JP2006152864A

JP2006152864A - 風力発電機用ブレード及びそれを備えた風力発電装置

Info

Publication number: JP2006152864A
Application number: JP2004342348A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Tobinaga; 育男飛永
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】メンテナンス性に優れ、しかも低コストにて良好な出力制御性能を得る。
【解決手段】発電機のメインシャフトのハブ１６に複数のブレード１５を固定する。ブレード１５を、空力中心Ｘａが回転径方向へ直線状に延在する翼本体１５ａと、翼本体１５ａの先端部から空力中心Ｘｂが回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部１５ｂとから構成する。風により後退翼部１５ｂに回転軸方向へ生じる押圧力Ｆｏによって翼本体１５ａにねじり力を生じさせることにより、ピッチ角αを調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、風力によって発電機を回転させて発電する風力発電装置に用いられる風力発電機用ブレード及びそれを備えた風力発電装置に関する。

近年、増速機を介して発電機が接続されたメインシャフトの端部のハブにブレードを設け、当該ブレードに風力を受けることにより、メインシャフトを回転させて、発電機にて発電させる風力発電装置が開発されている。
この種の風力発電装置では、その出力の制御方法として、ブレードのピッチ角を固定とし、一定以上の風速にて空気特性により失速現象を生じさせて出力制御を行うストール型、ブレードのピッチ角を変化させることにより出力制御を行う可変ピッチ型（例えば、特許文献１参照）が知られている。
特開２００２−２４２８１６号公報

ところで、可変ピッチ型の制御方法は、風速に合わせて最適なピッチ角にすることができるので性能は良いが、可動部分を備えるため、メンテナンス性が悪く、またコスト高などのデメリットがあった。
これに対して、ストール型の制御方法は、可動部分がないため、メンテナンス性が良く、しかも低コストであるが、性能面に劣るという問題があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、メンテナンス性に優れ、しかも、低コストにて良好な出力制御性能を得ることが可能な風力発電機用ブレード及びそれを備えた風力発電装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の風力発電機用ブレードは、風を受けて発電機の回転軸を回転させる風力発電機用ブレードであって、空力中心が回転径方向へ直線状に延在する翼本体と、該翼本体の先端部から空力中心が回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部とを備えたことを特徴とする。
なお、このような風力発電機用ブレードを繊維強化プラスチックから形成しても良い。

このように、翼本体の先端部から空力中心が回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部を設けたので、風により後退翼部に回転軸方向へ生じる押圧力によって翼本体にねじり力が生じることになり、よって可動部を設けることなく上記押圧力によってピッチ角を容易に調整することができる。これにより、メンテナンス性に優れ、しかも低コストにて、良好な出力制御性能を得ることができる。
このような風力発電機用ブレードを繊維強化プラスチックから形成した場合、強度とねじれのための弾性とが両立される。

また、本発明の風力発電装置は、発電機の回転軸の一端側に設けられた複数のブレードを備えた風力発電装置であって、上記ブレードを備えたことを特徴とする。

このように、翼本体の先端部から空力中心が回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部を設けたブレードを備えたので、風により後退翼部に回転軸方向へ生じる押圧力によって翼本体にねじり力が生じることになり、よって押圧力に応じてピッチ角を容易に調整することができる。これにより、メンテナンス性に優れ、しかも低コストにて良好な出力制御性能を得ることができる。

本発明の風力発電機用ブレード及びこれを備えた風力発電装置によれば、翼本体の先端部から空力中心が回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部を設けたので、風により後退翼部に回転軸方向へ生じる押圧力によって翼本体にねじり力を生じさせることにより、可動部を設けることなくピッチ角を容易に調整することができる。
これにより、メンテナンス性に優れ、しかも低コストにて、風力発電装置の良好な出力制御性能を得ることができる。

以下、本発明の実施形態に係る風力発電機用ブレード及びそれを備えた風力発電装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係わる風力発電装置の全体構造を示す正面図、図２は風力発電装置における発電機本体の構造を示す概略断面図、図３は本実施形態に係わる風力発電機用ブレードの形状を示す正面図である。

図１及び図２に示すように、風力発電装置１１は、地上に立設されたタワー１２の上端部に設けられた発電機本体１３を有しており、この発電機本体１３が、タワー１２に対して水平面内にて回動可能に支持されている。また、発電機本体１３は、ナセル１４の先端部に、複数のブレード１５を有するハブ１６を有している。

複数のブレード１５を有するハブ１６は、ナセル１４に回転可能に支持されたメインシャフト（回転軸）１８の先端部に固定されている。メインシャフト１８は、増速機１９を介して発電機２０と連結されており、メインシャフト１８が回転されることにより、その回転が増速機１９によって増速されて発電機２０に伝達され、この発電機２０にて発電される。

ブレード１５は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成された弾性を有するもので、図３にも示すように、先端部近傍にて回転方向後方へ屈曲されている。つまり、このブレード１５は、ハブ１６に固定された基端部側から先端部側へ向かって略直線状に延在する翼本体１５ａと、この翼本体１５ａの先端部分から回転方向後方側へ延在する後退翼部１５ｂとを有している。これにより、このブレード１５は、翼本体１５ａが略直線状の空力中心Ｘａを有するのに対して、後退翼部１５ｂが回転方向後方へ傾けられた空力中心Ｘｂを有している。

ここで、図４に示すように、回転するブレード１５は、回転方向に対してピッチ角αを付けた状態に設置することにより、回転時における風の流入角βを、例えば１０°〜１４°程度の所定の角度として効率良く揚力Ｆｙを得ることができる。これにより、ブレード１５には、この揚力Ｆｙと抗力Ｆｔとを合成した流体力Ｆｒが生じることとなる。この流体力Ｆｒは、ブレード１５を回転させる回転力Ｆｋと風の下流側へブレード１５を押圧する押圧力Ｆｏとに分解され、各ブレード１５にて生じる回転力Ｆｋによってメインシャフト１８が回転される。

ところで、風が強くなると、図５に示すように、回転するブレード１５に対する流入角βが大きくなり所定の角度から外れてしまい、適切に揚力Ｆｙが得られなくなる。この場合、ブレード１５のピッチ角αを大きくすれば、流入角βが小さくなり、この流入角βが所定の角度となり、適切に揚力Ｆｙを生じさせることが可能である。

ここで、本実施形態に係るブレード１５では、以下のようにしてピッチ角αが調整される。すなわち、風が強くなりブレード１５に生じる流体力Ｆｒが増加すると押圧力Ｆｏも大きくなる。そして、この押圧力Ｆｏは、後退翼部１５ｂにおいても大きくなる。

ここで、後退翼部１５ｂは、翼本体１５ａに対して回転方向後方側へ傾けられていることより、図６に示すように、後退翼部１５ｂに生じた押圧力Ｆｏは、翼本体１５ａの空力中心Ｘａに対して回転方向後方へ傾いた空力中心Ｘｂに沿って生じる。したがって、ブレード１５の空力中心Ｘａを有する翼本体１５ａには、空力中心Ｘｂに沿って生じる後退翼部１５ｂの押圧力Ｆｏによってねじり力が生じる。

この結果、図７に示すように、翼本体１５ａは、このねじり力により弾性変形し、図８に示すように、全体的にピッチ角αが大きくなる方向にねじられ、流入角βが小さくなり、所定の角度とされる。よって、ブレード１５には、適切な揚力Ｆｙが得られ、効率的な発電が維持される。

このように、上記実施形態に係る風力発電機用ブレード及びそれを備えた風力発電装置によれば、翼本体１５ａの先端部から空力中心Ｘｂが回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部１５ｂを設けたので、風により後退翼部１５ｂに回転軸方向へ生じる押圧力Ｆｏによって翼本体１５ａにねじり力を生じさせることにより、可動部を設けることなくピッチ角αを容易に調整することができる。これにより、メンテナンス性に優れ、しかも低コストにて、風力発電装置１１の良好な出力制御性能を得ることができる。
また、風力発電機用ブレードは、強度と弾性とを有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成されているので、適度の強度と適度の弾性とを両立させることができる。

本発明の一実施形態に係わる風力発電装置の全体構造を示す風力発電装置の正面図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電装置において発電機本体の構造を示す断面図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電機用ブレードの形状を示す正面図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電機用ブレードに生じる力を説明するためのブレードの断面図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電機用ブレードにおける風の流入角及びピッチ角を説明するためのブレードの断面図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電機用ブレードに生じる力を説明する図３のＡ−Ａ矢視図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電機用ブレードのねじれを説明するブレードの断面図である。本発明の一実施形態に係わる風力発電機用ブレードにおける風の流入角及びピッチ角を説明するブレードの断面図である。

符号の説明

１１風力発電装置
１５ブレード
１５ａ翼本体
１５ｂ後退翼部
１８メインシャフト（回転軸）
２０発電機
Ｘａ、Ｘｂ空力中心

Claims

風を受けて発電機の回転軸を回転させる風力発電機用ブレードであって、
空力中心が回転径方向へ直線状に延在する翼本体と、該翼本体の先端部から空力中心が回転方向後方側へ向かって延在する後退翼部とを備えたことを特徴とする風力発電機用ブレード。
繊維強化プラスチックから形成されることを特徴とする請求項1記載の風力発電機用ブレード。
発電機の回転軸の一端側に設けられた複数のブレードを備えた風力発電装置であって、
前記ブレードとして請求項１または２記載の風力発電機用ブレードを備えたことを特徴とする風力発電装置。