(57)【要約】【課題】油圧で駆動する駆動機器側と油圧動力を発生させる動力源側との間に相対回転等のねじれが発生しても安定かつ確実に作動油を供給できる油圧伝達機構を提供する。【解決手段】油圧伝達機構１２は、動力源側からの油圧の掛かった作動油を導入する導入部８７，８８，８９に複数の管体８１，８２，１０４が連通し、該複数の管体８１，８２，１０４は、導入部８７，８８，８９から導入された作動油の流路を複数形成するように同心多重に挿通されており、管体８１，８２，１０４ごとに設けられた送出部８１，９３ａ，９４ａから駆動機器１６に作動油を送り出すことができる。複数の管体８１，８２，１０４それぞれは、それらに共通の軸心を前記動力源側と駆動機器１６側の相対回転の回転中心線と一致する回転中心線として回転することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源側と該動力源からの油圧動力によって駆動される駆動機器側とが相対回転可能な装置における油圧伝達機構であって、
動力源側からの油圧の掛かった作動油を導入する導入部と、該導入部に連通され、該導入部から導入された作動油の流路を複数形成する同心多重に挿通された複数の管体と、該管体ごとに設けた、前記駆動機器に作動油が送り出される送出部とを備え、
前記流路は、前記複数の管体の各外周面と一つ外側の管体の内周面との間に形成された空間と、前記複数の管体のうち最内側に配設された管体の内部とであり、
前記複数の管体それぞれは、それらに共通の軸心を前記動力源側と駆動機器側の相対回転の回転中心線と一致する回転中心線として回転可能であることを特徴とする油圧伝達機構。
【請求項２】
所定の風力以上の風を受けると回転する複数枚のブレードを有する風車をタワーに支持されたナセルに備えた風力エネルギー利用装置において、
前記タワーが立設され、駆動機器が配設されたベースと、前記風車の回転を油圧動力に変換する、前記ナセル内に配設された油圧ポンプと、該油圧ポンプからの作動油を前記駆動機器に伝達するための請求項１に記載の油圧伝達機構と、を備え、
前記ナセルは、前記タワーに相対回転可能に支持され、
前記油圧伝達機構は、前記共通の軸心を前記ナセルと前記タワーとの相対回転の回転中心線に一致させて配設されたことを特徴とする風力エネルギー利用装置。
【請求項３】
前記風車は、該風車のローター回転軸を上下方向に角度調整可能に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項４】
前記風車は、前記ローター回転軸を上下方向に角度調整するための昇降装置を備え、
前記昇降装置は、前記複数のブレードを有するローター回転軸前端部側とは反対側のローター回転軸後端部側を昇降するように配設されたことを特徴とする請求項３に記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項５】
前記油圧伝達機構から前記駆動機器へ作動油を供給する作動油供給流路と、前記駆動機器を作動させた後の作動油を前記油圧伝達機構へ戻す作動油回収流路との間に少なくとも一本のバイパス流路と、該バイパス流路に該バイパス流路を開閉するためのバイパス弁とを設けたことを特徴とする請求項２，３または４に記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項６】
前記駆動機器の上流側の流路および下流側の流路の少なくとも何れか一方に流路を開閉する開閉弁を備え、前記駆動機器が複数個の場合には、各駆動機器ごとに前記開閉弁を設けたことを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項７】
前記油圧ポンプは、前記ナセルと前記タワーとの相対回転の回転中心線を境に前記風車側とは反対側に配設されたことを特徴とする請求項２から６の何れか一項に記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項８】
前記風車は、前記ローター回転軸に設けられた圧縮機構を備え、
前記圧縮機構によって前記風車の各ブレードの傾斜角度を変更可能としたことを特徴とする請求項３から７の何れか一項に記載の風力エネルギー利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧伝達機構および該油圧伝達機構を使用する動力伝達分野、或いは陸上もしくは海洋上に着床または水面上に浮かばせた浮体に風車装置を搭載して発電、送水、水の循環、水質浄化、他動力ならびにエネルギー変換装置の駆動源として利用する、風力エネルギー利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、省エネルギーの必要性が叫ばれているが、いかに効率良く経済的に動力を伝達し、省エネルギー効果を発揮させるかについては、伝導装置分野で古くから研究開発の課題となっている。古くから実績があり極限値に近い技術を保有する油圧伝達装置においても、いかに油圧の摺動回転軸のねじれ、漏れ事故を減じ、保守、点検、メンテナンス作業等の簡略化、耐久性、経済性、信頼性、効率性に満足できる装置を稼働させるかが今後に残された大きな課題である。
【０００３】
また、従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊などが叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題とも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題などエネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれる一方で、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。
【０００４】
また、原子力発電による電気エネルギーの供給が行われているが、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所などの原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災などに伴って発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は、生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても分かるように、地域住民の生活環境への悪影響が極めて大きく、被害も甚大になる虞がある。
【０００５】
また、我が国の陸上における風力エネルギー利用装置では装置の大規模化に伴い、低周波騒音問題などの公害問題がある。国土の狭い我が国ではこれらの問題を踏まえ、これ以上陸上では大規模な新規立地が困難な状況にあるが、福島原発事故などの影響で電力不足に陥り、早急に新たなエネルギー開発を推進しなくてはならない状況にある。そこで、騒音公害や環境公害の問題などに配慮しつつ、安全性、安定性、効率性、メンテナンス性などの点で、これまでの装置の大幅な改善と推進が緊急に求められている。
【０００６】
地球表面積の７１パーセントが海であり、我が国は四方を海に囲まれた海洋国である。また、我が国は領海および排他的経済水域の面積を入れると世界有数の大国であるため、海を有効に利用して、海洋上に着床式、或いは浮体式の洋上風力エネルギー利用装置を設けるならば、低周波騒音など公害問題も解決するばかりか、大規模化が可能であるため、原子力発電の代替エネルギーとして風力エネルギーを十分に役立たせることも可能である。
【０００７】
また、離島などにおける風力エネルギー利用装置の開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や小笠原諸島に有る無人の島々への居住を可能にする。また、それらの島々を釣り場や観光地とする可能性を高めるために、さらにまた離島における石油などの運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業などの拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化などを図るためにも、海を有効に利用する必要がある。
【０００８】
海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流、潮汐などの海洋エネルギー資源が多く存在するにもかかわらず、これらを安価に且つ安全に効率よくエネルギー利用し、安定エネルギー源として有効利用できる装置が未開発の状況にある。そのため、これを早急に開発し、人間生活に有効に利用することが社会的にも経済的にも必要であり、その第１歩として最も身近な洋上風力エネルギー利用装置の開発が緊急に望まれている。それとともに、風力エネルギーを伝達するための油圧伝達装置におけるメンテナンス作業等の簡略化、耐久性の改善、経済性や信頼性や効率性の向上が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１９３６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１に記された風力発電装置における油圧装置においては、特に詳細な説明をしておらず、従来から有る一般的なものである。これらの装置においては、大規模の油圧伝達装置になり、耐久性や信頼性に改善の余地があった。
【００１１】
また、これまでの風力エネルギー利用装置は、陸上もしくは海洋上で強烈な風力や波エネルギーならびにその風圧を受けた場合には、風力エネルギー利用装置が十分に作動できないばかりか破壊される虞が皆無ではなかった。また、風力エネルギー利用装置に発電装置を備えるものの場合、発電機一基における定格出力制限によるカーブアウト領域、ならびにカットイン、カットアウト領域などにより一定の風速を超えると風車の回転を止めなくてはならず、不経済であるという問題点があった。
【００１２】
また、装置の傾きや転倒破壊を防止するためにも、発電機や増速機などの重量物はできる限りタワー基部の低位置に設け、装置全体の重心を下げ、装置の安定性向上、機構の簡略化、メンテナンス性の向上、効率化等を図る必要があった。
【００１３】
特に洋上風力エネルギー利用装置などにおいては、実用化ならびに装置の大規模化に伴い機構を簡略化し、装置は出来る限りドックなど陸地の工場で製作し、組み立て、一体化し、また、メンテナンス費や運転コストなどのすべてにおいてコスト低下に導くことが発電原価等の低下につながるため、洋上での現地作業を極力減じたものとしなくてはならないという課題もあった。
【００１４】
また、洋上風力エネルギー利用装置などの設置、運搬、曳航時において、予期せぬ低気圧の到来や、突風の遭遇においても、簡単に対応できて、装置を安全に守り、装置上部での高所作業は出来得る限り避け、低所の作業で対応できる装置とする必要があった。
【００１５】
また、海洋、ダム、湖沼等における水の循環、送水、浄化装置の動力、エネルギー伝達の効率化において、これまでの風力発電装置の発電機は装置の高所に設けてあることと、利便性の観点から、そのほとんどは電力変換で行われている。しかし省エネルギー、省資源の観点より、水の循環、送水、浄化などの動力源においては、動力伝達工程を削減して簡略化することによって工程ロスを削減し、高効率化することが求められる。
【００１６】
本発明は、このような従来の技術が有する課題や問題点等に着目してなされたもので、油圧で駆動する駆動機器側と油圧動力を発生させる動力源側との間に相対回転等のねじれが発生しても安定かつ確実に作動油を供給できる油圧伝達機構を提供することを目的とする。
【００１７】
また、この油圧伝達機構を装備して風車による動力を駆動機器に伝動し駆動することにより、稼働率を高め、高効率で安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を実現する風力エネルギー利用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】
【００１８】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］  動力源側と該動力源からの油圧動力によって駆動される駆動機器（１６）側とが相対回転可能な装置における油圧伝達機構（１２）であって、
動力源側からの油圧の掛かった作動油を導入する導入部（８７，８８，８９）と、該導入部（８７，８８，８９）に連通され、該導入部（８７，８８，８９）から導入された作動油の流路を複数形成する同心多重に挿通された複数の管体（８１，８２，１０４）と、該管体（８１，８２，１０４）ごとに設けた、前記駆動機器（１６）に作動油が送り出される送出部（８１ａ，９３ａ，９４ａ）とを備え、
前記流路は、前記複数の管体（８１，８２）の各外周面と一つ外側の管体（８２，１０４）の内周面との間に形成された空間と、前記複数の管体（８１，８２，１０４）のうち最内側に配設された管体（８１）の内部とであり、
前記複数の管体（８１，８２，１０４）それぞれは、それらに共通の軸心を前記動力源側と駆動機器側の相対回転の回転中心線と一致する回転中心線として回転可能であることを特徴とする油圧伝達機構（１２）。
【００１９】
［２］  所定の風力以上の風を受けると回転する複数枚のブレード（６）を有する風車（９）をタワー（２）に支持されたナセル（４）に備えた風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）において、
前記タワー（２）が立設され、駆動機器（１６）が配設されたベース（２ａ）と、前記風車（９）の回転を油圧動力に変換する、前記ナセル（４）内に配設された油圧ポンプ（１１）と、該油圧ポンプ（１１）からの作動油を前記駆動機器（１６）に伝達するための項［１］に記載の油圧伝達機構（１２）と、を備え、
前記ナセル（４）は、前記タワー（２）に相対回転可能に支持され、
前記油圧伝達機構（１２）は、前記共通の軸心を前記ナセル（４）と前記タワー（２）との相対回転の回転中心線に一致させて配設されたことを特徴とする風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）。
【００２０】
［３］  前記風車（９）は、該風車（９）のローター回転軸（７）を上下方向に角度調整可能に設けられたことを特徴とする項［２］に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）。
【００２１】
［４］  前記風車（９）は、前記ローター回転軸（７）を上下方向に角度調整するための昇降装置（５８，２１２ｂ）を備え、
前記昇降装置（２１２ｂ）は、前記複数のブレード（６）を有するローター回転軸（７）前端部側とは反対側のローター回転軸（７）後端部側を昇降するように配設されたことを特徴とする項［３］に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）。
【００２２】
［５］  前記油圧伝達機構（１２）から前記駆動機器（１６）へ作動油を供給する作動油供給流路（１３４）と、前記駆動機器（１６）を作動させた後の作動油を前記油圧伝達機構（１２）へ戻す作動油回収流路（１３６）との間に少なくとも一本のバイパス流路（３００，３０１，３０２，３０３）と、該バイパス流路（３００，３０１，３０２，３０３）に該バイパス流路（３００，３０１，３０２，３０３）を開閉するためのバイパス弁（３１１，３１２，３１３）とを設けたことを特徴とする項［２］，［３］または［４］に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）。
【００２３】
［６］前記駆動機器（１６）の上流側の流路（１３４）および下流側の流路（１３６）の少なくとも何れか一方に流路（１３４，１３６）を開閉する開閉弁（３２１，３２２）を備え、前記駆動機器（１６）が複数個の場合には、各駆動機器（１６）ごとに前記開閉弁（３２１，３２２）を設けたことを特徴とする項［２］から［５］の何れか一項に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）。
【００２４】
［７］  前記油圧ポンプ（１１，２１１）は、前記ナセル（４）と前記タワー（２）との相対回転の回転中心線を境に前記風車（９）側とは反対側に配設されたことを特徴とする項［２］から［６］の何れか一項に記載の風力エネルギー利用装置（Ｄ，Ｅ）。
【００２５】
［８］  前記風車（９）は、前記ローター回転軸（７）に設けられた圧縮機構（Ｐｏ，Ｐｓ）を備え、
前記圧縮機構（Ｐｏ，Ｐｓ）によって前記風車（９）の各ブレード（６）の傾斜角度を変更可能としたことを特徴とする項［３］から［７］の何れか一項に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）。
【００２６】
前記本発明は次のように作用する。
動力源側と該動力源からの油圧動力によって駆動される駆動機器（１６）側とが相対回転可能な装置では、動力源側と駆動機器（１６）側とが相対回転すると、動力源と駆動機器（１６）の位置が変わってしまうが、油圧伝達機構（１２）によれば、作動油の流路を形成する複数の管体（８１，８２，１０４）が動力源側と駆動機器側との相対回転の回転中心線を回転中心線として回転可能である。このため、駆動機器（１６）に作動油が送り出される送出部（８１，９３ａ，９４ａ）と駆動機器（１６）との相対位置が変化しないので、安定して確実に作動油を駆動機器（１６）に供給することができる。
【００２７】
また、所定の風力以上の風（Ｆ）を受けると回転する複数枚のブレード（６）を有する風車（９）を備えた風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）において、風車（９）の回転を油圧ポンプ（１１）を用いて油圧動力に変換する。風車（９）を搭載するナセル（４）と該ナセル（４）を支持するタワー（２）とは、回転台座（３ａ、３ｂ）を用いて相対回転させることができ、油圧動力は、油圧伝達機構（１２）によって駆動機器（１６）の動力として伝達することができる。
【００２８】
また、油圧ポンプ（１１）がナセル（４）とタワー（２）との相対回転の回転中心線を境に風車（９）側とは反対側に配設されているものの場合には、ナセル（４）のバランスが回転中心線を境にして改善される。
【００２９】
また、風車（９）は、ローター回転軸（７）と共に回転する、ローター回転軸（７）に設けられた圧縮機構（Ｐｏ，Ｐｓ）によって各ブレード（６）の傾斜角度を変更することができるものの場合、風（Ｆ）の強度に合わせて各ブレード（６）の傾斜角度を適宜に変更することができるので、効率の良い風力エネルギーの利用を図ることができるとともに、強風による風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）の損傷等を防止することができる。
【００３０】
風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）において、作動油を貯油するタンクをナセル（４）内に設けた上部タンク（１３１）とベース（２ａ）側に設けた下部タンク（１３２）とし、下部タンク（１３２）の容量を上部タンク（１３１）の容量よりも大きくして、上部タンク（１３１）を軽量化してある。これにより、風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）の重心を低くして、風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を安定して設置することができる。
【００３１】
また、略水平に設けたローター回転軸（７）に油圧伝達環（３７）が設けられ、該油圧伝達環（３７）の本体（３８）はローター回転軸（７）と一体回転させると同時に、油圧伝達環（３７）の外部ケーシング（４３）はナセル（４）側に支持し、油圧伝達環（３７）の本体（３８）の外周と油圧伝達環（３７）の外部ケーシング（４３）内のオイルシール（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ）の内面は環状摺動機構を構成し、前記ナセル（４）側に支持した外部ケーシング（４３）に、油を供給することにより、前記風車（９）は、ローター回転軸（７）とともに回転する、ローター回転軸（７）に設けられた圧縮機構（Ｐｏ，Ｐｓ）によって風車（９）の前記ブレード（６）の傾斜角度を変更可能に作用する。
【００３２】
つぎに圧縮機構（Ｐｏ或いはＰｓ）に設けたシリンダー（２７）或いはスプリング（１２２）の圧力が強く傾倒角度が変化しない時点のブレード（６）端部のローター直径（ＲＤ）の回転する円の受風面積と、傾倒角度が変化した時点（ＲＤ'）の円の受風面積を比べると、傾倒角度が変化した時点（ＲＤ'）の受風面積の方は小さな作用をする。
【００３３】
傾倒角度の変化によりローター回転面積（受風面積）は、縮小されれば受ける風力はその分小さくなるため、強風にも耐えることができると共に、強風であるために縮小された（ＲＤ'）の受風面積であっても一定の風力エネルギー利用ならびに吸収ができる。すなわち効率は低下するものの強風であるためにそれ相当量の受風効果が確保できる作用をする。ここで定格出力における発電機の稼働が始まる。
【００３４】
風（Ｆ）が弱くなりブレード（６）で受ける受風力が小さくなれば、これまで縮小された（ＲＤ'）の受風面積で受ける受風力よりも、前記した圧縮機構（Ｐｏ，Ｐｓ）内のシリンダー（２７）或いはスプリング（１２２）の押し戻す力の方が大きくなり、ピストンロッド（２９）或いは外側ロッド（１２５）は押し戻され、アーム（２２）を介してアーム（１９ｂ）に伝えられブレード（６）の傾倒角度の傾きは解除され、元の状態（ＲＤ）に戻る作用をする。
【００３５】
また、本発明の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）のナセル（４）内部にクレーン（１４０）を設け、運転時はナセル（４）内部に収納すると共に、メンテナンスなど作業時にはクレーン（１４０）のビームを延出させて使用することにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに非常に便利良く作業が行えるようにすることができる。
【００３６】
外部より大型レッカーなどの重機、クレーン船等の持ち込みの必要がないために、本装置とクレーン船等の緩衝事故を減じ、トータル的に大幅な経費の節減、事故の減少が行われ、風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）のコストならびに発電原価等を大幅に引き下げることができる。
【００３７】
よって、上記風車（９）はブレード（６）を風（Ｆ）の来る風下方向の傾倒角度（β）を受風圧力に合せて随時調整することにより、風車（９）に風（Ｆ）を受けるブレード（６）を（ＲＤ）のように最大限に広げて効率上昇を図る場合と、その反面、台風時等の強風には、わざとこれを変化させ、（ＲＤ'）或いは（ＲＤ"）のように狭め、受風面積を縮小制御させて自動的、強制的コントロール操作により運転し、効率悪化に導きながら装置の破壊を防止すると共に、定格出力の安定度を高めることと、作動範囲を広め、微風時から強風時までの膨大な風力エネルギーを効率よく持続可能な範囲で吸収することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る油圧伝達機構によれば、動力源側と該動力源からの油圧動力によって駆動される駆動機器側とが相対回転可能な装置において、相対回転中であっても油圧伝達機構の作動油を送り出す送出部分と駆動機器との相対位置が略一定であるので、作動油を確実に駆動機器に供給することができ、駆動機器を安定して確実に駆動させることができる。
【００３９】
高所の発電機や油圧モーター、増速機などの重量物部分がタワー上部からタワー基部の近傍に移設できるため、保守、点検、メンテナンス等の足場、作業性等において作業を大きく軽減することができる。
【００４０】
重量物の低所配置は装置全体の重心の位置を低く抑え、運転、運搬、曳航時、地震や津波、台風時などの風圧、動揺、振動などにも安定性、安全性が向上する。このため、運転時の効率上昇につながるばかりでなく、タワー部材や装置全体の部材などの強度的にも部材の削減が可能となり、装置の製造コストの低減ならびに大幅な発電原価等の引き下げができる。
【００４１】
油圧伝達方式を構成するために、縦軸方式で浮体式単軸方式に比べ、浮体装置全体の回転トルクがなくなり、係留装置などの簡略化、軽量化ができて経済的である。
【００４２】
本発明に係る油圧伝達機構を装備した風力エネルギー利用装置によれば、台風時等強風時には、風力に応じてブレードが風下側に傾倒するため、ブレードが破壊される心配が少ない。また、従来の一般的な風力エネルギー利用装置のほとんどは、一定の風速になればブレードを守るためにカットアウト装置により、ブレードを回転させて、それ以後は利用できなくなるが、本発明に係る風力エネルギー利用装置では、カットアウト領域内であっても、ブレードに最大限の負荷をかけ、負荷に応じて傾倒、稼働させ、定格出力を維持し、通過後は敏感に復元できるために、風力エネルギーを最大限に吸収することができる。
【００４３】
また、装置内にクレーンを組み込ませることにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに有効に利用できるため、外部の大がかりなレッカー、重機、クレーン船等の調達の必要がない。さらに、風波、うねり等荒海域での現地工事の削減、簡略化は稼働率を高め、トータルシステムとして、安全性、安定性、経済性等において勝り、装置製造コストならびに発電原価等の大幅な引き下げができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構および該油圧伝達機構を装備する風力エネルギー利用装置の構成を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の風力エネルギー利用装置におけるブレード、ハブ、油圧伝達環、油圧圧縮機構、支持装置、ローター回転軸主要部の構成を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるＺ‐Ｚ矢視図である。
【図４】風力エネルギー利用装置に装備した状態における本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を示す断面図である。
【図５】図４におけるＹ‐Ｙ矢視図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を装備した、異なる態様の風力エネルギー利用装置を示す縦断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を装備した、さらに異なる態様の風力エネルギー利用装置を示す縦断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を装備した、さらに異なる態様の風力エネルギー利用装置を示す縦断面図である。
【図９】図２における油圧圧縮機構と異なるスプリング圧縮機構を図６に示す風力エネルギー利用装置のローター回転軸内に装備した構成を示す拡大説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を装備した、さらに異なる態様の風力エネルギー利用装置を示す縦断面図である。
【図１１】図１０におけるＷ−Ｗ矢視図である。
【図１２】図１１におけるＴ−Ｔ矢視図である。
【図１３】本発明に係る油圧伝達機構を装備する風力エネルギー利用装置の洋上における実施状態を例示する概略図である。
【図１４】本発明に係る油圧伝達機構を装備する風力エネルギー利用装置の洋上における他の実施状態を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明に係る油圧伝達機構および該油圧伝達機構を利用した風力エネルギー利用装置は、油圧装置の耐久性、信頼性を必要とする領域ならびに陸上や海岸域、或いはダム、湖沼、大陸棚等に設置して風力エネルギーを有効に利用するものである。以下、本発明に係る油圧伝達機構について、海洋上における浮体式の装置として海洋上にて使用する風力エネルギー利用装置に備えられたものを例示して説明する。
【００４６】
以下、図面に基づき本発明の好適な第１の実施の形態に係る説明をする。
図１から図５は本発明の一実施の形態を示している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧伝達機構および該油圧伝達機構を備えた風力エネルギー利用装置Ａの構成を示す縦断面図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧伝達機構および該油圧伝達機構を利用した風力エネルギー利用装置Ａにおけるブレード、ハブ、油圧伝達環、油圧圧縮機構、支持装置、ローター回転軸主要部の詳細な構成を示す縦断面図である。なお、図１３および図１４には、本実施の形態に係る油圧伝達機構のみでなく、本発明に係る油圧伝達機構を備える風力エネルギー利用装置の概略が例示されている。
【００４７】
図１に例示したように、風力エネルギー利用装置Ａは、海洋上で海面ＳＷ上の浮体１の上部において、浮体１の上面に略鉛直にタワー２が立設されている。タワー２の上部には回転台座３ａが設けられており、この回転台座３ａの上部には、タワー２の中心線２ｃを基準軸芯としてナセル４の台座５が配設されると共に台座５には回転台座３ａに対応する回転台座３ｂが設けられている。これにより、ナセル４は、タワー２の中心線２ｃを回転軸芯として自由に相対的に回転できる。
【００４８】
浮体１は、抵抗板おもり等を連結することにより、常にタワー２が鉛直になるように保たれるとともに、台風時等でもあまり動揺、振動しないようになっている。また、メンテナンス時等には回転台座３ａと対応する回転台座３ｂならびにナセル４の相対的回転を停止させて、安全を確保するためのロック機構やナセル４内に設けたクレーン操作によってナセル４の向きを変えるための旋回機構等も設けられている。
【００４９】
ナセル４には、風車９が取り付けられている。風車９は、風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収する複数枚のブレード６がハブ８に集合してローターをなしている。ローターの中心部に設けられているローター回転軸７は、略水平に配設されている。各ブレード６は、ローター回転軸７に対して傾倒可能なようにハブ８に取り付けられている。また、ローター回転軸７の外周にはローター回転軸７の外環３１が固着されており、該外環３１にハブ８のボス部１７ａが止めボルト３２等で取り付けられている。
【００５０】
ローター回転軸７は、筒状に形成されたものであり、ナセル４内に配設されている支持装置１０によって支持されている。ローター回転軸７の出力端は、可変台座７２に搭載された油圧ポンプ１１に接続されている。この油圧ポンプ１１は、ローター回転軸７から伝達される回転動力が油圧に変換されるものである。油圧ポンプ１１の吐出口に自在管１３３の一端が接続され、他の一端は油圧伝達機構１２に接続されている。油圧ポンプ１１より送られる油圧は、油圧伝達機構１２を介してタワー２内を略鉛直に降下する油圧配管１３４により、運転室１３に伝達される。タワー２が立設されるベースとなるタワー基部２ａには運転室１３が設けられ、この運転室１３は、浮体１の上部に設けられている。運転室１３の内部には、複数の発電機１６が配設されている。発電機１６は、油圧配管１３４を流れて供給される作動油によって駆動される。発電機１６を駆動した後の作動油は、油圧伝達機構１２に送られる。
【００５１】
運転室１３内には配管１３４が引き込まれると共に、油圧モーター１４が設けられ、該油圧モーター１４の回転軸１５ａの端部にはクラッチ等の変速機１５ｂを介して発電機１６が設けられている。或いは下部タンク１３２から上部タンク１３１に油を送る送油ポンプ１６’を回転させるための油圧動力が前記した配管１３４から分岐して油圧モーター１４’を介して油圧モーター１４の吐出回収配管１３５に結ばれると共に、下部タンク１３２に接続されている。また、送油ポンプ１６’の回転により吐出した油は、フィルター等で濾過された後、配管１３６を通り、油圧伝達機構１２、フレキシブルホース１３７等を介して上部タンク１３１に入る。
【００５２】
したがって、風を受けて風車９のローターが回転すると、その回転力が油圧ポンプ１１を介して、タワー２内に略鉛直に設けられた油圧伝達機構１２から油圧配管１３４に伝えられ、タワー基部２ａの運転室１３内で油圧モーター１４、或いは１４’を回転させ、その回転を回転軸１５ａからクラッチ等の変速機１５ｂを介して発電機１６或いはポンプ１６’に伝動される。これにより、発電機１６が回転して発電される。ここで作動油を貯油する上部タンク１３１を出来得る限り小型軽量化し、重量物は下部タンク１３２に移し、ナセル４内の重量物を減量化することにより、装置の動揺などに対する転倒作用を軽減できる。
【００５３】
図２および図３に示したように、ブレード６は、その基端部分をハブ８の本体１７に設けたピン１８に枢支されている。ピン１８はボス１９の中心部を支持し、アーム１９ａならびにアーム１９ｂを回動可能にする。アーム１９ｂの接続端１９ｃがピン２１ａによってアーム２２の一端に回動可能に連結されている。アーム２２の他の一端は、油圧圧縮機構Ｐｏのピストンロッド２９のスライドアーム２３に設けたラグ２４にピン２１ｂによって連結されている。スライドアーム２３の軸受け３３は、ハブ８のボス部１７ａと、ローター回転軸７の端部、ケーシング２６のフランジ部２６ａを一体的に包み込み、止めボルト３４で止められている。
【００５４】
また、ローター回転軸７内に設けられた油圧圧縮機構Ｐｏのケーシング２６内には、シリンダー２７がサポート等で固着されている。該シリンダー２７は、ハブ８の本体１７のボス部１７ａに前記ケーシング２６のフランジ部２６ａを介して固定されている。また、シリンダー２７内のピストン２８はピストンロッド２９を介してスライドアーム２３にナット３０で締め付けられている。すなわち、ブレード６はアーム１９ａ、ボス１９、アーム１９ｂ、アーム２２、スライドアーム２３を介して油圧圧縮機構Ｐｏのピストン２８に接続されている。これにより、ピストン２８を移動させて、略水平に設けたローター回転軸７に対するブレード６を符号「６’」或いは「６”」で示した位置まで傾倒することが可能である。
【００５５】
また、ハブ８の本体のボス部１７ａの外周には、ブレーキ環３５が嵌められており、止めボルト３２等で固着されている。ブレーキ環３５の外周には、サポート等を介してナセル４側に設けられた油圧ブレーキ装置３６が配置されている。この油圧ブレーキ装置３６には、配管１４１から油圧のかかった油が供給される。配管１４１から分岐した配管１４３には弁１４２が設けられている。配管１４３の先端にはホース１４４の基端が接続されており、ホース１４４の先端は、油圧ブレーキ装置３６に接続されている。ここで弁１４２を開くと油圧が配管１４３、ホース１４４を介して油圧ブレーキ装置３６にかかって、油圧ブレーキ装置３６が作動する。これにより、風車９の回転を停止させることができる。
【００５６】
ローター回転軸７の中間部分には油圧伝達環３７が配設されている。該油圧伝達環３７の本体３８にはローター回転軸７が挿通されている。油圧伝達環３７の本体３８のボス部３８ａが止めボルト３９等によってローター回転軸７に固定されている。これによって油圧伝達環３７の本体３８は、ローター回転軸７と一体的に回転することができる。
【００５７】
また、油圧伝達環３７の本体３８の外輪には作動油溝４０ａ、４０ｂが配設されており、その溝に油圧作動油が流れるようになっている。また、本体３８の外輪の外側にはオイルシール４５ａ、４５ｂ、４５ｃが配設されている。これらにより、作動油溝４０ａ、４０ｂがシールされる。
【００５８】
なお、油圧伝達環３７の本体３８には細孔４１ａが形成されており、作動油溝４０ａが細孔４１ａの一端と接続している。細孔４１ａの他の一端は、本体３８の側面につながっており、ホース４２の一端が接続されている。また、本体３８には作動油溝４０ｂ、細孔４１ｂが設けられ、この細孔４１ｂには配管５５が接続されている。また、油圧伝達環３７には外部ケーシング４３が設けられ、該外部ケーシング４３はサポート４４等を介してナセル４側の固定物に取り付けられている。
【００５９】
ここで、配管１４１から分岐した配管１４６は、弁１４５と逆止弁１４７とが配設されており、ホース１４８、外部ケーシング４３を介して作動油溝４０ａに接続されている。
また、外部ケーシング４３の内部にはオイルシール４５ａ、４５ｂ、４５ｃが設けられている。該オイルシール４５ａ、４５ｂ、４５ｃの内面に対して、ローター回転軸７に設けられた油圧伝達環３７の本体３８の外環は、ローター回転軸７の回転運動により摺動回転する。
【００６０】
また、ローター回転軸７には内部まで貫通した穴４６が穿設されている。上記のホース４２の他の一端側には制限オリフィス４７、逆止弁４８が設けられており、穴４６に通されている。この一端は、ローター回転軸７の内部で配管４９に接続されている。配管４９は、シリンダー２７に設けた細孔５０に接続されている。
【００６１】
配管４９には安全弁５１、アキュムレーター５２が接続されている。安全弁５１には配管５５も接続されている。シリンダー２７には細孔２７ａ、細孔２７ｂが設けられ、細孔２７ａには配管５３ａが接続されており、細孔２７ｂには配管５３ｂが接続されている。また、細孔２７ａには弁５４ａが設けられており、細孔２７ｂには弁５４ｂが設けられている。また、安全弁５１の吐出口に連結された配管５５は、油圧伝達環３７の本体３８に設けた作動油溝４０ｂに接続された細孔４１ｂの一端に接続されている。
【００６２】
また、図１に示したように、外部ケーシング４３の下方には配管５６が設けられ、ホース１３９、油圧伝達機構１２、配管１３４ａを介して下部タンク１３２まで配管されている。また、図２に示したように配管５３ａ、５３ｂの吐出口は配管５５に接続されており、油圧回路の使用済み油は配管５５に流れる。
【００６３】
次に油圧伝達環３７の操作、作用を以下に説明する。  
配管１４１に送られてきた加圧されている油は、弁１４５を開くと作動油溝４０ａが加圧されて、細孔４１ａを介してホース４２、制限オリフィス４７、逆止弁４８、配管４９を介してシリンダー２７の一端側に供給される。これにより、ピストン２８は、ハブ８の方向へ移動するので、ピストンロッド２９ならびにアーム２２はアーム１９ｂ、ボス１９、アーム１９ａを回転させる。すなわち、図１に示したようにブレード６は、ローター回転軸７に対して角度がβ”，β’からβと角度が大きくなり、起立する方向に姿勢を変える。
【００６４】
ここでブレード６が角度βに有る状態で強風が吹くと、ブレード６は風圧に押されて角度β’や角度β”となる風下方向へ倒れようとする。すると、アーム１９ａ、ボス１９、アーム１９ｂを回転させ、アーム２２を介してピストンロッド２９、ピストン２８を押して、シリンダー２７内の油は配管４９、ホース４２を介して作動油溝４０ａに押し返そうとする。
【００６５】
このとき配管４９には逆止弁４８が設けられているので、ピストン２８により圧縮されたシリンダー２７および配管４９の内部は異常に加圧される。この加圧状態でブレード６は、ブレード６の許容強度限界範囲設定値まで傾倒が抑えられる。ブレード６の許容強度限界範囲設定値に達すると、安全弁５１が開いてブレード６は傾倒し、ブレード６および装置の他の部分が破壊されることを防止する。
【００６６】
ここで風がおさまり、傾倒したブレード６が急激に起立しようとしても、配管４９に設けられた制限オリフィス４７の作用により、油の流量が制限されているためにブレード６は急激には動けず、衝撃が緩和されてブレード６の破壊を防止できる。また、シリンダー２７内での油の不純物の蓄積や泡発生防止のため、細孔２７ａに設けられている弁５４ａおよび細孔２７ｂに設けられている弁５４ｂを時々開いてシリンダー２７内の油を交換することにより、効率よい運転ができる。また、弁５４ａ、５４ｂの開閉には無線操作によることが好ましい。
【００６７】
略水平に設けたローター回転軸７は、支持装置１０に支持されている。支持装置１０は、ナセル４の台座５の上に設けられた支柱５７およびジャッキ装置５８等を備えている。支柱５７の上部には、ピン５９によって支柱５７側に枢支された軸受６１が設けられている。この軸受６１によってハブ８近くのローター回転軸７が支持されている。尚ここで、運転方法や実績により、ローター回転軸７の可変機能が不要の場合は、ジャッキ装置５８、ピン５９等を省略して、固定支持にしてもよい。
【００６８】
図３は、図２におけるＺ‐Ｚ矢視図である。図３に示すように風力利用エネルギー装置Ａの風車９は、３枚のブレード６を有するものとして例示してある。この風車９が風を受けたときの回転方向を図示したα方向であるとすると、全円周３６０度を３等分に区切り１２０度ずつブレード６を振り分けることになる。この３等分線上にブレード６のアーム１９ａが設けられている。
【００６９】
ほぼ円形のハブ８の本体１７から延びる２枚一対のリブ２０の間には、アーム１９ａが差し込まれている。アーム１９ａは、ピン１８によって枢動可能にリブ２０に取り付けられている。また、ハブ８の本体１７とリブ２０とは、鋳物、或いは溶接、鍛造、熔融成型品、またはＦＲＰ、プラスチックなどでしっかりと一体的に形成されており、軽量かつ強固な構造になっている。
【００７０】
図４は、図１の本発明の第１の実施の形態に係る油圧伝達機構１２を風力エネルギー利用装置Ａに装備した状態における構成を示す拡大図である。図４に示すように油圧伝達機構１２は、その縦軸中心線がタワー２の中心線２Ｃと一致した状態に配設されている。
【００７１】
この油圧伝達機構１２は、複数の管体を同心に挿通して成る多重管構造を有している。図示した例では、最内側の内管８１と、該内管８１の直ぐ外側の中内管８２と、該中内管８２の外側の外管１０４との３本の管体から構成されている。油圧伝達機構１２は、その周辺部の構成を説明した後に詳述する。
【００７２】
風車９の回転が伝えられるローター回転軸７が図４の紙面上で右側より、やや上向きの傾斜角度をもって延びて来ている。ローター回転軸７の末端には軸継手７１ａが設けられている。油圧ポンプ１１の入力回転軸７５の先端には軸継手７１ｂが設けられている。軸継手７１ａと軸継手７１ｂとは連結されており、これによってローター回転軸７と油圧ポンプ１１の入力回転軸７５とは連結されている。
【００７３】
ナセル４の台座５には、油圧ポンプ１１を支持するサドル７４が強固に固設されている。油圧ポンプ１１は、可変台座７２に搭載されており、この可変台座７２は支持ピン７３ａによってサドル７４に支持されている。支持ピン７３ａは、サドル７４に設けた軸受け７３ｂに挿通されており、軸受け７３ｂを介してサドル７４に支持されている。尚ここで、運転状況や実績により可変台座７２の可変機能が不要な場合は、可変台座７２を可変機能の無いものに変更してもよい。
【００７４】
ローター回転軸７の回転は、軸継手７１ａ、７１ｂを介して油圧ポンプ１１の入力回転軸７５に伝えられ、入力回転軸７５が回転することにより、油圧ポンプ１１が作動する。入力回転軸７５と軸継手７１ｂにはキー７６、或いはスプライン溝などが設けられており、ローター回転軸７の回転が油圧ポンプ１１の入力回転軸７５に正確に伝達される。油圧ポンプ１１の入力回転軸７５が回転すると、油圧ポンプ１１の一方のノズル７７より油を吸い込んで、他方のノズル７８から油圧を吐出する。
【００７５】
油圧伝達機構１２は、タワー２の最上部に配設した回転台座３ａを境にその全長が上下ほぼ等分となるような位置に配設されている。油圧伝達機構１２の縦軸中心線上には、多重管構造の最内側となる内管８１がほぼ鉛直に設けられている。該内管８１の中心線は、タワー２の中心線２ｃと略一致している。この内管８１の外側には、中内管８２が内管８１と同心に設けられている。
【００７６】
内管８１の上端には拡大ボス部８４が設けられ、拡大ボス部８４が引っかかるようにルーズフランジ８５が通されている。拡大ボス部８４の外周面と、ルーズフランジ８５の内周面との間にはオイルシール８６が介装されている。拡大ボス部８４の外周面とオイルシール８６の内周面とは、相対的に摺動回転できるが、拡大ボス部８４がルーズフランジ８５の内側に引っ掛かっていることにより、内管８１を軸方向の下向きに引き抜くことはできない。
【００７７】
また、ルーズフランジ８５の上には相フランジ８７が配設され、該相フランジ８７の中心部にはノズル状の穴が設けられると共に、管状のエルボ８８を介してフランジ８９が設けられている。ルーズフランジ８５と相フランジ８７とはパッキン等を挟んでボルト等でしっかりと締め付けられている。これにより、ルーズフランジ８５と相フランジ８７とは一体化されている。一方、内管８１の拡大ボス部８４は、その外周面とルーズフランジ８５の内周面との間にオイルシール８６が介装されており、ルーズフランジ８５に対して摺動回転でき、油漏れすることはない。拡大ボス部８４の外側にはリング９０が設けられ、オイルシール８６の分裂が抑えられている。
【００７８】
中内管８２の下方最下端には中内管８２と内管８１を一体化するリング９１が設けられ、該リング９１により中内管８２と内管８１は溶接などで一体化している。また、中内管８２の最下端に設けた、リング９１の直上には、ノズルネック９３ａならびにフランジ９３ｂが設けられている。このノズルネック９３ａは、中内管８２内を油が流出および流入することができる。
【００７９】
一方、中内管８２の最上端には拡大ボス部９５が設けられ、該拡大ボス部９５が内側に引っ掛かるようにルーズフランジ９６が設けられている。拡大ボス部９５の外周面とルーズフランジ９６のネック部９６ａの内周面との間にはオイルシール９７が介装されており、拡大ボス部９５の外周面とオイルシール９７の内周面とは摺動回転ができ、油漏れすることはない。また、中内管８２を下方に引き抜くことは出来ない。ルーズフランジ９６の側壁には、ノズルネック９８ａが設けられている。このノズルネック９８ａは、フランジ部９６ｂとネック部９６ａ内に設けたオイルシール９７との中間部分に位置するように設けられている。このノズルネック９８ａの先端にはフランジ９８ｂが設けられている。
【００８０】
また、ルーズフランジ９６のフランジ部９６ｂと、該フランジ部９６ｂに相対する相フランジ９９とはパッキン等を介装してボルト等でしっかりと固着されている。相フランジ９９の中心部には穴１００が穿設されており、この穴１００に内管８１が通されている。相フランジ９９の穴１００の内壁と内管８１の挿入部との間にはオイルシール１０１が設けられている。内管８１の外周と該オイルシール１０１の内周とは相対的に摺動回転でき、これらの間からは油漏れすることはない。
【００８１】
また、ルーズフランジ９６内において、拡大ボス部９５の上端と相フランジ９９の隙間にはスペーサー１０２が挿入されている。該スペーサー１０２の円周上には穴１０３が設けられている。この穴１０３により、スペーサー１０２内部の油は、スペーサー１０２の内部と外部との間を自由に出入りすることができる。
【００８２】
中内管８２は、外側の外管１０４内に挿通されている。外管１０４の最下端には外管１０４と中内管８２が一体化するリング９２を設けてある。該リング９２に対して外管１０４と中内管８２とは溶接などで一体化されている。また、外管１０４の下端に設けたリング９２の直上には、外管１０４内の油の出入を可能にするノズルネック９４ａが外管１０４に設けられている。該ノズルネック９４ａの先端にはフランジ９４ｂが設けられている。
【００８３】
外管１０４のノズルネック９４ａよりもやや上にはサドル１１４が設けられている。該サドル１１４は、タワー２の上端部回転台座３ａのやや下方において、タワー２側より延びたサポート１１５によって支えられている。これにより、油圧伝達機構１２の下部は、タワー２と一体的な動きをする。
【００８４】
また、外管１０４の上端には拡大ボス部１０５が設けられている。該拡大ボス部１０５がルーズフランジ１０６の内側に引っ掛かるようにルーズフランジ１０６が設けられている。拡大ボス部１０５の外周面とルーズフランジ１０６のネック部１０６ａの内周面との間にはオイルシール１０７が介装されている。該拡大ボス部１０５の外周面とオイルシール１０７の内周面とは相対的に摺動回転ができ、油が漏れることはない。また、ルーズフランジ１０６の内側に拡大ボス部１０５が引っ掛かっているので、外管１０４を下方に引き抜くことは出来ない。
【００８５】
ルーズフランジ１０６は、フランジ部１０６ｂとネック部１０６ａ内に設けたオイルシール１０７との中間部分に中空のノズルネック１０８ａが設けられている。このノズルネック１０８ａの先端側にはフランジ１０８ｂが設けられている。
【００８６】
また、ルーズフランジ１０６のフランジ部１０６ｂと該フランジ部１０６ｂに相対する相フランジ１０９とは、それらの間にパッキン等が介装されており、ボルト等で強固に固着されている。相フランジ１０９の中心部には穴１１０が貫通しており、この穴１１０に中内管８２が挿通されている。相フランジ１０９の穴１１０の内周壁と中内管８２の挿入部分の外周壁との間にはオイルシール１１１が設けられている。中内管８２の外周部分と該オイルシール１１１の内周部分とは、相対的に摺動回転でき、油漏れ等はない。
【００８７】
また、拡大ボス部１０５の上端と相フランジ１０９との隙間にはスペーサー１１２が挿入されている。該スペーサー１１２の円周上には穴１１３が穿設されている。この穴１１３により、スペーサー１１２内部の油は、スペーサー１１２の内部と外部との間を自由に出入りすることができる。
【００８８】
また、ナセル４の本体の内部にはサポート１１６が延びている。このサポート１１６には、ルーズフランジ８５、相フランジ８７、フランジ部９６ｂ、相フランジ９９、ルーズフランジ部１０６ｂ、相フランジ１０９、エルボ８８、フランジ８９等が強固に取り付けられている。これにより、それらはナセル４と共に中心線２ｃを回転軸芯として、自由に回転することができる。
なお、電導用環状レール１１７および電導ブラシ１１８には、電気ケーブル１１９によって発電機１６に接続されている。これにより、ナセル４内に計装、照明、標識、小規模動力駆動装置等の諸装置のための電力が供給される。
【００８９】
図５は図４におけるＹ‐Ｙ矢視図である。
図５に示したように、可変台座７２に油圧ポンプ１１が搭載されている。可変台座７２の両端には支持ピン７３ａが設けられ、該支持ピン７３ａは軸受け７３ｂに通されている。軸受け７３ｂは、サドル７４でナセル４の台座５に強固に固着されている。
【００９０】
油圧ポンプ１１の入力回転軸７５の水平方向の回転軸芯７５ａと可変台座７２の支持ピン７３ａの回転軸芯７３ｃとが直交している。これにより、油圧ポンプ１１の入力回転軸７５の一端が可変台座７２の回転軸芯７３ｃを回転軸支点として入力回転軸７５の他の端部（図１におけるローター回転軸７）側を上下に変動させることにより、入力回転軸７５の角度を変更することができる。また、油圧ポンプ１１には油の吸い込みノズル７７、吐出ノズル７８が設けられている。
【００９１】
図６は、油圧伝達機構を装備した、異なる態様の風力エネルギー利用装置Ｂを示す縦断面図である。
図６に示した風力エネルギー利用装置Ｂと、前記の風力エネルギー利用装置Ａとでは、風力エネルギー利用装置Ａにおいてはブレード６の角度を変えるための手段として油圧圧縮機構Ｐｏを設けたが、風力エネルギー利用装置Ｂでは、油圧圧縮機構Ｐｏに代えてスプリング圧縮機構Ｐｓを設けた点が相違する。なお、風力エネルギー利用装置Ａと同種の部位には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００９２】
図１に示した風力エネルギー利用装置Ａは、事業化段階では比較的大規模化を目的とした装置であるため、装置の構成は油圧回路などを多く用いて複雑になっている。一方、図６に示した風力エネルギー利用装置Ｂでは、装置の構成を簡略化し、事業化規模では比較的小規模のものに適するように構成してある。
【００９３】
タワー基部２ａに設ける油圧モーター１４から動力伝達される回転軸１５ａ、クラッチ等の変速機１５ｂは、風力エネルギー利用装置Ａでは、発電機を作動させるためのものであったが、図６の風力エネルギー利用装置Ｂでは、発電機１６以外にもポンプ１５１を動かしている。これにより、海洋上の海水がサクションストレーナー１５２から取水された海水が取水配管１５３を経てポンプ１５１によって送水管１５４を通して送水目的地まで送られる。
【００９４】
図７は、本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を装備した、さらに異なる態様の風力エネルギー利用装置Ｃを示す縦断面図である。
図７に示した風力エネルギー利用装置Ｃと図１に示した風力エネルギー利用装置Ａとでは、風力エネルギー利用装置Ａは、強風圧を受けた場合に、ブレード６が風下側に傾倒するものであるのに対して、風力エネルギー利用装置Ｃは、強風圧を受けてもブレード６が傾倒しないで、可変ピッチ機構によりブレード６が回転する点が相違する。
【００９５】
この風力エネルギー利用装置Ｃは、所謂ごく一般的とされている風力発電装置である。すなわち、本実施の形態に係る油圧伝達機構１２は、風力による動力の伝達装置として従来のごく一般的な風力発電装置に装備することができる。
【００９６】
図８は、本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構を装備した、さらに異なる態様の風力エネルギー利用装置Ｄを示す縦断面図である。
この例に示したように油圧ポンプ１１はタワー２の中心線２ｃを境として風車９におけるブレード６とは反対側にある点が、他の風力エネルギー利用装置Ａ，Ｂ，Ｃにおけるものとは違う点である。この風力エネルギー利用装置Ｄは、油圧ポンプ１１とブレード６の重量的バランスを取り、装置の揺れ、傾きなどを軽減したものである。
【００９７】
図９は図２における油圧圧縮機構Ｐｏと異なるスプリング圧縮機構Ｐｓを図６に示す風力エネルギー利用装置Ｂのローター回転軸７内に装備した構成を示す拡大説明図である。
【００９８】
図２の油圧圧縮機構Ｐｏと図９に示したスプリング圧縮機構Ｐｓの相違点は、前者はローター回転軸７の内部にケーシング２６を設けその中にシリンダー２７、ピストン２８、ピストンロッド２９、ナット３０を設けてシリンダー２７内の油をピストン２８で圧縮するものであるのに対して、後者はローター回転軸７の内部にケーシング２６を入れ、その中にスプリングガイド１２１を設けると共にスプリング１２２を設け、該スプリング１２２の一端をケーシング２６の底板１２３に相当する部分で止め、他の一端はスプリング押え１２４で押えている点である。スプリング押え１２４に外側ロッド１２５の一端が取り付けられており、他の一端は、図２の説明で行なったスライドアーム２３にナット１２６で締め付けられている。
【００９９】
ここで図２の説明で行なったものと同じであるが、ブレード６の傾倒により、スライドアーム２３が支持装置１０側に移動するとスプリング１２２は圧縮される。このスプリング圧縮機構Ｐｓの圧縮によりブレード６は傾倒できる。つぎに外側ロッド１２５は管等を用いて二重軸構成の外側軸とし、その中に棒状の内側ロッド１２７を通す。該内側ロッド１２７はスプリング押え１２４、スプリング１２２、底板１２３を貫通してスプリング１２８の内部を通りストッパー１２９に固着する。ここで既に説明したように、風圧によりブレード６が傾倒すると、スライドアーム２３は支持装置１０側に押されスプリング１２２は圧縮される。
【０１００】
また、外側ロッド１２５内に設けた内側ロッド１２７も支持装置１０の方向に押されるため、スプリング１２８は伸びる。ここで風がおさまるとブレード６はスプリング１２２の復元作用により起立する。このとき、スプリング１２２の反力でブレード６に衝撃的な反力が発生する。スプリング１２８は、このときに圧縮されるように設定されているので、スプリング１２２の反力に起因する衝撃力を緩和することができる。
【０１０１】
図１０は、本発明の一実施の形態に係る油圧伝達機構１２を装備した、さらに異なる態様の風力エネルギー利用装置Ｅを示す縦断面図である。この風力エネルギー利用装置Ｅは、主として次の点が風力エネルギー利用装置Ａと異なっている。
【０１０２】
すなわち、ローター回転軸７の後端部側に油圧ポンプ２１１およびジャッキ２１２ｂを備えた可動台座２１２を設けた点、配管１３４と配管１３６とを直結して、発電機１６を回避するように作動油を流すことができるバイパス管３００を設けた点、並びに発電機１６の上流側の配管１３４および下流側の配管１３５の少なくとも何れか一方に発電機１６を通る作動油の流れを止めるための開閉弁３２１，３２２を設けた点である。
【０１０３】
図１０においてローター回転軸７の出力端すなわち後端部は、可動台座２１２に搭載された油圧ポンプ２１１に接続されている。この油圧ポンプ２１１は、ローター回転軸７から伝達される回転動力が作動油に変換されるものである。油圧ポンプ２１１の吐出口には、自在管２７２ａの一端が連結されており、自在管２７２ａの他端はアキュムレーター２７３に連結されている。配管２７２ｂの一端はアキュムレーター２７３に連結されており、他端は油圧伝達機構１２のフランジ８９に連結されている。
【０１０４】
図１１は、図１０におけるＷ−Ｗ矢視図であり、図１２は、図１１におけるＴ−Ｔ矢視図である。油圧ポンプ２１１は可動台座２１２に載せられ、装置のほぼ中心部に入力軸２１１ａを配置する。油圧ポンプ２１１は、ローター回転軸７の回転が油圧ポンプ２１１の入力軸２１１ａに伝えられ、圧縮された作動油はノズル２１１ｂより、自在管２７２ａ、アキュムレーター２７３、配管２７２ｂを介して前記した油圧伝達機構１２に送られる。それと同時にノズル２１１ｃでは油圧等による流体の吸引作用があり、前記した油圧伝達機構１２より配管２７６ｂ、タンク２７７、ホース２７６ａを介してノズル２１１ｃ、油圧ポンプ２１１に流体が吸い込まれる。
【０１０５】
一方、可動台座２１２は台座フレーム２１２ａに油圧ポンプ２１１が配置されている。架台２１２ｇには、ガイドフレーム２１２ｄが配置されている。台座フレーム２１２ａの両横にはスライドピン２１２ｃが固着されている。このスライドピン２１２ｃは、ガイドフレーム２１２ｄの長穴２１２ｅに挿通されている。スライドピン２１２ｃは、長穴２１２ｅ内で移動できるように、ライナー或いは座金２１２ｆ等で緩く抑えられており、破損しないようにナット等でセットされている。これにより、台座フレーム２１２ａは、ガイドフレーム２１２ｄによって案内されながら動作することができる。
【０１０６】
台座フレーム２１２ａの下方にはジャッキ２１２ｂが設けられている。このジャッキ２１２ｂを操作することにより、台座フレーム２１２ａおよび油圧ポンプ２１１を上下に移動させることができる。図２を参照しながら説明したように、支持装置１０の支柱５７の上部には、ピン５９によって支柱５７側に枢支された軸受６１が設けられている。この軸受６１によってハブ８近くのローター回転軸７が支持されている。なお、図１０の風力エネルギー利用装置Ｅでは、支持装置１０にはジャッキ装置５８は設けられていない。したがって、ジャッキ２１２ｂを操作することにより、ピン５９或いは軸受６１の両側に設けたピン５９ａを支点としてローター回転軸７を縦方向に角度変化させることができる。ローター回転軸７の縦方向の角度変化はブレード６に伝えられ、該ブレード６は縦方向の角度変化をする。
【０１０７】
なお、ジャッキ２１２ｂは風向、風速、装置の傾き等をセンサーでキャッチして自動調整を行うのが好ましいが、海洋上で使用する装置であるために操作状況、実績如何によってはある程度簡略化して固定操作に切り替えることも考えられる。
【０１０８】
図１０において、運転室１３の上方には、油圧伝達機構１２から発電機１６へ作動油を供給する作動油供給路である配管１３４と、発電機１６を作動させた後の作動油を油圧伝達機構１２へ戻す作動油回収流路である配管１３６とを連通するように連結したバイパス管３００が設けられている。バイパス管３００は、両端間には３本の分岐管３０１，３０２，３０３を有しており、バイパス管３００の両端間は３本の流路に分岐している。分岐管３０１には流路を開閉するためのバイパス弁３１１が設けられている。同様に分岐管３０２にはバイパス弁３１２が設けられ、分岐管３０３にはバイパス弁３１３が設けられている。このバイパス管３００のバイパス弁３１１，３１２，３１３を開閉調節することによって発電機１６に供給される作動油の流量を調節することができる。  
なお、バイパス管３００の分岐管３０１，３０２，３０３は何れも同一の内径であっても良いし、何れも異なる内径であってもよい。また、バイパス管３００の分岐管の数は３本に限られず、また、分岐管が無くても良い。
【０１０９】
運転室１３内に配設されている各発電機１６には、作動油の上流側の流路である配管１３４に流路を開閉する開閉弁３２１が設けられており、下流側の流路である配管１３５に流路を開閉する開閉弁３２２が設けられている。これら、開閉弁３２１，３２２を開閉調節することにより、駆動させる発電機１６を任意に選択することができる。また、配管１３４から配管１３５に至る管路の途中に逆止弁３２３を設けることで流れを一定方向に整流することができる。さらに、バイパス弁３１１，３１２，３１３の開閉調節と組み合わせることによって、より緻密な風力エネルギーの利用を行うことができる。
【０１１０】
図１３は、本発明に係る油圧伝達機構１２を装備する風力エネルギー利用装置の洋上における実施状態を例示する概略図である。本装置は海面ＳＷ上に浮体１を浮ばせ、海底ＳＧにアンカー、チェーン等で浮体装置を係留し、風力エネルギーを利用する装置の全体を示すものである。
【０１１１】
図１４は、本発明に係る油圧伝達機構１２を装備する風力エネルギー利用装置の洋上における他の実施状態を例示する概略である。本装置は海面ＳＷ上に浮体１を設け、運搬、曳航時にはベースブロックＢＢを釣り上げ、運転時には、ベースブロックＢＢを海底ＳＧに着床させた風力エネルギー利用装置の全体を示すものである。
【０１１２】
本発明に係る油圧伝達機構を備える風力エネルギー利用装置は、風車による低速回転、高トルクの動力を油圧伝達機構に構成された油圧により効率よく、比較的簡単に、且つ安全に低所の発電機或いはポンプ等に伝えて駆動源とできるとともに、風力エネルギー利用装置の重心を低くすることで装置の転倒作用を極力抑え、安全性、安定性を高め、発電機の分割化により台風時などの大風や大波に耐え、強風によるカーブアウトの範囲を有効利用し、カットアウト操作の範囲を縮小し、メンテナンス性が向上し、稼働率を高め、高効率で安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を得ることができる。
【０１１３】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、本実施の形態では作動油による油圧を用いるものとして説明したが、水圧や他の液体による液圧等、流体による流体圧を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明に係る油圧伝達機構は、風力エネルギーを利用する装置に限られることなく、広く油圧伝導装置を用いる装置に適用することができる。また、海流、潮流、潮汐、河川流水発電装置等海洋エネルギーを利用する分野等に広く使用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
Ａ…風力エネルギー利用装置
Ｂ…風力エネルギー利用装置
Ｃ…風力エネルギー利用装置
Ｄ…風力エネルギー利用装置
Ｅ…風力エネルギー利用装置
Ｐｏ…油圧圧縮機構
Ｐｓ…スプリング圧縮機構
Ｆ…風
ＳＷ…海面（水面）
ＳＧ…海底
ＢＷ…抵抗板重り
ＢＢ…ベースブロック
ＳＫ…スカート
ＲＤ…ローターの直径
ＲＤ' …傾倒したローターの直径
ＲＤ" …さらに傾倒したローターの直径（最大傾倒時）
α…風車の回転方向
β，β'，β"…ブレードの傾倒方向の傾倒角度
１…浮体
２…タワー
２ａ…タワー基部（ベース）
２ｃ…中心線
３ａ，３ｂ…回転台座
４…ナセル
５…台座
６，６’，６"…ブレード
６ａ…ブレードの差し込み部
７…ローター回転軸
８…ハブ
９…風車
１０…支持装置
１１…油圧ポンプ
１２…油圧伝達機構
１３…運転室
１４，１４’…油圧モーター
１５ａ…回転軸
１５ｂ…変速機
１６…発電機
１６’…ポンプ
１７…ハブの本体
１７ａ…ハブのボス部
１８…ピン
１９…ボス
１９ａ，１９ｂ…アーム
１９ｃ…接続端
２０…リブ
２１ａ，２１ｂ…ピン
２２…アーム
２３…スライドアーム
２４…ラグ
２６…ケーシング
２６ａ…ケーシングのフランジ部
２７…シリンダー
２７ａ，２７ｂ…細孔
２８…ピストン
２９…ピストンロッド
３０…ナット
３１…外環
３２…止めボルト
３３…軸受け
３４…止めボルト
３５…ブレーキ環
３６…油圧ブレーキ装置
３７…油圧伝達環
３８…本体
３８ａ…ボス部
３９…止めボルト
４０ａ，４０ｂ…作動油溝
４１ａ，４１ｂ…細孔
４２…ホース
４３…外部ケーシング
４４…サポート
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…オイルシール
４６…穴
４７…制限オリフィス
４８…逆止弁
４９…配管
５０…細孔
５１…安全弁
５２…アキュムレーター
５３ａ，５３ｂ…配管
５４ａ，５４ｂ…弁
５５、５６…配管
５７…支柱
５８…ジャッキ装置
５９，５９ａ…ピン
６０…ストッパー
６１…軸受
６２…スラスト軸受
６３…外環
６４…ピン
６５…サドル
６６…長穴
６７…配管
７１ａ，７１ｂ…軸継手
７２…可変台座
７３ａ…支持ピン
７３ｂ…軸受け
７３ｃ…回転軸芯
７４…サドル
７５…入力回転軸
７５ａ…回転軸芯
７６…キー
７７，７８…ノズル
８１…内管
８１ａ…送出部
８２…中内管
８３…フランジ
８４…拡大ボス部
８５…ルーズフランジ
８６…オイルシール
８７…相フランジ
８８…エルボ
８９…フランジ
９０…リング
９１…リング
９２…リング
９３ａ…ノズルネック
９３ｂ…フランジ
９４ａ…ノズルネック
９４ｂ…フランジ
９５…拡大ボス部
９６…ルーズフランジ
９６ａ…ネック部
９６ｂ…フランジ部
９７…オイルシール
９８ａ…ノズルネック
９８ｂ…フランジ
９９…相フランジ
１００…穴
１０１…オイルシール
１０２…スペーサー
１０３…穴
１０４…外管
１０５…拡大ボス部
１０６…ルーズフランジ
１０６ａ…ネック部
１０６ｂ…フランジ部
１０７…オイルシール
１０８ａ…ノズルネック
１０８ｂ…フランジ
１０９…相フランジ
１１０…穴
１１１…オイルシール
１１２…スペーサー
１１３…穴
１１４…サドル
１１５、１１６…サポート
１１７…電導用環状レール
１１８…電導ブラシ
１１９…電気ケーブル
１２１…スプリングガイド
１２２…スプリング
１２３…底板
１２４…スプリング押え
１２５…外側ロッド
１２６…ナット
１２７…内側ロッド
１２８…スプリング
１２９…ストッパー
１３１…上部タンク
１３２…下部タンク
１３３…自在管
１３４，１３４ａ，１３５，１３６…配管
１３７，１３８，１３９…ホース
１４０…クレーン
１４１…配管
１４２…弁
１４３…配管
１４４…ホース
１４５…弁
１４６…配管
１４７…逆止弁
１４８…ホース
１５１…ポンプ
１５２…サクションストレーナー
１５３…取水配管
１５４…送水管
２１１…油圧ポンプ
２１１ａ…入力軸
２１１ｂ，２１１ｃ…ノズル
２１２…可動台座
２１２ａ…台座フレーム
２１２ｂ…ジャッキ
２１２ｃ…スライドピン
２１２ｄ…ガイドフレーム
２１２ｅ…長穴
２１２ｇ…架台
２１２ｆ…座金
２７２ａ…自在管
２７２ｂ…配管
２７３…アキュムレーター
２７６ａ…ホース
２７６ｂ…配管
２７７…タンク
３００…バイパス管
３０１，３０２，３０３…分岐管
３１１，３１２，３１３…バイパス弁
３２１，３２２…開閉弁
３２３…逆止弁
【図１】
2015042866.tif 000003
【図２】
2015042866.tif 000004
【図３】
2015042866.tif 000005
【図４】
2015042866.tif 000006
【図５】
2015042866.tif 000007
【図６】
2015042866.tif 000008
【図７】
2015042866.tif 000009
【図８】
2015042866.tif 000010
【図９】
2015042866.tif 000011
【図１０】
2015042866.tif 000012
【図１１】
2015042866.tif 000013
【図１２】
2015042866.tif 000014
【図１３】
2015042866.tif 000015
【図１４】
2015042866.tif 000016