(57)【要約】【課題】  突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められるウィンドファームを提供【解決手段】  支柱(11)と、その支柱(11)に固定されたナセル(12)と、  そのナセル(12)に固定された複数枚のブレード(13,13,13)と、  そのブレード(13,13,13)の角度を制御するブレード角度制御装置(20)と、を備えた風量発電装置(10)であって、  風圧を検知可能な圧力センサ(30)を備え、  前記ブレード角度制御装置(20)は、その圧力センサ(30)が計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレード(13,13,13)の角度を変更することとした。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱と、その支柱に固定されたナセルと、  そのナセルに固定された複数枚のブレードと、  そのブレードの角度を制御するブレード角度制御装置と、を備えた風量発電装置であって、
風圧を検知可能な圧力センサを備え、
前記ブレード角度制御装置は、その圧力センサが計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレードの角度を変更することとした風力発電装置。
【請求項２】
前記圧力センサとは別に、静圧を測定する静圧力センサを備え、
前記ブレード角度制御装置は、圧力センサと静圧力センサとから算出する圧力差が所定以上の値である場合にも、ブレード角度を変更することとした請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記圧力センサは、各ブレードの中央側端部に位置するロータヘッドに、風上へ向く貫通孔を設け、
その貫通孔内に設置することとした請求項１または請求項２のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記圧力センサは、風力発電装置近傍に設置した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記圧力センサが計測した値を時間微分し、前記ブレード角度制御装置は、その圧力センサが計測した時間微分した値が所定以上の値である場合に、ブレード角度を変更することとした請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の風力発電装置を複数備えたウィンドファーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置に関する。特に、突風を原因とするブレードの破損を未然に防ぐ確率を高めた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電装置における突風を原因とするブレード破損を回避するための技術は、ブレードの強度を強化したり、強風時に運転を停止させたりする技術を組み合わせたりして対応していた。より具体的には、風速計にて風速を計測し、所定以上の風速を計測したらブレード角度を制御して風を逃がし、ブレードの破損を防ぐようにしている。
なお、風速を計測する風速計には、三杯式流速計が一般的に用いられるが、超音波式流速計の採用も理論的には可能である。
【０００３】
突風を原因とするブレード破損は、運転時のみならず停止時にも発生する。例えば、特許文献１に記載された技術は、停電時や設定風速以上となったときに、ナセルを任意の旋回一で保持された状態から自由に旋回させることができるようにしたものである。これによって、ブレードの破損を未然に防止しようというものである。
【０００４】
別の発想による技術としては、たとえば特許文献２に記載された技術がある。この特許文献１は、破損しやすいブレードの先端を、あえて破損しやすく形成すること、および破損した先端を修繕しやすくする、という技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０７４１０号公報
【特許文献２】特開２００７−４６５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、風力発電装置を取り巻く流体（空気）が急激に変化した場合、すなわち突風が生じた場合、ブレード角度変更にフィードバックする方式では、ブレード角度の変更が間に合わず、ブレードに損傷を来す場合がある。
突風の場合に問題となるのは、風速のみならず風による加速度であり、その加速度の測定および加速度の測定結果をブレード角度の制御にフィードバックする方式を採用していないからである。
【０００７】
通常の三杯式流速計では、速度の反応時間すなわち時定数が機械的な機構上大きいため、加速度の計測をする機構とはなっていない。また、加速度を計測可能な超音波式流速計は、高価であることを理由に採用されていない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる技術を提供することを目的とする。
第一の発明の目的は、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる風力発電装置を提供することにある。
第二の発明の目的は、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められるウィンドファームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（第一の発明）
本願の第一の発明は、支柱(11)と、その支柱(11)に固定されたナセル(12)と、  そのナセル(12)に固定された複数枚のブレード(13,13,13)と、  そのブレード(13,13,13)の角度を制御するブレード角度制御装置(20)と、を備えた風量発電装置(10)に係る。
すなわち、  風圧を検知可能な圧力センサ(30)を備え、  前記ブレード角度制御装置(20)は、その圧力センサ(30)が計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレード(13,13,13)の角度を変更することとした風力発電装置(10)である。
【００１０】
（作用）
圧力センサ(30)が計測した風圧が所定以上の値である場合に、前記ブレード(13,13,13)の角度を変更することとしたので、風速の計測では検知およびブレード角度制御が困難であった突風が発生した場合でも、ブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる。
【００１１】
（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、前記圧力センサ(30)とは別に、静圧を測定する静圧力センサ(40)を備え、  前記ブレード角度制御装置(20)は、圧力センサ(30)と静圧力センサ(40)とから算出する圧力差が所定以上の値である場合にも、ブレード角度を変更する風力発電装置、とすることもできる。
【００１２】
（作用）
静圧力センサ(40)にて静圧を測定し、圧力センサ(30)と静圧力センサ(40)とから算出する圧力差が所定以上の値である場合にブレード角度を変更することとしているので、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。
【００１３】
（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、以下のように形成することもできる。
すなわち、前記圧力センサ(30)は、各ブレード(13,13,13)の中央側端部に位置するロータヘッド(14)に、風上へ向く貫通孔(31)を設け、その貫通孔(31)内に設置するものである。
【００１４】
（作用）
ロータヘッド(14)は、各ブレード(13,13,13)の回転とは無関係であり、且つ風上を向いているので、圧力を測定するのに適している。
【００１５】
（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、圧力センサ(20)を風力発電装置(10)の近傍に設置することもできる。
【００１６】
（作用）
既に設置されている風力発電装置(10)に対して、ロータヘッド(14)に孔(31)をあけたり、圧力センサ(30)を設置したりすることは困難である場合もある。そこで、圧力センサ(20)を別に設置することとし、その圧力センサ(20)が検知した圧力をブレード角度制御装置(20)に送信することとしたものである。
【００１７】
（第一の発明のバリエーション４）
第一の発明に係る風力発電装置(10)は、以下のように形成することもできる。
すなわち、前記圧力センサ(30)が計測した値を時間微分し、前記ブレード角度制御装置(20)は、その圧力センサ(30)が計測した時間微分した値が所定以上の値である場合に、ブレード角度を変更することすることもできる。
【００１８】
（作用）
圧力センサ(30)が計測した値を時間微分することで、急激な圧力の変化を測定できることとなる。急激な圧力変化は、突風の前兆である確率が高いため、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。
【００１９】
（第二の発明）
本願の第二の発明は、第一の発明に係る風力発電装置(10)を複数備えたウィンドファームに係る。
【００２０】
複数の風力発電装置(10)の全てに圧力センサ(30)を備えることとしても良いし、隣接する複数の風力発電装置(10)にひとつの圧力センサ(30)を備えることとしても良い。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１から請求項５に記載の発明によれば、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められる風力発電装置を提供することができた。
また、請求項６に記載の発明によれば、突風が生じた場合であってもブレードの損傷を未然に防止できる確率を高められるウィンドファームを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の実施形態の風力発電装置を示す概略的な斜視図である。
【図２】第一の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大図である
【図３】第一の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大断面図である。
【図４】第一の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大斜視図である。
【図５】第一の実施形態の風力発電装置におけるブロック図である。
【図６】第二の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大図である。
【図７】第二の実施形態の風力発電装置における主要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
風力発電装置２０は、図１に示されているように、地上に立設した支柱１１と、その支柱１１に固定されたナセル１２と、そのナセル１２に対してハブを介して回転自在に設けたロータに固定された三枚のブレード１３，１３，１３と、回転停止ポジションを含めたブレード１３，１３，１３の角度変更を制御するブレード角度制御装置（図1では図示を省略）を含む。
【００２４】
「回転停止ポジション」とは、ブレード１３，１３，１３が風を受けても回転しないポジションをいい、代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード１３，１３，１３の回転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレード１３，１３，１３の回転を停止させる場合も含むものである。
【００２５】
回転の減速制御手段としては、ブレードの全体のピッチ角を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード２５の形状とピッチ角とを選択させるとともに、停止時にはブレード２５の先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とがある。
なお、風力発電装置１０はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落とすようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしまうと運転再開に時間がかかるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロスを減らすことができるからである。
【００２６】
図２に示すように、ロータヘッド１４の中央には直径１ミリメートルほどの貫通孔をあけてあり、その貫通孔の内部に圧力センサを備えている（図２では図示を省略）。
【００２７】
図３および図４には、風力発電装置１０の主要部が示してある。前記の圧力センサ３０は、貫通孔３１の内部に位置し、風上における圧力を検知できる。
【００２８】
図５に示すように、圧力センサ３０によって検知された圧力値は、風圧値信号として主制御装置に出力される。そして、その圧力値が所定値以上であればブレード角度制御装置２０に対して、フェザリングポジションへの変更を制御するような作動信号を出力する。作動信号を受信したブレード角度制御装置２０は、ブレード角度駆動装置に駆動信号を出力することで、ブレード１３をフェザリングポジションに変更させる。
【００２９】
図６および図７に示すのは、静圧力を検知可能な静圧力センサ４０を備えた第二の実施形態である。
この静圧力センサ４０は、ブレード１３よりも風下となる位置であって、ナセル１２の上部に備えられている。
【００３０】
第二の実施形態においては、前記のブレード角度制御装置２０は、圧力センサ３０と静圧力センサ４０とから算出する圧力差が所定以上の値である場合にも、ブレード角度を変更することとしている。これによって、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。
【００３１】
詳しい図示は省略するが、前記圧力センサ３０が計測した値を時間微分し、前記ブレード角度制御装置２０は、その圧力センサ３０が計測した時間微分した値が所定以上の値である場合に、ブレード角度を変更することすることもできる。
圧力センサ３０が計測した値を時間微分することで、急激な圧力の変化を測定できることとなる。急激な圧力変化は、突風の前兆である確率が高いため、ブレード破損の未然防止に対する正確な制御に寄与する。
【００３２】
前述した第一の実施形態または第二の実施形態に係る風力発電装置を多数設置したウィンドファームを形成した場合、突風を原因とするブレードの破損事故を未然に防止できる可能性を高めることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明は、風力発電装置の製造業、風力発電装置のメンテナンス業、圧力センサの製造業などにおいて利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００３４】
１０  風力発電装置              １１  支柱
１２  ナセル                    １３  ブレード
１４  ロータヘッド
２０  ブレード角度制御装置 
３０  圧力センサ                ３１  貫通孔
４０  静圧力センサ
【図１】
2010209880.tif 000003
【図２】
2010209880.tif 000004
【図３】
2010209880.tif 000005
【図４】
2010209880.tif 000006
【図５】
2010209880.tif 000007
【図６】
2010209880.tif 000008
【図７】
2010209880.tif 000009