(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、該風車の主軸に連結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回可能に支持するタワーを備えた風力発電装置において、風向を検知する手段と、風速を検知する手段と、前記風車が有する各ブレードのピッチ角度を風速に合わせて変更する油圧シリンダと、風向に合わせてナセルの旋回位置を変更する油圧モータと、油圧シリンダ及び油圧モータへの圧油の送油方向をそれぞれ切り換えるブレードのピッチ角度制御用電磁バルブ及びナセルの旋回方向制御用電磁バルブと、これらを制御する制御装置とを備え、停電時及び設定風速以上時に、前記旋回方向制御用電磁バルブと油圧モータの間を接続する一対の油路間を連通させるとともに、前記油圧シリンダをブレードが風を受け流すピッチ角度となるように駆動することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記油圧モータと前記旋回方向制御用電磁バルブとを接続する一対の油路を接続する油路の途中に絞りを設けた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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、風車と、該風車と主軸で直結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回可能に支持するタワーなどを備え、該タワーで風車やナセルを所定の高さに保持して、風車で風力エネルギーを回転動力に変換し、該回転動力を主軸を介して発電機に伝達して、該発電機で回転動力を電気エネルギーに変換するように構成された風力発電装置は公知となっている。
【０００３】
このような風力発電装置においては、タワー側にリングギヤが固設され、ナセル側に前記リングギヤと噛合するピニオンと、該ピニオンを回転駆動する電動モータなどのアクチュエータが設けられて、該アクチュエータによってピニオンを回転駆動させることにより、ナセルが旋回するように構成されていた。そして、タワーとナセルとの間に油圧式のブレーキ装置が設けられ、該ブレーキ装置を制御することによりナセルが任意の旋回位置で固定可能とされていた。
【０００４】
また、風車の有する各ブレードのピッチ角度が風速に応じて可変するように構成され、暴風時などに風速が予め設定した値を超えると、ブレードが風を受け流すように、風向に対し略平行方向となるように制御されていた。こうして、ブレードが受ける風の荷重を低減することで、風車の破損が防止されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３０３２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のような風力発電装置では、停電が発生すると、アクチュエータが駆動しないため、ナセルがある旋回位置に固定されてしまい、前述のようにブレードを風向に対して略平行方向となるようにしてもブレードが受ける荷重を低減することができず、ブレードに大きな荷重がかかりやすくなって、ブレードが破損する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、風車と、該風車の主軸に連結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回可能に支持するタワーを備えた風力発電装置において、風向を検知する手段と、風速を検知する手段と、前記風車が有する各ブレードのピッチ角度を風速に合わせて変更する油圧シリンダと、風向に合わせてナセルの旋回位置を変更する油圧モータと、油圧シリンダ及び油圧モータへの圧油の送油方向をそれぞれ切り換えるブレードのピッチ角度制御用電磁バルブ及びナセルの旋回方向制御用電磁バルブと、これらを制御する制御装置とを備え、停電時及び設定風速以上時に、前記旋回方向制御用電磁バルブと油圧モータの間を接続する一対の油路間を連通させるとともに、前記油圧シリンダをブレードが風を受け流すピッチ角度となるように駆動するものである。
【０００８】
請求項２においては、前記油圧モータと前記旋回方向制御用電磁バルブとを接続する一対の油路を接続する油路の途中に絞りを設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、停電時や設定風速以上時に、ナセルを任意の旋回位置で保持された状態から自由に旋回させることが可能となり、そして風を受けることで、該風車を風下方向に向けることができる。また、ブレードのピッチ角度を風向に対し略平行方向となるようにして、ブレードが風を受け流すようにすることができる。したがって、ブレードに作用する風の荷重を低減して、風車やナセルに破損が生じるのを防止することができる。
【００１１】
請求項２においては、ナセルの旋回速度を簡単な構成で調整することが可能となり、急旋回を防止することができる。また、ナセルの旋回速度を調整する手段が摩擦による制動を用いたものではないため、部材の摩耗がなくメンテナンスを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例に係る風力発電装置の正面図、図２は油圧回路図、図３はブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、風力発電装置１は、風車２と、該風車２と主軸で直結された発電機（図示せず）と、該発電機などを収容するナセル５と、該ナセル５を旋回可能に支持するタワー６などを備え、該タワー６で風車２やナセル５を所定の高さに保持し、風車２で風力エネルギーを回転動力に変換して、該回転動力を主軸を介して発電機に伝達し、該発電機で回転動力を電気エネルギーに変換するように構成されている。
【００１５】
前記発電装置１において、風車２は複数のブレード２ａ・２ａ・２ａをナセル５から突出する主軸の一端にハブを介して枢結して構成され、ナセル５の長手方向一側に配置されている。そして、該ナセル５内に主軸の他端に連結された発電機などに加えて、主軸を制動することにより風車２の回転を停止若しくは抑制するブレーキ装置１１や風車２の各ブレード２ａのピッチ角度を風速に合わせて変更する油圧シリンダ１３、風向に合わせてナセル５の旋回位置を変更する油圧モータ１５、モータ１７により駆動される油圧ポンプ１８が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、前記ブレーキ装置１１には油圧アクチュエータ１１ａが備えられ、該油圧アクチュエータ１１ａと、油圧シリンダ１３と、油圧モータ１５とがそれぞれ油圧ポンプ１８と油路を介して接続されている。そして、該油圧ポンプ１８により油タンク１９内の作動油が圧油として油圧アクチュエータ１１ａや油圧シリンダ１３、油圧モータ１５に供給可能とされている。
【００１７】
前記ブレーキ装置１１の油圧アクチュエータ１１ａ、油圧シリンダ１３、油圧モータ１５それぞれに接続される油路には切換バルブ３１〜３８が設けられている。切換バルブ３１〜３８は電磁バルブから構成され、電磁バルブのソレノイドを介して制御装置５０と接続されて、該制御装置５０により切換制御されるようになっている。
【００１８】
図３に示すように、前記制御装置５０は前記切換バルブ３１〜３８の他に風速を検知する手段である風速センサ５１、ブレード２ａのピッチ角度を検知する手段であるピッチ角度検出センサ５３、風向を検知する手段である風向センサ５２、ナセル５の旋回位置を検知する旋回位置検出センサ５４、ブレード８の回転数を検知する回転数センサ５５などと接続され、これらの検出値に基づいて各切換バルブ３１〜３８をソレノイドにより適宜切り換えて、ブレーキ装置１１や油圧シリンダ１３、油圧モータ１５の駆動制御を行うように構成されている。
【００１９】
前記制御装置５０に接続された切換バルブ３１〜３８のうち、第一切換バルブ３１と第二切換バルブ３２はブレーキ装置１１の駆動制御に用いられ、第三切換バルブ３３〜第六切換バルブ３６は油圧シリンダ１３の駆動制御に用いられる。第七切換バルブ３７と第八切換バルブ３８は油圧モータ１５の駆動制御に用いられる。
【００２０】
このように構成される油圧回路において、前記油圧ポンプ１８から送り出される圧油は、三方向に分岐されて油路２１・２２・２３に送られる。これらの油路２１・２２・２３のうち、油路２１にはブレーキ装置１１が接続され、該油路２１からブレーキ装置１１の油圧アクチュエータ１１ａに圧油が供給されることで、ブレーキ装置１１が作動され、風車２に連動連結する主軸が制動されるようになっている。
【００２１】
前記油路２１の途中には主軸制動用の第一切換バルブ３１が設けられ、該第一切換バルブ３１の切換によりブレーキ装置１１の作動状態が変更可能とされている。通常運転時には、第一切換バルブ３１が制御装置５０により油路２１における圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられて、油圧ポンプ１８から油圧アクチュエータ１１ａへ圧油の供給が停止され、ブレーキ装置１１が作動しないように制御される。このとき、油圧ポンプ１８からの圧油は第一切換バルブ３１よりも上流側に設けられたアキュムレータ４１に送油される。
【００２２】
そして、停電や運転停止時などには、第一切換バルブ３１はソレノイドに制御装置５０から制御信号が送信されないことから、該第一切換バルブ３１が油路２１における圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第一切換バルブ３１の切換によりアキュムレータ４１から油圧アクチュエータ１１ａへ圧油が供給され、ブレーキ装置１１が作動状態とされる。これによって、油圧アクチュエータ１１ａで主軸が制動され、風車２の回転が停止若しくは抑制される。
【００２３】
また、前記油路２１の第一切換バルブ３１とブレーキ装置１１との間には戻り油路２４が接続されている。該戻り油路２４の途中には主軸制動解除用の第二切換バルブ３２が設けられ、該第二切換バルブ３２の切換によりブレーキ装置１１の油圧アクチュエータ１１ａによる主軸の制動が解除可能とされている。
【００２４】
前述のように第一切換バルブ３１の切換によりブレーキ装置１１が作動状態にある場合、第二切換バルブ３２はソレノイドに制御装置５０から制御信号が送信されないことから、戻り油路２４における圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられる。該第二切換バルブ３２の切換によって、油圧アクチュエータ１１ａに圧油が供給されたままの状態とされ、主軸の制動状態が維持される。
【００２５】
逆に、通常運転時には第二切換バルブ３２が制御装置５０により戻り油路２４における圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第二切換バルブ３２の切換により油圧アクチュエータ１１ａ内の圧油がドレンされ、主軸の制動が解除される。このように第一切換バルブ３１及び第二切換バルブ３２の切換が行われ、ブレーキ装置１１が通常運転時には作動せず、停電やシステム停止時に作動するように制御されている。
【００２６】
また、前記油圧シリンダ１３は一対の油路２５Ａ・２５Ｂと接続され、これらの油路２５Ａ・２５Ｂがブレード２ａのピッチ角度制御用の第三切換バルブ３３と接続されている。第三切換バルブ３３の一次側は油路２２とタンク戻り油路２６と接続されている。そして、該第三切換バルブ３３の切換により圧油の送油方向が切り換えられて、油圧ポンプ１８からの圧油が油路２２から油路２５Ａ・２５Ｂのいずれかに一方に選択的に供給され、油圧シリンダ１３が伸縮駆動される。該油圧シリンダ１３の伸縮駆動によりブレード２ａのピッチ角度が変更されるように構成されている。
【００２７】
前記油路２５Ａ・２５Ｂの途中にはそれぞれブレード位置保持用の第四切換バルブ３４、第五切換バルブ３５が設けられ、各切換バルブ３４・３５の切換によって油圧シリンダ１３の伸縮位置が保持可能とされている。第四切換バルブ３４と第五切換バルブ３５はそれぞれソレノイドに制御装置５０から制御信号が送信されると、油路２５Ａ・２５Ｂにおける圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられ、ソレノイドに制御装置５０から制御信号が送信されないと、油路２５Ａ・２５Ｂにおける圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられる。
【００２８】
前記第四切換バルブ３４と第五切換バルブ３５は、通常運転時において風速センサ５１で検知される風速に応じて第三切換バルブ３３が切り換えられて、ブレード２ａのピッチ角度が変更される場合に、制御装置５０により開き側に切り換えられる。該第四切換バルブ３４と第五切換バルブ３５の切換により油圧ポンプ１８から油圧シリンダ１３へ圧油が第三切換バルブ３３を経て供給されて、油圧シリンダ１３が伸縮駆動され、ブレード２ａが回動される。
【００２９】
なお、本実施例では油圧シリンダ１３が伸長側に駆動された場合、ブレード２ａは風向に対し略直交方向となるピッチ角度に近づくように構成されている。一方、油圧シリンダ１３が収縮側に駆動された場合、ブレード２ａは風向に対し略平行方向となるピッチ角度に近づくように構成されている
【００３０】
そして、ブレード２ａのピッチ角度が所定の値となった後は、第四切換バルブ３４と第五切換バルブ３５が閉じ側に切り換えられて、油圧シリンダ１３の伸縮位置が保持される。つまり、ブレード２ａが所定のピッチ角度で保持される。なお、第四切換バルブ３４と第五切換バルブ３５は、停電時や運転停止時は閉じ側に切り換えられる。
【００３１】
また、一方の油路２５Ａの第四切換バルブ３４と油圧シリンダ１３との間にはタンク戻り油路２７が接続され、該タンク戻り油路２７の途中に第六切換バルブ３６が設けられている。また、他方の油路２５Ｂの第五切換バルブ３５と油圧シリンダ１３との間には油路２８が接続され、該油路２８にチェックバルブ４３を介して油路２１が第一切換バルブ３１の下流側で接続されている。
【００３２】
停電時や運転停止時には、第六切換バルブ３６はソレノイドに制御装置５０から制御信号が送信されないことから、タンク戻り油路２７での圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第六切換バルブ３６の切換により油圧シリンダ１３の伸長側油室から圧油が開放される。このとき、前述のように第一切換バルブ３１も開き側に切り換えられて、油圧シリンダ１３の収縮側油室に圧油が油路２１・２８を通じて供給可能とされる。
【００３３】
さらに、前記第一切換バルブ３１とは反対に第四切換バルブ３４及び第五切換バルブ３５は閉じ側に切り換えられ、油路２５Ａ・２５Ｂから油圧シリンダ１３の収縮及び伸長側油室に圧油は供給されなくなる。このような切換バルブの切換制御は、通常運転時であっても暴風が吹くなどして風速センサ５１で検出される風速が設定風速以上となった場合に、あるいは回転数センサ５５で検出されるブレード回転数が設定回転数以上となった場合に、制御装置５０によって行われる。
【００３４】
したがって、停電時や運転停止時、さらに設定風速以上時には、油圧シリンダ１３が収縮側に駆動可能とされ、風車２の各ブレード２ａは風を受けて風向に対し略平行方向となるピッチ角度、つまり風を受け流すピッチ角度となるように回動される。これにより、ブレード２ａに作用する風の荷重を低減して、風車２やナセル５に破損が生じるのを防止することができる。
【００３５】
また、前記油圧モータ１５は一対の油路２９Ａ・２９Ｂと接続され、これらの油路２９Ａ・２９Ｂがナセルの旋回方向制御用の第七切換バルブ３７の二次側と接続されている。一方、第七切換バルブ３７の一次側は油路２３とタンク戻り油路３０と接続されている。該第七切換バルブ３７の切換により圧油の送油方向が切り換えられて、油圧ポンプ１８からの圧油が油路２３から油路２９Ａ・２９Ｂのいずれか一方に選択的に供給され、油圧モータ１５が左方向又は右方向に回転駆動される。該油圧モータ１５の駆動回転により駆動機構１６を介してナセル５の旋回角度が変更されるように構成されている。
【００３６】
前記油路２９Ａ・２９Ｂの途中にはロッキング回路が設けられている。該ロッキング回路はパイロットチェックバルブ４４・４４を備えて構成され、該パイロットチェックバルブ４４・４４により油路２９Ａ・２９Ｂに圧油が送油されているときのみナセル５が旋回可能とされている。
【００３７】
すなわち、第七切換バルブ３７が中立位置に切り換えられた場合には、該第七切換バルブ３７の二次側に配置したロッキング回路となるパイロットチェックバルブ４４・４４により油圧モータ１５に接続される油路２９Ａ・２９Ｂには圧油が流通されなくなり、ナセル５が旋回できない状態となる。こうして、通常運転時にナセル５は、風車２を風上方向に向けた状態で旋回しないようになっている。
【００３８】
このような状態で第七切換バルブ３７が切り換えられて、油路２９Ａ・２９Ｂのいずれか一方に圧油が送油されると、一方のパイロットチェックバルブ４４が開かれて油圧モータ１５に圧油が供給され、他方のパイロットチェックバルブ４４がパイロット油圧により開かれて油圧モータ１５からの戻り油が油タンク１９に戻される。これにより、油圧モータ１５が回転駆動され、ナセル５が旋回可能とされている。但し、ロッキング回路は第七切換バルブ３７の中立位置に設けることも可能である。
【００３９】
そして、前記ナセル５は制御装置５０により風向に応じて任意の旋回位置まで旋回するように制御（ヨー制御）される。このようなヨー制御でナセル５が旋回された後には、モータ１７が停止されて、油圧ポンプ１８から油圧モータ１５への圧油の供給が停止され、更に第七切換バルブ３７が中立位置とされて、ロッキング回路によりナセル５が旋回しないように固定され、任意の旋回位置で保持される。
【００４０】
また、パイロットチェックバルブ４４・４４と油圧モータ１５との間の一対の油路２９Ａ・２９Ｂに油路３９が接続され、該油路３９により油路２９Ａ・２９Ｂ間が連通されている。油路３９の途中には第八切換バルブ３８が設けられ、該第八切換バルブ３８の切換によりナセル５が任意の旋回位置で保持された状態から自由に旋回することができる状態に移行可能とされている。
【００４１】
第八切換バルブ３８は、通常運転時において制御装置５０により油路３９における圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられる。該第八切換バルブ３８の切換により、前述のように前記ロッキング回路により油圧モータ１５に接続される油路２９Ａ・２９Ｂには圧油が流通されなくなり、ナセル５は任意の旋回位置で保持される。このとき、風車２は風上方向を向いた状態となる。
【００４２】
停電時や運転停止時には、第八切換バルブ３８はソレノイドに制御装置５０から制御信号が送信されないことから、油路３９での圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第八切換バルブ３８の切換により油路２９Ａと油路３９とが連通され、油圧モータ１５が空転可能な状態とされる。このような第八切換バルブ３８の切換制御は、通常運転時であっても暴風が吹くなどして風速センサ５１で検出される風速が設定風速以上となった場合に、制御装置５０によって行われる。
【００４３】
よって、停電時や運転停止時、さらに設定風速以上時には、ナセル５は任意の旋回位置で保持された状態から自由に旋回する状態となり、風車２が風を受けることで、風下方向を向くように旋回される。そのため、ブレード２ａに作用する風の荷重を低減して、風車２やナセル５に破損が生じるのを防止することができる。
【００４４】
さらに、前記油路３９の途中には更に絞り４５が設けられ、油路２９Ａ・２９Ｂの間が第八切換バルブ３８の切換により連通されたときに、油路３９における圧油の流量を調節することができるように構成されている。
【００４５】
したがって、ナセル５が停電時や運転停止時、さらに設定風速以上時に自由に旋回する状態とされたときに、その旋回速度を簡単な構成で調整することができ、急旋回を防止することができる。また、ナセル５の旋回速度を調整する手段が摩擦による制動を用いたものではないため、部材の摩耗がなくメンテナンスを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例に係る風力発電装置の正面図。
【図２】油圧回路図。
【図３】ブロック図。
【符号の説明】
【００４７】
１    風力発電装置
２    風車
２ａ  ブレード
５    ナセル
６    タワー
１３    油圧シリンダ
１５    油圧モータ
２９Ａ・２９Ｂ    油路
３３    第三切換バルブ
３７    第七切換バルブ
３９    油路
４５    絞り
５０    制御装置
５１    風速センサ
５２    風向センサ
【図１】
0004641481.tif 000002
【図２】
0004641481.tif 000003
【図３】
0004641481.tif 000004