(57)【要約】制御信号に対応して高精度で油圧トランスミッションを制御可能な再生エネルギー型発電装置を提供する。再生エネルギー型発電装置であって、再生エネルギーによって駆動される回転シャフト１８と、回転シャフトによって駆動される油圧ポンプ２０と、油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、油圧モータに連結された発電機と、油圧ポンプの吐出側を油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ライン２２と、油圧ポンプの吸込側を油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ライン２３とを備え、油圧ポンプ２０及び油圧モータは、それぞれ、シリンダ５１およびピストン５２により囲まれる複数の作動室５３と、各作動室に接続される複数の第１分岐路６０Ａおよび該第１分岐路が集合してなり高圧油ラインに接続される第１集合路６０Ｂを有する高圧マニホルド６０と、各作動室に接続される複数の第２分岐路６２Ａおよび第２集合路６２Ｂを有する低圧マニホルド６２と、高圧マニホルドの第１分岐路に設けられる高圧バルブ６５と、低圧マニホルドの第２分岐路に設けられる低圧バルブ６６と、これらを収納するケーシング５０とを含む構成とする。
2013501901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機と、
前記油圧ポンプの吐出側を前記油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ラインと、
前記油圧ポンプの吸込側を前記油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ラインとを備え、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータは、それぞれ、シリンダおよび該シリンダ内で往復するピストンにより囲まれる複数の作動室と、各作動室に接続される複数の第１分岐路および該第１分岐路が集合してなり前記高圧油ラインに接続される第１集合路を有する高圧マニホルドと、各作動室に接続される複数の第２分岐路および該第２分岐路が集合してなり前記低圧油ラインに接続される第２集合路を有する低圧マニホルドと、前記高圧マニホルドの前記第１分岐路に設けられて各第１分岐路を開閉する高圧バルブと、前記低圧マニホルドの前記第２分岐路に設けられて各第２分岐路を開閉する低圧バルブと、前記作動室、前記高圧マニホルド、前記低圧マニホルド、前記高圧バルブ及び前記低圧バルブを収納するケーシングと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】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、前記ケーシングに収納され、前記シリンダが内部に設けられたシリンダブロックを有し、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の前記第１分岐路及び前記第２分岐路は、前記シリンダブロックの内部に形成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３】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の前記高圧マニホルドの第１集合路は、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の回転中心軸方向における前記ケーシングの端面を形成するエンドプレートの内部に形成されてい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４】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の前記シリンダブロックの内部には、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の回転中心軸方向に配列された複数のシリンダからなるシリンダ列が、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の周方向に複数列設けられており、
前記複数のシリンダ列のうち隣接するシリンダ列間には、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の回転中心軸方向に延びる高圧連通路が前記シリンダブロック内に配置され、
前記複数のシリンダ列のうち一列又は隣接する二列に属するシリンダの各作動室に接続される前記第１分岐路が、前記高圧連通路を介して前記第１集合路に連通さ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５】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方では、前記ケーシングと前記シリンダブロックとの間の環状空間が、前記低圧マニホルドの第２集合路を形成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６】
前記油圧ポンプの高圧マニホルドと前記油圧モータの高圧マニホルドは、油の流れを絞るバルブを前記高圧油ラインに介在させずに、前記高圧油ラインを介して直接連通されており、
前記油圧ポンプの低圧マニホルドと前記油圧モータの低圧マニホルドは、油の流れを絞るバルブを前記低圧油ラインに介在させずに、前記低圧油ラインを介して直接連通されてい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７】
前記高圧油ラインと前記低圧油ラインとを繋いで前記油圧モータをバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた高圧リリーフ弁とをさらに備え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８】
少なくとも一つのアキュムレータバルブと、
前記アキュムレータバルブを介して前記高圧油ラインに接続される少なくとも一つのアキュムレータとを備え、
前記アキュムレータバルブが開閉することで、前記アキュムレータが前記高圧油ラインに連通した状態と、前記アキュムレータバルブが前記高圧油ラインから切り離された状態とが切り換えら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９】
前記油圧ポンプの高圧バルブは、前記作動室の圧力が前記高圧油ラインの圧力を超えたときに開いて、前記油圧ポンプの作動室から前記高圧マニホルドを介して前記高圧油ラインに油が流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１０】
前記油圧ポンプの低圧バルブは、前記作動室の圧力が前記低圧油ラインの圧力を下回ったときに開いて、前記低圧油ラインから前記低圧マニホルドを介して前記油圧ポンプの作動室に油が流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１１】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは圧力により作動するチェックバルブであり、
前記チェックバルブは、前記前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つの両側の圧力差によって開いて、一方向への作動油の流れを許容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１２】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは電磁弁であり、
ピストン運動のサイクルと位相的に関係を持たせて前記電磁弁を開閉制御して、前記作動室からの正味の油の押しのけ容積を調節するコントローラをさらに備え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１３】
前記コントローラは、前記ピストン運動のサイクルの全期間において前記低圧バルブが開いたままに維持されるアイドル状態の作動室の数を変化させて、前記サイクルごとに前記作動室から押しのけられる正味の油容積を調節することを特徴とする請求項１２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記ピストン運動の各サイクルにおける前記低圧バルブおよび前記高圧バルブのいずれか一方の開閉タイミングを、該低圧バルブおよび該高圧バルブのいずれか一方の全てのバルブについて共通に変化させて、前記サイクルごとに前記作動室からの正味の油の押しのけ容積を調節することを特徴とする請求項１２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１５】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは電磁弁であり、
前記電磁弁は、所定圧力まで開かないフェイスシールポペット弁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１６】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは電磁弁であり、
前記ピストン運動の各サイクルにおける前記作動室からの油の非対称流れに起因するトルク及び流れの変動を抑えるように、前記電磁弁を開閉制御するコントローラをさらに備え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１７】
前記油圧ポンプの各低圧バルブは、前記作動室の圧力が前記低圧油ラインを下回ったときに受動的に開くノーマルオープン式のソレノイドクローズドバルブ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１８】
前記高圧油ラインの作動油の圧力を計測する圧力センサと、
前記高圧油ライン及び前記低圧油ラインのいずれか一方に設けられ、前記高圧油ライン及び前記低圧油ラインのいずれか一方の作動油の温度を計測する温度センサとをさらに備え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１９】
前記再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーとしての風から電力を生成す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを介して、ロータの回転エネルギーを発電機に伝達する再生エネルギー型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流エネルギーを利用した潮流発電装置等の再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。
【０００３】
このような装置には、従来からギヤ式（機械式）のトランスミッションが多く用いられてきた。ギヤ式トランスミッションは、再生エネルギー源のエネルギー流速が入力される風力発電装置や潮流発電装置のロータのようなエネルギー抽出機構の低速回転を増速し、発電機を駆動するための高速回転に変換する。例えば、一般的な風力発電装置では、ロータの回転数は数ｒｐｍ〜数十ｒｐｍ程度であるのに対し、発電機の定格回転数は通常１５００ｒｐｍ又は１８００ｒｐｍであるから、ロータと発電機との間に機械式（ギヤ式）の増速機が設けられている。すなわち、ロータの回転数は、増速機で発電機の定格回転数まで増速された後、発電機に入力される。
上記したようなギヤ式トランスミッションは、故障しやすかったり、メンテナンス及び交換、あるいは修理の費用が嵩んだりする傾向があるため、これを解消する設計および建設が課題となっていた。
【０００４】
さらなる課題として、あらゆる条件下において、エネルギー抽出機構により最も効率的にエネルギーを抽出可能な再生エネルギー型発電装置を設計することが挙げられる。
このような設計を実現する最も効果的な装置として、ピッチ角が固定された状態でブレードを保持し、先端速度比がほぼ一定となるように、動作範囲の大部分にわたる風速または流速に対して比例的にブレードの回転数を変化させるものがある。費用効率が高い規模の再生エネルギー型発電装置においては、ギヤ式トランスミッションはこの比が常に固定されており、そのため複雑化し故障しやすい電力変換装置により配電網へ電力供給しなければならない。
【０００５】
そこで、近年、機械式トランスミッションに替えて、可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した再生エネルギー型発電装置が注目を浴びている。このような発電装置では、大規模な機構においても可変容量型を実現することができる。油圧トランスミッションは、ギヤ式トランスミッションより軽量で且つロバストであり、またダイレクトドライブ式発電機の駆動機構より軽量である。その結果、発電に関わる全体コストを削減することができる。
【０００６】
例えば、非特許文献１には、風力発電装置に適用される油圧トランスミッションの構成が開示されている。この油圧トランスミッションは、ロータに連結される油圧ポンプと、発電機に接続された油圧モータと、油圧ポンプ及び油圧モータの間にそれぞれ設けられた高圧マニホルド及び低圧マニホルドとを備えている。油圧ポンプ及び油圧モータはぞれぞれシリンダ及びピストンを複数有し、シリンダとピストンで囲まれる作動室（ワーキングチャンバ）の作動、非作動を連続的に変化させることで押しのけ容積を変化させるようになっている。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に接続された油圧モータとを組み合わせた油圧トランスミッションを用いた風力発電装置が記載されている。この風力発電装置の油圧トランスミッションでは、油圧ポンプ及び油圧モータは、高圧リザーバ及び低圧リザーバを介して互いに接続されている。これにより、ロータの回転エネルギーが、油圧トランスミッションを介して発電機に伝わるようになっている。なお、油圧ポンプは、複数組のピストン及びシリンダと、シリンダ内でピストンを周期的に摺動させるカムとで構成されている。
【０００８】
また特許文献２には、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に接続された油圧モータと、油圧ポンプ及び油圧モータの間に設けられた作動油流路とからなる油圧トランスミッションを用いた風力発電装置が記載されている。この風力発電装置の油圧トランスミッションでは、複数組のピストン及びシリンダと、シリンダ内でピストンを周期的に摺動させるカムと、ピストンの往復運動のタイミングに合わせて開閉される高圧バルブ及び低圧バルブとで油圧ポンプが構成されている。そして、上死点近傍でピストンをラッチすることで、シリンダとピストンで囲まれる作動室を非作動状態として、油圧ポンプの押しのけ容積を変化させるようになっている。
【０００９】
また可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータを用いたものではないが、特許文献３には、油圧ポンプから油圧モータに供給される作動油の圧力を調節して、発電機の回転数を一定に維持するようにした風力発電装置が記載されている。この風力発電装置では、油圧ポンプの吐出側が、高圧タンクとしてのタワー内部空間を介して油圧モータの吸込側と接続されており、油圧ポンプの吸込側が、タワー下部に設けた低圧タンクを介して油圧モータの吐出側と接続されている。そして、高圧タンクと油圧モータとの間には比例バルブが設けられており、この比例弁によって油圧モータに供給する作動油の圧力を調節できるようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】W.H.S.Rampen,et al.,“Gearlesstransmissions for large wind-turbines-The history and future of hydraulicdrives”,  DEWEK Bremen, Dec. 2006
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００３２９５９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／００４０４７０号明細書
【特許文献３】米国特許第７４３６０８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したような再生エネルギー型発電装置においては、再生エネルギー源から効率的にエネルギーを抽出し、高い発電効率を維持することが求められる。ところが、このような発電装置で用いられる再生エネルギー源には、通常、風力や潮流等の自然エネルギーが用いられるため発電に利用可能なエネルギーの変動が大きく、これにより常時、最も効率的なエネルギー抽出を行なうことは困難であった。特に、再生エネルギーは短期間での時間的不安定性が高く、効率的なエネルギー抽出を行なうためには、エネルギー変動に対応して迅速に制御することが必要とされる。
【００１３】
そこで、非特許文献１及び特許文献１、２には、油圧ポンプまたは油圧モータの押しのけ容積を調節することで、エネルギー変動に対応した制御を行なうようにした構成が記載されているが、これらの文献には、制御信号に対応して精度よく押しのけ容積を調節するための具体的な構成は開示されていない。また、特許文献３に記載されるように、高圧タンクと油圧モータとの間の油圧ラインに設けた比例バルブにより作動油の圧力を調節する構成では、作動油の流量が大きい位置に比例弁が設けられるので小刻みな調整が困難であった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、制御信号に対応して高精度で油圧トランスミッションを制御可能な再生エネルギー型発電装置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】
【００１４】
本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機と、前記油圧ポンプの吐出側を前記油圧モータの吸込側に連通させる高圧油ラインと、前記油圧ポンプの吸込側を前記油圧モータの吐出側に連通させる低圧油ラインとを備え、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータは、それぞれ、シリンダおよび該シリンダ内で往復するピストンにより囲まれる複数の作動室と、各作動室に接続される複数の第１分岐路および該第１分岐路が集合してなり前記高圧油ラインに接続される第１集合路を有する高圧マニホルドと、各作動室に接続される複数の第２分岐路および該第２分岐路が集合してなり前記低圧油ラインに接続される第２集合路を有する低圧マニホルドと、前記高圧マニホルドの前記第１分岐路に設けられて各第１分岐路を開閉する高圧バルブと、前記低圧マニホルドの前記第２分岐路に設けられて各第２分岐路を開閉する低圧バルブと、前記作動室、前記高圧マニホルド、前記低圧マニホルド、前記高圧バルブ及び前記低圧バルブを収納するケーシングとを含むことを特徴とする。
【００１５】
この再生エネルギー型発電装置では、油圧ポンプ及び油圧モータは、複数の作動室に接続される複数の第１分岐路にそれぞれ高圧バルブを設け、複数の第２分岐路にそれぞれ低圧バルブを設ける構成としたので、油圧トランスミッションに対する制御信号に対応して、小刻みで高精度なバルブ制御が可能となる。これにより、再生エネルギーの変動に対しても高い発電効率を得ることが可能となる。
また、作動室、高圧マニホルド、低圧マニホルド、高圧バルブ及び低圧バルブを、油圧ポンプ及び油圧モータのケーシング内にそれぞれ収納するようにしたので、装置の小型化が図れる。
【００１６】
上記再生エネルギー型発電装置において、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、前記ケーシングに収納され、前記シリンダが内部に設けられたシリンダブロックを有し、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の前記第１分岐路及び前記第２分岐路は、前記シリンダブロックの内部に形成されることが好ましい。
【００１７】
このように、シリンダブロックの内部に、第１分岐路及び第２分岐路を形成することで、作動室からこれに対応する第１、第２集合路まで新たに配管を設置する必要がなくなり、油圧ポンプまたは油圧モータの小型化が図れる。
【００１８】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の前記高圧マニホルドの第１集合路は、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の回転中心軸方向における前記ケーシングの端面を形成するエンドプレートの内部に形成されていることが好ましい。
このように、ケーシングの端面を形成するエンドプレートの内部に、高圧マニホルドの第１集合路を形成することで、高圧の作動油が漏れ出ることを防止し、液密性を向上させることができる。
【００１９】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の前記シリンダブロックの内部には、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の回転中心軸方向に配列された複数のシリンダからなるシリンダ列が、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の周方向に複数列設けられており、前記複数のシリンダ列のうち隣接するシリンダ列間には、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方の回転中心軸方向に延びる高圧連通路が前記シリンダブロック内に配置され、前記複数のシリンダ列のうち一列又は隣接する二列に属するシリンダの各作動室に接続される前記第１分岐路が、前記高圧連通路を介して前記第１集合路に連通されていることが好ましい。
【００２０】
このように、隣接するシリンダ列間に形成された高圧連通路を介して、第１分岐路が第１集合路に接続される構成とすることで、作動油通路の構造を簡素化でき、省スペース化が図れる。
【００２１】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記少なくとも一方では、前記ケーシングと前記シリンダブロックとの間の環状空間が、前記低圧マニホルドの第２集合路を形成することが好ましい。
【００２２】
このように、ケーシングとシリンダブロックとの間の環状空間に、低圧マニホルドの第２集合路を形成することにより、ケーシングとシリンダブロックとの間のスペースを有効利用でき、省スペース化が図れるとともに通路構造を簡素化することができる。
【００２３】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプの高圧マニホルドと前記油圧モータの高圧マニホルドは、作動油の流れを絞るバルブを前記高圧油ラインに介在させずに、前記高圧油ラインを介して直接連通されており、前記油圧ポンプの低圧マニホルドと前記油圧モータの低圧マニホルドは、作動油の流れを絞るバルブを前記低圧油ラインに介在させずに、前記低圧油ラインを介して直接連通されていることが好ましい。
高圧油ライン上にバルブを配置すると、絞りによるエネルギーロスが生じて発電効率が低下してしまう。そこで、上記したように、高圧油ラインにバルブを介在させずに、油圧ポンプの高圧マニホルドと油圧モータの高圧マニホルドとを高圧油ラインで直接連通することで、エネルギーロスを生じさせず、高効率で発電を行うことが可能となる。また、高圧油ライン及び低圧油ラインにバルブを介在させない構成とすることで、油圧ポンプと油圧モータを接続する配管の簡素化が図れるとともに装置の小型化が可能となる。
【００２４】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記高圧油ラインと前記低圧油ラインとを繋いで前記油圧モータをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた高圧リリーフ弁とをさらに備えることが好ましい。
【００２５】
これは、例えば高圧油ライン内の圧力が高圧リリーフ弁の設定圧力まで上昇したとき、高圧リリーフ弁を開いて、バイパス流路を介して低圧油ラインに高圧油を逃すことで、高圧油ラインの圧力を適正範囲に保つことが可能となる。
【００２６】
上記再生エネルギー型発電装置において、少なくとも一つのアキュムレータバルブと、前記アキュムレータバルブを介して前記高圧油ラインに接続される少なくとも一つのアキュムレータとを備え、前記アキュムレータバルブが開閉することで、前記アキュムレータが前記高圧油ラインに連通した状態と、前記アキュムレータバルブが前記高圧油ラインから切り離された状態とが切り換えられることが好ましい。
【００２７】
このように、アキュムレータバルブを開閉制御することによって、アキュムレータを高圧油ラインと連通したり、切り離したりするようにしたので、油圧トランスミッションに入力された余剰エネルギーを蓄圧により蓄え、出力が不足する時に放出することができる。これによりエネルギー変動しやすい風力エネルギーであっても安定して発電を行える。
【００２８】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプの高圧バルブは、前記作動室の圧力が前記高圧油ラインの圧力を超えたときに開いて、前記油圧ポンプの作動室から前記高圧マニホルドを介して前記高圧油ラインに油が流れるように構成してもよい。
一方、上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプの低圧バルブは、前記作動室の圧力が前記低圧油ラインの圧力を下回ったときに開いて、前記低圧油ラインから前記低圧マニホルドを介して前記油圧ポンプの作動室に油が流れるように構成してもよい。
これらの構成を適宜選択的に採用することにより、複雑なバルブ制御を必要とせず、制御の単純化が図れる。
【００２９】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは圧力により作動するチェックバルブであり、前記チェックバルブは、前記前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つの両側の圧力差によって開いて、一方向への作動油の流れを許容するように構成することが好ましい。
【００３０】
このように、油圧ポンプ及び油圧モータの高圧バルブ及び低圧バルブの少なくとも一つを、圧力差によって開閉するチェックバルブとすることで、バルブの開閉に電力を不要とし、ランニングコストを削減できる。さらに、一方向への油の流れを許容するように構成することで、油が逆流することを防止できる。
【００３１】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは電磁弁であり、ピストン運動のサイクルと位相的に関係を持たせて前記電磁弁を開閉制御して、前記作動室からの正味の油の押しのけ容積を調節するコントローラをさらに備えるようにしてもよい。
【００３２】
またこのとき、前記コントローラは、前記ピストン運動のサイクルの全期間において前記低圧バルブが開いたままに維持されるアイドル状態の作動室の数を変化させて、前記サイクルごとに前記作動室から押しのけられる正味の油容積を調節するようにしてもよい。このように、アイドル状態の作動室の数を変化させて、押しのけられる正味の油容積を調節することで、押しのけ容積の段階的な制御が可能で、制御が容易となる。
【００３３】
さらに、前記コントローラは、前記ピストン運動の各サイクルにおける前記低圧バルブおよび前記高圧バルブのいずれか一方の開閉タイミングを、該低圧バルブおよび該高圧バルブのいずれか一方の全てのバルブについて共通に変化させて、前記サイクルごとに前記作動室からの正味の油の押しのけ容積を調節するようにしてもよい。このように、同一種類のバルブの開閉タイミングを共通化することで、制御の安定性が向上し、またバルブの劣化度合いもほぼ一致するため、メンテナンス時期を容易に把握できるようになる。
【００３４】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは電磁弁であり、前記電磁弁は、所定圧力まで開かないフェイスシールポペット弁であってもよい。
【００３５】
またこのとき、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの前記高圧バルブ及び前記低圧バルブの少なくとも一つは電磁弁であり、前記ピストン運動の各サイクルにおける前記作動室からの作動油の非対称流れに起因するトルク及び流れの変動を抑えるように、前記電磁弁を開閉制御するコントローラをさらに備えることが好ましい。これにより、油の非対称流れに起因するトルク及び流れの変動を抑え、安定して運転することが可能となる。
【００３６】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧ポンプの各低圧バルブは、前記作動室の圧力が前記低圧油ラインを下回ったときに受動的に開くノーマルオープン式のソレノイドクローズドバルブであることが好ましい。
このように、低圧バルブは、作動室の圧力が低圧油ラインを下回ったときに受動的に開くようにすることで、バルブの励磁に必要な電力を削減できる。また、作動室の圧力が不適切に高まった場合に低圧バルブが開放するため、作動室内の異常な圧力上昇を防ぐことができる。
【００３７】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記高圧油ラインの作動油の圧力を計測する圧力センサと、前記高圧油ライン及び前記低圧油ラインのいずれか一方に設けられ、前記高圧油ライン及び前記低圧油ラインのいずれか一方の作動油の温度を計測する温度センサとをさらに備えることが好ましい。例えば、これらの計測値に基づいて高圧バルブまたは低圧バルブの制御を行なうことで、適切な制御が可能となる。
【００３８】
上記再生エネルギー型発電装置において、前記再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であることが好ましい。
【００３９】
風力発電装置は風力エネルギーの変動が大きいが、上記再生エネルギー型発電装置の構成を採用することで、風力エネルギーの変動に応じて高精度に制御可能な装置構成とすることができるため、安定した発電が可能となる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、油圧ポンプ及び油圧モータは、複数の作動室に接続される複数の第１分岐路にそれぞれ高圧バルブを設け、複数の第２分岐路にそれぞれ低圧バルブを設ける構成としたので、油圧トランスミッションに対する制御信号に対応して、小刻みで高精度なバルブ制御が可能となる。これにより、再生エネルギーの変動に対しても高い発電効率を得ることが可能となる。
また、作動室、高圧マニホルド、低圧マニホルド、高圧バルブ及び低圧バルブを、油圧ポンプ及び油圧モータのケーシング内にそれぞれ収納するようにしたので、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】風力発電装置の構成例を示す図である。
【図２】風力発電装置の油圧ポンプを模式的に示す図である。
【図３】風力発電装置の油圧モータを模式的に示す図である。
【図４】油圧ポンプの具体的な構成を示す断面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】油圧ポンプのシリンダブロックを示し、図５におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】図４におけるＣ方向からシリンダブロックを視た平面図である。
【図８】油圧ポンプのエンドプレートを示し、図４におけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図９】油圧モータの具体的な構成を示す断面図である。
【図１０】図９におけるＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図１１】油圧モータのエンドプレートを示し、図９におけるＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図１２】油圧モータの外観斜視図である。
【図１３】油圧モータの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
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。
【００４３】
まず、本実施形態に係る風力発電装置の全体構成について説明する。図１は、風力発電装置の構成例を示す図である。図２は風力発電装置の油圧ポンプを模式的に示す図である。図３は風力発電装置の油圧モータを模式的に示す図である。
なお、ここでは、風力発電装置の一例としていわゆる３枚プロペラ型のものを説明するが、本発明は、この例に限定されず、種々の形式の風力発電装置に適用できる。
【００４４】
図１に示すように、風力発電装置１００は、主として、風を受けて回転するロータ１０と、ロータ１０の回転を増速する油圧トランスミッション１１と、電力を発生させる発電機１２と、ナセル１４と、ナセル１４を支持するタワー１５とを備える。
【００４５】
ロータ１０は、ブレード１６が取り付けられたハブ１７に回転シャフト１８（「油圧ポンプの回転軸」に相当）１８が連結された構成を有する。すなわち、３枚のブレード１６がハブ１７を中心として放射状に延びており、それぞれのブレード１６が、回転シャフト１８と連結されたハブ１７に取り付けられている。これにより、ブレード１６が受けた風の力によってロータ１０全体が回転し、回転シャフト１８を介して油圧トランスミッション１１に回転が入力される。なお、ハブ１７内には、ブレード１６のピッチ角を変化させるピッチ駆動機構が収納されていてもよい。
【００４６】
油圧トランスミッション１１は、回転シャフト１８に従動して駆動する容量可変型の油圧ポンプ２０と、クランクシャフト１３を介して発電機１２に接続された容量可変型の油圧モータ２１と、油圧ポンプ２０と油圧モータ２１との間に設けられた高圧油ライン２２及び低圧油ライン２３とで構成される。高圧油ライン２２は、油圧ポンプ２０の吐出側を油圧モータ２１の吸込側に接続しており、低圧油ライン２３は、油圧モータ２１の吐出側を油圧ポンプ２０の吸込側に接続している。これにより、回転シャフト１８の回転に伴って油圧ポンプ２０が駆動されると、高圧油ライン２２と低圧油ライン２３との間に差圧が発生し、この差圧によって油圧モータ２１が駆動される。また、油圧トランスミッション１１は、回転シャフト１８の回転数に応じて増速比（油圧ポンプ２０と油圧モータ２１との押しのけ容積比）を調節して、油圧モータ２１の回転数を一定に維持するようになっている。なお、油圧トランスミッション１１の構成は後述する。
【００４７】
発電機１２は、油圧トランスミッション１１の油圧モータ２１に接続されており、公知の同期発電機又は誘導発電機を用いることができる。発電機１２は、油圧モータ２１から略一定の回転数のトルクが入力され、略一定の周波数の交流電流を発生するようになっている。
【００４８】
ナセル１４は、ロータ１０のハブ１７を回転自在に支持するとともに、その内部に油圧トランスミッション１１や発電機１２等の各種機器を収納している。なお、ナセル１４をタワー１５に回転自在に支持し、ヨーモータ（不図示）を用いて、風向きに応じてナセル１４を旋回させるようにしてもよい。
【００４９】
また、風力発電装置１００には、回転シャフト１８の回転数を計測する回転数計４０と、高圧油ライン２２内の圧力を計測する第１圧力計４１と、高圧油ライン２２の作動油の温度を計測する温度センサ３９とが設けられている。回転数計４０及び第１圧力計４１の計測結果は、コントローラ１に送られて、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２２の制御に用いられる。
コントローラ１は、風力発電装置１００の各部を制御するものである。このコントローラ１には、回転数計４０の回転数信号、第１圧力計４１の高圧油圧力信号、温度センサ３９の作動油温度信号、後述するアキュムレータの圧力信号、油圧ポンプ２０の回転数信号、油圧モータ２１の回転数信号等が入力される。そして、これらのうち一または複数の入力信号に基づいて、高圧バルブ６５，８５、低圧バルブ６６，８６、アキュムレータバルブ３１，３２、高圧リリーフ弁３７、低圧リリーフ弁４７のいずれかを制御するようにしてもよい。なお、コントローラ１は複数の制御部からなり、各制御部はナセル１４の内部又は外部の異なる場所に存在し、分散型の制御システムを構築していてもよい。また、コントローラ１及びこれを構成する各制御部の一つ以上の機能が一つの演算処理装置に組み込まれていてもよい。
【００５０】
また、高圧油ライン２２には、アキュムレータバルブ３１、３２を介してアキュムレータ３３、３４が接続されている。アキュムレータ３３、３４は、例えば、変形可能な袋（ブラダ）により気体と作動油とが隔てられたブラダ式又はピストン式のものを用いることができる。アキュムレータ３３、３４では、蓄圧時に、高圧の作動油がアキュムレータ３３、３４内に流入し、ブラダが変形又はピストンが押されて気体が圧縮される。一方、圧力解放時には、圧縮された気体が膨張して又は外部から高圧気体を追加してブラダ又はピストンを押し、作動油がアキュムレータ３３、３４から押し出される。
【００５１】
アキュムレータバルブ３１、３２とアキュムレータ３３、３４との間には第２圧力計（図示略）が設けられている。この第２圧力計は、アキュムレータ３３、３４内の作動油の圧力を計測する。
【００５２】
第１圧力計４１及び第２圧力計の検出結果は、コントローラ１に送られ、アキュムレータバルブ３１、３２の開閉制御に用いられる。コントローラ１は、第１圧力計４１及び第２圧力計の検出結果に基づいて、アキュムレータバルブ３１、３２の開閉制御を行うことが好ましい。このように、アキュムレータバルブ３１、３２を開閉制御することによって、アキュムレータ３３、３４を高圧油ライン２２と連通したり、切り離したりするようにしたので、油圧トランスミッション１１に入力された余剰エネルギーを蓄圧により蓄え、出力が不足する時に放出することができる。これによりエネルギー変動しやすい風力エネルギーであっても安定して発電を行える。
【００５３】
高圧油ライン２２と低圧油ライン２３との間には、油圧モータ２１をバイパスするバイパス流路３６が設けられている。そして、バイパス流路３６には、高圧油ライン２２の作動油の圧力を設定圧力以下に保持する高圧リリーフ弁３７が設けられている。これにより、高圧油ライン２２内の圧力が高圧リリーフ弁３７の設定圧力まで上昇すれば、高圧リリーフ弁３７が自動的に開いて、バイパス流路３６を介して低圧油ライン２３に高圧油を逃すことができる。
【００５４】
また、油圧トランスミッション１１には、オイルタンク４２、補充ライン４３、ブーストポンプ４４、オイルフィルタ４５、返送ライン４６、低圧リリーフ弁４７が設けられている。
油圧モータ２２からの戻り流れの全部又は一部がこれらのユニットの一つ以上を通過するようにしてもよい。
【００５５】
油圧ポンプ２０は、図２に示すように、シリンダ５１及びピストン５２により形成される複数の作動室５３と、ピストン５２に係合するカム曲面を有するカム５８と、各作動室５３と高圧油ライン２２とを接続する高圧マニホルド６０と、各作動室５３と低圧油ライン２３とを接続する低圧マニホルド６２と、各作動室５３に対して設けられる高圧バルブ６５および低圧バルブ６６とにより構成される。
【００５６】
シリンダ５１は、後述するシリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ５１の内部には、シリンダ５１とピストン５２とに囲まれる作動室５３が形成されている。
【００５７】
ピストン５２は、カム５８のカム曲線に合わせてピストン５２をスムーズに作動させる観点から、シリンダ５１内を摺動するピストン本体部５２Ａと、該ピストン本体部５２Ａに取り付けられ、カム５８のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム５８のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム５８のカム曲面に当接して摺動する部材である。
なお図２には、ピストン５２がピストン本体部５２Ａとピストンローラー５２Ｂとからなる例を示した。
【００５８】
カム５８は、カム取付台５９を介して、回転シャフト１８の外周面に取り付けられている。カム５８は、回転シャフト１８が一回転する間に、油圧ポンプ２０の各ピストン５２を何度も上下動させて油圧ポンプ２０のトルクを大きくする観点から、複数の凹部５８Ａ及び凸部５８Ｂが回転シャフト１８の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムであることが好ましい。
なお、カム５８のカム取付台５９への固定は、ボルト、キー、ピン等の任意の固定部材５７を用いて行われる。
【００５９】
高圧マニホルド６０は、各作動室５３に接続される複数の第１分岐路６０Ａと、複数の第１分岐路６０Ａが集合してなり、高圧油ライン２２に接続される第１集合路６０Ｂとを有する。
低圧マニホルド６２は、各作動室５３に接続される複数の第２分岐路６２Ａと、複数の第２分岐路６２Ａが集合してなり、低圧油ライン２３に接続される第２集合路６２Ｂとを有する。
【００６０】
高圧バルブ６５は、高圧マニホルド６０の第１分岐路６０Ａに設けられる。一方、低圧バルブ６６は、低圧マニホルド６２の第１分岐路６２Ａに設けられる。これら高圧バルブ６５及び低圧バルブ６６を開閉することで、各作動室５３と高圧油ライン２２及び低圧油ライン２３との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧バルブ６５及び低圧バルブ６６の開閉は、ピストン５２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
【００６１】
また、高圧バルブ６５は、作動室５３の圧力が高圧油ライン２２の圧力を超えたときに開いて、油圧ポンプ２０の作動室５３から高圧マニホルド６０を介して高圧油ライン２２に油が流れるように構成することが好ましい。さらに、低圧バルブ６６は、作動室５３の圧力が低圧油ライン２３の圧力を下回ったときに開いて、低圧油ライン２３から低圧マニホルド６２を介して油圧ポンプ２０の作動室５３に油が流れるように構成することが好ましい。これにより、複雑なバルブ制御を必要とせず、制御の単純化が図れる。
さらにまた、低圧バルブ６６は、作動室５３の圧力が低圧油ライン２３を下回ったときに受動的に開くノーマルオープン式のソレノイドクローズドバルブであることが好ましい。このように、低圧バルブ６６は、作動室５３の圧力が低圧油ライン２３を下回ったときに受動的に開くようにすることで、バルブの励磁に必要な電力を削減できる。また、作動室５３の圧力が不適切に高まった場合に低圧バルブ６６が開放するため、作動室５３内の異常な圧力上昇を防ぐことができる。
【００６２】
油圧ポンプ２０では、回転シャフト１８とともにカム５８が回転すると、ピストン５２のピストン本体部５２Ａが周期的に上下動し、ピストン５２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン５２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。ポンプ工程では、高圧バルブ６５が開かれ、低圧バルブ６６が閉じられることで、作動室５３内の高圧油が、高圧マニホルド６０の第１分岐路６０Ａ、第１集合路６０Ｂを順に通って高圧油ライン２２に送られる。一方、吸入工程では、高圧バルブ６５が閉じられ、低圧バルブ６６が開かれることで、低圧油ライン２３から低圧マニホルド６２の第２集合路６２Ｂ、第２分岐路６２Ａを順に通って作動室５３に低圧油が供給される。
これにより、回転シャフト１８の回転に伴って油圧ポンプ２０が駆動されると、高圧油ライン２２と低圧油ライン２３との間に差圧が発生するようになっている。
【００６３】
油圧モータ２１は、図３に示すように、シリンダ７１及びピストン７２により形成される複数の作動室７３と、ピストン７２に係合するカム曲面を有するカム７８と、各作動室７３と高圧油ライン２２とを接続する高圧マニホルド８０と、各作動室７３と低圧油ライン２３とを接続する低圧マニホルド８２と、各作動室７３に対して設けられた高圧バルブ８５および低圧バルブ８６とにより構成される。
【００６４】
シリンダ７１は、後述するシリンダブロックに設けられた円筒である。シリンダ７１の内部には、シリンダ７１とピストン７２とに囲まれる作動室７３が形成されている。
【００６５】
ピストン７２は、ピストン７２の上下動をカム７８の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ７１内を摺動するピストン本体部７２Ａと、該ピストン本体部７２Ａに取り付けられ、カム７８のカム曲面に係合するピストンローラー又はピストンシュー７２Ｃとで構成することが好ましい。ここで、「ピストンローラー」は、カム７８のカム曲面に当接して回転する部材であり、「ピストンシュー」とは、カム７８のカム曲面に当接して摺動する部材である。
【００６６】
カム７８は、発電機１２に接続されるクランクシャフト１３の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン７２が上下動を一回行う間に、カム７８及びカム７８が取り付けられたクランクシャフト１３は一回転するようになっている。
【００６７】
高圧マニホルド８０は、各作動室７３に接続される複数の第１分岐路８０Ａと、複数の第１分岐路８０Ａが集合してなり、高圧油ライン２２に接続される第１集合路８０Ｂとを有する。
低圧マニホルド８２は、各作動室７３に接続される複数の第２分岐路８２Ａと、複数の第２分岐路８２Ａが集合してなり、低圧油ライン２３に接続される第２集合路８２Ｂとを有する。
【００６８】
高圧バルブ８５は、高圧マニホルド８０の第１分岐路８０Ａに設けられる。一方、低圧バルブ８６は、低圧マニホルド８２の第１分岐路８２Ａに設けられる。これら高圧バルブ８５及び低圧バルブ８６を開閉することで、各作動室７３と高圧油ライン２２及び低圧油ライン２３との連通状態を切り替えることができる。なお、高圧バルブ８５及び低圧バルブ８６の開閉は、ピストン７２の上下動の周期にタイミングを合わせて行われる。
【００６９】
油圧モータ２１では、高圧油ライン２２と低圧油ライン２３との差圧を利用してピストン７２を上下動させて、ピストン７２が上死点から下死点に向かうモータ工程と、ピストン７２が下死点から上死点に向かう排出工程とが繰り返される。モータ工程では、高圧バルブ８５が開かれ、低圧バルブ８６が閉じられることで、高圧油ライン２２から高圧マニホルド８０の第１集合路８０Ｂ、第１分岐路８０Ａを順に通って、作動室７３に高圧油が供給される。一方、排出工程では、高圧バルブ８５が閉じられ、低圧バルブ８６が開かれることで、作動室７３内の作動油が、低圧マニホルド８２の第１分岐路８２Ａ、第１集合路８２Ｂを順に通って、低圧油ライン２３に排出される。
これにより、モータ工程で作動室７３に流入した高圧油がピストン７２を下死点に向けて押し下げると、カム７８とともにクランクシャフト１３が回転するようになっている。
【００７０】
また、上記した油圧トランスミッション１１において、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１の高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６の少なくとも一つは圧力により作動するチェックバルブであり、チェックバルブは、高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６の少なくとも一つの両側の圧力差によって開いて、一方向への作動油の流れを許容するように構成することが好ましい。このように、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１の高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６の少なくとも一つを、圧力差によって開閉するチェックバルブとすることで、バルブの開閉に電力を不要とし、ランニングコストを削減できる。さらに、一方向への作動油の流れを許容するように構成することで、油が逆流することを防止できる。
【００７１】
さらに、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１の高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６の少なくとも一つは電磁弁であり、コントローラ１によって、ピストン運動のサイクルと位相的に関係を持たせて電磁弁を開閉制御して、作動室５３，７３からの正味の油の押しのけ容積を調節してもよい。
またこのとき、コントローラ１は、ピストン運動のサイクルの全期間において低圧バルブ６６，８６が開いたままに維持されるアイドル状態の作動室５３，７３の数を変化させて、サイクルごとに作動室５３，７３から押しのけられる正味の油容積を調節するようにしてもよい。このように、アイドル状態の作動室５３，７３の数を変化させて、押しのけられる正味の油容積を調節することで、押しのけ容積の段階的な制御が可能で、制御が容易となる。
【００７２】
さらに、コントローラ１は、ピストン運動の各サイクルにおける低圧バルブ６６，８６および高圧バルブ６５，８５のいずれか一方の開閉タイミングを、該低圧バルブ６６，８６および該高圧バルブ６５，８５のいずれか一方の全てのバルブについて共通に変化させて、サイクルごとに作動室５３，７３からの正味の油の押しのけ容積を調節するようにしてもよい。このように、同一種類のバルブの開閉タイミングを共通化することで、制御の安定性が向上し、またバルブの劣化度合いもほぼ一致するため、メンテナンス時期を容易に把握できるようになる。
【００７３】
また、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１の高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６の少なくとも一つは電磁弁であり、電磁弁は、所定圧力まで開かないフェイスシールポペット弁であってもよい。
さらにまた、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１の高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６の少なくとも一つは電磁弁であり、コントローラ１によって、ピストン運動の各サイクルにおける作動室５３，７３からの作動油の非対称流れに起因するトルク及び流れの変動を抑えるように、電磁弁を開閉制御することが好ましい。これにより、油の非対称流れに起因するトルク及び流れの変動を抑え、安定して運転することが可能となる。
【００７４】
次に、本実施形態に係る風力発電装置１００の油圧トランスミッション１１の具体的な構造について説明する。
【００７５】
［油圧ポンプの装置構成］
図４〜図８に、油圧ポンプの具体的な装置構成を示す。図４は、油圧ポンプの具体的な構成を示す断面図で、図５は、図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図で、図６は、油圧ポンプのシリンダブロックを示し、図５におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図で、図７は、図４におけるＣ方向からシリンダブロックを視た平面図で、図８は、油圧ポンプのエンドプレートを示し、図４におけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００７６】
油圧ポンプ２０は、図４及び図５に示すように、回転シャフト１８に取り付けられている。具体的には、回転シャフト１８の外周にカム取付台５９が固定され、このカム取付台５９上にカム５８が取り付けられている。なお、図４に示す例では、油圧ポンプ２０は、回転シャフト１８を回転自在にナセル側に支持する主軸軸受１９Ａ，１９Ｂの間に設けられている。
【００７７】
カム取付台５９の外周には、ポンプケーシング５０がポンプ軸受５５を介して固定されている。ポンプケーシング５０は、シリンダ５１、ピストン５２、高圧マニホルド６０、低圧マニホルド６２、高圧バルブ６５（図６参照）、低圧バルブ６６及びカム５８の各部を覆うとともに、作動油の外部への漏洩を防止している。なお、ポンプケーシング５０は、回転シャフト１８の軸方向に配置された一対のエンドプレート５０Ａ及び５０Ｂと、該一対のエンドプレート５０Ａ及び５０Ｂの間に設けられる円筒ケース５０Ｃとで構成される。
【００７８】
油圧ポンプ２０は、少なくとも一つのシリンダ５１を有するシリンダブロック５４と、該シリンダブロック５４の各シリンダ５１に対して設けられるピストン５２と、高圧マニホルド６０及び低圧マニホルド６２と、高圧バルブ６５及び低圧バルブ６６とを一つのモジュールとして、該モジュールを複数セット含んでいてもよい。
【００７９】
各シリンダブロック５４は、図６に示すように、回転シャフト１８の回転中心軸方向または周方向に延在する部材である。
回転中心軸方向に延在する場合、各シリンダブロック５４は、図７に示すように、回転中心軸方向に配列された複数のシリンダ５１−１，５１−２，５１−３，５１−４からなるシリンダ列５６を少なくとも一列有する。このシリンダブロック５４には、各シリンダ５１について一組のピストン５２、高圧バルブ６５及び低圧バルブ６６（図６参照）が設けられている。
【００８０】
油圧ポンプ２０は、図５に示すように、断面円弧状のシリンダブロック５４と、該シリンダブロック５４の各シリンダ５１に対して設けられるピストン５２、高圧バルブ６５及び低圧バルブ６６とからなるモジュールが、回転シャフト１８の周方向に複数セット配置されている。
【００８１】
また、シリンダブロック５４には、複数のシリンダ列５６が回転シャフト１８の周方向に配列されている。このシリンダブロック５４の内部には、各シリンダ５１から回転中心軸の周方向に複数の第１分岐路６０Ａが形成されている。さらにシリンダブロック５４の内部には、図７に示すように、隣接するシリンダ列５６間に、回転軸方向に延びる高圧連通路６０Ｃが形成されている。この高圧連通路６０Ｃには、同一列に配置された複数の第１分岐路６０Ａが、高圧バルブ６５を介して接続されている。このとき、隣接する二列のシリンダ列５６に属するシリンダ５１の各作動室５３に接続される複数の第１分岐路６０Ａが、高圧連通路６０Ｃに接続されていてもよい。
高圧連通路６０Ｃはエンドプレート５０Ｂまで延在し、図８に示すように、エンドプレート５０Ｂ内に形成された第１集合路６０Ｂに接続されている。なお、エンドプレート５０Ｂ内には、高圧連通路６０Ｃの開口が回転中心軸の周方向に複数設けられ、これらの開口が第１集合路６０Ｂに連通している。第１集合路６０Ｂは回転中心軸の周方向に沿って環状に形成されており、一または複数の高圧ライン２２に接続されている。なお、図には第１集合路６０Ｂが円環状に形成されている例を示したが、これに限定されるものではなく、方形環状等であってもよい。
【００８２】
このように、ポンプケーシング５０の端面を形成するエンドプレート５０Ｂの内部に、高圧マニホルド６０の第１集合路６０Ｂを形成することで、高圧の作動油が漏れることを防止し、液密性を向上させることができる。
また、隣接するシリンダ列間に形成された高圧連通路６０Ｃを介して、第１分岐路６０Ａが第１集合路６０Ｂに接続される構成とすることで、作動油通路の構造を簡素化でき、省スペース化が図れる。
【００８３】
なお、上記記述では高圧連通路６０Ｃを介して第１分岐路６０Ａと第１集合路６０Ｂとが接続される構成を説明したが、この構成に限定されるものではなく、第１分岐路６０Ａと第１集合路６０Ｂとが直接接続されていてもよいことは勿論である。また、上記記述では断面円弧状のシリンダブロック５４を、回転中心軸の周方向に複数配置した構成を説明したが、これに限定されるものではなく、断面環状のシリンダブロックを回転中心軸方向に複数配置してもよい。
【００８４】
上記構成によって、作動室５３から押し出された高圧油は、高圧マニホルド６０の第１分岐路６０Ａ、第１集合路６０Ｂを順に通った後、エンドプレート５０Ｂに接続された高圧油ライン２２に流入する。
一方、低圧マニホルド６２は、図４〜図６に示すように、シリンダブロック５４よりも回転シャフト１８の半径方向外方、かつ、ポンプケーシング５０の内側に設けられている。この低圧マニホルド６２は、作動室５３から回転シャフト１８の半径方向外側に延在する第２分岐路６２Ａと、シリンダブロック５４の外周面とポンプケーシング５０との間に形成される第２集合路６２Ｂと有している。
第２分岐路６２Ａには、低圧バルブ６６が配置されている。第２集合路６２Ｂは、複数のシリンダ５１のために共通の第２集合路６２Ｂとして設けられており、油圧ポンプ２０の上部に接続された低圧油ライン２３と連通している。これにより、低圧油ライン２３の低圧油は、低圧マニホルド６２の第２集合路６２Ｂ、第２分岐路６２Ａの順に通って、低圧バルブ６６を介して各作動室５３に供給される。
【００８５】
上記したように、シリンダブロック５４の内部に、第１分岐６０Ａ及び第２分岐路６２Ａを形成することで、作動室５３からこれに対応する第１、第２集合路６０Ｂ，６２Ｂまで新たに配管を設置する必要がなくなり、油圧ポンプ２０の小型化が図れる。
また、ポンプケーシング５０とシリンダブロック５４との間の環状空間に、低圧マニホルド６２の第２集合路６２Ｂを形成することにより、ケーシング５０とシリンダブロック５４との間のスペースを有効利用でき、省スペース化が図れるとともに通路構造を簡素化することができる。
【００８６】
［油圧モータの装置構成］
図９〜図１２に、油圧モータの具体的な装置構成を示す。図９は、油圧モータの具体的な構成を示す断面図で、図１０は、図９におけるＥ−Ｅ線に沿った断面図で、図１１は、油圧モータのエンドプレートを示し、図９におけるＦ−Ｆ線に沿った断面図で、図１２は、油圧モータの外観斜視図である。
【００８７】
図９及び図１０に示すように、油圧モータ２１のカム７８は、発電機１２に接続されるクランクシャフト１３に、シャフト連結部７５を介して連結されている。カム７８は、回転軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。
カム７８の両端に連結されるシャフト連結部７５及びカム端部７７には、カム軸受７６Ａ，７６Ｂを介してモータケーシング７０が固定されている。モータケーシング７０は、シリンダ７１、ピストン７２、高圧マニホルド８０、低圧マニホルド８２、高圧バルブ８５、低圧バルブ８６及びカム７８の各部を覆うとともに、作動油の外部への漏洩を防止している。なお、モータケーシング７０は、クランクシャフト１３の軸方向に配置された一対のエンドプレート７０Ａ及び７０Ｂと、該一対のエンドプレート７０Ａ及び７０Ｂの間に設けられる円筒ケース７０Ｃとで構成される（図１２参照）。
【００８８】
油圧モータ２１には、カム７８の周りに環状に連続したシリンダブロック７４が設けられている。シリンダブロック７４は、少なくとも一つのシリンダ７１を有し、各シリンダ７１に対して一組のピストン７２、高圧バルブ８５及び低圧バルブ８６が設けられる。なお、図１０に示す例では、ピストン７２は、シリンダ７１内を摺動するピストン本体部７２Ａと該ピストン本体部７２Ａに取り付けられ、カム７８のカム曲面に係合するピストンシュー７２Ｃとで構成されている。
【００８９】
油圧モータ２１は、カム７８のカム曲面の一部を覆うシリンダブロック７４と、該シリンダブロック７４の各シリンダ７１に設けられるピストン７２、高圧バルブ８５及び低圧バルブ８６とを一つのモジュールとして、該モジュールをクランクシャフト１３の周方向に複数セット配置してもよい。
また、クランクシャフト１３の中心軸Ｏの周りに環状に連続したシリンダブロック７４及びこれに付属する部品群（ピストン７２、高圧バルブ８５及び低圧バルブ８６）を一つのモジュールとしてもよい。
【００９０】
各シリンダブロック７４は、カム７８の回転軸方向または円周方向に延在する部材である。
軸方向に延在する場合、上述した図７に示す油圧ポンプ２０の構成と同様に、各シリンダブロック７４は、カム７８の軸方向に配列された複数のシリンダ７１からなるシリンダ列を少なくとも一列有する。このシリンダブロック７４には、各シリンダ７１について一組のピストン７２、高圧バルブ８５び低圧バルブ８６が設けられている。
油圧モータ２１は、断面円弧状のシリンダブロック７４と、該シリンダブロック７４の各シリンダ７１に対して設けられるピストン７２、高圧バルブ８５及び低圧バルブ８６とからなるモジュールが、カム７８の周方向に複数セット配置されていてもよい。
【００９１】
またシリンダブロック７４には、複数のシリンダ列がカム７８の周方向に配列されている。このシリンダブロック７４の内部には、各シリンダ７１からカム７８の周方向に沿って複数の第１分岐路８０Ａが形成されている。さらにシリンダブロック７４の内部には、上述した図７に示す油圧ポンプ２０の構成と同様に、隣接するシリンダ列間に、回転軸方向に延びる高圧連通路８０Ｃが形成されていてもよい。この高圧連通路８０Ｃには、同一列に配置された複数の第１分岐路８０Ａが、高圧バルブ８５を介して接続されている。このとき、隣接する二列のシリンダ列に属するシリンダ７１の各作動室７３に接続される複数の第１分岐路８０Ａが、高圧連通路８０Ｃに接続されていてもよい。
【００９２】
高圧連通路８０Ｃはエンドプレート７０Ｂまで延在し、図１１に示すように、エンドプレート７０Ｂ内に形成された第１集合路８０Ｂに接続されている。なお、エンドプレート７０Ｂ内には、高圧連通路８０Ｃの開口が回転中心軸の周方向に複数設けられ、これらの開口が第１集合路８０Ｂに連通している。第１集合路８０Ｂは回転中心軸の周方向に沿って環状に形成されており、一または複数の高圧ライン２２に接続されている。なお、図には第１集合路８０Ｂが方形環状に形成されている例を示したが、これに限定されるものではなく、円環状等であってもよい。
【００９３】
このように、モータケーシング７０の端面を形成するエンドプレート７０Ｂの内部に、高圧マニホルド８０の第１集合路８０Ｂを形成することで、高圧の作動油が漏れることを防止し、液密性を向上させることができる。
また、隣接するシリンダ列間に形成された高圧連通路８０Ｃを介して、第１分岐路８０Ａが第１集合路８０Ｂに接続される構成とすることで、作動油通路の構造を簡素化でき、省スペース化が図れる。
なお、上記記述では高圧連通路８０Ｃを介して第１分岐路８０Ａと第１集合路８０Ｂとが接続される構成を説明したが、この構成に限定されるものではなく、第１分岐路８０Ａと第１集合路８０Ｂとが直接接続されていてもよいことは勿論である。
また、図には、１個の油圧モータ２１のみを含む油圧トランスミッション１１を示したが、複数の油圧モータ２１を設けて、それぞれの油圧モータ２１を油圧ポンプ２０と高圧油ライン２２及び低圧油ライン２３で接続してもよい。
【００９４】
上記構成によって、油圧ポンプ２０から供給される高圧油は、油圧モータ２１のエンドプレート７０Ｂに接続された高圧油ライン２２から、高圧マニホルド８０の第１集合路８０Ｂ、第１分岐路８０Ａを順に通って作動室７３に流入する。
一方、低圧マニホルド８２は、シリンダブロック７４よりもカム７８の半径方向外方、かつ、モータケーシング７０の内側に設けられている。この低圧マニホルド８２は、作動室７３からカム７８の半径方向外側に延在する第２分岐路８２Ａと、シリンダブロック７４の外周面とモータケーシング７０との間に形成される第２集合路８２Ｂと有している。
第２分岐路８２Ａには、低圧バルブ７６が配置されている。第２集合路８２Ｂは、複数のシリンダ７１のために共通の第２集合路８２Ｂとして設けられており、油圧モータ２１の上部に接続された低圧油ライン２３と連通している。これにより、作動室７３から排出される低圧油は、低圧バルブ８６を介して低圧マニホルド８２の第２分岐路８２Ａ、第２集合路８２Ｂの順に通って、低圧油ライン２３に流入する。
【００９５】
上記したように、シリンダブロック７４の内部に、第１分岐８０Ａ及び第２分岐路８２Ａの少なくとも一方を形成することで、作動室７３からこれに対応する第１、第２集合路８０Ｂ，８２Ｂまで新たに配管を設置する必要がなくなり、油圧モータ２１の小型化が図れる。
また、モータケーシング７０とシリンダブロック７４との間の環状空間に、低圧マニホルド８２の第２集合路８２Ｂを形成することにより、ケーシング７０とシリンダブロック７４との間のスペースを有効利用でき、省スペース化が図れるとともに通路構造を簡素化することができる。
【００９６】
ここで、図１３に、上記した油圧モータの変形例を示す。なお、図１３において、上記した油圧モータ２１と同一部材には同一符号を付している。
図１３に示す油圧モータ２１’は２連モータであり、シリンダ７１、ピストン７２、高圧マニホルド８０、低圧マニホルド８２、高圧バルブ８５（図１０参照）、及び低圧バルブ８６をそれぞれ含む２つのモータユニット２１Ａ、２１Ｂが、エンドプレート７０Ｂ’を介して連結された構成を有する。これらのモータユニット２１Ａ、２１Ｂは、ケーシング７０’に収納されている。ケーシング７０’は、油圧モータ２１’の回転中心軸方向の両端に設けられたエンドプレート７０Ａ'−１，７０Ａ'−２と、これらの間に配置されるエンドプレート７０Ｂ’と、エンドプレート７０Ａ'−１または７０Ａ'−２とエンドプレート７０Ｂ’との間に配置される円筒ケース７０Ｃ'−１または７０Ｃ'−２とから構成される。これらのモータユニット２１Ａ、２１Ｂは、エンドプレート７０Ｂ’を貫通する共通のカム７８’を有している。また、高圧マニホルド８０の第１集合路８０Ｂをエンドプレート７０Ｂ’に設けて、第１集合路８０Ｂを２つのモータユニット２１Ａ、２１Ｂで共通化してもよい。このように、共通化した第１集合路８０Ｂを設けることにより、配管構成を簡素化することが可能となる。
【００９７】
以上説明したように、上述の実施形態では、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１は、複数の作動室５３，７３に接続される複数の第１分岐路６０Ａ，８０Ａにそれぞれ高圧バルブ６５，８５を設け、複数の第２分岐路６２Ａ，８２Ａにそれぞれ低圧バルブ６６，８６を設ける構成としたので、油圧トランスミッション１１に対する制御信号に対応して、小刻みで高精度なバルブ制御が可能となる。これにより、再生エネルギーの変動に対しても高い発電効率を得ることが可能となる。
また、作動室５３，７３、高圧マニホルド６０，８０、低圧マニホルド６２，８２、高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６を、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１のケーシング５０、７０内にそれぞれ収納することようにしたので、装置の小型化が図れる。
特に、高圧油ライン２２にバルブを介在させずに、油圧ポンプ２０の高圧マニホルド６０と油圧モータ２１の高圧マニホルド８０とを高圧油ライン２２で直接連通することで、エネルギーロスを生じさせず、高効率で発電を行うことが可能となる。さらに、高圧油ライン２２及び低圧油ライン２３にバルブを介在させない構成とすることで、油圧ポンプ２０と油圧モータ２１を接続する配管の簡素化が図れるとともに装置の小型化が可能となる。
【００９８】
以上、本実施形態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。
【００９９】
例えば、上述の実施形態では、本発明を風力発電装置に適用した例について説明したが、本発明は潮流発電装置に適用してもよい。ここでいう「潮流発電装置」は、海、川または湖等に設置され、潮流のエネルギーを利用して発電を行う装置であり、ロータ１０が風ではなく潮流を受けて回転する点を除けば上述の風力発電装置１００と基本的な構成は共通する。風力発電装置１００と共通する構成要素について同一の符号を用いて説明すれば、潮流発電装置は、潮流を受けて回転するロータ１０と、ロータ１０の回転を増速する油圧トランスミッション１１と、電力を発生させる発電機１２とを備える。
【０１００】
ここで、潮流発電装置の油圧トランスミッション１１は、上述のとおり、複数の作動室５３，７３に接続される複数の第１分岐路６０Ａ，８０Ａにそれぞれ高圧バルブ６５，８５を設け、複数の第２分岐路６２Ａ，８２Ａにそれぞれ低圧バルブ６６，８６を設けることで、小刻みで高精度なバルブ制御が可能となり、再生エネルギーの変動に対しても高い発電効率を得ることが可能となる。
また、作動室５３，７３、高圧マニホルド６０，８０、低圧マニホルド６２，８２、高圧バルブ６５，８５及び低圧バルブ６６，８６を、油圧ポンプ２０及び油圧モータ２１のケーシング５０、７０内にそれぞれ収納することで、装置の小型化が図れる。
【符号の説明】
【０１０１】
１      コントローラ
１０    ロータ
１１    油圧トランスミッション
１２    発電機
１３    クランクシャフト
１８    回転シャフト
２０    油圧ポンプ
２１    油圧モータ
２２    高圧油ライン
２３    低圧油ライン
３１，３２  アキュムレータバルブ
３３，３４  アキュムレータ
３６    バイパス流路
３７    高圧リリーフ弁
３９    第２圧力計
４０    回転数計
４１    第１圧力計
５０    ポンプケーシング
５０Ａ，５０Ｂ，７０Ａ，７０Ｂ  エンドプレート
５０Ｃ，７０Ｃ  円筒ケース
５１，７１  シリンダ
５２，７２  ピストン
５３，７３  作動室
５８，７８  カム
６０，８０  高圧マニホルド
６０Ａ，８０Ａ  第１分岐路
６０Ｂ，８０Ｂ  第１集合路
６２Ａ，８２Ａ  第２分岐路
６２Ｂ，８２Ｂ  第２集合路
６５，８５  高圧バルブ
６６，８６  低圧バルブ
【図１】
2013501901.tif 000003
【図２】
2013501901.tif 000004
【図３】
2013501901.tif 000005
【図４】
2013501901.tif 000006
【図５】
2013501901.tif 000007
【図６】
2013501901.tif 000008
【図７】
2013501901.tif 000009
【図８】
2013501901.tif 000010
【図９】
2013501901.tif 000011
【図１０】
2013501901.tif 000012
【図１１】
2013501901.tif 000013
【図１２】
2013501901.tif 000014
【図１３】
2013501901.tif 000015
【国際調査報告】
2013501901.tif 000016
2013501901.tif 000017
2013501901.tif 000018