JPS5920871B2 - 風車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は風車に関するものである。

自然風から風力エネルギーを取り出すための風車は、石
油代替エネルギー開発の要請から、その実用化が推進さ
れている。

風車の実用化を図る上での問題点の一つは、定格出力運
転の範囲を太き（すること、及び突風時の風車の破損を
回避することである。

風車のパワーＰは、ρ：空気の密度、Ｕ、ｘ、：風速、
η：効率、Ａ：受風面積、とすると、 で与えられる。

風車を使用した発電装置によって発電し、その電力を系
統電力網に給電する場合には、系統電力の品質を保つた
めに風車の定格出力運転を要求されることが多い。

このような運転モードの一例は第１図に示すように、風
速Ｕ１以上で起動回転するが、定格出力ｐＲを得る定格
風速ＵＲに達するまでは出力を系統電力網に接続せず、
風速ＵＲ−Ｕ２の間でのみ一定出力を給電する。

しかるに、我国では比較的に平均風速が低く、定格出力
運転に必要な風速の範囲が狭くなっているが、（１）式
から明らかな通り、風車の受風面積を大きくすれば、定
格出力を得るために必要な風速は小さくてもよいことに
なり、密度の低い風力も有効に活用することができるこ
ととなり、このことは平均風速が低い気候を持つ地域に
おける風力エネルギの利用上きわめて有利である。

このようなことから、風車の受風面積を増加させ得る風
車が望まれる。

一方、台風時の如く突風が吹く場合には、その突風が風
車に当って風車を破損させる事故が生ずることがあり、
その対策が必要である。

その対策の一つとしては、台風時にのみ風車の受風面積
を縮少することが有効である。

このように、受風面積の大小を必要に応じて調整し得る
風車が望まれるのであるが、現在まで、この要求を容易
かつ確実に満たすものを得るに至っていない。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、受風面積を必要に応じて容易かつ確実に調整するこ
とができる風車を提供することを目的とするものである
。

この目的に対応して、この発明の風車は、一枚若しくは
複数枚のブレードを備えた風車であって、ブレードの受
風面積を可変にすることによって風車全体の受風面積を
可変にしたことを特徴としている。

以下この発明の詳細を一実施例を示す図面たついて説明
する。

第２図、第３図及び第４図において、１は風車装置であ
り、風車装置１はタワー２の頂上に水平回転軸を持つ風
車３を備えている。

風車３は２枚のブレード４ａ、４ｂを有している。

ブレード４ａ、４ｂはそれぞれ動径Ｒの方向に位置する
第１のブレード部材５及び第２のブレード部材６とを備
えていて、第２のプレート部材６は第１のブレード部材
５に対して動径方向に相対変位可能である。

第１のブレード部材５ＦＬ鞘状の中空体で、基端部７は
閉じており、先端部８が開口している。

第１のブレード部材５の横断面の外周形状は通常のブレ
ードと同様である。

第１のブレード部材５の基端部１は取付棒９を介して回
転軸に固定されている。

第２のブレード部材６の横断面の外周形状は通常のブレ
ードと同じであって、第１のブレード部材５内に収納さ
れており、動径方向に第１のブレード部材材５から進退
可能である。

第１のブレード部材５と第２のブレード部材６との間に
は複数のコロ１０が配設されて、両者の相対変位を円滑
にしている。

第１のブレード部材５と第２のブレード部材６とを相対
変位させるためには両者の間に駆動装置１１が設げられ
る。

すなわち、駆動装置１１はモータ１２、スクリューシャ
フト１３及びナツト１４からなっている。

モータ１２は第１のブレード部材５の基端部７近傍の内
側に固定されており、このスクリューシャフト１３はモ
ータ１２の出力軸に連結し、かつ第１のブレード部材５
及び第２のブレード部材６の内側に位置する。

第２のブレード部材６の内側にはナツト１４が取付けら
れており、スクリューシャフト１３はこのナツト１４に
嵌合する。

したがって、モータ１２を正転若しくは逆転させること
によって、ナツト１４と嵌合するスクリューシャフト１
３が正転若しくは逆転し、第１のブレード部材５に対し
て第２のブレード部材が出入し、結局ブレード４ ａ
、４ ｂの受風面積が変化する。

このように構成された風車において＆ζ可変長さのブレ
ード４ａ、４ｂを持つこととなり、第２のブレード部材
６を第１のブレード部材５に対して進退させることによ
り、風車の直径、したがって受風面積を調節し、風車出
力を所要に制御することができ、例えば、台風時及び強
風時には風車の直径を最短とすることによって、ブレー
ドに加わる風圧を低減し、風車の損傷を回避する安全対
策とすることができる。

また、低風速時には、風車の直径を最長となし、風力エ
ネルギーを有効に取り出すことができる。

さらに、負荷系の状態に応じて、ブレードの長さを調整
し、必要に応じた電力を送ることができ、制御の自由度
を増すことができる。

ところで、ψニブレード取付角、αニブレードの周速、
ｒニブレードの動径、ωニブレードの角速度とすると、 で表わされ、このうち異型が決まればαはほぼ一定であ
るが、プロペラ型風車の場合ψは動径ｒによって変化す
るので、第２のブレード部材６を進退させるについて、
単に動径方向に直線変位させるだけでなく、動径のまわ
りに回転変位（ねじり）を与えることが望ましい。

この場合には第１のブレード部材５及び第２のブレード
部材６の形成を次のようにする。

第５図に示す如く、Ｒ１：第１のブレード部材５の外径
、Ｘ：第２のブレード部材の突出量、ｒ−Ｒ１＋ｘ、と
すると、 ｒ＞Ｒ１の範囲では、Ｖ＞Ｕであるから、ｊａｎ （ψ
＋α）二ψ＋α としてよいので ｒ＝Ｒ１でψ＝９１とすれば、 ｒ＝Ｒ１＋ｘとすれば、 Ｘ ＜ Ｒｔの範囲では で近似できる。

これより、ｒ〉Ｒ１では、ブレードの取り付は角の変化
率は動径方向に一定であるとしてよい。

したがって、次の変形が成り立つ。

つまり、ｒ〉Ｒ１の範囲で、第１のプレート着３材５の
案内面の溝の捩り及び第２のブレード部材６の外形にお
ける捩りを（２′）式を満すように与えれば、ブレード
長さ方向（動径方向）のブレード取り付は角Ｑ変化も考
慮した精密な動径及び受風面積の制御が可能となる。

以上の説明は、この発明をプロペラ型風車に適用した実
施例についてなされたが、この発明はそのまま、他の形
式の風車にも適用することができる。

第６図はこの発明をジャイロミル型風車装置に適用した
実施例である。

ジャイロミル型風車装置２１は垂直に位置する風車回転
軸２２の周囲にステム２７を介してブレード２４ａ、２
４ｂが取りつげられている。

この場合のブレード２４ａ。２４ｂも前述の実施の場合
と同様に、中空の第１のブレード部材２５と、その内に
相対変位可能に位置する第２のブレード部材２６を備え
ている。

第２のブレード部材２６を駆動する駆動装置としては前
述した駆動装置１１と同様のものを使用し得る。

以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、受風
面積を必要に応じて容易かつ確実に調整することができ
、したがって、風速が低い場合の風力エネルギーを有効
に利用することが可能で、また、台風時や強風時の安全
対策を施した風車を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発電用風車の運転モードを示す線図、第２図は
風車装置の正面図、第３図はブレードの斜視図、第４図
は第３図におけるＩＶ −ＩＶ部部面面図第５図はブレ
ードの正面説明図及び第６図は他の風車装置の斜視図で
ある。 １・・・・・・プロペラ型風車装置、３・・・・・・風
車、４ａ。 ４ｂ・・・・・・ブレード、５・・・・・・第１のブレ
ード部材、６・・・・・・第２のブレード部材材、１１
・・・・・・駆動装置、１３・・・・・・スクリューシ
ャフト、２１・・・・・・ジャイロミル型風車装置、２
４ ａ 、２４ ｂ・・・・・・ブレード、２５・・・
・・・第１のブレード部材材、２６・・・・・・第２の
ブレード部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 〒枚若しくは複数枚のブレードを備えた風車であつ
   ＼前記ブレードの受風面積を可変にすることによって風
   車全体の受風面積を可変にしたことを特徴とする風車。 ２ 前記プレート１ま少なくとも、第１のブレード部材
   と、前記第１のブレード部材内に収納可能でかつ前記第
   １のブレード部材の内外に進退可能な第２のブレード部
   材とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の風車。 ３ 前記風車はプロペラ型風車であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の風車。 ４ 前記第２のブレード部材の前記進退が前記ブレード
   のねじり角に沿って行なわれるように構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記
   載の風車。 ５ 前記風車はジャイロミル型風車であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の風車。