風力發電裝置之風車及風力發電裝置的製作方法

2023-06-28 16:55:16 2

專利名稱：風力發電裝置之風車及風力發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種風力發電裝置的風車及具備該風車的風力發電裝置。
背景技術：
近年來，為了保護地球環境，在使用可再生能源的發電方法中，不排出二氧化碳等溫室效應氣體的風力發電受到相當的矚目(例子請參照專利文獻I等)。先前技術文獻專利文獻專利文獻I :特開2004-239113號公報

發明內容
發明所要解決的課題然而，在風力發電的過程中，風速增加時所產生的過度旋轉有可能導致風車的故障或破壞，所以，需要抑制此種情況的方法。例如，使用煞車等來減速的技術等已經存在。不過，在此種情況下，不僅煞車機構，也需要控制煞車機構的控制裝置，在成本面留下了課題。又，由於也需要採用停電時應包括的構造，所以無法避免更進一步的高成本化。另一方面，在與達到過度旋轉的情況相反的情況下，風車開始旋轉時也有課題。在風車的旋轉停止或近乎停止的狀態下，用來使風車旋轉的必要力矩較大，所以，近年來，該啟動性的改善也受到要求。例如，將開始旋轉時的齒輪設定為低速齒輪，隨著轉速增加，切換至高速齒輪，雖然藉由此種控制來改善比較容易，但與抑制過度旋轉的情況相同，齒輪機構及其控制裝置也進一步需要停電時應具備的構造，所以，在成本面留下了課題。本發明的課題可在不需要電子控制的情況下，根據風速自動地控制旋轉速度的同時，並且，藉由該自動的旋轉速度控制，可以提供低成本的一種啟動性優良且可抑制過度旋轉的風力發電裝置的風車及具備該風車的風力發電裝置。用以解決課題的方法與發明效果為了解決課題，本發明的風力發電裝置的風車是承受風力朝向一定旋轉方向在既定的旋轉軸周圍旋轉的風力發電裝置的風車，其特徵在於包括螺旋槳，為了承受旋轉軸的旋轉軸線方向的風力以產生旋轉動作而在該旋轉軸周圍設置2個以上，並相對於該旋轉軸沿著徑向向外延伸；螺旋槳固定部，為了在承受風力時使該受風面的寬度方向與風平行，以承受推壓力的型態以及該受風面的寬度方向與旋轉軸的旋轉軸線方向所形成的夾角可變的型態，將螺旋槳固定於旋轉軸上 '及螺旋槳角度調整機構，包括偏置裝置，其在風力低於既定的微風水平時，能將承受該風力的螺旋槳偏置保持於寬度方向最能與風平行的既定的初始旋轉用角度位置，又包括砝碼組件，其在風力超過微風水平時，克服將離心力加於螺旋槳的該風力所產生的推壓力與偏置裝置的偏置力，藉此，使自身變位至外部，並以螺旋槳可變成與風垂直的型態通過連接機構連結至螺旋槳，當風力達到既定的強風水準時，使螺旋槳到達寬度方向最能與垂直的既定高速旋轉用角度位置，並且，當風力進一步超過該強風水準時，該強風所產生的推壓力與偏置裝置的偏置力克服離心力，將砝碼組件推回內部，藉此，使螺旋槳以寬度方向與風平行的型態回歸到原位。此外，在本發明中，所謂螺旋槳的受風面的寬度方向與風平行，是指位於螺旋槳的受風面的寬度方向與受風方向(即，旋轉軸的軸線方向)的夾角較小的那一側，所謂螺旋槳的受風面的寬度方向與風垂直，是指位於螺旋槳的受風面的寬度方向與受風方向垂直的那一面(即，與旋轉軸的軸線方向垂直的面)的夾角較小的那一側。根據上述本發明的構造，螺旋槳的受風面的寬度方向與旋轉軸的旋轉軸方向的夾角的角度變化，可在不使用馬達等電動機的動力的情況下，根據螺旋槳的旋轉速度能自動控制，所以，也可在停電之類的狀況下繼續安全地發電。又，根據上述本發明的構造，並非在風車的旋轉速度增加的情況下，通過煞車的作用來防止過度旋轉的簡單的自主控制，而是根據風力來得到最佳旋轉狀態。即，有3個階段存在，其中，當風力為微風水平時，為了使風車容易旋轉，使螺旋槳的受風面的寬度方向與 風平行，變成高力矩的低速旋轉狀態，在本發明中稱為第一階段(低速齒輪階段)，然後，當風力增加，砝碼組件藉由離心力變位至外部，通過連接組件與偏置裝置的偏置力反向，螺旋槳的受風面的寬度方向與風垂直，變成低力矩的高速旋轉狀態，在本發明中稱為第二階段(高速齒輪階段)，再者，當風力增加，各螺旋槳所承受的風壓克服了砝碼組件的離心力，該風力對砝碼組件產生某種程度的推壓力，藉此，使螺旋槳的受風面的寬度方向恢復成與風平行，在本發明中稱為第三階段。藉此，在產生微風的第一階段，加速旋轉性能高，再者，在從微風轉為強風的第二階段，變成更容易旋轉的狀態、可增加更大旋轉速度的狀態，再者，在超過既定的強風水平的第三階段，可根據風量來抑制螺旋槳的過度旋轉。此外，第三階段為平衡兩種作用力的狀態，這兩種作用力分別為由作用於砝碼組件上的離心力使螺旋槳的受風面的寬度方向與風垂直的力以及藉由風力使螺旋槳的受風面的寬度方向與風平行的力，藉由該平衡，可自動決定螺旋槳的受風面的寬度方向與旋轉軸的旋轉軸線方向所夾的角度。上述本發明的螺旋槳固定部為轉軸組件，具有朝向螺旋槳的延伸方向延伸的旋轉支軸與2個在該旋轉支軸軸線周圍形成可變的夾角的固定板部，其中一固定板部固定於螺旋槳，另一固定板部能夠與旋轉軸側一體旋轉的方式得到固定。在此情況下，旋轉支軸可為了使螺旋槳以寬度方向上的第一側的端部側為中心並使另一方的第二側的端部側旋轉，設置於第一側的端部側。在本發明中，為了使螺旋槳的寬度方向變更為與風平行或與風垂直而考慮進去的作用力包含了螺旋槳的受風面所承受的風力。若旋轉支軸不偏設於螺旋槳的寬度方向上的其中一端部，在旋轉支軸上無法抵銷其中一端部側所受到的風力和另一端部側所受到的風力，所以，會產生很多白費動作，但通過於設置於端側部，可消除這種無用的動作。上述本發明中的砝碼組件可連接結合至螺旋槳的寬度方向上的外周側的端部側。藉此，砝碼組件使得螺旋槳固定部容易移動。上述本發明中的砝碼組件分別設置於複數個螺旋槳，每一個能夠與旋轉軸一體旋轉的方式設置，另一方面，為了使這些砝碼組件隨著朝向內外的變位而相對於旋轉軸而滑動，通過連接機構連結至共通的連結組件，藉此，各螺旋槳的角度根據隨著這些砝碼組件的朝向內外的移動而滑動的連結組件的旋轉軸上的位置，以彼此同步且同角度的型態產生變化。根據此構造，所有螺旋槳中的受風面的寬度方向與旋轉軸的旋轉軸線方向所夾的角度為根據環狀連結組件的滑動變位方向及滑動變位量來決定的構造，所以，複數個螺旋槳可使旋轉容易取得平衡。上述本發明中的各螺旋槳固定部通過能夠與旋轉軸一體旋轉的方式固定的共通固定組件固定於旋轉軸，偏置裝置以在固定組件與連結組件之間沿著旋轉軸方向產生偏置力的方式來設置。藉此，當構造為偏置裝置賦予各個螺旋槳偏置力的構造時，賦予各個螺旋槳偏置力有可能導致偏移，但各個螺旋槳固定於共通的固定組件上，若在該固定組件上設置偏置裝置，可對各個螺旋槳賦予共通的偏置力，所以，可統一各個螺旋槳的上述角度。上述本發明中的螺旋槳角度調整機構在風力低於微風水平時，為了使寬度方向與風平行，藉由偏置裝置偏置承受該風力的螺旋槳，並且，使隨著包含螺旋槳的該螺旋槳的角度變化連動而產生動作的可動構造體銜接上銜接組件，以停止該動作，藉此，將位置保持在 初始旋轉用角度位置，另一方面，在風力進一步超過強風水準時，位置可回歸到可動構造體銜接至銜接組件的初始旋轉用角度位置。根據此構造，藉由銜接組件使與風平行的螺旋槳之旋轉限度位置物理性地得到固定，所以，不會擔心初始旋轉用角度位置會被挪移。又，在此情況下，若銜接組件及可動構造體的銜接面中至少一個上設置有彈性組件，可吸收銜接時的衝擊，延長風車的壽命。在上述本發明中，在具備上述連結組件與固定組件兩者的情況下，各個螺旋槳固定部通過可與旋轉軸一體旋轉的方式來固定的共通固定組件，固定於旋轉軸上，作為上述的銜接組件來使用，另一方面，連結組件為了隨著螺旋槳的寬度方向與風平行而接近固定組件，與連接機構連接，作為上述的構造體來使用，在固定組件及連結組件中的任意一個或雙方上，形成朝向另一組件延伸的延伸部，該延伸部的另一組件側的先端銜接至該另一組件，藉此，螺旋槳可保持在初始旋轉用角度位置。與各個螺旋槳設置銜接組件相比較，對於設置上述連結組件或固定組件，可輕易以共通方式固定所有螺旋槳的初始旋轉用角度位置。又，在風力發電中，發電輸出伴隨風速的變動而變動，所以，會有不穩定的課題，於是開始有人要求提供一種使風力發電中不穩定的發電輸出變得更穩定的風力發電裝置。針對此點，本發明的風力發電裝置除了已敘述過的構造已包含在內的本發明的風車以外，本發明的特徵還包括飛輪，與旋轉軸同軸，通過單方向離合器而配置，該配置朝向一定旋轉方向，當旋轉軸增速時，變成與該旋轉軸一體旋轉的狀態且自身也增速旋轉，當旋轉軸減速時，與該旋轉軸分離且產生慣性旋轉動作；及發電裝置，具有與飛輪同軸且以一體旋轉的方式配置的轉子，藉由伴隨飛輪的旋轉的該轉子的旋轉來產生電力。根據上述本發明的風力發電裝置的構造，發電裝置所發出的電力根據蓄積於飛輪上的穩定旋轉能量而產生，所以，輸出相當穩定，於是，可得到較為穩定的發電輸出。又，當風車減速時，飛輪與風車的旋轉軸分離，所以，飛輪變成慣性旋轉狀態。SP，飛輪那側的減速要素大幅減少，所以，可以更長時間繼續旋轉，在此期間，可從發電裝置得到隨著時間慢慢衰減所產生的穩定發電輸出。
又，當風車增速時，風車的旋轉軸與飛輪變成一體旋轉狀態，飛輪上蓄積有旋轉能量，所以，之後，即使風車減速，也能藉由增速時所蓄積的旋轉能量從發電裝置根據蓄積的能量來持續產生穩定的發電輸出。又，在砝碼組件的情況也與飛輪相同，旋轉能量會蓄積於其上，所以，可以更長時間繼續旋轉。在上述本發明的風力發電裝置中，將發電裝置作為第二發電裝置，包括與第二發電裝置不同的第一發電裝置，其具有與風車的旋轉軸同軸且以一體旋轉的方式配置的轉子，藉由伴隨旋轉軸的旋轉的該轉子的旋轉來產生電力，又包括輸出裝置，將第一發電裝置與第二發電裝置雙方或任意一個所產生之電力輸出至外部。根據上述本發明的風力發電裝置的構造，第一發電裝置所發出的電力隨著風車所承受的風力而產生大幅度的變動，不過，第二發電裝置所發出的電力根據蓄積於飛輪上的穩定旋轉能量而產生，所以，輸出相當穩定，例如，若第一發電裝置與第二發電裝置雙方的發電電力以重疊的型態來輸出，第一發電裝置所產生的發電電力的不穩定情況會得到緩和，進而在整體上得到較為穩定的發電輸出。


第I圖為本發明其中一實施型態的風力發電裝置，其為從背面側觀看葉片及輪轂的圖。第2(ar(e)圖為第I圖的部分放大圖及從平面觀看第I圖的圖。第3圖為具有第I圖的風車的風力發電裝置的部分剖面圖，其顯示砝碼組件位於徑向內側的狀態。第4圖為第3圖的部分放大圖。第5圖為具有第I圖的風車的風力發電裝置的部分剖面圖，其顯示砝碼組件位於徑向外側的狀態。第6圖為第5圖的部分放大圖。第7圖為簡略表示第4圖的狀態的模式圖。第8圖為簡略表示從平面觀看第4圖的狀態的模式圖。第9圖為簡略表示第6圖的狀態的模式圖。第10圖為簡略表示從平面觀看第6圖的狀態的模式圖。第11 (a廣(C)圖為簡略說明第I圖的實施型態中的葉片的旋轉動作的模式圖。第12圖為簡略表示可應用第I圖的實施型態的本發明的風力發電裝置的位置實施型態的外觀圖。第13圖為簡略表示第12圖的風力發電裝置的電子構造的方塊圖。第14A圖為簡略表示第12圖的風力發電裝置的輸出部的電子構造的其中一例的方塊圖。第14B圖為簡略表示第14A圖的變形例的方塊圖。第15圖為簡略表示第12圖的風力發電裝置中的風車部分的放大剖面圖。第16圖為第12圖的風力發電裝置中的支柱部分的放大剖面圖。第17圖為第12圖的風力發電裝置中的發電殼體內部被放大的放大剖面圖。、
第18圖為與本發明的風力發電裝置的第12圖不同的實施型態，其為該實施型態中的發電殼體內部被放大的放大剖面圖。第19圖為本發明的另一實施例的側面圖。第20圖為第19圖的正面圖。第21圖為第19圖的背面圖。第22圖為第19圖的後方側立體圖。第23圖為第19圖的前方側立體圖。第24圖為第19圖的側面剖面圖(側面透視圖)。第25圖為第19圖的風導外殼200部分的底面透視圖。 主要組件符號說明I風力發電裝置2旋轉軸21 短艙221A軸固定部的前端部221B軸固定部的後端部22 Ih 貫通孔22 輪轂221軸固定部2x旋轉軸線2w受風方向3 風車30葉片(螺旋槳)30w受風面31筒狀風洞部(導管)300角度調整機構(螺旋槳角度調整機構)33葉片固定部(螺旋槳固定部)33A，33B 固定部33Z旋轉支軸34偏置裝置35砝碼組件36連結組件362推壓組件37連接機構371第一連接組件371A第一連接組件的其中一端部371B第一連接組件的另一端部371C第一連接組件的彎曲部37Iy旋轉軸線372第二連接組件
372A第二連接組件的其中一端部372B第二連接組件的另一端部372y旋轉軸線373y旋轉軸線38銜接組件39可動構造體51，91轉子(發電機旋轉子)52，92磁性組件
53，93固定子(發電機固定子)54，94固定子線圈100發電殼體W葉片的寬度方向Θ葉片的寬度方向與旋轉軸的軸線方向的夾角X與風平行的方向Y與風垂直的面A初始旋轉用角度位置B高速旋轉用角度位置FW藉由風力施加於葉片上的推壓力FA離心力(藉由連接機構37將離心力轉換為旋轉軸線2x的方向的力)FB偏置裝置的偏置力
具體實施例方式以下參照圖面，說明本發明的風力發電裝置的風車及使用該風車的風力發電裝置中的一實施型態。第I圖為在本實施型態的風力發電裝置中從背面側觀看葉片及輪轂的圖，第2圖為其部分放大圖。第3圖為具有第I圖的風車3的本實施型態的風力發電裝置的部分剖面圖，第4圖為其部分放大圖，兩者之後述砝碼組件35都位於內部，第5圖為具有第I圖的風車的本實施型態的風力發電裝置的部分剖面圖，第6圖為其部分放大圖，兩者的後述砝碼組件都位於外部。第I圖所示的本實施型態的風力發電裝置I的風車3承受風力朝向一定旋轉方向在既定的旋轉軸2周圍旋轉，其構造包含2個以上設置於該旋轉軸2的周圍的葉片(螺旋槳)30、使該葉片30以該受風面30w(參照第11)的寬度方向W與旋轉軸2的旋轉軸線2x的方向所夾的角度Θ可變更的形式固定於旋轉軸2上的螺旋槳固定部33、以根據風力來產生自主變動的方式在各個階段調整該葉片30的角度Θ的角度調整機構300 (參照第13圖及第5圖)，其中，當風力低於既定的微風水平時，變成最能與風平行(與風平行方向X :受風方向2w)，即在既定的初始旋轉用角度位置A輕鬆地加速旋轉，此為第一階段(開始旋轉階段)，當風力超過既定的微風水平時，可變成與風垂直(與風垂直面Y)，輕易變成高速旋轉，此第二階段(高旋轉階段)，當風力超過既定的強風時，從與風垂直恢復成與風平行，防止過度旋轉，此為第三階段(防止過度旋轉階段)。
本實施形態的風車3如第3圖及第5圖所示，受風方向2w與旋轉軸2的旋轉軸線2x的方向一致。風車3的構造包括配置方式可因承受風力從該受風方向2w朝向一定方向旋轉的複數個葉片30及使這些複數個葉片30與旋轉軸2以一體旋轉的方式連結(連接)的輪轂22。葉片30的配置方式為，受風面30w(參照第11圖)與受風方向2w交叉，承受來自旋轉軸2的旋轉軸線2x的方向的風力而旋轉。葉片30在旋轉軸線2x的周圍以既定間隔設置2個以上(在此以等間隔設置3個)，各個葉片相對於旋轉軸2，沿著徑向向外延伸。輪轂22如第4圖及第6圖所示，具有以與旋轉軸2 —體旋轉的方式固定的軸固定部(固定組件)221及將各葉片30固定在軸固定部221上的葉片固定部(螺旋槳固定部)33。藉此，各葉片30藉由對應的葉片固定部33，固定於軸固定部221 (參照第I圖及第2圖)上，與旋轉軸2為一體地旋轉。軸固定部221如第4圖及第6圖所示，其形狀為，具有圓盤形狀的環狀前端部221A 及其前端部221A的中心部朝向旋轉軸2的受風方向下遊延伸的筒狀後端部221B。軸固定部221從受風方向上遊插通旋轉軸2，這些部分藉由締結組件以一體旋轉的方式固定在一起。葉片固定部33如第4圖及第6圖所示，設置於每一葉片30上，固定於共通的軸固定部(固定組件)221上，其型態為，當對應的葉片30承受風力時，該受風面30w的寬度方向W與風平行而受到推壓力FW (參照第11)，且使該寬度方向W與旋轉軸線2x的方向所夾的角度Θ為可變的型態。藉此，各葉片固定部33可通過以一體旋轉的方式固定於旋轉軸2上的共通軸固定部(固定組件)，一體固定於旋轉軸2上。本實施型態的葉片固定部33為轉軸組件，其具有朝向葉片30的延伸方向延伸的旋轉支軸33Z及一對固定部33A，33B,其在該旋轉支軸33Z的軸線33z (參照第2圖)所夾出的角度為可變狀態。其中一固定部33A可通過葉片安裝組件330使用締結組件一體固定於葉片30上。另一固定部33B亦可使用締結組件一體固定於旋轉軸2那側的軸固定部221上，藉此，所有葉片固定部33可和軸固定部221 —體旋轉。本實施型態的葉片安裝組件330如第2圖所示，在構造上具有用來夾持葉片30的一對平行板部330A，330A及以與這些部分垂直的型態結合的垂直結合部330B，被平行板部330A，330A夾持的葉片30藉由締結組件得到一體固定。第2 (a)圖為第I圖中的I個葉片固定部被放大的部分剖面圖，第2(b)圖及第2(d)圖為簡略表示第2(a)圖的A-A剖面的模式圖，第2(c)圖及第2(e)圖為簡略表示第2(a)圖的B-B剖面的模式圖。但是，在第2(b)圖及第2(c)圖、第2(d)圖及第2(e)圖中，葉片30的寬度方向W與旋轉軸線2x的方向所夾的角度Θ不同，第2(b)圖及2(c)圖表示葉片30與風垂直的狀態，第2(d)圖及第2(e)表示葉片30與風平行的狀態。在第2圖中，葉片固定部33的固定部33A締結固定於垂直結合部330B，葉片30可與平行板部330A，330A —起繞著旋轉支軸33Z的軸線33z周圍旋轉。另一方面，葉片固定部33的固定部33B可藉由締結組件直接固定於軸固定部221。旋轉支軸33Z如第8圖及第10圖所示，葉片30以寬度方向W上的第一側的端部30A那側為中心，為使另一邊的第二側的端部30B旋轉，設置於偏向第一側的端部30A那側的位置。在本實施型態中，第一側的端部30A相對於軸線33z在內周側，第二側的端部30B在外周側，在此的旋轉支軸33Z的軸線33z位於比第一側的端部30A那側的端緣位置更外側的地方。角度調整機構300如第11圖所示，具備偏置裝置34(參照第4圖及第6圖)，其中，當風力低於既定的微風水平時，在承受該風力的葉片30的寬度方向W最與風平行(與風平行的方向X)的既定初始旋轉用角度位置A，保持偏置，又包括砝碼裝置35，其中，當風力超過該微風水平時，離心力FA強過加於葉片30的該風力所產生的受風面30w所受到的推壓力FW、偏置裝置的偏置力FB，藉此，本身變位至外部，葉片30變成與風垂直(與風垂直的面Y)，以此形態該砝碼裝置35通過連接機構37 (參照第4圖及第6圖)連結至葉片30 ；當風力達到既定的強風水準時，葉片30到達寬度方向W最與風垂直的既定高速旋轉用角度位置B，並且，當風力再度超過該強風水準時，該風力所產生的推壓力FW、偏置裝置34的偏置力FB強過離心力FA，將砝碼組件35推壓至內部，藉此，使葉片30恢復成其寬度方向W與風平行的狀態。 此外，在本發明中，所謂葉片30的受風面30w的寬度方向W與風平行，是葉片30的受風面30w的寬度方向W與受風方向2w(即，旋轉軸2的旋轉軸線2x的方向，即與風平行的方向X)所夾的角度Θ較小的意思，所謂葉片30的受風面30w的寬度方向W與風垂直， 是葉片30的受風面30w的寬度方向W與受風方向2w垂直的面Y (即，與旋轉軸2的旋轉軸線2x的方向垂直的面Y)所夾的角度較小的意思。以下將使用第7圖至第10圖說明本實施型態的角度調整機構300的構造。此外，本發明的角度調整機構300不受到以下所敘述的本實施型態的構造的限制。砝碼組件35設置於每個葉片30上，如第7圖及第9圖所示，分別能夠一體旋轉的方式安裝於旋轉軸2上。這些砝碼組件35本身也會隨著旋轉軸2的旋轉而旋轉，根據本身所受到的離心力，相對於旋轉軸線2x朝向徑向的內外方向變位，通過連接機構37(參照第4圖及第6圖)與旋轉軸2為一體或與其連動地旋轉。在此，其徑向(對應的砝碼組件35產生變位的徑方向)與旋轉軸線2x雙方垂直的旋轉軸線371y周圍旋轉，以此方式連結固定於軸固定部221上。另一方面，透過連接機構37連結至共通的連結組件36，藉此，連結組件36根據砝碼組件35朝向徑向內外的變位，在旋轉軸2上滑動。連接機構37藉由旋轉軸2的旋轉速度越大則作用力越大的離心力FA而成為可動機構，當離心力FA變大時，砝碼組件35位於外部，當離心力變小時，砝碼組件35位於內部，在預先設定的徑向範圍內使砝碼組件35產生變位。在本實施型態中，如第7圖及第9圖所示，在構造上具有相互連接結合的第一連接組件371與第二連接組件372。在形成L字形的第一連接組件371的其中一邊的端部371A上，有砝碼組件35藉由締結組件固定為一體，在另一邊的端部371B上，第二連接組件372的其中一端部372A在型態上具有與旋轉軸線2x、其徑向(對應的砝碼組件35產生變位的徑向)雙方垂直的旋轉軸線372y，以相互旋轉的方式安裝於其上。第二連接組件372的另一端部372B在型態上具有與旋轉軸線y平行的旋轉軸線373y，能夠互相旋轉的方式安裝於具有圓盤形狀的環狀連結組件36的外周部。又，在位於L字形的第一連接組件371中間的彎曲部37IC上，在型態上具有與軸固定部221相同、與旋轉軸線372y平行的旋轉軸線371y，能夠旋轉的方式安裝於其上。軸固定部221一體固定於旋轉軸2上，不會隨著砝碼組件35沿著徑向的移動而產生變位，藉由固定連接此軸固定部221的型態，第一連接組件371與第二連接組件372成為可動組件。偏置裝置34為彈簧組件(拉伸彈簧)，設置於每個葉片30上，各個偏置裝置34如第 圖及第9圖所示，其中一端部固定於與軸固定部221中的葉片固定部33相反的那個面偵牝並且，另一端部固定於相向於旋轉軸線2χ的方向的連結組件36的相向面側。在本實施型態中，於軸固定部221的受風方向上遊的那面，設有固定彈簧組件34的其中一端的彈簧固定部221c (參照第2 (a)圖)，於連結組件36的受風方向下遊的那面，設有固定彈簧組件34的另一端的彈簧固定部36c (參照第4圖及第6圖)。這對彈簧固定部221c，36c預先設置於複數個位置(在此為3個位置)，藉此，可增加彈簧組件34的數目來調整偏置力。連接組件36通過連接機構37及軸固定部221與旋轉軸2 —體旋轉，並且，藉由砝碼組件35朝向徑向內部的變位，滑動至旋轉軸線2x的第一側(參照第7圖及第8圖)，藉由砝碼組件35朝向徑向外部的變位，滑動至旋轉軸線2x的第二側(參照第9圖及第10圖)，如此，在中央部通過軸承裝置連結至旋轉軸2上。在此，第一側在受風方向下遊側(軸固定部221那側)，第二側在受風方向上遊側。在連結組件36上，對應的葉片30因砝碼組件35朝向徑向內部的變位導致旋轉軸線2x朝向第一側移動，角度Θ與風平行，直接或間接受到推壓，因砝碼組件35朝向徑向外 部變位導致其朝向旋轉軸線2x朝向第二側滑動，角度Θ與風垂直，直接或間接受到推壓，產生此推壓力的推壓組件362設置於每一個葉片30上。藉此，各葉片30的角度Θ根據伴隨這些砝碼組件35朝向徑向內外的移動而滑動的連結組件36的旋轉軸上的位置來決定，藉此，各葉片30的角度Θ以互為同步且相同角度的形式來變化。此外，第7圖至第10圖中的各推壓組件362被圖標為直接推壓或拉回對應的葉片30的構造，但實際上如第2圖所示，亦可以貫通的形式延伸出形成於軸固定部221的圓盤狀前端部221A的貫通孔221h，該延伸先端部能夠在與旋轉支軸33Z的軸線33z平行的軸線周圍旋轉的形式，固定於一體固定於對應的葉片30的固定部33A(在此為設置於受風方向上遊側的平行板部330A的旋轉固定部330a)。此外，在此的推壓組件362能夠旋轉的方式固定於距離固定部33A的旋轉支軸33Z較遠那側的第二側。又，砝碼組件35預先規定於徑方向的可動範圍內。第9圖的狀態為砝碼組件35位於徑方向的最外側位置的狀態，在連接機構37的構造上，超過此徑方向外側則不可變位。砝碼組件35在達到此最外側位置之後，葉片30也達到其受風面30w的寬度方向W最與風垂直的既定高速旋轉用角度位置B(參照第11圖)。另一方面，第7圖的狀態為砝碼組件35位於徑方向的最內側位置的狀態，超過此徑方向內側則不可變位。但是，這並不是連結機構37的構造所規定的最內側位置。即，其最內側位置可規定為對於葉片30沿著與風平行且包含葉片30在內的角度變更動作所連動的可動構造體銜接至設置於與該動作方向相向的位置的銜接組件38的銜接位置。在第7圖及第8圖中，進一步在第11(a)圖的狀態下，葉片30藉由風力所產生的推壓力FW和偏置裝置34所產生的偏置力FB偏置為與風平行的狀態，然而，這些作用力FW及FB使葉片30變更為與風平行的狀態的角度變更動作，藉由銜接組件38銜接至包含葉片30在內的這個角度變更動作所連動的可動構造體，停止動作。另夕卜，該停止位置為砝碼組件35的徑方向上的最內側位置，同時此時的葉片30的位置變為初始旋轉用角度位置A。在本實施型態中，各葉片固定部33通過能夠一體旋轉的方式固定於旋轉軸2的共通固定組件固定於旋轉軸2上，該固定組件作為銜接組件38來使用。在此，軸固定部221為銜接組件38。另一方面，為了隨著葉片30的寬度方向W與風平行而接近上述固定組件，連結組件36與連接機構37連接，作為上述的可動構造體39來使用。另外，在作為銜接組件38的軸固定部221及作為可動構造體39的連結組件36中任意一個或雙方上，形成朝向另一組件延伸的延伸部380，該延伸部380中的另一組件那側的先端銜接至該另一組件的銜接部390，藉此，葉片30的位置得以保持在初始旋轉用角度位置A。在此，在連結組件36上，形成從其中央部朝向軸固定部221延伸形成的筒狀部或突起部，作為延伸部380，其先端與軸固定部221的銜接部390相互銜接，藉此，葉片30的位置得以保持在初始旋轉用角度位置A。此外，銜接組件38的銜接部及可動構造體39的銜接部中至少一個作為橡膠等彈性組件來設置。在此，軸固定部221的銜接部30作為彈性組件來設置。藉由具有此種構造，葉片可以第11圖所示的形式來動作。S卩，當風力低於既定的微風水平時，如第11 (a)圖所示，該風力對葉片30的受風面30w的推壓力FW和偏置裝置34的偏置力FB克服離心力FA，將砝碼組件35推壓至內部，葉片30偏置維持在初始旋轉用角度位置A。具體地說，當風力低於既定的微風水平時，上述的可動構造體39銜接至銜接部38，受到上述的推壓力FW和偏置力FB推壓，葉片30的位置保持在作為該銜接位置的初始旋轉用角度位置A，此時，葉片30的受風面的寬度方向與風平 行。此狀態為即使一點點風也會使風車3輕易得到較大力矩的狀態，為風車3容易旋轉的狀態。不過，也是難以得到很多旋轉數的狀態。當風力超過上述的微風水平而達到既定的強風水準時，離心力FA開始增大，強過受風面30w所受到的推壓力FW、偏置裝置34的偏置力FB，砝碼組件35變位至外部，直到FA、Fff及FB在達到平衡位置，並且，葉片30的角度Θ也離開初始旋轉用角度位置A，改變成與風垂直的位置。此狀態為越是與風垂直，越難以得到較大力矩的狀態，但也是轉變至適於高速旋轉狀態的中的狀態。不過，砝碼組件35被規定在最外側位置。當到達該最外側位置，砝碼組件35不會超過那個最外側位置的地方變位。此時，葉片30為到達其寬度方向W最與風垂直的既定高速旋轉用角度位置B的狀態。此狀態為風車3可以最高速來旋轉的狀態。當風力超過該強風水準時，該風力對受風面30w所產生的推壓力FW、偏置裝置34的偏置力FB強過離心力FA，這次將砝碼組件35推壓至內部，藉此，使葉片30的寬度方向W恢復成與風平行。此狀態為風車3慢慢轉變為難以得到高旋轉數的狀態中途的狀態。在此的葉片30的位置可恢復到上述可動構造體39銜接至銜接組件38的初始旋轉用角度位置A0如此，根據本實施型態，藉由具有偏置裝置34、砝碼組件35及連接機構37，可以3階段來變更葉片30的角度Θ，當風力為微風時，為使其輕易旋轉，使葉片30的角度Θ與風平行，此為第一階段，當風速增加時，為了能夠輕易地變成高速旋轉，使葉片30的角度Θ與風垂直，此為第二階段，當風力為強風時，為了防止過度旋轉，使葉片30從與風垂直恢復為與風平行，此為第三階段，藉由這3階段的葉片30的角度變更所產生的自動旋轉速度控制，使風車3的啟動性優良，在高速旋轉時的效率也很高，並且，也可在變為強風時抑制過度旋轉。以下將說明包括上述風車3的風力發電裝置I的構造。此外，本發明的風力發電裝置I不受以下將敘述的本發明的構造的限制。本實施型態的風力發電裝置I在構造上包括風車3 (參照第I圖、第12圖及第13圖)，其藉由具有上述的構造承受來自既定的受風方向2w的風力，朝向一定旋轉方向在既定的旋轉軸線2x的周圍旋轉，又包括飛輪7 (參照第17圖)，其朝向上述一定旋轉方向，當旋轉軸2增速時，變成與該旋轉軸2 —體旋轉的狀態，本身也增速旋轉，當旋轉軸2減速時，與旋轉軸2分離，進行慣性旋轉動作，並且，通過單方向離合器6 (單向離合器參照第17圖)而配置，再者，在此又包括發電機(發電裝置)9(參照第13圖)，其具有與飛輪7同軸且以一體旋轉的方式來配置的轉子91 (參照第17圖)，藉由伴隨飛輪7的旋轉的該轉子91的旋轉來產生電力。再者也可以說，包括與第二發電機9不同的第一發電機5，其將發電機9當作第二發電機，具有與飛輪7同軸且以一體旋轉的方式來配置的轉子51，藉由伴隨飛輪7的旋轉的該轉子51的旋轉來產生電力。在此，如第17圖所示，在相對於飛輪7的受風方向下遊側設置第一發電機5,在受風方向上遊側設置第二發電機9。另外，本實施型態的風力發電裝置I如第14A圖及第14B圖所示，在構造上包括輸 出部(輸出裝置)10，其接受第一發電機5與第二發電機9雙方所產生的電力輸出，將其匯集起來輸出至外部。即，第一發電機5及第二發電機9的發電電力的輸出線在輸出至外部之間連接，構成外部輸出的一個系統。輸出部10如第14A圖所不,第一發電機5與第二發電機9雙方所產生的三相交流電力可分別輸入整流器12，然後，輸入升壓控制器11，以既定的電壓輸出，然後，再將其輸入電力調節器15,將所輸入的直流電力轉換為系統電力並輸出。藉此,可匯集第一發電機5與第二發電機9雙方所產生的電力並將其供給至外部的電源系統19A，例如，可賣出此電力。又，在電力調節器15中，可先轉換為家庭內所使用的交流電力再輸出。又，輸出部10亦可如第14B圖所不,將第一發電機5與第二發電機9雙方所產生的電力分別輸入至整流器12，然後，再輸入升壓控制器13，將設定為既定電壓的直流電力供給至電池(蓄電裝置)19B，以進行蓄電。又，亦可將蓄積於電池(蓄電裝置)19B的電力通過電力調節器15供給至外部的電源系統19A。第15圖為簡略表示本實施型態的風力發電裝置I的放大剖面圖。風車3配置於筒狀風洞部(導管)31的內側，該筒狀風洞部以與旋轉軸2的旋轉軸線2x的方向同軸的形式延伸成筒狀。筒狀風洞部31的形成方式為，開口面積從風車3的受風方向2w的上遊側朝向下遊側逐漸減少。具體來說，筒狀風洞部31在從受風方向2w的上遊側的環狀端部31A到下遊側的環狀端部3IB之間的的區間內，形成朝向徑向內側膨脹出的彎曲形狀。被收進此筒狀風洞部31中的風以壓縮的形式供給至下遊，下遊側的葉片承受此風，所以，可增加風車3所得到的旋轉力。筒狀風洞部31在其內周面，固定有複數個從短艙21的外周面21A向外延伸成放射狀的支持組件(FRP) 32，其設置方式為，與短艙21 —起不對旋轉軸2旋轉。短艙21將第一發電機5、飛輪7、第二發電機9及旋轉軸2收納於內部，在此，進一步收納角度調整機構300。輪轂22及葉片30沿受風方向2w設置於比船艙21的偏下遊側，在下遊側的葉片30所得到的旋轉力通過旋轉軸2傳達至位於受風方向2w的上遊側的發電機5，9那側。短艙21的安裝方式，如第15圖所示，可與從地表的基礎部190 (參照第12圖)延伸出的支柱(塔)110的上端部IlOT —起，針對支柱本體IlOS配合風向，朝向水平面內改變方向(可在支柱本體Iios的鉛直方向的軸線IlOx的周圍旋轉)。在本實施型態中，從外周側覆蓋各葉片30的筒狀風洞部31設置於短艙21的受風方向2w的下遊側，所以，該筒狀風洞部31作為可改變風車3的受風方向2w的尾翼來使用。即，當筒狀風洞部31的筒狀外周面31C(特別是其水平方向那側的面參照第12圖)承受風力時，對支柱110的上端部IlOT旋轉，順著風來的方向，使旋轉軸2的旋轉軸線2x朝向受風方向上遊側。第16圖為以通過軸線2x，IlOx的平面切開第15圖的短艙的剖面圖。在短艙21的內部，配置有發電殼體100，其從風車3的受風方向2w的上遊側依序收納飛輪7、第一發電機5及第二發電機9，藉由締結組件締結固定於短艙21上。如第17圖所示，在發電殼體100的內部，從受風方向2w的上遊側，依序具有收納第二發電機9的上遊側收納空間9S、收納飛輪7的中間收納空間7S、收納第一發電機5的下遊側收納空間5S，形成一系列空間的形狀。在這一系列的空間中，飛輪7配置於中間收納空間7S內，藉此，分割了上遊側收納空間9S及下遊側收納空間5S。對於這兩個圓筒狀的上遊側收納空間9S及下遊側收納空間5S相比較，同樣也是圓筒狀的中間收納空間7S的直徑較大，並且，所收納的飛輪7本身的位置為沿著徑向靠近中間收納空間7S的圓筒狀外周壁，所以，當配置飛輪7時，上遊側收納空間9S及下遊側收納空間5S僅連通至飛輪7的外 周側，所以，為更確實的分離狀態。藉此，伴隨上遊側收納空間9S及下遊側收納空間5S中一空間內的旋轉體(轉子91，51)的旋轉的亂流所帶來的影響，不會使另一空間接收到。旋轉軸2相對於發電殼體100通過軸承裝置60被安裝，以針對發電殼體100貫通自身的軸線方向，並相對於發電殼體100順暢地轉動(參照第17圖)。本實施型態的軸承裝置60為密封裝置(O環等)或藉由油脂之類來產生密封機能的密封型軸承裝置，藉由該密封機能來形成密封狀態。當所密封的發電殼體100的內部在大氣壓力下填充空氣時，內部的旋轉體51，91，7等所承受的填充氣體所產生的阻力(空氣阻力)得以減輕，成為類似減壓狀態的內部狀態。在第一發電機5及第二發電機9中，沿著可在旋轉軸2的周圍旋轉的轉子(發電機旋轉子)51，91的周方向，以既定間隔配置複數個磁性組件52，92，並且，以形成氣隙的形式與這些磁性組件52，92相向，同時，在構造上包括固定子(發電機固定子)53，93，其上配置有不對該轉子51，91旋轉的固定子線圈54，94，藉由這些磁性組件52，92與固定子線圈54，94的相對旋轉，產生電力。所產生的電力(發電電力)在其相對旋轉速度越大時便越大。此外，本實施型態中之磁性組件52，92為永久磁鐵，可使用釹磁鐵等。又，在本實施型態中，磁性組件52，92與固定子線圈54，94的數目比為3 :4，從固定子線圈54，94輸出三相的交流電力。在支柱110的上端部IlOT的上端軸部IllT上，如第16圖所示，設有滑環110SA，110SB，在構造上，通過在各滑環110SA，110SB上滑動的刷子102CA (有圖示出)，102CB (未圖示出)，從固定子線圈54，94汲取發電輸出。所汲取的發電輸出通過通過筒狀的支柱(塔)110的內部空間的配線，連接至輸出部10。此外，為了在支柱110的上端部IIOT的上端面能夠旋轉的方式固定旋轉軸2，如第16圖所示，內包軸承裝置的固定部120藉由締結組件來締結固定。發電殼體100相對於這些固定部120，設置於受風方向上遊側。此外，在旋轉軸2的受風方向上遊側，旋轉軸2及延長該旋轉軸2的旋轉軸延長部2』藉由軸連結部130，能夠一體旋轉的方式產生連結。插通發電殼體100內部的旋轉軸2為其旋轉軸延長部2』。
第一發電機5及第二發電機9雙方的固定子53，93作為沿著旋轉軸2的軸線方向從發電殼體100朝向殼體內部突出形成的筒狀元件來設置。在這些筒狀元件53，93上，沿著周緣方向以既定間隔形成沿著徑向形成貫通的開口部。這些開口部藉由在設置於周緣方向的旋轉軸2的軸線方向上延伸的各柱部，產生區隔，在各柱部上，有固定子線圈54，94纏繞。在本實施型態中，相鄰柱部的線圈纏繞方向為相反方向。本實施型態的第一發電機5及第二發電機9具有與旋轉軸2同軸且與飛輪7相互一體旋轉的第一轉子部51A，91A及第二轉子部51B，91B，作為轉子51，91。雙方的轉子部51A，91A及51B，91B具有通過氣隙而相向的相向面，在雙方的相向面上，沿著周緣方向以相同數目及既定間隔配置複數個磁性組件92，藉由締結組件來固定。不過，其中一轉子部51A，91A的磁性組件52A(52)，92A(92)與另一轉子部51B，91B的磁性組件52B(52),92B(92)以不同極性(磁極)的著磁面相對。再者，在這些第一轉子部51A，91A與第二轉子部52A，92A之間的空隙中，有固定子53，93的固定子線圈54，94介於其中。複數個固定子線圈54，94沿著其周緣方向，以既定間隔配置於雙方用來旋轉的轉子51A，51B，91A，91B的磁性組件52，52與磁性組件92，92之間所夾持的固定子53，93上的環狀相向區域上。 又,第一發電機5及第二發電機9上,第一轉子部51A,91A及第二轉子部51B,91B配置成與旋轉軸2的旋轉軸線2x的徑向相向。第一轉子部51A，91A以與飛輪7同軸且與其一體旋轉的方式，固定於在飛輪7的固定部70A的外周側所形成的固定部50A，90A。形成第二轉子部的圓筒狀部51B，91B以與飛輪7同軸且與其一體旋轉的方式，固定於在飛輪7的固定部70A的內周側所形成的固定部50B，90B。此外，本實施型態的飛輪7具有通過單方向離合器(單向離合器)6固定於旋轉軸2上的軸固定部70C、從軸固定部70C朝向徑方向外側延伸的圓盤狀中間部70B、第一轉子部51A，91A及第二轉子部51B，91B —體固定於中間部70B的徑方向外側的固定部70A。再者，在本實施型態中，具有從固定部70A朝向徑方向外側延伸的外端部70D。以上說明了本發明其中一實施型態，但完全不受該例子限定，本發明亦不受該實施型態限定，只要在不脫離權利要求書的主旨的範圍內，可根據本領域的技術人員的知識進行各種變更。例如，可以下面的方式變更上述實施型態。第18圖所示的本實施型態的風力發電裝置I在構造上具有承受來自既定的受風方向2w的風力朝向一定旋轉方向在既定的旋轉軸線2x的周圍旋轉的風車3 ;又具有第一發電機(發電裝置)5，其具有與風車3的旋轉軸2同軸且以與其一體旋轉的方式來配置的轉子51，同時又藉由伴隨旋轉軸2的旋轉的該轉子51的旋轉來產生電力；還具有飛輪7，其與旋轉軸2同軸，且通過單方向離合器(單向離合器)6而配置，該配置朝向上述一定旋轉方向，當上述旋轉軸2增速時，變成與該旋轉軸2 —體旋轉的狀態且自身也增速旋轉，當上述旋轉軸2減速時，與該旋轉軸2分離且產生慣性旋轉動作；另具有與第一發電機5不同的第二發電機(發電裝置)9，其具有與上述飛輪7同軸且以一體旋轉的方式配置的轉子91，藉由伴隨上述飛輪7的旋轉的該轉子91的旋轉，產生電力。再者，就第18圖的風力發電裝置I而言，在構造上具有輸出部(輸出裝置)10，其接受第一發電機5與第二發電機9雙方所產生的電力輸入，將其匯集起來輸出至外部。SP，其構造為第一發電機5及第二發電機9所發出的相位互異的發電電力以一個系統來輸出至外部的型態。此外，在此情況下的輸出部10的構造可以和第14A圖及第14B圖相同。第18圖的第一發電機5具有與旋轉軸2同軸且相互一體旋轉的第一轉子部51A及第二轉子部51B，作為轉子51。雙方的轉子部51A，51B具有通過氣隙而相向的相向面，在雙方的相向面上，沿著周緣方向以相同數目及既定間隔配置複數個磁性組件52，藉由締結組件來固定。不過，在雙方的轉子部51A，51B中的一轉子部51A的磁性組件52A(52)與另一轉子部51B的磁性組件52B(52)以不同極性(磁極)的著磁面相對。再者，在這些第一轉子部51A與第二轉子部51B之間的空隙中，有固定子53的固定子線圈54介於其中，複數的固定子線圈54沿著其周緣方向，以既定間隔配置於雙方用來旋轉的轉子51A，51B的磁性組件52，52之間所夾持的固定子53上的環狀相向區域上。又，在第一發電機5中，第一轉子部51A及第二轉子部51B與旋轉軸2的軸線2x的徑方向(半徑方向)相向而配置。在本實施型態中，包括轉子本體部50以作為轉子51的本體部，其具有以與旋轉軸2 —體旋轉的方式來固定的軸固定部50C、從軸固定部50C朝向徑方向外側延伸的圓盤狀中間部50B、中間部50B的徑方向外側的外端部50A。不過，轉子本體部50於在外周側具有很大重量的飛輪7相比較，重量較輕，半徑較小。形成第一轉子 部的圓筒狀部51A與形成第二轉子部且半徑比圓筒狀部51A大的圓筒狀部51B以與轉子本體部50同軸的形式一體旋轉的方式，兩者固定於轉子本體部50的外端部50A上。第18圖的第二發電機9具有與旋轉軸2同軸且與飛輪7—起相互一體旋轉的第一轉子部91A及第二轉子部91B作為轉子91。雙方的轉子部91A，91B具有通過氣隙而相向的相向面，在雙方的相向面上，沿著周緣方向以相同數目及既定間隔配置複數個磁性組件92，藉由締結組件來固定。不過，在雙方的轉子部91A，91B中一轉子部91A的磁性組件92A(92)與另一轉子部91B的磁性組件92B(92)以不同極性(磁極)的著磁面相對。再者，在這些第一轉子部91A與第二轉子部91B之間的空隙中，有固定子93的固定子線圈94介於其中。複數的固定子線圈94沿著其周緣方向，以既定間隔配置於雙方用來旋轉的轉子91A，91B的磁性組件92，92之間所夾持的固定子93上的環狀相向區域上。又，在第二發電機9中，第一轉子部91A及第二轉子部91B與旋轉軸2的軸線2x的徑方向相向而配置。第一轉子部91A固定於飛輪7上，其固定方式為，形成第一轉子部的圓筒狀部91A與形成第二轉子部且半徑比圓筒狀部91A大的圓筒狀部91B與飛輪7同軸且
一體旋轉。此外，本實施型態的飛輪7具有通過單方向離合器(單向離合器)6來固定於旋轉軸2的軸固定部70C、從軸固定部70C朝向徑方向外側延伸的圓盤狀中間部70B、在中間部70B的徑方向外側固定形成第一轉子部的圓筒狀部91A與形成第二轉子部的圓筒狀部91B的固定部70A，在本實施型態中，也具有從固定部70A朝向徑方向外側延伸的外端部70D。如第19圖至第23圖所示，在風車3 (葉片30)的迎風面上，設有兼具發電部外殼(外殼)功能的風導外殼(短艙)200，此外殼200的內部可收納有發電部，並且，可該風導外殼200 (同時也是外殼本體201)的外部一體形成風向鰭板(風向板部)202。在此例中，風車3的外側不存在第12圖、第15圖所示的筒狀風洞部(導管)31，風車3以露出狀態承受風力。風導外殼200的外殼本體201沿著風車3的軸方向具有直角剖面為縱長橢圓形或圓形之類的光滑外周面，就該外殼本體201的迎風面的端部而言，越靠近先端側則越細小，具有先端曲率較小的圓弧狀垂直剖面。
在外殼本體201的外周面上，上述的風向鰭板202在沿著風車3的軸方向的方向上，從該外殼本體201 (風導外殼200)的外周面突出(例如向上突出)至外方而形成，風向鰭板202與風車3的旋轉面有直角方面的位置關係。風向鰭板202具有與外殼本體201的軸方向長度相等或比其稍短的長度，並包括從外殼本體201的風上側先端附近以圓弧狀(或直線狀)逐漸增加高度的斜邊203，又包括在外殼本體201的風下側的端部附近到達最大高度並從其頂部朝向迎風側切入形成圓弧狀(彎曲狀)而下降的後端部204(可為在風下側膨脹成圓弧狀的後端部或以直線狀下垂的後端部)，其下端連接至外殼本體201的上部面。又，風向鰭板202的斜邊203形成如刀鋒般的尖銳狀，又，從中間部朝向後端部204也有越靠近後端越尖銳的曲面，風向鰭板202的風向方向的中間部形成得最厚，從迎風面來看，如第20圖所示，形成尖銳的三角形。與此種風向鰭板202 —起夾持外殼本體201的軸線，於相反側(下側)形成支柱連接部208，其與使風車3維持既定高度的支柱(竿)206連接，支柱206連接於此。此支柱連接部208從外殼本體201的下面突出，並且，平滑地形成錐狀，下端部形成圓筒狀，在該圓筒狀上，嵌合了支柱206的圓形剖面的上端部，並且，如第19圖所示，透過軸承210，風導外殼200及風車3以自由旋轉的方式受到支柱206的軸線(垂直軸)的周圍支持。結果，形 成於風導外殼200的風向鰭板202沿著風向，換言之，風車3的旋轉面經常正對著風向，如此，風車3及風導外殼200保持在自由狀態。第24圖為包含風車3及風導外殼200的部分的側面剖面圖(透視圖)，在風導外殼200的內部，風車3的旋轉軸2以同心的狀態配置於風導外殼200的中心線，又，第17圖或第18圖所示的發電殼體100以同心的狀態組合至其旋轉軸2上。再者，在第2圖至第11圖中所說明過的風車3的角度調整機構300也收納於此風導外殼200內。此外，如第19圖、第22圖及第24圖所示，風車3的中心部(葉片30的基端部)被圓形剖面的筒狀部212所佔據，形成從此筒狀部212的中心部到與上述風導外殼200相反的那側(風下側)突出成錐狀的錐狀中心部214，在此錐狀中心部214與筒狀部212 (到了受風下側稍微收縮成錐形的約略圓筒狀)之間，形成圓環狀且越到底部越變窄的附帶錐形的環狀凹部216，在其內部，配置有輪轂22及葉片固定部33。即使風向有大幅的改變而使風從風導外殼200的後方吹過來，該附帶錐形的環狀凹部216也受到來自後方的風而產生旋轉動作，結果，自由狀態的風導外殼200及風車3的姿態(方向)產生將近180度的改變，風導外殼200的先端能夠正對著風的方式變更姿態。
權利要求
1.一種風力發電裝置的風車，承受風力朝向一定旋轉方向在既定的旋轉軸周圍旋轉， 其特徵在於包括 螺旋槳，為了承受上述旋轉軸的旋轉軸線方向的風力以產生旋轉動作而在該旋轉軸周圍設置2個以上，並相對於該旋轉軸沿著徑向向外延伸； 螺旋槳固定部，為了在承受上述風力時使該受風面的寬度方向與風平行，以承受推壓力的型態以及該受風面的寬度方向與上述旋轉軸的旋轉軸線方向所形成的夾角可變的型態，將上述螺旋槳固定於上述旋轉軸上 '及螺旋槳角度調整機構，包括偏置裝置，其在上述風力低於既定的微風水平時，能將承受該風力的上述螺旋槳偏置保持於上述寬度方向最能與風平行的既定的初始旋轉用角度位置，又包括砝碼組件，其在上述風力超過上述微風水平時，克服將離心力加於上述螺旋槳的該風力所產生的上述推壓力與上述偏置裝置的偏置力，藉此，使自身變位至外部，並以上述螺旋槳可變成與風垂直的型態通過連接機構連結至上述螺旋槳，當上述風力達到既定的強風水準時，使上述螺旋槳到達上述寬度方向最能與風垂直的既定高速旋轉用角度位置，並且，當上述風力進一步超過該強風水準時，該強風所產生的上述推壓力與上述偏置裝置的偏置力克服上述離心力，將上述砝碼組件推回內部，藉此，使上述螺旋槳以上述寬度方向與風平行的型態回歸到原位。
2.根據權利要求I所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於， 其中，上述螺旋槳固定部為轉軸組件，具有朝向上述螺旋槳的延伸方向延伸的旋轉支軸與2個在該旋轉支軸的軸線周圍形成可變的夾角的固定板部，其中一固定板部固定於上述螺旋槳，另一固定板部能夠與上述旋轉軸側一體旋轉的方式得到固定，上述旋轉支軸為了使上述螺旋槳以上述寬度方向上的第一側的端部側為中心並使另一方的第二側的端部側旋轉，設置於上述第一側的端部側。
3.根據權利要求2所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於， 其中，上述砝碼組件連接結合於上述螺旋槳的上述寬度方向上的外周側的端部側。
4.根據權利要求I至3中的任意一個所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於， 其中，上述砝碼組件分別設置於複數個上述螺旋槳，每一個能夠與上述旋轉軸一體旋轉的方式設置，另一方面，為了使這些砝碼組件隨著朝向內外的變位而相對於上述旋轉軸而滑動，通過上述連接機構連結至共通的連結組件，藉此，各上述螺旋槳的上述角度根據隨著這些砝碼組件的朝向內外的移動而滑動的上述連結組件的上述旋轉軸上的位置，以彼此同步且同角度的型態產生變化。
5.根據權利要求4所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於， 其中，各上述螺旋槳固定部通過能夠與上述旋轉軸一體旋轉的方式固定的共通固定組件固定於上述旋轉軸，上述偏置裝置按照在上述固定組件與上述連結組件之間沿著上述旋轉軸方向產生偏置力的方式來設置。
6.根據權利要求I至5中的任意一個所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於， 其中，上述螺旋槳角度調整機構在上述風力低於上述微風水平時，為了使上述寬度方向與上述風平行，藉由上述偏置裝置偏置承受該風力的上述螺旋槳，並且，使隨著包含上述螺旋槳的該螺旋槳的上述角度變化連動而產生動作的可動構造體銜接上銜接組件，以停止該動作，藉此，將位置保持在上述初始旋轉用角度位置，另一方面，在上述風力進一步超過上述強風水準時，位置可回歸到上述可動構造體銜接至上述銜接組件的上述初始旋轉用角度位置。
7.根據權利要求6所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於，其中，在上述銜接組件及上述可動構造體的銜接面中至少其中一者上，設有彈性組件。
8.根據權利要求6和7所述的風力發電裝置的風車，其特徵在於具備權利要求書4的要件，各上述螺旋槳固定部通過能夠與上述旋轉軸一體旋轉的方式固定的共通固定組件固定於上述旋轉軸，作為上述銜接組件來使用，另一方面，上述連結組件為了在上述螺旋槳的上述寬度方向與風平行而接近上述固定組件，與上述連接機構連接，作為上述構造體來使用，在上述固定組件及上述連結組件中至少其中一者或兩者上，形成朝向另一組件延伸的延伸部，該延伸部上位於上述另一組件那側的先端銜接至該另一組件，藉此，上述螺旋槳的位置可保持在上述初始旋轉用角度位置。
9.一種風力發電裝置，其特徵在於包括 權利要求I至8中的任意一個所述的風車， 飛輪，與上述旋轉軸同軸，通過單方向離合器而配置，該配置朝向上述一定旋轉方向，當上述旋轉軸增速時，變成與該旋轉軸一體旋轉的狀態且自身也增速旋轉，當上述旋轉軸減速時，與該旋轉軸分離且產生慣性旋轉動作； 發電裝置，具有與上述飛輪同軸且以一體旋轉的方式配置的轉子，藉由伴隨上述飛輪的旋轉的該轉子的旋轉來產生電力；及 輸出裝置，將上述發電裝置所產生的雙方或任意一個的電力輸出至外部。
10.根據權利要求9所述的風力發電裝置，其特徵在於包括 其中，將上述發電裝置作為第二發電裝置，包括與第二發電裝置不同的第一發電裝置，其具有與上述風車的旋轉軸同軸且以一體旋轉的方式配置的轉子，藉由伴隨上述旋轉軸的旋轉的該轉子的旋轉來產生電力，上述輸出裝置將上述第一發電裝置與上述第二發電裝置兩者或任意一個所產生的電力輸出至外部。
全文摘要
一種風力發電裝置1的風車3，藉由偏置裝置34、砝碼組件35及連接機構37，使葉片的角度θ經過3階段的變化，在第一階段，為了在受到微風時輕易旋轉，使葉片30的角度θ與風平行，在第二階段，為了在風速增加時容易產生高速旋轉，使葉片30的角度θ與風垂直，在第三階段，為了防止在受到強風時過度旋轉，將葉片30從與風垂直的狀態推回與風平行的狀態。藉此，可在不需要電子控制的情況下，根據風速自動地控制旋轉速度，並且，藉由該自動的旋轉速度控制，可以低成本提供一種啟動性優良且可抑制過度旋轉的風力發電裝置的風車及包括該風車的風力發電裝置。
文檔編號F03D7/04GK102762854SQ20108006275
公開日2012年10月31日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年10月14日
發明者屋宜學, 野元一喜, 野元一臣 申請人:株式會社碧魯門鹿兒島