(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直姿勢の支柱と、この支柱の上端部に水平旋回自在に付設されたナセルと、ナセルに回転自在に付設されたロータと、ロータの中心部に配設されてロータの一部を構成するハブと、このハブに付設されてロータの一部を構成しほぼ鉛直の作動面内で回転する複数の翼と、支柱とナセル間に装備され且つ複数の翼が風上側へ向くようにナセルをヨー回動させるヨー回動駆動機構とを備えたアップウインド型風車において、
複数の翼を作動面内の通常姿勢と作動面よりも風下側へ傾動させた退避姿勢とに亙って切り換えできるように、複数の翼の基端側部分をハブに連結する傾動連結機構と、
前記傾動連結機構と協働して複数の翼を退避姿勢に切り換え可能な傾動駆動手段と、
前記ロータを回転停止させる為の回転停止手段と、
所定の指令信号に基づき、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させるように回転停止手段を作動させると共に、前記ロータの回動停止後に前記傾動駆動手段を作動させて複数の翼を退避姿勢へ傾動させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするアップウインド型風車。
【請求項２】
前記複数の翼を退避姿勢へ傾動させる際に、前記制御手段は、前記傾動駆動手段を複数の翼を退避姿勢に切り換え可能状態に切り換えて複数の翼に作用する風荷重と自重により複数の翼を退避姿勢へ傾動させることを特徴とする請求項１に記載のアップウインド型風車。
【請求項３】
前記複数の翼を退避姿勢に切り換えた状態では、複数の翼に作用する風荷重の合力中心が支柱の軸心よりも風下側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のアップウインド型風車。
【請求項４】
前記ナセルのヨー回動を制動するヨー回動制動手段を備え、
前記制御手段は、複数の翼を退避姿勢に切り換えたときには前記ヨー回動制動手段による制動を解除することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項５】
風速を検出する風速検出手段と、この風速検出手段で検出された風速が予め設定された風速以上になったことを判定する判定手段と、ロータの回転位相角を検出する回転位相検出手段とを備え、
前記所定の指令信号は、風速が予め設定された風速以上であることを示す判定手段から受ける信号と、前記回転位相検出手段で検出された回転位相信号とを含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項６】
前記制御手段は、ロータの回転を停止させる際に、前記回転位相検出手段から受けるロータの回転位相に基づいて、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置を検知することを特徴とする請求項５に記載のアップウインド型風車。
【請求項７】
前記各翼に装備されたピッチ角調整機構と、ロータを制動するロータ制動手段とを備え、前記回転停止手段は、複数の翼に対応する複数のピッチ角調整機構と、前記ロータ制動手段とを含むことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項８】
前記制御手段は、ロータの回転を停止させる際に、複数のピッチ角調整機構により複数の翼のピッチ角を調整して複数の翼の回転速度を低下させ、その後前記ロータ制動手段によりロータを制動して回転停止させることを特徴とする請求項７に記載のアップウインド型風車。
【請求項９】
前記傾動駆動手段は、複数の翼を通常姿勢と退避姿勢とに亙って駆動可能な１つの複動型の油圧シリンダと、この油圧シリンダの１対の油室を油圧供給装置に接続する第１，第２油路と、これら第１，第２油路を接続する接続油路に介装された電磁開閉弁であってソレノイドがＯＮのとき閉弁しまたソレノイドがＯＦＦのとき開弁する電磁開閉弁とを備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項１０】
複数の翼が風荷重と自重により退避姿勢に傾動する際に、前記電磁開閉弁を開弁させることを特徴とする請求項９に記載のアップウインド型風車。
【請求項１１】
前記接続油路よりも油圧シリンダ側において第１油路又は第２油路に介装された可変絞り弁を備え、複数の翼が風荷重と自重により退避姿勢に傾動する際に、前記可変絞り弁により油圧シリンダのピストンロッドの移動速度を制限することにより複数の翼の傾動速度を制限することを特徴とする請求項１０に記載のアップウインド型風車。
【請求項１２】
前記傾動駆動手段は、前記接続油路よりも油圧供給装置側において第１，第２油路の途中部に介装された３位置電磁方向切換弁を備えたことを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項１３】
前記傾動駆動手段は、複数の翼を通常姿勢と退避姿勢とに亙って夫々駆動可能な複数の複動型の油圧シリンダと、複数の翼に作用する風荷重と自重により、複数の翼が同期して退避姿勢に切換わるように複数の油圧シリンダを同期作動させる同期作動油圧回路とを備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項１４】
前記傾動駆動手段は、前記同期作動油圧回路に接続された１組の油圧ポンプと、前記同期作動油圧回路と油圧ポンプとの間に介装された３位置電磁方向切換弁を有することを特徴とする請求項１３に記載のアップウインド型風車。
【請求項１５】
前記ロータの回転駆動力で発電する発電機を備えたことを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のアップウインド型風車。
【請求項１６】
鉛直姿勢の支柱と、この支柱の上端部に水平旋回自在に付設されたナセルと、ナセルに回転自在に付設されたロータと、ロータの中心部に配設されてロータの一部を構成するハブと、このハブに付設されてロータの一部を構成しほぼ鉛直の作動面内で回転する複数の翼と、支柱とナセル間に装備され且つ複数の翼が風上側へ向くようにナセルをヨー回動させるヨー回動駆動機構とを備えたアップウインド型風車の退避運転方法において、
風速が予め設定された風速以上になったとき、所定の指令信号に基づき、複数の翼を支柱と干渉させずに前記作動面よりも風下側に傾動させた退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させる第１ステップと、
前記ロータの回動停止後に複数の翼を退避姿勢へ傾動させ、複数の翼に作用する風荷重の合力中心を支柱の軸心よりも風下側に位置させる第２ステップと、
を備えたことを特徴とするアップウインド型風車の退避運転方法。
【請求項１７】
前記第２ステップにおいて、複数の翼を退避姿勢に切り換えた状態で、ヨー回動駆動機構に設けたヨー回動制動手段を作動させてナセルのヨー回動を制動又は制動を解除することを特徴とする請求項１６に記載のアップウインド型風車の退避運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アップウインド型風車及びその退避運転方法において、特に強風時に複数の翼に作用する風荷重を低減し風車の耐風圧性能を向上させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水平軸風車は、鉛直姿勢の支柱と、この支柱の上端部に水平旋回自在に付設されたナセルと、ナセルに回転自在に付設されたロータと、ロータの中心部に配設されてロータの一部を構成するハブと、このハブに付設されてロータの一部を構成しほぼ鉛直の作動面内で回転する複数の翼とを備えており、この水平軸風車は、風車の発電運転時に複数の翼が風上側を向くアップウインド型風車と、風車の発電運転時に複数の翼が風下側を向くダウンウインド型風車に大別される。
【０００３】
台風などの強風時に風車に作用する風荷重は、風車の構造強度を決定する主要な要因であり、特に風車に作用する風荷重のうち翼に作用する風荷重の占める割合が大きい。
そのため、翼に作用する風荷重を低減することにより、風車の構造強度に対してコストをかけずに風車の耐風圧性能を向上させることが可能であり、このような翼に作用する風荷重を低減する為の種々の技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の水平軸風車においては、発電時は全ての翼をアップウインド姿勢に保持し、風速計によりカットアウト風速以上の風速が検出されたとき、全ての翼をフェザーに切り換えてロータを停止させてから、ナセルを７５°〜１１０°の範囲で回動させ全ての翼を反転フェザーに切り換えてから、ナセルを回動させて全ての翼が風下側を向くダウンウインド姿勢で待機させるアップウインド型風車が開示されている。
【０００５】
特許文献２に記載の連環式翼通過面積調整装置を備えた風車及びその運転方法においては、翼の傾斜角を調整する翼傾斜機構を設け、強風時に翼を風下側に傾動させて翼通過面積を縮小し、風車の発電運転を停止させることなく翼に作用する風荷重を低減するダウンウインド型風車が開示されている。
【０００６】
特許文献３に記載の翼通過面積調整装置を備えた風車及びその運転方法においては、翼の傾斜角を調整する翼傾斜機構を設け、風速計により検出される平均風速に応じて翼の傾斜角を変化させ、風車の発電運転を停止させることなく翼に作用する風荷重を低減しつつ風車の出力が大きくなるように翼通過面積を調整するダウンウインド型風車が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−６４０６２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８１６２号公報
【特許文献３】特開２００４−１０８１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、強風時にアップウインド姿勢からダウンウインド姿勢への姿勢変更を行うため、ナセルをヨー回動させる機構に電力を供給する必要がある。そのため、強風時に停電した場合にもナセルをヨー回動可能にする為に、バッテリなどの補助電源を備える必要がある。
【０００８】
また、強風時にアップウインド姿勢からダウンウインド姿勢への姿勢変更を行う際に、一旦ナセルを７５°〜１１０°の範囲で回動させて横風を受ける姿勢を経てからダウンウインド姿勢に切換えるため、横風に耐えられるように翼自体や翼とハブとの連結部の構造強度を向上させる必要がある。また、ロータの前端側を風下方向に向けるように、強風時にナセルをヨー回動駆動手段によりヨー回動させるように制御することは難しい。
【０００９】
特許文献２，３では、ダウンウインド型風車において、強風下における風車の発電運転時に翼に作用する風荷重を低減する為の技術が開示されているに過ぎない。アップウインド型風車において、強風下に翼を退避姿勢に切換える場合には、翼が支柱に衝突して破損してしまう虞があるため、アップウインド型風車において、強風下に発電を停止させ、翼をアップウインド姿勢を保持したまま、退避姿勢に切換える技術は未だ提案されていない。また、風荷重を利用してアップウインド姿勢を保持する技術も未だ提案されていない。  しかも、停電等が発生しても、風荷重と翼の自重を利用してフェールセーフ的に翼を退避姿勢に切換えるという技術も何ら提案されていない。また、翼を退避姿勢に切換える際の傾動速度を制限する技術も何ら提案されていない。
【００１０】
本発明の目的は、アップウインド型風車及びその退避運転方法において、強風時にアップウインド姿勢を保持したまま複数の翼を風下側へ傾動させた退避姿勢に切換えて風荷重を低減し風車の破損を防止すること、風荷重と翼の自重を利用して翼を傾動可能にすること、風荷重を利用してアップウインド姿勢を保持すること、翼を退避姿勢に傾動させる際の傾動速度を制限すること、等である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のアップウインド型風車は、鉛直姿勢の支柱と、この支柱の上端部に水平旋回自在に付設されたナセルと、ナセルに回転自在に付設されたロータと、ロータの中心部に配設されてロータの一部を構成するハブと、このハブに付設されてロータの一部を構成しほぼ鉛直の作動面内で回転する複数の翼と、支柱とナセル間に装備され且つ複数の翼が風上側へ向くようにナセルをヨー回動させるヨー回動駆動機構とを備えたアップウインド型風車において、複数の翼を作動面内の通常姿勢と作動面よりも風下側へ傾動させた退避姿勢とに亙って切り換えできるように、複数の翼の基端側部分をハブに連結する傾動連結機構と、前記傾動連結機構と協働して複数の翼を退避姿勢に切り換え可能な傾動駆動手段と、前記ロータを回転停止させる為の回転停止手段と、所定の指令信号に基づき、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させるように回転停止手段を作動させると共に、前記ロータの回動停止後に前記傾動駆動手段を作動させて複数の翼を退避姿勢へ傾動させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このアップウインド型風車では、強風時に所定の指令信号に基づいて、制御手段が回転停止手段を作動させて、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させた後、傾動駆動手段を作動させて複数の翼を退避姿勢へ傾動させる。このように、強風時に、所定の指令信号に基づき、発電運転を停止させ、複数の翼を退避姿勢に切り換えるため、複数の翼に作用する風荷重を低減することができ、風車の破損を防止することができる。
【００１３】
請求項２のアップウインド型風車は、請求項１の発明において、前記複数の翼を退避姿勢へ傾動させる際に、前記制御手段は、前記傾動駆動手段を複数の翼を退避姿勢に切り換え可能状態に切り換えて複数の翼に作用する風荷重と自重により複数の翼を退避姿勢へ傾動させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３のアップウインド型風車は、請求項１又は２の発明において、前記複数の翼を退避姿勢に切り換えた状態では、複数の翼に作用する風荷重の合力中心が支柱の軸心よりも風下側に位置することを特徴とする。
【００１５】
請求項４のアップウインド型風車は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記ナセルのヨー回動を制動するヨー回動制動手段を備え、前記制御手段は、複数の翼を退避姿勢に切り換えたときには前記ヨー回動制動手段による制動を解除することを特徴とする。
【００１６】
請求項５のアップウインド型風車は、請求項１〜４の何れかの発明において、風速を検出する風速検出手段と、この風速検出手段で検出された風速が予め設定された風速以上になったことを判定する判定手段と、ロータの回転位相角を検出する回転位相検出手段とを備え、前記所定の指令信号は、風速が予め設定された風速以上であることを示す判定手段から受ける信号と、前記回転位相検出手段で検出された回転位相信号とを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項６のアップウインド型風車は、請求項５の発明において、前記制御手段は、ロータの回転を停止させる際に、前記回転位相検出手段から受けるロータの回転位相に基づいて、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置を検知することを特徴とする。
【００１８】
請求項７のアップウインド型風車は、請求項１〜６の何れかの発明において、前記各翼に装備されたピッチ角調整機構と、ロータを制動するロータ制動手段とを備え、前記回転停止手段は、複数の翼に対応する複数のピッチ角調整機構と、前記ロータ制動手段とを含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項８のアップウインド型風車は、請求項７の発明において、前記制御手段は、ロータの回転を停止させる際に、複数のピッチ角調整機構により複数の翼のピッチ角を調整して複数の翼の回転速度を低下させ、その後前記ロータ制動手段によりロータを制動して回転停止させることを特徴とする。
【００２０】
請求項９のアップウインド型風車は、請求項１〜８の何れかの発明において、前記傾動駆動手段は、複数の翼を通常姿勢と退避姿勢とに亙って駆動可能な１つの複動型の油圧シリンダと、この油圧シリンダの１対の油室を油圧供給装置に接続する第１，第２油路と、これら第１，第２油路を接続する接続油路に介装された電磁開閉弁であってソレノイドがＯＮのとき閉弁しまたソレノイドがＯＦＦのとき開弁する電磁開閉弁とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項１０のアップウインド型風車は、請求項９の発明において、複数の翼が風荷重と自重により退避姿勢に傾動する際に、前記電磁開閉弁を開弁させることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１のアップウインド型風車は、請求項１０の発明において、前記接続油路よりも油圧シリンダ側において第１油路又は第２油路に介装された可変絞り弁を備え、複数の翼が風荷重と自重により退避姿勢に傾動する際に、前記可変絞り弁により油圧シリンダのピストンロッドの移動速度を制限することにより複数の翼の傾動速度を制限することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２のアップウインド型風車は、請求項９〜１１の何れかの発明において、前記傾動駆動手段は、前記接続油路よりも油圧供給装置側において第１，第２油路の途中部に介装された３位置電磁方向切換弁を備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１３のアップウインド型風車は、請求項１〜８の何れかの発明において、前記傾動駆動手段は、複数の翼を通常姿勢と退避姿勢とに亙って夫々駆動可能な複数の複動型の油圧シリンダと、複数の翼に作用する風荷重と自重により、複数の翼が同期して退避姿勢に切換わるように複数の油圧シリンダを同期作動させる同期作動油圧回路とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１４のアップウインド型風車は、請求項１３の発明において、前記傾動駆動手段は、前記同期作動油圧回路に接続された１組の油圧ポンプと、前記同期作動油圧回路と油圧ポンプとの間に介装された３位置電磁方向切換弁を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１５のアップウインド型風車は、請求項１〜１４の何れかの発明において、前記ロータの回転駆動力で発電する発電機を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１６のアップウインド型風車の退避運転方法は、鉛直姿勢の支柱と、この支柱の上端部に水平旋回自在に付設されたナセルと、ナセルに回転自在に付設されたロータと、ロータの中心部に配設されてロータの一部を構成するハブと、このハブに付設されてロータの一部を構成しほぼ鉛直の作動面内で回転する複数の翼と、支柱とナセル間に装備され且つ複数の翼が風上側へ向くようにナセルをヨー回動させるヨー回動駆動機構とを備えたアップウインド型風車の退避運転方法において、風速が予め設定された風速以上になったとき、所定の指令信号に基づき、複数の翼を支柱と干渉させずに前記作動面よりも風下側に傾動させた退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させる第１ステップと、前記ロータの回動停止後に複数の翼を退避姿勢へ傾動させ、複数の翼に作用する風荷重の合力中心を支柱の軸心よりも風下側に位置させる第２ステップとを備えたことを特徴とする。
【００２８】
このアップウインド型風車の退避運転方法では、先ず、風速が予め設定された風速以上になったとき、所定の指令信号に基づき、複数の翼を支柱と干渉させずに作動面よりも風下側に傾動させた退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させる。次に、ロータの回動停止後に複数の翼を退避姿勢へ傾動させ、複数の翼に作用する風荷重の合力中心を支柱の軸心よりも風下側に位置させる。
【００２９】
このように、強風時に退避姿勢に複数の翼を切り換えた状態で、風車の発電運転を安全に停止させることができるので、強風時に複数の翼に作用する風荷重を低減することができ、風車の破損を防止することができる。
【００３０】
請求項１７のアップウインド型風車の退避運転方法は、請求項１６の発明において、前記第２ステップにおいて、複数の翼を退避姿勢に切り換えた状態で、ヨー回動駆動機構に設けたヨー回動制動手段を作動させてナセルのヨー回動を制動又は制動を解除することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１の発明によれば、所定の指令信号に基づき、制御手段により複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させるように回転停止手段を作動させると共に、ロータの回動停止（発電運転の停止後）に傾動駆動手段を作動させて複数の翼を退避姿勢へ傾動させるので、複数の翼と支柱との干渉を防止しつつ、強風時に複数の翼を退避姿勢に切り換えることができる。
これにより、強風時に複数の翼に作用する風荷重を低減できるので、風車の耐風圧性能を向上させて、風車の破損を防止することができる。しかも、複数の翼に作用する風荷重を低減できるため、支柱と複数の翼の剛性、強度の面で有利であり、風車の製作費用を低減可能である。
【００３２】
請求項２の発明によれば、複数の翼を退避姿勢へ傾動させる際に、制御手段は、傾動駆動手段を複数の翼を退避姿勢に切り換え可能状態に切り換えて複数の翼に作用する風荷重と自重により複数の翼を退避姿勢へ傾動させるので、給電系統やバッテリなどの補助電源から電力の供給なしで複数の翼を確実に退避姿勢に切り換えることができる。
【００３３】
請求項３の発明によれば、複数の翼を退避姿勢に切り換えた状態では、複数の翼に作用する風荷重の合力中心が支柱の軸心よりも風下側に位置するので、強風時に複数の翼に作用する風荷重によりロータの前端側を風上方向に正対させる向きに確実にヨー回動させることができる。しかも、給電系統やバッテリなどの補助電源から電力の供給なしに、ナセルをヨー回動させることができる。
【００３４】
請求項４の発明によれば、ナセルのヨー回動を制動するヨー回動制動手段を備え、制御手段は、複数の翼を退避姿勢に切り換えたときにはヨー回動制動手段による制動を解除するので、複数の翼に作用する風荷重によりロータの前端側を風上方向に正対させる向きに円滑にヨー回動させることができる。
【００３５】
請求項５の発明によれば、風速検出手段と判定手段と回転位相検出手段とを備え、所定の指令信号は、風速が予め設定された風速以上であることを示す判定手段から受ける信号と、前記回転位相検出手段で検出された回転位相信号とを含むので、強風時にロータの回転を停止させて風車の発電運転を安全に停止させることができる。
【００３６】
請求項６の発明によれば、制御手段は、ロータの回転を停止させる際に、回転位相検出手段から受けるロータの回転位相に基づいて、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置を検知するので、強風時に、複数の翼を支柱と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させることができる。これにより、複数の翼を退避姿勢に切り換えるときに翼が破損するのを確実に防止することができる。
【００３７】
請求項７の発明によれば、各翼に装備されたピッチ角調整機構と、ロータを制動するロータ制動手段とを備え、回転停止手段は、複数の翼に対応する複数のピッチ角調整機構と、ロータ制動手段とを含むので、複数のピッチ角調整機構により複数の翼のピッチ角を調整することで、ロータの回転を減速してからロータの回転を確実に停止させることができる。
【００３８】
請求項８の発明によれば、制御手段は、ロータの回転を停止させる際に、複数のピッチ角調整機構により複数の翼のピッチ角を調整して複数の翼の回転速度を低下させ、その後ロータ制動手段によりロータを制動して回転停止させるので、強風時にロータの回転を速やかに停止させて、ロータを安全に停止させることができる。
【００３９】
請求項９の発明によれば、傾動駆動手段は、１つの複動型の油圧シリンダと、第１，第２油路と、ソレノイドがＯＮのとき閉弁しまたソレノイドがＯＦＦのとき開弁する電磁開閉弁とを備えたので、ソレノイドがＯＦＦのとき、油圧シリンダを作動させて複数の翼を退避姿勢に切り換えることができる。
【００４０】
請求項１０の発明によれば、複数の翼が風荷重と自重により退避姿勢に傾動する際に、電磁開閉弁を開弁させるので、強風時に停電し、ソレノイドがＯＦＦになった場合にも、電力の供給を受けることなく、電磁開閉弁を開弁させ、油圧シリンダを作動させて複数の翼を退避姿勢に切り換えることができる。
【００４１】
請求項１１の発明によれば、接続油路よりも油圧シリンダ側において第１油路又は第２油路に介装された可変絞り弁を備え、複数の翼が風荷重と自重により退避姿勢に傾動する際に、可変絞り弁により油圧シリンダのピストンロッドの移動速度を制限することにより複数の翼の傾動速度を制限するので、複数の翼を退避姿勢に切り換える際に低速で傾動させることができ、複数の翼が破損するのを防止することができる。
【００４２】
請求項１２の発明によれば、傾動駆動手段は、接続油路よりも油圧供給装置側において第１，第２油路の途中部に介装された３位置電磁方向切換弁を備えたので、油圧シリンダに対する油圧供給制御を簡単な構成で実現することができる。
【００４３】
請求項１３の発明によれば、傾動駆動手段は、複数の翼を通常姿勢と退避姿勢とに亙って夫々駆動可能な複数の複動型の油圧シリンダと、複数の翼に作用する風荷重と自重により、複数の翼が同期して退避姿勢に切換わるように複数の油圧シリンダを同期作動させる同期作動油圧回路とを備えたので、強風時に停電した場合にも、複数の油圧シリンダを作動させて複数の翼を退避姿勢に切り換えることができる。
【００４４】
請求項１４の発明によれば、傾動駆動手段は、同期作動油圧回路に接続された１組の油圧ポンプと、同期作動油圧回路と油圧ポンプとの間に介装された３位置電磁方向切換弁を有するので、複数の油圧シリンダに対する油圧供給制御を簡単な構成で実現することができる。
【００４５】
請求項１５の発明によれば、ロータの回転駆動力で発電する発電機を備えたので、通常の風速の時には、ロータの回転駆動により発電機を回転駆動し、発電することができる。
【００４６】
請求項１６の発明によれば、第１ステップにおいて、風速が予め設定された風速以上になったとき、所定の指令信号に基づき、複数の翼を支柱と干渉させずに作動面よりも風下側に傾動させた退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータを停止させ、第２ステップにおいて、ロータの回動停止後に複数の翼を退避姿勢へ傾動させ、複数の翼に作用する風荷重の合力中心を支柱の軸心よりも風下側に位置させるので、風車の発電運転を停止させ、強風時に複数の翼を退避姿勢に切り換えることができる。
基本的に請求項１と同様の効果が得られる。
【００４７】
しかも、複数の翼に作用する風荷重の合力中心を支柱の軸心よりも風下側に位置させるので、電力を用いることなく、強風時に複数の翼に作用する風荷重によりロータの前端側を風上方向に正対させる向きに確実にヨー回動させることができる。
【００４８】
請求項１７の発明によれば、第２ステップにおいて、複数の翼を退避姿勢に切り換えた状態で、ヨー回動駆動機構に設けたヨー回動制動手段を作動させてナセルのヨー回動を制動又は制動を解除するので、請求項４とほぼ同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００５０】
以下、本発明の実施例１について図面に基づいて説明する。
図１、図２、図５に示すように、アップウインド型風車１は、鉛直姿勢の支柱２と、支柱２の上端部に水平旋回自在に付設された箱状のナセル３と、ナセル３に回転自在に付設されたロータ４と、ロータ４の中心部に配設されてロータ４の一部を構成するハブ５と、ハブ５に付設されてロータ４の一部を構成しほぼ鉛直の作動面内で回転する３つの翼６と、支柱２とナセル３との間に装備されたヨー回動駆動機構１９（図６参照）と、３つの翼６を通常姿勢と退避姿勢とに亙って切り換えできるように３つの翼６の基端側部分をハブ５に連結する傾動連結機構１５と、傾動連結機構１５と協働して３つの翼６を退避姿勢に切り換える傾動駆動手段４０と、ロータ４を回転停止させる為の回転停止手段１８と、風速を検出する風速検出手段としての風速計６０と、ロータ４の回転位相角を検出する回転位相検出用電磁ピックアップ３３（回転位相検出手段）と、ロータ４の回転駆動力で発電する発電機３７と、アップウインド型風車１の全体の制御を司る制御手段としての制御ユニット６２（図８参照）等を備えている。
【００５１】
図３、図５に示すように、ロータ４は、主軸３０と、ハブ５と、３つの翼６とを有する。ロータ４の外周部には、枢支ピン１０を介して翼６の基端部材９が回動可能に支持される３組の枢支ブラケット１４が放射状に設けられている。
３つの翼６が回転する作動面は、ナセル３の軸心３ａと概直交しており、このナセル３の軸心３ａは風上側が上向くように水平方向に対して角度β（例えば、β＝４°）だけ傾いているため、３つの翼６が回転する作動面は鉛直面に対して前記角度βだけ図３に図示のように傾斜している。
【００５２】
図３、図４に示すように、各翼６の基端側には、各翼６に対応するピッチ角調整機構７を介して翼の基端部材９が連結されている。ピッチ角調整機構７は、制御ユニット６２からの指令信号に基づいてピッチ調整用モータ８が駆動されて各翼６がその軸心を中心として回動することにより、各翼６のピッチ角を調整できるように構成されている。
【００５３】
支柱２とナセル３の間には、３つの翼６が風上側へ向くようにナセル３をヨー回動させるヨー回動駆動機構１９が設けられている。図６に示すように、ヨー回動駆動機構１９は、ヨー回動駆動モータ２１と、ピニオン２２と、ラジアルベアリング２３と、環状部材２３ｂと、ヨー回動制動装置２４（ヨー回動制動手段）とを有する。
【００５４】
ヨー回動駆動モータ２１はナセル３の内部の底壁部に固定され、ヨー回動駆動モータ２１の出力軸２１ａにはピニオン２２が取付けられている。ラジアルベアリング２３は環状に形成され、このラジアルベアリング２３の内周部には、ラジアルベアリング２３のインナレース２３ａが設けられている。環状部材２３ｂは、ラジアルベアリング２３の外周側に設けられ、この環状部材２３ｂは、ラジアルベアリング２３のアウタレースと一体となっている。環状部材２３ｂの外周部には、ピニオン２２と噛合する歯車が形成されている。
【００５５】
ヨー回動駆動モータ２１が駆動すると、ヨー回動駆動モータ２１の駆動力がピニオン２２に伝達され、支柱２に対してナセル３が回動する。ヨー回動駆動モータ２１は、制御ユニット６２からの指令信号に基づいて駆動され、風向計６１で検出された風向に基づいてロータ４の前端側を風上方向（図２において矢印で示す方向）に正対させる向きとなるように、ナセル３をヨー回動させる。
【００５６】
ヨー回動制動装置２４は、環状のブレーキ板２５と、アクチュエータが内蔵された複数の円弧状のブレーキ部材２６とを有する。ブレーキ部材２６は縦断面コ字状に形成され、ブレーキ部材２６の上壁部と下壁部の内面に上下１対のブレーキパッド２６ａが夫々設けられている。アクチュエータの駆動によりブレーキ部材２６の下壁部が上昇し、上下のブレーキブレーキパッド２６ａでブレーキ板２５を挟み込むことで制動力を発生する。ラジアルベアリング２３のインナレース２３ａがナセル３の下端部にボルト２７で固定され、環状部材２３ｂとブレーキ板２５が支柱２の上端部にボルト２８で固定されている。
【００５７】
ヨー回動制動装置２４は、ヨー回動駆動モータ２１の駆動によりナセル３が回動している間を除いて、ナセル３のヨー回動を制動するように、制御ユニット６２によって制御されている。さらに、強風時に３つの翼６が、図２に鎖線で図示の退避姿勢に切り換えられたとき、制御ユニット６２は、ナセル３のヨー回動を許すようにヨー回動制動装置２４による制動を解除する。
【００５８】
図５に示すように、ナセル３の内部には、主軸３０と、ギヤボックス３９と、発電機３７等が配設されている。主軸３０は、２つのベアリング３４を介して回転可能に支持されている。主軸３０の前端部には鍔部３０ａが形成され、この鍔部３０ａにはロータ４が連結されており、主軸３０と共にロータ４が回転するように構成されている。また、主軸３０の前部には、傾動駆動手段４０の一部を構成する油圧シリンダ４１が取付けられている。
【００５９】
主軸３０の後端はギヤボックス３９の入力軸となっている。ギヤボックス３９の出力軸３９ａには、ギヤボックス３９を介してロータ４を制動するロータ制動装置３２（ロータ制動手段）が設けられ、このロータ制動装置３２は、制御ユニット６２からの指令信号に基づいて電磁制御力を発生し、この電磁制御力により主軸３０の回転を停止させる。
ロータ制動装置３２の後方には、カップリング３６を介して発電機３７の入力軸３８が連結されている。尚、回転停止手段１８は、各翼６に装備されたピッチ角調整機構７と、ロータ４を制動するロータ制動装置３２などで構成されている。ナセル３の後端部の上面には、風速計６０と風向計６１が設けられている。
【００６０】
ギヤボックス３９の後端には、油圧シリンダ４１への油路を接続するロータリジョイント３５が設けられ、油圧シリンダ４１はロータリジョイント３５を介して油圧供給装置５２（図７参照）に接続されている。また、ロータリジョイント３５の後端にはギヤ歯のような凹凸を有する環状被検出部が形成され、この環状被検出部に後方から臨む位置には、ロータ４の回転位相角を検出する回転位相検出用電磁ピックアップ３３が設けられている。
【００６１】
次に、傾動連結機構１５について説明する。
図５に示すように、傾動連結機構１５は、油圧シリンダ４１のピストンロッド４２の先端部に設けられた係合部材１３と、３つの翼６の基端部材９の基端部に夫々設けた３つのローラ１１と、３組の枢支ブラケット１４と、これら枢支ブラケット１４に基端部材９を夫々枢支する３つの枢支ピン１０などを有する。係合部材１３に形成された環状溝には、各翼の基端部材９の基端部にピン１２により回転自在に支持されたローラ１１が夫々係合されている。
【００６２】
翼６は、ピストンロッド４２と係合部材１３の前方移動に伴って、基端部材９のローラ１１が前方移動するため、枢支ピン１０を中心に図５に実線で示す作動面内に位置する通常姿勢から図５の２点鎖線で示すように作動面よりも風下側へ傾動させた退避姿勢へ、角度αの範囲内で傾動可能に構成されている。図２の２点鎖線で示すように、３つの翼６を退避姿勢に切り換えた状態では、３つの翼６に作用する風荷重の合力中心Ｇが支柱２の軸心よりも風下側に位置するようになっている。それ故、ロータ４の前端が風上方向に正対するアップウインド姿勢を自動的に保持する。
【００６３】
次に傾動駆動手段４０について説明する。
図５、図７に示すように、傾動駆動手段４０は、３つの翼６を通常姿勢と退避姿勢とに亙って駆動可能な１つの複動型の油圧シリンダ４１と、この油圧シリンダ４１の１対の油室４３，４４を油圧供給装置５２に接続する油路４５，４６と、これら油路４５，４６を接続する接続油路４８に介装された電磁開閉弁４９と、接続油路４８よりも油圧シリンダ４１側において油路４６に介装された可変絞り弁４７と、接続油路４８よりも油圧供給装置５２側において油路４５，４６の途中部に介装された３位置電磁方向切換弁５１とを有する。通常の発電状態のとき電磁開閉弁４９は閉弁位置、電磁方向切換弁５１は遮断位置（閉弁位置）に保持される。
【００６４】
油路４６には、アキュムレータ５５が接続されている。このアキュムレータ５５は、油室４３，４４の容積差を補償する為の小容量のものである。電磁開閉弁４９は、制御ユニット６２からの指令信号に基づいて、ソレノイド４９ａがＯＮのとき閉弁し、ソレノイド４９ａがＯＦＦのときスプリング４９ｂの付勢力で開弁するように構成されている。電磁方向切換弁５１は、ソレノイド５１ａ，５１ｂがＯＦＦのとき遮断位置になり、ソレノイド５１ａがＯＮでソレノイド５１ｂがＯＦＦのとき図示のように油室４３へ油圧を供給し且つ油室４４の油圧を排出する位置になり、ソレノイド５１ａがＯＦＦでソレノイド５１ｂがＯＮのとき油室４４へ油圧を供給し且つ油室４３の油圧を排出する位置になる。
【００６５】
予め設定された風速以上の強風時に３つの翼６が風荷重と翼６の自重により退避姿勢に傾動する際、電磁方向切換弁５１は遮断位置に切り換えられ、ソレノイド４９ａがＯＦＦに切り換えられて電磁開閉弁４９が開弁状態に切り換えられるため、接続油路４８を通って油室４４から油室４３へ油が流れることになる。可変絞り弁４７は、油路４６を流れる油量を制限することで、油圧シリンダ４１のピストンロッド４２の進出移動速度を制限し、３つの翼６が低速で傾動するように油圧シリンダ４１の動作を制限する。
【００６６】
油圧供給装置５２は油圧ポンプ５３とポンプ駆動モータ５４を有し、電磁方向切換弁５１は、制御ユニット６２からの指令信号に基づいて、図示のように、油圧シリンダ４１のピストンロッド４２を進出させる位置と、ピストンロッド４２を退入させる位置と、油路４５，４６をブロックする遮断位置の３位置に切換え可能である。
【００６７】
次に、アップウインド型風車１の制御系について説明する。
図８に示すように、制御ユニット６２は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを含むマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにデータバスなどを介して接続された入出力インターフェースＩ／Ｏ等を有する。その入力インターフェースには、風速計６０、風向計６１、回転位相検出用電磁ピックアップ３３等が電気的に接続されている。入出力インターフェースＩ／Ｏの出力インターフェースは、ヨー回動駆動モータ２１、ヨー回動制動装置２４、３つのピッチ調整用モータ８、ロータ制動装置３２、油圧ポンプ用モータ５４、電磁方向切換弁５１、電磁開閉弁４９、発電機３７及びその関連機器等を夫々駆動するための複数の駆動回路が設けられている。
【００６８】
次に、翼６を退避姿勢にしたとき、翼６の自重により発生するモーメントについて図９に基づいて説明する。上向きの翼６を翼６ａ、下向きの翼６を翼６ｂ，６ｃとし、翼６の質量をｍ、重力加速度をｇ、枢支ピン１０から翼６の重心までの距離をＲ、翼６の傾斜角をα、自重により翼６ａ，６ｂ，６ｃに作用するモーメントをＭａ，Ｍｂ，Ｍｃとする。
【００６９】
先ず、ナセル３の軸心の傾斜角βが「０」のときを考えると、
Ｍａ＝Ｒ・ｍｇ・sin αであり、翼６ａを閉じようとするモーメントである。
Ｍｂ＝Ｍｃ＝−Ｒ・ｍｇ・sin α・sin ３０°＝−（１／２）・Ｍａであり、翼６ｂ，６ｃを開こうとするモーメントである。これらの関係から、機構的にあるいは油圧回路などにより、Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃをまとめる（連動させる）傾動駆動機構（傾動駆動手段）を構成すれば、傾斜角βが「０」のときには、翼６ａを閉じようとするモーメントと翼６ｂ，６ｃを開こうとするモーメントが釣合った状態となる。
【００７０】
現実には、ナセル３の軸心の傾斜角βは約４°の角度を持っており、この場合Ｍａは傾斜角βの増加に応じて増加し、Ｍｂ，Ｍｃは傾斜角βの増加に応じて減少する。
このため、前記のＭａ，Ｍｂ，Ｍｃをまとめる（連動させる）傾動駆動機構（傾動駆動手段）においては、前記の釣合いがくずれて、ＭａによるモーメントがＭｂ，Ｍｃによるモーメントに勝ることとなる。すなわち、翼６の自重により、翼６が全体として閉じる方向に傾動駆動機構（傾動駆動手段）が加勢されることとなる。
【００７１】
制御ユニット６２は、風速計６０で検出された風速が予め設定された風速（例えばカットアウト風速）以上になったか否かを判定し、風速が予め設定された風速以上になったことを判定された場合、風速が予め設定された風速以上であることを示す信号と、回転位相検出用電磁ピックアップ３３で検出された回転位相信号に基づいて、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータ４を停止させるようにロータ制動装置３２（回転停止手段１８）を作動させる。
【００７２】
この場合、制御ユニット６２は、ロータ４の回転を停止させる際、先ず、回転位相検出用電磁ピックアップ３３から受ける回転位相信号に基づいて、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置を検知する。次に、３つのピッチ角調整機構７により３つの翼６のピッチ角を増加側へ調整して翼６に作用する回転方向の空気抵抗を増大させ、３つの翼６の回転速度を低下させた後、ロータ制動装置３２によりロータ４を制動し、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置（例えば、図１に図示の位置）に停止させる。尚、３つの翼６のピッチ角を減少側へ調整してロータ４の回転を停止させることも可能である。
【００７３】
ロータ４の回動停止後、制御ユニット６２は、傾動駆動手段４０を作動させて３つの翼６を退避姿勢へ傾動させる。このとき、電磁開閉弁４９のソレノイド４９ａをＯＦＦにして電磁開閉弁４９を開弁し、電磁方向切換弁５１のソレノイド５１ａ，５１ｂをＯＦＦにして遮断位置に保持するため、油圧シリンダ４１のピストンロッド４２が進出可能となって、３つの翼６が退避姿勢に切り換え可能状態になる。この状態で、３つの翼６に風荷重と翼６の自重が作用するため、これらにより３つの翼６が退避姿勢へ風下方向へ傾動する。
【００７４】
油圧シリンダ４１の油室４４から油室４３へ、油路４５、接続油路４８及び電磁開閉弁４９、油路４６及び可変絞り弁４７を介して油が排出され、ピストンロッド４２が低速で進出し始め、３つの翼６が図２に鎖線で示す退避姿勢に切り換えられる。
【００７５】
次に、アップウインド型風車１の作用、効果について説明する。
このアップウインド型風車１では、風速が予め設定された風速以上であることを示す信号と、回転位相検出用電磁ピックアップ３３で検出された回転位相信号に基づいて、制御ユニット６２がロータ制動装置３２（回転停止手段１８）を作動させて、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータ４を停止させた後、傾動駆動手段４０を作動させて３つの翼６を風荷重と翼６の自重により退避姿勢へ傾動させる。
【００７６】
このように、風速が予め設定された風速以上であることを示す信号と、回転位相検出用電磁ピックアップ３３で検出された回転位相信号に基づいて、制御ユニット６２により３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータ４を停止させるように回転停止手段１８を作動させ、風車１の発電運転を停止させると共に、ロータ４の回動停止後に、傾動駆動手段４０を作動させて３つの翼６を退避姿勢へ傾動させ、その退避姿勢への切換え後においても、ハブ５の前端が風上方向に自動的に正対するようになる。
【００７７】
その結果、３つの翼６に作用する風荷重を格段に低減することができ、風車１の耐風圧性能を向上させて、風車１の破損を防止することができる。しかも、翼６に作用する風荷重を低減できるため、風車の設計条件が緩和されるため、支柱２の剛性、強度を低減することで風車の製作コストを低減可能である。
【００７８】
３つの翼６を退避姿勢へ傾動させる際に、制御ユニット６２により、電磁開閉弁４９のソレノイド４９ａをＯＦＦにして開弁させ、電磁方向切換弁５１のソレノイド５１ａ，５１ｂをＯＦＦにして遮断位置にするため、停電状態になっても、電磁開閉弁４９を開弁し、電磁方向切換弁５１を遮断位置にすることができるから、フェールセーフとすることができ、バッテリ等の補助電源も不要である。
【００７９】
３つの翼６を退避姿勢に切り換えた状態では、３つの翼６に作用する風荷重の合力中心Ｇが支柱２の軸心よりも風下側に位置するので、強風時に３つの翼６に作用する風荷重によりハブ５の前端を風上方向に正対させるように自動的に正確にヨー回動させ、アップウインド姿勢を保持することができる。しかも、３つの翼６に作用する風荷重により上記のようにヨー回動させる構成にしたので、ヨー回動させるために電動モータによる駆動が必要でないから、強風時に停電した場合でも、バッテリなどの補助電源を用いることなくヨー回動させることができる。
【００８０】
ヨー回動駆動機構１９は、ナセル３のヨー回動を制動するヨー回動制動装置２４を備え、制御ユニット６２は、３つの翼６を退避姿勢に切り換えたときにはヨー回動制動装置２４による制動を解除するので、強風時に、３つの翼６に作用する風荷重によりハブ５の前端を風上方向に正対させる向きに円滑にヨー回動させることができる。
【００８１】
制御ユニット６２は、ロータ４の回転を停止させる際に、回転位相検出用電磁ピックアップ３３から受けるロータ４の回転位相に基づいて、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置を検知するので、強風時に、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータ４と翼６を停止させることができる。これにより、３つの翼６を退避姿勢に切り換えたときに３つの翼６が破損するのを防止することができる。
【００８２】
各翼６に装備されたピッチ角調整機構７と、ロータ４を制動するロータ制動装置３２とを備え、回転停止手段１８は、３つの翼６に対応する複数のピッチ角調整機構７と、ロータ制動装置３２とを含むので、３つのピッチ角調整機構７とロータ制動装置３２の作動によりロータ４の回転を確実に停止させることができる。
【００８３】
制御ユニット６２は、ロータ４の回転を停止させる際に、３つのピッチ角調整機構７により３つの翼６のピッチ角を調整して３つの翼６の回転速度を低下させ、その後ロータ制動装置３２によりロータ４を制動して回転停止させるので、強風時にロータ４の回転を速やかに停止させてロータ４に過大な負荷を掛けることなく、ロータ４を安全に停止させることができる。
【００８４】
傾動駆動手段４０は、１つの複動型の油圧シリンダ４１と、油路４５，４６と、接続油路４８と、電磁開閉弁４９と、電磁方向切換弁５１とを備え、電磁開閉弁４９のソレノイド４９ａと電磁方向切換弁５１のソレノイド５１ａ，５１ｂをＯＦＦにすることで、油室４４から油室４３へ油が流れ得るように構成したため、仮に停電状態になった場合でも、バッテリなどの補助電源を用いることなく、油圧シリンダ４１を作動させて３つの翼６を退避姿勢に切り換えることができる。
【００８５】
接続油路４８よりも油圧シリンダ４１側において油路４６に介装された可変絞り弁４７を備え、３つの翼６が風荷重と翼６の自重により退避姿勢に傾動する際に、可変絞り弁４７により油圧シリンダ４１のピストンロッド４２の移動速度を制限することにより３つの翼６の傾動速度を制限するので、３つの翼６を退避姿勢に切り換える際に低速で傾動させることができ、３つの翼６が破損するのを防止することができる。
【００８６】
傾動駆動手段４０は、接続油路４８よりも油圧供給装置５２側において油路４５，４６の途中部に介装された３位置電磁方向切換弁５１を備えたので、油圧シリンダ４１に対する油圧供給制御を簡単な構成で実現することができる。ロータ４の回転駆動力で発電する発電機３７を備えたので、強風時にロータ４の回転を停止させることで、ロータ４が過速度で回転するのを防止することができ、発電機３７の破損を防止できる。
【実施例２】
【００８７】
次に、実施例２に係るアップウインド型風車１Ａについて説明する。
但し、前記実施例と同様の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる構成素についてのみ説明する。この実施例２のアップウインド型風車１Ａにおいては、傾動連結機構７０と傾動駆動手段の構成が実施例１と異なっている。
【００８８】
図１０、図１１に示すように、傾動連結機構７０は、３つの翼６の基端部材７１と、３つの傾動駆動モータ７３の出力軸に夫々固着された３つの枢支ピン７２と、ハブ５の外周部に放射状に設けた３組の枢支ブラケット６９とを有する。傾動駆動手段は、各組の枢支ブラケット６９の部位に設けた傾動駆動モータ７３を備えている。
【００８９】
各傾動駆動モータ７３の出力軸に枢支ピン７２が夫々固着され、これらの枢支ピン７２が枢支ブラケット６９の挿通穴と基端部材７１の挿通穴に夫々挿通されている。これらの枢支ピン７２が翼６の基端部材７１に固着されており、制御ユニット６２からの駆動電流により傾動駆動モータ７３が駆動され、３つの翼６が、図１０の実線で示す通常姿勢と、図１０の２点鎖線で示す退避姿勢に亙って回動可能に構成されている。
【００９０】
但し、所定の風速以上の強風時には、傾動駆動モータ７３により制動しながら、風荷重により翼６を低速で退避姿勢に切換え、また、傾動駆動モータ７３により退避姿勢から通常姿勢へ切換えるようにしてもよい。
アップウインド型風車１Ａにおいても、前記実施例１の風車１とほぼ同様の作用、効果が得られるが、傾動連結機構７０と傾動駆動手段の構成が簡単化するのでアップウインド型風車１の製作コストを前記実施例１の風車１よりも低減することができる。
【実施例３】
【００９１】
次に、実施例３に係るアップウインド型風車について図１２に基づいて説明する。
但し、前記実施例と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。このアップウインド型風車においては、傾動連結機構８０の構成が実施例１のものと異なっている。尚、図１２には、最上位位置にある翼６の為の傾動連結機構８０のみ図示してあり、その他の傾動連結機構も同様の構成である。
【００９２】
傾動連結機構８０は、主軸３０Ａに付設された油圧シリンダ４１Ａのピストンロッド４２Ａの先端部に固着されたＹ形部材８１と、翼６の基端部材８５と、翼６の基端部材８５の基端部をＹ形部材８１に連結するリンク部材８３と、枢支ピン８６を介して翼６の基端部材８５を回動自在に支持する１対の腕部８７とを有する。１対の腕部８７は主軸３０Ａと一体に構成されている。リンク部材８３の一端部が、Ｙ形部材８１の３つの端部のうちの１つに枢支ピン８２により連結されている。
【００９３】
主軸３０Ａの前端に設けられ突出する１対の腕部８７には、翼６の基端部材８５が枢支ピン８６を介して回動自在に支持されている。翼６の基端部材８５の基端部には、リンク部材８３の他端部が枢支ピン８４により連結されている。図１２に２点鎖線で示すように、油圧シリンダ４１Ａのピストンロッド４２Ａが前方に進出すると、リンク部材８３を介して翼６と基端部材８５が枢支ピン８６を中心に傾動し、退避姿勢に切り換えられる。
【実施例４】
【００９４】
次に、実施例４に係るアップウインド型風車１について、図１３、図１４に基づいて説明する。但し、前記実施例と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。このアップウインド型風車においては、傾動連結機構９０と傾動駆動手段の構成が実施例１のものと異なっており、各翼６に装備された３つの複動型の油圧シリンダ９３で傾動駆動することにより、３つの翼６を退避姿勢に夫々切り換えるように構成されている。尚、図１３には、最上位置にある翼６の為の傾動連結機構９０のみ図示してあり、その他の傾動連結機構も同様の構成である。
【００９５】
傾動連結機構９０は、３つの翼６を通常姿勢と退避姿勢とに亙って夫々駆動可能な３つの複動型の油圧シリンダ９３と、枢支ピン９２を介して油圧シリンダ９３を回動自在に支持する１対の連結金具９１と、油圧シリンダ９３のピストンロッド９４に翼６の基端部材９６を連結する枢支ピン９５と、枢支ピン９７を介して翼６の基端部材９６を回動自在に支持する１対の腕部９８とを有する。１対の腕部９８と１対の連結金具９１は主軸３０Ｂと一体に構成されている。
【００９６】
主軸３０Ｂの前端において１対の腕部９８よりも内径側には１対の連結金具９１が設けられ、１対の連結金具９１に油圧シリンダ９３が枢支ピン９２を介して回動自在に支持されている。翼６の基端部材９６の基端部には、ピストンロッド９４の先端部が枢支ピン９５でもって連結されている。図１３の２点鎖線で示すように、油圧シリンダ９３のピストンロッド９４が前方に進出すると、油圧シリンダ９３が枢支ピン９２を中心に上方に回動すると共に、翼６と基端部材９６が枢支ピン９７を中心に傾動し、退避姿勢に切り換えられる。
【００９７】
次に、３つの油圧シリンダ９３のための油圧回路１００について説明する。
図１４において、前述の翼６ａ，６ｂ，６ｃに対応する油圧シリンダ９３ａ，９３ｂ，９３ｃとし、油圧シリンダ９３ａ，９３ｂ，９３ｃの往動油室の油室ａｐ，ｂｐ，ｃｐ、復動油室の油室ａｒ，ｂｒ，ｃｒとして説明する。
この油圧回路１００は、３つの翼６ａ，６ｂ，６ｃに作用する風荷重と自重により、３つの翼６ａ，６ｂ，６ｃが同期して退避姿勢に切換わるように３つの油圧シリンダ９３ａ，９３ｂ，９３ｃを同期作動させる同期作動油圧回路である。
【００９８】
油室ａｐと油室ｂｒを接続する油路１０７には電磁開閉弁１０２ａと可変絞り弁１０３ａとが介装され、この油路１０７には油室ｂｒの近くでアキュムレータ１０４ｂが接続され、電磁開閉弁１０２ａと並列に３位置電磁方向切換弁１０１が接続されている。この電磁方向切換弁１０１は、図７の電磁方向切換弁５１と同様のものである。電磁方向切換弁１０１にはモータ１０６付きの油圧ポンプ１０５が接続されている。油室ｂｐと油室ｃｒを接続する油路１０８には電磁開閉弁１０２ｂと可変絞り弁１０３ｂとが介装され、この油路１０８には油室ｃｒの近くでアキュムレータ１０４ｃが接続されている。油室ｃｐと油室ａｒを接続する油路１０９には電磁開閉弁１０２ｃと可変絞り弁１０３ｃとが介装され、この油路１０９には油室ａｒの近くでアキュムレータ１０４ａが接続されている。電磁開閉弁１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃは、図７の電磁開閉弁４９と同様のものである。尚、油圧シリンダ９３ａ，９３ｂ，９３ｃと油圧回路１００が傾動駆動手段に相当し、油圧回路１００において１組の油圧ポンプ１０５と電磁方向位置切換弁１０１を除く部分が同期作動油圧回路に相当する。
【００９９】
前記アキュムレータ１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、往動油室ａｐ，ｂｐ，ｃｐ、復動油室ａｒ，ｂｒ，ｃｒの容積差を補償する為の小容量のものである。強風発生時に、翼６ａ〜６ｃを退避姿勢に切換える際、電磁方向切換弁１０１を遮断位置にし、全部の電磁開閉弁１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを開弁状態にする。すると、翼６ａ，６ｂ，６ｃに作用する風荷重と前記実施例１の図９に示すモーメントＭａ，Ｍｂ，Ｍｃにより翼６ａ，６ｂ，６ｃが傾動し始めると、油室ａｒの油が油室ｃｐに流れ、油室ｃｒの油が油室ｂｐに流れるため、３つの翼６ａ，６ｂ，６ｃは、自動的に同期して傾動し退避姿勢に切換わる。つまり、前記のモーメントＭａが前記のモーメントＭｂ，Ｍｃを相殺することに相当する。但し、可変絞り弁１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃにより、油路１０７〜１０９を流れる油の流量を制限することで、３つの油圧シリンダ９３ａ，９３ｂ，９３ｃのピストンロッドの進出移動速度を制限し、３つの翼６ａ，６ｂ，６ｃが低速で傾動するようになっている。尚、上記の作動は、停電状態においても同様に生じる。
【０１００】
強風が止んだとき、翼６ａ，６ｂ，６ｃを通常姿勢に切換える際には、１つの電磁開閉弁１０２ａのみを閉弁し、残りの２つの電磁開閉弁１０２ｂ，１０２ｃを開弁状態にし、電磁方向切換弁１０１のソレノイド１０１ａをＯＦＦ、ソレノイド１０１ｂをＯＮにし、モータ１０６により油圧ポンプ１０５を駆動すると、油室ａｐの油が油室ｂｒへ流れ、油室ｂｐの油が油室ｃｒへ流れ、油室ｃｐの油が油室ａｒへ流れるため、３つの油圧シリンダ９３ａ，９３ｂ，９３ｃがピストンロッドを退入させるように駆動され、３つの翼６ａ，６ｂ，６ｃが通常姿勢に切換えられる。尚、油圧ポンプ１０５と電磁方向切換弁１０１を介して、前記とは反対に作動させて、３つの翼６ａ，６ｂ，６ｃを退避姿勢に切換えることも可能である。
【０１０１】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］アップウインド型風車１に装備された翼６は３つに限定されることなく、２つ以上であればよい。また、予め設定された風速以上になったことが判定されたときに、装備した全ての翼６を退避姿勢に切り換える代わりに、装備したうちの一部の翼６のみを退避姿勢に切り換えてもよい。
２］基端部材を含む翼６を、作動面内に位置する通常姿勢から翼６がナセルとほぼ平行となる平行姿勢の範囲内で風速に応じた角度傾動させた退避姿勢にすることも可能である。
【０１０２】
３］カットアウト風速以外の風速を予め設定しておき、設定された風速に基づいて、各翼６を退避姿勢に切り換えてもよい。
４］可変絞り弁４７を第２油路４６に介装する代わりに、第１油路４５に介装してもよい。
【０１０３】
５］３つの翼６を退避姿勢に切り換えた状態で、制御ユニット６２によりヨー回動制動装置２４を作動させてナセル３，３Ａのヨー回動を制動してもよい。この場合、風向計６１で検出された風向に基づいて、制御ユニット６２によりヨー回動駆動モータ２１を駆動させてハブ５の前端が風向きに正対させる向きとなるように、ナセル３，３Ａをヨー回動させる。
６〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施例１に係るアップウインド型風車の正面図である。
【図２】アップウインド型風車の側面図である。
【図３】アップウインド型風車の要部の側面図である。
【図４】アップウインド型風車の要部の正面図である。
【図５】アップウインド型風車の要部の透視側面図である。
【図６】ヨー回動駆動機構の断面図である。
【図７】傾動駆動手段の油圧回路図である。
【図８】アップウインド型風車の制御系を示すブロック図である。
【図９】翼を退避姿勢にしたときに翼の自重により発生するモーメントの説明図である。
【図１０】実施例２の図３相当図である。
【図１１】実施例２の図４相当図である。
【図１２】実施例３の傾動連結機構の側面図である。
【図１３】実施例４の傾動連結機構の側面図である。
【図１４】実施例４の図７相当図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１，１Ａ  アップウインド型風車
２        支柱
３，３Ａ  ナセル
４        ロータ
５        ハブ
６        翼
７        ピッチ調整機構
１５，７０，８０，９０  傾動連結機構
１８      回転停止手段
１９      ヨー回動駆動機構
２４      ヨー回動制動装置
３２      ロータ制動装置
３３      回転位相検出用電磁ピックアップ
３７      発電機
４０      傾動駆動手段
４１，４１Ａ，９３  油圧シリンダ
４５      第１油路
４６      第２油路
４７      可変絞り弁
４９      電磁開閉弁
５１，１０１  ３位置電磁方向切換弁
６０      風速計
６２      制御ユニット
１０５    油圧ポンプ
【要約】
【課題】  アップウインド型風車及びその退避運転方法において、強風時にアップウインド姿勢を保持したまま複数の翼を風下側へ傾動させた退避姿勢に切換えて風荷重を低減し風車の破損を防止すること、風荷重と翼の自重を利用して翼を傾動可能にすること、風荷重を利用してアップウインド姿勢を保持すること。
【解決手段】  アップウインド型風車は、風速が予め設定された風速以上であることを示す信号と、回転位相検出用電磁ピックアップ３３で検出された回転位相信号に基づいて、制御ユニットにより、３つの翼６を支柱２と干渉させずに退避姿勢に切り換え可能な回転方向位置にロータ４を停止させるように各翼６のピッチ角調整機構７とロータ制動装置３２とを作動させ、ロータ４の回動停止後に傾動駆動手段４０を作動させて３つの翼６を退避姿勢へ傾動させる。
【選択図】  図５【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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【図７】
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【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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