JP2008232108A - Windmill and its control unit - Google Patents
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Abstract
【課題】 アップウインド状態のカットアウト風速以上の風が吹いていても、発電を継続する。
【解決手段】 タワー2に、垂直軸の回りに回転自在にナセル4を支持し、ナセル4に水平軸の回りに回転自在に、ブレード6bを有するロータ6を支持している。ナセル4を垂直軸回りにヨー駆動装置5が駆動し、ブレード6をピッチ駆動装置8が駆動する。ブレード6bの回動範囲が、ブレード6bの表面が、アップウインド状態とダウンウインド状態とで風を受ける範囲に設定され、アップウインド状態及びダウンウインド状態とで発電可能である。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To continue power generation even when a wind is blown above a cut-out wind speed in an upwind state.
SOLUTION: A nacelle 4 is supported on a tower 2 so as to be rotatable around a vertical axis, and a rotor 6 having blades 6b is supported on the nacelle 4 so as to be rotatable around a horizontal axis. A yaw driving device 5 drives the nacelle 4 around the vertical axis, and a pitch driving device 8 drives the blade 6. The rotation range of the blade 6b is set so that the surface of the blade 6b receives wind in the upwind state and the downwind state, and power can be generated in the upwind state and the downwind state.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、風車、例えば発電用の風車に関し、特に強風が吹いたときの対策を施したものに関する。 The present invention relates to a windmill, for example, a windmill for power generation, and particularly relates to a windmill with measures taken when a strong wind blows.
従来、風車において強風への対策を実施したものとしては、例えば特許文献1に開示されているものがある。特許文献1に開示されている技術では、タワーの上部に、タワーの中心軸の回りに回動可能にナセルが配置されている。このナセル内に発電機が設けられている。この発電機にナセルの外部に設けたロータが結合され、ロータにブレードが形成されている。このロータは風上側に位置しており、そのため、この風車はアップウインド型の風車である。風速が、発電を停止させる必要のあるカットアウト風速以上になると、ロータが風下側に位置するダウンウインド位置になるように、ロータ及びナセルをタワーの中心軸の回りに旋回させる。この場合、ロータが風上側に位置していたときと、ブレードの向きが反対となり、ブレードに揚力は発生しない。また、ブレードの回転面に対して斜め方向からの風がロータの主軸を風向きに合わせるので、ブレードに過大な荷重が作用することなく、ブレードの破損を防止することができる。 Conventionally, as a countermeasure against a strong wind in a wind turbine, there is one disclosed in Patent Document 1, for example. In the technique disclosed in Patent Document 1, a nacelle is arranged at the upper part of the tower so as to be rotatable around the central axis of the tower. A generator is provided in the nacelle. A rotor provided outside the nacelle is coupled to this generator, and a blade is formed on the rotor. This rotor is located on the windward side, so this windmill is an upwind type windmill. When the wind speed becomes equal to or higher than the cutout wind speed at which power generation needs to be stopped, the rotor and nacelle are swung around the central axis of the tower so that the rotor is in the downwind position located on the leeward side. In this case, when the rotor is positioned on the windward side, the direction of the blade is opposite and no lift is generated on the blade. Further, since the wind from an oblique direction with respect to the blade rotation surface aligns the main axis of the rotor with the wind direction, the blade can be prevented from being damaged without an excessive load acting on the blade.
特許文献1の技術によれば、カットアウト風速以上の強風が吹いたときに、ブレードが損傷することを防止できる。しかし、ブレードに揚力が発生していないので、発電を行うことができない。 According to the technique of Patent Document 1, it is possible to prevent the blade from being damaged when a strong wind having a cut-out wind speed or more blows. However, no power is generated because no lift is generated in the blade.
本発明は、発電の効率を向上させることができる風車及びその制御部を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the windmill which can improve the efficiency of electric power generation, and its control part.
本発明の一態様の風車は、タワーを有している。このタワーに、例えばタワーの頂部に、このタワーの長さ方向の回り、例えばタワーの長さ方向の中心軸の回りに回転自在にナセルが支持されている。このナセルの内部には、例えば発電機が収容されている。このナセルに、例えばナセルの外部に、タワーの長さ方向にほぼ垂直な方向の回りに回転自在にロータが支持されている。このロータは、例えば前記発電機に結合され、ロータの回転に従って発電機が回転する。このロータに、このロータが回転自在な方向にほぼ垂直な方向の回りに回動可能にブレードが設けられている。ブレードが風を受けることによってロータが回転し、それに伴い発電機が回転する。ナセルを前記タワーの長さ方向の回りにヨー駆動装置が駆動する。ブレードをピッチ駆動装置が駆動する。前記ブレードの回動範囲を、前記ブレードの表面が、ロータ及びブレードが風上側にあるアップウインド状態とロータ及びブレードが風下側にあるダウンウインド状態とで風を受ける範囲に設定してある。これによって、アップウインド状態及びダウンウインド状態とでそれぞれ発電可能である。 The windmill of 1 aspect of this invention has a tower. A nacelle is supported on the tower, for example, at the top of the tower so as to be rotatable around the length of the tower, for example, around a central axis in the length direction of the tower. For example, a generator is accommodated in the nacelle. A rotor is supported on the nacelle, for example, outside the nacelle so as to be rotatable about a direction substantially perpendicular to the length direction of the tower. The rotor is coupled to the generator, for example, and the generator rotates according to the rotation of the rotor. The rotor is provided with a blade so as to be rotatable about a direction substantially perpendicular to a direction in which the rotor is rotatable. When the blade receives wind, the rotor rotates and the generator rotates accordingly. A yaw drive device drives the nacelle around the length of the tower. The pitch drive device drives the blade. The rotation range of the blade is set such that the blade surface receives wind in an upwind state where the rotor and the blade are on the windward side and a downwind state where the rotor and the blade are on the leeward side. As a result, power can be generated in the upwind state and the downwind state.
このように構成すると、ヨー駆動装置によってナセルを駆動することができるので、アップウインド状態からダウンウインド状態にナセルを回動させることができる。更に、ピッチ駆動装置によるブレードの回動範囲がアップウインド状態とダウンウインド状態とで風を受ける範囲に設定されているので、ダウンウインド状態にナセルを回動させた後に、ブレードが風を受けるようにピッチ駆動装置によってブレードを回動させることができる。従って、アップウインド型の風車におけるカットアウト風速以上の風速においても、発電することができ、発電効率を向上させることができる。 If comprised in this way, since a nacelle can be driven with a yaw drive device, a nacelle can be rotated from an upwind state to a downwind state. Furthermore, since the rotation range of the blade by the pitch drive device is set to receive wind in the upwind state and the downwind state, the blade may receive the wind after rotating the nacelle in the downwind state. Further, the blade can be rotated by the pitch driving device. Therefore, it is possible to generate power even at a wind speed higher than the cut-out wind speed in an upwind type windmill, thereby improving the power generation efficiency.
例えば風速計を設け、その風速計が検出した風速の値が、アップウインド状態のカットアウト風速に達したときに、前記アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えることができる。 For example, an anemometer can be provided, and when the value of the wind speed detected by the anemometer reaches the cut-out wind speed in the upwind state, the upwind state can be switched to the downwind state.
例えば、アップウインド状態のカットアウト風速よりも小さい値の切換風速でアップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えるようにすると、頻繁にこの切換風速を越えることがあり、ヨー駆動装置やピッチ駆動装置が頻繁に作動し、これら装置には耐久性の高いものを準備する必要がある。しかし、アップウインド状態のカットアウト風速以上の風速になることは、頻繁には生じないので、アップウインド状態からダウンウインド状態への切換回数は少なく、ヨー駆動装置やピッチ駆動装置の作動回数が少なくなり、これら装置に高い耐久性のものを準備する必要がない。 For example, switching from the upwind state to the downwind state with a switching wind speed smaller than the cutout wind speed in the up window state may frequently exceed this switching wind speed, and the yaw drive device and pitch drive device are frequently used. Therefore, it is necessary to prepare these devices with high durability. However, since it does not frequently occur that the wind speed is higher than the cut-out wind speed in the upwind state, the number of times of switching from the upwind state to the downwind state is small, and the number of operations of the yaw drive device and the pitch drive device is small. Therefore, it is not necessary to prepare these devices with high durability.
或いは、風速計で計測される風速が、アップウインド状態のカットアウト風速付近に達したときに、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えるようにすることもできる。 Alternatively, when the wind speed measured by the anemometer reaches near the cut-out wind speed in the upwind state, the upwind state can be switched to the downwind state.
このように構成すると、風速がアップウインド状態のカットアウト風速よりも前に、ダウンウインド状態に切り換えられるので、ブレードが破損する可能性を低減することができる。 If comprised in this way, since a wind speed will be switched to a downwind state before the cutout wind speed of an upwind state, possibility that a braid | blade will be damaged can be reduced.
或いは、風速計で計測される風速がダウンウインド状態において発電が最適な範囲のとき、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えることもできる。 Alternatively, when the wind speed measured by the anemometer is in the optimal range in the downwind state, the upwind state can be switched to the downwind state.
このように構成すると、ダウンウインド状態において発電が最適な風速に、アップウインド状態において風速がなると、ダウンウインド状態に切り換えられるので、そのときどきの風速に応じて発電効率のよい状態に切り換えられる。 With such a configuration, when the wind speed reaches an optimum wind speed in the downwind state and in the upwind state, the state is switched to the downwind state. Therefore, the state is switched to a state where the power generation efficiency is high according to the wind speed at that time.
或いは、風速計で計測される風速がアップウインド状態において発電が最適な範囲のときに、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えることもできる。 Alternatively, when the wind speed measured by the anemometer is in the optimum range in the upwind state, the downwind state can be switched to the upwind state.
このように構成すると、そのときどきの風速に応じて発電効率のよい状態に切り換えられる。 If comprised in this way, according to the wind speed at that time, it will switch to a state with sufficient electric power generation efficiency.
或いは、風速計で計測される風速が、ダウンウインド状態で発電が最適な範囲より小さくなったときに、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えることもできる。 Alternatively, when the wind speed measured by the anemometer becomes smaller than the optimum range in the downwind state, the downwind state can be switched to the upwind state.
このように構成すると、風速に応じて発電効率のよい状態に切り換えることができる。例えば通常の風が吹いている通常時にダウンウインド状態とし、この通常の風よりも風速が小さい微風状態のとき、アップウインド状態に切り換えるようにすれば、アップウインド状態でカットアウト風速以上になることを低減でき、風車、特にブレードが破損する可能性を低減することができる。 If comprised in this way, it can switch to a state with sufficient electric power generation efficiency according to a wind speed. For example, if the normal wind is blowing down and the wind is down, and the wind speed is lower than the normal wind, switching to the up wind state will cause the wind speed to exceed the cutout wind speed in the up wind state. And the possibility of breakage of the windmill, particularly the blade, can be reduced.
或いは、風速計に代えて、若しくは風速計に加えて、ロータ回転数検出器を設け、このロータ回転数検出器によって計測されたロータ回転数が、過回転または過回転のおそれがあるときに、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えることもできる。 Alternatively, instead of the anemometer or in addition to the anemometer, a rotor rotation speed detector is provided, and when the rotor rotation speed measured by the rotor rotation speed detector is likely to be over-rotation or over-rotation, It is also possible to switch from the up window state to the down window state.
このように構成すると、ロータが過回転または過回転の可能性がある回転をしているときに、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えられるので、ロータの回転数に応じて発電効率のよい状態に切り換えることができる。 With this configuration, when the rotor is rotating at a speed that may cause over-rotation or over-rotation, the up-wind state can be switched to the down-wind state, so that the power generation efficiency is high according to the number of rotations of the rotor. Can be switched to.
或いは、前記ピッチ駆動装置を、ブレードに固定されたブレード用リングギアと、このリングギアに噛み合わされたピニオンと、このピニオンに連結された駆動機構、例えばピニオンに連結された減速機と、この減速機に連結されたモータとから構成することもできる。 Alternatively, the pitch driving device includes a blade ring gear fixed to the blade, a pinion meshed with the ring gear, a drive mechanism coupled to the pinion, for example, a reduction gear coupled to the pinion, and the deceleration It can also consist of a motor connected to the machine.
このように構成すると、簡単な構成で、ブレードを270度以上に回動させることができる。また、アップウインド状態とダウンウインド状態とにおいて、ピニオンのリングギアへの接触位置が異なるので、リングギア及びピニオンの耐久性が向上する。 If comprised in this way, a braid | blade can be rotated to 270 degree | times or more with a simple structure. Further, since the contact position of the pinion with the ring gear is different between the upwind state and the downwind state, the durability of the ring gear and the pinion is improved.
以上のように、本発明によれば、アップウインド型風車のカットアウト風速以上の風速が吹いている状態でも、発電を継続することができ、発電効率を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, power generation can be continued even when a wind speed higher than the cut-out wind speed of the upwind wind turbine is blowing, and power generation efficiency can be improved.
例えば、風車が傾斜地に設置され、吹き下ろしの風のときに、アップウインド状態に切り換わるように構成することができる。 For example, the wind turbine can be configured to be switched to an upwind state when the windmill is installed on an inclined ground and winds down.
このように構成すると、吹き下ろしの風の風向きとブレードの長手方向がより直角に近い角度を形成できるから、発電効率を向上させることができる。 If comprised in this way, since the wind direction and the longitudinal direction of a braid | blade can form the angle nearer to a right angle, power generation efficiency can be improved.
例えば、風車が傾斜地に設置され、吹き上げの風のときに、ダウンウインド状態に切り換わるように構成することをできる。 For example, it can be configured such that the windmill is installed on an inclined ground and switched to a downwind state when the wind is blowing up.
このように構成すると、吹き上げの風の風向きとブレードの長手方向がより直角に近い角度を形成できるから、発電効率を向上させることができる。 If comprised in this way, since the wind direction of the blowing wind and the longitudinal direction of a braid | blade can form the angle nearer to a right angle, power generation efficiency can be improved.
本発明の風車の制御部は、ロータ回転検出器または風速計の出力が入力され、このロータ回転検出器または風速計の出力に基づいて、ピッチ駆動装置およびヨー駆動装置に、アップウインド状態からダウンウインド状態、もしくは、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えるための信号を送出する。 The wind turbine control unit of the present invention receives the output of the rotor rotation detector or anemometer, and then, based on the output of the rotor rotation detector or anemometer, the pitch drive device and the yaw drive device are brought down from the upwind state. A signal for switching from the window state or the down window state to the up window state is transmitted.
このように構成すると、ロータ回転検出器または風速計に基づいて、風車をダウンウインド状態またはアップウインド状態のいずれかの最適な状態にできるから、発電効率を向上させることができる。 If comprised in this way, based on a rotor rotation detector or an anemometer, since a windmill can be made into the optimal state of either a downwind state or an upwind state, power generation efficiency can be improved.
本発明の1実施形態の風力発電用の風車は、水平軸風車で、図1(a)乃至(c)に示すように、タワー2の上端部に、ナセル4を有している。ナセル4は、ほぼ水平に配置されている。このナセル4は、タワー2の長さ方向の軸回りに回転自在に設けられ、ナセル4内に設けられたヨー駆動装置5によって、タワー2の長さ方向の軸の回りに駆動される。ヨー駆動装置では、図示していないが、ナセル4の下部の内周面にリングギアが設けられている。このリングギアに、タワー2内に固定されたピニオンが噛み合っている。このピニオンを、ヨーモータ及び減速機からなる駆動機構が回転させることによって、ナセル4がタワー2の長さ方向の軸回りに駆動される。なお、駆動機構内には、ナセル4を係止するブレーキ機構も含まれている。
A wind turbine for wind power generation according to an embodiment of the present invention is a horizontal axis wind turbine, and has a nacelle 4 at an upper end portion of a
ナセル4の一端部に風車のロータ6が設けられている。ロータ6は、ハブ6aと、このハブ6aから放射状に伸びた複数、例えば3枚のブレード6bを有している。このハブ6aは、タワー2の長さ方向に垂直な方向、例えば水平に配置された回転軸(図示せず)を有し、これは、ナセル4内において、例えば増速機(図示せず)と発電機(図示せず)とを含む駆動機構に接続されている。従って、ロータ6は、この回転軸の回りに回転可能である。
A
各ブレード6bは、ロータ6の回転軸に垂直な軸の回りに回転自在に設けられ、この軸の回りに回転自在に構成され、ハブ6a内に設けられているピッチ駆動装置8によって駆動される。ピッチ駆動装置8は、ブレード6bごとに設けられている。ピッチ駆動装置8では、図2に示すようにブレード6bのハブ6aとの接合部の周面に、リングギア10が設けられている。リングギア10と噛み合うように、ピニオン12が、例えばバブ6a内に設けられている。ピニオン12は、ハブ6a内の減速機14に結合され、この減速機14がハブ6a内のモータ16によって駆動される。減速機14及びモータ16が、駆動機構を構成している。各ピニオン12を各駆動機構によって正転または逆転させることによって各ブレード6bが上述したロータ6の回転軸に垂直な軸の回りに360度回転する。
Each
図3に示すように、ヨー駆動装置5及びピッチ駆動装置8は、例えばナセル4内に設けられた制御部18によって制御される。この制御に用いるために、ロータ6の回転数を検出するロータ回転検出器20、風車に対する風向を検出する風向計22、風車に対する風速を検出する風速計24が設けられ、更に、作業員が制御部18に指示を与えるための指令器26も設けられている。これらロータ回転検出器20、風向計22、風速計24及び指令器26の出力は、制御部18に供給されている。
As shown in FIG. 3, the
この風車は、図1(a)に示すように、通常にはロータ6が風上側に位置するアップウインド状態で使用される。このアップウインド状態では、各ブレード6bは、風上からの風をブレード6bの表面が受けて、その結果ロータ6が回転するように、ピッチ駆動装置8によって各ブレード6bのピッチが調整されている。
As shown in FIG. 1A, this windmill is normally used in an upwind state in which the
このアップウインド状態は比較的風速が低いときに発電効率が高いが、強風のためにロータ6が過回転するので発電を中止するアップウインドカットアウト風速は、比較的に低く、例えば20m/秒に設定されている。アップウインド状態で発電を行っているときに、風速計24によって測定された風速が、アップウインドカットアウト速度以上となると、制御部18は、ヨー駆動装置5によって図1(b)に示すようにナセル4をタワー2の長さ方向の軸回りに180度回転させて、ロータ4が風下側に位置するダウンウインド状態とする。
In this upwind state, the power generation efficiency is high when the wind speed is relatively low. However, since the
ダウンウインド状態では、風速が比較的に高いときに発電効率が高く、カットアウト風速は、比較的に高く、例えば30m/秒に設定されている。但し、ナセル4をアップウインド状態から180度回転させた状態のままでは、各ブレード6bは、アップウインド状態のときと反対を向いているので、各ブレード6bの表面は風を受けても揚力を発生せず、発電が行えない。そこで、制御部18は、ピッチ駆動装置8によって、図1(c)に示すように各ブレード6bのピッチを調整して、各ブレード6bの表面が風を受けて、揚力を発生するようにする。これによって、ダウンウインド状態で発電を行うことができる。
In the downwind state, the power generation efficiency is high when the wind speed is relatively high, and the cutout wind speed is relatively high, for example, 30 m / sec. However, if the nacelle 4 is rotated 180 degrees from the upwind state, each
即ち、図4(a)に示すアップウインド状態では、風上側にハブ6aが位置しており、ブレード6bの風を受ける表面は、風上に面している。そして、同図(b)に示すダウンウインド状態に変更するときには、ヨー駆動装置5によってナセル4を回転させ、ハブ6aを風下側に位置させる。更に、ピッチ駆動装置8によってブレード6bの風を受ける表面を風上側に向ける。
That is, in the upwind state shown in FIG. 4A, the
このダウンウインド状態におけるカットアウト風速(これは、上述したようにアップウインド状態におけるカットアウト風速よりも大きい値である)以上の風速が風速計22において計測されると、各ピッチ駆動装置8によって各ブレード6bの風を受ける表面が風向と平行になるように各ブレード6bを回転させる。即ちフェザーリング状態とする。この状態では発電は行われない。
When the wind speed above the cut-out wind speed in the downwind state (this is a value larger than the cutout wind speed in the upwind state as described above) is measured by the
このように構成することによって、アップウインドカットアウト風速よりも大きい風速のときでも、風車の破損を防止しつつ、発電を継続することができ、発電効率を上げることができる。また、アップウインド状態からダウンウインド状態へ、或いはその逆に切り換えられることによって、ピッチ駆動装置8のピニオン12がリングギア10と噛み合う位置が変化するので、ピニオン12やリングギア10の耐久性が向上する。
With this configuration, even when the wind speed is higher than the upwind cutout wind speed, power generation can be continued while preventing damage to the windmill, and power generation efficiency can be increased. Moreover, since the position where the
ダウンウインド状態において、風速がアップウインド状態におけるカットアウト風速よりも小さくなったと風速計24の出力に基づいて制御部18が判断したとき、制御部18は、ヨー駆動装置5によってナセル4を回転させて、アップウインド状態とし、かつブレード6bのピッチをピッチ駆動装置5によって調整させて、ブレード6bの風を受ける表面が風向と所定の角度をなすようにする。これによって、再びアップウインド状態で発電することができる。
When the
或いは、アップウインド状態におけるカットアウト風速付近でも、ダウンウインド状態では発電を効率的に継続することができるので、アップウインド状態におけるカットアウト風速よりもかなり低い風速であって、ダウンウインド状態では効率的に発電を行えない風速、例えば10m/秒以下の風速のときに、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えて、発電効率を高めるようにしてもよい。 Or, even near the cut-out wind speed in the up-wind state, power generation can be continued efficiently in the down-wind state, so the wind speed is much lower than the cut-out wind speed in the up-wind state and is efficient in the down-wind state. When the wind speed at which power generation is not possible, for example, 10 m / sec or less, the power generation efficiency may be improved by switching from the downwind state to the upwind state.
なお、指令器26を設けてあるので、手動または遠隔操作によって指令器26を操作して、アップウインド状態からダウンウインド状態に、或いはその逆にダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換え、更に各ブレードのピッチを調整することもできる。この指令器26による調整は、例えば風速計24に故障が生じた場合に行われる。
Since the
また、ロータ回転数検出器20によって検出されたロータ回転数が、例えばアップウインド状態におけるロータの過回転または過回転のおそれのある回転数になったときに、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えるようにすることもできる。通常、過回転が生じた場合には、ロータ6の駆動機構中にブレーキを設けて、このブレーキによってロータ6の回転数を減少させているが、ダウンウインド状態に切り換えることによってブレーキを作動させる必要が無くなる。
Further, when the rotor rotational speed detected by the rotor
なお、ダウンウインド状態において、ロータ回転数検出器20によって検出されたロータ回転数が、アップウインド状態におけるロータの過回転または過回転のおそれのある回転数よりも小さくなったときに、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えることができる。無論、アップウインド状態からダウンウインド状態に或いはその逆に切り換えた後、各ブレード6bのピッチ調整が上述したように行われる。
In the down window state, when the rotor rotational speed detected by the rotor
このように構成すると、通常には風速が弱く、時に風速が高くなる地域、例えばアジア地域(この地域では普段は低風であるが、台風の時に風速が高くなる)において、発電効率を上げることができる。 This configuration increases power generation efficiency in areas where wind speeds are usually low and wind speeds are high, for example, in the Asian region (normally low winds in this area, but wind speeds increase during typhoons). Can do.
なお、アップウインド状態では、風向計22の出力に応じて、各ブレード6bの風を受ける面が風向と所定の角度をなすように、ヨー駆動装置5によってナセル4が回転させられている。また、ダウンウインド状態では、ヨー駆動装置5の駆動機構に含まれるブレーキを解除して、風向きに応じてナセル4及びロータがタワー2の長さ方向の軸の回りに回転する。このとき、ブレード6bの風を受ける面と風向とが直交するので、発電効率が向上する。
In the upwind state, the nacelle 4 is rotated by the
上記の実施形態では、アップウインド状態において、アップウインドカットアウト風速以上の風速になったときに、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えて、ブレード6bのピッチを調整したが、アップウインドカットアウト風速付近、例えばアップウインドカットアウト風速よりも幾分低い風速になったときに、アップウインド状態からダウンウインド状態に制御部18がヨー駆動装置5を制御して切り換えることもできる。無論、ピッチ駆動装置5を制御部18が制御して、各ブレード6bの風を受ける表面が風を受けるように各ブレード6bのピッチを調整する。
In the above embodiment, when the wind speed is higher than the upwind cutout wind speed in the upwind condition, the pitch of the
このように構成すると、アップウインド状態においてアップウインドカットアウト風速よりも風速が小さい状態で、ダウンウインド状態に切り換えられるので、各ブレード6bの破損の怖れを低減できるし、発電効率も向上する。
With this configuration, since the wind speed is lower than the upwind cutout wind speed in the upwind state and the downwind state is switched, the fear of breakage of each
上記の実施の形態では、アップウインド状態からダウンウインド状態に、或いはその逆のダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えるときの風速をカットアウト風速としたが、これに限ったものではない。例えばアップウインド状態において、風速がダウンウインド状態における発電が最適な範囲、例えばダウンウインド状態の定格風速になったとき、アップウインド状態からダウンウインド状態に切り換えることもできるし、逆にダウンウインド状態において、アップウインド状態における発電が最適な範囲、例えばアップウインド状態の定格風速になったとき、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えることもできる。定格風速は、風車によって駆動される発電機が定格出力に達する風速であり、発電効率は、定格風速付近が最も高いので、上述したようなアップウインド状態からダウンウインド状態への切換またはダウンウインド状態からアップウインド状態への切換を行う。例えばアップウインド状態における定格風速は、12m/秒であり、ダウンウインド状態における定格風速は18m/秒である。 In the above embodiment, the wind speed at the time of switching from the up window state to the down window state or vice versa is set to the cut-out wind speed, but it is not limited to this. For example, in the upwind state, when the wind speed reaches the optimal range of power generation in the downwind state, for example, when the rated wind speed is in the downwind state, the upwind state can be switched to the downwind state, and conversely in the downwind state When the power generation in the upwind state reaches an optimum range, for example, the rated wind speed in the upwind state, the downwind state can be switched to the upwind state. The rated wind speed is the wind speed at which the generator driven by the wind turbine reaches the rated output, and the power generation efficiency is highest near the rated wind speed, so switching from the above-described upwind state to the downwind state or downwind state as described above Switch from to up window state. For example, the rated wind speed in the upwind state is 12 m / second, and the rated wind speed in the downwind state is 18 m / second.
なお、必ずしも、アップウインド状態における定格風速のとき、またはダウンウインド状態における定格風速のときに切り換える必要はなく、定格風速の前後の或る程度の範囲内の風速となったときに切り換えることもできる。無論、アップウインド状態からダウンウインド状態に或いはその逆に切り換えた後、各ブレード6bのピッチ調整が上述したように行われる。
It is not always necessary to switch at the rated wind speed in the upwind state or at the rated wind speed in the downwind state, and can be switched when the wind speed is within a certain range before and after the rated wind speed. . Of course, after switching from the upwind state to the downwind state or vice versa, the pitch of each
或いは、通常状態をダウンウインド状態とし、風速がダウンウインド状態における定格風速よりも小さな風速になったときに、アップウインド状態に切り換えるようにすることもできる。無論、アップウインド状態からダウンウインド状態に或いはその逆に切り換えた後、各ブレード6bのピッチ調整が上述したように行われる。
Alternatively, the normal state can be changed to the downwind state, and when the wind speed becomes lower than the rated wind speed in the downwind state, the state can be switched to the upwind state. Of course, after switching from the upwind state to the downwind state or vice versa, the pitch of each
このように構成すると、風が弱い微風状態のときにアップウインド状態に切り換えられるので、アップウインド状態において、風速がアップウインド状態におけるカットアウト風速以上になる機会が非常に少なくなり、風車の破損が生じる怖れがほとんど無い。 With this configuration, since the wind can be switched to the upwind state when the wind is weak, the chance of the wind speed exceeding the cutout wind speed in the upwind state is extremely reduced in the upwind state, and the windmill is damaged. There is almost no fear that arises.
なお、各実施形態において、タワー2の風下側に乱流が発生しており、ダウンウインド状態では、ブレード6bが乱流の発生している場所を通過する際に騒音が発生する。このため、ブレード6bがタワー2から所定間隔以上離して配置することが望ましい。
In each embodiment, turbulent flow is generated on the leeward side of the
図5(a)、(b)は、山岳地帯などの傾斜地に風車を設置した場合を示す図である。タワー2は略鉛直方向に配置されている。ブレード6bの先端がタワー2から離れるように、ブレード6bの長手方向が鉛直方向から若干傾けて取り付けられている。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a case where a windmill is installed on an inclined land such as a mountainous area. The
山岳地帯では、吹き下ろしの風または吹き下げの風が発生する。図5(a)のように吹き下ろしの風のときには、風車をアップウインド状態とする。これにより、ブレードの長手方向と風向がより直角に近くなるから、発電効率を向上できる。また、同図(b)に示すように吹き上げの風のときには、風車をダウンウインド状態とする。これにより、ブレードの長手方向と風向がより直角に近くなるから、発電効率を向上できる。 In mountainous areas, downwind or downwind is generated. When the wind is blowing down as shown in FIG. 5 (a), the windmill is brought into an upwind state. Thereby, since the longitudinal direction of the blade and the wind direction are closer to a right angle, the power generation efficiency can be improved. Further, as shown in FIG. 5B, when the wind is blowing up, the windmill is brought into a downwind state. Thereby, since the longitudinal direction of the blade and the wind direction are closer to a right angle, the power generation efficiency can be improved.
2 タワー
4 ナセル
5 ヨー駆動装置
6 ロータ
6b ブレード
8 ピッチ駆動装置
2 tower 4
Claims (11)
このタワーに、このタワーの長さ方向の回りに回転自在に支持されたナセルと、
このナセルに、前記タワーの長さ方向にほぼ垂直な方向の回りに回転自在に支持されたロータと、
このロータに、このロータが回転自在な方向にほぼ垂直な方向の回りに回動可能に設けられたブレードと、
前記ナセルを前記タワーの長さ方向の回りに駆動するヨー駆動装置と、
前記ブレードを駆動するピッチ駆動装置とを、
備えた風車において、
前記ブレードの回動範囲を、前記ブレードの表面が、アップウインド状態とダウンウインド状態とで風を受ける範囲に設定し、
前記アップウインド状態及び前記ダウンウインド状態とで発電可能としたことを特徴とする風車。 Tower and
On this tower, a nacelle supported rotatably around the length of the tower,
On this nacelle, a rotor supported rotatably around a direction substantially perpendicular to the length direction of the tower,
A blade provided on the rotor so as to be rotatable about a direction substantially perpendicular to a direction in which the rotor is rotatable;
A yaw drive for driving the nacelle around the length of the tower;
A pitch driving device for driving the blade;
In the provided windmill,
The rotation range of the blade is set to a range where the surface of the blade receives wind in the upwind state and the downwind state,
A windmill characterized in that power generation is possible in the upwind state and the downwind state.
前記ブレードに固定されたブレード用リングギアと、このリングギアに噛み合わされたピニオンと、このピニオンに連結された駆動機構とから
構成されていることを特徴とする風車。 The windmill according to claim 1, wherein the pitch driving device is
A windmill comprising: a blade ring gear fixed to the blade; a pinion meshed with the ring gear; and a drive mechanism connected to the pinion.
吹き下ろしの風のときに、アップウインド状態に切り換わることを特徴とする風車。 The windmill according to claim 1, wherein the windmill is installed on a sloping ground,
A windmill characterized by switching to an upwind state when the wind is blowing down.
吹き上げの風のときに、ダウンウインド状態に切り換わることを特徴とする風車。 The windmill according to claim 1, wherein the windmill is installed on a sloping ground,
A windmill that switches to a downwind state when the wind is blowing up.
ロータ回転検出器または風速計の出力が入力され、このロータ回転検出器または風速計の出力に基づいて、前記ピッチ駆動装置および前記ヨー駆動装置に、アップウインド状態からダウンウインド状態、もしくは、ダウンウインド状態からアップウインド状態に切り換えるための信号を送出することを特徴とする制御部。
It is a control part used for the windmill of Claim 1,
The output of the rotor rotation detector or anemometer is input. Based on the output of the rotor rotation detector or anemometer, the pitch driving device and the yaw driving device are changed from an up window state to a down window state or a down window state. A control unit for transmitting a signal for switching from a state to an up window state.
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