(57)【要約】【課題】構造が簡単でメンテナンスが楽な風力発電装置を提供すること。【解決手段】環状のシリンダ（１１０）の内部に環状のピストン（１２０）が配設されピストンの上面にピストン取り付け板（１３０）を介してナセル（２００）が取り付けられている。ナセル内の油圧供給ユニットからピストン室（１２０ｐ）へ油圧作動油を供給しなければナセルの自重でピストンは降下しピストン下面（１２０ａ）とシリンダの底壁（１１１）の上面（１１１ａ）が当接、密着しナセルが回転しようとすると大きな摩擦力が発生しナセルは回転できない。油圧作動油を供給すればピストンが上昇しナセルは回転できる。油圧作動油はドレーン（１１４）から排出されるのでドレーンの高さまでしか上昇しない。【選択図】　　　図１
2004011588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナセルに固定された風車軸支持部材により回転可能に支持され略水平に延伸する風車軸に翼を取り付け風向に追従させながら翼に風を当てて風車軸を回転せしめる風力発電装置であって、
ナセルが、略鉛直に立設される支柱の上端に配設されたシリンダ内に配設され、ピストン浮上手段により、鉛直方向に伸びるシリンダ軸方向に移動可能なピストンの上端部に取り付けられていて、
ピストン浮上手段を作用させない時には、ピストンとピストンに取り付けられる部材の重さで、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合してピストンがシリンダ軸回りに回転することが不能にされ、
ピストン浮上手段を作用させた時には、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合が解除され、ピストンがシリンダ軸回りに回転することが可能とされる、ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
ピストン浮上手段が流体圧供給手段である、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】
ピストンが所定高さ以上浮上しないように流体圧を逃がすドレーンを有する、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】
ピストン浮上手段が磁気の反発力を利用する磁気浮上手段である、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５】
ピストンとシリンダの摩擦係合は、ピストンの先端面とシリンダの底面の間でおこなわれる、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６】
ピストンの先端面とシリンダの底面の一方が他方に向かって突出し、他方が一方に対して相補的に凹んでいる、ことを特徴とする請求項６に記載の風力発電装置。
【請求項７】
ピストンとシリンダの摩擦係合は、シリンダの上端に設けられたシリンダ上端部材とピストンの上端とナセルの間に取り付けられるピストン取り付け板の間でおこなわれる、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８】
シリンダとピストンが環状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンな発電装置として風力発電装置が急増している。風力発電装置には、翼を取り付ける風車軸が水平な水平軸風車を有する水平軸型風力発電装置と風車軸が垂直な垂直軸型風力発電装置とがあるが、水平軸型風力発電装置の場合は風向に合うように水平軸の向きを変えるとともに、風向きに合った状態を維持できるようにしなければならない。
そこで従来、水平軸型風力発電装置においては、従来は風車軸を支持する風車軸支持装置が取り付けられるナセルを軸受装置を介して支柱の上端部に取り付けられるナセル支持部材に取り付けナセルを回転可能にして風向に合わせることができるようにするとともに、ブレーキ装置を設けてナセルを固定している。そのため構造が複雑になり、軸受の給油等のメンテナンス工数が大きいという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は構造が簡単でメンテナンスが楽な風力発電装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、ナセルに固定された風車軸支持部材により回転可能に支持され略水平に延伸する風車軸に翼を取り付け風向に追従させながら翼に風を当てて風車軸を回転せしめる風力発電装置であって、
ナセルが、略鉛直に立設される支柱の上端に配設されたシリンダ内に配設され、ピストン浮上手段により、鉛直方向に伸びるシリンダ軸方向に移動可能なピストンの上端部に取り付けられていて、
ピストン浮上手段を作用させない時には、ピストンとピストンに取り付けられる部材の重さで、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合してピストンがシリンダ軸回りに回転することが不能にされ、
ピストン浮上手段を作用させた時には、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合が解除され、ピストンがシリンダ軸回りに回転することが可能とされる、風力発電装置が提供される。
【０００５】
このように構成される風力発電装置では、ピストン浮上手段を作用させないことにより、ピストンとピストンに取り付けられる部材の重さで、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合しナセルの回転が可能にされ、ピストン浮上手段を作用させることによりピストンの一部とシリンダの一部と摩擦係合が解除され、ピストンをシリンダ軸回りに回転することが可能となる。
【０００６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、ピストン浮上手段が流体圧供給手段である、風力発電装置が提供される。
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、ピストンが所定高さ以上浮上しないように流体圧を逃がすドレーンを有する、風力発電装置が提供される。
【０００７】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明において、ピストン浮上手段が磁気の反発力を利用する磁気浮上手段である、風力発電装置が提供される。
【０００８】
請求項５の発明によれば、請求項１の発明において、ピストンとシリンダの摩擦係合は、ピストンの先端面とシリンダの底面の間でおこなわれる、風力発電装置が提供される。
請求項６の発明によれば、請求項５の発明において、ピストンの先端面とシリンダの底面の一方が他方に向かって突出し、他方が一方に対して相補的に凹んでいる、風力発電装置が提供される。
【０００９】
請求項７の発明によれば、請求項１の発明において、ピストンとシリンダの摩擦係合は、シリンダの上端に設けられたシリンダ上端部材とピストンの上端とナセルの間に取り付けられるピストン取り付け板の間でおこなわれる、風力発電装置が提供される。
【００１０】
請求項８の発明によれば、請求項１の発明において、シリンダとピストンが環状に形成されている、風力発電装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、図６を参照して本発明が適用される風力発電装置の全体の構造を説明する。翼２０１でうける風力によりハブ２０２、主軸２０３を介して、発電機２０４の回転子２０５を回転させ、発電される。場合によっては増速装置を回転子２０５と主軸の間に有する形式の風車もある。これら翼２０１、主軸２０３、発電機２０４はナセル２００に収納もしくは支持されている。
そして、ナセル２００の下部が本発明に係るナセル支持機構１００を介して支柱３００に取り付けられているのである。
【００１２】
以下、図１、図２を参照して第１の実施の形態のナセル支持機構１００を説明する。
支柱３００の上部板３１０の上に環状のシリンダ１１０が取り付けられている。シリンダ１１０は底壁１１１と底壁１１１から上方に延伸する内周壁１１２および外周壁１１３を有し、上方が開放したコの字形状を有している。
【００１３】
そして、シリンダ１１０の内部には環状のピストン１２０が配設されている。ピストン１２０は大径部１２１と大径部１２１の上方の小径部１２２を有し、大径部１２１の内周壁１２３と外周壁１２４がそれぞれ図示しないシール部材を介してはシリンダ１１０の内周壁１１２および外周壁１１３に摺接している。一方、ピストン１２０の小径部１２２の上面には円板状のピストン取り付け板１３０が取り付けられていて、ピストン取り付け板１３０にナセル２００の下面が取り付けられている。
【００１４】
ピストン１２０の内部には給油穴１２５が図２に示されるように円周方向において複数箇所（この場合は６箇所）穿設されていて、給油穴１２５は下側はピストン１２０の下面１２０ａで開放されピストン１２０の下面１２０ａとシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａの間のピストン室１２０ｐに通じており、上側はピストン取り付け板１３０に形成された穴１３１を介してナセル２００内の油圧配管２１３に接続され、油圧配管２１３は油圧制御弁２１４を介してもともと翼２０１の可変ピッチ制御のために設けられている油圧供給ユニット２１０（図６参照）に接続されている。
なお、油圧制御弁２１４は油圧供給ユニット２１０からピストン室１２０ｐへの油圧作動油の供給を可能にさせる供給ポジションと、ピストン室１２０ｐから油圧供給ユニット２１０への油圧作動油の還流を可能にさせる還流ポジションとを、切り換え可能な２ポジション弁である。
【００１５】
以下、上記のように構成されたナセル支持機構１００の使用方法および作動を説明する。
初めに、ナセル２００を回転しないように固定する場合について説明する。
これは、油圧制御弁２１４を還流ポジションにすることにより実現できる。
ナセル２００は内部に収容する機器、および、翼２０１を含めて、大きな自重を有している。例えば、３００ｋＷクラスのものでは２０トン、１０００ｋＷクラスのものでは７０トンに達する。したがって、油圧制御弁２１４を還流ポジションにしておくと、ピストン１２０はこのナセル２００の自重でピストン室１２０ｐ内の油圧作動由を油圧供給ユニット２１０に還流させながら降下する。
【００１６】
ここで、ピストン１２０の高さＨｐは、シリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａから内周壁１１２および外周壁１１３の上端面までの高さＨｃよりも大きくされているので、降下したピストン１２０の下面１２０ａはシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａに当接、密着して停止する（一点鎖線で示す）。ナセル２００が回転しようとしても上記の大きな自重により強大な摩擦力が作用するので回転できない。
【００１７】
次に、ナセル２００を回転できるようにする場合について説明する。
これは、油圧制御弁２１４を供給ポジションにし、油圧供給ユニット２１０からピストン室１２０ｐに油圧作動由を供給することにより実現できる。
油圧供給ユニット２１０からピストン室１２０ｐに油圧作動由を供給すると油圧によりピストン１２０は上昇せしめられ、ピストン１２０の下面１２０ａはシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａから離れ上記の摩擦力が作用しなくなり、ナセル２００は回転することができる。
【００１８】
ここで、シリンダ１１０の内周壁１１２にはドレーン穴１１４が設けられていてこのドレーン穴１１２ａに達した油圧作動油はドレーン穴１１４を通ってシリンダ１１０の外部に排出され、ドレーン穴１１４よりも上方にはピストン１２０が上昇しないようにされている。したがって、シリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａからドレーン穴１１４までの高さがピストン１２０のストロークになる。
【００１９】
なお、ドレーン穴１１４を通ってシリンダ１１０の外部に排出された油圧作動油はシリンダ内周壁１１２の外面に付設されたオイル受け１１５を介してオイル溜め３２０に導かれ、そこからオイルポンプ（図示せず）により配管２３０を介してナセル２００内の油圧供給ユニット２１０に還流される。
ドレーン穴１１４およびオイル溜め３２０は図２に示されるように給油穴１２５と略等しい円周方向位置に複数箇所設けられている。
【００２０】
第１の実施の形態は上記のように構成され、軸受等を有しない簡単な構成で、ナセル２００を回転可能にするとともに、ブレーキを使用せずに停止せしめることができる。
ナセル２００の回転はナセル２００内に配設されている駆動モータ２０６（図６参照）で回転せしめられるギヤ２０７（図２、６参照）をシリンダ１１０の内周壁１１２の外面に設けたリングギヤ１１２ｇ（図２、６参照）に係合させておこなわれる。そのために、ナセル２００の底部、および、ピストン取り付け板１３０の中央部分は開口されている。なお、駆動モータ２０６、ギヤ２０７、リングギヤ１１２ｇは、その他の図では図が煩雑になるのを避けるために省略してある。
【００２１】
次に第２の実施の形態について説明する。図３が第２の実施の形態の特徴を示す図であって、第１の実施の形態に対して、ピストン１２０の下面１２０ａが中央が下方に突出した面とされ、これに対向するシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａが相補的に中央が下方に凹んだ面とされている点が異なるが、その他は第１の実施の形態と同じである。
【００２２】
第２の実施の形態は上記のようにすることにより、摩擦面積が拡大し、より大きな力でナセル２００の回転を阻止することができる。
また、ピストン１２０が降下してその下面１２０ａがシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａに当接する際に位置ずれを起こしにくい。
なお、逆に、シリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａを中央が上方に突出した面とし、これに対向するピストン１２０の下面１２０ａを相補的に中央が上方凹んだ面としても同じような効果を得ることができる。
【００２３】
次に第３の実施の形態について説明する。図４が第３の実施の形態の特徴を示す図であって、第１の実施の形態に対して、シリンダ１１０の内周壁１１２と外周壁１１３の上端にそれぞれ環状の受け板１１６、１１７を付設し、受け板１１６、１１７のシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａからの高さＨｃをピストン１２０の高さＨｐより大きくした点が第１の実施の形態と異なるが、その他は第１の実施の形態と同じである。
【００２４】
このようにすることにより、ピストン１２０を降下せしめた時に、ピストン取り付け板１３０の下面１３０ａが受け板１１６、１１７の上面１１６ａ，１１７ａに当接、密着し、ナセル２００が回転しようとする際に両者の間に摩擦力が発生する。すなわち、摩擦面が外部に露出していることになる。したがって、摩擦面のメンテナンスを容易におこなうことができる。
これに対し、第１の実施の形態ではピストン室１２０ｐないにゴミ等が侵入し、ピストン１２０の下面１２０ａとシリンダ１１０の底壁１１１の上面１１１ａが密着できなくなってもゴミを除去することが非常に難しい。
【００２５】
以上、油圧作動油でピストン１２０を上下させる第１の実施の形態〜第３の実施の形態を説明したが、油圧の代りに空気圧を利用することもできる。空気圧を利用する場合は、ドレーンさせた空気を空気ポンプに還流させる必要はないので第１の実施の形態〜第３の実施の形態におけるオイル受け１１５、オイル溜め３２０に対応する部品は不要である。一方、ナセル２００内には作動空気圧を発生させる空気圧供給ユニットは設けられていないので、空気圧供給ユニットを別途配設するか、あるいは、油圧供給ユニットを除去してピッチ角可変機構も空気圧で作動するようにしてもよい。
【００２６】
次に第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は、磁力の反発力でピストン１２０を移動させるものである。
図５がこの第４の実施の形態の特徴を示す図であって、シリンダ１１０、ピストン１２０の形状は第１の実施の形態と同じにされているが、シリンダ１１０の底壁１１１内部に永久磁石１１６が配設され、ピストン１２０の内部にはソレノイド１２６が配設されている。ソレノイド１２６の図示しないコイル導線には、ナセル２００内に配設されている電流供給装置２２０から電線２４０で電流が供給できるようにされている。
【００２７】
電流供給装置２２０から電線２４０を介してソレノイド１２６に電流を供給して磁力を発生せしめ、この磁力とシリンダ１１０に配設された永久磁石の磁力で反発力を発生せしめ、ピストン１２０の下面１２０ａをシリンダ１１０の上面１１０ａから離反させることによりナセル２００を回転させることができる。そしてソレノイド１２６への電流の供給を停止することにより、第１の実施の形態と同様に、ナセル２００の自重でピストン１２０は下降して、ピストン１２０の下面１２０ａがシリンダ１１０の上面１１０ａと当接、密着してナセル２００の回転が阻止される。第４の実施の形態は上記のように構成され、第１〜第３の実施の形態のような油圧あるいは空気圧の配管が不要であり、メンテナンスも簡単である。
【００２８】
【発明の効果】
各請求項記載の発明は、ナセルに固定された風車軸支持部材により回転可能に支持され略水平に延伸する風車軸に翼を取り付け風向に追従させながら翼に風を当てて風車軸を回転せしめる風力発電装置であるが、ナセルが、略鉛直に立設される支柱の上端に配設されたシリンダ内に配設され、ピストン浮上手段により、鉛直方向に伸びるシリンダ軸方向に移動可能なピストンの上端部に取り付けられていて、ピストン浮上手段を作用させない時には、ピストンとピストンに取り付けられる部材の重さで、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合してピストンがシリンダ軸回りに回転することが不能にされ、ピストン浮上手段を作用させた時には、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合が解除され、ピストンがシリンダ軸回りに回転することが可能とされる。
したがって、ピストン浮上手段を作用させないことにより、ピストンとピストンに取り付けられる部材の重さで、ピストンの一部がシリンダの一部と摩擦係合しナセルの回転が可能にされ、ピストン浮上手段を作用させることによりピストンの一部とシリンダの一部と摩擦係合が解除され、ピストンをシリンダ軸回りに回転することが可能であり、軸受けを用いることなくナセルを回転でき、ブレーキを用いることなくナセルの回転を阻止することができる。
特に、請求項４の発明のように、ピストン浮上手段を磁気の反発力を利用する磁気浮上手段とすれば、流体の供給配管、制御バルブ等が不要である。
また、請求項７のように、ピストンとシリンダの摩擦係合を、シリンダの上端に設けられたシリンダ上端部材とピストンの上端とナセルの間に取り付けられるピストン取り付け板の間でおこなうようにすれば、摩擦係合面が外部に露出するのでメンテナンスが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の特徴を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のピストンとシリンダを上から見た図である。
【図３】第２の実施の形態の特徴を示す図である。
【図４】第３の実施の形態の特徴を示す図である。
【図５】第４の実施の形態の特徴を示す図である。
【図６】風力発電装置の全体の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００…ナセル支持部材
１１０…シリンダ
１１１…底壁
１１１ａ…底壁の上面
１１２…内周壁
１１３…外周壁
１１４…ドレーン
１１５…油受け
１１６…永久磁石
１２０…ピストン
１２０ａ…ピストンの下面
１２５、１３１…給油穴
１２６…ソレノイド
１３０…ピストン取り付け板
２００…ナセル
２１０…油圧供給ユニット
２２０…電流供給ユニット
３００…支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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