(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に変化する体積の複数の能動室を含む流体作動機械を動作させる方法であり、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルに対して選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、能動室体積の各サイクル中に１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の前記体積を選択して、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するステップを含む方法であって、
流体で加圧された能動室によって前記流体作動機械の回転可能軸に加えられる合成力の測定値または予測値を考慮して、前記複数の能動室のうちの１つの能動室によって能動室体積の１サイクルの間に移動させられる作動流体の体積を選択する、方法。
【請求項２】
周期的に変化する体積の複数の能動室を含む流体作動機械を動作させる方法であり、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルに対して選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、能動室体積の各サイクル中に１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の前記体積を選択して、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するステップを含む方法であって、
前記流体作動機械の影響を受ける、機械的構成要素の運動の測定値または予測値を考慮して、前記複数の能動室のうちの１つの能動室によって能動室体積の１サイクルの間に移動させられる作動流体の体積を選択する、方法。
【請求項３】
周期的に変化する体積の複数の能動室を含む流体作動機械を動作させる方法であり、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルに対して選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、能動室体積の各サイクル中に１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の前記体積を選択して、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するステップを含む方法であって、
１つ以上の前記能動室の使用の履歴量を考慮して、前記複数の能動室のうちの１つの能動室によって能動室体積の１サイクルの間に移動させられる作動流体の体積を選択し、それによって、前記複数の能動室の間で摩耗または疲労を分散させる、方法。
【請求項４】
制御器と、周期的に変化する体積の複数の能動室とを含む流体作動機械であり、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルで前記制御器によって選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、前記制御器は、能動室体積の各サイクルで１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の前記体積を選択して、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するように動作できる流体作動機械であって、
前記制御器は、
流体で加圧された能動室によって前記流体作動機械の回転可能軸に加えられる合成力の測定値または予測値を考慮して、前記複数の能動室のうちの１つの能動室によって能動室体積の１サイクルの間に移動させられる作動流体の体積を選択するように動作できる、流体作動機械。
【請求項５】
制御器と、周期的に変化する体積の複数の能動室とを含む流体作動機械であり、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルで前記制御器によって選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、前記制御器は、能動室体積の各サイクル中に１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の前記体積を選択して、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するように動作できる流体作動機械であって、
前記制御器は、
前記流体作動機械の影響を受ける、機械的構成要素の運動の測定値または予測値を考慮して、前記複数の能動室のうちの１つの能動室によって能動室体積の１サイクルの間に移動させられる作動流体の体積を選択するように動作できる、流体作動機械。
【請求項６】
制御器と、周期的に変化する体積の複数の能動室とを含む流体作動機械であり、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルで前記制御器によって選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、前記制御器は、能動室体積の各サイクル中に１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の前記体積を選択して、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するように動作できる流体作動機械であって、
前記制御器は、
１つ以上の前記能動室の使用の履歴量を考慮して、前記複数の能動室のうちの１つの能動室によって能動室体積の１サイクルの間に移動させられる作動流体の体積を選択し、それによって、前記複数の能動室の間で摩耗または疲労を分散させるように動作できる、流体作動機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体作動機械を動作させる方法、流体作動機械、コンピュータ・プログラム・コード、および、風力または潮力タービン発電設備に関する。より詳細には、本発明は、個々の能動室（working chamber。訳注：高圧原と流通状態にあり、液圧と機械的動作との間で動力の授受を行なっている流体室、または、高圧原と流通状態にあり、動力の授受が予定されている位相にある流体室を意味する。）を制御している液圧ポンプまたはモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最も一般的な容積式液圧機械では、流体室の容積は、略正弦波関数に従う周期的な変動をする。欧州特許第０３６１９２７号明細書（特表平４−５０１２９４号公報に対応）は、能動室と低圧源との間を、電磁作動弁によって開状態に保持しておくことにより、その室をアイドル状態にしておくことを開示している。この合成整流式流体作動機械（synthetically commutated machines）は、まず、各能動室に液体を充填し、次いで、液体を低圧源に排出するか、圧力のかかった状態で出力マニホールドに送り込むかを決定することにより、機械の出力を変化させる。アイドル状態の間、液体を低圧源に送り込むことは、その能動室が極めて少量の動力しか消費しないことを意味するだけでなく、その能動室が最小の遅れ時間で能動動作状態に変化できることを意味する。
【０００３】
欧州特許第０４９４２３６号明細書では、トルクを回転軸に加えるモータサイクルで液圧機械を使用でき、従って制御可能な双方向のエネルギーの流れを可能にする追加の動作形態を紹介している。
【０００４】
国際公開第２００８／０１２５８７号パンフレットでは、機械の軸（または出口）からトルク（または流れ）を増減することによって極めて迅速に事象に反応するように機械の能動室サイクルを調整する方法を紹介している。その調整により、元の基本的な必要トルク（または流れ）よりもトルク（または流れ）が増減される。
【０００５】
前述の種類の機械（例えば、その機械の卓越した効率および制御性のために）を使用したい設計者は、互いにほぼ同じ程度に各回転でどの能動室も動作中である機械を使用した場合にわからない新たな難題に直面する。これらの難題には、差動摩耗、軸負荷平衡および共振がある。これらの難題はすべて、流体の時々不規則な移動および回転軸へのトルクの印加に起因しており、以下の段落で詳細に説明する。
【０００６】
差動摩耗：長期にわたって、合成整流式流体作動機械では、統計的に一部のシリンダを他のシリンダよりも頻繁に使用することがある。これは、例えば国際公開第２００８／００９９５０号パンフレットに記載のように、異なる作動機能に特定のシリンダを時々接続する場合に特に問題である。これにより、優先された能動室は使用頻度の低い能動室よりも速く疲労または摩耗することがあるので、機械の寿命が短くなる。
【０００７】
軸負荷平衡：多数の従来の流体作動機械は、同時に動作中の多数の能動室によって回転軸に加えられる半径方向力を互いに平衡または相殺させるように設計されている。しかし、機械において一部の能動室をアイドル状態にする場合、極めて高い不平衡力が、摩耗を増大し、または軸を保持する軸受に損傷を与えることさえあり、または軸自体を曲げることさえあり得る。
【０００８】
共振：軸へのトルクの不規則な印加が望ましくない用途は、車両および風力タービンの変速機などの変速機を含む一方、流体の不規則な移動が望ましくない用途は、可動式および固定式液圧駆動材料取扱装置（フォークリフト、掘削機など）などの作動機能を有する用途を含む。これらの用途において、不規則性は、流体作動機械によって駆動されるまたは流体作動機械を駆動する部品および構造体に固有の機械的共振を励振するまたは悪化させることがある。例えば、車輪の不規則な駆動は、車軸の固有周波数で過度のねじり振動を引き起こすことがあり、または地面に対して作用する、そのように駆動された車輪からの不規則な力は、車両シャーシの部品の固有周波数で過度の構造振動を引き起こすことがある。材料取扱装置において、液圧アクチュエータへの流体の移動の不規則性は、例えば、フォークリフトの塔または掘削機の伸縮アームの固有周波数で過度の振動を引き起こすことがある。
【０００９】
上述から、合成整流式流体作動機械からの出力トルクまたは流体移動の綿密な制御が非常に重要である多数の用途があることが分かる。本発明は、上述の種々の問題に対処することが狙いである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様において、本発明は、請求項１による流体作動機械を動作させる方法を提供し、本発明の好ましいまたはオプションの特徴が従属請求項に記載されている。
【００１１】
作動流体の体積の選択は、例えば制御ユニットから受信された制御信号に従って作動装置を動作させることによって実現可能である。しかし、本発明は、受信した流体流量要求信号が示す要求を満たす時間平均流量を供給し続けながら、二次ニーズ（即ち、受信した流体流量要求信号が示す要求を満たすこと以外のニーズ）に応じて能動室体積の個々のサイクル中に移動する流体の量を変えることに関する。よって、方法は、同じ総流量を与える個々の能動室による流体移動量の複数の組合せの中から、二次ニーズを満たす個々の能動室による流体移動量の組合せを選択するステップを含むことができ、従って、方法は一層適しておりまたは最適である。
【００１２】
能動室によって移動させられるべき作動流体の体積を選択する場合に能動室の適合性を考慮することにより、流体作動機械は、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を満たす適量の流体を移動させることができ、能動室の適合性を考慮しなかった場合にあり得ない１つ以上の追加の考察を平衡がとれた状態に保つこともできる。通常、能動室によって移動させられるされるべき作動流体の体積を選択する場合に適合性を考慮すると、流体作動機械によって生成される軸トルクリップルおよび最大振幅流量は増加する。これは通常、好ましくない特性であると考えられるが、意外にも、要求と二次ニーズの両方に応じて能動室を選択した場合に増加リップルが利益になる状況もあることが分かっている。
【００１３】
流体を移動させて作動機能を実行する能動室（例えば、第１の能動室）の適合性は通常、力学的考察（流体の時間平均流量でない）に関連している。力学的考察は通常、流体作動機械によって移動させられる作動流体によって可動機械的構成要素に加えられる力の可動機械的構成要素への影響である。例えば、力学的考察は、流体作動機械の１つ以上の構成要素の摩耗、能動室による流体の移動の結果として機械に作用する合成力、または流体作動機械によって駆動されるまたは流体作動機械を駆動する機械的構成要素内の共振を含む。能動室の適合性は、流体作動機械またはその流体作動機械の１つ以上の構成要素の保守要求間の予想時間または予想寿命に関連した機械的状態に関連してもよい。
【００１４】
能動室の適合性は、例えば能動サイクルに対して能動室を選択する二次パラメータへの影響を予測する少なくとも１つの適合性手段を含んでもよい。要求信号は、例えば時間平均流体送出の要求であってもよく、二次パラメータは、時間平均流体送出を構成する個々の送出のタイミングの要件であってもよい。二次パラメータは、例えば、力学的考察に関する機械的パラメータ、流体作動機械の１つ以上の構成要素の摩耗に関するパラメータ、流体作動機械内の合成力、または流体作動機械によって駆動されるまたは流体作動機械を駆動する機械的構成要素における機械的共振の大きさであってもよい。
【００１５】
好ましくは、方法は、力学的考察に関する１つ以上の機械的パラメータの現在値を受信するステップを含む。機械的パラメータの現在値は、測定機械的パラメータまたは計算機械的パラメータであってもよい。通常、１つ以上の機械的パラメータの現在値を参照することによって能動室の適合性を判定する。通常、１つ以上の機械的パラメータの今後の予測値の１つ、一部または全部を参照して能動室の適合性を判定し、今後の予測値は、例えば能動サイクルに対して能動室を選択する力学的考察への影響および１つ以上の機械的パラメータの現在値を考慮する。通常、方法は、１つ以上の機械的パラメータの今後の予測値を参照して能動室の適合性を選択するステップを含み、今後の予測値は、例えば能動サイクルに対して能動室を選択する力学的考察への影響および１つ以上の機械的パラメータの現在値を考慮する。
【００１６】
１つ以上の機械的パラメータの今後の予測値をその望ましい値の方へ至らせることに、例えば能動サイクルに対する第１の能動室の選択が、例えば能動サイクルに対する第２の能動室の選択よりも大きい影響を及ぼす場合、通常、第１の能動室の適合性は第２の能動室の適合性よりも高い。１つ以上の機械的パラメータの今後の予測値の望ましい値は通常、複数の機械的パラメータの今後の値を平衡させる値である。
【００１７】
機械的パラメータは、例えば、個々の能動室および能動室の弁によって実行される能動サイクルの数と、能動サイクルの数および摩耗に対する現在の状態の付与（例えば、能動サイクル中の能動室内の圧力）によって通常重み付けされる弁摩耗または能動室の大きさと、能動室を駆動する軸に使用時に能動室によって加えられる力ベクトルと、作動機能によって駆動されるまたは作動機能を駆動する機械的構造体の相対的な位置、速度または加速度（角度位置、角速度または角加速度を含む）とを含む。
【００１８】
複数の機械的パラメータがあり、複数の機械的パラメータの今後の値への影響を参照して能動室の適合性を判定するステップを方法が含んでもよい。特に、方法は、複数の機械的パラメータの今後の値を平衡させる場合、より高い適合性を判定するように能動室の適合性を判定するステップを含んでもよい。好ましくは、方法は、機械的パラメータの現在または今後の値の平衡を回復する、または現在または今後の値の間の平衡を増加するその能動室またはそれらの能動室を、例えば能動サイクルに対して選択するステップを含む。従って、好ましくは、方法は、機械的パラメータの現在または今後の値の間の不平衡を相殺する（または補償する）その能動室またはそれらの能動室を、例えば能動サイクルに対して選択するステップを含む。
【００１９】
複数の機械的パラメータに対して平衡のとれた状態は通常、そのパラメータが所望のやり方で互いに関連していることを意味する。従って、パラメータは互いに同様であり、またはパラメータのベクトルの合計がゼロになり、または用途によって所望の比でパラメータが互いに関連している。
【００２０】
通常、作動機能を実行する適合性を、各能動室に対して、能動室体積の１サイクルに少なくとも１回判定する。
【００２１】
制御器は、能動室体積のサイクルと同相関係で前記電子制御可能弁を（例えば、制御信号を出力することによって）能動的に制御し、受信した流体流量要求信号に応じて能動室の時間平均移動量を調節することができる。
【００２２】
流体作動機械は、単にモータとしてまたは単にポンプとして機能することができる。代わりに、流体作動機械は、交互の動作形態でモータまたはポンプとして機能することもできる。
【００２３】
好ましくは、各能動室は、能動室が作動流体の正味の移動を行う能動サイクルまたは能動室が作動流体の正味の移動を実質的に行わないアイドルサイクルを実行するように能動室体積の各サイクルで動作できる。各能動室は、能動サイクル中に作動流体の複数の体積のうち１つ（例えば、作動流体の体積の範囲）を移動させるように動作できるようにしてもよい。体積の前記範囲は不連続であってもよく、例えば、作動流体の体積の範囲は、実質的にない正味の流体移動量の第１の最小量から能動室の最大の正味の流体移動量のせいぜい２５％または４０％の第１の最大量、能動室の最大の正味の流体移動量の少なくとも６０％または７５％の第２の最小量から能動室の最大の正味の流体移動量の１００％の領域の第２の最大量に及ぶ範囲を含んでもよい。これは、例えば、能動室体積の膨張または収縮行程の途中で弁を開閉できないような動作作動流体圧力が十分高い場合、または体積の連続範囲での動作が能動室、能動室の弁または流体作動機械の他の部品に損傷を与えるような流量が十分多い場合に生じることがある。
【００２４】
好ましくは、方法は、流体を移動させて作動機能を実行する少なくとも１つの第２の能動室または複数の能動室の相対的適合性を考慮するステップも含む。少なくとも１つの第２の能動室の適合性は、第１の能動室の能動室体積のサイクルと同相でそのサイクルの直後の、直前の、同時の、またはそのサイクルと同時の能動室体積のサイクル中の第２の能動室の適合性であってもよい。好ましくは、直後は、第１の能動室の能動室体積のサイクルが終わる前に第２の能動室の能動室体積のサイクルが始まることを意味する。好ましくは、直前は、第１の能動室の能動室体積のサイクルが始まる前に第２の能動室の能動室体積のサイクルが終わることを意味する。好ましくは、同時は、時間内に重複する第１および第２の能動室の能動室体積のサイクルに対して適合性を判定することを意味する。
【００２５】
好ましくは、少なくとも時々、少なくとも１つの第２の能動室と比較した相対的適合性の結果としてアイドルサイクルの代わりに能動サイクルを第１の能動室が実行するように、流体作動機械は動作できる。従って、少なくとも１つの第２の能動室は、不適合であり、その不適合に応じてアイドルサイクルの代わりに能動サイクルを第１の能動室が実行するようにするかどうかを判定するステップを方法は含んでもよい。好ましくは、前記第１の能動室によって移動させられる作動流体の選択体積を考慮して受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するように、少なくとも１つの第２の能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択する。前記第１の能動室によって移動させられる作動流体の選択体積を考慮して受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するように、複数の第２の能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択してもよい。受信した流体流量要求信号に応じて正確に作動機能を実行するように、少なくとも１つの第２の能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択してもよい。
【００２６】
制御器は、アルゴリズムを計算するまたは別の方法で処理することができ、アルゴリズムは、適合性データを含む複数の入力データを考慮しており、作動機能を実行するのに第２の能動室が第１の能動室よりも適していることを示す適合性データを含む少なくとも一部の入力データに対して、第１の能動室は能動サイクルを実行すべきでないと判定するようにアルゴリズムは動作でき、作動機能を実行するのに第２の能動室が第１の能動室よりも適していないことを適合性データが示す場合を除いて同じ入力データに対して、第１の能動室は能動サイクルを実行すべきであると判定するようにアルゴリズムは動作できる。例えば、制御器は、内蔵プログラム（アルゴリズムを符号化した内蔵プログラム）を実行し、これによってアルゴリズムを処理することができる。換言すれば、制御器は、複数の入力データを受信し、入力データを処理して、第１の能動室は能動サイクルを実行すべきであるか否かを判定することができ、前記処理は、第２の能動室に対する第１の能動室の相対的適合性を判定するのに第１の能動室および第２の能動室に対応付けられた適合性データを処理するステップをさらに含む。
【００２７】
制御器は、流体作動機械の能動室の体積サイクルの位相を示す位相信号を受信する位相入力を含んでもよい。位相信号を、位相センサ、例えば光学、磁気または誘導位相センサから受信してもよい。位相センサは、クランク軸（偏心クランク軸でもよい）の位相を検出することができ、制御器は、偏心クランク軸の検出位相から能動室位相を推測することができる。
【００２８】
好ましくは、受信した流体流量要求信号が示す要求が十分低い場合、流体を移動させて作動機能を実行するように動作できる１つ以上の能動室は、能動室体積の１つ以上のサイクル中に余っており、即ち、能動室が存在していなかったまたは動作していなかった場合、流体作動機械は、能動室体積の能動サイクルの全体の頻度を変えることなく要求を満たすのに十分な流体をとにかく移動させることができる。
【００２９】
好ましくは、受信した流体流量要求信号が示す要求が十分低い場合、作動機能を実行するのに利用できる能動室のうち少なくとも１つの能動室によって移動させられる流体の選択体積は、能動室体積の少なくとも一部のサイクルに対して実質的にゼロである。一部の実施形態では、受信した流体流量要求信号が示す要求が十分低い場合、作動機能を実行するのに利用できる能動室のうち少なくとも１つの能動室は、能動室体積の少なくとも一部のサイクルに対してアイドルサイクルを実行する。作動流体の複数の体積のうち１つを移動させるように能動室が動作できる一部の実施形態では、受信した流体流量要求信号が示す要求が十分低い場合、作動機能を実行するのに利用できる能動室のうち少なくとも１つの能動室によって変位される流体の選択体積は、能動室のうち少なくとも１つの前記能動室が移動させるように動作できる作動流体の最大体積未満である。
【００３０】
受信した流体流量要求信号は、作動機能を実行するのに移動させられる（例えば、受け取られるまたは出力される）べき作動流体の所望の体積を示してもよい。受信した流体流量要求信号は、例えば所望の出力または入力圧力を示してもよい。受信した流体流量要求信号は、作動機能を実行するのに流体を移動させる所望の速度を示してもよい。例えば、受け取られるまたは出力される流体の特性、受け取られるまたは出力される流体の圧力、または受け取られるまたは出力される流体の移動速度を監視して流体応答信号を与えるのに、流体応答センサを設けることができる。制御器は、流体応答信号および受信した流体流量要求信号を比較し、例えば、能動室体積の各サイクルで１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択して閉ループ制御を行うことができる。
【００３１】
第１および第２の能動室の体積サイクルを（同相で）同期させてもよく、または第１の能動室の体積サイクルが第２の能動室の体積サイクルの前であったり、第２の能動室の体積サイクルが第１の能動室の体積サイクルの前であったりしてもよい。
【００３２】
能動室の使用の履歴量で適合性を判定する実施形態では、好ましくは、使用の測定または予測は、使用時に１つ以上の動作パラメータから判定される重み付け係数を含む。前記動作パラメータは、少なくとも１つの弁の開閉タイミング、圧力、温度および／または流体状態（含水量、空気含有量、寿命を含む）を含んでもよい。
【００３３】
流体加圧能動室によって前記流体作動機械の回転可能軸に加えられる合成力の測定または予測で適合性を判定する実施形態では、好ましくは、方法は、複数の能動室において作動流体と流体連通している１つ以上の圧力センサからの測定値を使用して合成力を計算するステップを含む。好ましくは、能動室体積の１サイクルに２回以上、合成力を予測または測定する。好ましくは、方法は、次の能動室体積サイクルの範囲内に入る点で合成力を予測するステップを含む。好ましくは、方法は、第１の能動室の能動室体積の次のサイクルの開始前に、次のサイクルの後の点で合成力を予測するステップを含む。好ましくは、合成力は、半径方向の合成力である。半径方向の合成力は、回転可能軸の回転の軸と垂直に作用する力である。合成力は、最大の合成力、または平均の合成力、または合成力のある相対的推定値であってもよい。
【００３４】
好ましくは、合成力の計算は、能動室の物理的配置の知識を使用するステップを含む。好ましくは、合成力の計算は、どの能動室が流体加圧されているかを記録するステップを含み、その能動室が能動サイクルを始めているかを記録するステップを含んでもよい。好ましくは、合成力の計算は、回転可能軸への非流体力を考慮するステップを含む。好ましくは、非流体力は、ばね力、慣性力および重力を含む。任意の尺度（非線形尺度を含む）または任意の単位で合成力を計算することができる。
【００３５】
機械的構成要素の運動の測定または予測で適合性を判定する実施形態では、機械的構成要素の今後の運動の予測から各能動室の適合性を判定する。能動室は通常、予測された今後の運動のより高い適合性を有し、即ち、最も円滑な能動室は、最低加速度または最低ジャークまたはそれらの一部の組合せを有する。
【００３６】
方法は、能動室の群の適合性を判定し、前記群の適合性を参照して単一の能動室の適合性を判定するステップを含んでもよい。単一の能動室自体のみに関連した適合性の大きさに属している能動室の１つ以上の群の適合性を参照して単一の能動室の適合性を判定してもよい。
【００３７】
第２の態様において、本発明は、制御器と、周期的に変化する体積の複数の能動室とを含む流体作動機械であって、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルで制御器によって選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、制御器は、能動室体積の各サイクルで１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択して受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するように動作できる流体作動機械にまで及んでおり、流体作動機械は、第１の態様を参照して記載された方法のいずれかに従って動作される。
【００３８】
第３の態様において、本発明は、流体作動機械制御器上で実行される場合、第１の態様を参照して記載された方法のいずれかに記載の流体作動機械を動作させるコンピュータ・プログラム・コードにまで及ぶ。
【００３９】
第４の態様において、本発明は、少なくとも１つの機械的構成要素を含む風力または潮力タービン発電設備を動作させる方法であって、周期的に変化する体積の複数の能動室を含む流体作動機械自体を、風力または潮力タービン発電設備はさらに含み、前記各能動室は、能動室体積の各サイクルに対して選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、能動室体積の各サイクル中に１つ以上の前記能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択して受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するステップと、機械的構成要素の運動を測定または予測するステップと、作動機能の影響下で機械的構成要素の測定または予測された運動を考慮して能動室体積のサイクル中に第１の能動室によって移動させられる作動流体の体積を選択するステップとをさらに含む方法にまで及ぶ。
【００４０】
影響下とは、流体作動機械が機械的構成要素を駆動でき、または機械的構成要素が流体作動機械を駆動でき、または両方が異なる時刻に駆動できることを意味する。好ましくは、風力または潮力タービン発電設備は、周囲の環境から電力を吸収する。風力または潮力タービン発電設備は、流体作動機械から電力を吸収してもよい。好ましくは、風力または潮力タービン発電設備は、再生可能エネルギー装置であり、風力または潮力タービンであってもよい。風力または潮力タービン発電設備は、車両、または車両の車輪または線路であってもよい。流体作動機械は、２つ以上の前記機械的構成要素を駆動するまたは前記機械的構成要素によって駆動されることができる。
【００４１】
機械的構成要素は、流体作動機械の回転可能軸または流体作動機械の回転可能体を含んでもよく、または直接または間接的に前記回転可能部品に取り付けられた構成要素を含んでもよい。前記運動は、振動運動、加速度および／または速度であってもよい。前記運動は、回転運動、直線運動、または１つ以上の回転および直線運動の組合せであってもよい。運動は、主要固定ベースに対する機械的構成要素の運動を意味する絶対運動であってもよい。運動は、移動しているまたは移動可能である関連機械的構成要素に対する機械的構成要素の運動を意味する相対運動であってもよい。方法は、運動による機械的構成要素の機械的状態から能動室の適合性を判定するステップを含んでもよい。機械的状態は、応力、歪みまたは形状を含んでもよく、または動的応力、歪みまたは形状を含んでもよい。
【００４２】
方法は、機械的構成要素の今後の運動を計算するステップを含んでもよい。方法は、機械的構成要素の今後の運動から能動室の適合性を判定するステップを含んでもよい。
【００４３】
第５の態様において、本発明は、少なくとも１つの機械的構成要素を含む風力または潮力タービン発電設備であって、流体作動機械をさらに含む風力または潮力タービン発電設備にまで及んでおり、風力または潮力タービン発電設備は、第４の態様の方法に従って動作できる。好ましくは、風力または潮力タービン発電設備は、機械的構成要素の運動を判定するセンサを含む。好ましくは、流体作動機械の影響下での機械的構成要素の運動は予測可能または測定可能である。好ましくは、風力または潮力タービン発電設備は、流体作動機械の影響下で機械的構成要素の運動を予測するコンピュータを含む。
【００４４】
第６の態様において、本発明は、少なくとも１つの機械的構成要素を含む風力または潮力タービン発電設備のコンピュータモデルであって、周期的に変化する体積の複数の能動室を含む流体作動機械自体を風力または潮力タービン発電設備はさらに含み、前記各能動室は、受信した流体流量要求信号に応じて作動機能を実行するのに能動室体積の各サイクルに対して選択できる作動流体の体積を移動させるように動作でき、流体作動機械の影響下で少なくとも１つの前記機械的構成要素の運動を予測するように動作できるコンピュータモデルにまで及ぶ。コンピュータモデルは、流体作動機械の部分モデル、即ち、流体作動機械の特性の一部のみをシミュレートできるモデルを含んでもよい。好ましくは、コンピュータモデルは、流体作動機械の選択能動室によって生成されるトルクをシミュレートすることができる。コンピュータモデルは、機械的構成要素の部分モデル、即ち、機械的構成要素の特性の一部のみをシミュレートできるモデルを含んでもよい。好ましくは、コンピュータモデルは、流体作動機械の影響下で機械的構成要素の運動をシミュレートすることができる。コンピュータモデルは、コンピュータ読取り可能キャリア上に記憶されたデータおよびプログラム・コードを含んでもよい。コンピュータモデルは、プロセッサと電子的に連通しているメモリ内に記憶されたデータおよびプログラム・コードを含んでもよい。
【００４５】
本発明の更なる態様において、能動室体積の複数のサイクルに対して流体作動機械を動作させる方法であって、流体作動機械は周期的に変化する体積の複数の能動室を含み、前記各能動室は、各サイクル（例えば、「能動」サイクルに対応する第１の体積および「アイドル」サイクルに対応する正味でない体積のうち１つ）中に作動流体の選択可能体積を移動させるように動作でき、各サイクル中に移動させられる作動流体の全体積が全体要求機能に従う（例えば、圧力、体積または他の適切な尺度に関する時間平均要求信号、および／または多くのサイクル中に変わったり変わらなかったりすることがある要求信号に従う）ように全体で複数の能動室を制御するステップと、各能動室の適合性を判定する（例えば、閾値として使用できる、または各能動室を作動（そのような作動は、例えば所与のサイクル中に移動させる作動流体の体積の選択を判定する）させるか否かを判定するように既存の閾値を修正するのに使用できる、絶対または相対値などに対する適合性値を判定する）適合性機能に従って個々に複数の能動室を制御するステップとを含む方法を提供する。このような方法は、例えば、負荷に与えられる時間平均トルク（または他の適切な尺度）を「全体」要求に従って変えることができるが、瞬時トルクを与える個々の能動室の選択を二次考察に従って時間内に変えることもできる構成に関する。本態様の具体的な特徴および用語は、以下の説明に関して上述の他の態様の特徴と異なる場合があることが分かり、そのような特徴および用語は一般に、交換可能であり、場合によっては、省略（その特徴は本発明の本質的な特徴であると明らかに指摘がない限り）または追加できることを当業者は分かる。
【００４６】
予測を行うことへの上記言及は、例えば、適切な式に従って予測に関連した測定値を表すデータのセットを処理し、関連予測を表す予測値を出力するステップまたは手段を含むことができる。
【００４７】
第２〜第６の態様の好ましいオプションの特徴は、第１の態様に記載の特徴に対応する。さらに、変更および修正を当業者に提示するように、本発明の範囲内で変更および修正を行うことができる。
【００４８】
本発明の例の実施形態について、下記の図面を参照して今から例示する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明で使用するのに適した流体作動機械を示す。
【図２】本発明を実施するアルゴリズムの進行を例示する。
【図３】リングカム流体作動機械において不平衡力を減少する本発明の使用を示す。
【図４】風力タービン発電機において構造振動を除去する本発明の使用を示す。
【図５】セグメント化されたリングカムモータにおいてセグメント境界の上で作動されるローラに起因する損傷を避ける本発明の使用を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、偏心カム９によって回転可能クランク軸８から駆動され、シリンダ内で往復運動して能動室の体積を周期的に変えるピストン６およびシリンダ４の内面によって規定される体積を有する複数の能動室２（文字Ａ〜Ｈで個々に示す）を含む合成整流式の液圧ポンプ／モータ１の形で流体作動機械を例示する。軸位置および速度センサ１０は、軸の瞬時角位置および回転速度を判定し、信号線１１を介して制御器１２に通知し、制御器は各能動室のサイクルの瞬時位相を判定することができる。制御器は通常、使用時に内蔵プログラムを実行するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラである。
【００５１】
能動室は各々、対応付けられた能動室の方へ内側に面し、能動室から低圧マニホールド１６に延びる通路を選択的に密封するように動作できる電子作動式面密封ポペット弁１４の形の低圧弁（ＬＰＶ）に対応付けられ、低圧マニホールド１６は一般に、使用時に流体の正味の源または吸込みとして機能し、低圧ポート１７を介して１つ以上の能動室、またはここに示すように実際にはすべての能動室を貯蔵槽（図示せず）に接続してもよい。ＬＰＶは、能動室内の圧力が低圧マニホールド内の圧力よりも低い場合、即ち吸入行程中に能動室を低圧マニホールドと流体連通させるために受動的に開くが、能動室を低圧マニホールドと流体連通させないためにＬＰＶ制御線１８を介した制御器の能動制御下で選択的に閉じることができる、常時開電磁閉弁である。代替電子制御可能弁、例えば常時閉電磁開弁を使用してもよい。
【００５２】
さらに、能動室は各々、圧力作動式送出弁の形の高圧弁（ＨＰＶ）に対応付けられている。ＨＰＶは、能動室から外側に面し、能動室から高圧マニホールド２２に延びる通路を密封するように動作でき、高圧マニホールド２２は、使用時に流体の正味の源または吸込みとして機能し、１つ以上の能動室、またはここに示すように実際にはすべての能動室を高圧ポート２４に接続してもよい。ＨＰＶは、能動室内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超える場合に受動的に開く常時閉圧力開逆止弁として機能する。また、ＨＰＶは、いったん対応付けられた能動室内の圧力によってそのＨＰＶを開くと、ＨＰＶ制御線２６を介して制御器が開状態に選択的に保持できる常時閉電磁開逆止弁として機能することもできる。さらに、ＨＰＶは、能動室内でなく高圧マニホールド内で圧力がある場合に制御器の制御下で開くことができ、または部分的に開くことができる。圧力逃し弁２８は、流体作動機械を損傷から保護することができる。
【００５３】
先行技術の方法でサイクルごとにＬＰＶまたはＨＰＶを閉じるまたは開状態に保持するか否かを判定するだけでなく、制御器は、変化する能動室体積に対してＬＰＶおよびＨＰＶの閉の正確な位相を変えるのに開くことができる。ポート１７、２４上の矢印は、ポンプ形態、流れが逆のモータ形態における流体の流れを示す。
【００５４】
図２は、本発明を実施し、次の通りに進行するアルゴリズムの動作を示す。各時刻ステップｔ１〜ｔ１３（連続する能動室Ａ〜Ｈの最大体積の点に該当）において、レジスタは、ポンプ１の瞬時移動所要量、普通の方法で必要なトルク、圧力または流れに関連した移動所要量を表す値だけ増える。レジスタ値を線５０で示す。先行技術の機械では、レジスタが基本閾値５２（通常、１つの能動室の体積の１００％に等しい）に達すると、制御器１２は、対応する能動室の弁１４、２０を作動させて、ある量の流体をポンプで注入する（またはモータで運搬する）。その時、ポンプで注入された（またはモータで運搬された）流体の体積をレジスタから引いて、蓄積が次の時刻ステップで下レベルから始まる。このようにして、任意の所要の流れを一連の能動室の作動から生成することができる。
【００５５】
この発明の方法は、他の能動室に対するある能動室の使用に対する適合性を表す、基本閾値５２を修正して線５４に示す調整閾値を生成する可変二次パラメータを提供する。従って、この発明および例による機械は、より適さない時刻、時刻ｔ４で能動室Ｄを作動させる既知の機械に比べて、特に適した時刻、（印５６で示す）ｔ３で能動室Ｃを作動させる。次に、レジスタを新しいレベルに５８のように減らす。時刻ｔ５では基本閾値と調整閾値とが全く同様であるという点において、時刻ｔ５の中立性を反映する。ｔ７で、既知の機械は、基本閾値５２を超えるレジスタ値５０のために能動室Ｇを作動させているが、これは特に適さない能動室であるので、二次パラメータは調整閾値を上げる。代わりに、遅延時刻ｔ８で能動室Ｈを作動させる。
【００５６】
このようにして、本発明は、流体の同一平均処理量を維持しながら移動のタイミングを変えるように、使用に対する適合性を示す任意の適当な二次パラメータに基づいて、ある特定の能動室を優先したり避ける傾向があったりすることができる。
【００５７】
任意の所与の時刻で使用できる多数の能動室を流体作動機械が有する場合（例えば、クランク軸の長さに沿って軸方向に離れたシリンダの２つ以上の面を有する多偏心機械、または多ローブカムを有する機械）、アルゴリズムでは、各時刻ステップで、例えばある能動室を別の能動室よりも優先する決定を行う能動室の各々に対して異なる調整閾値を使用してもよい。
【００５８】
本発明を使用して、ポンプ／モータ１の能動室Ａ〜Ｈの間で摩耗または疲労を均等に分散させることができる。能動室上で生じた履歴摩耗の制御器によって推定値から調整閾値を計算することができる。履歴摩耗予測は、単に、能動室を以前に使用した履歴回数である。代わりに、アルゴリズムでは、能動室使用時における特定の動作条件、例えば、速い軸速度または遅い軸速度、高圧または低圧、高温または低温、または任意の他の要因または摩耗に関連した要因の組合せにおけるシリンダ使用の単なる理由またはより強い重み付けの下で生じた摩耗量を推定または測定することによって摩耗を予測してもよい。アルゴリズムでは、各々の異なる予測手段を用いて、１つの能動室に対応付けられた異なる構成要素、例えば弁、ピストンまたはシリンダの摩耗の理由を別々に説明することができる。
【００５９】
履歴摩耗のために一緒に能動室の群に対して調整閾値を調整することができる。クランク軸の長さに沿って軸方向に離れたシリンダの２つ以上の面を有する多偏心機械では、制御器は、偏心器の摩耗の理由を説明して、各偏心器に対応付けられた全能動室の調整閾値を変えることができる。多ローブカムを有する機械では、制御器は、各ローブの摩耗の理由を説明して、そのローブに一時的に対応付けられた各能動室の調整閾値を変えることができる。
【００６０】
今まで説明では基本閾値を調整して過去の事象を反映させると仮定しているけれども、場合によっては、ある特定の能動室を実際に作動させるまたは作動させないというシナリオ下で今後の状況を調整閾値が表すまたはモデル化するのが有利であり可能である。
【００６１】
図３（ａ）は、高トルクローラピストンポンプおよび高速回転液圧モータを含む液圧風力タービン変速機のポンプ用カムリング７０を示す。そのようなローラピストンポンプでは、ローラ（図示せず）は、カムリング７０上で転がり、ピストン（同様に図示せず）に接続され、次にピストンは、シリンダ内でサイクル摺動して、図１の流体作動機械内の能動室と類似の能動室を一緒に形成する。カムリングが方向７２に回転すると、制御器は、前述の方法で（即ち、軸位置センサを基準として低圧弁および高圧弁の作動によって）能動室の加圧状態を制御し、従って、カムに作用するローラによって力７４の印加を制御する。合成力７８に逆らってカムを適所に保持するのに軸受７６を必要とする。
【００６２】
先行技術の方法によって制御される機械では、カムの一方の側上の多数の能動室が作動されているけれども、反対側上の少数の能動室が作動されている、図３ａ）に示すような構成を容易に形成することがある。これにより、軸受７６を不必要に摩耗させ、変形させ、または破壊さえすることがある大きい合成力７８が生成される。
【００６３】
図３（ｂ）は、問題の能動室が作動されている軸受上の合成力の大きさを予測する二次パラメータが基本閾値を調整する、本発明の利益を有する機械の挙動を示す。どの能動室を作動させるかを判断する瞬間に、本発明によるポンプは、現在の要求を満たすのに作動される各可能な能動室または能動室の組合せに対して、次の能動室体積サイクルにわたって生じる合成力のピークの大きさを計算して、最小の合成力を生成するその能動室またはそれらの能動室の組合せ、またはある特定の閾値未満になる合成力を生成する第１の能動室を作動させるように選択する。合成力は、各能動室の幾何学的位置だけでなく能動室の孔の大きさおよび高圧マニホールドの圧力から計算される。
【００６４】
合成力のピークの大きさの代わりに、平均または他の手段を使用することもできる。１つの能動室サイクルの範囲の代わりに、長いまたは短い範囲を使用することもできる。従って、本発明の方法により、流体作動機械が、軸受７６上の合成力８０を図３（ａ）における合成力よりも小さくする、図３（ｂ）に示す能動室を作動させるようにする。
【００６５】
図４は、塔１０４に回転可能に取り付けられ、３枚の翼１０８を支持するハブ１０６を有するナセル１０２を含む風力タービン発電機（風力または潮力タービン発電設備としての機能を果たすＷＴＧ、１００）を示す。ハブは、高圧線１１６および低圧線１１８によって互いに流体的に接続された高トルクローラピストン・リングカムポンプ１１２と高速回転モータ１１４とを含む液圧風力タービン変速機に軸１１０（概略的に図示）を介して接続されている。ポンプおよびモータは、図１を参照して説明された種類のものが好ましい。ポンプおよびモータという用語は、ＷＴＧにおいてそれらの最も一般的な動作を意味し、それらの形態でのみ動作する制限を必ずしも意味するのではない。高圧線１１６および低圧線１１８は、高圧ポート２４および低圧ポート１７にそれぞれ接続している。モータ１１４は、例えば、電力を配電網に供給するまたは電力を配電網から受け取る、同期または他の発電機またはモータ１２０に連結されている。
【００６６】
制御器１２は、軸速度センサ１０および複数のセンサ１２２からの入力を用いて少なくともポンプの弁を制御する。センサは、加速度計、歪みゲージおよび相対位置センサであり、ＷＴＧの現在の構造的状態、例えば、塔または翼の望ましくない振動または共振状態を制御器に通知するのに使用される。
【００６７】
使用時に、ＷＴＧは、図２を参照して上述されたアルゴリズムを使用することによって、本発明の利益を享受することができる。各時刻ステップで、制御器（第６の態様のコンピュータモデルとしての機能を果たす）は、ＷＴＧのポンプ、液圧系、塔および翼の既知の特性応答で提案の能動室の時間応答を畳み込むことによって、ＷＴＧの今後の運動（構造応答）を予測する。また、そのような予測では、センサ１２２から現在の運動（構造的状態）を使用する。運動の特定のパラメータ、例えば、測定値または複数の測定値の相対的な大きさを超えるかどうかのパラメータを使用して、可能な各能動室に対する調整閾値を生成する二次パラメータを基本閾値から計算してから、他の能動室と比較して適合性に基づいて能動室によって移動させられる体積を選択する。
【００６８】
このようにして、先行技術によって制御されるポンプを駆動するＷＴＧと比較して、ＷＴＧでは、構造振動が減少し、より長持ちし、より大きい困難を乗り切ることができ、または以前よりも軽量でコスト効率よく構成することができる。ＷＴＧの２つの部品の運動を、本発明によって望ましい均衡状態に復元することができる。
【００６９】
図５は、２つ以上のセグメント１３０、１３２、複数のローラ１３６を駆動してシリンダ４内でピストン６を周期的に駆動する波形面１３４からなるカムリング７０を示すローラピストン流体作動機械１１２の一部を示す。制御器１２は、制御線１８、２６を介して能動低圧弁１４およびオプションとして高圧弁２０を制御して、それぞれ低圧マニホールド１６および高圧マニホールド２２から能動室を流体的に接続または分離する。制御器は、方向１３８に回転すると軸位置を測定する軸位置センサ１０を有し、従ってセグメント境界１４０を認識する。セグメント境界は通常、好ましい動作または方向の形態でローラが能動室の上で転がる場合に能動室を加圧しない、即ちローラがセグメント境界を横切る場合に常時ローラに負荷をかけないように配置されている。例えば、方向１３８に回転し好ましくはポンプとして動作される、図５に示す機械では、ローラが、関連した能動室の膨張行程でセグメント境界を横切る。
【００７０】
使用時に、例えば保守目的で少なくとも時々モータとして動作し、または逆方向にポンプとして動作する流体作動機械を必要とすることがある。この場合、先行技術の機械では、負荷がかかった状態でローラがセグメント境界を横切るように能動室が作動され、損傷および摩耗が生じる。しかし、本発明の方法を用いた機械では、軸位置センサから得られ、作動された能動室により負荷状態のローラがセグメント境界を横切るかどうかを予測する二次パラメータを使用して、どの能動室を作動させるかを選択し、その結果、長期にわたって所望の出力を維持しながら損傷および摩耗を避ける。
【００７１】
導入部に列挙された用途を含む、本発明の利益を享受する多数の他の用途が存在する。
【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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