(57)【要約】ロータハブ内に存在する異物によって損傷を受けることがない風力発電装置、及び風力発電装置の運転方法を提供することが課題である。風力発電装置１は、回転翼８と、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、ロータハブ６Ａに連結され、ロータハブ６Ａとともに回転する回転軸（主軸１２やカップリング１６）と、ロータハブ６Ａの内部に配置され、ロータハブ６Ａ内の異物を検出する異物検出センサ４０と、回転軸の回転を停止するブレーキ手段（ピッチ駆動装置３０やパーキングブレーキ１９）と、異物検出センサ４０が異物を検出した場合に、回転軸の回転が停止されるようにブレーキ手段を制御するコントローラ５０とを備える。
2011151875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼と、
前記回転翼が取り付けられたロータハブと、
前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、
前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記センサは、
前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、
前記接触部に接続され、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によってＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるリミットスイッチとを含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記センサは、
前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、
前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記接触部は、前記ロータハブの内壁面に沿って前記回転軸の軸方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、
前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備えることを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ内異物検出装置を備えた風力発電装置及び風力発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置では、例えば、翼とロータハブとを備える風車ロータを回転させ、ロータの回転を回転軸で発電機に伝え、発電機軸を回転させることで発電が行われる。ここで、ロータハブの内部には、例えば、風の状態（例えば、風力や風向など）に応じて、回転翼のピッチを調整するためのピッチ制御機構などの各種機器が格納されている。このような機器は、例えばロータハブの内壁に直接、或いはロータハブ内に設置される架台を介してボルトなどによって締結されている。【０００３】
ここで、風力発電装置の動作中において、ロータハブが回転することに伴い、ロータハブの内部で各種機器を締結するボルトが緩み、当該ボルトや機器を構成する部材が脱落するおそれがある。また、作業員がメンテナンスのためにロータハブ内で点検作業を行う場合に、作業員が作業工具をロータハブ内に置き忘れる可能性もある。このように、ロータハブ内において脱落した部材や工具などの異物が存在すると、風力発電装置の動作中の回転動作に伴い、ロータハブの内部機器を著しく損傷させるおそれがある。【０００４】
ここで、ロータハブ内に存在する異物の対策を講じたものではないが、特許文献１には、サウンド・ピックアップを用いて、回転翼、発電機およびドライブトレインの異常を検知する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０７２７８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、異物によってロータハブの内部構造が損傷してしまうことの対策が全く記載されていない。仮に特許文献１の技術をロータハブ内の異物検出に適用したとしても、異音を発するときには既に損傷が進んでいる可能性があるし、サウンド・ピックアップにより取得される様々な音を含む音声データから、ロータハブ内の異物に対応する音を特定することは困難である。【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ロータハブ内に存在する異物によって損傷を受けることがない風力発電装置、及び風力発電装置の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の風力発電装置は上記課題を解決するために、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備えることを特徴とする。【０００９】
この風力発電装置は、ロータハブ内の異物を検出するセンサと、このセンサが前記異物を検出した場合に、回転軸の回転を停止するようにブレーキ手段を制御するコントローラとが設けられているので、ロータハブ内の異物によってロータハブ内の構造物が損傷を受けることが抑制される。【００１０】
本明細書において、風力発電装置の「回転軸」とは、ロータヘッドからの回転を発電機に伝えるドライブトレインに含まれるいずれかの軸部材を指す。【００１１】
異物を検出するセンサは、例えば、異物との接触による影響を物理量の変化として出力可能な部材であり、その物理的、機械的又は電気的構成を問わない各種の態様を採り得る。ここでいう物理量とは、異物がセンサに接触した場合に当該接触による影響が反映される物理量である。物理量の変化とは、異物がセンサに接触する前後における物理量の変化量であり、例えば異物が接触する際にセンサが異物から受ける圧力や歪みの変化、異物によってセンサが変形される際に生じるセンサの張力の変化、或いはセンサが変形又は切断されることによる電気抵抗値の変化（即ち、センサに印加される電流や電圧の変化など）である。【００１２】
上記風力発電装置において、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部に接続され、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によってＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるリミットスイッチとを含んで構成されていてもよい。【００１３】
このように、ロータハブ内の異物検出を行うセンサとして、ロータハブの内壁に固定された接触部にリミットスイッチが接続されたセンサを用いることで、接触部が異物と接触する際に発生する張力によってリミットスイッチのＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるので、ロータハブ内の異物の存在を検出することができる。なお、センサの接触部は、ロータハブの内壁から所定の高さに配置された線状であってもよいし、ロータハブの内壁から立設されたネット状であってもよい。【００１４】
上記風力発電装置において、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含んで構成されていてもよい。【００１５】
このように、ロータハブ内の異物検出を行うセンサを、ロータハブの内壁に固定された接触部（導線）の通電状態を検出部で検出する構成とすることで、異物がセンサ導線を切断することで異物の存在が検知されるので、ロータハブ内の異物の存在を検出することができる。なお、センサの接触部（導線）は、ロータハブの内壁から所定の高さに配置された線状であってもよいし、ロータハブの内壁から立設されたネット状であってもよい。【００１６】
また、前記接触部は、前記ロータハブの内壁面に沿って前記回転軸の軸方向に配置されていることが好ましい。【００１７】
ロータハブ内の異物は、回転軸とともにロータハブが回転する際に、ロータハブ内の構造物に衝突しながらロータハブの内壁面に沿って移動する（転がる）。そこで、ロータハブの内壁面に沿って前記回転軸の軸方向に接触部を配置しておけば、異物が接触部に接触する確率が大幅に上昇する。これにより、ロータハブ内の異物の存在を早期に検出することができる。【００１８】
本発明に係る風力発電装置の運転方法は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備えることを特徴とする。【００１９】
この風力発電装置の運転方法によれば、センサによってロータハブ内の異物を検出するとともに、異物が検出された場合に回転軸の回転を停止させるので、ロータハブ内の異物によってロータハブ内の構造物が損傷を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】風力発電装置の全体構成例を示す図である。
【図２】ナセル内のドライブトレインおよび発電機を示す横面図である。
【図３】ロータヘッドの内部構造を図２の矢印Ａ方向から見た図である。
【図４】異物検出センサの構成例を示す図である。
【図５】図４に示す異物検出センサが異物を検出する様子を示す図である。
【図６】異物検出センサの接触部の他の例を示す図である。
【図７】風力発電装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図８】異物検出センサの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、特定的な記載がない限り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。
【００２２】
図１は、風力発電装置の全体構成例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル４と、ナセル４に取り付けられたロータヘッド６と、ロータヘッド６に取り付けられた複数枚の回転翼８とで構成されている。
【００２３】
支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状であり、最上部にナセル４が設置される。
【００２４】
ナセル４は、ロータヘッド６を支持するとともに、その内部に回転軸１０や発電機１８を収納している。
【００２５】
図２はナセル４の内部の回転軸１０及び発電機１８の詳細を示す図である。この例では回転軸としてロータヘッド６のロータハブ６Ａに連結された主軸１２と、主軸１２に連結された増速機１４と、増速機１４を発電機１８に連結するカップリング１６とを有する。風力発電装置１では、回転翼８が風を受けると、ロータハブ６Ａとともに主軸１２が回転し、主軸１２の回転が増速機１４によって増速された後、カップリング１６を介して発電機１８に入力されるようになっている。
【００２６】
この例ではカップリング１６の一部に、ブレーキディスク１９Ａ及びブレーキパッド１９Ｂからなるパーキングブレーキ１９が取り付けられている。このパーキングブレーキ１９は、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、回転軸を制動する。
【００２７】
図１及び２に示すように、ロータヘッド６は、略水平な軸線周りに回転可能にナセル４に固定されるとともに、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、このロータハブ６Ａを覆う頭部カプセル６Ｂとを含んで構成される。
【００２８】
図３は、ロータハブ６Ａの内部構造を図２の矢印Ａ方向から見た図である。同図に示すように、ロータハブ６Ａには、回転翼８をその長手方向に沿った軸線周り（図２の矢印方向）に回転させて回転翼８のピッチ角を変更するピッチ駆動装置３０などが設けられている。
【００２９】
ピッチ駆動装置３０は、シリンダ３２と、回転翼８に連結された軸部３４とで構成される。なお回転翼８は、軸受３６によりピッチ方向に回転可能に支持されている。このため回転翼８は、ピッチ駆動装置３０のシリンダ３２によって軸部３４が回転すると、軸部３４とともにピッチ方向に回転するようになっている。
【００３０】
このように、ロータハブ６Ａの内部には、例えばピッチ駆動装置３０のような制御機器が収納されている。このため、ロータハブ６Ａ内に異物が存在すると、この異物が風力発電装置１の運転時に移動し、ロータハブ６Ａの内部機器に衝突し、損傷させてしまうおそれがある。
【００３１】
そこで、本実施形態では、図２及び３に示すように、ロータハブ６Ａ内の異物の有無を検出する異物検出センサ４０を設けている。異物検出センサ４０は、ロータハブ６Ａ内の異物との接触による影響を物理量の変化として出力可能なものであれば特に限定されず、種々の構成のものを用いることができる。ここでいう物理量とは、異物が異物検出センサ４０に接触した場合に当該接触による影響が反映される物理量である。
【００３２】
図４は、異物検出センサ４０の構成例を示す模式図である。図５は、異物検出センサ４０によって異物が検出される様子を示す図である。なお図４において、説明の便宜上、ロータハブ６Ａから回転翼８、軸受３６及びピッチ制御機構３０を取り外すとともに、ロータハブ６Ａの内部を切り開いた様子を示している。
【００３３】
異物検出センサ４０は、例えば図４に示すように、ロータハブ６Ａの内壁に支柱４２を介して固定された接触部４４と、この接触部４４に接続されたリミットスイッチ４６とにより構成してもよい。
【００３４】
接触部４４は、一対の支柱４２に張架されたひも状部材（ロープ）であり、ロータハブ６Ａの回転時に異物が通過する可能性が高い場所に配置される。ここで、ロータハブ６Ａ内の異物は、主軸１２とともにロータハブ６Ａが回転する際に、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って移動する（転がる）。したがって、接触部４４は、図４に示すように、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って、内壁面から所定の高さ（例えば１〜２０ｃｍ）に、主軸１２の軸方向に延在するように配置されていることが好ましい。これにより、異物が接触部４４に接触する確率が大幅に上昇し、ロータハブ６Ａ内の異物の存在を早期に検出することができる。
【００３５】
リミットスイッチ４６は、作動体の動きをリンクやレバー機構によって内臓マイクロスイッチに伝えることにより、ＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替わるスイッチである。なお、リミットスイッチ４６の作動体は接触部４４に接続されており、接触部４４の変形に伴って動くようになっている。
【００３６】
このような構成の異物検出センサ４０によれば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、異物４１が接触部４４に接触すると、接触部４４が変形し、リミットスイッチ４６の作動体が矢印方向に動き、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられる。このリミットスイッチ４６により、ロータハブ６Ａ内の異物が検出される。
【００３７】
また、リミットスイッチ４６はコントローラ５０に接続されており、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態に応じて、警報装置５２、パーキングブレーキ１９及びピッチ駆動装置３０がコントローラ５０によって制御されるようになっている。
【００３８】
具体的には、リミットスイッチ４６によりロータハブ６Ａ内に異物４１の存在が確認されると、コントローラ５０の制御下で、警報装置５２が異物の存在を知らせる警報を発するとともに、パーキングブレーキ１９及びピッチ駆動装置３０が風力発電装置１の回転軸の回転を停止させる。なお、回転軸の停止動作は、例えば、最初にピッチ駆動装置３０によって回転翼８をフェザリング状態に移行させ、回転軸の回転を抑制又は停止させた後、パーキングブレーキ１９によって回転軸を不動にするという手順で行われる。
【００３９】
なお、警報装置５２は、異物の存在を知らせることが可能な構成であれば特に限定されず、例えば、警告音を発するスピーカや、ナセル４又は支持柱２内の制御盤に設けられた警告ランプを用いることができる。
【００４０】
また図４及び５には、異物検出センサ４０の接触部４４が一対の支柱４２に張架されたひも状部材（ロープ）である例について説明したが、接触部４４の形状は、異物との接触によって変形可能なものであれば特に限定されず、例えばネット状であってもよい。
【００４１】
図６は、ネット状の接触部の構成例を示す図である。同図に示すように、接触部４５は、ロータハブ６Ａの内壁面から立設されるように支柱４２によって支持されているネット状部材である。接触部４５は二次元的な構造を有しているので、図４及び５に示す一次元的な構造の接触部４４に比べて、ロータハブ６Ａ内の異物４１と接触する確率が高い。つまり、ネット状の接触部４４を用いることによって、異物４１の検出精度を効果的に高めることができる。さらに、ネット状の接触部４４を用いることで、接触部４４によって異物４１を受け止め（絡め取り）、異物４１の更なる移動を抑制して、それ以降のロータハブ６Ａの内部構造の損傷を防止する効果も期待できる。
【００４２】
また、図４及び５に示す例において、異物検出センサ４０は接触部４４とリミットスイッチ４６とを含んで構成されているが、リミットスイッチ４６に代えて、異物４１との接触時における接触部４４の変形を任意の手法で検出するセンサ部材を用いることができる。例えば、リミットスイッチ４６に代えて、異物４１との接触時における接触部４４の変位を検出する変位センサや、異物４１との接触時における接触部４４の張力の変化を計測する歪センサや、異物４１との接触時における接触部４４の変形を撮像するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いてもよい。
異物検出センサ４０は、異物４１との接触時における接触部４４の変形をリミットスイッチ４６等のセンサ部材で検出する態様以外にも、ロータハブ６Ａ内を移動する異物４１をセンサ部材で直接検出する態様であってもよい。例えば、光を照射する光照射部と、この光照射部からの光を受光する受光部とからなる光電センサを有する異物検出センサ４０を用いて、光照射部からの光が異物４１によって遮られずに受光部に届くか否かによって、異物４１を検出するようにしてもよい。あるいは、ロータハブ６Ａ内を撮像する撮像素子を有する異物検出センサ４０を用いて、撮像素子により取得された画像を解析して、ロータハブ６Ａ内に異物４１が存在するか否かを検出するようにしてもよい。この場合も、光照射部による光の照射エリア、または、撮像素子による撮像エリアは、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って、内壁面から所定の高さ（例えば１〜２０ｃｍ）に、主軸１２の軸方向に延在する領域を含むことが好ましい。
【００４３】
次に、上述の風力発電装置１の運転方法について説明する。図７は、風力発電装置１の運転方法を示すフローチャートである。なお、以下で説明する運転方法は、コントローラ５０の指示の下で風力発電装置１の各部（異物検出センサ４０、パーキングブレーキ１９、ピッチ駆動装置３０、警報装置５２等）を作動させて行うのが好ましいが、コントローラ５０を用いずに、操作者が操作盤から一部又は全部の指示を入力するようにしてもよい。
【００４４】
まず、ステップＳ２において、異物検出センサ４０を用いてロータハブ６Ａ内の異物の有無を検出する。具体的には、ロータハブ６Ａ内に異物が存在する場合、異物検出センサ４０の接触部４４に異物が接触し、このときに生じる張力によってリミットスイッチ４６の作動体が接触部４４側に引っ張られ、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられる。したがって、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられたか否かによって、ロータハブ６Ａ内の異物の有無が検出される。この検出結果は、リミットスイッチ４６に接続されたコントローラ５０に送られる。
【００４５】
ステップＳ４において、コントローラ５０は、リミットスイッチ４６から送られる検出結果に基づいて、ロータハブ６Ａ内に異物が存在するか否かを判定する。
【００４６】
そして、ロータハブ６Ａ内に異物が存在すると判定された場合（ステップＳ４のＹＥＳ判定）、ステップＳ６に進み、コントローラ５０の制御下で警報装置５２が異物の存在を知らせる警報を発する。
【００４７】
さらに、ステップＳ８に進み、コントローラ５０の制御下でピッチ駆動装置３０が回転翼８のピッチ角を変更し、回転翼８をフェザリング状態にすることで、風力発電装置１の回転軸を制動する。
【００４８】
そして、風力発電装置１の回転軸の回転が減速又は停止した後、ステップＳ１０において、コントローラ５０の制御下でパーキングブレーキ１９が回転軸を不動にする。具体的には、パーキングブレーキ１９は、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、回転軸（カップリング１６）を不動にする。
【００４９】
なお、ステップＳ４においてロータハブ６Ａ内に異物が存在しないと判定された場合には、ステップＳ２に戻り、異物検出センサ４０による異物の検出を再び行う。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態では、風力発電装置１は、回転翼８と、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、ロータハブ６Ａに連結され、ロータハブ６Ａとともに回転する回転軸（主軸１２やカップリング１６）と、ロータハブ６Ａの内部に配置され、ロータハブ６Ａ内の異物を検出する異物検出センサ４０と、回転軸の回転を停止するブレーキ手段（ピッチ駆動装置３０やパーキングブレーキ１９）と、異物検出センサ４０が異物を検出した場合に、回転軸の回転が停止されるようにブレーキ手段を制御するコントローラ５０とを備える。
【００５１】
この風力発電装置１によれば、ロータハブ６Ａ内の異物を検出する異物検出センサ４０と、異物検出センサ４０が異物を検出した場合に、回転軸の回転を停止するようにブレーキ手段を制御するコントローラ５０とが設けられているので、ロータハブ６Ａ内の異物によってロータハブ６Ａ内の構造物が損傷を受けることを抑制できる。
【００５２】
以上、本発明の一例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。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、ロータハブ６Ａ内の異物を検出するセンサとして、接触部４４及びリミットスイッチ４６を含む異物検出センサ４０を例に挙げて、主として、異物との接触時における接触部４４の変形を利用して異物を検出する構成のものを説明したが、異物検出センサは下記のような構成であってもよい。
【００５４】
図８は、異物検出センサの他の構成例を示す模式図である。図８（ａ）に示すように、異物検出センサ６０は、異物との接触時に断線する導線からなる接触部６４と、接触部６４の通電状態を検出する検出器６６とを含んで構成される。すなわち、異物検出センサ６０は、異物との接触時における接触部（導線）６４の断線を利用して異物を検出する構成を有する点で、上述の実施形態と異なる。
【００５５】
接触部６４は、図８（ａ）に示すように、一対の支柱６２に張架されたひも状（ロープ状）の銅やアルミニウム等の導電性材料であり、ロータハブ６Ａの回転時に異物が通過する可能性が高い場所に配置される。したがって、接触部６４は、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って主軸１２の軸方向に延在するように配置されていることが好ましい。これにより、異物が接触部６４に接触する確率が大幅に上昇し、ロータハブ６Ａ内の異物の存在を早期に検出することができる。なお図８（ａ）に示す例では、接触部６４は一対の支柱６２に張架されたひも状部材（ロープ）であるが、接触部６４は異物の干渉により断線などをし電気的な特性が変化するものであれば、ネット状を含む種々の形状であってもよい。
【００５６】
検出器６６は、接触部６４の通電状態を検出可能な構成（すなわち、接触部６４の断線を検出可能な構成）であれば特に限定されないが、例えば、図８（ａ）に示すように、接触部６４に流れる電流を検出する電流計を用いることができる。この場合、検出器６６は、接触部６４と、接触部６４に電力を供給する電源６８との間に配置される。
【００５７】
図８（ｂ）に示すように、異物４１が接触部６４に接触すると、接触部６４は断線し、検出器６６を流れる電流がゼロになる。検出器６６は、断線によって電流がゼロになったことを、電気信号としてコントローラ５０に送信する。コントローラ５０では、検出器６６から送信された電気信号に基づいて、ロータハブ６Ａにおける異物の有無を判定する。そして、ロータハブ６Ａ内に異物の存在が確認されると、コントローラ５０の制御下で、警報装置５２が異物の存在を知らせる警報を発するとともに、パーキングブレーキ１９及びピッチ駆動装置３０が風力発電装置１の回転軸の回転を停止させる。
【符号の説明】
【００５８】
１        風力発電装置
２        支柱
４        ナセル
６        ロータヘッド
８        回転翼
１０      回転軸
１１      主軸受
１２      主軸
１４      増速機
１６      カップリング
１８      発電機
１９      ブレーキ装置
１９Ａ    ブレーキディスク
１９Ｂ    ブレーキパッド
３０      ピッチ駆動装置
３２      シリンダ
３４      軸部
３６      軸受
４０      異物検出センサ
４１      異物
４２      支柱
４４      接触部
４６      リミットスイッチ
５０      コントローラ
５２      警報装置
６０      異物検出センサ
６２      支柱
６４      接触部
６６      検出器
６８      電源
【図１】
2011151875.tif 000003
【図２】
2011151875.tif 000004
【図３】
2011151875.tif 000005
【図４】
2011151875.tif 000006
【図５】
2011151875.tif 000007
【図６】
2011151875.tif 000008
【図７】
2011151875.tif 000009
【図８】
2011151875.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月28日(2012.11.28)
【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】
回転翼と、
前記回転翼が取り付けられたロータハブと、
前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、
前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、
前記センサは、
前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、
前記接触部に接続され、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によってＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるリミットスイッチとを含むことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
回転翼と、
前記回転翼が取り付けられたロータハブと、
前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、
前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、
前記センサは、
前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、
前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含むことを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
回転翼と、
前記回転翼が取り付けられたロータハブと、
前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、
前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、
前記センサは、
前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、
前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力の変化を計測する歪みセンサとを含むことを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
回転翼と、
前記回転翼が取り付けられたロータハブと、
前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、
前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、
前記センサは、
前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、
前記異物との接触時における前記接触部の変位を計測する変位センサとを含むことを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
前記接触部は、前記ロータハブの内壁面に沿って前記回転軸の軸方向に延在するように配置されてい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風力発電装置。
【請求項６】
回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、
前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、
前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部に接続されたリミットスイッチとを含み、
前記異物を検出する工程では、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によって切り替えられる前記リミットスイッチのＯＮ/ＯＦＦ状態に基づいて前記異物を検出することを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【請求項７】
回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、
前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、
前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含み、
前記異物を検出する工程では、前記検出部による検出結果に基づいて前記異物を検出することを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【請求項８】
回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、
前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、
前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部の張力を検出するための歪みセンサとを含み、
前記異物を検出する工程では、前記歪みセンサの検出結果に基づいて前記異物を検出することを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【請求項９】
回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、
前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、
前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、
前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部の変位を計測する変位センサとを含み、
前記異物を検出する工程では、前記変位センサによる検出結果に基づいて前記異物を検出することを特徴とする風力発電装置の運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ内異物検出装置を備えた風力発電装置及び風力発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置では、例えば、翼とロータハブとを備える風車ロータを回転させ、ロータの回転を回転軸で発電機に伝え、発電機軸を回転させることで発電が行われる。ここで、ロータハブの内部には、例えば、風の状態（例えば、風力や風向など）に応じて、回転翼のピッチを調整するためのピッチ制御機構などの各種機器が格納されている。このような機器は、例えばロータハブの内壁に直接、或いはロータハブ内に設置される架台を介してボルトなどによって締結されている。
【０００３】
ここで、風力発電装置の動作中において、ロータハブが回転することに伴い、ロータハブの内部で各種機器を締結するボルトが緩み、当該ボルトや機器を構成する部材が脱落するおそれがある。また、作業員がメンテナンスのためにロータハブ内で点検作業を行う場合に、作業員が作業工具をロータハブ内に置き忘れる可能性もある。このように、ロータハブ内において脱落した部材や工具などの異物が存在すると、風力発電装置の動作中の回転動作に伴い、ロータハブの内部機器を著しく損傷させるおそれがある。
【０００４】
ここで、ロータハブ内に存在する異物の対策を講じたものではないが、特許文献１には、サウンド・ピックアップを用いて、回転翼、発電機およびドライブトレインの異常を検知する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０７２７８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、異物によってロータハブの内部構造が損傷してしまうことの対策が全く記載されていない。仮に特許文献１の技術をロータハブ内の異物検出に適用したとしても、異音を発するときには既に損傷が進んでいる可能性があるし、サウンド・ピックアップにより取得される様々な音を含む音声データから、ロータハブ内の異物に対応する音を特定することは困難である。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ロータハブ内に存在する異物によって損傷を受けることがない風力発電装置、及び風力発電装置の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る風力発電装置は上記課題を解決するために、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部に接続され、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によってＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるリミットスイッチとを含むことを特徴とする。
本発明の別の態様に係る風力発電装置は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含むことを特徴とする。
本発明のさらに別の態様に係る風力発電装置は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力の変化を計測する歪みセンサとを含むことを特徴とする。
本発明のさらに別の態様に係る風力発電装置は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置され、前記ロータハブ内の異物を検出するセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記回転軸の回転が停止されるように前記ブレーキ手段を制御するコントローラとを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記異物との接触時における前記接触部の変位を計測する変位センサとを含むことを特徴とする。
【０００９】
これらの風力発電装置は、ロータハブ内の異物を検出するセンサと、このセンサが前記異物を検出した場合に、回転軸の回転を停止するようにブレーキ手段を制御するコントローラとが設けられているので、ロータハブ内の異物によってロータハブ内の構造物が損傷を受けることが抑制される。
【００１０】
本明細書において、風力発電装置の「回転軸」とは、ロータヘッドからの回転を発電機に伝えるドライブトレインに含まれるいずれかの軸部材を指す。
【００１１】
異物を検出するセンサは、例えば、異物との接触による影響を物理量の変化として出力可能な部材であり、その物理的、機械的又は電気的構成を問わない各種の態様を採り得る。ここでいう物理量とは、異物がセンサに接触した場合に当該接触による影響が反映される物理量である。物理量の変化とは、異物がセンサに接触する前後における物理量の変化量であり、例えば異物が接触する際にセンサが異物から受ける圧力や歪みの変化、異物によってセンサが変形される際に生じるセンサの張力の変化、或いはセンサが変形又は切断されることによる電気抵抗値の変化（即ち、センサに印加される電流や電圧の変化など）である。
【００１２】
上記一態様に係る風力発電装置では、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部に接続され、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によってＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるリミットスイッチとを含んで構成される。
【００１３】
このように、ロータハブ内の異物検出を行うセンサとして、ロータハブの内壁に固定された接触部にリミットスイッチが接続されたセンサを用いることで、接触部が異物と接触する際に発生する張力によってリミットスイッチのＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられるので、ロータハブ内の異物の存在を検出することができる。なお、センサの接触部は、ロータハブの内壁から所定の高さに配置された線状であってもよいし、ロータハブの内壁から立設されたネット状であってもよい。
【００１４】
上記風力発電装置において、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含んで構成されていてもよい。
【００１５】
このように、ロータハブ内の異物検出を行うセンサを、ロータハブの内壁に固定された接触部（導線）の通電状態を検出部で検出する構成とすることで、異物がセンサ導線を切断することで異物の存在が検知されるので、ロータハブ内の異物の存在を検出することができる。なお、センサの接触部（導線）は、ロータハブの内壁から所定の高さに配置された線状であってもよいし、ロータハブの内壁から立設されたネット状であってもよい。
【００１６】
また、前記接触部は、前記ロータハブの内壁面に沿って前記回転軸の軸方向に配置されていることが好ましい。
【００１７】
ロータハブ内の異物は、回転軸とともにロータハブが回転する際に、ロータハブ内の構造物に衝突しながらロータハブの内壁面に沿って移動する（転がる）。そこで、ロータハブの内壁面に沿って前記回転軸の軸方向に接触部を配置しておけば、異物が接触部に接触する確率が大幅に上昇する。これにより、ロータハブ内の異物の存在を早期に検出することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る風力発電装置の運転方法は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部に接続されたリミットスイッチとを含み、前記異物を検出する工程では、前記接触部の前記異物との接触時に発生する張力によって切り替えられる前記リミットスイッチのＯＮ/ＯＦＦ状態に基づいて前記異物を検出することを特徴とする。
本発明の別の態様に係る風力発電装置の運転方法は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された導線からなる接触部と、前記接触部の通電状態を検出する検出部とを含み、前記異物を検出する工程では、前記検出部による検出結果に基づいて前記異物を検出することを特徴とする。
本発明のさらに別の態様に係る風力発電装置の運転方法は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部の張力を検出するための歪みセンサとを含み、前記異物を検出する工程では、前記歪みセンサの検出結果に基づいて前記異物を検出することを特徴とする。
本発明のさらに別の態様に係る風力発電装置の運転方法は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータハブと、前記ロータハブに連結され、前記ロータハブとともに回転する回転軸と、前記ロータハブの内部に配置されたセンサと、前記回転軸の回転を停止するブレーキ手段とを有する風力発電装置の運転方法であって、前記センサによって前記ロータハブ内の異物を検出する工程と、前記センサが前記異物を検出した場合に、前記ブレーキ手段によって前記回転軸の回転を停止する工程とを備え、前記センサは、前記異物と接触するように前記ロータハブの内壁に固定された接触部と、前記接触部の変位を計測する変位センサとを含み、前記異物を検出する工程では、前記変位センサによる検出結果に基づいて前記異物を検出することを特徴とする。
【００１９】
これらの風力発電装置の運転方法によれば、センサによってロータハブ内の異物を検出するとともに、異物が検出された場合に回転軸の回転を停止させるので、ロータハブ内の異物によってロータハブ内の構造物が損傷を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】風力発電装置の全体構成例を示す図である。
【図２】ナセル内のドライブトレインおよび発電機を示す横面図である。
【図３】ロータヘッドの内部構造を図２の矢印Ａ方向から見た図である。
【図４】異物検出センサの構成例を示す図である。
【図５】図４に示す異物検出センサが異物を検出する様子を示す図である。
【図６】異物検出センサの接触部の他の例を示す図である。
【図７】風力発電装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図８】異物検出センサの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、特定的な記載がない限り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。
【００２２】
図１は、風力発電装置の全体構成例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル４と、ナセル４に取り付けられたロータヘッド６と、ロータヘッド６に取り付けられた複数枚の回転翼８とで構成されている。
【００２３】
支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状であり、最上部にナセル４が設置される。
【００２４】
ナセル４は、ロータヘッド６を支持するとともに、その内部に回転軸１０や発電機１８を収納している。
【００２５】
図２はナセル４の内部の回転軸１０及び発電機１８の詳細を示す図である。この例では回転軸としてロータヘッド６のロータハブ６Ａに連結された主軸１２と、主軸１２に連結された増速機１４と、増速機１４を発電機１８に連結するカップリング１６とを有する。風力発電装置１では、回転翼８が風を受けると、ロータハブ６Ａとともに主軸１２が回転し、主軸１２の回転が増速機１４によって増速された後、カップリング１６を介して発電機１８に入力されるようになっている。
【００２６】
この例ではカップリング１６の一部に、ブレーキディスク１９Ａ及びブレーキパッド１９Ｂからなるパーキングブレーキ１９が取り付けられている。このパーキングブレーキ１９は、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、回転軸を制動する。
【００２７】
図１及び２に示すように、ロータヘッド６は、略水平な軸線周りに回転可能にナセル４に固定されるとともに、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、このロータハブ６Ａを覆う頭部カプセル６Ｂとを含んで構成される。
【００２８】
図３は、ロータハブ６Ａの内部構造を図２の矢印Ａ方向から見た図である。同図に示すように、ロータハブ６Ａには、回転翼８をその長手方向に沿った軸線周り（図２の矢印方向）に回転させて回転翼８のピッチ角を変更するピッチ駆動装置３０などが設けられている。
【００２９】
ピッチ駆動装置３０は、シリンダ３２と、回転翼８に連結された軸部３４とで構成される。なお回転翼８は、軸受３６によりピッチ方向に回転可能に支持されている。このため回転翼８は、ピッチ駆動装置３０のシリンダ３２によって軸部３４が回転すると、軸部３４とともにピッチ方向に回転するようになっている。
【００３０】
このように、ロータハブ６Ａの内部には、例えばピッチ駆動装置３０のような制御機器が収納されている。このため、ロータハブ６Ａ内に異物が存在すると、この異物が風力発電装置１の運転時に移動し、ロータハブ６Ａの内部機器に衝突し、損傷させてしまうおそれがある。
【００３１】
そこで、本実施形態では、図２及び３に示すように、ロータハブ６Ａ内の異物の有無を検出する異物検出センサ４０を設けている。異物検出センサ４０は、ロータハブ６Ａ内の異物との接触による影響を物理量の変化として出力可能なものであれば特に限定されず、種々の構成のものを用いることができる。ここでいう物理量とは、異物が異物検出センサ４０に接触した場合に当該接触による影響が反映される物理量である。
【００３２】
図４は、異物検出センサ４０の構成例を示す模式図である。図５は、異物検出センサ４０によって異物が検出される様子を示す図である。なお図４において、説明の便宜上、ロータハブ６Ａから回転翼８、軸受３６及びピッチ制御機構３０を取り外すとともに、ロータハブ６Ａの内部を切り開いた様子を示している。
【００３３】
異物検出センサ４０は、例えば図４に示すように、ロータハブ６Ａの内壁に支柱４２を介して固定された接触部４４と、この接触部４４に接続されたリミットスイッチ４６とにより構成してもよい。
【００３４】
接触部４４は、一対の支柱４２に張架されたひも状部材（ロープ）であり、ロータハブ６Ａの回転時に異物が通過する可能性が高い場所に配置される。ここで、ロータハブ６Ａ内の異物は、主軸１２とともにロータハブ６Ａが回転する際に、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って移動する（転がる）。したがって、接触部４４は、図４に示すように、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って、内壁面から所定の高さ（例えば１〜２０ｃｍ）に、主軸１２の軸方向に延在するように配置されていることが好ましい。これにより、異物が接触部４４に接触する確率が大幅に上昇し、ロータハブ６Ａ内の異物の存在を早期に検出することができる。
【００３５】
リミットスイッチ４６は、作動体の動きをリンクやレバー機構によって内臓マイクロスイッチに伝えることにより、ＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替わるスイッチである。なお、リミットスイッチ４６の作動体は接触部４４に接続されており、接触部４４の変形に伴って動くようになっている。
【００３６】
このような構成の異物検出センサ４０によれば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、異物４１が接触部４４に接触すると、接触部４４が変形し、リミットスイッチ４６の作動体が矢印方向に動き、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられる。このリミットスイッチ４６により、ロータハブ６Ａ内の異物が検出される。
【００３７】
また、リミットスイッチ４６はコントローラ５０に接続されており、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態に応じて、警報装置５２、パーキングブレーキ１９及びピッチ駆動装置３０がコントローラ５０によって制御されるようになっている。
【００３８】
具体的には、リミットスイッチ４６によりロータハブ６Ａ内に異物４１の存在が確認されると、コントローラ５０の制御下で、警報装置５２が異物の存在を知らせる警報を発するとともに、パーキングブレーキ１９及びピッチ駆動装置３０が風力発電装置１の回転軸の回転を停止させる。なお、回転軸の停止動作は、例えば、最初にピッチ駆動装置３０によって回転翼８をフェザリング状態に移行させ、回転軸の回転を抑制又は停止させた後、パーキングブレーキ１９によって回転軸を不動にするという手順で行われる。
【００３９】
なお、警報装置５２は、異物の存在を知らせることが可能な構成であれば特に限定されず、例えば、警告音を発するスピーカや、ナセル４又は支持柱２内の制御盤に設けられた警告ランプを用いることができる。
【００４０】
また図４及び５には、異物検出センサ４０の接触部４４が一対の支柱４２に張架されたひも状部材（ロープ）である例について説明したが、接触部４４の形状は、異物との接触によって変形可能なものであれば特に限定されず、例えばネット状であってもよい。
【００４１】
図６は、ネット状の接触部の構成例を示す図である。同図に示すように、接触部４５は、ロータハブ６Ａの内壁面から立設されるように支柱４２によって支持されているネット状部材である。接触部４５は二次元的な構造を有しているので、図４及び５に示す一次元的な構造の接触部４４に比べて、ロータハブ６Ａ内の異物４１と接触する確率が高い。つまり、ネット状の接触部４４を用いることによって、異物４１の検出精度を効果的に高めることができる。さらに、ネット状の接触部４４を用いることで、接触部４４によって異物４１を受け止め（絡め取り）、異物４１の更なる移動を抑制して、それ以降のロータハブ６Ａの内部構造の損傷を防止する効果も期待できる。
【００４２】
また、図４及び５に示す例において、異物検出センサ４０は接触部４４とリミットスイッチ４６とを含んで構成されているが、リミットスイッチ４６に代えて、異物４１との接触時における接触部４４の変形を任意の手法で検出するセンサ部材を用いることができる。例えば、リミットスイッチ４６に代えて、異物４１との接触時における接触部４４の変位を検出する変位センサや、異物４１との接触時における接触部４４の張力の変化を計測する歪センサや、異物４１との接触時における接触部４４の変形を撮像するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いてもよい。
異物検出センサ４０は、異物４１との接触時における接触部４４の変形をリミットスイッチ４６等のセンサ部材で検出する態様以外にも、ロータハブ６Ａ内を移動する異物４１をセンサ部材で直接検出する態様であってもよい。例えば、光を照射する光照射部と、この光照射部からの光を受光する受光部とからなる光電センサを有する異物検出センサ４０を用いて、光照射部からの光が異物４１によって遮られずに受光部に届くか否かによって、異物４１を検出するようにしてもよい。あるいは、ロータハブ６Ａ内を撮像する撮像素子を有する異物検出センサ４０を用いて、撮像素子により取得された画像を解析して、ロータハブ６Ａ内に異物４１が存在するか否かを検出するようにしてもよい。この場合も、光照射部による光の照射エリア、または、撮像素子による撮像エリアは、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って、内壁面から所定の高さ（例えば１〜２０ｃｍ）に、主軸１２の軸方向に延在する領域を含むことが好ましい。
【００４３】
次に、上述の風力発電装置１の運転方法について説明する。図７は、風力発電装置１の運転方法を示すフローチャートである。なお、以下で説明する運転方法は、コントローラ５０の指示の下で風力発電装置１の各部（異物検出センサ４０、パーキングブレーキ１９、ピッチ駆動装置３０、警報装置５２等）を作動させて行うのが好ましいが、コントローラ５０を用いずに、操作者が操作盤から一部又は全部の指示を入力するようにしてもよい。
【００４４】
まず、ステップＳ２において、異物検出センサ４０を用いてロータハブ６Ａ内の異物の有無を検出する。具体的には、ロータハブ６Ａ内に異物が存在する場合、異物検出センサ４０の接触部４４に異物が接触し、このときに生じる張力によってリミットスイッチ４６の作動体が接触部４４側に引っ張られ、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられる。したがって、リミットスイッチ４６のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替えられたか否かによって、ロータハブ６Ａ内の異物の有無が検出される。この検出結果は、リミットスイッチ４６に接続されたコントローラ５０に送られる。
【００４５】
ステップＳ４において、コントローラ５０は、リミットスイッチ４６から送られる検出結果に基づいて、ロータハブ６Ａ内に異物が存在するか否かを判定する。
【００４６】
そして、ロータハブ６Ａ内に異物が存在すると判定された場合（ステップＳ４のＹＥＳ判定）、ステップＳ６に進み、コントローラ５０の制御下で警報装置５２が異物の存在を知らせる警報を発する。
【００４７】
さらに、ステップＳ８に進み、コントローラ５０の制御下でピッチ駆動装置３０が回転翼８のピッチ角を変更し、回転翼８をフェザリング状態にすることで、風力発電装置１の回転軸を制動する。
【００４８】
そして、風力発電装置１の回転軸の回転が減速又は停止した後、ステップＳ１０において、コントローラ５０の制御下でパーキングブレーキ１９が回転軸を不動にする。具体的には、パーキングブレーキ１９は、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、回転軸（カップリング１６）を不動にする。
【００４９】
なお、ステップＳ４においてロータハブ６Ａ内に異物が存在しないと判定された場合には、ステップＳ２に戻り、異物検出センサ４０による異物の検出を再び行う。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態では、風力発電装置１は、回転翼８と、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、ロータハブ６Ａに連結され、ロータハブ６Ａとともに回転する回転軸（主軸１２やカップリング１６）と、ロータハブ６Ａの内部に配置され、ロータハブ６Ａ内の異物を検出する異物検出センサ４０と、回転軸の回転を停止するブレーキ手段（ピッチ駆動装置３０やパーキングブレーキ１９）と、異物検出センサ４０が異物を検出した場合に、回転軸の回転が停止されるようにブレーキ手段を制御するコントローラ５０とを備える。
【００５１】
この風力発電装置１によれば、ロータハブ６Ａ内の異物を検出する異物検出センサ４０と、異物検出センサ４０が異物を検出した場合に、回転軸の回転を停止するようにブレーキ手段を制御するコントローラ５０とが設けられているので、ロータハブ６Ａ内の異物によってロータハブ６Ａ内の構造物が損傷を受けることを抑制できる。
【００５２】
以上、本発明の一例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。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、ロータハブ６Ａ内の異物を検出するセンサとして、接触部４４及びリミットスイッチ４６を含む異物検出センサ４０を例に挙げて、主として、異物との接触時における接触部４４の変形を利用して異物を検出する構成のものを説明したが、異物検出センサは下記のような構成であってもよい。
【００５４】
図８は、異物検出センサの他の構成例を示す模式図である。図８（ａ）に示すように、異物検出センサ６０は、異物との接触時に断線する導線からなる接触部６４と、接触部６４の通電状態を検出する検出器６６とを含んで構成される。すなわち、異物検出センサ６０は、異物との接触時における接触部（導線）６４の断線を利用して異物を検出する構成を有する点で、上述の実施形態と異なる。
【００５５】
接触部６４は、図８（ａ）に示すように、一対の支柱６２に張架されたひも状（ロープ状）の銅やアルミニウム等の導電性材料であり、ロータハブ６Ａの回転時に異物が通過する可能性が高い場所に配置される。したがって、接触部６４は、ロータハブ６Ａの内壁面に沿って主軸１２の軸方向に延在するように配置されていることが好ましい。これにより、異物が接触部６４に接触する確率が大幅に上昇し、ロータハブ６Ａ内の異物の存在を早期に検出することができる。なお図８（ａ）に示す例では、接触部６４は一対の支柱６２に張架されたひも状部材（ロープ）であるが、接触部６４は異物の干渉により断線などをし電気的な特性が変化するものであれば、ネット状を含む種々の形状であってもよい。
【００５６】
検出器６６は、接触部６４の通電状態を検出可能な構成（すなわち、接触部６４の断線を検出可能な構成）であれば特に限定されないが、例えば、図８（ａ）に示すように、接触部６４に流れる電流を検出する電流計を用いることができる。この場合、検出器６６は、接触部６４と、接触部６４に電力を供給する電源６８との間に配置される。
【００５７】
図８（ｂ）に示すように、異物４１が接触部６４に接触すると、接触部６４は断線し、検出器６６を流れる電流がゼロになる。検出器６６は、断線によって電流がゼロになったことを、電気信号としてコントローラ５０に送信する。コントローラ５０では、検出器６６から送信された電気信号に基づいて、ロータハブ６Ａにおける異物の有無を判定する。そして、ロータハブ６Ａ内に異物の存在が確認されると、コントローラ５０の制御下で、警報装置５２が異物の存在を知らせる警報を発するとともに、パーキングブレーキ１９及びピッチ駆動装置３０が風力発電装置１の回転軸の回転を停止させる。
【符号の説明】
【００５８】
１        風力発電装置
２        支柱
４        ナセル
６        ロータヘッド
８        回転翼
１０      回転軸
１１      主軸受
１２      主軸
１４      増速機
１６      カップリング
１８      発電機
１９      ブレーキ装置
１９Ａ    ブレーキディスク
１９Ｂ    ブレーキパッド
３０      ピッチ駆動装置
３２      シリンダ
３４      軸部
３６      軸受
４０      異物検出センサ
４１      異物
４２      支柱
４４      接触部
４６      リミットスイッチ
５０      コントローラ
５２      警報装置
６０      異物検出センサ
６２      支柱
６４      接触部
６６      検出器
６８      電源
【国際調査報告】
2011151875.tif 000011
2011151875.tif 000012
2011151875.tif 000013
2011151875.tif 000014