CN103314212B - 浮体式海上风力发电设备 - Google Patents

Abstract

提供风力发电设备的转动摇摆抑制装置和浮体式海上风力发电设备，能够抑制成为对风力发电设备的发电效率和设备的耐久性造成不良影响的原因的陀螺效应所引起的机舱的转动摇摆。浮体式海上风力发电设备（10）具备：借助风进行旋转的风轮（11）；收纳风轮（11）的旋转轴（12）的机舱（13）；和具有塔架（15），该塔架（15）将机舱（13）支承为能够相对于海面（P）转动自如而发挥风向标效应且具有转动座轴承（14），在浮体式海上风力发电设备（10）中，在塔架（15）设置有用于对机舱（13）的转动摇摆（T）进行抑制的摇摆抑制单元（16），因此能够抑制浮体（31）受到海面（P）的波浪而产生的在产生的摇摆（Ω）引起的陀螺效应所导致的机舱（13）的转动摇摆（T）。

Description

浮体式海上风力发电设备

技术领域

本发明涉及能够有效抑制用于收纳风轮的转轴的机舱（nacelle）的转动摇摆（艏摇旋转、偏摇旋转）和浮体的转动摇摆的浮体式海上风力发电设备。

背景技术

一直以来，在风力发电设备中，为了对应于风向的变化而使风车的朝向改变，使用与风向传感器组合的能动式控制装置。例如采用有如下的结构，根据风向传感器的测定结果通过动力装置使风车转动，将风车保持在与风向一致的位置。另外，作为用于使风力发电设备整体的系统的简化的对策，可以省略能动式的控制装置。在省略能动式的控制装置的情况下，将风车的风轮的旋转轴支承为在水平面上能够自由转动的状态，通过风向标效应使风车的朝向发生变化，由此能够应对风向的变化。

风力发电设备通过风轮接受到风而旋转来发电。并且，对风轮的旋转着的自转轴施加垂直方向的力矩时，由于所谓的陀螺效应（gyroscopiceffect），在与该力矩的方向和风轮的自转轴的双方正交的方向产生陀螺力矩。例如，在浮于水上的浮体上设置的浮体式海上风力发电设备中，因波浪的影响而产生铅直方向的力矩。因此，由于陀螺效应，在与风轮的旋转的自转轴正交的水平方向产生陀螺力矩。

在具备能动式控制装置的浮体式海上风力发电设备中，在与风向一致的位置，机舱被保持于浮体。因此，由于在收纳风车的风轮的旋转轴的机舱所产生的陀螺效应引起的陀螺力矩，使得以铅直轴为旋转轴的浮体发生旋转运动。在此，波浪的运动为反复运动，因此浮体与机舱一起进行反复运动（转动摇摆）。

另外，在省略了能动式控制装置的浮体式海上风力发电设备中，风车的风轮的旋转轴被支承为相对于浮体能够自由转动的状态。因此，由于在机舱所发生的陀螺效应引起的陀螺力矩，产生机舱的转动摇摆。

发明人发现，因该陀螺效应引起的力矩，成为对浮体式海上风力发电设备的发电效率和设备耐久性产生不良影响的原因。

以防止在风力发电装置中产生的振动为目的，提出了采用各种结构的方案（专利文献1～3）。

在专利文献1中记载有如下的风力发电装置：作为机舱的能动式控制装置，在塔架的上端部具备使被支承为在水平方向能够转动的平台旋转的旋转驱动源和旋转方向的固定单元。而且记载有如下结构：在该风力发电装置中，以抑制因叶片的共振和共振风速而在塔架等产生的振动为目的，设置有控振装置。

在专利文献2中记载有如下结构：在风力机中，以使风轮的叶片边缘部方向的摇摆作用衰减为目的，在机舱配置有摇摆作用衰减单元。

在专利文献3中记载有如下结构：在风力发电机中，以防止经由增速齿轮箱向机舱框架传递的振动和防止从机舱框架向增速齿轮箱传递的振动为目的，在增速齿轮箱与机舱框架之间设置有防振阻尼器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-176774号公报

专利文献2：日本特表2002-517660号公报

专利文献3：日本特表2008-546948号公报

发明内容

发明要解决的课题

这样，在风力发电设备中，一直以来，因风轮等的旋转自身产生的振动成为问题，但是不存在着眼于由于陀螺效应引起导致的陀螺力矩产生的机舱的摇摆的装置。因此，在这些专利文献记载的风力发电装置中使用的振动抑制单元，无法防止在浮体式海上风力发电设备受到波浪的影响时，由于陀螺效应引起的陀螺力矩而产生的机舱和浮体的转动摇摆。

因此，本发明的目的在于，提供一种浮体式海上风力发电设备，能够防止由于陀螺效应引起的陀螺力矩而产生的机舱和浮体的转动摇摆，从而抑制对于风力发电设备的发电效率和设备的耐久性的不良影响。

用于解决课题的方法

第一方面记载的浮体式海上风力发电设备在海上使用浮体作为结构体的一部分进行发电，所述浮体式海上风力发电设备的特征在于，所述浮体式海上风力发电设备具备：借助风进行旋转的风轮；至少收纳上述风轮的旋转轴的机舱；具有转动单元的上述结构体，上述转动单元将上述机舱支承为能够相对于水面转动自如；和抑制上述机舱的相对于水面的转动摇摆的摇摆抑制单元，所述浮体式海上风力发电设备使用流体力学式阻尼器作为上述摇摆抑制单元，所述流体力学式阻尼器通过上述结构体的形状或构造与周围的流体的相互干涉来抑制转动摇摆。

根据该结构，能够通过摇摆抑制单元抑制因陀螺效应引起的机舱的转动摇摆。另外，通过摇摆抑制单元，能够抑制海上的浮体的纵摇引起的陀螺效应所导致的机舱的转动摇摆。

根据使用了该流体力学式阻尼器的结构，能够通过水中的流体力学式阻尼器对水的阻力，随着机舱或浮体的转动速度，改变对转动的阻力，从而抑制转动摇摆。

本发明的第二方面的特征在于，在第一方面记载的浮体式海上风力发电设备中，上述机舱相对于上述风轮设置于上风侧。

根据该结构，能够通过所谓的风向标效应使机舱相对于水面转动，使旋转轴的朝向与风向一致。

本发明的第三方面的特征在于，在第二方面记载的浮体式海上风力发电设备中，上述风轮被赋予锥角（锥度角，coningangle）。

根据该结构，能够进一步提高所谓的风向标效应。

本发明的第四方面的特征在于，在第一方面记载的浮体式海上风力发电设备中，还具备液压阻尼器作为上述摇摆抑制单元。

本发明的第五方面的特征在于，在第一方面记载的浮体式海上风力发电设备中，还具备摩擦阻尼器作为上述摇摆抑制单元。

通过使用液压阻尼器或摩擦阻尼器作为振动抑制单元，能够根据机舱的转动的速度改变用于抑制机舱的转动的阻力。

本发明的第六方面的特征在于：在第一方面记载的浮体式海上风力发电设备中，用系泊索系泊上述浮体。

本发明的第七方面的特征在于：在第六方面记载的浮体式海上风力发电设备中，上述浮体形成为大致圆筒形状，使上述系泊方式为：使用由两条系泊索构成的系泊索对，在将上述浮体投影于水平面时，该两条系泊索的各自的一端与上述大致圆筒形状的圆的圆周上的两点连接，上述两条系泊索呈分别成为上述圆的大致切线的形状，并且呈向同一侧延伸的形态。

根据该结构，能够抑制浮体的绕圆筒中心轴的旋转。

本发明的第八方面的特征在于，在第一方面记载的浮体式海上风力发电设备中，以使未接受到风的状态下的风轮的旋转轴相对于水平面具有预定角的方式将机舱支承于所述结构体，使得接受到风而倾斜的状态下的风轮的旋转轴与风向平行。

根据该结构，能够考虑在风轮接受到风时风力发电设备倾斜的情况而设定预定角，所以能够在发电时使风轮的旋转轴与风向平行。此外，在此“接受到风而倾斜的状态”是指风轮在设置风力发电设备的场所受到设想的典型的风速的风而倾斜的状态。另外，作为典型的风速，例如能够举例为年平均风速或发电效率为最大的风速等。

发明的效果

本发明的浮体式海上风力发电设备，能够通过摇摆抑制单元抑制因陀螺效应引起的转动摇摆，因此能够抑制转动摇摆对风力发电设备的发电效率和设备的耐久性的不良影响。

另外，若采用相对于风轮将机舱设置在上风侧的结构或对风轮赋予锥角的结构，则能够通过所谓的风向标效应使机舱转动而使风轮的旋转轴与风向一致，使风轮正对风向，所以能够提高风力发电设备的发电效率。另外，能够抑制转动摇摆，降低摇摆抑制单元的负荷。

另外，若采用使用液压阻尼器或摩擦阻尼器作为摇摆抑制单元的结构，则能够根据机舱的转动速度使摇摆控制单元的阻力变化，所以能够不对通过风向标效应实现的速度慢的机舱的转动进行抑制，而对因陀螺效应引起的速度快的机舱的转动摇摆进行抑制。

另外，若采用使用了通过与周围的流体的相互干涉来抑制转动摇摆的流体力学式阻尼器的结构，则能够根据机舱的转动速度而使阻力变化，所以能够抑制由于陀螺效应而在机舱或浮体所产生的转动摇摆，另外能够抑制浮体的纵摇摇摆，提高发电效率和设备的耐久性。

本发明的浮体式海上风力发电设备，具备摇摆抑制单元，因此能够通过抑制因陀螺效应引起的机舱的转动摇摆来提高发电效率和设备的耐久性。另外，能够抑制由陀螺效应的反作用引起的浮体的纵摇摇摆。

另外，若采用以抑制浮体的绕中心轴旋转的旋转运动的系泊方式系泊浮体的结构，则能够有效地抑制因陀螺效应引起的机舱的转动摇摆和浮体的纵摇摇摆，能够提高发电效率和设备的耐久性。

另外，若采用在未接受到风的状态下的风轮的旋转轴和水平面之间具有预定角的结构，则能够在发电时使风轮的旋转轴的朝向与风向大致平行而大致一致，所以能够使风轮的旋转面相对于风向呈大致直角，提高发电效率。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的浮体式海上风力发电设备的概略结构的立体图。

图2是表示本发明的第一实施方式的风力发电设备的转动摇摆抑制装置的构造的主要部分侧视图。

图3是表示海上的风向的变化与由于波浪的影响导致的水上的浮体的摇摆角度之间的关系，图3（a）是表示风向的变化的图表，图3（b）是表示摇摆角度的变化的图表。

图4A是表示液压阻尼器的概略结构的立体图。

图4B是表示液压阻尼器的概略结构的主视图。

图4C是图4B的AA方向剖视图。

图5A是表示摩擦阻尼器的概略结构的立体图。

图5B是表示摩擦阻尼器的概略结构的主视图。

图6A是表示本发明的第一实施方式的浮体的系泊装置的结构的俯视图。

图6B是表示本发明的第一实施方式的浮体的系泊装置的结构的侧视图。

图7是表示本发明的第一实施方式中的一个系泊索对的结构的图。

图8A是表示现有技术中的张紧系泊方式的结构的俯视图。

图8B是表示现有技术中的张紧系泊方式的结构的侧视图。

图9是表示本发明的第二实施方式的风力发电设备的转动摇摆抑制装置的构造的主要部分侧视图。

图10A是表示本发明的第二实施方式的浮体式海上风力发电设备具备的转动摇摆抑制装置处于接受到风的状态的概略结构的侧视图。

图10B是表示本发明的第二实施方式的浮体式海上风力发电设备具备的转动摇摆抑制装置处于未接受到风的状态的概略结构的侧视图。

图11是表示本发明的第三实施方式的浮体式海上风力发电设备的概略结构的立体图。

图12是表示本发明的第三实施方式的浮体式海上风力发电设备的其他例子的概略结构的立体图。

图13是表示本发明的第四实施方式的浮体式海上风力发电设备的概略结构的立体图。

符号说明

10、40、50、60浮体式海上风力发电设备

11风轮

12旋转轴

13机舱

14转动座轴承(转动单元)

15塔架(结构体)

16摇摆抑制单元

160液压阻尼器

165摩擦阻尼器

20、30转动摇摆抑制装置

31浮体

32系泊索

41结构体

42转动单元

44、64流体力学式阻尼器

51A结构体上部

51B结构体下部

α锥角

β预定角

具体实施方式

（第一实施方式）

以下参考图1～图8对本发明的第一实施方式进行说明。在本实施方式中，对将本发明作为浮体式海上风力发电设备进行实施的情况进行说明。

图1是表示本实施方式浮体式海上风力发电设备10的概略结构的立体图。如该图所示，浮体式海上风力发电设备10是将设置有转动摇摆抑制装置20的浮体31经由系泊索32系泊于海底B的锚33的设备。此外，从浮体31的下方引出的线表示送电线34。参照图2对本实施方式的浮体式海上风力发电设备10所具备的转动摇摆抑制装置20的构造进行说明。

图2是表示本实施方式的浮体式海上风力发电设备10的转动摇摆抑制装置20的构造的主要部分侧视图。如该图所示，转动摇摆抑制装置20构成为具备：借助风进行旋转的风轮11；收纳风轮11的旋转轴12的机舱13；具有转动座轴承（转动单元）14的塔架（结构体）15该转动座轴承14的塔架15将机舱13支承为相对于水面或地面转动自如；和抑制机舱13的相对于水面的转动摇摆的摇摆抑制单元16。

风轮11包括呈放射状设置有多个叶片18的轮毂17、和与轮毂17连接的旋转轴12。旋转轴12以能够旋转的方式轴支承于机舱13内。通过风轮11接受到风使旋转轴12旋转，从而通过设置在机舱13内的发电机（未图示）进行发电。图2中的空白箭头W表示风向。本实施方式的转动摇摆抑制装置20中，风轮11与机舱13相比设置在下风侧。由此，通过设置于转动座轴承14的机舱13的转动，能够有效地产生使旋转轴12的朝向与风向一致的所谓风向标效应。

机舱13将接受到风W而旋转的旋转轴12收纳在其内部。另外，虽然未图示，但还具备使旋转轴12的旋转速度增加并传递至发电机的齿轮箱等的风力发电机所具备的用于发电的单元。并且，通过设置在塔架15的上部的转动座轴承14，将机舱13支承为在与海面P平行的方向上转动自如。由此，通过机舱13的转动，能够根据风向W的变化而使旋转轴12的方向变化，使风轮11的叶片18的旋转面与风正对。

摇摆抑制单元16是用于在风轮11旋转时抑制由波浪施加铅直方向的力时因陀螺效应产生的机舱13的转动摇摆的单元。着眼于该陀螺效应引起的机舱13的转动摇摆，而设置摇摆抑制单元16。通过该摇摆抑制单元16能够对机舱13的转动摇摆进行抑制，因此能够提高浮体式海上风力发电设备10的发电效率和设备的耐久性。

此外，在本实施方式中，虽然在塔架15设置有摇摆抑制单元16，但也可以在机舱13侧设置摇摆抑制单元16。

此外，不是在转动摇摆抑制装置10而是在陆地风力发电装置设置转动摇摆抑制装置20的情况下，通过转动座轴承14将机舱13支承为相对于地面转动自如。而且，无论在由于任何理由而施加有铅直方向的力矩的情况下，能够利用摇摆抑制单元16对机舱13的转动摇摆进行抑制。另外，上述风向标效应，对于减轻摇摆抑制单元16的负荷也是有帮助的。

下面，参照图1和图3对于在海上浮体式海上风力发电设备10的机舱13发生陀螺效应引起的转动摇摆的单元进行说明。正在自转的物体在与自转轴正交的方向进行旋转运动时，在与各自正交的方向作用力矩。将该力矩称作陀螺力矩。该陀螺力矩产生的效应被称为陀螺效应。

Ω×L＝T

Ω：摇动自转轴的旋转速度

L：自转轴角动量

T：陀螺力矩

在风轮11进行旋转运动L的情况下，由于海面P的波浪，浮体31发生伴随恢复力的运动的纵摇（pitching）摇摆Ω时，风轮11在与自转轴S正交的铅直方向进行旋转运动。由此，在与风轮11的自转轴S和铅直方向双方正交的水平方向作用有陀螺力矩。在浮体式海上风力发电设备10中，机舱13借助转动座轴承14能够转动自如，因此通过该陀螺力矩，机舱13在图1中T所示的方向产生转动。

图3表示海上的风向的变化与由波浪的影响导致的水上浮体的摇摆角度之间的关系，（a）是表示风向的变化的图表，（b）是表示摇摆角度的变化的图表。（a）的图表中虚线所围的部分和（b）的图表都表示1小时中的变化。通过比较图3（a）和（b）的图表，可知风向的变化是经过长时间而产生的，而波浪的影响导致的摇摆角的变化在短时间内产生。即，伴随风向的变化的机舱13的转动的速度较慢，由波浪的影响等引起的陀螺效应导致的机舱13的转动摇摆的速度较快。

这样，由波浪的影响导致的摇摆角的角度以短周期变化，因此由于陀螺效应引起机舱13的转动摇摆。该机舱13的转动摇摆，成为对风力发电设备的发电效率和设备的耐久性产生不良影响的原因。

因此，为了能够使机舱13伴随风向的变化而转动，选择性地抑制由陀螺效应引起的机舱13的转动摇摆，作为摇摆抑制单元16优选使用根据机舱13的转动的速度使阻力变化的单元。由此，对于经过比较长的时间而变化的风向变化引起的、被转动座轴承14支承的机舱13的较慢的转动不产生衰减效果，能够发挥所谓风向标效应。另外，对由波浪引起的周期较短的机舱13的转动摇摆产生衰减效果，从而选择性地进行抑制。

本实施方式的浮体式海上风力发电设备10能够通过摇摆抑制单元16对机舱13的转动摇摆进行抑制，因此能够抑制上述的不良影响。

通过使用具备摇摆抑制单元16的转动摇摆抑制装置20，能够对由于波浪所导致的浮体31的纵摇摇摆引起的陀螺效应而在机舱13产生的转动摇摆的情况进行抑制。进而，通过抑制机舱13的转动摇摆，也能够抑制由陀螺效应的反作用所引起的浮体31的纵摇摇摆。

图4A～图4C表示液压阻尼器的概略结构，图4A是立体图，图4B是主视图，图4C是图4B的AA方向剖视图。如这些图所示，液压阻尼器160在由主体壳161和盖162所围成的内部具备旋转体163和油164。液压阻尼器160为利用因油164的粘性阻力所产生的制动力的阻尼器。通过调整主体壳161与旋转体163的间隙、油164的接触面积和油164的粘性等，能够使对于旋转体163的旋转的制动扭矩（阻力）发生变化。另外，在旋转体163的旋转速度和制动扭矩之间，存在旋转速度上升时制动扭矩上升、旋转速度下降时制动扭矩也下降的关系。

在使用液压阻尼器160时，由于利用油164的粘性阻力，因此具有磨损等经时特性变化小的优点。能够通过对油164的种类进行选择使得温度对粘性变化的影响变小，但也可以采用例如能够通过风冷却油164的结构，在强风时油164的热量被带走而粘度变高，使得制动扭矩上升。

图5A和图5B表示摩擦阻尼器的概略结构，图5A是立体图，图5B是主视图。如这些图所示，摩擦阻尼器165包括：以与旋转轴166的外侧面接触的方式设置的摩擦部件167；和将以围绕摩擦部件167的方式设置的旋转轴连接部件168向规定方向推压的弹性体169。摩擦阻尼器165是利用由旋转轴166与摩擦部件167之间的摩擦阻力所产生的制动力的阻尼器。通过调整旋转轴166与摩擦部件167之间的摩擦阻力和接触面积等，能够使制动扭矩（阻力）变化。另外，在旋转轴166的旋转速度和制动扭矩之间，存在旋转速度上升时制动扭矩上升、旋转速度下降时制动扭矩也下降的关系。

在使用摩擦阻尼器165的情况下，具有如下优点：无需密封部等而能够使结构简单化，并且能够在周围温度的变化大的环境下比较稳定地维持特性。另外，针对由摩擦部件167的磨损引起的尺寸变化，能够利用弹性体169的作用力来应对，从而将制动力保持为固定值。即，即使在摩擦部件167的尺寸因摩擦而变化的情况下，通过弹性体169对摩擦部件167施力，也能够使旋转轴166和摩擦部件167之间的摩擦阻力保持为固定值。

浮体31在水中，通过系泊索32以抑制浮体31的绕中心轴的旋转运动的系泊方式系泊于在海底B设置的锚33。因此，浮体31的水中的旋转受到抑制。对于该系泊方式，在后面进行说明。

存在一种浮体式海上风力发电设备，其具备对用于使机舱与风向一致的机舱的旋转运动进行能动式控制的装置。在这样的设备中，在与风向一致的位置即旋转面与风正对的位置，将风车暂时固定保持于浮体。因此，由于风车的风轮的陀螺效应引起的陀螺力矩，以铅直方向为旋转轴的浮体要产生旋转运动。因此，限制该旋转运动的方式的系泊，抑制该转动摇摆。由此，能够抑制对浮体式海上风力发电设备的发电效率和设备的耐久性的不良影响。

但是，也具有省略能动式控制机舱的旋转运动的装置而通过风向标效应使机舱与风向一致的方式的浮体式海上风力发电设备。在这样的设备中，风车的风轮的旋转轴以能够相对于浮体自由地转动的状态被支承。因此，即使抑制浮体的转动摇摆，也无法抑制由于在机舱产生的陀螺效应所引起的转动摇摆。因此，能够通过在本实施方式的浮体式海上风力发电设备10中设置摇摆抑制单元16，抑制由于陀螺效应而在机舱13产生的转动摇摆。

关于对浮体31的绕中心轴的旋转运动进行抑制的系泊方式，在下面参考图6A、图6B和图7进行说明。

图6A和图6B表示本实施方式的浮体的系泊装置的结构，图6A是俯视图，图6B是侧视图。在此，图6A为将该浮体的系泊装置投影于水平面上的图。在浮体31连接有多个系泊索32的一端。各系泊索32的另一端与在水中设置的锚33连接。

浮体31大致形成为圆筒形状。使用两条系泊索32构成的系泊索对，在将浮体31投影于水平面时，该两条系泊索32各自的一端与大致圆筒形状的圆的圆周上的两点连接。两条系泊索32构成为，呈分别成为圆的大致切线的形状，并且呈向同一侧延伸的形态。由此，摇摆抑制单元16对转动摇摆进行抑制时，能够通过对浮体31施加力来防止在浮体31发生转动摇摆。

在此，图7表示在图6A的俯视图（水平面上的投影图）中表示的与右下的锚33连接的两条系泊索32和浮体31之间的关系。两条系泊索32的一端分别与浮体31的圆周上的点A、B连接。各系泊索32以点A、点B处的切线L1、L2的形态进行配置。

在该结构中，在浮体31发生绕其中心C旋转的旋转运动的情况下，该两条系泊索32中的一条伸长，作用有张力。设浮体31的半径为r、浮体31的旋转角度为△θ的情况下，俯视图中的该伸长侧的系泊索32的伸长量△L，由公式（1）求得。

△L＝r×△θ……（1）

通过胡克定律（Hook'slaw），该情况下的浮体31的切线方向的张力T，在设系泊索32的弹簧系数为k时通过公式（2）求得。因该伸长而产生的扭矩N通过公式（3）求得。

T＝k·△L……（2）

N＝T·r……（3）

如果如图7那样形成两条系泊索32的结构，则不管旋转方向如何，都能够产生反抗旋转运动的扭矩。因此，该浮体31的旋转运动得到抑制。

此外，在图6A和图6B中，各系泊索32被设定为呈图7中的切线L1、L2的形态。但是，可知即使将各系泊索32形成为图7中的L3、L4（虚线）的方式，也能够实现同样的效果。

与此相对，图8A和图8B示出现有技术中的简单的张紧系泊方式的结构。可知通过在该图所示的三个方向呈放射状延伸的系泊索32，浮体31的水平方向的运动（浮游）受到抑制。但是，在其俯视图（图8A）中，浮体31的旋转方向（圆周方向）和系泊索32所成的角度达到几乎垂直，因此抑制其旋转运动是困难的。所以，图8A和图8B所示的系泊方式，相当于是不抑制浮体31的绕中心轴旋转的旋转运动的系泊方式。

（第二实施方式）

以下参照图9对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式的风力发电设备的转动摇摆抑制装置，在对风轮赋予锥角的结构方面，与第一实施方式的转动摇摆抑制装置不同。此外，对在第一实施方式中已说明过的部件赋予相同的符号，在本实施方式中省略说明。

图9是表示本实施方式的风力发电设备的转动摇摆抑制装置30的构造的主要部分侧视图。如该图所示，本实施方式的转动摇摆抑制装置中，机舱13与风轮11相比设置在上风侧。另外，对风轮11赋予有锥角α。在此，锥角α是指将叶片18的与轮毂17的连结部18A和前端部18B连接起来的以单点划线所示的直线、与图中以单点划线所示的铅直线V之间的角度。

根据该结构，能够提高风向标效果，该风向标效果是，随着风向W的变化，以在水平方向能够自由转动的状态支承于转动座轴承14的机舱13自动地转动，而使风轮11的旋转轴12与风向一致。此外，旋转轴12的轴方向与风向一致时，风轮11的旋转面即由叶片18的末端部18B的轨迹形成的平面，与风向大致呈直角。

另外，风向标效应的提高对于进一步减轻摇摆抑制单元16的负荷也是有帮助的。

在将本发明作为具备转动摇摆抑制装置30的浮体式海上风力发电设备（参照图1）实施的情况下，优选构成为，接受到风而倾斜的发电状态中的风轮11的旋转轴12位于水平面H上。参照图10A和图10B对该结构进行说明。

图10A和图10B表示本实施方式的浮体式海上风力发电设备具备的转动摇摆抑制装置30的概略结构，图10A是接受到风的状态的侧视图，图10B是未接受到风的状态的侧视图。如图10A所示，本实施方式的转动摇摆抑制装置30通过使接受到风倾斜的发电状态中的风轮11的旋转轴12（以S表示轴方向的直线）位于水平面H上，能够使旋转轴12的旋转轴的方向与风向W一致（使两者平行）。因此，如图10B所示，在未接受到风状态下，机舱13被塔架15支承成：风轮11的旋转轴12（直线S）相对于水平面H具有预定角β。

预定角β可以基于最通常的风速进行设定，以使得浮体式海上风力发电设备的发电效率良好。另外，也可以构成为具备预定角β控制单元，该预定角β控制单元根据风速而使预定角β变化，以使预定角β成为最合适的角度。

参照图10A和图10B所说明的上述的结构也可以使用到使用了在第一实施方式中说明的转动摇摆抑制装置20的浮体式海上风力发电设备。

（第三实施方式）

参考图11和图12对本发明的第三实施方式进行说明。在本实施方式中，对将本发明作为浮体式海上风力发电设备进行实施的情况进行说明。此外，对在第一或第二实施方式中已说明过的部件，赋予相同的符号，在本实施方式中省略说明。

图11是表示本实施方式的浮体式海上风力发电设备40的概略结构的立体图。如该图所示，浮体式海上风力发电设备40构成为：机舱13与结构体41形成为一体，机舱13相对于结构体41不转动。结构体41为浮于水中的装置，在其上端固定有机舱13，其下端经由转动单元42连接于海底B的锚43。该转动单元42是以使结构体41能够随着风向W的变化而转动的方式将结构体41连接于锚43的装置，能够使结构体41发挥风向标效应。

在结构体41的外侧设置有流体力学式阻尼器44。结构体41通过不抑制其绕中心轴的旋转运动的系泊方式进行系泊。通过使该流体力学式阻尼器44位于水中，能够发挥作为摇摆抑制单元的功能。即，叶片形状的流体力学式阻尼器44的对水的阻力随着结构体41的慢速转动而变较小，随着结构体41的快速转动而变大。因此，能够以选择性地使快速转动即由陀螺效应引起的结构体41的转动衰减的方式进行抑制。这样，通过在结构体41设置流体力学式阻尼器44，能够抑制结构体41的因陀螺效应引起的转动摇摆。此外，为了抑制结构体41的转动摇摆，可以将液压阻尼器160（参照图4A～图4C）和摩擦阻尼器165（参照图5A和图5B）一起设置于结构体41。另外，结构体41也能够并用基于系泊索等的不抑制绕中心轴的旋转运动的其他的系泊方式来系泊。

此外，本实施方式中例举了在浮体式海上风力发电设备应用流体力学式阻尼器44的例子，但也能够将流体力学式阻尼器44用于例如陆地设置型的风力发电设备。在该情况下，在结构体浮于水池中的状态下对转动单元进行支承，使得结构体相对于地面转动自如，而且使设置于周围的水池中的水与流体力学式阻尼器44相互干涉。由此，在陆地设置型的风力发电设备中，流体力学式阻尼器44也能够实现作为摇摆抑制单元的功能。

图12是表示具备与本实施方式的上述浮体式海上风力发电设备40不同的结构的浮体式海上风力发电设备50的概略结构的立体图。如该图所示，浮体式海上风力发电设备50构成为：结构体51的上部51A与机舱13形成为一体，在结构体上部51A与结构体下部51B之间设置有转动单元42。另外，结构体51在与转动单元42相比位于下方的结构体下部51B通过多个系泊索54被固定于海底B的锚43。

根据该结构，通过转动单元42，结构体上部51A能够随着风向W的变化而转动，因此能够发挥风向标效应。并且，通过在结构体51内部所具备的摇摆抑制单元16，能够抑制因陀螺效应引起的机舱13的转动摇摆。

另外，结构体上部51A也能够并用基于系泊索等的不抑制绕中心轴的旋转运动的其他的系泊方式来系泊。

（第四实施方式）

参照图13对本发明的第四实施方式进行说明。在本实施方式中，针对以不抑制浮体的绕中心轴的旋转运动的系泊方式系泊浮体式海上风力发电设备的结构进行说明。此外，对于在第一～第三实施方式中已说明过的部件，赋予相同的符号，在本实施方式中省略说明。

图13是表示本实施方式的浮体式海上风力发电设备的概略结构的立体图。如该图所示，本实施方式的浮体式海上风力发电设备60的浮体31，以所谓悬链线方式（Catenarymethod）通过系泊索32系泊于海底B。因此，浮体31能够绕中心轴在一定范围内转动摇摆。即，浮体31以不抑制绕其中心轴的旋转运动的系泊方式被系泊。因此，即使通过摇摆抑制单元16对因陀螺效应引发的机舱13相对于浮体31的转动摇摆进行限制，浮体31也能够绕中心轴在一定范围内转动摇摆。其结果是，无法通过系泊索32对机舱13的转动摇摆进行抑制。但是，在浮体式海上风力发电设备60的浮体31，设置有多个叶片状的流体力学式阻尼器64。通过该流体力学式阻尼器64，能够抑制在浮体31产生转动摇摆。

这样，即使是以不抑制浮体的绕中心轴的旋转运动的系泊方式对浮体式海上风力发电设备进行系泊的结构的情况下，采用将用于对转动座轴承14的机舱13的转动摇摆进行抑制的摇摆抑制单元16和用于抑制浮体31的转动摇摆的流体力学式阻尼器64组合而成的结构，由于抑制了因陀螺效应引起的机舱13和浮体31的转动摇摆，这也是有效的。

本实施方式的浮体式海上风力发电设备60中，两个流体力学式阻尼器64以隔着浮体31相对的方式配置。即，以连结两个流体力学式阻尼器64的向浮体31安装的安装部的线通过浮体31的与水平面平行的截面的大致中心的方式配置。这是由于，流体力学式阻尼器64不是为了抑制浮体31的纵摇摇摆而是为了抑制旋转摇摆而设置的装置。即，浮体式海上风力发电设备60的流体力学式阻尼器64设置为，通过与外部的水的相互干涉而成为浮体31的旋转摇摆的阻力。因此，没必要如以抑制纵摇摇摆为目的的装置那样设置三个以上。因此，流体力学式阻尼器64即使只有一个，也能够实现其功能。但是，其数量为三个以上时也能够实现上述的功能，所以流体力学式阻尼器64的数量也可以为三个以上。

在该实施方式中，取代摇摆抑制单元16而具备对机舱的旋转运动进行能动式控制的装置时，也能够通过流体力学式阻尼器64抑制浮体31产生转动摇摆。

此外，流体力学式阻尼器64能够通过与周围的流体的相互干涉产生流体力学的作用而实现作为摇摆抑制单元的功能。因此，也可以通过将结构体自身的截面形状例如形成为角形或者形成为凹凸较多的形状而构成。

产业上的可利用性

本发明能够作为用于提高风力发电设备的发电效率和设备耐久性的装置加以利用。特别是，由于能够提高浮体式海上风力发电设备的发电效率和设备的耐久性，所以是有用的。

Claims (8)

1.一种浮体式海上风力发电设备，其在海上使用浮体作为结构体的一部分进行发电，所述浮体式海上风力发电设备的特征在于：

所述浮体式海上风力发电设备具备：借助风进行旋转的风轮；至少收纳所述风轮的旋转轴的机舱；具有转动单元的所述结构体，所述转动单元将所述机舱支承为能够相对于水面转动自如；和抑制所述机舱相对于水面的转动摇摆的摇摆抑制单元，

所述浮体式海上风力发电设备使用流体力学式阻尼器作为所述摇摆抑制单元，所述流体力学式阻尼器通过所述结构体的形状或结构与周围的流体的相互干涉来抑制转动摇摆。

2.如权利要求1所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

所述机舱相对于所述风轮被设置在上风侧。

3.如权利要求2所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

所述风轮被赋予锥角。

4.如权利要求1所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

所述浮体式海上风力发电设备还具备液压阻尼器作为所述摇摆抑制单元。

5.如权利要求1所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

所述浮体式海上风力发电设备还具备摩擦阻尼器作为所述摇摆抑制单元。

6.如权利要求1所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

所述浮体式海上风力发电设备用系泊索系泊所述浮体。

7.如权利要求6所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

所述浮体形成为大致圆筒形状，

所述系泊方式为：使用由两条系泊索构成的系泊索对，在将所述浮体投影于水平面时，所述两条系泊索各自的一端与所述大致圆筒形状的圆的圆周上的两点连接，

所述两条系泊索呈分别成为所述圆的大致切线的形状，并且呈向同一侧延伸的形态。

8.如权利要求1所述的浮体式海上风力发电设备，其特征在于：

以使未接受到风的状态下的所述风轮的所述旋转轴相对于水平面具有预定角的方式将所述机舱支承于所述结构体，使得接受到风而倾斜的状态下的所述风轮的所述旋转轴与风向平行。