を介し前
   記ロータ部材に対し移動可能に設けられてなる特
   許請求の範囲第１項又は第２項のいずれか一項記
   載の風力タービン。 １０ 各羽根の一方の直線状部がロータ部材に回
   転可能に連係されかつ他の直線状部がヒンジを介
   し連結され、前記他方の直線状部が支承部材を介
   し前記ロータ部材に連結され、前記支承部材の外
   端部が前記直線状部に枢支されかつ折曲装置を介
   し前記ロータ部材に対し移動可能に設けられてな
   る特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれか一
   項記載の風力タービン。 １１ 各羽根の直線状部がロータ部材に枢支さ
   れ、折曲装置が前記直線状部に対し独立して回動
   可能に設けられてなる特許請求の範囲第１項又は
   第２項のいずれか一項記載の風力タービン。 １２ 支承部材、ロータ部材および羽根が対称に
   設けられ、前記各部材の先縁部がタービンの回転
   軸線に向けられてなる特許請求の範囲第３項乃至
   第１１項のいずれか一項記載の風力タービン。