专利名称：迎风型风车及其运行方法
技术领域：
本发明涉及迎风型风车及其运行方法，特别是涉及强风时减小作用于多个旋翼上 的风负荷，提高风车的耐风压性能的技术。
背景技术：
通常水平轴风车具备铅直姿势的支柱、水平旋转自如地附设于该支柱上端部的引 擎机舱(nacelle)、以及旋转自如地附设于引擎机舱的转子。转子具备配设于其中心部的旋 翼叶毂、以及附设于该旋翼叶毂，在大致铅直的工作面内旋转的多个旋翼。水平轴风车不同 于发电时各旋翼向上风侧的迎风型风车和发电时各旋翼向下风侧的背风型风车。在台风等强风时作用于风车上的风负荷是决定风车结构的强度的主要因素。对于 作用在该风车上的风负荷，作用于旋翼的风负荷所占的比例特别大。因此，通过减少作用于 旋翼上的风负荷，能够提高风车的耐风压性能，为了确保结构强度而不用提高成本。为了减 少作用于旋翼的风负荷，提出了各种各样的技术。专利文献1公开了迎风型风车。使用该风车时，发电时全部旋翼保持向着上风侧 的迎风姿势。利用风速计可以检测出切出(cut out)风速以上的风速，全部旋翼切换为周 期变距旋翼，转子停止。其后在引擎机舱(nacelle)为75 110°的范围旋转，全部旋翼切 换为反转周期变距旋翼。其后引擎机舱转动，全部旋翼保持向着下风侧的背风姿势。专利文献2公开了背风型风车。该风车具备调整旋翼的倾斜角的旋翼倾斜机构， 在强风时通过使旋翼向下风侧倾斜移动，缩小旋翼通过面积。借助于此，使风车发电运行不 停止而又能够减小作用于旋翼的风负荷。专利文献3公开了背风型风车。该风车具备调整旋翼的倾斜角的旋翼倾斜机构， 根据风速计检测出的平均风速改变旋翼的倾斜角。借助于此，减少作用于旋翼上的风负荷 而又不停止风车的发电运行，能够调整旋翼通过面使风车有较大输出。专利文献1 特开2007-064062号公报专利文献2 特开2004-108162号公报专利文献3 特开2004-108163号公报
发明内容
但是如果采用专利文献1，强风时各旋翼的姿势从迎风姿势切换到背风姿势，因此 需要对使引擎机舱转动的装置提供电力。因此，为了在强风时停电的情况下也能够使引擎 机舱转动，有必要具备电池等辅助电源。又，在切换该姿势时，引擎机舱暂时发生转动。因此有必要确保旋翼的结构和旋翼 与旋翼叶毂的连结部的结构强度以便能够耐受转动时受到的横向风。又，在强风时顶着风 负荷使引擎机舱转动以使各旋翼向着下风侧是困难的。专利文献2和3不过是公开了在强风时进行发电运行时，能够减小作用于旋翼的 风负荷的背风型风车。将该公开的技术适用于迎风型风车的情况下，旋翼有可能撞击支柱造成破坏。又，为了在空气力学上减少风负荷，最好是使引擎机舱正对来风，旋翼经常保持仰 角为0的迎风姿势。这是因为旋翼通常形成为升力阻力比高的形状，在采取迎风姿势时，如 果仰角为0，则旋翼上几乎没有风负荷作用着。另一方面，仰角不为0时，旋翼上发生很大的 升力和阻力，负荷大幅度增加。因此，如特开2004-108162号公报和特开2004-108163号公 报所述，使旋翼倾斜移动减少，从上风侧观察时旋翼的迎风面积(投影面积)的确也能够减 少风负荷，但是以此实现的负荷降低效果不及保持上面所述的姿势能够实现的效果。因此， 在强风下而且风向容易变动有可能停电的状态下，旋翼自动地保持于迎风姿势对于减小风 负荷是极其有效的。但是迄今为止一直没有人提出下面所述技术迎风型风车在强风时停止发电使旋 翼保持迎风姿势并且使其倾斜的技术、停电等情况下自动切换旋翼的姿势的技术、以及限 制切换旋翼姿势时旋翼的倾斜移动速度的技术。本发明的目的是在例如强风等情况下避免旋翼发生破损地使多个旋翼能够切换 为向下风侧倾斜移动的退避姿势。又，本发明的另外一些目的是能够保持迎风姿势不变而 切换旋翼的姿势、能够自动使旋翼倾斜移动、能够自动保持迎风姿势、限制旋翼的倾斜速度 寸。本发明的迎风型风车，具备可水平旋转地附设于支柱的引擎机舱(nacelle)、可 在一方向转动地附设于该引擎机舱的转子、配设于该转子的中心部，构成该转子的一部分 的旋翼叶毂、附设于该旋翼叶毂，构成所述转子的一部分，在大致铅直的工作面内在一方向 旋转的多个旋翼、以及使所述引擎机舱偏航旋转以使所述旋翼向上风侧的偏航旋转驱动装 置，其特征在于，具备能够在所述各旋翼位于所述工作面内的通常姿势与相对于该通常姿 势向下风侧倾斜移动的退避姿势之间倾斜移动地将所述各旋翼的基端侧部分连结于所述 旋翼叶毂的倾斜移动连结机构、与该倾斜移动连结机构协同动作，切换所述各旋翼的姿势 的倾斜移动驱动手段、使各转子的旋转停止用的旋转停止手段、以及将所述各旋翼切换到 所述退避姿势时，在能够使所述旋转停止手段工作，在所述旋翼与所述支柱不相互妨碍地 倾斜移动的规定的旋转位置使所述转子停止，在该转子旋转停止后，使所述倾斜移动驱动 手段工作，使所述旋翼向所述退避姿势倾斜移动的控制手段。如果采用这样的结构，在能够使多个旋翼与支柱不相互妨碍地倾斜移动的规定的 旋转位置上使所述转子停止后，多个旋翼向退避姿势倾斜移动。因此能够切换旋翼的姿势 而又避免损坏风车。这样切换为退避姿势能够减小作用于各旋翼的风负荷，提高风车的耐 风压性能。因此，有利于支柱与旋翼确保刚性和强度，能够减少风车的制作费用。也可以具备检测风速的风速检测手段，所述控制手段在判定所述风速检测手段检 测出的风速在规定的风速以上时，使将所述各旋翼切换到所述退避姿势的控制开始。如果 采用这样的结构，则能够减小强风时作用的风负荷。而且在强风时能够安全地使风车停止 运行。也可以具备检测所述转子的旋转相位的旋转相位检测手段，所述控制手段在使所 述转子停止旋转时，根据所述旋转相位检测手段检测出的旋转相位检测所述规定旋转位 置，使所述旋转停止手段动作。如果采用这样的结构，则能够一边检测旋转相位一边使转子 停止。因此转子停止后旋翼倾斜移动时能够更可靠地防止旋翼与支柱相互妨碍。
也可以所述旋转停止手段包含所述各旋翼的间距角调整手段、以及对所述转子进 行制动的转子制动手段。如果采用这样的结构，则能够通过调整旋翼的间距角减小转子的 转速之后使转子停止旋转，能够减轻转子制动手段的负荷。也可以所述控制手段在使所述转子旋转停止时使所述各间距角调整手段工作，对所述各旋翼的间距角进行调整，使所述各旋翼的旋转速度降低，其后使所述转子制动手段 工作对所述转子进行制动，使所述转子停止旋转。如果采用这样的结构，则能够迅速使转子 停止旋转，能够使转子安全地停止旋转。也可以所述控制手段在使所述旋翼向所述退避姿势倾斜移动时，使所述倾斜移动 驱动手段工作，根据作用于所述旋翼上的风负荷与自重使所述旋翼倾斜移动。如果采用这 样的结构，则不使用馈电系统或电池等辅助电源就能够将旋翼切换到退避姿势。也可以在所述各旋翼处于所述退避姿势的状态下，作用在所述多个旋翼上的风负 荷的合力中心位于所述支柱的轴心的下风侧。如果采用这样的结构，则根据旋翼处于退避 姿势的状态下作用于多个旋翼的风负荷，引擎机舱和转子能够像方向标那样自动偏航旋 转，使得转子的前端侧正对上风侧。因此，在处于退避姿势的状态下，能够在没有馈电系统 或电池等辅助电源提供电力的情况下使旋翼保持迎风姿势。也可以具备对引擎机舱的偏航旋转进行制动的偏航旋转制动手段，所述控制手段 在所述各旋翼处于所述退避姿势的状态下，将所述偏航旋转制动手段进行的制动加以解 除。如果采用这样的结构，则在旋翼处于退避姿势的状态下，引擎机舱和转子依靠作用于旋 翼上的风负荷平滑地偏航旋转。也可以所述倾斜移动驱动手段具备借助于伸缩使所述多个旋翼移动的一个反复 连续移动型油压缸、连结于该油压缸的一对油室的第1油路和第2油路、连结该第1油路和 第2油路的连结油路、以及设置于该连结油路上的电磁开闭阀。如果采用这样的结构，则电 磁开闭阀打开，将连接油路打开，油压缸的油室间连通，油压缸伸缩，能够使旋翼倾斜移动。也可以所述电磁开闭阀为常开阀。如果采用这样的结构，则电磁开闭阀在没有电 力供应的情况下打开，因此在停电等情况下旋翼自动切换到退避姿势。也可以所述倾斜移动驱动手段具备设置于所述第1油路或所述第2油路的可变油 门。如果采用这样的结构，则电磁开闭阀打开时流过油室间的加压油受到油门的控制。因 此油压缸的工作速度受到限制，将旋翼的倾斜移动速度限制于低速。也可以所述倾斜移动驱动手段具备提供加压油的油压供给装置、以及连结于该油 压供给装置的电磁方向切换阀，该电磁方向切换阀上连结所述第1油路和所述第2油路。如 果采用这样的结构，则能够以简单的结构实现对油压缸的加压油供给控制。也可以所述倾斜移动驱动手段具备借助于伸缩使对应的所述旋翼倾斜移动的多 个反复连续移动型油压缸、以及利用作用于所述各旋翼的风负荷和自重，使所述多个油压 缸同步动作，使得所述各旋翼同步地切换到所述退避姿势用的同步工作手段。如果采用这 样的结构，则在停电时也能够利用同步工作手段使多个油压缸工作，使各旋翼同步地切换 到退避姿势。也可以所述倾斜移动驱动手段具备提供加压油的油压泵、以及设置于该油压泵与 所述同步工作手段之间的电磁方向切换阀。如果采用这样的结构，则能够以简单的结构实 现对油压缸提供加压油的控制。
也可以具备基于所述转子的旋转驱动力发电的发电机。如果采用这样的结构，则 能够利用转子的旋转驱动进行发电。本发明的迎风型风车的运行方法，是具备可水平旋转地附设于支柱的引擎机舱、 可在一方向旋转地附设于该引擎机舱的转子、配设于该转子的中心部，构成该转子的一部 分的旋翼叶毂、附设于该旋翼叶毂，构成所述转子的一部分，在大致铅直的工作面内在一方 向旋转的多个旋翼、以及使所述引擎机舱偏航旋转以使所述各旋翼向上风侧用的偏航旋转 驱动装置，能够在所述各旋翼位于所述工作面内的通常姿势与相对于该通常姿势向下风侧 倾斜移动的退避姿势之间倾斜移动地将所述各旋翼的基端侧部分连结于所述旋翼叶毂的 迎风型风车的运行方法，其特征在于，具备使所述转子停止于能够使所述各旋翼与所述 支柱不相互妨碍地向下风侧倾斜移动的规定的旋转位置的步骤、以及使所述转子旋转停止 后，使所述各旋翼向所述退避姿势倾斜移动的步骤。这样的方法能够产生与上面所述相同 的作用。也可以所述迎风型风车形成在使所述各旋翼倾斜移动的步骤之后使在所述多个 旋翼上作用的风负荷的合力中心处于所述支柱的轴心的下风侧的结构。利用这样的方法， 基于旋翼处于退避姿势的状态下作用于多个旋翼的风负荷，引擎机舱和转子能够像方向标 那样自动偏航旋转，使得转子的前端侧正对上风侧。因此在处于退避姿势的状态下，能够在 没有馈电系统或电池等辅助电源提供电力的情况下使旋翼保持迎风姿势。
也可以所述迎风型风车具备对所述引擎机舱的偏航旋转进行制动的偏航旋转制 动手段，还具备在使各旋翼倾斜移动的步骤之后，将所述偏航旋转制动手段进行的制动加 以解除的步骤。利用这样的方法，在旋翼处于退避姿势的状态下，引擎机舱和转子依靠作用 于旋翼上的风负荷平滑地偏航旋转。本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照附图对下述理想的实施形态 进行的详细说明中能够清楚了解到。如果采用本发明的迎风型风车及其运行方法，则能够防止旋翼与支柱相互妨碍， 而且能够使旋翼向下风侧倾斜移动。此外，旋翼在倾斜移动的状态下能够自动保持迎风姿势。
图1是本发明第1实施形态的迎风型风车的正视图。图2是图1所示的迎风型风车的侧面图。图3是表示图1所示的迎风型风车的偏航旋转驱动装置的剖面图。图4是将图2的要部放大表示的迎风型风车的部分侧面图。图5是将图1的要部放大表示的迎风型风车的部分正视图。图6是将图2的要部放大而且对其一部分进行透视表示的迎风型风车的部分侧面 图。图7是说明图6所示的倾斜移动驱动手段的油压电路图。图8是表示图1所示的迎风型风车的控制系统的结构的方框图。图9是说明使图1所示的迎风型风车的叶片处于退避姿势时由于叶片的自重引发 的力矩用的说明图。
图10是是将本发明第2实施形态的迎风型风车的要部放大表示的迎风型风车的 部分侧面图。图11是将图10所示的迎风型风车的要部放大表示的迎风型风车的部分正视图。图12是表示本发明第3实施形态的迎风型风车的倾斜移动连结机构的侧面图。图13是表示本发明第4实施形态的迎风型风车的倾斜移动连结机构的侧面图。图14是表示图13所示的迎风型风车的倾斜移动驱动手段的油压电路图。图15是表示本发明第5实施形态的迎风型风车的倾斜移动连结机构的侧面图。图16是图15的倾斜移动连结机构的正视图。 图17是表示图15所示的迎风型风车的倾斜移动驱动手段的油压电路图。符号说明UlA迎风型风车2支柱3、3A引擎机舱(nacelie)4转子5旋翼叶毂6旋翼7间距调整机构15、70、80、90、190 倾斜移动连结机构18旋转停止装置19偏航旋转驱动机构24偏航旋转制动装置32转子制动装置33旋转相位检测用电磁检测头(pick up)37发电机40倾斜移动驱动装置4041、41A、93 油压紅45油路46油路47可变油门49电磁开闭阀51、101电磁方向切换阀53、105油压泵60风速计62控制单元
具体实施例方式下面根据附图对实施本发明的最佳形态进行说明。如图1和图2所示，本发明第1实施形态的迎风型风车1具备铅直姿势的支柱2。 在支柱2的上端部水平旋转自如地附设箱状的引擎机舱3，在引擎机舱3中旋转自如地附设转子4。转子4具有配设于其中心部的旋翼叶毂5和附设于旋翼叶毂5，在大致铅直的工作 面内能够旋转的三个旋翼6。如图3所示，在支柱2与引擎机舱3之间设置偏航旋转驱动装置19。偏航旋转驱 动装置19具有偏航旋转驱动电动机21、小齿轮22、径向轴承23、环状构件23b以及偏航旋 转自动装置24。偏航旋转驱动电动机21固定于引擎机舱3的内部的底壁上，其输出轴21a向引擎 机舱3的下方突出。在输出轴21a上安装着小齿轮22。径向轴承23形成环状。在径向轴 承23的内周部设置内环23a，该内环23a用螺杆27固定于引擎机舱3。环状构件23b与设 置于径向轴承23的外周侧的外环形成一体，用螺杆28固定于支柱2的上端部。环状构件 23b的外周部上形成与小齿轮22啮合的齿轮。偏航旋转驱动电动机21驱动时，偏航旋转驱动电动机21的驱动力被传递到小齿 轮22，小齿轮22在环状构件23b外周侧公转。借助于此，相对于支柱2，引擎机舱3进行偏 航旋转。偏航旋转驱动电动机21如下所述根据方向驱动，形成使转子4(参照图2)的前端 侧正对上风方向(图2中箭头所示方向)，旋翼6(参照图2)向着上风侧地，引擎机舱3进 行偏航旋转的结构。偏航旋转制动装置24具有环状的制动板25、以及多个圆弧状的制动构件26。制动构件26形成断面为U字形的构件，固定于引擎机舱3的外底部，在制动构件25的上壁部 和下壁部的内表面上设置上下成对的制动垫块26a。制动板25用上述螺杆28固定于环状 构件23b以及支柱2的上端部，其内周部的一部分位于一对制动垫块26a之间。利用该偏 航旋转制动装置24，内装于制动构件26的致动器(未图示)驱动时，制动构件26的下壁部 上升，上下制动垫块26a将制动板25夹入其中。借助于此，对引擎机舱3的偏航旋转发生 制动力。如图4和图5所示，转子4的旋翼叶毂5被安装于引擎机舱3的前端部，旋翼叶毂 5的外周部上，如下所述，通过3个枢轴支承支架14以及基端构件9可倾斜移动地支持着各 旋翼6的基端侧部分。各旋翼6的基端侧与基端构件9之间设置间距角调整装置7，该间距 角调整装置7具备间距调整用电动机8。该间距调整用电动机8—旦驱动，各旋翼6以其轴 心为中心转动，各旋翼6的间距角得以调整。如图6所示，在引擎机舱3的内部，通过两个轴承34可旋转地支持着转子4的主 轴30。主轴30的前端部形成锷部30a，在该锷部30a上连结旋翼叶毂5，主轴30与旋翼叶 毂5形成一整体旋转。主轴30的后端成为齿轮箱39的输入轴。齿轮箱39的输出轴39a 上，通过联接器(Coupling) 36连接着发电机37的输入轴38。因此旋翼6—旦旋转，其旋转 驱动力就通过旋翼叶毂5、主轴30、齿轮箱39、以及联接器36输入到发电机37。发电机37 基于被输入的转子4的旋转驱动力进行发电。在齿轮箱39的输出轴39a上设置转子制动装置32。该转子制动装置32—旦工 作，输出轴39a就被制动，能够使转子4的旋转停止。在齿轮箱39的后端，设置连接通往下述油压缸41的油路用的旋转接头35，该旋转 接头35的后端形成具有齿轮齿那样的凹凸的环状被检测部(未图示)。在引擎机舱3的内 部，在从后方邻近该环状被检测部的位置上，设置检测转子4的旋转相位角的电磁检测头 (pick up)33。又在引擎机舱3的后端部的上表面设置检测风速的风速计60和检测风向的风向计61。下面对各旋翼6能够在通常姿势与退避姿势间倾斜启动地将各旋翼6的基端侧部 分连结于旋翼叶毂5的倾斜移动连结机构15和与该倾斜移动连结机构15协同动作切换旋 翼6的姿势用的倾斜移动驱动装置40进行说明。如图6所示，倾斜移动连结机构15具备上述枢轴支承支架14以及基端构件9、枢 轴支承销10、辊11、销子12、卡合构件13。在旋翼叶毂5的外周部辐射状设置3组枢轴支 承支架14，各基端构件9通过枢轴支承销10可旋转地支持于对应的枢轴支承支架14。基 端构件9的基端部位于旋翼叶毂5的内部，在该基端部上，通过销子12可旋转地支持着辊 11。在旋翼叶毂5的内部设置形成环状槽的卡合构件13，在该环状槽中可旋转地卡合辊11。 倾斜移动驱动装置40具备安装于主轴30的前部的油压缸41，该油压缸41的活塞杆42的 前端部设置卡合构件13。
活塞杆42向前方进出油压缸41伸长时，卡合构件13向前方移动，辊11通过环状 槽内向上方转动并且一边向前方移动。因此通过基端构件9和间距角调整装置7连结于辊 11的旋翼6，以枢轴支承销10为中心，在从位于大致铅直的工作面内的通常姿势(参照图 6中的实线)到相对于该通常姿势向下风侧倾斜移动的退避姿势(参照图中的2点锁线) 的规定角度α的范围内倾斜移动。油压缸41收缩时，旋翼在从退避姿势到通常姿势的角 度范围内倾斜移动。回到图4中，在旋翼6形成该通常姿势的状态下，旋翼6旋转的工作面与引擎机舱 3的轴心大概垂直。更详细地说，引擎机舱3的轴心3a相对于水平方向倾斜规定角度β (例 如4° )，使得上风侧向上，旋翼6旋转的工作面相对于铅直面大致倾斜该角度β。如图7所示，倾斜移动驱动装置40具有上述油压缸41、油路45、46、56、57、连接油 路48、电磁开闭阀49、可变油门47、电磁方向切换阀51、以及油压供给装置52。油压供给装 置52具有油压泵53、以及驱动油压泵53的泵驱动电动机54。油压缸41是反复连续移动 型油压缸。具有一对活塞侧油室43以及杆侧油室44。油压泵53排出的加压油被提供给油 室43、44，以此使油压缸41伸缩。引导油压泵53排出的加压油的油路56连接于电磁方向切换阀51的P端口。电 磁方向切换阀51的A端口上通过油路46连接着活塞侧油室43，Β端口通过油路45连接着 杆侧油室44。电磁方向切换阀51的T端口通过油路57与储油器52连通。电磁方向切换阀51是3位置切换阀，具有2个螺线管5la、5lb。2个螺线管51a、 51b未通电时，电磁方向切换阀51保持于将A和B端口加以阻塞的遮断位置。螺线管51a 一旦通电，电磁方向切换阀51保持于P端口与A端口连通，T端口与B端口连通的右位置。 这时油压泵53提供的加压油被提供给活塞侧油室43，活塞杆42进出，油压缸41伸长。螺 线管51b通电时，电磁方向切换阀51保持于使P端口与B端口连通，T端口与A端口连通 的左位置。这时，油压泵53来的加压油被提供给杆侧油室44，活塞杆42退入油压缸41收 缩。这样利用电磁方向切换阀51可以用简单的结构实现对于油压缸41的油压供给控制。连接油路48将油路45、46加以连接，该连接油路48上设置电磁开闭阀49。电磁 开闭阀49是通常保持在将连接油路48打开的开放位置的常开阀。电磁开闭阀49的螺线 管49a —旦通电，电磁开闭阀49就顶着弹簧49b的弹力动作，保持在切断连接油路48的关 闭位置。在油路46上，在相对于连接油路48靠油压缸41 一侧设置可变油门47，在油路46上连接蓄压器(Accumulator) 55，该蓄压器55是用于补偿油室43、44之间的容积差用的小
容量蓄压器。如图8所示，风车具备掌管对其整体进行控制的控制单元62。控制单元62具有 包含CPU、ROM、RAM的微机、以及通过数据总线等连接于该微机的输入输出接口 I/O等在输 入接口上电气连接风速计60、风向计61、电池检测头33等。在输出接口上设置偏航旋转驱 动电动机21、偏航旋转制动装置24、间距调整用电动机8、转子制动装置32、泵驱动电动机 54、电磁方向切换阀51、电磁开闭阀49、发电机37以及分别驱动其相关设备等用的多个驱 动电路。下面根据图6 图8对风车1的动作进行说明。控制单元62判断风速计60检测 出的风速是否超过预先设定的风速(例如切出(cut out)风速)。判定为风速小于该规定 风速时，使油压缸41收缩，使旋翼6采取通常姿势进行通常运行。在通常运行时除了缸41 收缩以外，还停止对电磁方向切换阀51的螺线管51a、51b通电，将电磁方向切换阀51保持 于切断位置，对电磁开闭阀49的螺线管49a通电，将电磁开闭阀49保持于闭锁位置。又， 根据风向计61检测出的风向使偏航转动驱动电动机21动作，使引擎机舱3偏航转动以使 旋翼6向着上风一侧。以此使旋翼6利用风力等旋转，用转子4的旋转驱动力使发电机37 发电。偏航旋转驱动电动机21工作时，控制单元62使偏航转动制动装置2 4停止工作，允许 引擎机舱3偏航转动，不使偏航转动驱动电动机21工作时，使偏航转动制动装置24工作， 对引擎机舱3的偏航转动进行制动，以保持引擎机舱3的水平旋转位置。控制单元62判定为风速超过规定风速时，将旋翼6从通常姿势切换到退避姿势。 控制单元62首先根据电磁检测头33检测出的转动相位信号，使三个旋翼6与支柱2不相 互妨碍地使转子4停止在能够向下风侧的退避姿势倾斜移动的规定旋转位置上。该规定旋 转位置是在转子4的旋转轴方向上看时旋翼6与支柱2不重叠的旋转位置，例如图1所示 的位置等。使该转子4的旋转停止时，控制单元62首先根据从电磁检测头33接收的旋转相 位信号检测上述规定旋转位置。接着使3个间距调整用电动机8工作，将各旋翼6的间距 角向增加的一侧调整，使作用于旋翼6的旋转方向的空气阻力增大，使旋翼6的旋转速度降 低。接着使转子制动装置32工作对转子4进行制动，根据电磁检测头33检测出的旋转相 位信号使3个旋翼6停止在规定旋转位置上。也可以将3个旋翼6的间距角向减少的一侧 调整，使转子4的旋转停止。由于这样根据来自电磁检测头33信号检测上述规定旋转位置，因此即使是在强 风时也能够使转子4可靠地停止在规定的旋转位置上。又，作为使转子4的旋转停止用的 旋转停止装置18，该风车1不仅具备转子制动装置32，而且具备3个间距角调整装置7。因 此能够可靠地使转子4迅速停止旋转。而且由于采取利用3个间距角调整装置7降低转子 4的旋转速度，其后利用转子控制装置32对转子4进行制动的步骤，不对转子控制装置32 施加过大的负荷就能够使转子4停止。这样在风速超过规定风速时使转子4停止，因此能 够防止在强风时转子4以过大的速度旋转，能够防止发电机37受到破坏。在该转子4停止后，控制单元62使倾斜移动驱动装置40工作，使3个旋翼6向退 避姿势倾斜移动。这时，控制单元62停止对电磁开闭阀49的螺线管49a通电，将电磁开闭 阀49保持在打开的位置，维持停止对电磁方向切换阀51的螺线管51a、51b通电的状态，将电磁方向切换阀51保持于切断位置。在这样的阀49、51的状态下，杆侧油室44通过油路45、连接油路48、油路46与活 塞侧油室43连通，两油室43、44与油压泵53和储油器52都断开。因此，基于作用于旋翼 6的风负荷和自重，杆侧油室44内的加压油流向活塞侧油室43，油压缸41伸长，活塞杆42 向前方进出。这样，利用倾斜移动驱动装置40的阀49、51的动作，各旋翼6基于作用于旋 翼6的风负荷以及自重向退避姿势倾斜移动。这时控制单元62继续进行转子制动装置32 的工作，转子4维持在上述规定旋转位置停止的状态，在该倾斜移动时旋翼6与支柱2不会 互相妨碍造成损坏。又在油路46上设置可变油门47，因此缸侧油室44与活塞侧油室43之间流动的油 量受到限制，油压缸41的工作速度受到限制。因此能够将旋翼6的倾斜移动速度限制于低 速度，能够防止旋翼6的损坏。在旋翼6处于退避姿势的状态下，作用于旋翼6的风负荷的合力中心G(参照图2)处于支柱2的轴心的下风侧。因此在强风时借助于作用在3个旋翼6上的风负荷，引擎机 舱3能够自动正确地偏航转动使转子4的前端部正对上风一侧，引擎机舱3和转子4自动 地保持迎风姿势。在这一状态下，控制单元62解除偏航转动制动装置24的工作，允许引擎 机舱3偏航旋转，引擎机舱3能够顺利地自动偏航旋转。如图9所示，使旋翼6处于退避姿势时，由于旋翼6的自重，在各旋翼6a、6b、6c发 生力矩Ma、Mb、Mc。将向上的旋翼(参照图1)记为6a、向下的两片旋翼(也参照图1)记为 6b、6c、旋翼6的质量记为m、重力加速度记为g、从枢轴支承销10到各旋翼6的重心的距离 记为R、倾斜移动姿势相对于通常姿势的倾斜角记为α、引擎机舱3的轴心相对于水平方向 的倾斜角记为β，自重作用于旋翼6的力矩记为Ma、Mb、Mc。倾斜角β 为 0 的情况下，Ma = R .mg .sina，Mb = Mc =-R .Mg .sina .sin30° =-(1/2)Ma。Ma是要使旋翼6a闭合的力矩，Mb、Mc是要使旋翼6b、6c打开的力矩。根据 这些关系，在倾斜角β为0的情况下，倾斜移动连结机构和倾斜移动驱动装置如上所述具 备使各旋翼6连动用的结构和油压电路，由于形成这样的结构，要使旋翼6a闭合的力矩与 要使旋翼6b、6c打开的力矩处于平衡状态。在现实的情况下，倾斜角β如上所述不为0，引擎机舱3的轴心相对于水平方向 倾斜，转子4的安装侧向上。在这种情况下，要使6a翼闭合的力矩Ma相应于倾斜角β的 增加而增加，要使旋翼6b、6c打开的力矩Mb、Mc相应于倾斜角β的增加而减少。因此，于 所述构成倾斜移动连结机构和倾斜移动驱动装置，上述平衡遭到破坏，要使旋翼6a闭合的 力矩胜过要使旋翼6b、6c打开的力矩。也就是说，旋翼6由于自重趋向于整体上关闭。这 样，在本实施形态中，由于各旋翼6的自重，实现了向退避姿势的倾斜移动，又，处于退避姿 势的各旋翼6自己保持该姿势。如果采用以上说明的本实施形态的迎风型风车1，风速达到规定风速以上时，就使 旋翼6倾斜移动到退避姿势。其结果是，在强风时能够大大减少作用于3个旋翼6的风负 荷，能够提高风车1的耐风压性能，能够防止风车1受到破坏。这样减少作用于旋翼6的风 负荷时，风车的设计条件可以降低要求，支柱2的刚性和强度不必比以往要求更严格，能够 降低风车1的制作成本。还有，上述结构在发生停电的情况下的动作上也是有利的。也就是说，电磁开闭阀49是常开阀，电磁方向切换阀51在螺线管51a、51b不通电的状态下保持断开位置。因此在 停电时电磁开闭阀49保持于开放位置，电磁方向切换阀51保持于断开位置。从而，在停电 时不需要用电池等辅助电源，利用作用于旋翼1的风负荷和自重使油压缸41工作，能够使 3个旋翼6切换到退避姿势。又，在旋翼6处于退避姿势的状态下，借助于风负荷自动保持 迎风姿势。从而，在停电时能够不使用电池等辅助电源，使引擎机舱3和转子4的姿势根据 风向改变。下面对本发明第2实施形态的迎风型风车IA进行说明。但是对与第1实施形态 相同的结构要素标以相同的参考符号并省略其说明，只对不同的结构要素进行说明。如图10、图11所示，倾斜移动连结机构70具有3个枢轴支承支架69、3个旋翼6 的基端构件71、以及3个枢轴支承销72。各枢轴支承支架69辐射状设置于旋翼叶毂5的 外周部，各基端构件71与对应的旋翼6的基端侧部分连结。枢轴支承支架69和基端构件 71上分别形成插通孔，枢轴支承销72插通该插通孔，固定于基端构件71。这样，基端构件 71可与枢轴支承销72成一整体旋转地支持于枢轴支持支架69。倾斜移动驱动装置具备设 置于各枢轴支承支架69的3个倾斜移动驱动电动机73。各倾斜移动驱动电动机73的输出 轴上分别固定枢轴支承销72。从而，一旦控制单元62将各倾斜移动驱动电动机73驱动，基 端构件71就和枢轴支承销72 —起旋转，3个旋翼6在图10的实线所示的通常姿势与图10 中2点锁线所示的退避姿势之间倾斜移动。
但是，在高于规定风速的强风时，也可以一边利用倾斜移动驱动电动机73进行制 动，一边利用风负荷使旋翼6减速向退避姿势倾斜移动。又可以利用倾斜移动驱动电动机 73从退避姿势切换到通常姿势。这种迎风型风车1A，也可以得到与第1实施形态的风车1 大致相同的作用效果，但是倾斜移动连结机构以及倾斜移动驱动装置的结构变得简单，与 第1实施形态相比，能够降低风车的制作成本。下面根据图12对本发明第3实施形态的迎风型风车进行说明。但是对与上述实 施形态相同的结构要素标以相同的符号并省略其说明，只对不同的结构要素进行说明。还 有，在图12中只图示处于最上位位置的旋翼6用的倾斜移动连结机构80，其他倾斜移动连 结机构也具有同样的结构。如图12所示，倾斜移动连结机构80具有Y型构件81、旋翼6的基端构件85、环状 构件83、一对腕部87、枢轴支承销82、84、86。一对腕部87与主轴30A成一整体设置，从主 轴30A的前端突出。在该一对腕部87上，通过枢轴支承销86可旋转地支持旋翼6的基端 构件85。基端构件85的基端部上，通过枢轴支承销84可旋转地连结环状构件83的一端 部，环状构件83的另一端部通过枢轴支承销82可旋转地连接于Y型构件81的端部构件中 的一个。Y型构件81固定于主轴30A上附设的油压缸41A的活塞杆42A的前端部。在油压缸41A收缩的状态下，旋翼6处于图12的实线所示的通常姿势。油压缸 41A的活塞42A向前方前进时，如图12中2点锁线所示，通过环状构件83，基端构件85以 枢轴支承销86为中心倾斜移动，旋翼6被切换到退避姿势。下面根据图13、图14对本发明第4实施形态的迎风型风车1进行说明。但是， 对与上述实施形态相同的结构要素标以相同的符号并省略其说明，只对不同的结构进行说 明。在该迎风型风车中，倾斜移动连结机构90与倾斜移动驱动装置的结构不同于第1实施 形态，形成通过用各旋翼6上装备的3个反复连续移动型油压缸93倾斜移动，将三个旋翼6分别切换到退避姿势的结构。还有，在图13中，只图示出位于最上位置的旋翼6用的倾斜 移动连结机构90，其他倾斜移动连结机构也具有同样的结构。倾斜移动连结机构90具有一对连结构件91、枢轴支承销92、油压缸93、旋翼6的 基端构件96、枢轴支承销95、97、一对腕部98。一对腕部98和一对连结构件91与主体30B 成一整体构成。一对腕部98上通过枢轴支承销97可旋转自如地支持着旋翼6的基端构件 96。一对连结构件91相对于一对腕部98设置于主轴的内径一侧，该一对连结构件91上， 通过枢轴支承销92可旋转自如地连接着油压缸93的头部。油压缸93的活塞94的前端部 通过枢轴支承销95可选择自如地连结于基端构件96的基端部。如图13的2点锁线所示，油压缸93的活塞杆94向前方前进，油压缸93以枢轴支 承销92为中心向上方旋转，同时旋翼6与基端构件96以枢轴支承销97为中心倾斜移动， 旋翼6被切换到退避姿势。
如图14所示，倾斜移动驱动装置具备3个油压缸93、1个油压泵105以及同步动 作电路部100。在图14中，93a、93b、93c是与上述旋翼6a、6b、6c对应的油压缸，ap、bp、cp 是油压缸93a、93b、93c的往动油室，ar、br、cr是油压缸93a、93b、93c的复动油室。同步动 作电路部100利用作用于3个旋翼6a、6b、6c的风负荷和自重使3个油压缸93a、93b、93c 动作，将3个旋翼6a、6b、6c同步地切换到退避姿势。 带电动机106的油压泵105，其排出口连结于电磁方向切换阀101的P端口，其吸 入口连结于T端口。电磁方向切换阀101的A端口通过油路107A连结于油室ap，B端口通 过油路107B连结于油室br。油路107A与油路107B通过旁路油路107c相互连结，在该旁 路油路上设置电磁开闭阀102a。也就是说，对油路107A、107B并列连结电磁开闭阀102a和 电磁方向切换阀101。又，在油路107B上对与旁通油路107C的节点在油室br —侧设置可 变油门103a。油室ar通过油路109连结于油室cp，油室cr通过油路108连结于油室bp。 油路109上设置电磁开闭阀102c和可变油门103c，油路108上设置电磁开闭阀102b和可 变油门103b。还有，电磁方向切换阀101与图7所示的电磁方向切换阀51相同，电磁开闭 阀102a、102b、102c与图7所示的电磁开闭阀49相同。又在油路107B上，在油室br附近 连结蓄压器104b，在油路108上，在油室cr附近连结蓄压器104c，在油路109上，在油室ar 附近连结蓄压器104a。这些蓄压器104a、104b、104c是用于补偿往动油室ap、bp、cp与复 动油室ar、br、cr之间的容积差的，容量比较小。在强风发生时将旋翼6a 6c切换到退避姿势时，使电磁方向切换阀101处于遮 断位置，使全部电磁开闭阀102a、102b、102c处于开阀状态。于是，由于作用于旋翼6a、6b、 6c的风负荷和图9所示的力矩Ma、Mb、Mc的作用，旋翼6a、6b、6c开始倾斜移动，油室ar内 的加压油通过油路109，流入油室cp，油室cr内的加压油通过油路108流入油室bp，油室 br内的加压油通过油路107B、旁通油路107C以及油路107A流入油室ap。因此，3个旋翼 6a.6b.6c自动地同步倾斜移动切换到退避姿势。也就是说，力矩Ma相当于抵消力矩Mb、 Mc0但是由于可变油门103a、103b、103c对流过油路107A、107B、107C、108、109油流量加以 限制，所以3个油压缸93a、93b、93c的工作速度受到限制，3个旋翼6a、6b、6c以低速倾斜移 动。还有，该动作在停电状态下也同样发生。在强风停止时将旋翼6a、6b、6c切换到通常姿势时，只关闭一个电磁开闭阀102a， 其余的两个开闭阀102b、102c处于打开状态，将电磁方向切换阀101的螺线管IOla断开，将螺线管101b接通，利用电动机106驱动油压泵105时，油室ap的油流入油室br，油室bp 的油流入油室cr，油室cp的油流入油室ar，因此3个油压缸93a、93b、93c受到驱动，使活 塞杆退入，3个旋翼6a、6b、6c被切换为通常姿势。还有，通过油压泵105和电磁方向切换阀 101实施与上面所述相反的动作，也能够使3个旋翼6a、6b、6c切换到退避姿势。下面根据图15 图17对本发明第5实施形态的迎风型风车1进行说明。但是 对与上述实施形态相同结构的要素标以相同的符号并省略其说明，只对不同的结构进行说 明。该迎风型风车的倾斜移动连结机构190，其腕部198的形状和油压缸193的形式不同于 第4实施形态。如图15和图16所示，腕部198形成在圆筒状构件上有3组枢轴支承支架伸出的 形状。由于形成在圆筒状的构件上有枢轴支持支架伸出的形状，能够谋求腕部198的轻量 化，能够降低制作成本。又如图15和图17所示，3个油压缸193a、193b、193c分别形成具 有2支杆194、199(参照图15)的双杆油压缸。借助于此，消除了图17所示的复动油室ap、 bp、cp与复动油室ar、br、cr的容积差，3个油压缸193a、193b、193c的杆的进退位置一致， 能够容易地使3个旋翼6a、6b、6c的倾斜移动角度一致。下面对将上述实施形态部分改变的变更例进行说明，装备于迎风型风车1的旋翼 6不限于3个，只要是2个以上即可。又，判定为超过预先设定的风速时，也可以只将装备中 的一部分旋翼6切换到退避姿势而不是将装备的全部旋翼6切换到退避姿势。又，也可以 将包含基端构件的旋翼6从位于动作面内的通常姿势切换为在旋翼6与引擎机舱3大致平 行的平行姿势范围内倾斜移动与风速相应的角度的退避姿势。也可以预先设定切出风速以外的风速，根据设定的风速将各旋翼6切换到退避姿 势，也可以在第1油路45上装入可变油门47代替在第2油路46上装入可变油门47。也可以在使3个旋翼6切换到退避姿势的状态下利用控制单元62使偏航旋转制 动装置24动作，对引擎机舱3、3A的偏航旋转进行制动。在这种情况下，根据风向计61检 测出的风向利用控制单元62驱动偏航旋转驱动电动机21，使引擎机舱3、3A偏航旋转，以使 旋翼叶毂5的前端正对来风。根据上面所述，对于本行业的普通技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施 形态已经能够充分了解。从而，上述说明只应该解释为例示，是以对本行业的普通技术人员 示教执行本发明的最佳形态为目的而提供的。在不脱离本发明精神的条件下其结构和/或 功能的细节可以有实质性变更。
权利要求
一种迎风型风车，具备可水平旋转地附设于支柱的引擎机舱、可在一方向转动地附设于该引擎机舱的转子、配设于该转子的中心部，构成该转子的一部分的旋翼叶毂、附设于该旋翼叶毂，构成所述转子的一部分，在大致铅直的工作面内在一方向旋转的多个旋翼、以及使所述引擎机舱偏航旋转以使所述旋翼向上风侧的偏航旋转驱动装置，其特征在于，具备能够在所述各旋翼位于所述工作面内的通常姿势与相对于该通常姿势向下风侧倾斜移动的退避姿势之间倾斜移动地将所述各旋翼的基端侧部分连结于所述旋翼叶毂的倾斜移动连结机构、与该倾斜移动连结机构协同动作，切换所述各旋翼的姿势的倾斜移动驱动手段、使各转子的旋转停止用的旋转停止手段、以及将所述各旋翼切换到所述退避姿势时，在能够使所述旋转停止手段工作，在所述旋翼与所述支柱不相互妨碍地倾斜移动的规定的旋转位置使所述转子停止，在该转子旋转停止后，使所述倾斜移动驱动手段工作，使所述旋翼向所述退避姿势倾斜移动的控制手段。
2.根据权利要求1所述的迎风型风车，其特征在于，具备检测风速的风速检测手段，所述控制手段在判定所述风速检测手段检测出的风速在规定的风速以上时，使将所述 各旋翼切换到所述退避姿势的控制开始。
3.根据权利要求1或2所述的迎风型风车，其特征在于，具备检测所述转子的旋转相位的旋转相位检测手段，所述控制手段在使所述转子停止旋转时，根据所述旋转相位检测手段检测出的旋转相 位检测所述规定旋转位置，使所述旋转停止手段动作。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，所述旋转停止手段包含所述各旋翼的间距角调整手段、以及对所述转子进行制动的转 子制动手段。
5.根据权利要求4所述的迎风型风车，其特征在于，所述控制手段在使所述转子旋转 停止时使所述各间距角调整手段工作，对所述各旋翼的间距角进行调整，使所述各旋翼的 旋转速度降低，其后使所述转子制动手段工作对所述转子进行制动，使所述转子停止旋转。
6.根据权利要求1 5中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，所述控制手段在使 所述旋翼向所述退避姿势倾斜移动时，使所述倾斜移动驱动手段工作，根据作用于所述旋 翼上的风负荷与自重使所述旋翼倾斜移动。
7.根据权利要求1 6中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，在所述各旋翼处于 所述退避姿势的状态下，作用在所述多个旋翼上的风负荷的合力中心位于所述支柱的轴心 的下风侧。
8.根据权利要求1 7中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，具备对引擎机舱的偏航旋转进行制动的偏航旋转制动手段，所述控制手段在所述各旋 翼处于所述退避姿势的状态下，将所述偏航旋转制动手段进行的制动加以解除。
9.根据权利要求1 8中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，所述倾斜移动驱动 手段具备借助于伸缩使所述多个旋翼移动的一个反复连续移动型油压缸、连结于该油压缸的一对油室的第1油路和第2油路、 连结该第1油路和第2油路的连结油路、以及 设置于该连结油路上的电磁开闭阀。
10.根据权利要求9所述的迎风型风车，其特征在于，所述电磁开闭阀为常开阀。
11.根据权利要求10所述的迎风型风车，其特征在于，所述倾斜移动驱动手段具备设 置于所述第1油路或所述第2油路的可变油门。
12.根据权利要求9 11中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，所述倾斜移动驱动手段具备提供加压油的油压供给装置、以及连结于该油压供给装置 的电磁方向切换阀，该电磁方向切换阀上连结所述第1油路和所述第2油路。
13.根据权利要求1 8中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于， 所述倾斜移动驱动手段具备借助于伸缩使对应的所述旋翼倾斜移动的多个反复连续移动型油压缸、以及 利用作用于所述各旋翼的风负荷和自重，使所述多个油压缸动作，使得所述各旋翼同 步地切换到所述退避姿势用的同步工作手段。
14.根据权利要求13所述的迎风型风车，其特征在于，所述倾斜移动驱动手段具备提 供加压油的油压泵、以及设置于该油压泵与所述同步工作手段之间的电磁方向切换阀。
15.根据权利要求1 14中的任一项所述的迎风型风车，其特征在于，具备基于所述转 子的旋转驱动力发电的发电机。
16.一种迎风型风车的运行方法，是具备可水平旋转地附设于支柱的引擎机舱、可在一 方向旋转地附设于该引擎机舱的转子、配设于该转子的中心部，构成该转子的一部分的旋 翼叶毂、附设于该旋翼叶毂，构成所述转子的一部分，在大致铅直的工作面内在一方向旋转 的多个旋翼，以及使所述引擎机舱偏航旋转以使所述各旋翼向上风侧用的偏航旋转驱动装 置，能够在所述各旋翼位于所述工作面内的通常姿势与相对于该通常姿势向下风侧倾斜 移动的退避姿势之间倾斜移动地将所述各旋翼的基端侧部分连结于所述旋翼叶毂的迎风 型风车的运行方法，其特征在于，具备使所述转子停止于能够使所述各旋翼与所述支柱不相互妨碍地向下风侧倾斜移动的 规定的旋转位置的步骤、以及使所述转子旋转停止后，使所述各旋翼向所述退避姿势倾斜移动的步骤。
17.根据权利要求16所述的迎风型风车的运行方法，其特征在于，所述迎风型风车形 成在使所述各旋翼倾斜移动的步骤之后使在所述多个旋翼上作用的风负荷的合力中心处 于所述支柱的轴心的下风侧的结构。
18.根据权利要求16或17所述的迎风型风车的运行方法，其特征在于，所述迎风型风车具备对所述引擎机舱的偏航旋转进行制动的偏航旋转制动手段， 还具备在使各旋翼倾斜移动的步骤之后，将所述偏航旋转制动手段进行的制动加以解 除的步骤。
全文摘要
本发明的迎风型风车(1)，具备倾斜移动连结机构(15)、倾斜移动驱动手段(40)、以及旋转停止手段(18)。倾斜移动连结机构(15)能够在通常姿势与相对于该通常姿势向下风侧倾斜移动的退避姿势之间使旋翼(6)倾斜移动地将各旋翼(6)的基端侧部分连结于旋翼叶毂(5)，倾斜移动驱动手段(40)与该倾斜移动连结机构(15)协同动作，切换各旋翼(6)的姿势。旋转停止手段(18)使转子(4)的旋转停止。将各旋翼(6)切换到退避姿势时，在能够使旋转停止手段(18)工作，在旋翼(6)与支柱(2)不相互妨碍地使其倾斜移动的规定旋转位置上使转子(4)停止，在该转子(4)旋转停止后，使倾斜移动驱动手段(15)工作，使各旋翼(6)向退避姿势倾斜移动。
文档编号F03D11/00GK101868621SQ20088011741
公开日2010年10月20日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年12月28日
发明者森本正史 申请人:川崎重工业株式会社