(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブと３枚以上のブレードから成るロータと、前記ハブに接続された回転軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを支持するタワーと、少なくとも前記ブレードのピッチ角を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出すると共に、ピッチ角が制御不能になった前記ブレードを検出したら、正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定する水平軸型風車であって、
前記水平軸型風車は、前記タワーよりも風下側に前記ロータが配置されるダウンウィンド型の水平軸型風車であり、
前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードをフルフェザー位置よりもファイン側に、又は前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードをフルフェザー位置よりもネガティブファイン側に設定することを特徴とする水平軸型風車。
【請求項２】
ハブと３枚以上のブレードから成るロータと、前記ハブに接続された回転軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを支持するタワーと、少なくとも前記ブレードのピッチ角を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出すると共に、ピッチ角が制御不能になった前記ブレードを検出したら、正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定する水平軸型風車であって、
前記水平軸型風車は、前記タワーよりも風上側に前記ロータが配置されるアップウィンド型の水平軸型風車であり、
前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードをフルフェザー位置よりもファイン側に、又は前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードをフルフェザー位置よりもネガティブファイン側に設定することを特徴とする水平軸型風車。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水平軸型風車において、
前記制御部は、前記各ブレードのピッチ角を計測するピッチエンコーダと、前記各ブレードのピッチ角を変えるために駆動するピッチ駆動装置と、前記ピッチエンコーダで計測された前記各ブレードのピッチ角に基づいて前記ピッチ駆動装置に指令を出し、前記各ブレードのピッチ角を独立に制御する制御装置とから成り、
前記制御装置で前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出し、該制御装置からの指令に基づいて、前記ピッチ駆動装置で正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定することを特徴とする水平軸型風車。
【請求項４】
請求項３に記載の水平軸型風車において、
１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことの検出は、前記制御装置からのピッチ角指令値と前記ピッチエンコーダで計測されたピッチ角に差異があることを前記制御装置で検出するものであることを特徴とする水平軸型風車。
【請求項５】
ハブと３枚以上のブレードから成るロータと、前記ハブに接続された回転軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを支持するタワーと、少なくとも前記ブレードのピッチ角を制御する制御部とを備えた水平軸型風車が、発電を停止し待機状態に移行した際に、
前記制御部で、前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出したら、正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定する水平軸型風車の待機方法であって、
前記水平軸型風車は、前記タワーよりも風下側に前記ロータが配置されるダウンウィンド型の水平軸型風車であり、
前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードをフルフェザー位置よりもファイン側に、又は前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードをフルフェザー位置よりもネガティブファイン側に設定することを特徴とする水平軸型風車の待機方法。
【請求項６】
ハブと３枚以上のブレードから成るロータと、前記ハブに接続された回転軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを支持するタワーと、少なくとも前記ブレードのピッチ角を制御する制御部とを備えた水平軸型風車が、発電を停止し待機状態に移行した際に、
前記制御部で、前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出したら、正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定する水平軸型風車の待機方法であって、
前記水平軸型風車は、前記タワーよりも風上側に前記ロータが配置されるアップウィンド型の水平軸型風車であり、
前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードをフルフェザー位置よりもファイン側に、又は前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードをフルフェザー位置よりもネガティブファイン側に設定することを特徴とする水平軸型風車の待機方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の水平軸型風車の待機方法において、
前記制御部は、前記各ブレードのピッチ角を計測するピッチエンコーダと、前記各ブレードを、そのピッチ角を変えるために駆動するピッチ駆動装置と、前記ピッチエンコーダで計測された前記各ブレードのピッチ角に基づいて前記ピッチ駆動装置に指令を出し、前記各ブレードのピッチ角を独立に制御する制御装置とから成り、
前記制御装置で前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出し、その後、前記制御装置からの指令に基づいて、前記ピッチ駆動装置で正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定することを特徴とする水平軸型風車の待機方法。
【請求項８】
請求項７に記載の水平軸型風車の待機方法において、
１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことは、前記制御装置からのピッチ角指令値と前記ピッチエンコーダで計測されたピッチ角に差異があることを前記制御装置で検出するものであることを特徴とする水平軸型風車の待機方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水平軸型風車及びその待機方法に係り、特に、ブレード全体の角度を変えることが可能なピッチ機構を有し、このブレードのピッチ機構が制御不能になった場合に対応した水平軸型風車及びその待機方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水平軸型風車が風力発電等の商業用として広く実用化されている。この水平軸型風車は、断面形状が翼型に形成された少なくとも２枚のブレードがハブから放射状に取付けられているロータと、ハブに接続されると共に、略水平方向に延在された回転軸を介してロータを軸支するナセルと、略鉛直方向に配置されると共に、ナセルを回転自在に支持するタワーとから概略構成されている。なお、一般的な水平軸型風車は、ナセルの回転運動であるヨー運動を自在に駆動制御可能なヨー駆動手段と、このヨー運動を制動するヨーブレーキと、ロータの回転を制動する回転軸ブレーキとを有して構成されている。
【０００３】
この水平軸型風車の１つであるダウンウィンド型の水平軸型風車は、タワーよりも風下側に配置されるように構成されたロータがブレードに受けた風の力によって回転され、その回転力が回転軸に伝達されることによって回転軸に接続された発電機が起動されて発電されるようになっている。なお、タワーの風上側に配置されたロータが回転されることにより発電可能に構成された水平軸型風車はアップウィンド型と呼ばれ、商業用風車として最も多く実用化されている。
【０００４】
ところで、上述した水平軸型風車においては、強風時に破損や倒壊を防ぐことを目的として、発電を停止し待機状態に移行する。水平軸型風車の待機状態においても、受風部である風車ロータは、風に晒されるため、暴風時には、風車の設計荷重となる大きな荷重が発生する場合がある。従って、水平軸型風車が、なるべく風圧を受けない状態で待機する方法を検討する必要がある。
【０００５】
水平軸型風車の待機状態において風圧を低減する方法として、ブレード全体の角度を変えることが可能なピッチ機構を有する水平軸型風車が、現在広く実用化されている。このブレード全体の角度を変えることが可能なピッチ機構を有する水平軸型風車においては、風車ロータが風に正対したときに、ブレードが風に対して平行となるピッチ角（フルフェザー）の状態で待機する対策が一般的に採られている。
【０００６】
一方、水平軸型風車の倒壊などの大きな事故は、台風時等の暴風に加えて、水平軸型風車が故障している時に発生することが多い。そのため、風車設計時には、そのような状況（例えば、水平軸型風車が故障した状況）を想定して設計することが求められている。従って、水平軸型風車が故障した状況において、水平軸型風車が受ける風圧を低減する対策を検討することは、大きな事故のリスクを低減することや経済的な設計をすることに有意義である。
【０００７】
このような水平軸型風車の故障時において荷重を低減する方法としては、例えば、特許文献１に記載された水平軸型風車が提案されている。この特許文献１に記載された水平軸型風車によれば、ヨー駆動手段が機能していなくても、ロータ及びブレード後縁が風下に靡くことにより荷重が低減されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１６９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した水平軸型風車の故障の中でも、リスクの大きなものとしてピッチ機構の故障（例えば、ピッチ角が変えられなくなるアクチュエータ（ピッチ駆動機構）の故障或いはエンコーダの故障）がある。
【００１０】
しかしながら、ピッチ機構が故障すると、風圧を小さくするフルフェザーピッチ角（フルフェザー）を維持できなくなり、ブレードに大きな荷重が発生する。特に、故障したピッチ機構のピッチ角が、ブレードの受風面積が大きくなる角度（ファイン角近傍）となり、そのブレードが上方（真上から±３０度程度の範囲）にある場合には、タワー頂部に大きな曲げモーメントが発生し、風車倒壊のリスクが増大してしまう。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、タワー頂部に発生する曲げモーメントを低減し、風車倒壊のリスクを減らすことができる水平軸型風車及びその待機方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の水平軸型風車は、上記目的を達成するために、ハブと３枚以上のブレードから成るロータと、前記ハブに接続された回転軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを支持するタワーと、少なくとも前記ブレードのピッチ角を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出すると共に、ピッチ角が制御不能になった前記ブレードを検出したら、正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定する水平軸型風車であって、前記水平軸型風車は、前記タワーよりも風下側に前記ロータが配置されるダウンウィンド型の水平軸型風車であり、前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードをフルフェザー位置よりもファイン側に、又は前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードをフルフェザー位置よりもネガティブファイン側に設定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の水平軸型風車の待機方法は、上記目的を達成するために、ハブと３枚以上のブレードから成るロータと、前記ハブに接続された回転軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを支持するタワーと、少なくとも前記ブレードのピッチ角を制御する制御部とを備えた水平軸型風車が、発電を停止し待機状態に移行した際に、前記制御部で、前記ロータが遊転し、かつ、１枚の前記ブレードのピッチ角が制御不能になったことを検出したら、正常な前記ブレードを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定する水平軸型風車の待機方法であって、前記水平軸型風車は、前記タワーよりも風下側に前記ロータが配置されるダウンウィンド型の水平軸型風車であり、前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードをフルフェザー位置よりもファイン側に、又は前記制御不能になったブレードより通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードをフルフェザー位置よりもネガティブファイン側に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タワー頂部に発生する曲げモーメントを低減し、風車倒壊のリスクを減らすことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の水平軸型風車の実施例１であるダウンウィンド型の水平軸型風車を風上側から見た状態の図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の水平軸型風車の実施例１であるダウンウィンド型の水平軸型風車に搭載される制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した制御部が搭載された水平軸型風車を示す側面図である。
【図５】本発明の水平軸型風車であるダウンウィンド型の水平軸型風車におけるタワー頂部に曲げモーメントが発生するメカニズムを説明するための側面図である。
【図６】本発明の水平軸型風車であるアップウィンド型の水平軸型風車におけるタワー頂部に曲げモーメントが発生するメカニズムを説明するための側面図である。
【図７】本発明の水平軸型風車であるダウンウィンド型の水平軸型風車における正常なブレードのピッチ角を調整しスラスト力が大きくなった場合のタワー頂部の曲げモーメントへの影響を説明するための側面図である。
【図８】本発明の水平軸型風車であるアップウィンド型の水平軸型風車における正常なブレードのピッチ角を調整しスラスト力が大きくなった場合のタワー頂部の曲げモーメントへの影響を説明するための側面図である。
【図９】本発明の水平軸型風車の実施例１におけるロータの回転速度によるブレードの流入風への影響を示す図である。
【図１０】本発明の水平軸型風車の実施例１における正常なブレードのピッチ角を調整しブレードに生ずる揚力が大きくなった場合のタワー頂部の曲げモーメントへの影響を説明するための正面図である。
【図１１】図１０の側面図である。
【図１２】一般的な翼型における迎角に対する揚力係数と抗力係数の関係を示すとき製図である。
【図１３】本発明の効果を確認するために本発明者等が行ったシミュレーションの結果であり、ケース１におけるピッチ角に対するタワー頂部の曲げモーメントの関係を示す特性図である。
【図１４】本発明の効果を確認するために本発明者等が行ったシミュレーションの結果であり、ケース２におけるピッチ角に対するタワー頂部の曲げモーメントの関係を示す特性図である。
【図１５】本発明の効果を確認するために本発明者等が行ったシミュレーションの結果であり、ケース３におけるピッチ角に対するタワー頂部の曲げモーメントの関係を示す特性図である。
【図１６】本発明の効果を確認するために本発明者等が行ったシミュレーションの結果であり、ケース４におけるピッチ角に対するタワー頂部の曲げモーメントの関係を示す特性図である。
【図１７】上述したケース１におけるピッチ角に対するロータ回転速度の関係を示す特性図である。
【図１８】上述したケース２におけるピッチ角に対するロータ回転速度の関係を示す特性図である。
【図１９】上述したケース３におけるピッチ角に対するロータ回転速度の関係を示す特性図である。
【図２０】上述したケース４におけるピッチ角に対するロータ回転速度の関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の水平軸型風車及びその待機方法を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。また、下記はあくまでも実施例であり、本発明の実施態様を限定することを意図するものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１及び図２は、本発明の水平軸型風車の実施例１を示し、タワーよりも風下側にロータが配置されるダウンウィンド型の水平軸型風車の例である。
【００１８】
該図に示すように、本実施例の水平軸型風車は、断面形状が非対称の翼型に形成された３枚以上（本実施例では３枚）のブレード４ａ、４ｂ、４ｃがハブ２から放射状に取付けられているロータ１０と、ハブ２に接続されると共に、略水平方向に延在された主軸（図示せず）を介してロータ１０を軸支するナセル３と、略鉛直方向に配置されると共に、ナセル３をヨー回転自在に支持するタワー１と、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角を制御する制御部（後述する）とから概略構成されている。なお、ナセル３の外面には、風速計６が取り付けられている（図４参照）。
【００１９】
また、ナセル３の内部には、図示しない増速機、発電機及び主軸ブレーキなどの動力伝達装置が収納されており、これらの各動力伝達装置には、主軸が連結されている。この主軸は、その先端がナセル３の外部に突出しており、この主軸の先端には、ロータ１０が主軸と共に回転するように取り付けられており、ロータ１０が、中心部に主軸と連結されたハブ２を有し、ハブ２の回転方向の周面には、３枚のブレード４ａ、４ｂ、４ｃが放射状に取り付けられているものである。
【００２０】
図３に、本実施例の水平軸型風車に搭載される制御部の構成を、図４に、その制御部が搭載された水平軸型風車をそれぞれ示す。
【００２１】
図３及び図４に示すように、本実施例の水平軸型風車に搭載される制御部は、各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角を計測するために、各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃの付根部に設置されたピッチエンコーダ５と、各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角を変えるために駆動し、ハブ２と各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃの境界部分に設置されたピッチ駆動装置８と、タワー１内の底部に設置されると共に、ピッチエンコーダ５及びピッチ駆動装置８とそれぞれ線１１ａ、１１ｂを介して接続され、ピッチエンコーダ５で計測された各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角に基づいてピッチ駆動装置８に指令を出し、各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角を独立に制御する制御装置７とから構成されている。
【００２２】
制御装置７は、ピッチエンコーダ５で計測された各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角や、場合によっては線１１ｃを介して制御装置７に接続されている風速計６で計測された風速データに基づいて、各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ駆動装置８に指令を出すことにより、各ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのピッチ角を独立して制御することが可能である。
【００２３】
そして、本実施例では、ロータ１０が遊転し、かつ、１枚のブレード４ａのピッチ角が制御不能になったことを制御部で検出すると共に、ピッチ角が制御不能になったブレード４ａを検出したら、正常なブレード４ｂ、４ｃを、後述するファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定するようにしたものである。具体的には、制御装置７でロータ１０が遊転し、かつ、１枚のブレード４ａのピッチ角が制御不能になったことを検出し、この制御装置７からの指令に基づいて、ピッチ駆動装置８で、正常なブレード４ｂ、４ｃを、ファイン側若しくはネガティブファイン側となるピッチ角に設定するようにしたものである。
【００２４】
１枚のブレード４ａのピッチ角が制御不能になったことの検出は、制御装置７からのピッチ角指令値とピッチエンコーダ５で計測されたピッチ角に差異があることを制御装置７で検出するか、或いはピッチエンコーダ５が故障している時の回転速度と設計値の回転速度に差異があることを制御装置７で検出することで行われるものである。
【００２５】
また、水平軸型風車の待機時には、正常なブレード４ｂ、４ｃのうちの１つのピッチ角をフルフェザー角近傍（フルフェザー位置）にして待機することで、正常なブレードが風から受けるスラスト力を低減すると同時に、ロータ１０が過回転となることを防ぐことができる。
【００２６】
なお、フルフェザー角とは、ロータ１０が風に正対した場合に、いずれの方向にも回転しないピッチ角を指す。具体的には、実質的に９０度であることを指す。ここで、実質的とは理想的には９０度であるが、厳密なレベルで９０度であることまでは必要としないことを意味する。
【００２７】
ところで、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃのうち１枚（例えば、ブレード４ａ）がピッチ制御不能となった場合には、タワー１の頂部に大きな曲げモーメントが発生する恐れがある。それは、図５に示すダウンウィンド型の水平軸型風車及び図６に示すアップウィンド型の水平軸型風車のように、制御不能となったブレード４ａのピッチ角がファイン角又はネガティブファイン角付近（具体的には−２０〜２０度又は１６０〜２００度程度）となり、そのブレード４ａが上方に来た場合に生じる。そのとき、ロータ１０の上側に大きなスラスト力Ｆ１が生じるのに対して、ロータ１０の下側に生じるスラスト力Ｆ２は小さく、両者（Ｆ１とＦ２）のアンバランスにより、ロータ１０に大きな曲げモーメントが発生する。その曲げモーメントがタワー１の頂部に伝わり、タワー１の頂部にあるベアリングなどが壊れる恐れがある。
【００２８】
制御不能となったブレード４ａとは、例えば、ピッチが固着してブレード４ａが動かなくなった場合や、ピッチを固定するブレーキが効かなくなりブレード４ａが自由に動いてしまう場合などが挙げられる。
【００２９】
また、ファイン角とは、ロータ１０が風に正対した場合に、ブレード４ａが風向きに実質的に垂直となり、風からの抗力が最大値付近となる角度である。このファイン角の形成の仕方としては、実質的に０度と１８０度の２種類が存在する。ファイン角とは、特に実質的に０度の場合、ネガティブファイン角とは、特に実質的に１８０度の場合を意味する。なお、実質的とは、理想的には０度又は１８０度であるが、厳密なレベルで０度又は１８０度であることまでは必要としないことを意味する。
【００３０】
ここで、上述したタワー１の頂部に大きな曲げモーメントが伝わる際の荷重を、正常なブレード４ｂ、４ｃのピッチ角を適切に設定することにより、低減することを検討する。
【００３１】
正常なブレード４ｂ、４ｃのピッチ角を、フルフェザー角からずらすことによるタワー１の頂部の曲げモーメントへの影響としては、主に以下の３つがある。
【００３２】
１つ目は、図７に示すダウンウィンド型の水平軸型風車及び図８に示すアップウィンド型の水平軸型風車のように、正常なブレード４ｂ、４ｃにスラスト力Ｆ３が発生し、ロータ１０に加わるスラスト力Ｆ３のアンバランスが小さくなることで、タワー１の頂部の曲げモーメントが小さくなる。
【００３３】
２つ目は、ロータ１０の回転速度が変わり、図９に示すように、ブレード４ａに流入する風速や角度が変化する。これによる主な影響としては、制御不能のブレード４ａに流入する風速が大きくなることで、ロータ１０の上方に加わるスラスト力が大きくなり、タワー１の頂部の曲げモーメントが大きくなることである。
【００３４】
３つ目は、図１０及び図１１に示すように、正常なブレード４ｂ、４ｃに揚力が発生し、その揚力の鉛直成分とロータ１０及びタワー１中心とのオフセットにより、タワー１の頂部に曲げモーメントが発生する。鉛直上向きの揚力Ｈ１が発生する場合には、タワー１の頂部にロータ１０と反対側に風車を倒す方向に曲げモーメントＭ１が働き、タワー１よりも風下側にロータ１０が配置されるダウンウィンド型の水平軸型風車の場合に、タワー１の頂部の曲げモーメントが低減される。反対に、鉛直下向きに揚力Ｈ２が発生する場合には、タワー１の頂部にロータ１０側に風車を倒す方向に曲げモーメントＭ２が働き、タワー１よりも風上側にロータ１０が配置されるアップウィンド型の水平軸型風車の場合に、タワー１の頂部の曲げモーメントが低減される。
【００３５】
図１２に、典型的な翼型における迎角に対する揚力係数及び抗力係数の関係を示す。ロータ１０が風に正対している場合には、フルフェザー角（ピッチ角が実質９０度）の場合に迎角が実質的に０度、ファイン角（ピッチ角が実質０度）の場合に迎角が実質的に９０度、ネガティブファイン角（ピッチ角が実質１８０度）の場合に迎角が実質的に−９０度になる。
【００３６】
図１２に示すように、抗力係数Ａは迎角０度付近では変化しないため、上述した１つ目の影響により荷重低減を図るには、フルフェザー角から比較的大きくピッチ角をずらす必要がある。しかし、そのようにするとロータ１０の回転速度も上がる傾向になるため、上述した２つ目の影響により荷重が上がってしまい、ロータ１０が過回転になるリスクが増える。一方、図１２に示すように、揚力係数Ｂは０度付近で変化するため、上述した３つ目の影響は、フルフェザー角からそれほど大きくピッチ角をずらさなくても効果が出るというメリットがある。
【００３７】
そこで、本実施例は、上述した３つ目の影響を主に活用することで、荷重の低減を図るようにしたものである。
【００３８】
即ち、ダウンウィンド型の水平軸型風車の場合には、制御不能となったブレード４ａから通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードについては、フルフェザー角よりもネガティブファイン側にピッチ角を設定し、制御不能となったブレード４ａから通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードについては、フルフェザー角よりもファイン側にピッチ角を設定するようにしたものである。
【００３９】
また、アップウィンド型の水平軸型風車の場合には、制御不能となったブレード４ａから通常回転方向に０〜１８０度進んでいるブレードについては、フルフェザー角よりもファイン側にピッチ角を設定し、制御不能となったブレード４ａから通常回転方向に０〜１８０度遅れているブレードついては、フルフェザー角よりもネガティブファイン側にピッチ角を設定するようにしたものである。フルフェザー角からずらす角度は、例えば４０度以下とする。
【００４０】
なお、ロータ１０の過回転のリスクを下げるため、正常なブレード４ｂ、４ｃのうち１つをフルフェザー付近に設定することも１つの方法である。そのようにしない場合には、ロータ１０の回転速度が大きくならないように注意して設定する必要がある。
【００４１】
タワー１の頂部の曲げモーメントが大きくなるのは、風速が高い場合に顕著であり、例えば、３０ｍ／ｓ以上で本対策を実施する等の風速制限を適用することも考えられる。
【００４２】
このような本実施例とすることにより、１枚のブレードのピッチが制御不能になった場合において、ロータが過回転となるリスクの増加を抑えつつ、タワー頂部に発生する曲げモーメントを低減することができ、風車の倒壊リスクを低減することや経済的な風車設計が可能となる。
【００４３】
次に、本発明者等は、シミュレーションにより本発明の効果を確認したので、それについて説明する。なお、風車はロータ１０がタワー１の風下側にくるダウンウィンド型の水平軸型風車を想定した。ロータ１０の回転方向は、風上からみて時計回りに回る方向を通常（座標軸の正）とし、風上側から見て時計回りにブレード４ａ、４ｂ、４ｃが設置されている。
【００４４】
解析ケースとしては、表１に示すケース１〜４の４つを実施した。いずれのケースにおいても、ブレード４ａは制御不能となり、スラスト力が最大となるピッチ角０度で固まった状態とし、その他の正常なブレード４ｂ、４ｃは、ピッチ角を振って設定した。
【００４５】
【表１】
0006345503.tif 000002
【００４６】
ケース１及び２は、正常のブレード４ｂ、４ｃのうち一方のピッチ角をフルフェザー角９０度としてロータ１０の回転速度が上昇するのを抑え、もう一方のピッチ角をファイン角０度からネガティブファイン角１８０度の各々の角度に設定して解析した。ケース３は、正常のブレード４ｂ、４ｃの２枚を同じピッチ角とし、０〜１８０度の各々の角度に設定して解析した。ケース４は、正常のブレード４ｂ、４ｃの２枚を９０度を境に対称のピッチ角とし、０〜１８０度の各々の角度に設定して解析した。
【００４７】
風車に入力する風モデルは、平均風速５５ｍ／ｓの変動風とし、ナセル３の方位角と風向とのずれであるヨー角の平均値は−８、０、８度の各々に対して解析した。解析時間は１解析当たり１０分間とした。
【００４８】
各ケースの、ピッチ角に対するタワー１の頂部の曲げモーメントの解析時間１０分間における最大値を図１３、図１４、図１５、図１６に示す。ここで、ピッチ角９０度からの増減を確認するため、ピッチ角９０度の最大値で標準化した。また、ロータ１０の回転速度の平均値を図１７、図１８、図１９、図２０に示す。
【００４９】
ここで、タワー１の頂部の曲げモーメントに対する評価を試みる。同じピッチ角でもヨー角の違いにより３つのデータがあるが、風向の変化によりいずれの状況も発生しうるため、最大値にて評価する。
【００５０】
正常なブレード４ｂ、４ｃのうち一方を９０度としたケース１及び２においては、正常な回転方向に対して１２０度遅れているブレード４ｃのピッチ角を操作するケース１（図１３、図１７）においては、フルフェザー角９０度よりもファイン側（０度側）に設定すると、タワー１の頂部の曲げモーメントが小さくなり、正常な回転方向に対して１２０度進んでいるブレード４ｂのピッチ角を操作するケース２（図１４、図１８）においては、フルフェザー角９０度よりもネガティブファイン側（１８０度側）に設定するとタワー１の頂部の曲げモーメントが小さくなることが分かる。フルフェザー角９０度からの変位量が３０〜４０度程度までは減少し、最も小さくなるのはケース２（図１４、図１８）で、フルフェザーから４０度ネガティブファイン側に操作した場合（１３０度付近）に、４０％程度減少している。
【００５１】
正常なブレード４ｂ、４ｃを同じピッチ角で設定したケース３（図１５、図１９）においては、いずれのピッチ角においてもフルフェザー角９０度以上であり、荷重低減効果はみられない。
【００５２】
正常なブレード４ｂ、４ｃの２枚を９０度を境に対称の角度に設定したケース４（図１６、図２０）においては、正常な回転方向に対して１２０度進んでいるブレード４ｂのピッチ角をフルフェザー角９０度よりもネガティブファイン側（１８０度側）、正常な回転方向に対して１２０度進んでいるブレード４ｂのピッチ角をファイン側（０度側）に設定した場合に荷重低減効果が大きいが、フルフェザー角９０度からの偏差を大きくし過ぎると、ロータ回転速度（図２０参照）が大きくなることで荷重が増加するので、ピッチ角の設定には注意が必要である。
【００５３】
以上の解析結果から、本発明によれば、ロータが過回転となるリスクの増加を抑えつつ、タワー頂部に発生する曲げモーメントを低減できることが理解される。
【００５４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。実施例の構成の一部について、構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…タワー、２…ハブ、３…ナセル、４ａ、４ｂ、４ｃ…ブレード、５…ピッチエンコーダ、６…風速計、７…制御装置、８…ピッチ駆動装置、１０…ロータ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006345503.tif 000005
【図４】
0006345503.tif 000006
【図５】
0006345503.tif 000007
【図６】
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【図７】
0006345503.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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