(57)【要約】【課題】パッシブヨー制御式風力発電装置において暴風時における負荷を軽減できる安価な構成を提供する。【解決手段】風速が第１閾値を超えた暴風時には、ナセルを旋回軸線回りに旋回させる為の動力を出力するアクチュエータ及び前記ナセルを旋回軸線回りの所望位置に保持する為の油圧ロック機構が共に非作動状態とされることで、前記ナセルがタワーに対して旋回軸線回り相対回転自在な状態となるように構成されている。ブレードは、前記ナセルがアップウインド位置に位置する際にはブレード本体が風向きと正対する正対姿勢をとり、且つ、前記ナセルがダウンウインド位置に位置する際には前記ブレード本体が風向きに対して略平行なフェザリング姿勢をとるように構成されている。【選択図】図４
2007224879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略垂直に立設されるタワーと、前記タワーの上部に略垂直に沿った旋回軸線回り旋回自在に支持されたナセルと、回転軸線が略水平方向に沿うように前記ナセルに支持された風車と、前記風車に作動連結された発電機と、前記ナセルを旋回軸線回りに旋回させる為の動力を出力するアクチュエータと、前記風車によって作動的に回転駆動される油圧ポンプ機構と、前記油圧ポンプ機構からの圧油を利用して前記ナセルを旋回軸線回り所望位置に保持する油圧ロック機構とを備え、風速が発電可能状態の際には、前記風車が旋回軸線よりも風上側において風向きに正対するように前記アクチュエータによって前記ナセルがアップウインド位置に向けて旋回され且つ前記油圧ロック機構によって該ナセルがアップウインド位置に保持されるように構成されたアップウインド型の風力発電装置であって、
前記風車は、回転軸線と同芯上において軸線回り回転自在に前記ナセルに支持された原動軸と、前記原動軸に対して放射方向へ延びるように該原動軸に軸線回り回転自在に支持された支持軸及び該支持軸に支持されたブレード本体を含むブレードとを有し、
風速が第１閾値を超えた暴風時には、前記アクチュエータ及び前記油圧ロック機構が共に非作動状態とされることで、前記ナセルが前記タワーに対して旋回軸線回り相対回転自在な状態となるように構成されており、
前記ブレードは、前記ナセルがアップウインド位置に位置する際には前記ブレード本体が風向きと正対する正対姿勢をとり、且つ、前記ナセルがダウンウインド位置に位置する際には前記ブレード本体が風向きに対して略平行なフェザリング姿勢をとるように構成されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
風速が前記第１閾値よりは低いが第２閾値を超えている強風時には、前記風車が風向きに対して横向きとなるように前記アクチュエータによって前記ナセルがファーリング位置まで旋回され、且つ、前記油圧ロック機構によって該ナセルが該ファーリング位置に保持されるように構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。
【請求項３】
前記油圧ポンプ機構からの圧油を利用して前記風車に対して作動的に制動力を付加する油圧ブレーキ機構と、
前記油圧ブレーキ機構への作動油の給排制御を司るブレーキ用電磁弁と、
一端部が前記油圧ポンプ機構の吐出口に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記ブレーキ用電磁弁の一次側に直接又は間接的に流体接続されたブレーキ用上流側ラインと、
一端部が前記ブレーキ用電磁弁の二次側に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記油圧ブレーキ機構に流体接続されたブレーキ用下流側ラインとを備え、
前記ブレーキ用電磁弁は、前記ブレーキ用上流側ラインを前記ブレーキ用下流側ラインに流体接続させるブレーキ作動状態と、前記ブレーキ用下流側ラインをドレンさせるブレーキ解除状態とを選択的にとり得るように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
一端部が前記油圧ポンプ機構の吐出口に流体接続され且つ接続点において前記ブレーキ用上流側ラインが接続された吐出ラインと、
前記接続点よりも前記油圧ポンプ機構の吐出口に近い側において前記吐出ラインに介挿された圧力保持用電磁弁と、
前記接続点を挟んで前記圧力保持用電磁弁とは反対側において前記吐出ライン及び前記ブレーキ用上流側ラインの双方に流体接続されたアキュームレータとを備え、
前記アキュームレータは、ケーシングと、前記吐出ラインの油圧を受ける第１受圧板であって、前記ケーシングの内部空間内に第１受圧室を画した状態で軸線方向移動可能に収容された第１受圧板と、前記吐出ラインの油圧を受けて前記第１受圧板が押動されることで自己の保有弾性が大きくなるように前記ケーシングに収容されたスプリング部材とを有しており、
前記圧力保持用電磁弁は、前記ナセルがアップウインド位置に位置する際には前記吐出ラインを連通状態とし、且つ、前記ナセルがファーリング位置に位置する際には前記吐出ラインを遮断状態とするように作動制御されていることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
圧縮空気を選択的に供給可能なコンプレッサと、
一端部が前記コンプレッサに流体接続されたエアラインとを、さらに備え、
前記アキュームレータは、前記エアラインの空気圧を受ける第２受圧板であって、前記ケーシングの内部空間内における前記スプリング部材を挟んで前記第１受圧室とは反対側に第２受圧室を画した状態で、該ケーシングに軸線方向移動可能に収容された第２受圧板をさらに有していることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記風車は、さらに、前記支持軸の軸線回りの回転に伴って該支持軸の軸線回りに揺動するアーム部材と、前記アーム部材の前記支持軸の軸線回りの揺動に伴って回転軸線と平行な方向に移動する従動部材と、前記従動部材を旋回軸線に近接する方向へ付勢する付勢部材と、前記従動部材の旋回軸線に近接する方向への移動端を画するように該従動部材と当接するストッパー部材とを備え、
前記ナセルが前記アップウインド位置に位置する際には前記従動部材が前記ストッパー部材に当接することで前記ブレード本体が正対姿勢に保持され、且つ、前記ナセルがダウンウインド位置に位置する際には風力によって前記ブレードが前記従動部材を前記付勢部材の付勢力に抗して旋回軸線から離間する方向へ移動させつつ前記支持軸の軸線回りに回転することで前記ブレード本体がフェザリング姿勢をとるように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、非作動状態においては前記ナセルの旋回軸線回りの旋回に対して実質的に回転抵抗を付与しない電動モータにて構成され、
前記油圧ロック機構は、該油圧ロック機構への作動油の給排制御を司るロック用電磁弁によって作動状態又は非作動状態が切り替わるように構成され、
前記ロック用電磁弁は、前記油圧ロック機構を作動状態にさせるロック位置及び該油圧ロック機構を非作動状態にさせる解除位置をとり得る弁本体と、前記弁本体を解除位置へ向けて付勢する付勢部材とを備え、電圧供給時には前記弁本外が前記付勢部材の付勢力に抗してロック位置に位置し且つ電圧遮断時には前記弁本体が前記付勢部材の付勢力によって解除位置に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記油圧ロック機構は、油圧モータ本体と、前記油圧モータ本体に相対回転不能に支持された油圧モータ軸と、前記タワーに設けられた固定歯と噛合するように前記油圧モータ軸に設けられたロック歯とを有し、
該風力発電装置は、さらに、一端部が前記油圧ポンプ機構の吐出口に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記ロック用電磁弁の一次側に直接又は間接的に流体接続されたロック用メインラインと、一端部が前記ロック用電磁弁の二次側に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記油圧モータ本体における一対のポートにそれぞれ流体接続された第１及び第２モータラインとを有しており、
前記ロック用電磁弁は、前記弁本体が前記ロック位置に位置する際には前記第１及び第２モータラインをそれぞれ独立して閉塞し、且つ、前記弁本体が解除位置に位置する際には前記第１及び第２モータラインが互いに流体接続された状態で前記ロック用メインラインを該第１及び第２モータラインの少なくとも一方に流体接続させるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項９】
略垂直に立設されるタワーと、前記タワーの上部に略垂直に沿った旋回軸線回り旋回自在に支持されたナセルと、回転軸線が略水平方向に沿うように前記ナセルに支持された風車と、前記風車に作動連結された発電機と、前記ナセルを旋回軸線回りに旋回させる電動モータと、前記風車によって作動的に回転駆動される油圧ポンプ機構と、前記油圧ポンプ機構からの圧油を利用して前記ナセルを旋回軸線回り所望位置に保持する油圧ロック機構とを備え、風速が発電可能状態の際には、前記風車が旋回軸線よりも風上側において風向きに正対するように前記電動モータによって前記ナセルがアップウインド位置に向けて旋回され、且つ、前記油圧ロック機構によって該ナセルがアップウインド位置に保持されるように構成されたアップウインド型の風力発電装置であって、
前記電動モータは、前記タワーに支持され、
前記ナセルは、前記タワーに旋回軸線回り旋回自在に支持されたベース部材であって、前記電動モータの出力軸に設けられた駆動ギヤと噛合する従動ギヤが設けられたベース部材と、前記風車を支持した状態で前記ベース部材に支持される油貯留可能なギヤボックスと、前記風車の回転を増速するように前記ギヤボックス内に収容された増速ギヤ機構とを有し、
前記発電機は、前記増速ギヤ機構による増速回転を入力し得るように前記ギヤボックスを挟んで前記風車とは反対側において該ギヤボックスに支持され、
前記油圧ポンプ機構は、前記増速ギヤ機構による増速回転を入力し且つ前記ギヤボックス内の貯留油を油源とし得るように前記ギヤボックスに支持され、
前記油圧ロック機構は、前記ベース部材に支持された油圧モータ本体と、該油圧モータ本体の回転を出力する油圧モータ軸と、前記タワーに設けられた固定歯と噛合するように前記油圧モータ軸に設けられたロック歯とを有していることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１０】
前記タワーは、略垂直に立設されるタワー本体と、前記タワー本体の上端部に固着される天板であって、少なくとも前記駆動ギヤが前記天板より上方に位置するように前記電動モータを支持する天板とを有し、
前記ベース部材は、前記天板との間に前記駆動ギヤを収容する空間が形成される状態で前記タワーに相対回転自在に外挿支持されていることを特徴とする請求項９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、風力エネルギを電気エネルギに変換する風力発電装置に関し、詳しくは、風車の回転軸が略水平方向に沿うように配設された水平軸型の風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水平軸型の風力発電装置は、一般的に、略垂直に立設されるタワーと、前記タワーの上部に略垂直に沿った旋回軸線回り旋回自在に支持されたナセルと、回転軸線が略水平方向に沿うように前記ナセルに支持された風車と、前記風車に作動連結された発電機と、前記ナセルを旋回軸線回りに旋回させる為の動力を出力する電動モータとを備えている。
【０００３】
斯かる水平軸型の風力発電装置のうち発電作動時に前記風車が風向きに対して風上側において正対するように前記ナセルをアップウインド位置に位置制御させるパッシブヨー制御型の風力発電装置においては、強風時に前記風車が過回転することを防止する為の過回転防止機構として、所定の風速を超える状態では前記風車が風向きに対して横向きとなるように前記ナセルをファーリング位置に位置させることが提案されている（例えば、下記特許文献１）。
【０００４】
このように前記ナセルをファーリング位置に位置させることで、前記風車の回転速度を抑制することができ、これにより、ある程度の強風に対しては風力発電装置を保護することができる。
しかしながら、前記従来の風力発電装置では、風速が強風状態を超えて暴風状態になった場合のことは想定されておらず、十分な過速度対策とは言えない。
【０００５】
即ち、前記特許文献１に記載の風力発電装置は、風速が所定値を超えると、風向計に基づいて前記風車が風向きに対して横向きになるように電動モータが作動し、前記ナセルがファーリング位置まで旋回するとその位置で該電動モータの作動が停止するように構成されている。
斯かる構成では、風速が強風状態を超えて暴風状態になった場合であっても、前記ナセルはファーリング位置に保持され続けることになる。従って、風車が風向きに対して横向きになっているとしても、風力に抗して前記ナセルをファーリング位置に保持し続けなければならない。
さらに、暴風や他の要因によって停電状態になる場合があるが、前記特許文献１においては斯かる停電状態については考慮されていない。
【特許文献１】実開昭５８−９４８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来技術に鑑みなされたものであり、水平軸型のパッシブヨー制御式風力発電装置であって、暴風時における負荷を可及的に減少させ得る構造簡単な風力発電装置の提供を、一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するために、略垂直に立設されるタワーと、前記タワーの上部に略垂直に沿った旋回軸線回り旋回自在に支持されたナセルと、回転軸線が略水平方向に沿うように前記ナセルに支持された風車と、前記風車に作動連結された発電機と、前記ナセルを旋回軸線回りに旋回させる為の動力を出力するアクチュエータと、前記風車によって作動的に回転駆動される油圧ポンプ機構と、前記油圧ポンプ機構からの圧油を利用して前記ナセルを旋回軸線回り所望位置に保持する油圧ロック機構とを備え、風速が発電可能状態の際には、前記風車が旋回軸線よりも風上側において風向きに正対するように前記アクチュエータによって前記ナセルがアップウインド位置に向けて旋回され且つ前記油圧ロック機構によって該ナセルがアップウインド位置に保持されるように構成されたアップウインド型の風力発電装置であって、前記風車は、回転軸線と同芯上において軸線回り回転自在に前記ナセルに支持された原動軸と、前記原動軸に対して放射方向へ延びるように該原動軸に軸線回り回転自在に支持された支持軸及び該支持軸に支持されたブレード本体を含むブレードとを有し、風速が第１閾値を超えた暴風時には、前記アクチュエータ及び前記油圧ロック機構が共に非作動状態とされることで、前記ナセルが前記タワーに対して旋回軸線回り相対回転自在な状態となるように構成されており、前記ブレードは、前記ナセルがアップウインド位置に位置する際には前記ブレード本体が風向きと正対する正対姿勢をとり、且つ、前記ナセルがダウンウインド位置に位置する際には前記ブレード本体が風向きに対して略平行なフェザリング姿勢をとるように構成されている風力発電装置を提供する。
【０００８】
好ましくは、風速が前記第１閾値よりは低いが第２閾値を超えている強風時には、前記風車が風向きに対して横向きとなるように前記アクチュエータによって前記ナセルがファーリング位置まで旋回され、且つ、前記油圧ロック機構によって該ナセルが該ファーリング位置に保持されるように構成され得る。
【０００９】
一形態においては、前記油圧ポンプ機構からの圧油を利用して前記風車に対して作動的に制動力を付加する油圧ブレーキ機構と、前記油圧ブレーキ機構への作動油の給排制御を司るブレーキ用電磁弁と、一端部が前記油圧ポンプ機構の吐出口に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記ブレーキ用電磁弁の一次側に直接又は間接的に流体接続されたブレーキ用上流側ラインと、一端部が前記ブレーキ用電磁弁の二次側に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記油圧ブレーキ機構に流体接続されたブレーキ用下流側ラインとをさらに備え得る。
斯かる構成において、前記ブレーキ用電磁弁は、前記ブレーキ用上流側ラインを前記ブレーキ用下流側ラインに流体接続させるブレーキ作動状態と、前記ブレーキ用下流側ラインをドレンさせるブレーキ解除状態とを選択的にとり得るように構成される。
【００１０】
前記一形態において、好ましくは、一端部が前記油圧ポンプ機構の吐出口に流体接続され且つ接続点において前記ブレーキ用上流側ラインが接続された吐出ラインと、前記接続点よりも前記油圧ポンプ機構の吐出口に近い側において前記吐出ラインに介挿された圧力保持用電磁弁と、前記接続点を挟んで前記圧力保持用電磁弁とは反対側において前記吐出ライン及び前記ブレーキ用上流側ラインの双方に流体接続されたアキュームレータとをさらに備え得る。
前記アキュームレータは、ケーシングと、前記吐出ラインの油圧を受ける第１受圧板であって、前記ケーシングの内部空間内に第１受圧室を画した状態で軸線方向移動可能に収容された第１受圧板と、前記吐出ラインの油圧を受けて前記第１受圧板が押動されることで自己の保有弾性が大きくなるように前記ケーシングに収容されたスプリング部材とを有する。
前記圧力保持用電磁弁は、前記ナセルがアップウインド位置に位置する際には前記吐出ラインを連通状態とし、且つ、前記ナセルがファーリング位置に位置する際には前記吐出ラインを遮断状態とするように制御される。
【００１１】
より好ましくは、圧縮空気を選択的に供給可能なコンプレッサと、一端部が前記コンプレッサに流体接続されたエアラインとを、さらに備え得る。
斯かる構成においては、前記アキュームレータは、前記エアラインの空気圧を受ける第２受圧板であって、前記ケーシングの内部空間内における前記スプリング部材を挟んで前記第１受圧室とは反対側に第２受圧室を画した状態で、該ケーシングに軸線方向移動可能に収容された第２受圧板をさらに有する。
【００１２】
前記種々の形態において、前記風車は、さらに、前記支持軸の軸線回りの回転に伴って該支持軸の軸線回りに揺動するアーム部材と、前記アーム部材の前記支持軸の軸線回りの揺動に伴って回転軸線と平行な方向に移動する従動部材と、前記従動部材を旋回軸線に近接する方向へ付勢する付勢部材と、前記従動部材の旋回軸線に近接する方向への移動端を画するように該従動部材と当接するストッパー部材とを備え得る。
前記ナセルが前記アップウインド位置に位置する際には前記従動部材が前記ストッパー部材に当接することで前記ブレード本体が正対姿勢に保持され、且つ、前記ナセルがダウンウインド位置に位置する際には風力によって前記ブレードが前記従動部材を前記付勢部材の付勢力に抗して旋回軸線から離間する方向へ移動させつつ前記支持軸の軸線回りに回転することで、前記ブレード本体がフェザリング姿勢をとるように構成されている。
【００１３】
前記種々の形態において、好ましくは、前記アクチュエータは、非作動状態においては前記ナセルの旋回軸線回りの旋回に対して実質的に回転抵抗を付与しない電動モータにて構成され、且つ、前記油圧ロック機構は、該油圧ロック機構への作動油の給排制御を司るロック用電磁弁によって作動状態又は非作動状態が切り替わるように構成される。
前記ロック用電磁弁は、前記油圧ロック機構を作動状態にさせるロック位置及び該油圧ロック機構を非作動状態にさせる解除位置をとり得る弁本体と、前記弁本体を解除位置へ向けて付勢する付勢部材とを備えるものとされ、該ロック用電磁弁への電圧供給時には前記弁本外が前記付勢部材の付勢力に抗してロック位置に位置し且つ電圧遮断時には前記弁本体が前記付勢部材の付勢力によって解除位置に位置するように構成される。
【００１４】
例えば、前記油圧ロック機構は、油圧モータ本体と、前記油圧モータ本体に相対回転不能に支持された油圧モータ軸と、前記タワーに設けられた固定歯と噛合するように前記油圧モータ軸に設けられたロック歯とを有し得る。
斯かる構成において、前記風力発電装置は、さらに、一端部が前記油圧ポンプ機構の吐出口に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記ロック用電磁弁の一次側に直接又は間接的に流体接続されたロック用メインラインと、一端部が前記ロック用電磁弁の二次側に直接又は間接的に流体接続され且つ他端部が前記油圧モータ本体における一対のポートにそれぞれ流体接続された第１及び第２モータラインとを有する。
前記ロック用電磁弁は、前記弁本体が前記ロック位置に位置する際には前記第１及び第２モータラインをそれぞれ独立して閉塞し、且つ、前記弁本体が解除位置に位置する際には前記第１及び第２モータラインが互いに流体接続された状態で前記ロック用メインラインを該第１及び第２モータラインの少なくとも一方に流体接続させるように構成される。
【００１５】
又、本発明の他態様は、略垂直に立設されるタワーと、前記タワーの上部に略垂直に沿った旋回軸線回り旋回自在に支持されたナセルと、回転軸線が略水平方向に沿うように前記ナセルに支持された風車と、前記風車に作動連結された発電機と、前記ナセルを旋回軸線回りに旋回させる電動モータと、前記風車によって作動的に回転駆動される油圧ポンプ機構と、前記油圧ポンプ機構からの圧油を利用して前記ナセルを旋回軸線回り所望位置に保持する油圧ロック機構とを備え、風速が発電可能状態の際には、前記風車が旋回軸線よりも風上側において風向きに正対するように前記電動モータによって前記ナセルがアップウインド位置に向けて旋回され、且つ、前記油圧ロック機構によって該ナセルがアップウインド位置に保持されるように構成されたアップウインド型の風力発電装置を提供する。
本発明の他態様に係る風力発電装置において、前記電動モータは前記タワーに支持されており、前記ナセルは、前記タワーに旋回軸線回り旋回自在に支持されたベース部材であって、前記電動モータの出力軸に設けられた駆動ギヤと噛合する従動ギヤが設けられたベース部材と、前記風車を支持した状態で前記ベース部材に支持される油貯留可能なギヤボックスと、前記風車の回転を増速するように前記ギヤボックス内に収容された増速ギヤ機構とを有している。前記発電機は、前記増速ギヤ機構による増速回転を入力し得るように前記ギヤボックスを挟んで前記風車とは反対側において該ギヤボックスに支持され、前記油圧ポンプ機構は、前記増速ギヤ機構による増速回転を入力し且つ前記ギヤボックス内の貯留油を油源とし得るように前記ギヤボックスに支持されている。前記油圧ロック機構は、前記ベース部材に支持された油圧モータ本体と、該油圧モータ本体の回転を出力する油圧モータ軸と、前記タワーに設けられた固定歯と噛合するように前記油圧モータ軸に設けられたロック歯とを有している。
【００１６】
好ましくは、前記タワーは、略垂直に立設されるタワー本体と、前記タワー本体の上端部に固着される天板であって、少なくとも前記駆動ギヤが前記天板より上方に位置するように前記電動モータを支持する天板とを有し得る。
前記ベース部材は、前記天板との間に前記駆動ギヤを収容する空間が形成される状態で前記タワーに相対回転自在に外挿支持される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様に係る風力発電装置によれば、風速が第１閾値を超えた暴風時には、アクチュエータ及び油圧ロック機構が共に非作動状態とされることでナセルがタワーに対して旋回軸線回り相対回転自在な状態となるように構成されると共に、前記ナセルがアップウインド位置に位置する際にはブレード本体が風向きと正対する正対姿勢をとり、且つ、前記ナセルがダウンウインド位置に位置する際には前記ブレード本体が風向きに対して略平行なフェザリング姿勢をとるように構成されているので、暴風時における風力発電装置の負荷を可及的に低減できる。従って、前記アクチュエータや油圧ロック機構の小容量化を図ることでき、コスト低廉化を図り得る。
【００１８】
さらに、本発明の一態様によれば、アクチュエータ及び油圧ロック機構が共に非作動状態とされることでナセルがタワーに対して旋回軸線回り相対回転自在な状態となり、風力によって前記ナセルが自動的にダウンウインド位置に位置されるようになっているので、暴風時に停電等によって前記アクチュエータ及び前記油圧ロック機構が制御不能状態になったとしても、前記ナセルは風向きに応じて自動的にダウンウインド位置をとり続ける。従って、前記アクチュエータ及び前記油圧ロック機構の制御不能時の為に、緊急制御機構等を別途設ける必要がない。
【００１９】
又、本発明の他態様によれば、タワーに旋回軸線回り旋回自在に支持されたベース部材と、風車を支持した状態で前記ベース部材に支持される油貯留可能なギヤボックスと、前記風車の回転を増速するように前記ギヤボックス内に収容された増速ギヤ機構とを有するナセルを、前記タワーに対して旋回軸線回りに旋回させる為の動力を出力する電動モータを該タワーに支持させ、前記風車に作動連結される発電機を、前記増速ギヤ機構による増速回転を入力し得るように前記ギヤボックスを挟んで前記風車とは反対側において該ギヤボックスに支持させ、前記風車に作動連結される油圧ポンプ機構を、前記増速ギヤ機構による増速回転を入力し且つ前記ギヤボックス内の貯留油を油源とし得るように前記ギヤボックスに支持させ、前記ナセルを旋回軸線回り所望位置に保持させる油圧ロック機構が、前記ベース部材に支持された油圧モータ本体と、該油圧モータ本体の回転を出力する油圧モータ軸と、前記タワーに設けられた固定歯と噛合するように前記油圧モータ軸に設けられたロック歯とを有するように構成したので、各構成部材の重量バランスを向上させることができる。従って、前記ナセルの旋回軸線回りの旋回動作を安定的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい一実施の形態に係る風力発電装置について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１に本実施の形態に係る風力発電装置１の概略側面図を示す。なお、図１(a)及び(b)は、それぞれ、詳細は後述する下記ナセルがアップウインド位置及びダウンウインド位置に位置する状態を示している。
又、図２に該風力発電装置１の油圧回路図を示す。
【００２１】
図１及び図２に示すように、前記風力発電装置１は、略垂直に立設されるタワー１０と、前記タワー１０の上部に支持されるナセル２０と、回転軸線Ｒが略水平方向に沿うように前記ナセル２０に支持された風車３０と、前記風車３０に作動連結された発電機４０と、前記ナセル２０を旋回軸線Ｃ回りに旋回させる為の動力を出力するアクチュエータ５０と、前記風車３０によって作動的に回転駆動される油圧ポンプ機構６０と、前記油圧ポンプ機構６０からの圧油を利用して前記ナセル２０を旋回軸線Ｃ回りの所望位置に保持する油圧ロック機構７０とを備えている。
【００２２】
前記タワー１０は、上部において前記ナセル２０を略垂直に沿った旋回軸線Ｃ回り相対回転自在に支持するように構成されている。
本実施の形態においては、図１に示すように、該タワー１０は、略垂直に立設される中空のタワー本体１１と、該タワー本体１１の上方開口を閉塞するように該タワー本体１１に連結された天板１２とを有している。
【００２３】
前記ナセル２０は、前記風車３０を支持した状態で、前記タワー１０に旋回軸線Ｃ回り旋回自在に支持されている。
本実施の形態においては、図１に示すように、前記ナセル２０は、前記タワー１０に旋回軸線Ｃ回り旋回自在に支持されたベース部材２１と、前記風車３０を支持した状態で前記ベース部材２１に支持されるギヤボックス２２と、前記風車３０の回転速度を増速し得るように前記ギヤボックス２２内に収容された増速ギヤ機構２３とを有している。
好ましくは、前記ギヤボックス２２は油貯留可能に構成される。斯かる構成を備えることにより、該ギヤボックス２２内の貯留油を前記油圧ポンプ機構６０の油源として利用することができる。
【００２４】
前記風車３０は、回転軸線Ｒと同芯上において軸線回り回転自在に前記ナセル２０に支持された原動軸３１と、前記原動軸３１に支持されたブレード３２とを有している。
本実施の形態においては、前記原動軸３１は、前記ブレード３２を支持する一端部が前記ナセル２０の外方へ延在されると共に、該一端部とは反対側の他端部も前記ナセル２０の外方へ延在された状態で、該ナセル２０に軸線回り回転自在に支持されている。
そして、前記原動軸２１の他端部には、油圧ブレーキ機構８０が作用し得るようになっている。
【００２５】
即ち、本実施の形態に係る風力発電装置１は、前記構成に加えて、前記風車３０に対して作動的且つ選択的に制動力を付加し得る前記油圧ブレーキ機構８０を備えている。
該油圧ブレーキ機構８０は、前記風車３０の回転時に、該風車３０の回転によって回転駆動される前記油圧ポンプ機構６０からの圧油を利用して、前記風車３０に作動的且つ選択的に制動力を付加し得るように構成されている。
【００２６】
本実施の形態においては、該油圧ブレーキ機構８０は、前記原動軸３１の他端部を囲繞するように前記ナセル２０に連結されたブレーキハウジング８１と、前記原動軸３１の他端部に相対回転不能に支持された駆動側摩擦板及び前記駆動側摩擦板と対向した状態で回転不能に固定設置された固定側摩擦板を含む摩擦板群８２と、前記油圧ポンプ機構６０からの圧油を受けて前記摩擦板群８２を摩擦係合させるブレーキピストン８３とを有している。
なお、該油圧ブレーキ機構８０を含む前記風力発電装置１の油圧回路及び前記風車３０のブレード３２については後述する。
【００２７】
前記発電機４０は、前記風車３０の回転を利用して発電し得るように該風車３０に作動連結されている。
本実施の形態においては、前述の通り、前記増速ギヤ機構２３によって前記風車３０の回転が増速されるようになっており、前記発電機４０は該増速ギヤ機構２３によって増速された回転を入力するようになっている。
【００２８】
詳しくは、該発電機４０は、発電機本体４１と、該発電機本体４１に支持された発電用入力軸４２とを有している。
本実施の形態においては、該発電機４０は、図１に示すように、前記発電用入力軸４２の自由端部が前記ギヤボックス２２内に突入された状態で、前記発電機本体４１が前記ギヤボックス２２に連結支持されている。
そして、前記増速ギヤ機構２３を形成する駆動側大ギヤ２３１が前記原動軸３１に相対回転不能に支持され、且つ、前記増速ギヤ機構２３を形成する従動側発電用小ギヤ２３２が前記駆動側大ギヤ２３１と噛合された状態で前記発電用入力軸４２に相対回転不能に支持されている。
【００２９】
図１に示すように、好ましくは、前記発電機４０は、前記風車３０が配設された側とは反対側で、且つ、前記油圧ブレーキ機構８０の下方において、前記ベース部材２１に対してフリーな状態で前記ギヤボックス２２に支持される。
斯かる構成を備えることにより、前記油圧ブレーキ機構８０下方のデッドスペースを有効利用しつつ、前記ギヤボックス２２を挟んで前記風車３０が配設される側と前記油圧ブレーキ機構８０及び前記発電機４０が配設される側との重量バランスを良好に維持することができる。
【００３０】
前記油圧ポンプ機構６０は、前述の通り、前記風車３０によって作動的に回転駆動されるようになっている。
該油圧ポンプ機構６０は、油圧ポンプ軸６１と、該油圧ポンプ軸６１によって回転駆動される油圧ポンプ本体６２とを有している。
【００３１】
本実施の形態においては、該油圧ポンプ機構６０は、前記風車３０の回転を増速した状態で入力するように構成されている。
具体的には、本実施の形態においては、図１に示すように、前記増速ギヤ機構２３は、前記構成に加えて、前記駆動側大ギヤ２３１と噛合するように前記ポンプ軸６１に相対回転不能に支持された従動側ポンプ用小ギヤ２３３を有している。
【００３２】
前記アクチュエータ５０は、外部の動力源又は前記発電機４０によって発電された電力を内部的に蓄電してなる動力源によって駆動されるようになっている。
本実施の形態においては、前記アクチュエータ５０として電動モータが使用されている。
【００３３】
前記電動モータ５０は、図１に示すように、前記タワー１０に支持された電動モータ本体５１と、該電動モータ本体５１から駆動力を出力する電動モータ軸５２とを有している。
本実施の形態においては、前記電動モータ軸５２に旋回用駆動ギヤ５２１が相対回転不能に設けられている。
そして、前記ベース部材２１には、前記旋回用駆動ギヤ５２１と作動的に噛合する旋回用従動ギヤ２１５が設けられており、前記電動モータ軸５２の回転に伴って該ベース部材２１が前記タワー１０に対して旋回軸線Ｃ回りに旋回するようになっている。
【００３４】
好ましくは、図１に示すように、前記天板１２は、前記旋回用駆動ギヤ５２１が該天板１２より上方に位置した状態で前記電動モータ５０を支持するように構成され、且つ、前記ベース部材２１は、前記天板１２との間に前記旋回用駆動ギヤ５２１を収容する空間が形成された状態で前記タワー１０に相対回転自在に外挿支持されるように構成される。そして、前記ベース部材２１の内周面に前記旋回用従動ギヤ２１５が形成される。
斯かる構成を備えることにより、コンパクトな構成で、前記ナセル２０を前記電動モータ軸５２の回転に応じて旋回軸線Ｃ回りに安定的に旋回させることができる。
【００３５】
より好ましくは、図１に示すように、前記天板１２に上下に貫通する貫通孔を設け、前記旋回用駆動ギヤ５２１が前記空間に位置する状態で前記電動モータ本体５１を前記天板１２の底面に取り付けることができる。
斯かる構成を備えることにより、前記タワー本体１１の中空スペースを前記電動モータ本体５１の収容空間として有効利用することができる。
【００３６】
前記油圧ロック機構７０は、前述の通り、前記油圧ポンプ機構６０からの圧油を利用して前記ナセル２０を旋回軸線Ｃ回りの所望位置に保持し得るように構成されている。
本実施の形態に係る風力発電装置１は、前記油圧ロック機構７０として、油圧モータ機構を有している。
図１及び図２に示すように、前記油圧モータ機構７０は、斜板が中立位置に固定された油圧モータ本体７１と、該油圧モータ本体７１に対して相対回転不能とされた油圧モータ軸７２とを有している。
詳しくは、前記ナセル１０には固定ギヤ１０５が設けられており、前記油圧モータ本体７１は、前記油圧モータ軸７２に設けられたロック用ギヤ７２１が前記固定ギヤ１０５と噛合する状態で、前記ベース部材２１に支持されている。
【００３７】
ここで、斯かる構成を備えた前記風力発電装置１の油圧回路について、図２を参照しつつ説明する。
図２に示すように、前記風力発電装置１は、一端部が油源（本実施の形態においては、前記ギヤボックス２２の内部空間）に流体接続され且つ他端部が前記油圧ポンプ本体６２の吸引口に流体接続された吸引ライン４１０と、一端部が前記油圧ポンプ本体６２の吐出口に流体接続された吐出ライン４２０と、前記吐出ライン４２０の油圧を設定するリリーフ弁４３５と、一端部が前記吐出ライン４２０に流体接続された油圧ロック用ライン４４０と、一端部が前記吐出ライン４２０に流体接続された油圧ブレーキ用ライン４５０とを有している。
【００３８】
前記吸引ライン４１０には、好ましくは、フィルター４１５が介挿される。
前記油圧ロック用ライン４４０は、一端部が前記吐出ライン４２０に流体接続されたロック用メインライン４４１と、前記ロック用メインライン４４１の他端部から分岐された第１分岐ライン４４２ａ及び第２分岐ライン４４２ｂと、一端部が前記油圧モータ本体７１における第１及び第２モータポート７１０ａ，７１０ｂにそれぞれ流体接続された第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂと、前記第１及び第２分岐ライン４４２ａ，４４２ｂと前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂとの間に介挿されたロック用電磁弁４４６と、前記第１及び第２分岐ライン４４２ａ，４４２ｂのそれぞれに、前記ロック用メインライン４４１から前記油圧モータ本体７１へ向いた圧油の流れを許容し且つ逆向きの流れを防止するように介挿されたチェック弁４４３とを有している。
【００３９】
前記ロック用電磁弁４４６は、ロック用弁本体４４７と、該ロック用弁本体４４７を付勢する付勢部材４４８とを有している。
前記ロック用弁本体４４７は、前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂをそれぞれ独立して閉塞することで前記油圧モータ本体７１を回転不能状態に保持するロック位置（図２中のＯＮ）と、前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂを流体接続させることで、前記油圧モータ本体７１を回転可能状態とする解除位置（図２中のＯＦＦ）とをとり得るように構成されている。
【００４０】
前記付勢部材４４８は、前記ロック用弁本体４４７を解除位置へ向けて付勢するように構成されている。
斯かる構成の該ロック用電磁弁４４６は、電圧供給時には前記ロック用弁本体４４７が前記付勢部材４４８の付勢力に抗してロック位置に位置し、且つ、電圧遮断時には前記ロック用弁本体４４７が前記付勢部材４４８の付勢力によって解除位置に位置するようになっている。
【００４１】
なお、前記ロック用弁本体４４７は、解除位置に位置する際には、前記第１及び第２分岐ライン４４２ａ，４４２ｂを前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂに流体接続するように構成されており、これにより、前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂが前記リリーフ弁４３５によって設定される油圧に保持されるようになっている。
従って、前記ロック用弁本体４４７が解除位置からロック位置へ移行されて前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂがそれぞれ独立して閉塞されると、該第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂの油圧によって前記油圧モータ本体７１が回転不能状態に保持される。
【００４２】
本実施の形態においては、前述の通り、前記油圧ロック用ライン４４０が一対の前記第１及び第２分岐ライン４４２ａ，４４２ｂを有するように構成したが、該第１及び第２分岐ライン４４２ａ，４４２ｂを削除することも可能である。
斯かる変形態様においては、前記ロック用メインライン４４１に前記チェック弁４４３が介挿される。
そして、前記ロック用弁本体４４７は、ロック位置に位置する際には前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂをそれぞれ独立して閉塞すると共に前記ロック用メインライン４４１の下流端部を閉塞し、且つ、解除位置に位置する際には前記ロック用メインライン４４１の下流端部を前記第１及び第２モータライン４４５ａ，４４５ｂの双方に流体接続するように構成される。
【００４３】
前記油圧ブレーキ用ライン４５０は、一端部が前記吐出ライン４２０に流体接続されたブレーキ用上流側ライン４５１と、一端部が前記ブレーキピストン８３を押動させる為のチャンバーに流体接続されたブレーキ用下流側ライン４５２と、前記ブレーキ用上流側ライン４５１及び前記ブレーキ用下流側ライン４５２の間に介挿されたブレーキ用電磁弁４５３とを備えている。
【００４４】
前記ブレーキ用電磁弁４５３は、ブレーキ用弁本体４５４と、該弁本体４５４を付勢する付勢部材４５５とを有している。
前記ブレーキ用弁本体４５４は、前記ブレーキ用上流側ライン４５１を前記ブレーキ用下流側ライン４５２に流体接続させるブレーキ位置（図２中のＯＮ）と、前記ブレーキ用上流側ライン４５１を閉塞し且つ前記ブレーキ用下流側ライン４５２をドレンする解除位置（図２中のＯＦＦ）とをとり得るように構成されている。
【００４５】
前記付勢部材４５５は、前記ブレーキ弁本体４５４を解除位置へ向けて付勢するように構成されている。
斯かる構成の該ブレーキ用電磁弁４５３は、電圧供給時には前記ブレーキ用弁本体４５４が前記付勢部材４５５の付勢力に抗してブレーキ位置に位置し、且つ、電圧遮断時には前記ブレーキ用弁本体４５４が前記付勢部材４５５の付勢力によって解除位置に位置するようになっている。
【００４６】
好ましくは、前記風力発電装置１は、前記構成に加えて、前記増速ギヤ機構２３に潤滑油を供給する潤滑用ライン４６０を備えることができる。
本実施の形態においては、図２に示すように、該潤滑用ライン４６０は、前記リリーフ弁４３５が介挿された状態で、一端部が前記吐出ライン４２０に流体接続され且つ他端部が前記増速ギヤ機構２３へ向けて開口するように前記ギヤボックス２２に流体接続されており、前記リリーフ弁４３５のドレン油を潤滑油として前記増速ギヤ機構２３へ供給するようになっている。
【００４７】
好ましくは、前記風力発電装置１は、前記構成に加えて、前記吐出ライン４２０及び前記ブレーキ用上流側ライン４５１の接続点Ｔよりも前記油圧ポンプ機構６０の吐出口に近い側において前記吐出ライン４２０に介挿された圧力保持用電磁弁４７０と、前記接続点Ｔを挟んで前記圧力保持用電磁弁４７０とは反対側において前記吐出ライン４２０及び前記ブレーキ用上流側ライン４５１に流体接続されたアキュームレータ４８０とを備えることができる。
【００４８】
前記アキュームレータ４８０は、図２に示すように、ケーシング４８１と、前記吐出ライン４２０の油圧を受ける第１受圧板４８２であって、前記ケーシング４８１の内部空間内に第１受圧室４８１ａを画した状態で軸線方向移動可能に収容された第１受圧板４８２と、前記吐出ライン４２０の油圧を受けて押動される前記第１受圧板４８２によって自己の保有弾性が大きくなるように前記ケーシング４８１に収容されたスプリング部材４８３とを有している。
【００４９】
前記圧力保持用電磁弁４７０は、圧力保持用弁本体４７１と、付勢部材４７２とを有している。
前記圧力保持用弁本体４７１は、前記吐出ライン４２０を連通させる連通位置（図２中のＯＮ）と、前記吐出ライン４２０を遮断させる遮断位置（図２中のＯＦＦ）とをとり得るように構成されている。
前記付勢部材４７２は、前記圧力保持用弁本体４７１を遮断位置へ向けて付勢するように構成されている。
【００５０】
斯かる構成の該圧力保持用電磁弁４７０は、電圧供給時には前記圧力保持用弁本体４７１が前記付勢部材４７２の付勢力に抗して連通位置に位置し、且つ、電圧遮断時には前記圧力保持用弁本体４７１が前記付勢部材４７２の付勢力によって遮断位置に位置するようになっている。
【００５１】
より好ましくは、図２に示すように、前記風力発電装置１に、圧縮空気を選択的に供給可能なコンプレッサ４９５と、一端部が前記コンプレッサ４９５に流体接続されたエアライン４９０とを備えることができる。
斯かる好ましい構成においては、前記アキュームレータ４８０には、前記構成に加えて、前記エアライン４９０の空気圧を受ける第２受圧板４８４が備えられる。
該第２受圧板４８４は、前記ケーシング４８１の内部空間内において前記スプリング部材４８３を挟んで前記第１受圧室４８１ａとは反対側に第２受圧室４８１ｂを画した状態で、該ケーシング４８１に軸線方向移動可能に収容される。
なお、図示の形態においては、前記エアライン４９０を選択的に連通又は遮断させる電磁弁４９１が介挿されている。
【００５２】
次に、斯かる構成の風力発電装置１の制御について説明する。
図２に示すように、前記風力発電装置１は、前記構成に加えて、ＲＯＭ又はＲＡＭ等の記憶部及びＣＰＵ等の制御部を含む制御装置１５０と、風向きを検出する風向計１６０と、風速を検出する風速計１７０と、前記タワー１０に対する前記ナセル２０の旋回軸線Ｃ回り位置を検出する位置検出センサー１８０とを備えている。
【００５３】
まず、風速が発電に適している発電可能状態である場合について説明する。
前記制御装置１５０は、前記風速計１７０からの検出信号に基づき風速が発電に適した範囲内であると判断した場合には、前記風車３０を旋回軸線Ｃよりも風上側において風向きに正対させるアップウインド位置（図１(a)参照）に前記ナセル２０が位置するように、前記風向計１６０からの検出信号及び前記位置検出センサ１８０からの検出信号に基づき、前記電動モータ５０を駆動制御する。
前記電動モータ５０の作動中においては、当然ながら、前記制御装置１５０は、前記ロック用弁本体４４７が解除位置に位置するように、前記ロック用電磁弁４４６を制御する。
【００５４】
そして、前記ナセル２０がアップウインド位置に位置すると、前記制御装置１５０は、前記電動モータ５０の駆動を停止し、前記ロック用弁本体４４７を解除位置からロック位置へ移動させる。
これにより、前記油圧モータ機構７０における前記油圧モータ本体７１は回転不能状態となり、前記ナセル２０はアップウインド位置に保持される。
【００５５】
前記ナセル２０がアップウインド位置に位置する状態においては、前記風車３０は風力によって回転し続け、斯かる風車３０の回転は前記増速ギヤ機構２３を介して前記発電機４０に入力され、該発電機４０が発電を行う。
当然ながら、この状態においては、前記制御装置１５０は、前記ブレーキ用弁本体４５４が解除位置に位置するように、前記ブレーキ用電磁弁４５３を制御している。
【００５６】
前記風車３０の回転は、前述の通り、前記油圧ポンプ機構６０にも入力されている。
この発電可能状態においては、前記制御装置１５０は、前記圧力保持用弁本体４７１が連通位置に位置するように、前記圧力保持用電磁弁４７０を制御している。従って、前記スプリング部材４８３は前記第１受圧板４８２によって圧縮され、保有弾性が大の状態に保持されている。
【００５７】
この発電可能状態において、前記風車３０の回転速度が上昇し過ぎた場合やメンテナンスを行う場合には、前記制御装置１５０は、前記圧力保持用弁本体４７１を連通位置に位置させたまま、前記ブレーキ用弁本体４５４をブレーキ位置に位置させる。
なお、前記風車３０の回転速度が上昇し過ぎた場合における前記油圧ブレーキ機構８０の作動制御は、例えば、風車３０の回転速度を検出する速度センサ（図示せず）からの信号に基づき行うことができ、メンテナンス時における前記油圧ブレーキ機構８０の作動制御は、例えば、人為操作信号の入力に基づき行われる。
【００５８】
次に、風速が第２閾値を超えた強風状態の場合について説明する。
前記制御装置１５０は、前記風速計１７０からの検出信号に基づき風速が第２閾値を超えた強風状態である判断した場合には、前記風車３０を風向きに対して略９０度横向きとさせるファーリング位置（下記図４(b)参照）に前記ナセル２０が位置するように、前記風向計１６０からの検出信号及び前記位置検出センサ１８０からの検出信号に基づき、前記電動モータ５０を駆動制御する。
前記電動モータ５０の駆動中においては、当然ながら、前記制御装置１５０は、前記ロック用弁本体４４７が解除位置に位置するように、前記ロック用電磁弁４４６を制御する。
【００５９】
そして、前記ナセル２０がファーリング位置に位置すると、前記制御装置１５０は、前記電動モータ５０の駆動を停止し、前記ロック用弁本体４４７を解除位置からロック位置へ移動させる。
これにより、前記油圧モータ機構７０における前記油圧モータ本体７１は回転不能状態となり、前記ナセル２０はファーリング位置に保持される。
【００６０】
さらに、本実施の形態に係る風力発電装置１は、強風状態においては、前記油圧ブレーキ機構８０を作動させて、前記風車３０の回転を防止させ得るようになっている。
詳しくは、前記制御装置１５０は、強風状態であると判断した場合には、前記ナセル２０のファーリング位置への位置制御に加えて、前記ブレーキ用弁本体４５４がブレーキ位置に位置するように前記ブレーキ用電磁弁４５３を制御するようになっている。
【００６１】
この強風状態においては、前述の通り、前記ナセル２０はファーリング位置に位置されており、従って、前記風車３０の回転は停止又は減速され、前記油圧ポンプ機構６０は十分には圧油を排出しなくなる。
斯かる点を考慮して、本実施の形態においては、この強風状態において前記油圧ブレーキ機構８０を作動させる際には、前記制御装置１５０は、前記圧力保持用弁本体４７１が遮断位置に位置するように前記圧力保持用電磁弁４７０を制御するようになっている。
【００６２】
即ち、前述の通り、前記ナセル２０がアップウインド位置に位置する際には、前記アキュームレータ４８０は前記スプリング部材４８３が圧縮状態とされることで、自己の保有弾性が大とされている。
従って、前記ナセル２０をアップウインド位置からファーリング位置へ移動させる間、及び、ファーリング位置に保持させる間には、前記圧力保持用弁本体４７１を遮断位置に位置させることで、前記アキュームレータ４８０に蓄圧された圧力を利用して、前記ブレーキ用ライン４５０に前記油圧ブレーキ機構８０を作動させるに十分な圧力を得ることができる。
【００６３】
なお、前記油圧ポンプ機構６０からの圧油の補給無しで、前記アキュームレータ４８０に蓄圧された圧力を利用して前記油圧ブレーキ機構８０を作動させ続けると、該油圧ブレーキ機構８０からの作動油の漏出等によって前記ブレーキ用ライン４５０の油圧が低下し始める。
しかしながら、前記ナセル２０をファーリング位置に位置させる強風状態は、図３に示すように、発生確率が低く、通常、２０分〜３０分程度である。従って、前記アキュームレータ４８０による蓄圧で十分に対応することができる。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、前述の通り、前記エアライン４９０によって前記アキュームレータ４８０の蓄圧力を増加させ得るように構成されている。
従って、強風状態においては、好ましくは、該エアライン４９０を介して前記コンプレッサ４９５から前記アキュームレータ４８０の第２受圧室４８１ｂに空気圧を供給することにより、前記ブレーキ用ライン４５０の油圧低下を有効に遅延させることができる。
【００６５】
次に、風速が前記第２閾値よりも速い第１閾値を超えた暴風状態の場合について説明する。
前記制御装置１５０は、前記風速計１７０からの検出信号に基づき風速が第１閾値を超えた暴風状態である判断した場合には、前記ロック用弁本体４４７が解除位置に位置するように前記ロック用電磁弁４４６を制御すると共に、前記電動モータ５０への電圧供給を遮断する。
斯かる制御により、前記ナセル２０は、前記タワー１０に対して旋回軸線Ｃ回り相対回転自在な状態とされ、風力によって旋回軸線Ｃ回りにダウンウインド位置まで自動的に旋回される。
好ましくは、前記電動モータ５０は、非作動状態においては、前記ナセル２０の旋回軸線Ｃ回りの旋回に対して実質的に回転抵抗を付与しないものとされる。斯かる電動モータ５０としては、例えば、減速歯車機構を組み合わせた構成で市販されているギヤードモータが例示される。
【００６６】
本実施の形態に係る風力発電装置１においては、前記ナセル２０がダウンウインド位置に位置すると、前記ブレード３２における下記ブレード本体３２１が風向きに対して略平行なフェザリング姿勢をとるように構成されている。
【００６７】
ここで、前記風車３０の前記ブレード３２の構成について、図４及び図５を参照しつつ説明する。
図４は前記風車３０の部分平面図であり、図４(a)〜(c)は、それぞれ、前記ナセル２０がアップウインド位置，ファーリング位置及びダウンウインド位置に位置している状態を示している。
又、図５(a)及び(b)は、それぞれ、図４(a)におけるＶ(a)−Ｖ(a)線及び図４(c)におけるＶ(b)−Ｖ(b)線に沿った断面図である。
【００６８】
図４及び図５に示すように、前記ブレード３２は、前記原動軸３１に対して放射方向へ延びるように該原動軸３１に軸線回り回転自在に支持された支持軸３２０と、前記支持軸３２０に支持されたブレード本体３２１とを有している。
【００６９】
さらに、該ブレード３２は、前記支持軸３２０の軸線回りの回転に伴って該支持軸３２０の軸線回りに揺動するアーム部材３２５と、前記アーム部材３２５の前記支持軸３２０の軸線回りの揺動に伴って回転軸線Ｒと平行な方向に移動する従動部材３３０と、前記従動部材３３０を旋回軸線Ｃに近接する方向へ付勢する付勢部材３３５と、前記従動部材３３０の旋回軸線Ｃに近接する方向への移動端を画するように該従動部材３３０と当接するストッパー部材３４０とを備えている。
【００７０】
本実施の形態においては、図４及び図５に示すように、前記アーム部材３２５は、基端部が前記支持軸３２０に相対回転不能に支持され且つ先端部が前記支持軸３２０から径方向外方へ延在されている。
そして、該アーム部材３２５には、前記支持軸３２０の軸線位置から径方向に変位された位置に係合部材３２６が設けられている。
【００７１】
前記従動部材３３０は、下記ガイド部材によって回転軸線Ｒと平行な方向へのみ移動可能とされた状態で、前記係合部材３２６と係合されており、これにより、前記アーム部材３２５が前記支持軸３２０の軸線回りに回転すると、回転軸線Ｒと平行な方向へ移動するようになっている。
本実施の形態においては、前記従動部材３３０には、図５に示すように、前記支持軸３２０の軸線及び回転軸線Ｒの双方に対して直交する方向に延びる凹溝３３１が形成されており、該凹溝３３１に前記係合部材３２６が係入されるようになっている。
【００７２】
さらに、本実施の形態においては、前記原動軸３１の自由端部の端面に、回転軸線Ｒと平行な方向に延びるガイド杆３３３が固着されており、該ガイド杆３３３が前記ガイド部材として作用している。
即ち、前記従動部材３３０には、前記ガイド杆３３３が貫通される貫通孔が形成されている。そして、該ガイド杆３３３は、前記貫通孔に挿通された状態で、前記原動軸３１の自由端部の端面に固着されている。
【００７３】
本実施の形態においては、図４に示すように、前記付勢部材３３５は、コイルスプリングとされている。
詳しくは、前記ガイド杆３３３の自由端部には前記コイルスプリング３３５の一端部を係止可能なフランジ部３３４（図示の形態においては、前記ガイド杆を構成するボルト部材の頭部）が設けられている。そして、前記コイルスプリング３３５は、一端部が前記フランジ部３３４に係止され且つ他端部が前記従動部材３３０に係合された状態で、前記ガイド杆３３３に外挿支持されている。
【００７４】
前記ストッパー部材３４０は、回転軸線Ｒに対して平行な方向へのみ移動可能とされた前記従動部材３３０の旋回軸線Ｃに近接する方向への移動端を画する限り、種々の構成とされ得る。
本実施の形態においては、前記原動軸３１の自由端部の端面が前記ストッパー部材３４０として作用するようになっている。
【００７５】
斯かる構成の風車３０は以下のように作動する。
風速が発電可能状態の際には、前述の通り、前記ナセル２０はアップウインド位置に保持される。この際、前記従動部材３３０は、前記付勢部材３３５によって前記ストッパー部材３４０に当接する位置に保持され、これにより、前記ブレード本体３２１は風向きに対して正対する姿勢に保持される（図４(a)及び図５(a)参照）。
【００７６】
風速が強風状態になると、前述の通り、前記ナセル２０はファーリング位置に保持される。
この際、前記ブレード本体３２１は風向きに対して平行な向きになっており、大きな風力が該ブレード本体３２１に付加されないようになっている（図４(b)参照）。
なお、前記従動部材３３０は、前記付勢部材３３５によって前記ストッパー部材３４０に当接する位置に保持されている。つまり、前記ブレード本体３２１の前記ナセル２０に対する相対姿勢は、発電可能状態の際と同一であるが、前記ナセル２０がファーリング位置に保持されることによって前記ブレード本体３２１の向きは風向きに対して平行になる。
【００７７】
風速が暴風状態になると、前述の通り、前記ナセル２０は前記タワー１０に対して旋回軸線Ｃ回りにフリーな状態になり、風力によってダウンウインド位置に位置される。
この状態になると、前記ブレード本体３２１は風力を受け止める姿勢になる（図４(c)の二点鎖線参照）。
つまり、前記ナセル２０がダウンウインド位置に位置すると、前記ブレード本体３２１は、風向きに対して下流側を向いた状態で正対する（図４(c)の二点鎖線）。この状態においては、前記ブレード本体３２１は風力を受け、この風力によって該ブレード本体３２１は前記支持軸３２０は軸線回り一方側（図４(c)の矢印Ｘ方向）へ回転して、風向きに対して略平行なフェザリング姿勢とされる（図４(c)の実線及び図５(b)参照）。この際、前記アーム部材３２５は、前記付勢部材３３５の付勢力に抗して前記従動部材３３０を旋回軸線Ｃから離間する方向へ移動させつつ、前記支持軸３２０の軸線回り一方側（図４(c)の矢印Ｘ方向）へ揺動する。
【００７８】
なお、風速が暴風状態から強風状態又は発電可能状態へ移行すると、前記ナセル２０はファーリング位置又はアップウインド位置へ戻される。この際、前記ブレード本体３２１は、前記付勢部材３３５の付勢力によって、初期姿勢（即ち、回転軸線Ｒに対して直交する姿勢）に戻される。
従って、風速が暴風状態から発電可能状態へ変化して、前記ナセル２０がダウンウインド位置からアップウインド位置へ戻されると、前記ブレード本体３２１は自動的に風向きに正対する正対姿勢をとるようになっている。
【００７９】
斯かる構成の風力発電装置１においては、前記種々の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
即ち、風速が第１閾値を超えた暴風状態時には、前記アクチュエータ（本実施の形態においては、前記電動モータ５０）及び前記油圧ロック機構６０が共に非作動状態とされることで、前記ナセル２０が前記タワー１０に対して旋回軸線Ｃ回り旋回自在な状態となるように構成されており、該ナセル２０は風力によって自動的にダウンウインド位置に位置するようになっている。
つまり、本実施の形態においては、前記アクチュエータ及び前記油圧ロック機構６０が暴風に抗して前記ナセル２０の位置保持を行う必要がなく、該アクチュエータ及び該油圧ロック機構２０の小型化を図ることができる。
【００８０】
又、前記アクチュエータ及び前記油圧ロック機構６０が非作動とされることで、前記ナセル２０が旋回軸線Ｃ回り相対回転自在に状態になるように構成されている為、暴風時に停電が生じたとしても、前記ナセル２０は風向きに応じて自動的にダウンウインド位置に位置する。従って、停電時用のナセル位置制御構造を別途備える必要もない。
【００８１】
さらに、本実施の形態においては、前述の通り、前記ナセル２０がダウンウインド位置に位置すると、前記ブレード本体３２１が自動的にフェザリング姿勢をとるように構成されている。
従って、暴風時における前記ブレード本体３２１への負荷を可及的に低減させることができ、暴風による風車３０の損傷等を有効に防止することができる。
【００８２】
又、本実施の形態においては、暴風時に前記ナセル２０がダウンウインド位置に位置し且つ前記ブレード本体３２１がフェザリング姿勢とされている状態から、前記ナセル２０がアップウインド位置に位置されると、前記ブレード本体３２１は自動的に風向きに対して正対する姿勢に復帰する。
従って、風速が暴風状態から発電可能状態に変化した際に、発電作業を可及的迅速に開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る風力発電装置の概略側面図であり、図１(a)及び(b)は、それぞれ、ナセルがアップウインド位置及びダウンウインド位置に位置する状態を示している。
【図２】図２は、図１に示す風力発電装置の油圧回路図である。
【図３】図３は、種々の風速の発生確率を示すグラフである。
【図４】図４は、図１に示す風力発電装置における風車の部分平面図であり、図４(a)〜(c)は、それぞれ、ナセルがアップウインド位置，ファーリング位置及びダウンウインド位置に位置している状態を示している。
【図５】図５(a)及び(b)は、それぞれ、図４(a)におけるＶ(a)−Ｖ(a)線及び図４(c)におけるＶ(b)−Ｖ(b)線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１                風力発電装置
１０              タワー
１１              タワー本体
１２              天板
２０              ナセル
２１              ベース部材
２２              ギヤボックス
２３              増速ギヤ機構
３０              風車
３１              原動軸
３２              ブレード
４０              発電機
５０              アクチュエータ（電動モータ）
５２              出力軸（電動モータ軸）
６０              油圧ポンプ機構
７０              油圧ロック機構（油圧モータ機構）
７１              油圧モータ本体
７２              油圧モータ軸
８０              油圧ブレーキ機構
１０５            固定歯
２１５            従動ギヤ
３２０            支持軸
３２１            ブレード本体
３２５            アーム部材
３３０            従動部材
３３５            付勢部材
３４０            ストッパー部材
４２０            吐出ライン
４４１            ロック用メインライン
４４５ａ          第１モータライン
４４５ｂ          第２モータライン
４４６            ロック用電磁弁
４４７            ロック用弁本体
４４８            ロック用電磁弁の付勢部材
４５１            ブレーキ用上流側ライン
４５２            ブレーキ用下流側ライン
４５３            ブレーキ用電磁弁
４７０            圧力保持用電磁弁
４８０            アキュームレータ
４８１            ケーシング
４８１ａ          第１受圧室
４８１ｂ          第２受圧室
４８２            第１受圧板
４８３            スプリング部材
４８４            第２受圧板
４９０            エアライン
４９５            コンプレッサ
５２１            駆動ギヤ
７２１            ロック歯
【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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