(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、発電機と、前記ロータから前記発電機へ回転エネルギーを伝達する油圧トランスミッションとを備える再生エネルギー型発電装置であって、
前記油圧トランスミッションは、
前記ロータによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
前記発電機に連結される可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプの吐出側と前記油圧モータの吸入側の間に配置される高圧オイルラインと、
前記油圧ポンプの吸入側と前記油圧モータの吐出側の間に配置される低圧オイルラインと、を有し、
前記油圧ポンプは、
シリンダ及び該シリンダ内に摺動自在に取り付けられたピストンによりそれぞれ形成される複数の作動室と、
前記ピストンに係合するカム面を有したカムに連結されるとともに周囲に複数の前記シリンダが配置され、作動室容積のサイクルが回転に連動する回転シャフトと、
各作動室と、前記高圧オイルライン又は前記低圧オイルラインとの間におけるオイルの総押しのけ容積を調節する複数のバルブと、を有し、
少なくとも一つのバルブが、各作動室に関連した電子制御バルブであり、該電子制御バルブは、作動室容積の各サイクルで前記各作動室にて押しのけられるオイルの容積を選択することで前記油圧ポンプのオイルの総押しのけ容積を調節するために、コントローラにより操作可能であり、
前記油圧ポンプは、前記シリンダの周囲に延在するカバーを有し、前記カバーは、円周方向に分割された少なくとも三つの取り外し可能なカバーセグメントを含むことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項２】
前記油圧ポンプは、前記複数のシリンダの両側に配置され前記油圧ポンプの軸方向に離間した複数の構造部材を含むケースと、前記軸方向に離間した複数の構造部材の間に延在し、前記複数のシリンダの外側に設けられるシールとをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項３】
前記油圧ポンプは、前記軸方向に離間した第１部材及び第２部材の外周からへこんだ凹部によって形成されるオイル受け空間を有し、前記シールは、前記凹部を覆うように延在し、該凹部の内部にオイルを保持することを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項４】
前記取り外し可能なカバーセグメントは、前記軸方向に離間した第１部材及び前記第２部材両方の外周に、それぞれ取り外し可能に固定されることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項５】
隣接した複数の前記取り外し可能なカバーセグメントは、互いに分離可能に固定されることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項６】
オイル受け空間は、前記複数のシリンダと前記シールの間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項７】
前記シールは、可撓性を有するとともに前記シール及び前記カバーの内面の間に一又は複数の空洞を形成し、前記一又は複数の空洞は圧縮性流体で充填されることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項８】
前記一又は複数の空洞は、前記シール内部のポケットとして形成されることを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項９】
前記軸方向に離間した複数の構造部材の外周面には、それぞれ、周辺溝部又は周辺凸部が形成されており、前記シールには、これに対応する凸部又は溝部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１０】
前記再生エネルギー型発電装置は、複数のブレードを有するタービンを備える風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置の油圧ポンプを組み立てる方法であって、
前記油圧ポンプの外周に沿って前記シールを取り付けるステップと、
前記複数のシリンダ及び前記複数の取り外し可能なカバーセグメントの間に前記シールを密閉的に保持するために、前記複数の取り外し可能なカバーセグメントを取り付けるステップとを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置の油圧ポンプの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置（ＷＴＧｓ）、あるいは再生エネルギー源から受けるエネルギーを利用して発電する他のエネルギー抽出装置等の再生エネルギー型発電装置におけるポンプのためのカバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、リングカム又はシリンダのいずれかの部位を覆うモジュラーブロックを含むことによりメンテナンスを容易とした大型のポンプが開示されている。このモジュラーブロックは、修理やメンテナンスを目的としたリングカム及びシリンダへのアクセスを容易にするために、径方向に取り外すことができる。ポンプを覆う円筒状のカバーは軸方向に取り外し可能となっている。カバーは、内部部品の保護のみでなく、例えばオイルを保持するために重要な部品であり、そのため十分な密閉性が必要とされる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されるカバーは十分に満足できるカバーとは言えない。軸方向に取り外されるカバーは、シール部分を避けてスライドさせなければならず、これによりシールが引き剥がされるおそれがあり、またスライドに大きな力を必要とすることがある。また、カバーは取り外しに大きなスペースを要する場合があり、さらにまた、ポンプ本体からカバーを取り外す際に、配管のような付加的な接続部によってカバーの移動が阻害されることもある。
【０００４】
特許文献２には、不連続な外面を有する油圧モータが開示されている。しかしながら、これは作動室の外周を全て又は部分的に覆って、オイルをシリンダへ供給するようなカバーを含んでいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】  英国特許出願２０１１／０５０３５５号明細書
【特許文献２】  米国特許登録第５６５７６８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、メンテナンス及び修理を目的としたアクセスを許容するために容易に開放可能でありながら、オイルを保持するための信頼性のあるシールを実現可能な油圧ポンプのための改良されたカバーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１態様では、
ロータと、発電機と、前記ロータから前記発電機へ回転エネルギーを伝達する油圧トランスミッションとを備える再生エネルギー型発電装置であって、
前記油圧トランスミッションは、前記ロータによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記発電機に連結される可変容量型の油圧モータと、前記油圧ポンプの吐出側と前記油圧モータの吸入側の間に配置される高圧オイルラインと、前記油圧ポンプの吸入側と前記油圧モータの吐出側の間に配置される低圧オイルラインと、を有し、
前記油圧ポンプは、シリンダ及び該シリンダ内に摺動自在に取り付けられたピストンによりそれぞれ形成される複数の作動室と、前記ピストンに係合するカム面を有したカムに連結されるとともに周囲に複数の前記シリンダが配置され、作動室容積のサイクルが回転に連動する回転シャフトと、各作動室と、前記高圧オイルライン又は前記低圧オイルラインとの間におけるオイルの総押しのけ容積を調節する複数のバルブと、を有し、少なくとも一つのバルブが、各作動室に関連した電子制御バルブであり、該電子制御バルブは、作動室容積の各サイクルで前記各作動室にて押しのけられるオイルの容積を選択することで前記油圧ポンプのオイルの総押しのけ容積を調節するために、コントローラにより操作可能であり、
前記油圧ポンプは、前記シリンダの周囲に延在するカバーを有し、前記カバーは、円周方向に分割された少なくとも三つの取り外し可能なカバーセグメントを含むことを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、各カバーセグメントは、１２０°以下の円弧角に設定されている。好ましくは、各カバーセグメントは個別に取り外し可能である。これにより、カバー全てを取り去ることなく、カバーセグメントを個別に取り外すことによって、シリンダ及びピストンへのアクセスが可能となる。したがって、検査、メンテナンス及び修理を容易に行うことができるようになる。複数のカバーセグメントは、異なる円弧角のカバーセグメントを含んでいてもよいが、通常同一の円弧角を有する。
【０００８】
前記油圧ポンプは、内側リングと、該内側リングの外周に設けられた外側リング（通常、内側リングと同心）とを有してもよい。通常、カバーは外周リングの外周に沿って延在する。この場合、内側リング及び外側リングの一方は、例えばリングカム等のカムを含み、他方は、各リングの周囲に円周方向に離間して配置され、半径方向に延びる複数のシリンダを含む。
【０００９】
前記外側リングは、個々に取り外し可能な複数のブロックを含む。該ブロックは前記内側リングの一部を露出させるために半径方向に取り外し可能となっている。通常、半径方向に取り外し可能なブロックは、カムの一部、あるいは一又は複数のシリンダの一部を含んでいる。好ましくは、半径方向に取り外し可能な各ブロックの円弧角は、各カバーセグメントの円弧角未満である。このように、本実施形態によれば、カバー全てを取り外すことなく、内側リング及び外側リングの検査、修理又はメンテナンスを行うことができる。
【００１０】
通常、前記油圧ポンプは、前記複数のシリンダの両側に配置され軸方向（ポンプの軸方向）に離間した複数の構造部材を含むケースと、前記軸方向に離間した複数の構造部材の間に延在し、前記複数のシリンダの外側に設けられるシールとをさらに有する。なお、この場合、シールは外側リングの外周に沿って配置されてもよい。このように、シールは、軸方向に離間した複数の構造部材の間に架け渡される。
【００１１】
このような構成によって、軸方向に離間した構造部材及びシールは、複数のシリンダの外側にオイルを保持する。シールは、通常、複数のシリンダの外周の周囲に連続したバンドを含む。シールは単一であることが好ましい。また、シールは可撓性であることが好ましい。通常、取り外し可能なカバーセグメントはシールを押圧し、これにより軸方向に離間した構造部材に対してシールを保持できる。シールは、通常、加硫処理されたラバーで形成される。シールは、押出成形によって形成されたラバーを必要に応じて切断した後、加硫処理して作製されてもよい。また、シールはポリマー材料で形成されてもよい。さらに、シールは強化材料を含んでいてもよく、例えば、シールは繊維強化部材であってもよい。さらにまた、シールは金属強化要素を含んでいてもよい。
【００１２】
前記シールを有する本実施形態において、１２０°以下の円弧角を有するカバーセグメントの他の有利な点は、複数のカバーセグメントがそれぞれ同一のサイズである場合（例えば、製造を簡素化し、必要とされるスペア部品の数を少なくするために）、各カバーセグメントの全ての部位を、シール面に略垂直な状態で近づけることができる点である。これに対して、カバーセグメントがシール面に略平行に近づけられる場合には、それが短い部分（例えば２つのカバーセグメントのそれぞれが、外側リングの円周の半分以上に延在する場合、カバーセグメントの端部における一部分）であっても、その部分によってシールが引き伸ばされたり、あるいはカバーセグメント間にシールが収縮したりして、シールが損傷するおそれがある。
【００１３】
前記油圧ポンプは、軸方向に離間した第１部材及び第２部材の外周よりへこんだ位置（ポンプの径方向内側）に設けられたオイル受け空間をさらに有してもよい。シールは、このへこんだ凹部を覆うように延在し、オイル受け空間内にオイルを保持する。取り外し可能なカバーセグメントは、軸方向に離間した第１部材及び第２部材の両方の外周に、それぞれ取り外し可能に固定される。隣接する複数の取り外し可能なカバーセグメントは、互いに分離可能に固定されてもよい。複数のカバーセグメントは、連続的な張力リングを用いて分離可能に固定されてもよい。
【００１４】
オイル受け空間は、シリンダとシールの間（通常は、第１部材及び第２部材を含む部材間）に形成されてもよい。
【００１５】
前記シールは、可撓性を有し、シール及びカバーの内面の間に一又は複数の空洞を形成してもよい。前記空洞は加圧流体で充填されてもよい。加圧流体は、一般には空気等のガスが用いられる。シールは、一又は複数の空洞を含んでいてもよく、例えば、一又は複数の空洞はシール内部のポケットとして形成される。この空洞は、２つのカバーセグメント間の一つの接合点から隣りの接合点にかけて延在する。一つの空洞は、各カバーセグメントの下部に設けられてもよい。
【００１６】
前記シール及びカバーの間に他のシールを設けてもよく、これにより前記シールと前記他のシールとの間に空洞が形成される。
【００１７】
軸方向に離間した複数の構造部材の外周面に面する外側は、それぞれ、周辺溝又は周辺凸部を含んでいてもよく、この場合、シールはこれに対応する凸部又は溝を含むように構成される。この構成によって、油圧ポンプの内部へシールが滑り込むことを防止できる。
【００１８】
前記カバーは円形に形成されてもよい。この場合、取り外し可能なカバーセグメントは、円弧であってもよい。
【００１９】
油圧ポンプは、例えば、１０ｔｏｎより大きい質量、あるいは５０ｔｏｎより大きい質量を有する。また油圧ポンプは、地上から５０ｍより高い位置、あるいは１００ｍより高い位置に取り付けられてもよい。
【００２０】
再生エネルギー型発電装置は、複数のブレードを有するタービンを備えた風力発電装置であってもよい。
【００２１】
本発明に係る第２態様では、本発明の第１態様に対応した再生エネルギー型発電装置の油圧ポンプの組み立て方法を提供する。この方法は、前記油圧ポンプの外周に沿って前記シールを取り付けるステップと、前記複数のシリンダ及び前記複数の取り外し可能なカバーセグメントの間に前記シールを密閉的に保持するように、前記複数の取り外し可能なカバーセグメントを取り付けるステップとを備える。さらに選択的な特徴として、本発明に係る第２態様は、本発明に係る第１の態様に関連した上述の特徴と対応する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】油圧ポンプを含む風車のナセルを構成する部品の等角投影図である。
【図２】油圧ポンプの横断面図である。
【図３】セグメント化されたカバーの部分断面図である。
【図４】別の油圧ポンプの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１を参照して、タービン４により駆動される可変容量型の油圧ラジアルピストンポンプ１は、風力発電装置のナセル２内への配置に適した大きさ及び構造を有する。タービンは、タービンシャフト６を介してポンプの中空駆動シャフト８に連結される。ポンプの吐出側から吐出される加圧オイルはモータ１０の駆動に用いられ、モータは発電機１２を駆動する。ポンプは、トルクアーム１８を有する取付プレートを介してシャーシ１４に接続される。トルクアームは、運転中はポンプをナセル（シャーシを介して）に連結しているが、メンテナンスのために分離することもできる。
【００２４】
図２を参照して、ポンプはリングカムセグメント２０を有する。このリングカムセグメントは、リングカムサポート２２に取り付けられることで駆動シャフト８に固定される。リングカムセグメント及びリングカムサポートによって内側リングが形成される。また、ポンプは外側リング２４を有する。この外側リングは、取付プレートに対して分離可能に接続され、ベアリング３０を介して駆動シャフトに取り付けられる第１及び第２エンドプレート２６，２８を含む。第１及び第２エンドプレートの間には、円周方向に分割され且つ取り外し可能な複数のシリンダブロック３２が取り付けられる。複数のシリンダブロック３２は、それぞれ複数のシリンダ３４を含んでいる。各シリンダ内にはピストン３６が摺動自在に取り付けられており、各ピストンは、それぞれピストンローラ３８を介してリングカムに係合して駆動するようになっている。円形カバー４０は、図３に示すように複数のカバーセグメント４２によって形成される。この複数のカバーセグメントは、互いにフランジ４４で接続される。
【００２５】
環状シール４６は、カバー下部でエンドプレートの外周面に取り付けられる。このシールは、バンドを形成するために、押出成形ラバーを適当な長さに切断するとともに加硫処理して形成される。環状シールは、その内面に設けられた２つの周辺凸部４８を有しており、所定位置にこのシールを保持するために、該周辺凸部４８は、エンドプレートの外周面に形成された周辺溝５０内に嵌め込まれるようになっている。カバーは、エンドプレートに対してシールの端部をクランプする。シール、エンドプレート及び分離可能なシリンダブロックによって低圧ギャラリ５２が形成される。この低圧ギャラリ５２は、ポンプの周囲に延在し、ポンプ運転中は、シリンダへ供給される作動オイルで充填される。オイルの受け入れ空間である低圧ギャラリは、エンドプレートの外周面よりへこんだ凹部として形成されており、シールはこの凹部を覆うように延在して低圧ギャラリにオイルを保持するようになっている。シールの外側には、カバーとシールの間に環状のエアスペース５４が形成されている。エアスペースには加圧空気が充填され、シール及びカバーの内側に介在する空洞としての役割を果たす。
【００２６】
ポンプの運転中、シールは油圧オイルの漏れを防ぐように作用する。シールは、ポンプ周囲に延在する連続したバンドを形成するので、信頼性のあるシールが形成される。複数の分離されたシール部材を用いると、信頼性のあるシールを形成することが困難となる。バンドを形成するシールは、メンテナンスを目的として、要求された時に容易に取り除いたり取り替えたりできる。
【００２７】
シールを取り除くことによって、油圧オイルはポンプから排出される。ケースのセグメントは半径方向に取り外される。次いでシールは、例えば引き剥がされたり、巻き取ったりすることによって取り外される。メンテナンスは、リングカムへアクセスするために、取り外し可能な一又は複数のブロックを半径方向に個々に取り外すステップを含む。メンテナンスの後、シールは元の位置に元される。シールを取り付けるためには、通常、シールの凸部を周辺溝内に嵌め込むとともに該シールを二つのエンドプレート間にわたって引き伸ばす必要がある。
【００２８】
このように、カバーは他の方法では扱いにくく且つ嵩張っていたが、本実施形態においてはカバーは半径方向に複数の部位で取り除かれ、その後交換される。これは、ポンプが風力発電装置のナセル内に配置される場合アクセスが困難となることから特に重要である。しかしながら、ポンプ周囲に延在する連続したシールを用いることによって、優れたシールを実現でき、メンテナンス性を向上させることができる。複数のセグメントは、図２に示すフランジを用いて、相互にボルト止め又はクランプ止めされてもよい。代わりにあるいは付加的に、これらの複数のセグメントは、エンドプレートにボルト止め又はクランプ止めされてもよい。
【００２９】
カバーセグメントは、１２０°以下の円弧角に設定される。なお、図には一例として６０°の場合を示している。このように、カバーセグメントの端部がシールに延在する角度を制限することによって、シールを取り外したり交換したりしたとき、シールが損傷するリスクを低減できる。例えば、二つのカバーセグメントが用いられる場合、各カバーセグメントはシールに対してそれぞれ１８０°の円弧角で延在し、カバーセグメントの取り付けや取り外しの際に、カバーセグメントの端部をシールに対して略平行に移動させることになるので、シールに損傷を与えるおそれがある。
【００３０】
環状エアスペースは加圧空気で充填してもよく、これにより、分割された低圧アキュムレータが形成される。これは、運転中にシリンダ内への脈動流の流入を促進する。この場合、シールとエンドプレートの間に、液密接合が必要とされる。すなわち、十分な液密性は油圧オイルの漏れを防ぐ。
【００３１】
図４に示す実施形態では、シールは、インナーバンド５６及びアウターバンド５８を有するセル状に形成され、対向する端部同士の間を密閉する。また、これらのバンド間には、個々のカバーセグメントの下部に各々位置する複数の独立したエアポケット６０が形成される。この場合、シールとカバーセグメントの間、及びインナーバンドとアウターバンドの間においては、それぞれ液密接合が必要となる。ケースセグメントを接合する各フランジにおいて、インナーバンド及びアウターバンドは互いに接触していてもよく、また液密接合構造を形成していてもよい。
【００３２】
なお、本発明は、外側リングの選択された部分へのアクセスを容易にするために取り外される選択されたカバーセグメントであれば、周辺シールを用いない実施形態にも適用できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明に開示される範囲内で他の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１    ポンプ
２    ナセル
４    タービン
６    タービンシャフト
８    駆動シャフト
１０  モータ
１２  発電機
１４  シャーシ
１６  取付プレート
１８  トルクアーム
２０  リングカムセグメント
２２  リングカムサポート
２４  外側リング
２６  第１エンドプレート
２８  第２エンドプレート
３０  ベアリング
３２  シリンダブロック
３４  シリンダ
３６  ピストン
３８  ピストンローラ
４０  カバー
４２  カバーセグメント
４４  フランジ
４６  シール
４８  周辺凸部
５０  周辺溝
５２  低圧ギャラリ
５４  エアスペース
５６  インナーバンド
５８  アウターリング
６０  エアポケット
【要約】  風力発電装置のタービン（４）による駆動に適した大型の油圧ラジアルピストンポンプ（１）は、少なくとも三つのカバーセグメント（４２）で形成される円形カバー（４０）を有する。カバーセグメントの下部には、加硫処理されたラバーバンドで形成されたシール（４６）が、ポンプの周囲全体に延在している。これにより、カバーは、風力発電装置のナセル内のようにアクセス困難な位置においても容易に取り外すことができ、取り外した状態でもシールを維持できる。シール外側又はシール内のエアポケット（６０）は、運転中におけるポンプのシリンダ内への脈動流の流入を促進する。
【選択図】  図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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