(57)【要約】  本発明は、ブレードピッチ制御機構に関し、特に、海洋波エネルギー抽出システムにおけるタービンロータ(3)のためのブレードピッチ制御機構(1)に関する。ブレードピッチ制御機構(1)は、タービンロータ(3)のハブ(7)に取付け可能なギヤ組立体(5)を含み、ギヤ組立体(5)は、ハブ(7)に回転可能に取付けられた複数のブレード（９）に係合する。ギヤ組立体(5)をタービンロータ(3)の軸線を中心として回転させる駆動手段(11)が、ギヤ組立体(5)をタービンロータ(3)の回転速度と実質的に同じ速度で回転させるとき、ハブ(7)に対するブレード(9)の位置を固定する。駆動手段(11)が、タービンロータ(3)の回転速度に対するギヤ組立体(5)の回転速度を選択的に変化させると、ギヤ組立体(5)により、ハブ(7)に対するブレード(9)の回転を引き起こし、ブレード(9)のピッチが調整される。
2009500562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋波エネルギー抽出システムにおけるタービンロータのためのブレードピッチ制御機構であって、
タービンロータのハブに回転可能に取付けられた複数のブレードに係合させるために、前記ハブに取付け可能なギヤ組立体と、
前記ギヤ組立体を前記タービンロータの軸線を中心として回転させるために、前記ギヤ組立体に作動的に連結された駆動手段と、を有し、
前記駆動手段は、前記ギヤ組立体を前記タービンロータの回転速度と実質的に同じ速度で回転させて、前記ハブに対する前記ブレードの位置を固定すると共に、選択的に、前記タービンロータの回転速度に対する前記ギヤ組立体の回転速度を変化させ、前記ハブに対する前記ブレードの回転を前記ギヤ組立体によって引き起こし、それにより、前記ブレードのピッチを調整する、ブレードピッチ制御機構。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記ギヤ組立体を直接回転させるために、前記ギヤ組立体に固定連結される、請求項１に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項３】
前記駆動手段はトルクモータである、請求項１に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項４】
前記ギヤ組立体は摩擦ギヤ組立体である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項５】
前記ギヤ組立体は、１つ又は２つ以上のピニオンギヤに連結された駆動ギヤを有し、前記１つ又は２つ以上のピニオンギヤは、それぞれの前記ブレードに結合される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項６】
前記駆動ギヤは、前記ブレードの回転を生じさせるために、２つ以上の前記ピニオンギヤと同時に噛合う、請求項５に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項７】
前記駆動ギヤは、ディスク、環状プレート、又は円形プレートを有する、請求項６に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項８】
前記摩擦ギヤ組立体は、ベベルギヤ組立体である、請求項４に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項９】
前記駆動手段は、前記タービンロータのシャフトに回転可能に取付けられる、請求項１〜８のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項１０】
前記タービンロータのシャフトは、発電機に連結される、請求項１に記載のブレードピッチ制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードピッチ制御機構に関し、特に、タービンのためのブレードピッチ制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、主として、海洋波エネルギー抽出システムにおいてタービンの複数のブレードのピッチを制御するために開発されたものであり、本発明を本出願を参照して以下に説明する。
【０００３】
本明細書の全体にわたる従来技術の如何なる議論も、決して、このような従来技術が広く知られていることを認めること、又はその分野における共通の一般的な知識の一部を形成することを認めることと考えるべきではない。
【０００４】
従来の可燃性炭化水素の燃料資源が、限りある資源であるという環境への懸念及び認識は、波、風、潮、地熱、及び太陽といった持続可能な非汚染エネルギー源の研究をもたらした。
【０００５】
多数の異なるタイプの波力発電システムが、提案された。１つのシステムは、発電のために、波の運動に固有の上下運動を使用してタービンの回転運動を行なわせ、発電機を直接的又は間接的に駆動させるという基本原則を用いるものである。このようなシステムにおいては、波の振動運動によって引き起こされる、頻繁に反転する気流状態が存在する。タービンが、このような反転する気流状態に応じて作動し続けることを可能にするように、特別に構成された多数の１方向タービンが設計された。通常用いられるタービンは、「ウェルズ（Ｗｅｌｌｓ）」タービンとして知られており、放射状に延びる翼型断面ブレードを有する単葉式軸流ファン型構造を有し、翼弦に対して概ね対称的である。ブレードは、タービンロータの軸線に垂直な無揚力の面に固定される。しかしながら、これら初期のタービンは、失速に見舞われ、しばしば波エネルギー利用プラントの運転停止をもたらすことが知れている。この失速は、全ての位置についてタービン・チャンバに入る波のサイズを制御することができないが、予想されるレベルの気流の周囲にこうしたタービンを設計する必要があったという事実により生じたものである。従って、より大きいサイズの波がチャンバに入ると、これに対応して、その運動量により、より大きい空気流量がタービンブレードを通して引き起こされる。静的ブレード構成の場合、ブレードの回転速度は、この気流の増加に逆らうように、その分だけ増加させることができないので、ブレードに対する気流の迎え角が失速角を超えて増加し、タービンが停止する。
【０００６】
上記の問題を含む、従来技術の問題点を受けて、本出願人は、国際公開第ＷＯ９８／２１４７３号として公開された、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＡＵ９７／００７５８号におけるタービンを提案し、かかる国際公開の全体をここに援用する。タービンは、タービンロータと、タービンロータの中心ハブに結合された、複数の真っ直ぐな放射状に延びる空気流ブレードを含むものであった。ブレードのほぼ対称的形状及びハブに対するブレードの配向が、そこを通る反転する軸線流の流量に応じてタービンロータが一方向に回転することを容易にした。
【０００７】
本出願人の上記の出願において提案されたタービンは、各ブレードがハブ上に取付けられた中央スピボットを中心に各ブレードを回転させるように、ハブ上に配置されたブレードピッチ変動又は反転機構を含んでいた。この構成は、ブレードピッチを変えて、これにより両方向の流量についての迎え角の最適化を可能にするのに有効であるが、ピッチ・ブレード反転機構は、タービンのための付加的な部品を必要とした。このことにより、タービンの重量、構造上の複雑さ、及び保守要件が追加され、そのため機構が故障する危険性が増加した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の不利な点の少なくとも１つを克服又は改善すること、又は有用な変形例を提供することが、本発明の１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
好ましい形態において、構造が単純かつコンパクトであり、比較的軽量であるブレードピッチ制御機構を提供することが、本発明の１つの目的である。従って、タービンの構造上の複雑さ、重量、及び保守要件が低減され、その結果、故障の危険性が低下する。
【００１０】
従って、本発明の１つの態様は、海洋波エネルギー抽出システムにおけるタービンロータのためのブレードピッチ制御機構であって、タービンロータのハブに回転可能に取付けられた複数のブレードに係合させるために、ハブに取付け可能なギヤ組立体と、ギヤ組立体をタービンロータの軸線を中心として回転させるために、ギヤ組立体に作動的に連結された駆動手段と、を有し、駆動手段は、ハブに対するブレードの位置を固定するために、ギヤ組立体をタービンロータの回転速度と実質的に同じ速度で回転させ、駆動手段は、タービンロータの回転速度に対するギヤ組立体の回転速度を選択的に変化させ、ハブに対するブレードの回転をギヤ組立体によって引き起こし、それにより、ブレードのピッチを調整する。
【００１１】
駆動手段は、ギヤ組立体を直接回転させるために、ギヤ組立体に固定連結されることが好ましい。駆動手段は、トルクモータであることが好ましい。
【００１２】
ギヤ組立体は、摩擦ギヤ組立体であることが好ましい。好ましくは、ギヤ組立体は、１つ又は２つ以上のピニオンギヤに連結された駆動ギヤを有し、１つ又は２つ以上のピニオンギヤは、それぞれのブレードに結合される。好ましくは、駆動ギヤは、ブレードの回転を生じさせるために、２つ以上のピニオンギヤと同時に噛合う。好ましくは、駆動ギヤは、ディスク、環状プレート、又は円形プレートを有する。摩擦ギヤ組立体は、ベベルギヤ組立体であることが好ましい。
【００１３】
駆動手段は、タービンロータのシャフトに回転可能に取付けられることが好ましい。駆動手段は、タービンロータのシャフトに軸受けによって取付けられることが好ましい。タービンロータのシャフトは、発電機に連結されることが好ましい。駆動手段は、ギヤ組立体の回転速度をタービンロータの回転速度の１０％の範囲内で変化させることが好ましい。
【００１４】
駆動手段は、制御ユニットに作動的に連結されることが好ましい。制御ユニットは、ギヤ組立体の回転速度を制御することが好ましい。制御ユニットは、駆動ギヤに与えられるトルクの量を決定することが好ましい。制御ユニットは、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）であることが好ましい。
【００１５】
本発明の別の態様は、上述のようなブレードピッチ制御機構を含むタービンを提供する。本発明のさらの別の態様は、上述のようなブレードピッチ制御機構を有するタービンを含む海洋波エネルギー抽出システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を例示としてのみ説明する。
【００１７】
図面を参照すると、海洋波エネルギー抽出システムにおけるタービンロータ３のためのブレードピッチ制御機構１が、タービンロータ３の中心ハブ７に取付け可能なベベルギヤ組立体５を含み、ベベルギヤ組立体５は、ハブ７にその外周リム８のところで回転可能に取付けられた複数の翼型断面ブレード９に係合する。ブラシレスリングトルクモータ１１が、摩擦ギヤ組立体５に作動可能に結合され、ベベルギヤ組立体５をタービンロータ３の軸線１３を中心に回転させる。トルクモータ１１は、ハブ７に対するブレード９の位置又は姿勢を固定させるためには、ベベルギヤ組立体５をタービンロータ３の回転速度と同じ回転速度で回転させ、選択的は、タービンロータ３の回転速度に対するベベルギヤ組立体５の回転速度を変化させる。この回転速度の変化は、ベベルギヤ組立体５によるハブ７に対するブレード９の回転を生じさせ、それにより、ブレード９のピッチが調整される。
【００１８】
ベベルギヤ組立体５は、複数の小さいベベルギヤ１７に係合する円形のベベルプレート１５を含む。各ベベルギヤ１７は、シャフト１９及びナット２０によってブレード９に結合されている。ベベルプレート１５は、タービンロータ軸線１３を中心に自由に回転可能な駆動ギヤを構成し、トルクモータ１１にしっかりと結合される。従って、タービンロータ軸線１３を中心とするベベルプレート１５の回転により、ベベルギヤ１７を回転させ、次いで、ハブ７を中心にして回転するようにブレード９を回転させる。ハブ７に対するブレード９の回転により、ブレード９のピッチ、従って、その迎え角を変える。
【００１９】
トルクモータ１１は、２組の軸受け２３によってタービンロータ３のロータシャフト２１にそれと同軸に取付けられる。このことにより、ブレード９のピッチを調整するとき、ベベルギヤ組立体５（トルクモータ１１及びベベルプレート１５を含む）及びタービンロータ３（ハブ７及びロータシャフト２１を含む）の間に相対的な回転運動が生じることが可能になる。ブレードピッチ制御機構のためにコンパクトで軽量の設計を提供するために、典型的に小さいトルクモータが用いられる。
【００２０】
トルクモータ１１は、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）（図示せず）と電気的に接続される。ＰＬＣは、トルクモータ１１の回転速度を制御し、ほぼリアルタイムで回転速度を調整することができる。このように、ＰＬＣは、ベベルプレート１５に伝えられるトルクの量（よって、回転速度）を決定する。このことは、トルクの変動をベベルプレート１５に導入することを可能にし、ハブ７に対するブレード９の望ましい相対運動を達成する。従って、トルクモータ１１を制御するＰＬＣのアルゴリズムにより、ブレードピッチのより正確な制御が達成される。
【００２１】
タービンロータ３は、国際公開第ＷＯ９８／２１４７３号に記載されるような海洋波エネルギー抽出システムの一部であり、ロータシャフト２１の一端に隣接して取付けられた発電機２５に結合される。海洋波エネルギー抽出システムにおいて、空気は、空気圧縮チャンバ内で振動し且つ往復する水柱によって押しのけられ又は排出される。排出された空気は、タービンロータ３の中を通って移動し、複数のブレード９を駆動し、ハブ７及びロータシャフト２１を回転させる。このタービンロータ３の回転は、発電機２５によって電力に変換される。
【００２２】
タービンロータ３が空気流に応じて回転し始めると、ＰＬＣは、ベベルプレート１５を回転させる信号をトルクモータ１１に送って、ベベルプレート１５の回転速度をロータシャフト２１及びハブ７の回転速度と同期させる。このことは、排出された気流がタービンロータ３を通過してロータシャフト２１を駆動するときに、ブレード９のピッチが一定に保持されることを保証する。
【００２３】
気流が反転したとき、或いはブレード９を通る空気流の流量が増えたり減ったりするとき、ブレード９のピッチを調整し、タービンロータ軸線１３に対するブレード９の迎え角を最適にする必要がある。ＰＬＣは、トルクモータ１１に信号を送り、トルクモータ１１の回転速度を、即ち、タービンロータ３の回転速度に対するベベルプレート１５の回転速度を、わずかに増加させたり減少させたりする。回転速度の１０％までのこの僅かな変動は、ベベルプレート１５による回転力としてベベルギヤ１７に伝えられ、ベベルギヤ１７が回転し、ブレード９をハブ７に対して回転させ、これに応じてブレードの９ピッチを調整する。ベベルプレート１５の回転速度の増減は、約１秒間だけのほんの瞬間的なものに過ぎず、プラス又はマイナス５５°までのピッチ変動をもたらすものである。従って、排出された空気流のエネルギーを取り込む際に、タービンロータ３の効率に実質的な悪影響はない。
【００２４】
従って、好ましい形態の本発明は、ギヤ組立体を有するブレードピッチ制御機構であって、ギヤ組立体がハブ及びタービンロータと一致してタービンロータ軸線を中心に独立に回転し、ハブ及びギヤ組立体は、回転可能なブレードを通して連結される、ブレードピッチ制御機構を提供する。トルクモータ１１は、タービンロータ３の回転速度に対するギヤ組立体の回転速度を増加させたり減少させたりし、複数のブレード９のピッチを調整する。従って、本発明は、ブレードのピッチの動的制御を可能にする簡単で効果的な機構を提供する。
【００２５】
好ましい形態の本発明の主要な利点は、ブレードピッチ制御機構が、タービンの機械部品の複雑さとタービンの全重量とを低減させる簡単化したギヤ組立体を有することである。ブレードピッチ制御機構は、他の複雑なギヤシステムと比べて部品が少なく、極めて簡単な構成を有するので、故障の危険性と同様に、磨耗及び裂傷も最小に抑えられる。その好ましい形態において、時間の経過と共に、ベベルプレートは、実質的な疲労を示さない。
【００２６】
好ましい形態の本発明はまた、タービンハブの設計の改善を可能にする。特に、ブレードピッチ制御機構の簡単な構造は、ハブ部品の便利な取付けと取外しを助ける。従って、ハブ７の部品は、比較的容易に保守及び／又は修理のために交換又は点検することができる。図５に示すように、ハブ７は、交換可能なハブリング２９を取付けるロータシャフト２１に取付けられたハブアダプタ２７を有するのがよい。
【００２７】
ブレードピッチ制御機構は、好ましい形態のベベルギヤ組立体を用いるが、当業者であれば、本発明と同じ利点を達成するために、他のタイプの摩擦ギヤ組立体を含む他のギヤ組立体を使用できることを理解するであろう。
【００２８】
本発明が具体的な例を参照して説明されたが、当業者であれば、本発明を多くの他の形態で具体化できることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるブレードピッチ制御機構を有するタービンロータの部分的な斜視図である。
【図２】図１のタービンロータの斜視図である。
【図３】図１のタービンロータの断面図である。
【図４】図１のタービンロータの下方から見た断面斜視図である。
【図５】図１のタービンロータのハブの断面斜視図である。
【図１】
2009500562.tif 000003
【図２】
2009500562.tif 000004
【図３】
2009500562.tif 000005
【図４】
2009500562.tif 000006
【図５】
2009500562.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月17日(2007.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋波エネルギー抽出システムにおけるタービンロータのためのブレードピッチ制御機構であって、
タービンロータのハブに回転可能に取付けられた複数のブレードに係合させるために、前記ハブに取付けられたギヤ組立体と、
前記ギヤ組立体を前記タービンロータの軸線を中心として回転させるために、前記ギヤ組立体に作動的に連結された駆動手段と、を有し、
前記駆動手段は、前記ギヤ組立体を前記タービンロータの回転速度と実質的に同じ速度で回転させて、前記ハブに対する前記ブレードの位置を固定すると共に、選択的に、前記タービンロータの回転速度に対する前記ギヤ組立体の回転速度を変化させ、それにより、前記ハブに対する前記ブレードの回転を前記ギヤ組立体によって引き起こし、前記ブレードのピッチを調整する、ブレードピッチ制御機構。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記タービンロータのシャフトに回転可能に取付けられる、請求項１に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記タービンロータのシャフトにそれと同軸に取付けられる、請求項２に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記ギヤ立体を直接回転させるために、前記ギヤ組立体に固定連結される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項５】
前記駆動手段はトルクモータである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項６】
前記トルクモータの回転速度は、プログラマブル論理コントローラによって制御される、請求項５に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項７】
前記ギヤ組立体は摩擦ギヤ組立体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項８】
前記ギヤ組立体は、前記複数のブレードの各々にそれぞれ連結されたピニオンギヤと、前記ピニオンギヤに結合された駆動ギヤと、を有し、前記駆動ギヤは、前記複数のブレードを同時に回転させるように前記ピニオンギヤと噛合う、請求項１〜７のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項９】
前記駆動ギヤは、ディスク又はプレートを有する、請求項８に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項１０】
前記駆動ギヤは、ベベルギヤである、請求項９に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項１１】
前記タービンロータは、発電機に連結される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【請求項１２】
前記タービンロータのシャフトは、発電機に連結される、請求項２〜１１のいずれか１項に記載のブレードピッチ制御機構。
【国際調査報告】
2009500562.tif 000008
2009500562.tif 000009
2009500562.tif 000010