(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構成からなり、製造性に優れる運動変換機構を具備したラジアルピストン式油圧機械及びこれを備えた風力発電装置を提供する。【解決手段】ラジアルピストン式の油圧機械２０Ａであって、クランクシャフトと、クランクシャフトの周りに油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストン２２，３２ａ，３２ｂで構成された少なくとも一つのピストン群と、少なくとも一つのピストン群に属する複数のピストンを半径方向に沿って往復運動可能にそれぞれ案内するための複数のシリンダ２４，３４ａ，３４ｂと、各々のピストン群に属する複数のピストンのうち一つのピストン２２とクランクシャフトとを連結する一つの主ロッド２７と、各々のピストン群に属する複数のピストンのうち他のピストン３２ａ，３２ｂと主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッド３７ａ，３７ｂとを備える。【選択図】図２
2014129775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアルピストン式の油圧機械であって、
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトの周りに前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンで構成された少なくとも一つのピストン群と、
前記少なくとも一つのピストン群に属する前記複数のピストンを前記半径方向に沿って往復運動可能にそれぞれ案内するための複数のシリンダと、
各々の前記ピストン群に属する前記複数のピストンのうち一つのピストンと前記クランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、
各々の前記ピストン群に属する前記複数のピストンのうち他のピストンと前記主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを備えることを特徴とするラジアルピストン式油圧機械。
【請求項２】
前記主ロッドは、前記クランクシャフトのクランクピンが挿通されるクランクピン穴、および、前記少なくとも一つの従ロッドを前記主ロッドに連結するための少なくとも一つのピンが挿通される少なくとも一つのピン穴を有することを特徴とする請求項１に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項３】
前記少なくとも一つのピン穴は、前記クランクピン穴の周囲に配置された複数のピン穴であり、
各々の前記従ロッドは、各々の前記ピン穴に挿通された前記ピンを介して前記主ロッドに係合したことを特徴とする請求項２に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項４】
前記クランクピン穴の内周面と前記クランクピンの外周面との間に設けられた第１軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項５】
前記少なくとも一つのピン穴の内周面と前記少なくとも一つのピンの外周面との間にそれぞれ設けられた少なくとも一つの第２軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項６】
前記少なくとも一つのピストン群は、前記油圧機械の軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含み、
前記複数列のピストン群の隣り合う任意の２列のうち、第１列のピストン群に属するピストンと第２列のピストン群に属するピストンとでは、前記油圧機械の周方向における位置がずれていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項７】
前記第１列のピストン群に属するピストンと前記第２列のピストン群に属するピストンとでは、前記油圧機械の周方向における位置が１８０度ずれており、
前記第１列のピストン群と前記第２列のピストン群との間には、前記クランクシャフトを回転可能に支持する軸受が配置されていることを特徴とする請求項６に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項８】
前記少なくとも一つのピストン群は、前記主ロッドに連結される一つのピストンと、前記少なくとも一つの従ロッドにそれぞれ連結される偶数個のピストンとからなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項９】
前記少なくとも一つのピストン群は、前記主ロッドに連結される一つのピストンと、前記少なくとも一つの従ロッドにそれぞれ連結される奇数個のピストンとからなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１０】
前記油圧機械は、前記複数のピストンと前記複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室の少なくとも一つの油圧室に導入される作動油を、少なくとも前記主ロッドのクランクピン穴の内周面または前記ピン穴の内周面のいずれか一方に供給するための潤滑油路をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１１】
前記潤滑油路は、前記ピストンを径方向に貫通するピストン側潤滑油路、及び前記ピストン側潤滑油路が形成されている前記ピストンに連結する前記主ロッドまたは前記従ロッドの少なくともいずれか一方の内部に形成されているロッド側潤滑油路を含み、
前記ピストンの位相が所定範囲にある場合にのみ、前記ピストン側潤滑油路と前記ロッド側潤滑油路とが連通されるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１２】
前記油圧機械は、前記複数のピストンと前記複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室に導入された作動油によって各々の前記ピストンを前記クランクシャフトに向けて押し下げて前記クランクシャフトを回転させるように構成された油圧モータであることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１３】
前記油圧機械は、油圧ポンプから吐出された作動油によって前記クランクシャフトを回転させるように構成された油圧モータであって、
前記少なくとも一つのピストン群は、前記油圧機械の軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含み、
前記油圧ポンプは、油圧ポンプの半径方向に沿って配置された複数のポンプ用ピストンと、前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のポンプ用ピストンをそれぞれ案内するための複数のポンプ用シリンダと、前記複数のポンプ用ピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、前記油圧ポンプの周方向に沿って並べられて前記複数のローラと当接するように構成された複数のローブを有するリングカムと、を備えており、
前記油圧モータが、前記油圧ポンプのリングカムの内側において、前記油圧ポンプと同心に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１４】
前記油圧ポンプの前記複数のポンプ用ピストンと前記複数のポンプ用シリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室の少なくとも一つの油圧室と連通し、該油圧室から吐出される作動油を、少なくとも前記主ロッドのクランクピン穴の内周面または前記ピン穴の内周面のいずれか一方に供給するための外部潤滑油路をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１５】
前記外部潤滑油路には、通過する作動油の圧力を所定範囲に制御する圧力制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のラジアルピストン式油圧機械。
【請求項１６】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、
前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
前記ラジアルピストン式の油圧機械は、クランクシャフトと、前記クランクシャフトの周りに前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダと、前記複数のピストンのうち一つのピストンと前記クランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、前記複数のピストンのうち他のピストンと前記主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを含むことを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ラジアルピストン式油圧機械及びこれを備えた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のピストンが放射状に並んだラジアルピストン式油圧機械が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、放射状に配置された複数のピストンと偏心シャフトとの間にピストンシューが配置され、偏心シャフトからピストンシューを介して伝わる力によってピストンが往復運動可能に構成された、所謂ピストンシュー方式の運動変換機構を備えるラジアルピストン式油圧ポンプが開示されている。このラジアルピストン式油圧ポンプでは、ピストンシューが偏芯シャフトから離れないように、ピストンシューを偏心シャフトに向けて付勢するスプリングが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４６２９４０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したピストンシュー方式のラジアルピストン式の油圧機械では、回転する偏心シャフトの偏心要素にピストンシューが摺動自在に当接する構成であり、ピストンシューを安定して保持するために、スプリングを設置する必要がある。スプリングは、シリンダブロック等の油圧機械の静止部分と、ピストンとの間に設けられる。このため、構造が複雑になるとともに、スプリング自体の組付け作業が困難であるとの問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡素な構成からなり、製造性に優れる運動変換機構を具備したラジアルピストン式油圧機械及びこれを備えた風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態にかかるラジアルピストン式油圧機械は、
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトの周りに前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンで構成された少なくとも一つのピストン群と、
前記少なくとも一つのピストン群に属する前記複数のピストンを前記半径方向に沿って往復運動可能にそれぞれ案内するための複数のシリンダと、
各々の前記ピストン群に属する前記複数のピストンのうち一つのピストンと前記クランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、
各々の前記ピストン群に属する前記複数のピストンのうち他のピストンと前記主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記ラジアルピストン式油圧機械では、ピストンとクランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、他のピストンと主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを備えている。このように、ピストンの往復運動とクランクシャフトの回転運動とを主ロッドによって伝達する構成とすることで、従来のピストンシュー方式のようにスプリングなどを設置する必要がない簡素な構成とすることができる。加えて、主ロッドと連結する少なくとも一つの従ロッドを備えるため、油圧機械の半径方向に沿って複数のピストンを配置することができ、油圧機械をコンパクトに構成することができる。
【０００９】
幾つかの実施形態では、前記主ロッドは、前記クランクシャフトのクランクピンが挿通されるクランクピン穴、および、前記少なくとも一つの従ロッドを前記主ロッドに連結するための少なくとも一つのピンが挿通される少なくとも一つのピン穴を有する。
【００１０】
このように、主ロッドに設けられるピン穴にピンを挿通する構成とすることで、ピン穴とピンとが全周に渡って接触する。このため、従来のピストンシューと偏心要素からなるピストンシュー方式と比べて接触面圧が低下する。また、ピン穴とピンとの間の潤滑油膜の保持性に優れる。
【００１１】
幾つかの実施形態では、前記少なくとも一つのピン穴は、前記クランクピン穴の周囲に配置された複数のピン穴であり、各々の前記従ロッドは、各々の前記ピン穴に挿通された前記ピンを介して前記主ロッドに係合する。
【００１２】
このように、一つの主ロッドに対して複数の従ロッドを連結する構成とすることで、油圧機械の半径方向に沿って従ロッドに連結された複数のピストンが配置されるため、油圧機械をより一層コンパクトに構成することができる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、上記ラジアルピストン式油圧機械は、前記クランクピン穴の内周面と前記クランクピンの外周面との間に設けられた第１軸受をさらに備える。
【００１４】
このような第１軸受を設けることで、クランクピン穴とクランクピンとの間の摺動性が高まり、油圧機械の性能が向上する。
【００１５】
幾つかの実施形態では、上記ラジアルピストン式油圧機械は、前記少なくとも一つのピン穴の内周面と前記少なくとも一つのピンの外周面との間にそれぞれ設けられた少なくとも一つの第２軸受をさらに備える。
【００１６】
このような第２軸受を設けることで、ピン穴とピンとの間の摺動性が高まり、油圧機械の性能が向上する。
【００１７】
幾つかの実施形態では、前記少なくとも一つのピストン群は、前記油圧機械の軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含み、前記複数列のピストン群の隣り合う任意の２列のうち、第１列のピストン群に属するピストンと第２列のピストン群に属するピストンとでは、前記油圧機械の周方向における位置がずれている。
【００１８】
このような構成によれば、油圧機械の軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含むため、多数のピストンを配置することができ、油圧機械をより一層コンパクトに構成することができる。しかも、隣り合う２つのピストン群の間でピストンの周方向位置がずれているため、ピストンの配置性及びメンテナンス性にも優れる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、前記第１列のピストン群に属するピストンと前記第２列のピストン群に属するピストンとでは、前記油圧機械の周方向における位置が１８０度ずれており、前記第１列のピストン群と前記第２列のピストン群との間には、前記クランクシャフトを回転可能に支持する軸受が配置されている。
【００２０】
このような構成によれば、隣り合う２つのピストン群の間でピストンの周方向位置が１８０度ずれているため、両者の位相を工夫することで、クランクシャフトに発生する振動を抑制することができる。また、２つのピストン群の間に軸受が配置されるため、クランクシャフトがバランスよく支持され、クランクシャフトに作用する負荷を小さくすることができる。
【００２１】
一実施形態では、前記少なくとも一つのピストン群は、前記主ロッドに連結される一つのピストンと、前記少なくとも一つの従ロッドにそれぞれ連結される偶数個のピストンとからなる。この場合、一つのピストン群が含むピストンの総数は奇数個となる。
【００２２】
他の実施形態では、前記少なくとも一つのピストン群は、前記主ロッドに連結される一つのピストンと、前記少なくとも一つの従ロッドにそれぞれ連結される奇数個のピストンとからなる。この場合、一つのピストン群が含むピストンの総数は偶数個となる。
【００２３】
所謂星型エンジンと呼ばれる複数のシリンダを放射状に配置した内燃機関では、シリンダ（ピストン）の総数は奇数個が一般的である。これは、４サイクルエンジンでは、ピストンが２往復する間に１回の爆発が発生するため、点火順序を一つ置きにすると、ピストンが２往復する間に全てのシリンダを１回ずつ爆発させることができるとともに、周方向における爆発間隔を常に等間隔にできるからである。
【００２４】
これに対して、本実施形態の油圧機械ではこのような制約はなく、一つのピストン群が含むピストンの総数を偶数個にも奇数個にもすることができる。したがって、例えば目標とする油圧機械全体の形状等に合わせてピストンの総数を自由に選択することが可能となるなど、設計の自由度が高い。
【００２５】
幾つかの実施形態では、前記油圧機械は、前記複数のピストンと前記複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室の少なくとも一つの油圧室に導入される作動油を、少なくとも前記主ロッドのクランクピン穴の内周面または前記ピン穴の内周面のいずれか一方に供給するための潤滑油路をさらに備える。
このような潤滑油路を備えていれば、油圧室に導入される作動油を主ロッドの摺動部を潤滑する潤滑油としても利用することができる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、前記潤滑油路は、前記ピストンを径方向に貫通するピストン側潤滑油路、及び前記ピストン側潤滑油路が形成されている前記ピストンに連結する前記主ロッドまたは前記従ロッドの少なくともいずれか一方の内部に形成されているロッド側潤滑油路を含み、前記ピストンの位相が所定範囲にある場合にのみ、前記ピストン側潤滑油路と前記ロッド側潤滑油路とが連通されるように構成されている。
【００２７】
このような構成によれば、ピストンの位相が所定範囲にある場合にのみ、ピストン側潤滑油路と前記ロッド側潤滑油路とが連通される。このため、例えば油圧室内に仕事後の低圧の作動油がある状態にのみ、ピストン側潤滑油路とロッド側潤滑油路とを連通させるように構成することで、仕事前の高圧の作動油が潤滑油路を介して油圧室外に供給されるのを防ぎ、油圧機械の効率が低下するのを防止することができる。
【００２８】
幾つかの実施形態では、前記油圧機械は、前記複数のピストンと前記複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室に導入された作動油によって各々の前記ピストンを前記クランクシャフトに向けて押し下げて前記クランクシャフトを回転させるように構成された油圧モータである。
【００２９】
このように本実施形態の油圧機械は、ピストンの往復運動を主ロッド及び従ロッドを介してクランクシャフトに伝達し、これによりクランクシャフトを回転せしめる油圧モータとして構成することができる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、前記油圧機械は、油圧ポンプから吐出された作動油によって前記クランクシャフトを回転させるように構成された油圧モータであって、前記少なくとも一つのピストン群は、前記油圧機械の軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含み、前記油圧ポンプは、油圧ポンプの半径方向に沿って配置された複数のポンプ用ピストンと、前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のポンプ用ピストンをそれぞれ案内するための複数のポンプ用シリンダと、前記複数のポンプ用ピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、前記油圧ポンプの周方向に沿って並べられて前記複数のローラと当接するように構成された複数のローブを有するリングカムと、を備えており、前記油圧モータが、前記油圧ポンプのリングカムの内側において、前記油圧ポンプと同心に配置されている。
【００３１】
このような構成によれば、軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含むため、その分だけ、油圧機械（油圧モータ）の径を小さくすることができる。このため、油圧ポンプのリングカムの内側に、油圧モータを油圧ポンプと同心に配置することが可能となり、油圧モータおよび油圧ポンプの省スペース化を実現できる。
【００３２】
幾つかの実施形態では、前記油圧ポンプの前記複数のポンプ用ピストンと前記複数のポンプ用シリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室の少なくとも一つの油圧室と連通し、該油圧室から吐出される作動油を、少なくとも前記主ロッドのクランクピン穴の内周面または前記ピン穴の内周面のいずれか一方に供給するための外部潤滑油路をさらに備える。
【００３３】
このような構成によれば、油圧ポンプの行程容積に相当する定量の作動油を潤滑用として供給することができる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、前記外部潤滑油路には、通過する作動油の圧力を所定範囲に制御する圧力制御手段が設けられている。
【００３５】
このような圧力制御手段を備えていれば、油圧ポンプから潤滑用として吐出される作動油の圧力を潤滑に適した所望の圧力範囲に制御することができる。
【００３６】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、
前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
前記ラジアルピストン式の油圧機械は、クランクシャフトと、前記クランクシャフトの周りに前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダと、前記複数のピストンのうち一つのピストンと前記クランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、前記複数のピストンのうち他のピストンと前記主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを含む。
【００３７】
上記風力発電装置のラジアルピストン式油圧機械では、ピストンとクランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、他のピストンと主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを備えている。このように、ピストンの往復運動とクランクシャフトの回転運動とを主ロッドによって伝達する構成とすることで、従来のピストンシュー方式のようにスプリングを設置する必要がない簡素な構成とすることができる。加えて、主ロッドと連結する少なくとも一つの従ロッドを備えるため、油圧機械の半径方向に沿ってピストンを複数配置することができ、油圧機械をコンパクトに構成することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、一のピストンとクランクシャフトとを連結する一つの主ロッドと、他のピストンと主ロッドとを連結する少なくとも一つの従ロッドとを備えるため、簡素な構成からなり、製造性に優れる運動変換機構を具備したラジアルピストン式油圧機械及び風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一実施形態にかかる風力発電装置を示す図である。
【図２】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図である。
【図３】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、図２とは異なる位相状態を示した図である。
【図４】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、軸方向に２つのピストン群が並んで配置された一例を示した図である。
【図５Ａ】図４に示す油圧機械の軸方向に沿った断面図である。
【図５Ｂ】図４に示す油圧機械の軸方向に沿った断面図である。
【図６】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、ピストン総数が奇数個の場合の一例を示した図である。
【図７】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、ピストン総数が偶数個の場合の一例を示した図である。
【図８】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、クランクピンおよびピンを支持する軸受を備える場合の一例を示した図である。
【図９】図８に示す油圧機械の軸方向に沿った断面図である。
【図１０】一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図である。
【図１１】ピストン位相ごとの潤滑油路を説明するための図である。
【図１２】一実施形態にかかる油圧機械（油圧モータ）の軸方向に沿った断面図であって、油圧モータが、油圧ポンプのリングカムの内側に配置される一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００４１】
図１は、一実施形態にかかる風力発電装置を示す図である。
【００４２】
同図に示すように、風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４で構成されるロータ３を備える。なお、ハブ４はハブカバー５によって覆われていてもよい。
【００４３】
一実施形態では、ロータ３には、回転シャフト６を介して油圧ポンプ８が連結される。油圧ポンプ８には、高圧油ライン１２及び低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０が接続される。具体的には、油圧ポンプ８の出口が高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０の入口に接続され、油圧ポンプ８の入口が低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０の出口に接続される。油圧ポンプ８は、回転シャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ８で生成された圧油は高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１０の出口と油圧ポンプ８の入口との間に設けられた低圧油ライン１４を経由して、油圧ポンプ８に再び戻される。
【００４４】
油圧モータ１０には発電機１６が連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。
【００４５】
なお、回転シャフト６の少なくとも一部は、タワー１９上に設置されたナセル１８によって覆われている。一実施形態では、油圧ポンプ８、油圧モータ１０及び発電機１６は、ナセル１８の内部に設置される。
【００４６】
幾つかの実施形態では、油圧ポンプ８又は油圧モータ１０の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式の油圧機械である。
【００４７】
図２は、一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図である。図３は、一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、図２とは異なる位相状態を示した図である。
【００４８】
図２および図３に示す例示的な実施形態では、油圧機械２０Ａは、油圧機械２０の半径方向に沿って等間隔に配置される複数のピストン２２，３２ａ，３２ｂと、複数のピストン２２，３２ａ，３２ｂを半径方向に沿って往復動可能にそれぞれ案内するための複数のシリンダ２４，３４ａ，３４ｂを含むシリンダブロック５０を備えている。また、各々のシリンダ２４，３４ａ，３４ａと、各々のピストン２２，３２ａ，３２ｂによって油圧室２５，３５ａ，３５ｂが形成されている。
【００４９】
各々の油圧室２５，３５ａ，３５ｂには、油圧室に作動油を供給するための給油路６２，７２ａ，７２ｂ、及び油圧室から作動油を排出するための排油路６４，７４ａ，７４ｂがそれぞれ接続されている。これら給油路６２，７２ａ，７２ｂには、油圧室へ作動油を供給するタイミングを制御するための給油制御弁６３，７３ａ，７３ｂがそれぞれ設けられている。同様に、排油路６４，６４ａ，６４ｂには、油圧室から作動油を排出するタイミングを制御するための排油制御弁６５，７５ａ，７５ｂがそれぞれ設けられている。これら給油制御弁６３，７３ａ，７３ｂおよび排油制御弁６５，７５ａ，７５ｂは、例えば電磁弁として構成される。そして、給油制御弁６３，７３ａ，７３ｂおよび排油制御弁６５，７５ａ，７５ｂの作動タイミングをそれぞれ制御することで、各々のシリンダ２４，３４ａ，３４ｂが、それぞれのピストン位相が等間隔にずれた状態で、シリンダ内を周期的に往復動するように制御される。
【００５０】
シリンダブロック５０の内部には、円形の開口部５０ａが形成されている。そして、開口部５０ａの内側には、クランクシャフト４０が回転可能に配置されている。クランクシャフト４０には、上述した複数のピストンの一つであるピストン２２が、主ロッド２７を介して連結されている。主ロッド２７とピストン２２とは、ピストンピン２６を介して連結されており、ピストン２２の往復運動に伴って、主ロッド２７が、ピストンピン２６を中心として回動可能に構成されている。また、主ロッド２７には、クランクシャフト４０のクランクピン４２が挿通されるクランクピン穴２８が形成されている。そして、このクランクピン穴２８にクランクピン４２を挿通することで、クランクシャフト４０が回転可能なように主ロッド２７に連結される。
【００５１】
また、上述した複数のピストンの内、他のピストン３２ａ，３２ｂは、それぞれ従ロッド３７ａ，３７ｂが連結されている。これら従ロッド３７ａ，３７ｂは、主ロッド２７に連結されている。各々の従ロッド３７ａ，３７ｂとピストン３２ａ，３２ｂとは、各々のピストンピン３６ａ，３６ｂを介してそれぞれ連結されている。そして、ピストン３２ａ，３２ｂの往復運動に伴い、各々の従ロッド３７ａ，３７ｂが、ピストンピン３６ａ，３６ｂを中心としてそれぞれ回動可能なように構成されている。また、主ロッド２７には、各々の従ロッド３７ａ，３７ｂを主ロッド２７に連結するためのピン３９ａ，３９ｂが挿通されるピン穴２９ａ，２９ｂがそれぞれ形成されている。そして、各々のピン穴２９ａ，２９ｂにピン３９ａ，３９ｂを挿通することで、各々の従ロッド３７ａ，３７ｂが、ピン３９ａ，３９ｂを中心として回動可能なように主ロッド２７に連結される。
【００５２】
このように構成されるラジアルピストン式の油圧機械２０Ａは、ピストン２２とクランクシャフト４０とを連結する一つの主ロッド２７と、他のピストン３２ａ，３２ｂと主ロッド２７とを連結する従ロッド３７ａ，３７ｂとを備えている。このように、ピストン２２，３２ａ，３２ｂの往復運動とクランクシャフト４０の回転運動とを主ロッド２７によって伝達する構成とすることで、従来のピストンシュー方式のようにスプリングなどを設置する必要がない簡素な構成とすることができる。加えて、主ロッド２７と連結する少なくとも一つの従ロッド３７ａ，３７ｂを備えるため、油圧機械２０Ａの半径方向に沿って複数のピストン２２，３２ａ，３２ｂを配置することができ、油圧機械２０Ａをコンパクトに構成することができる。
【００５３】
また、上述したように、主ロッド２７に設けられるクランクピン穴２８にクランクピン４２を挿通する構成であるため、クランクピン穴２８とクランクピン４２とが全周に渡って接触する。また、主ロッド２７に設けられるピン穴２９ａ，２９ｂにピン３９ａ，３９ｂを挿通する構成であるため、各々のピン穴２９ａ，２９ｂとピン３９ａ，３９ｂとが全周に渡って接触する。このため、従来のピストンシューと偏心要素からなるピストンシュー方式と比べて接触面圧が低下する。また、ピン穴とピンとの間の潤滑油膜の保持性に優れる。
【００５４】
また、上述したように、一つの主ロッド２７に対して複数の従ロッド３７ａ，３７ｂを連結する構成とすることで、油圧機械２０Ａの半径方向に沿って複数のピストン３２ａ，３２ｂが配置されるため、油圧機械２０Ａをより一層コンパクトに構成することができる。
【００５５】
図４は、一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図である。図５Ａ，Ｂは、図４に示す油圧機械の軸方向に沿った断面図である。
【００５６】
幾つかの実施形態では、図４および図５Ａ，Ｂに示すように、上述した複数のピストン２２，３２ａ，３２ｂからなるピストン群が、軸方向に複数列が配置される。
【００５７】
図４および図５Ａ，Ｂに示す実施形態では、クランクシャフト４０は、メインシャフト４０ａ、メインシャフト４０ａの中心軸ＣＬに対して偏心して取り付けられているクランクピン４２Ａ，４２Ｂ、メインシャフト４０ａとクランクピン４２Ａ，４２Ｂとの間にそれぞれ設けられたバランスウェイト４４Ａ，４４Ｂ、及び２つのクランクピン４２Ａ，４２Ｂの間に介在されたアーム４６からなる。クランクピン４２Ａには、ピストン２２Ａと連結する主ロッド２７Ａが連結され、クランクピン４２Ｂには、ピストン２２Ｂと連結する主ロッド２７Ｂが連結される。そして、図４および図５Ａ，Ｂに示すように、ピストン２２Ａ，３２ａＡ，３２ｂＡからなるピストン群Ａと、ピストン２２Ｂ，３２ａＢ，３２ｂＢからなるピストン群Ｂとが軸方向に並んで配置されている。
【００５８】
また、図４に示すように、上記２列のピストン群Ａ，Ｂの内、第１列のピストン群Ａに属する複数のピストン２２Ａ，３２ａＡ，３２ｂＡは、第２列のピストン群Ｂに属する複数のピストン２２Ｂ，３２ａＢ，３２ｂＢと、油圧機械２０Ａの周方向における位置がずれている。図４に示す例示的な実施形態では、ピストン群Ａとピストン群Ｂとは、その周方向の位置が１８０度ずれており、各々の主ロッド２７Ａ，２７Ｂに連結されるピストン２２Ａとピストン２４Ａとが、周方向に対向して配置されている。また、両者のピストン位相が同位相となるように構成されている。
【００５９】
このような構成によれば、油圧機械２０Ａの軸方向に並ぶ複数列のピストン群Ａ，Ｂを含むため、多数のピストンを配置することができ、油圧機械２０Ａをより一層コンパクトに構成することができる。しかも、隣接する２つのピストン群Ａ，Ｂの間でピストンの周方向位置がずれているため、ピストンの配置性及びメンテナンス性に優れる。また、上述したように、各々の主ロッド２７Ａ，２７Ｂに連結されるピストン２２Ａおよびピストン２２Ｂを周方向に対向して配置するとともに、両者のピストン位相を揃えることで、各々の主ロッド２７Ａ，２７Ｂからクランクシャフト４０に入力される軸直角方向の力が打ち消されるため、クランクシャフト４０に発生する振動が抑制される。
【００６０】
また、図５Ｂに示す例示的な実施形態では、隣接する２つのピストン群Ａ，Ｂの間には、クランクシャフト４０を回転可能に支持する軸受装置７６Ａが配置されているため、クランクシャフト４０がバランスよく支持され、クランクシャフト４０に作用する負荷を小さくすることができる。
【００６１】
なお、クランクシャフト４０の軸方向に並んで配置されるピストン群の数は２列に限定されない。クランクシャフト４０の剛性や、冷却性等の問題をクリアできれば、３列以上の多数列であってもよいのは勿論である。
【００６２】
図６は、一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、ピストン総数が奇数個の場合の一例を示した図である。
【００６３】
図６に示す例示的な実施形態では、主ロッド２７に連結される一つのピストン２２と、主ロッド２７に連結される偶数個（例えば４つ）の従ロッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄにそれぞれ連結される４つのピストン３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとが、油圧機械２０Ｂの半径方向に沿って、等間隔に配置されている。すなわち、油圧機械２０Ｂの一つのピストン群２２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのピストン総数は５個であり、奇数個となる。
【００６４】
図７は、他の実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図であって、ピストン総数が偶数個の場合の一例を示した図である。
【００６５】
図７に示す例示的な実施形態では、主ロッド２７に連結される一つのピストン２２と、主ロッド２７に連結される奇数個（例えば５つ）の従ロッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅにそれぞれ連結される４つのピストン３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅとが、油圧機械２０Ｃの半径方向に沿って、等間隔に配置されている。すなわち、油圧機械２０Ｃの一つのピストン群２２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのピストン総数は６個であり、偶数個となる。
【００６６】
所謂星型エンジンと呼ばれる複数のシリンダを放射状に配置した内燃機関では、一つのピストン群におけるピストン（シリンダ）の総数は奇数個が一般的である。これは、４サイクルエンジンでは、ピストンが２往復する間に１回の爆発が発生するため、点火順序を一つ置きにすると、ピストンが２往復する間に全てのシリンダを１回ずつ爆発させることができ、且つ周方向における爆発間隔を常に等間隔にできるからである。
【００６７】
これに対して、本実施形態の油圧機械２０Ｂ，２０Ｃではこのような制約はなく、一つのピストン群が含むピストンの総数を偶数個にも奇数個にもすることができる。したがって、例えば目標とする油圧機械全体の形状等に合わせてピストンの総数を自由に選択することが可能となるなど、設計の自由度が高い。
【００６８】
図８は、一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図である。図９は、図８に示す油圧機械の軸方向に沿った断面図である。
【００６９】
幾つかの実施形態では、図８および図９に示すように、主ロッド２７のクランクピン穴２８の内周面とクランクピン４２の外周面との間に、第１軸受４８が設けられている。また、主ロッド２７の各々のピン穴２９ａ，２９ｂと、従ロッド３７ａ，３７ｂと係合する各々のピン３９ａ，３９ｂの外周面との間に、第２軸受３８ａ，３８ｂが設けられている。
【００７０】
このような第１軸受４８を設けることで、クランクピン穴２８とクランクピン４２との間の摺動性が高まり、油圧機械２０Ｄの性能が向上する。同様に、このような第２軸受３８ａ，３８ｂを設けることで、各々のピン穴２９ａ，２９ｂとピン３９ａ，３９ｂとの間の摺動性が高まり、油圧機械２０Ｄの性能が向上する。
【００７１】
図８および図９に示す例示的な実施形態では、これら第１軸受４８および第２軸受３８ａ，３８ｂは、すべり軸受けとして構成されている。しかしながら、軸受の構造はすべり軸受けに限定されず、例えば転がり軸受であってもよい。
【００７２】
また、図８および図９に示す例示的な実施形態では、第１軸受４８および第２軸受３８ａ，３８ｂの両方の軸受を備えていたが、第１軸受４８または第２軸受３８ａ，３８ｂのいずれか一方だけを備えていてもよい。
【００７３】
図１０は、一実施形態にかかる油圧機械の半径方向に沿った断面図である。
【００７４】
幾つかの実施形態では、油圧機械２０は、複数のピストン２２，３２ａ，３２ｂと複数のシリンダ２４，３４ａ，３４ｂによってそれぞれ形成される複数の油圧室２５，３５ａ，３５ｂに導入された作動油を、主ロッド２７のクランクピン穴２８の内周面およびピン穴２９ａ，２９ｂの内周面に供給するための潤滑油路９２，９３，９４をさらに備えている。
【００７５】
潤滑油路９２は、図１０に示すように、ピストン２２を径方向に貫通するピストン側潤滑油路９２Ａと、主ロッド２７の内部に形成されているロッド側潤滑油路９２Ｂからなる。同様に、各々の潤滑油路９３，９４は、それぞれのピストン３２ａ，３２ｂを径方向に貫通するピストン側潤滑油路９３Ａ，９４Ａと、それぞれの従ロッド３７ａ，３７ｂの内部に形成されているロッド側潤滑油路９３Ｂ，９４Ｂからなる。
【００７６】
また、上述した潤滑油路９２，９３Ｂ，９４Ｂのそれぞれは、ピストン位相が所定の範囲にある場合にのみ、ピストン側潤滑油路９２Ａ，９３Ａ，９４Ａと、ロッド側潤滑油路９２Ｂ，９３Ｂ，９４Ｂが連通するように構成されている。このことを、主ロッド２７に形成されている潤滑油路９２を例にして図１１に基づいて説明する。
【００７７】
図１１に示す実施形態では、ピストン２２が上昇行程にある状態（ａ）及びピストン２２が上死点にある状態（ｂ）には、ピストン側潤滑油路９２Ａとロッド側潤滑油路９２Ｂとが連通し、油圧室２５内の作動油がロッド側潤滑油路９２Ｂを介して、図１０に示すように、主ロッド２７のクランクピン穴２８の内周面に供給される。一方、ピストン２２が下降行程にある状態（ｃ）及びピストン２２が下死点にある状態（ｄ）では、ピストン側潤滑油路９２Ａとロッド側潤滑油路９２Ｂとは連通しない。
このように構成すれば、油圧機械２０を油圧モータ１０として構成した亜倍において、油圧室２５内に仕事前または仕事中の高圧の作動油が供給されている図１０の（ｃ），（ｄ）に示す状態にあっては、ピストン側潤滑油路９２Ａとロッド側潤滑油路９２Ｂとは連通せずに、油圧室２５内に仕事後の低圧の作動油がある状態（図１０の（ａ），（ｂ）に示す状態）にのみ、ピストン側潤滑油路９２Ａとロッド側潤滑油路９２とが連通する。これにより、仕事前の高圧の作動油が潤滑油路９２を介して油圧室２５の外に供給されるのを防ぎ、油圧モータ１０の効率が低下するのを防止することができる。
【００７８】
なお、油圧機械２０を油圧ポンプ８として構成する場合は、上述した場合とは反対に、すなわち、図１０の（ｃ），（ｄ）に示す状態にのみ、ピストン側潤滑油路９２Ａとロッド側潤滑油路９２とを連通するように構成すればよい。
【００７９】
図１２は、一実施形態にかかる油圧機械の軸方向に沿った断面図である。
【００８０】
幾つかの実施形態では、図１２に示すように、その油圧機械２０は、複数のピストンと複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室に導入された作動油によって、各々のピストンをクランクシャフト４０に向けて押し下げてクランクシャフト４０を回転させる、上述した風力発電装置１に用いられる油圧モータ１０として構成される。
【００８１】
また、油圧モータ１０には、軸方向に複数列（例えば４列）のピストン群が配置されている。
【００８２】
また、油圧モータ１０のシリンダブロック５０の外周側には、油圧ポンプ８のシリンダブロック（ポンプ用シリンダブロック）８０が配置されている。ポンプ用シリンダブロック８０には、半径方向および軸方向に沿って複数のスリーブ穴８７が形成されている。そして、これら複数のスリーブ穴８７には、その内部にポンプ用シリンダ８４を有する複数のシリンダスリーブ８６がそれぞれ挿入されている。そして、複数のポンプ用シリンダ８４には、複数のポンプ用ピストン８２がそれぞれ往復動自在に収容されている。そして、これら複数のポンプ用ピストン８２と複数のポンプ用シリンダ８４のそれぞれによって、複数の油圧室８５が形成されている。
【００８３】
また、複数のポンプ用ピストン８２には、複数のローラ８３が回動自在に設けられている。これら複数のローラ８３は、油圧ポンプ８の周方向に沿って並べられた複数のローブを有するリングカム８８のカム面８８ａと当接するように構成されている。
リングカム８８は、例えば風力発電装置１の回転シャフト６に連結されており、回転シャフト６とともに回転するように構成されている。この際、リングカム８８の回転中心は、クランクシャフト４０の回転中心と同じ位置となるように配置される。
【００８４】
そして、リングカム８８が回転すると、リングカム８８の内周面に形成されているカム面８８ａと当接するローラ８３がローブ面に沿って回転し、これに伴いポンプ用ピストン８２が半径方向に沿って往復動する。これにより、油圧室８５に貯留されている作動油が昇圧され、高圧の作動油（圧油）が生成される。生成された圧油は、高圧油ライン１２を介して接続される油圧モータ１０の油圧室２５Ａ〜２５Ｄに供給される。そして、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、低圧油ライン１４を経由して、油圧ポンプ８の油圧室８５に再び戻される。
なお、図１２中の符号７６Ｂは、クランクシャフト４０を回転可能に支持する軸受装置７６Ｂである。また、符号７８ａ，７８ｂは、リングカム８８を回転可能に支持する油圧軸受装置７８ａ，７８ｂである。
【００８５】
このような構成によれば、軸方向に並ぶ複数列のピストン群を含むため、その分だけ、油圧機械２０（油圧モータ１０）の径を小さくすることができる。このため、油圧ポンプ８のリングカム８８の内側に、油圧モータ１０を油圧ポンプ８と同心に配置することが可能となり、油圧モータ１０および油圧ポンプ８の省スペース化を実現できる。
したがって、油圧機械２０を上述した風力発電装置１の油圧モータ１０として構成する場合に、ナセル１８を小型化することが可能となる。
【００８６】
また、図１２に例示的に示す実施形態では、油圧ポンプ８の複数のポンプ用ピストン８２と複数のポンプ用シリンダ８４によってそれぞれ形成される複数の油圧室８５の少なくとも一つの油圧室８５Ａと連通し、この油圧室８５Ａから吐出される作動油を、少なくとも主ロッド２７のクランクピン穴２８の内周面またはピン穴２９ａ，２９ｂの内周面のいずれか一方に供給するための外部潤滑油路９６を備えている。
【００８７】
このような外部潤滑油路９６によれば、油圧ポンプ８の行程容積に相当する定量の作動油を潤滑用として主ロッド２７の摺動部に供給することができる。
【００８８】
また、外部潤滑油路９６には、通過する作動油の圧力脈動を吸収するための蓄圧器９８Ａ、及び所定圧以上の作動油を油路外に排出するためのリリーフ弁９８Ｂからなる圧力制御手段９８が設けられている。この圧力制御手段９８によって、油圧ポンプ８から潤滑用として吐出される作動油の圧力を、潤滑に適した所望の圧力範囲に制御することができる。
【００８９】
なお、図１２に示す例示的な実施形態では、油圧モータ１０のシリンダブロック５０と、油圧ポンプ８のポンプ用シリンダブロック８０とが別体に構成されていたが、これに限定されず、両者を一体に構成してもよい。
また、図１２に示す例示的な実施形態では、油圧ポンプ８において、ポンプ用シリンダブロック８０の外周側にリングカム８８が配置されているが、これに限定されず、ポンプ用シリンダ８０の内周側にリングカム８８を配置するように構成してもよい。
また、潤滑用の作動油の供給先は、主ロッド２７の摺動部に限定されず、例えば軸受装置７６Ｂなどの他の摺動部にも供給するように構成することもできる。
【００９０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。例えば、上述した実施形態のうち複数を適宜組み合わせてもよい。
【００９１】
例えば、図１２に示す圧力制御手段９８を、上述した潤滑油路９２，９３，９４に接続して設けることで、潤滑油路９２，９３，９４から供給される作動油を、潤滑に適した所望の圧力範囲に制御するように構成することも可能である。
【００９２】
また、上述の実施形態を説明する際に用いた「沿って」との用語は、基準となる方向又は物に対して幾何学的な意味で厳密に平行である状態のみを指すものではなく、基準となる方向又は物に対してある程度の角度（例えば３０度以内の角度）をなす状態をも包含する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の少なくとも一つの実施形態のラジアルピストン式油圧機械は、風力発電装置に搭載される油圧ポンプおよび油圧モータとして好適に用いられる。
【符号の説明】
【００９４】
１              風力発電装置
２              ブレード
３              ロータ
４              ハブ
５              ハブカバー
６              回転シャフト
８              油圧ポンプ
１０            油圧モータ
１２            高圧油ライン
１４            低圧油ライン
１６            発電機
１８            ナセル
１９            タワー
２０            油圧機械
２２，３２      ピストン
２４            シリンダ
２５            油圧室
２６，３６      ピストンピン
２７            主ロッド
２８，３８      クランクピン穴
２９            ピン穴
３７            従ロッド
３８            第２軸受
３９            ピン
４０            クランクシャフト
４０ａ          メインシャフト
４２            クランクピン
４４            バランスウェイト
４６            アーム
４８            第１軸受
５０            シリンダブロック
５０ａ          開口部
６２            給油路
６３            給油制御弁
６４            排油路
６５            排油制御弁
７６Ａ，７６Ｂ  軸受装置
７８ａ，７８ｂ  軸受装置
８０            ポンプ用シリンダブロック
８２            ポンプ用ピストン
８３            ローラ
８４            ポンプ用シリンダ
８５            油圧室
８６            シリンダスリーブ
８７            スリーブ穴
８８            リングカム
８８ａ          カム面
９２            ロッド側潤滑油路
９２，９３，９４          潤滑油路
９２Ａ，９３Ａ，９４Ａ    ピストン側潤滑油路
９２Ｂ，９３Ｂ，９４Ｂ    ロッド側潤滑油路
９６            外部潤滑油路
９８            圧力制御手段
９８Ａ          蓄圧器
９８Ｂ          リリーフ弁
【図１】
2014129775.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014129775.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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