JP2005030263A - 風車ブレードのピッチ角制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】メインモータ２０等が故障したとき、風車ブレード１１を簡単かつ確実にフェザーリング状態まで回動させる。
【解決手段】メインモータ２１の他にサブモータ４８を設置することで、メインモータ２０、メイン制御手段２０が故障したとき、該サブモータ４８をサブ制御手段 １２４により作動して風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させるようにしたので、メインモータ２０等の故障後、強風が吹くようになっても風車を安全とすることができる。この際、サブ制御手段 １２４によりサブモータ４８をサーボ制御しているので、風負荷に関係なく風車ブレード１１を一定速度でフェザーリング状態まで回動させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】メインモータ２１の他にサブモータ４８を設置することで、メインモータ２０、メイン制御手段２０が故障したとき、該サブモータ４８をサブ制御手段 １２４により作動して風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させるようにしたので、メインモータ２０等の故障後、強風が吹くようになっても風車を安全とすることができる。この際、サブ制御手段 １２４によりサブモータ４８をサーボ制御しているので、風負荷に関係なく風車ブレード１１を一定速度でフェザーリング状態まで回動させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力発電に使用される風車における風車ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−９９０４５号公報
【０００３】
従来の風車ブレードのピッチ角制御装置としては、例えば前記特許文献１に記載されているようなものが知られている。このものは、風車のローターヘッドに取付けられ該ローターヘッドの中心軸と同軸のサーボモータと、このサーボモータをサーボ制御するサーボ制御手段と、前記サーボモータの出力軸に固定された傘歯車からなる主歯車と、各風車ブレードの半径方向内端に固定され、前記主歯車に噛み合う傘歯車からなる副歯車とから構成されたものである。そして、このものによって風車ブレードのピッチ角を制御する場合には、サーボ制御手段によりサーボモータを作動することで主歯車を回転し、この主歯車の回転を副歯車に伝達して全ての風車ブレードを同期回動するのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の風車ブレードのピッチ角制御装置にあっては、風車ブレードに回動力を付与するサーボモータ、サーボ制御手段が１台しか設置されていないため、該サーボモータ等が断線・停電等により故障をすると、風車ブレードのピッチ角を制御することができなくなるという問題点がある。特に、弱い風に対して風車ブレードのピッチ角が設定されているときにサーボモータ等が故障した後、強風が吹くようになったときには、風車が高速回転し危険となる。
【０００５】
この発明は、メインモータ等が故障したとき、風車ブレードを簡単かつ確実にフェザーリング状態まで回動させることができる風車ブレードのピッチ角制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、半径方向内端部がロータヘッドに回動可能に連結された複数の風車ブレードをそれぞれ回動させることでピッチ角を制御するようにした風車ブレードのピッチ角制御装置であって、風車ブレードに回転駆動力を付与するメインモータと、該メインモータをサーボ制御するメイン制御手段と、前記風車ブレードに回転駆動力を付与することができる流体モータから構成されたサブモータと、前記メインモータ、メイン制御手段が故障したときに、サブモータをサーボ制御しながら作動させ、該サブモータから風車ブレードに回転駆動力を付与することで風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させるサブ制御手段とを備えることにより達成することができる。
【０００７】
この発明においては、メインモータの他にサブモータを設置し、メインモータ等が故障したとき、サブモータをサブ制御手段により作動して風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させるようにしたので、メインモータ等の故障後、強風が吹くようになっても風車を安全とすることができる。この際、サブ制御手段によりサブモータをサーボ制御するようにしているので、風負荷に関係なく風車ブレードを一定速度でフェザーリング状態まで回動させることができる。
【０００８】
ここで、前記サブモータが、メインモータの作動時に該メインモータの回転に追従して回転すると、該サブモータからサブ制御手段にフィードバックが入力されてサブモータが誤った作動をしようとする。しかしながら、請求項２に記載のように構成すれば、メインモータの作動時、サブモータは従動回転することがないため、前述のような事態を防止することができる。
また、請求項３に記載のように構成すれば、メインモータ等が故障したとき、迅速にサブモータを作動させることができる。
【０００９】
さらに、請求項４に記載のように構成すれば、アキュムレータを非常流体モータにも共用することができ、構造を簡単で製作費を安価とすることができる。
また、請求項５に記載のように構成すれば、風車ブレードがフェザーリング状態の直前まで回動したとき、アキュムレータ内の高圧流体を排出して風車ブレードに対する回動力付与を終了させることができ、これにより、風車ブレードがフェザーリング状態に到達したときの回動速度を低減させることができる。
さらに、請求項６に記載のように構成すれば、電気モータを間欠作動させることで消費エネルギーを抑制しながら、アキュムレータに貯蔵されている高圧流体の圧力を常時所定圧に維持することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、１１は半径方向に延びるとともに周方向に等角度離れた複数の風車ブレードであり、これら風車ブレード１１の半径方向内端部は円筒状を呈するとともに、風車本体に回転可能に支持された中空状ロータヘッド（図示していない）に回動可能に連結されている。そして、前記ロータヘッドは図示していない増速機および発電機に連結されており、この結果、風車ブレード１１、ロータヘッドが該ロータヘッドの回転軸回りに回転すると、発電機は（風力）発電する。ここで、各風車ブレード１１の半径方向内端部内周には内歯車１２が形成されている。
【００１１】
１５は各風車ブレード１１を回動させることでそのピッチ角、即ちロータヘッドに対する風車ブレード１１の取付け角度を制御する複数（風車ブレード１１と同数）のピッチ角制御装置であり、各ピッチ角制御装置１５は前記ロータヘッドの内周に固定された固定カバー１６の一側に取付けられている遊星歯車減速機、ここでは偏心揺動型減速機１７を有する。
【００１２】
２０は固定カバー１６の他側に取付けられた誘導電動式交流サーボモータ等からなるメインモータであり、このメインモータ２０はメイン制御手段２１によりサーボ制御される。ここで、前述のメイン制御手段２１としては、例えば、メインモータ２０のモータ軸２２の回転を検出するエンコーダと、該エンコーダからの検出信号（フィードバック信号）および操作信号に基づいてメインモータ２０に制御信号を出力するコントローラとを用いることができる。そして、通常時は、このメインモータ２０が風車ブレード１１に回転駆動力を付与し、該風車ブレード１１のピッチ角を制御する。前記モータ軸２２の先端部には第１伝達軸２３が一体的に連結され、この第１伝達軸２３の他端部は前記固定カバー１６に回転可能に支持されている。
【００１３】
前記減速機１７は略円筒状をしたケース２６を有し、このケース２６内にはキャリア２７が収納されるとともに、その内周には内歯としての多数の内歯ピン２８が設けられている。２９は前記キャリア２７の一端に一体的に連結された出力軸であり、この出力軸２９および前記キャリア２７はケース２６に回転可能に支持されている。
【００１４】
３３は前記ケース２６内に収納された複数、ここでは２個のピニオンであり、これらピニオン３３は軸方向に並列配置されている。また、これらピニオン３３は外周に歯数が内歯ピン２８の数より若干少ない外歯（図示せず）を有し、これら外歯は隣接するピニオン３３において １８０度だけ位相がずれた状態で前記内歯ピン２８に噛み合っている。
【００１５】
また、前記ピニオン３３には複数の貫通孔３７が形成され、これらの貫通孔３７にはキャリア２７に回転可能に支持されたクランク軸３８の軸方向中央部に形成されている偏心部３８ａがそれぞれニードル軸受４０を介装した状態で挿入されている。４１は各クランク軸３８の他端部に連結された入力歯車であり、これら入力歯車４１には前記第１伝達軸２３の先端部（一端部）外周に形成された出力外歯車４２が噛み合っている。
【００１６】
そして、メインモータ２０のモータ軸２２の駆動回転が第１伝達軸２３を介して入力歯車４１に伝達され、クランク軸３８が回転すると、偏心部３８ａは貫通孔３７内において偏心回転しピニオン３３を偏心回転（公転）させる。このとき、ケース２６が静止しており、また、ピニオン３３の外歯の歯数が内歯ピン２８の数より若干少ないので、キャリア２７、出力軸２９は低速で回転する。前述したケース２６、キャリア２７、内歯ピン２８、ピニオン３３、クランク軸３８、入力歯車４１は全体として、メインモータ２０のモータ軸２２から入力された回転を大減速比で減速して出力軸２９に出力する前記減速機１７を構成する。
【００１７】
４５は前記出力軸２９に連結された外歯車であり、この外歯車４５は前記風車ブレード１１の内歯車１２に噛み合っている。そして、通常時は、メイン制御手段２１のサーボ制御によってメインモータ２０のモータ軸２２が回転するが、このモータ軸２２の回転は減速機１７により減速された後、風車ブレード１１に伝達され、該風車ブレード１１を回動させてそのピッチ角を変更する。
【００１８】
４８はメインモータ２０の側方にこれと平行に設置されたサブモータであり、このサブモータ４８は、流体モータ、ここでは斜板式流体モータから構成され、一端が固定カバー１６に固定され円筒状を呈する支持ケース４９の他端部に挿入されながら取付けられている。そして、このサブモータ４８は、前記メインモータ２０またはメイン制御手段２１の少なくともいずれか一方が断線・停電等によって故障したときのみ作動することで、風車ブレード１１に回転駆動力を付与することができる。
【００１９】
図１、２、３において、前記サブモータ４８は内部に収納室５２が形成されたモータケース５３を有し、このモータケース５３には収納室５２に収納された回転軸５４が回転可能に支持されている。５５は前記収納室５２に収納された円筒状のシリンダブロックであり、このシリンダブロック５５には前記回転軸５４が挿入されてスプライン結合されている。前記シリンダブロック５５に形成された複数のシリンダ穴５６にはプランジャ５７がそれぞれ摺動可能に挿入され、これらプランジャ５７の先端（一端）にはシュー５８が連結されている。
【００２０】
６１はシリンダブロック５５と後述するハウジングとの間に介装されたタイミングプレートであり、このタイミングプレート６１に形成された一対の給排孔には一対の主通路６２、６３がそれぞれ接続されている。６４は収納室５２に収納された略リング状の斜板であり、この斜板６４には傾斜面６４ａが形成され、この傾斜面６４ａには前記シュー５８が摺接している。そして、前記主通路６２からタイミングプレート６１の給排孔を通じてシリンダ穴５６に高圧流体が供給されると、シリンダブロック５５、回転軸５４が回転する。前述したモータケース５３、回転軸５４、シリンダブロック５５、プランジャ５７、シュー５８、タイミングプレート６１、斜板６４は全体として、前記サブモータ４８を構成し、このサブモータ４８には前述のように一対の主通路６２、６３が接続されている。
【００２１】
６７は前記第１伝達軸２３に平行に延びる第２伝達軸であり、この第２伝達軸６７は前記固定カバー１６内に収納されるとともに、該固定カバー１６に両端部が回転可能に支持されている。前記第１伝達軸２３の外周には第１外歯車６９が、一方、前記第２伝達軸６７の外周には第２外歯車７０がそれぞれ形成され、これら第１、第２外歯車６９、７０の双方には第１伝達軸２３と第２伝達軸６７との間に配置されたアイドル歯車７１が噛み合っている。ここで、このアイドル歯車７１は固定カバー１６に支持された支持軸７２に回転可能に支持されている。前述した第１、第２伝達軸２３、６７、アイドル歯車７１は全体として、前述したサブモータ５８からの回転を減速機１７を介して風車ブレード１１に伝達する伝達手段７４を構成する。
【００２２】
図１、２、３、４において、７７はサブモータ４８の他端面に固定されたハウジングであり、このハウジング７７内にはサブモータ４８の回転軸５４に直交する方向に延びる貫通した断面円形のスプール孔７８が形成されている。そして、このスプール孔７８の先端開口はハウジング７７に固定された先端キャップ７９により閉止され、一方、後端開口はハウジング７７に固定された後端キャップ８０により閉止されている。
【００２３】
８３は前記スプール孔７８内に摺動可能に挿入されたスプールであり、このスプール８３は先端キャップ７９に取付けられたキー８４により回り止めされながらスプール孔７８内を軸方向に移動することができる。このスプール８３の外周には先端側から後端側に向かって軸方向に離れた２個の環状溝８３ａ、８３ｂが順次形成されている。前述したスプール孔７８、スプール８３、キー８４は全体として、軸方向に移動可能なスプール８３を有するサーボ制御弁８５を構成する。
【００２４】
８８は所定圧の高圧流体を貯蔵するアキュムレータ８９に一端が接続された供給通路であり、この供給通路８８の他端は前記サーボ制御弁８５、詳しくはスプール孔７８に接続され、この供給通路８８を通じてアキュムレータ８９からの高圧流体がサーボ制御弁８５に導かれる。また、９１はタンク９０とサーボ制御弁８５、詳しくはスプール孔７８とを接続する排出通路であり、この排出通路９１はサーボ制御弁８５から流出した低圧の戻り流体をタンク９０に導く。このようにサーボ制御弁８５はサブモータ４８に接続された一対の主通路６２、６３と、供給通路８８、排出通路９１との間に介装されているのである。
【００２５】
そして、前記サーボ制御弁８５のスプール８３が図４に実線で示す位置で停止しているときには、サーボ制御弁８５は中立位置に位置しているため、スプール８３によって主通路６２と供給通路８８および主通路６３と排出通路９１とは遮断されているが、該スプール８３が後端側に移動すると、サーボ制御弁８５が流れ位置に切換えられ、主通路６２と供給通路８８とが環状溝８３ｂを通じて、また、主通路６３と排出通路９１とが環状溝８３ａを通じて連通し、これにより、アキュムレータ８９からの高圧流体がサーボ制御弁８５、主通路６２を介してサブモータ４８に供給され、該サブモータ４８をサーボ制御しながら作動、即ち回転軸５４を回転させるとともに、サブモータ４８から流出した低圧の戻り流体がタンク９０に排出される。
【００２６】
前記環状溝８３ａ、ｂ間のスプール８３には切り欠き９４が形成され、この切り欠き９４内には略円筒状をしたスリーブ９５を回転可能に支持するスラストブッシュ９６が収納固定されている。この結果、前記スリーブ９５はスラストブッシュ９６を介してスプール８３に回転可能に支持されることになる。９７はスプール８３の中心軸上に形成された遊嵌孔であり、この遊嵌孔９７には先端部外周におねじ９８を有するねじ軸９９が遊嵌されている。 １００は前記スリーブ９５の内周に形成されためねじであり、このめねじ １００には前記ねじ軸９９のおねじ９８が螺合している。この結果、ねじ軸９９が回転すると、おねじ９８、めねじ １００のねじ作用により、スリーブ９５はスプール８３と共に軸方向に一体的に移動する。
【００２７】
１０３はハウジング７７の後端面に取付けられた斜板式等の非常流体モータであり、この非常流体モータ １０３は流入通路 １０４および供給通路８８を介してアキュムレータ８９に接続されている。 １０５は前記非常流体モータ １０３とタンク９０とを接続する流出通路であり、これら流入、流出通路 １０４、 １０５の途中には、換言すればアキュムレータ８９と非常流体モータ １０３との間には電磁弁からなる開閉弁 １０６が介装されている。
【００２８】
そして、この開閉弁 １０６は、通常の通電時には、閉位置に位置してアキュムレータ８９から非常流体モータ １０３への高圧流体の流入を遮断しているが、前述のメインモータ２０、メイン制御手段２１が断線、停電等によって故障すると、同時に通電が遮断されるため、開位置に切換わってアキュムレータ８９から非常流体モータ １０３に流入通路 １０４を通じて高圧流体を供給し、該非常流体モータ １０３を作動させて後述の変換移動手段に回転駆動力を付与する。このとき、非常流体モータ １０３から流出した低圧の戻り流体は流出通路 １０５を通じてタンク９０に排出される。
【００２９】
１０７は開閉弁 １０６と非常流体モータ １０３との間の流入通路 １０４に介装された流量調整弁であり、この流量調整弁 １０７は流入通路 １０４を流れる高圧流体の流量を制御することにより、非常流体モータ １０３の出力軸の回転速度をコントロールする。ここで、前記非常流体モータ １０３の出力軸は後端キャップ８０を貫通するねじ軸９９の後端部に連結されている。この結果、この非常流体モータ １０３は、開閉弁 １０６が開位置に切換わったとき、流量調整弁 １０７により流量制御されたアキュムレータ８９からの高圧流体に応じた回転駆動力を発生し、該回転駆動力を後述する変換移動手段のねじ軸９９に付与する。
【００３０】
１１０は前記ハウジング７７内に成形されサブモータ４８の回転軸５４と同軸の遊嵌孔であり、この遊嵌孔 １１０の他端開口は受け部材 １１１によって閉止されている。 １１２は前記遊嵌孔 １１０内に遊嵌された伝達軸であり、この伝達軸 １１２の一端部は前記回転軸５４の他端部にスプライン結合され、一方、その他端部は前記受け部材 １１１に回転可能に支持されている。この結果、この伝達軸 １１２は前記回転軸５４と一体的に回転することができる。
【００３１】
前記伝達軸 １１２の中央部外周にははすば歯車 １１６が一体形成され、このはすば歯車 １１６は前記スリーブ９５の中央部外周に形成されたはすば歯車 １１７に噛み合っている。ここで、このスリーブ９５の回転軸線と伝達軸 １１２の回転軸線とはねじれ状態で直交しているので、前記はすば歯車 １１６、 １１７は直交ヘリカルスパイラルギアを構成する。
【００３２】
この結果、前記ねじ軸９９が非常流体モータ １０３の作動により右回転すると、スリーブ９５は、はすば歯車 １１６、 １１７によりねじ軸９９との一体回転が制限されているため、左回転しながら軸方向に、ここでは後端側に向かって移動し、これにより、スプール８３もスリーブ９５と一体的に軸方向（後端側）に移動してサーボ制御弁８５が流れ位置に切換わり、主通路６２、供給通路８８同士、および、主通路６３、排出通路９１同士が連通する。前述したスリーブ９５、スラストブッシュ９６、ねじ軸９９、はすば歯車 １１７は全体として、非常流体モータ １０３から回転駆動力が付与されたとき、該回転駆動力を軸方向移動力に変換して前記サーボ制御弁８５のスプール８３を軸方向に移動させる変換移動手段 １２０を構成する。
【００３３】
また、前述した伝達軸 １１２、はすば歯車 １１６は全体として、前記サブモータ４８、詳しくは回転軸５４に連結された機械式伝達手段 １２２を構成し、この機械式伝達手段 １２２は前記サブモータ４８の回転力を前記変換移動手段 １２０のはすば歯車 １１７にフィードバックし、スプール８３を前記非常流体モータ １０３による移動方向と逆方向に移動させる。
【００３４】
そして、前記アキュムレータ８９は、開閉弁 １０６が開位置に切換わって非常流体モータ １０３が作動し、サーボ制御弁８５のスプール８３が流れ位置に切換わると、貯蔵していた高圧流体を供給通路８８、一方の主通路６２を通じてサブモータ４８に供給し、該サブモータ４８を作動させる。このとき、サブモータ４８の回転軸５４の回転は機械式伝達手段 １２２によりフィードバック力として変換移動手段 １２０に伝達されるため、スプール８３は非常流体モータ １０３による移動方向と逆方向に移動して中立位置に復帰しようとし、これにより、サブモータ４８がサーボ制御される。このようにサブモータ４８がサーボ制御されて回転軸５４が回転すると、この回転は伝達手段７４を介して減速機１７に伝達され、高比で減速された後、風車ブレード１１に伝達されて該風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させる。
【００３５】
前述した主通路６２、６３、サーボ制御弁８５、供給通路８８、アキュムレータ８９、排出通路９１、非常流体モータ １０３、流入、流出通路 １０４、 １０５、開閉弁 １０６、流量調整弁 １０７、変換移動手段 １２０、機械式伝達手段 １２２は全体として、前記メインモータ２０、メイン制御手段２１が故障したときに、サブモータ４８をサーボ制御しながら作動させ、該サブモータ４８から風車ブレード１１に回転駆動力を付与することで風車ブレード１１をフェザーリング状態（風車ブレード１１が風向きと平行となった状態）まで回動させるサブ制御手段 １２４を構成する。
【００３６】
ここで、前述のようにサブ制御手段 １２４の一部として、主通路６２、６３、サーボ制御弁８５、供給通路８８、アキュムレータ８９、排出通路９１を用いるようにすれば、メインモータ２０等が故障したとき、流体ポンプを立ち上げることなくアキュムレータ８９からサブモータ４８に高圧流体を供給することができ、この結果、迅速にサブモータ４８を作動させることができる。
【００３７】
また、前述のようにサブ制御手段 １２４の一部として、非常流体モータ １０３、開閉弁 １０６、変換移動手段 １２０、機械式伝達手段 １２２を用いるようにすれば、アキュムレータ８９をサブモータ４８と非常流体モータ １０３とに共用することができ、構造を簡単で製作費を安価とすることができる。
【００３８】
ここで、前記第２伝達軸６７とサブモータ４８の回転軸５４とが直結されていると、メインモータ２０が作動したとき、回転軸５４がメインモータ２０のモータ軸２２に追従して回転するため、該回転軸５４からサブ制御手段 １２４にフィードバックが入力されてサブモータ４８が誤った作動をしようとする。このため、この実施形態においては、前記サブモータ４８と風車ブレード１１の間、詳しくはサブモータ４８と伝達手段７４との間にクラッチ手段 １２７を介装し、これにより、前述のようなときにサブモータ４８と風車ブレード１１（伝達手段７４）との間の回転伝達を遮断してサブモータ４８の従動回転を防止し、サブモータ４８が誤った作動をするのを防止している。
【００３９】
ここで、前記クラッチ手段 １２７はサブモータ４８の回転軸５４に固定された駆動部材 １２８を有する。 １２９は第２伝達軸６７の他端に連結された被駆動部本体であり、この被駆動部本体 １２９の他端部にはリング状をした摩擦プレート １３０が軸方向に移動可能に嵌合されるとともに、この摩擦プレート １３０と前記被駆動部本体 １２９との間には該摩擦プレート １３０を他側（駆動部材 １２８に接近する側）に向かって付勢する図示していないばね等の付勢部材が介装されている。前述した被駆動部本体 １２９、摩擦プレート １３０、付勢部材は全体として被駆動部材 １３１を構成する。
【００４０】
前記被駆動部本体 １２９の外側には支持ケース４９に取付けられたリング状の電磁石 １３４が嵌合され、この電磁石 １３４と被駆動部材 １３１との間には被駆動部材 １３１からの回転を遮断する軸受 １３５が介装されている。前述した駆動部材 １２８、被駆動部材 １３１、電磁石 １３４、軸受 １３５は全体として、前記クラッチ手段 １２７を構成する。
【００４１】
そして、このクラッチ手段 １２７においては、前記メインモータ２０への通電と同時に電磁石 １３４に対する通電が行われるが、このとき、摩擦プレート １３０が電磁石 １３４に吸着されることで、付勢部材の付勢力に対抗して駆動部材 １２８から離脱するまで一側に移動し、被駆動部材 １３１から駆動部材 １２８への回転伝達を遮断する。一方、メインモータ２０等の故障により、電磁石 １３４に対する通電が遮断されると、摩擦プレート １３０が付勢部材に付勢されて駆動部材 １２８に係合するまで他側に移動し、駆動部材 １２８から被駆動部材 １３１への回転伝達が可能となる。
【００４２】
１３９は供給通路８８とタンク９０とを接続する補充通路であり、この補充通路 １３９の途中には、電気モータ １４０により駆動されて作動したとき、タンク９０から流体を吸入して高圧流体を供給通路８８（アキュムレータ８９）に供給補充する流体ポンプ １４１が介装されている。 １４２は検出通路 １４３を介して供給通路８８（アキュムレータ８９）に接続された検出スイッチであり、この検出スイッチ １４２はアキュムレータ８９の内圧を検出し、該内圧が流体の漏洩等により所定圧未満となったとき、電気モータ １４０に通電して流体ポンプ １４１を作動させ、アキュムレータ８９に高圧流体を補充する一方、アキュムレータ８９の内圧が所定圧まで上昇すると、電気モータ １４０、流体ポンプ １４１の作動を停止させる。
【００４３】
これにより、電気モータ １４０は間欠作動することとなり、この結果、消費エネルギーを抑制しながら、アキュムレータ８９に貯蔵されている高圧流体の圧力を常時所定圧に維持することができる。なお、 １４４は流体ポンプ １４１より供給通路８８側の補充通路 １３９に介装されたチェック弁であり、このチェック弁 １４４は高圧流体がアキュムレータ８９から補充通路 １３９を通じてタンク９０に逆流する事態を防止している。また、 １４５は補充通路 １３９等の各通路の内圧が異常高圧となったとき、高圧流体をタンク９０に戻すリリーフ弁、 １４６は主通路６２または６３におけるキャビテーションを防止する防止回路である。
【００４４】
１５０は一端が供給通路８８を介してアキュムレータ８９に、他端がタンク９０にそれぞれ接続された接続通路であり、この接続通路 １５０の途中には、通常は閉止しているが、開弁力を受けたとき開弁してアキュムレータ８９に貯蔵されている高圧流体をタンク９０に排出する排出弁 １５１が介装されている。 １５２は風車ブレード１１の半径方向内端部に取付けられた開弁カムであり、この開弁カム １５２は、前記サブモータ４８の作動により排出弁 １５１に徐々に接近するが、風車ブレード１１がフェザーリング状態の直前まで回動すると、前記排出弁 １５１に係合して該排出弁 １５１に開弁力を付与する。
【００４５】
このように排出弁 １５１、開弁カム １５２を用いて風車ブレード１１がフェザーリング状態の直前まで回動したとき、アキュムレータ８９内の高圧流体をタンク９０に排出して風車ブレード１１に対する回動力付与を終了させるようにすれば、風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達したときの回動速度を低減させることができ、これにより、風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達したときのストッパー（図示していない）に対する衝撃を緩和することができる。
【００４６】
次に、この発明の一実施形態の作用について説明する。
通常時において風車ブレード１１のピッチ角を変更する場合には、メインモータ２０をメイン制御手段２１によりサーボ制御しながら作動させてモータ軸２２を回転させるが、このモータ軸２２の回転は入力歯車４１を介してクランク軸３８に伝達され、該クランク軸３８を同期回転させる。このとき、ケース２６が静止しており、また、ピニオン３３の外歯の歯数が内歯ピン２８の数より若干少ないので、前記モータ軸２２の回転は減速機１７により減速されて出力軸２９、外歯車４５に出力され、該外歯車４５を低速で回転させる。ここで、前記外歯車４５には風車ブレード１１に形成された内歯車１２が噛み合っているので、外歯車４５の回転により風車ブレード１１は回動し、そのピッチ角が変更される。
【００４７】
このようなメインモータ２０の作動時、該メインモータ２０のモータ軸２２の回転が伝達手段７４を通じてサブモータ４８に伝達され、該サブモータ４８の回転軸５４が追従回転すると、該回転軸５４からサブ制御手段 １２４にフィードバックが入力されてサブモータ４８が誤った作動をしようとする。このため、前述のようなメインモータ２０の作動時には、電磁石 １３４に対し通電して摩擦プレート １３０を電磁石 １３４により吸着することで、クラッチ手段 １２７における被駆動部材 １３１から駆動部材 １２８への回転伝達を遮断し、前述のようなサブモータ４８の従動回転を防止するようにしている。
【００４８】
そして、前記風車ブレード１１のピッチ角は、通常の運転時には、１０〜３０度の範囲内で制御されており、風が弱くなった場合には、ピッチ角が小さくなるよう風車ブレード１１を回動させてロータヘッドの回転を増速させ、一方、風が強くなった場合には、ピッチ角が大きくなるよう風車ブレード１１を回動させてロータヘッドの回転を減速させ、強風時の危険を回避しながら、発電効率を向上させるようにしている。なお、前述のような通常時、検出スイッチ １４２はアキュムレータ８９の内圧を常時検出するとともに、該内圧が流体の漏洩等により所定圧未満となると、電気モータ １４０に通電して流体ポンプ １４１を作動させ、アキュムレータ８９に高圧流体を所定圧となるまで補充する。
【００４９】
ここで、断線・停電等によりメインモータ２０、メイン制御手段２１が故障した非常時となると、風車ブレード１１のピッチ角制御ができなくなり、特に、弱い風に対して風車ブレード１１のピッチ角が設定されているときに前述のような故障が発生し、その後、強風が吹くようになると、風車が高速回転し危険となる。このような場合には、以下のようにサブ制御手段 １２４によりサブモータ４８をサーボ制御しながら作動して風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させる。
【００５０】
即ち、前述のようにメインモータ２０等が故障すると、開閉弁 １０６に対する通電が遮断されるため、該開閉弁 １０６が閉位置から開位置に切換わり、アキュムレータ８９から非常流体モータ １０３に流入通路 １０４を通じて高圧流体が供給される。このとき、非常流体モータ １０３に流入する流体量は流量調整弁 １０７により制御されるため、該非常流体モータ １０３の出力軸の回転速度は適切な値にコントロールされる。
【００５１】
このようにして非常流体モータ １０３の出力軸およびねじ軸９９が、例えば右回転すると、スリーブ９５は、はすば歯車 １１６、 １１７によりねじ軸９９との一体回転が制限されているため、左回転しながら軸方向に、ここでは後端側に向かって移動し、これにより、スプール８３もスリーブ９５と一体的に軸方向（後端側）に移動してサーボ制御弁８５が中立位置から流れ位置に切換わり、主通路６２、供給通路８８同士、および、主通路６３、排出通路９１同士が連通する。この結果、アキュムレータ８９からの高圧流体がサーボ制御弁８５、主通路６２を通じてサブモータ４８に供給され、該サブモータ４８を作動、即ち回転軸５４を回転させる。
【００５２】
このとき、クラッチ手段 １２７の電磁石 １３４に対する通電も遮断されるため、摩擦プレート １３０が付勢部材に付勢されて駆動部材 １２８に係合するまで他側に移動し、駆動部材 １２８から被駆動部材 １３１への回転伝達が可能となる。この結果、前記サブモータ４８の回転軸５４の回転は、クラッチ手段 １２７、伝達手段７４を介して減速機１７に入力されるが、この減速機１７において前述と同様に減速された後、外歯車４５に出力され、該外歯車４５を低速回転させる。これにより、メインモータ２０等が故障をしたとき、風車ブレード１１をフェザーリング状態に向かって回動させることができる。
【００５３】
ここで、前述した回転軸５４の回転は伝達軸 １１２に伝達されてはすば歯車 １１６を回転させるが、このはすば歯車 １１６はスリーブ９５のはすば歯車 １１７に噛み合っているので、前記スリーブ９５は前述とは逆に右回転しながら前記非常流体モータ １０３による移動方向と逆方向の先端側に向かって移動し、サーボ制御弁８５のスプール８３は中立位置に向かって復帰しようとする。このようにしてサブモータ４８の回転力ははすば歯車 １１７にフィードバックされる。
【００５４】
このようなサブモータ４８の作動時、変換移動手段 １２０には非常流体モータ １０３、回転軸５４からスプール８３に逆方向の軸方向移動を発生させる回転力が付与されるが、この回転軸５４の回転は非常流体モータ １０３の出力軸およびねじ軸９９の回転より僅かに遅れるため、サーボ制御弁８５のスプール８３は流れ位置に保持され、風車ブレード１１はフェザーリング状態に向かって一定速度で回動を継続する。
【００５５】
そして、前記風車ブレード１１がフェザーリング状態の直前まで回動してくると、開弁カム１５２が排出弁 １５１に係合して該排出弁 １５１に開弁力を付与する。この結果、排出弁 １５１が閉から開に切換わってアキュムレータ８９内の高圧流体が供給通路８８、接続通路 １５０を通じてタンク９０に排出され、これにより、サブモータ４８に対する高圧流体の供給が停止して風車ブレード１１に対する回動力付与が終了する。
【００５６】
その後、風車ブレード１１は慣性および風負荷によってフェザーリング状態まで回動するとともにストッパーに当接して回動が規制されるが、前述のように風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達する直前に回動力付与を終了させると、該風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達したときの回動速度が低減し、ストッパーに対して衝突したときの衝撃が緩和される。
【００５７】
このように、この実施形態においては、メインモータ２０の他にサブモータ４８を設置し、メインモータ２０等が故障したとき、サブモータ４８をサブ制御手段 １２４により作動して風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させるようにしたので、メインモータ２０等の故障後、強風が吹くようになっても風車を安全とすることができる。この際、サブ制御手段 １２４によりサブモータ４８をサーボ制御するようにしているので、風負荷に関係なく風車ブレード１１を一定速度でフェザーリング状態まで回動させることができる。
【００５８】
なお、前述の実施形態においては、サブ制御手段 １２４をサーボ制御弁８５、アキュムレータ８９、非常流体モータ １０３、変換移動手段 １２０、機械式伝達手段 １２２等の機械部品を組み合わせることで構成したが、この発明においては、サブモータの出力軸の回転を検出するエンコーダ等の検出センサと、操作信号および検出センサからの検出信号に基づいてサーボ制御弁に制御信号を出力し、該サーボ制御弁を制御する比較器とから構成するようにしてもよい。
【００５９】
また、前述の実施形態においては、メインモータ２０等が故障したとき、サブモータ４８にアキュムレータ８９からの高圧流体を供給するようにしたが、この発明においては、故障と同時に油圧ポンプを起動して該油圧ポンプから吐出された高圧流体をサブモータに供給するようにしてもよい。さらに、前述の実施形態においては、クラッチ手段 １２７を電気（電磁石 １３４）で制御するようにしたが、この発明においては、アキュムレータからの流体圧（ピストン）によって制御するようにしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、メインモータ等が故障したとき、風車ブレードを簡単かつ確実にフェザーリング状態まで回動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す回路図である。
【図２】メイン、サブモータ近傍の一部破断正面図である。
【図３】サブモータ、サブ制御手段近傍の正面断面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【符号の説明】
１１…風車ブレード １５…ピッチ角制御装置
２０…メインモータ ２１…メイン制御手段
４８…サブモータ ６２、６３…主通路
８３…スプール ８５…サーボ制御弁
８８…供給通路 ８９…アキュムレータ
９１…排出通路 １０３…非常流体モータ
１０６…開閉弁 １２０…変換移動手段
１２２…機械式伝達手段 １２４…サブ制御手段
１２７…クラッチ手段 １４０…電気モータ
１４１…流体ポンプ １４２…検出スイッチ
１５０…接続通路 １５１…排出弁
１５２…開弁カム
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力発電に使用される風車における風車ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−９９０４５号公報
【０００３】
従来の風車ブレードのピッチ角制御装置としては、例えば前記特許文献１に記載されているようなものが知られている。このものは、風車のローターヘッドに取付けられ該ローターヘッドの中心軸と同軸のサーボモータと、このサーボモータをサーボ制御するサーボ制御手段と、前記サーボモータの出力軸に固定された傘歯車からなる主歯車と、各風車ブレードの半径方向内端に固定され、前記主歯車に噛み合う傘歯車からなる副歯車とから構成されたものである。そして、このものによって風車ブレードのピッチ角を制御する場合には、サーボ制御手段によりサーボモータを作動することで主歯車を回転し、この主歯車の回転を副歯車に伝達して全ての風車ブレードを同期回動するのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の風車ブレードのピッチ角制御装置にあっては、風車ブレードに回動力を付与するサーボモータ、サーボ制御手段が１台しか設置されていないため、該サーボモータ等が断線・停電等により故障をすると、風車ブレードのピッチ角を制御することができなくなるという問題点がある。特に、弱い風に対して風車ブレードのピッチ角が設定されているときにサーボモータ等が故障した後、強風が吹くようになったときには、風車が高速回転し危険となる。
【０００５】
この発明は、メインモータ等が故障したとき、風車ブレードを簡単かつ確実にフェザーリング状態まで回動させることができる風車ブレードのピッチ角制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、半径方向内端部がロータヘッドに回動可能に連結された複数の風車ブレードをそれぞれ回動させることでピッチ角を制御するようにした風車ブレードのピッチ角制御装置であって、風車ブレードに回転駆動力を付与するメインモータと、該メインモータをサーボ制御するメイン制御手段と、前記風車ブレードに回転駆動力を付与することができる流体モータから構成されたサブモータと、前記メインモータ、メイン制御手段が故障したときに、サブモータをサーボ制御しながら作動させ、該サブモータから風車ブレードに回転駆動力を付与することで風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させるサブ制御手段とを備えることにより達成することができる。
【０００７】
この発明においては、メインモータの他にサブモータを設置し、メインモータ等が故障したとき、サブモータをサブ制御手段により作動して風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させるようにしたので、メインモータ等の故障後、強風が吹くようになっても風車を安全とすることができる。この際、サブ制御手段によりサブモータをサーボ制御するようにしているので、風負荷に関係なく風車ブレードを一定速度でフェザーリング状態まで回動させることができる。
【０００８】
ここで、前記サブモータが、メインモータの作動時に該メインモータの回転に追従して回転すると、該サブモータからサブ制御手段にフィードバックが入力されてサブモータが誤った作動をしようとする。しかしながら、請求項２に記載のように構成すれば、メインモータの作動時、サブモータは従動回転することがないため、前述のような事態を防止することができる。
また、請求項３に記載のように構成すれば、メインモータ等が故障したとき、迅速にサブモータを作動させることができる。
【０００９】
さらに、請求項４に記載のように構成すれば、アキュムレータを非常流体モータにも共用することができ、構造を簡単で製作費を安価とすることができる。
また、請求項５に記載のように構成すれば、風車ブレードがフェザーリング状態の直前まで回動したとき、アキュムレータ内の高圧流体を排出して風車ブレードに対する回動力付与を終了させることができ、これにより、風車ブレードがフェザーリング状態に到達したときの回動速度を低減させることができる。
さらに、請求項６に記載のように構成すれば、電気モータを間欠作動させることで消費エネルギーを抑制しながら、アキュムレータに貯蔵されている高圧流体の圧力を常時所定圧に維持することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、１１は半径方向に延びるとともに周方向に等角度離れた複数の風車ブレードであり、これら風車ブレード１１の半径方向内端部は円筒状を呈するとともに、風車本体に回転可能に支持された中空状ロータヘッド（図示していない）に回動可能に連結されている。そして、前記ロータヘッドは図示していない増速機および発電機に連結されており、この結果、風車ブレード１１、ロータヘッドが該ロータヘッドの回転軸回りに回転すると、発電機は（風力）発電する。ここで、各風車ブレード１１の半径方向内端部内周には内歯車１２が形成されている。
【００１１】
１５は各風車ブレード１１を回動させることでそのピッチ角、即ちロータヘッドに対する風車ブレード１１の取付け角度を制御する複数（風車ブレード１１と同数）のピッチ角制御装置であり、各ピッチ角制御装置１５は前記ロータヘッドの内周に固定された固定カバー１６の一側に取付けられている遊星歯車減速機、ここでは偏心揺動型減速機１７を有する。
【００１２】
２０は固定カバー１６の他側に取付けられた誘導電動式交流サーボモータ等からなるメインモータであり、このメインモータ２０はメイン制御手段２１によりサーボ制御される。ここで、前述のメイン制御手段２１としては、例えば、メインモータ２０のモータ軸２２の回転を検出するエンコーダと、該エンコーダからの検出信号（フィードバック信号）および操作信号に基づいてメインモータ２０に制御信号を出力するコントローラとを用いることができる。そして、通常時は、このメインモータ２０が風車ブレード１１に回転駆動力を付与し、該風車ブレード１１のピッチ角を制御する。前記モータ軸２２の先端部には第１伝達軸２３が一体的に連結され、この第１伝達軸２３の他端部は前記固定カバー１６に回転可能に支持されている。
【００１３】
前記減速機１７は略円筒状をしたケース２６を有し、このケース２６内にはキャリア２７が収納されるとともに、その内周には内歯としての多数の内歯ピン２８が設けられている。２９は前記キャリア２７の一端に一体的に連結された出力軸であり、この出力軸２９および前記キャリア２７はケース２６に回転可能に支持されている。
【００１４】
３３は前記ケース２６内に収納された複数、ここでは２個のピニオンであり、これらピニオン３３は軸方向に並列配置されている。また、これらピニオン３３は外周に歯数が内歯ピン２８の数より若干少ない外歯（図示せず）を有し、これら外歯は隣接するピニオン３３において １８０度だけ位相がずれた状態で前記内歯ピン２８に噛み合っている。
【００１５】
また、前記ピニオン３３には複数の貫通孔３７が形成され、これらの貫通孔３７にはキャリア２７に回転可能に支持されたクランク軸３８の軸方向中央部に形成されている偏心部３８ａがそれぞれニードル軸受４０を介装した状態で挿入されている。４１は各クランク軸３８の他端部に連結された入力歯車であり、これら入力歯車４１には前記第１伝達軸２３の先端部（一端部）外周に形成された出力外歯車４２が噛み合っている。
【００１６】
そして、メインモータ２０のモータ軸２２の駆動回転が第１伝達軸２３を介して入力歯車４１に伝達され、クランク軸３８が回転すると、偏心部３８ａは貫通孔３７内において偏心回転しピニオン３３を偏心回転（公転）させる。このとき、ケース２６が静止しており、また、ピニオン３３の外歯の歯数が内歯ピン２８の数より若干少ないので、キャリア２７、出力軸２９は低速で回転する。前述したケース２６、キャリア２７、内歯ピン２８、ピニオン３３、クランク軸３８、入力歯車４１は全体として、メインモータ２０のモータ軸２２から入力された回転を大減速比で減速して出力軸２９に出力する前記減速機１７を構成する。
【００１７】
４５は前記出力軸２９に連結された外歯車であり、この外歯車４５は前記風車ブレード１１の内歯車１２に噛み合っている。そして、通常時は、メイン制御手段２１のサーボ制御によってメインモータ２０のモータ軸２２が回転するが、このモータ軸２２の回転は減速機１７により減速された後、風車ブレード１１に伝達され、該風車ブレード１１を回動させてそのピッチ角を変更する。
【００１８】
４８はメインモータ２０の側方にこれと平行に設置されたサブモータであり、このサブモータ４８は、流体モータ、ここでは斜板式流体モータから構成され、一端が固定カバー１６に固定され円筒状を呈する支持ケース４９の他端部に挿入されながら取付けられている。そして、このサブモータ４８は、前記メインモータ２０またはメイン制御手段２１の少なくともいずれか一方が断線・停電等によって故障したときのみ作動することで、風車ブレード１１に回転駆動力を付与することができる。
【００１９】
図１、２、３において、前記サブモータ４８は内部に収納室５２が形成されたモータケース５３を有し、このモータケース５３には収納室５２に収納された回転軸５４が回転可能に支持されている。５５は前記収納室５２に収納された円筒状のシリンダブロックであり、このシリンダブロック５５には前記回転軸５４が挿入されてスプライン結合されている。前記シリンダブロック５５に形成された複数のシリンダ穴５６にはプランジャ５７がそれぞれ摺動可能に挿入され、これらプランジャ５７の先端（一端）にはシュー５８が連結されている。
【００２０】
６１はシリンダブロック５５と後述するハウジングとの間に介装されたタイミングプレートであり、このタイミングプレート６１に形成された一対の給排孔には一対の主通路６２、６３がそれぞれ接続されている。６４は収納室５２に収納された略リング状の斜板であり、この斜板６４には傾斜面６４ａが形成され、この傾斜面６４ａには前記シュー５８が摺接している。そして、前記主通路６２からタイミングプレート６１の給排孔を通じてシリンダ穴５６に高圧流体が供給されると、シリンダブロック５５、回転軸５４が回転する。前述したモータケース５３、回転軸５４、シリンダブロック５５、プランジャ５７、シュー５８、タイミングプレート６１、斜板６４は全体として、前記サブモータ４８を構成し、このサブモータ４８には前述のように一対の主通路６２、６３が接続されている。
【００２１】
６７は前記第１伝達軸２３に平行に延びる第２伝達軸であり、この第２伝達軸６７は前記固定カバー１６内に収納されるとともに、該固定カバー１６に両端部が回転可能に支持されている。前記第１伝達軸２３の外周には第１外歯車６９が、一方、前記第２伝達軸６７の外周には第２外歯車７０がそれぞれ形成され、これら第１、第２外歯車６９、７０の双方には第１伝達軸２３と第２伝達軸６７との間に配置されたアイドル歯車７１が噛み合っている。ここで、このアイドル歯車７１は固定カバー１６に支持された支持軸７２に回転可能に支持されている。前述した第１、第２伝達軸２３、６７、アイドル歯車７１は全体として、前述したサブモータ５８からの回転を減速機１７を介して風車ブレード１１に伝達する伝達手段７４を構成する。
【００２２】
図１、２、３、４において、７７はサブモータ４８の他端面に固定されたハウジングであり、このハウジング７７内にはサブモータ４８の回転軸５４に直交する方向に延びる貫通した断面円形のスプール孔７８が形成されている。そして、このスプール孔７８の先端開口はハウジング７７に固定された先端キャップ７９により閉止され、一方、後端開口はハウジング７７に固定された後端キャップ８０により閉止されている。
【００２３】
８３は前記スプール孔７８内に摺動可能に挿入されたスプールであり、このスプール８３は先端キャップ７９に取付けられたキー８４により回り止めされながらスプール孔７８内を軸方向に移動することができる。このスプール８３の外周には先端側から後端側に向かって軸方向に離れた２個の環状溝８３ａ、８３ｂが順次形成されている。前述したスプール孔７８、スプール８３、キー８４は全体として、軸方向に移動可能なスプール８３を有するサーボ制御弁８５を構成する。
【００２４】
８８は所定圧の高圧流体を貯蔵するアキュムレータ８９に一端が接続された供給通路であり、この供給通路８８の他端は前記サーボ制御弁８５、詳しくはスプール孔７８に接続され、この供給通路８８を通じてアキュムレータ８９からの高圧流体がサーボ制御弁８５に導かれる。また、９１はタンク９０とサーボ制御弁８５、詳しくはスプール孔７８とを接続する排出通路であり、この排出通路９１はサーボ制御弁８５から流出した低圧の戻り流体をタンク９０に導く。このようにサーボ制御弁８５はサブモータ４８に接続された一対の主通路６２、６３と、供給通路８８、排出通路９１との間に介装されているのである。
【００２５】
そして、前記サーボ制御弁８５のスプール８３が図４に実線で示す位置で停止しているときには、サーボ制御弁８５は中立位置に位置しているため、スプール８３によって主通路６２と供給通路８８および主通路６３と排出通路９１とは遮断されているが、該スプール８３が後端側に移動すると、サーボ制御弁８５が流れ位置に切換えられ、主通路６２と供給通路８８とが環状溝８３ｂを通じて、また、主通路６３と排出通路９１とが環状溝８３ａを通じて連通し、これにより、アキュムレータ８９からの高圧流体がサーボ制御弁８５、主通路６２を介してサブモータ４８に供給され、該サブモータ４８をサーボ制御しながら作動、即ち回転軸５４を回転させるとともに、サブモータ４８から流出した低圧の戻り流体がタンク９０に排出される。
【００２６】
前記環状溝８３ａ、ｂ間のスプール８３には切り欠き９４が形成され、この切り欠き９４内には略円筒状をしたスリーブ９５を回転可能に支持するスラストブッシュ９６が収納固定されている。この結果、前記スリーブ９５はスラストブッシュ９６を介してスプール８３に回転可能に支持されることになる。９７はスプール８３の中心軸上に形成された遊嵌孔であり、この遊嵌孔９７には先端部外周におねじ９８を有するねじ軸９９が遊嵌されている。 １００は前記スリーブ９５の内周に形成されためねじであり、このめねじ １００には前記ねじ軸９９のおねじ９８が螺合している。この結果、ねじ軸９９が回転すると、おねじ９８、めねじ １００のねじ作用により、スリーブ９５はスプール８３と共に軸方向に一体的に移動する。
【００２７】
１０３はハウジング７７の後端面に取付けられた斜板式等の非常流体モータであり、この非常流体モータ １０３は流入通路 １０４および供給通路８８を介してアキュムレータ８９に接続されている。 １０５は前記非常流体モータ １０３とタンク９０とを接続する流出通路であり、これら流入、流出通路 １０４、 １０５の途中には、換言すればアキュムレータ８９と非常流体モータ １０３との間には電磁弁からなる開閉弁 １０６が介装されている。
【００２８】
そして、この開閉弁 １０６は、通常の通電時には、閉位置に位置してアキュムレータ８９から非常流体モータ １０３への高圧流体の流入を遮断しているが、前述のメインモータ２０、メイン制御手段２１が断線、停電等によって故障すると、同時に通電が遮断されるため、開位置に切換わってアキュムレータ８９から非常流体モータ １０３に流入通路 １０４を通じて高圧流体を供給し、該非常流体モータ １０３を作動させて後述の変換移動手段に回転駆動力を付与する。このとき、非常流体モータ １０３から流出した低圧の戻り流体は流出通路 １０５を通じてタンク９０に排出される。
【００２９】
１０７は開閉弁 １０６と非常流体モータ １０３との間の流入通路 １０４に介装された流量調整弁であり、この流量調整弁 １０７は流入通路 １０４を流れる高圧流体の流量を制御することにより、非常流体モータ １０３の出力軸の回転速度をコントロールする。ここで、前記非常流体モータ １０３の出力軸は後端キャップ８０を貫通するねじ軸９９の後端部に連結されている。この結果、この非常流体モータ １０３は、開閉弁 １０６が開位置に切換わったとき、流量調整弁 １０７により流量制御されたアキュムレータ８９からの高圧流体に応じた回転駆動力を発生し、該回転駆動力を後述する変換移動手段のねじ軸９９に付与する。
【００３０】
１１０は前記ハウジング７７内に成形されサブモータ４８の回転軸５４と同軸の遊嵌孔であり、この遊嵌孔 １１０の他端開口は受け部材 １１１によって閉止されている。 １１２は前記遊嵌孔 １１０内に遊嵌された伝達軸であり、この伝達軸 １１２の一端部は前記回転軸５４の他端部にスプライン結合され、一方、その他端部は前記受け部材 １１１に回転可能に支持されている。この結果、この伝達軸 １１２は前記回転軸５４と一体的に回転することができる。
【００３１】
前記伝達軸 １１２の中央部外周にははすば歯車 １１６が一体形成され、このはすば歯車 １１６は前記スリーブ９５の中央部外周に形成されたはすば歯車 １１７に噛み合っている。ここで、このスリーブ９５の回転軸線と伝達軸 １１２の回転軸線とはねじれ状態で直交しているので、前記はすば歯車 １１６、 １１７は直交ヘリカルスパイラルギアを構成する。
【００３２】
この結果、前記ねじ軸９９が非常流体モータ １０３の作動により右回転すると、スリーブ９５は、はすば歯車 １１６、 １１７によりねじ軸９９との一体回転が制限されているため、左回転しながら軸方向に、ここでは後端側に向かって移動し、これにより、スプール８３もスリーブ９５と一体的に軸方向（後端側）に移動してサーボ制御弁８５が流れ位置に切換わり、主通路６２、供給通路８８同士、および、主通路６３、排出通路９１同士が連通する。前述したスリーブ９５、スラストブッシュ９６、ねじ軸９９、はすば歯車 １１７は全体として、非常流体モータ １０３から回転駆動力が付与されたとき、該回転駆動力を軸方向移動力に変換して前記サーボ制御弁８５のスプール８３を軸方向に移動させる変換移動手段 １２０を構成する。
【００３３】
また、前述した伝達軸 １１２、はすば歯車 １１６は全体として、前記サブモータ４８、詳しくは回転軸５４に連結された機械式伝達手段 １２２を構成し、この機械式伝達手段 １２２は前記サブモータ４８の回転力を前記変換移動手段 １２０のはすば歯車 １１７にフィードバックし、スプール８３を前記非常流体モータ １０３による移動方向と逆方向に移動させる。
【００３４】
そして、前記アキュムレータ８９は、開閉弁 １０６が開位置に切換わって非常流体モータ １０３が作動し、サーボ制御弁８５のスプール８３が流れ位置に切換わると、貯蔵していた高圧流体を供給通路８８、一方の主通路６２を通じてサブモータ４８に供給し、該サブモータ４８を作動させる。このとき、サブモータ４８の回転軸５４の回転は機械式伝達手段 １２２によりフィードバック力として変換移動手段 １２０に伝達されるため、スプール８３は非常流体モータ １０３による移動方向と逆方向に移動して中立位置に復帰しようとし、これにより、サブモータ４８がサーボ制御される。このようにサブモータ４８がサーボ制御されて回転軸５４が回転すると、この回転は伝達手段７４を介して減速機１７に伝達され、高比で減速された後、風車ブレード１１に伝達されて該風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させる。
【００３５】
前述した主通路６２、６３、サーボ制御弁８５、供給通路８８、アキュムレータ８９、排出通路９１、非常流体モータ １０３、流入、流出通路 １０４、 １０５、開閉弁 １０６、流量調整弁 １０７、変換移動手段 １２０、機械式伝達手段 １２２は全体として、前記メインモータ２０、メイン制御手段２１が故障したときに、サブモータ４８をサーボ制御しながら作動させ、該サブモータ４８から風車ブレード１１に回転駆動力を付与することで風車ブレード１１をフェザーリング状態（風車ブレード１１が風向きと平行となった状態）まで回動させるサブ制御手段 １２４を構成する。
【００３６】
ここで、前述のようにサブ制御手段 １２４の一部として、主通路６２、６３、サーボ制御弁８５、供給通路８８、アキュムレータ８９、排出通路９１を用いるようにすれば、メインモータ２０等が故障したとき、流体ポンプを立ち上げることなくアキュムレータ８９からサブモータ４８に高圧流体を供給することができ、この結果、迅速にサブモータ４８を作動させることができる。
【００３７】
また、前述のようにサブ制御手段 １２４の一部として、非常流体モータ １０３、開閉弁 １０６、変換移動手段 １２０、機械式伝達手段 １２２を用いるようにすれば、アキュムレータ８９をサブモータ４８と非常流体モータ １０３とに共用することができ、構造を簡単で製作費を安価とすることができる。
【００３８】
ここで、前記第２伝達軸６７とサブモータ４８の回転軸５４とが直結されていると、メインモータ２０が作動したとき、回転軸５４がメインモータ２０のモータ軸２２に追従して回転するため、該回転軸５４からサブ制御手段 １２４にフィードバックが入力されてサブモータ４８が誤った作動をしようとする。このため、この実施形態においては、前記サブモータ４８と風車ブレード１１の間、詳しくはサブモータ４８と伝達手段７４との間にクラッチ手段 １２７を介装し、これにより、前述のようなときにサブモータ４８と風車ブレード１１（伝達手段７４）との間の回転伝達を遮断してサブモータ４８の従動回転を防止し、サブモータ４８が誤った作動をするのを防止している。
【００３９】
ここで、前記クラッチ手段 １２７はサブモータ４８の回転軸５４に固定された駆動部材 １２８を有する。 １２９は第２伝達軸６７の他端に連結された被駆動部本体であり、この被駆動部本体 １２９の他端部にはリング状をした摩擦プレート １３０が軸方向に移動可能に嵌合されるとともに、この摩擦プレート １３０と前記被駆動部本体 １２９との間には該摩擦プレート １３０を他側（駆動部材 １２８に接近する側）に向かって付勢する図示していないばね等の付勢部材が介装されている。前述した被駆動部本体 １２９、摩擦プレート １３０、付勢部材は全体として被駆動部材 １３１を構成する。
【００４０】
前記被駆動部本体 １２９の外側には支持ケース４９に取付けられたリング状の電磁石 １３４が嵌合され、この電磁石 １３４と被駆動部材 １３１との間には被駆動部材 １３１からの回転を遮断する軸受 １３５が介装されている。前述した駆動部材 １２８、被駆動部材 １３１、電磁石 １３４、軸受 １３５は全体として、前記クラッチ手段 １２７を構成する。
【００４１】
そして、このクラッチ手段 １２７においては、前記メインモータ２０への通電と同時に電磁石 １３４に対する通電が行われるが、このとき、摩擦プレート １３０が電磁石 １３４に吸着されることで、付勢部材の付勢力に対抗して駆動部材 １２８から離脱するまで一側に移動し、被駆動部材 １３１から駆動部材 １２８への回転伝達を遮断する。一方、メインモータ２０等の故障により、電磁石 １３４に対する通電が遮断されると、摩擦プレート １３０が付勢部材に付勢されて駆動部材 １２８に係合するまで他側に移動し、駆動部材 １２８から被駆動部材 １３１への回転伝達が可能となる。
【００４２】
１３９は供給通路８８とタンク９０とを接続する補充通路であり、この補充通路 １３９の途中には、電気モータ １４０により駆動されて作動したとき、タンク９０から流体を吸入して高圧流体を供給通路８８（アキュムレータ８９）に供給補充する流体ポンプ １４１が介装されている。 １４２は検出通路 １４３を介して供給通路８８（アキュムレータ８９）に接続された検出スイッチであり、この検出スイッチ １４２はアキュムレータ８９の内圧を検出し、該内圧が流体の漏洩等により所定圧未満となったとき、電気モータ １４０に通電して流体ポンプ １４１を作動させ、アキュムレータ８９に高圧流体を補充する一方、アキュムレータ８９の内圧が所定圧まで上昇すると、電気モータ １４０、流体ポンプ １４１の作動を停止させる。
【００４３】
これにより、電気モータ １４０は間欠作動することとなり、この結果、消費エネルギーを抑制しながら、アキュムレータ８９に貯蔵されている高圧流体の圧力を常時所定圧に維持することができる。なお、 １４４は流体ポンプ １４１より供給通路８８側の補充通路 １３９に介装されたチェック弁であり、このチェック弁 １４４は高圧流体がアキュムレータ８９から補充通路 １３９を通じてタンク９０に逆流する事態を防止している。また、 １４５は補充通路 １３９等の各通路の内圧が異常高圧となったとき、高圧流体をタンク９０に戻すリリーフ弁、 １４６は主通路６２または６３におけるキャビテーションを防止する防止回路である。
【００４４】
１５０は一端が供給通路８８を介してアキュムレータ８９に、他端がタンク９０にそれぞれ接続された接続通路であり、この接続通路 １５０の途中には、通常は閉止しているが、開弁力を受けたとき開弁してアキュムレータ８９に貯蔵されている高圧流体をタンク９０に排出する排出弁 １５１が介装されている。 １５２は風車ブレード１１の半径方向内端部に取付けられた開弁カムであり、この開弁カム １５２は、前記サブモータ４８の作動により排出弁 １５１に徐々に接近するが、風車ブレード１１がフェザーリング状態の直前まで回動すると、前記排出弁 １５１に係合して該排出弁 １５１に開弁力を付与する。
【００４５】
このように排出弁 １５１、開弁カム １５２を用いて風車ブレード１１がフェザーリング状態の直前まで回動したとき、アキュムレータ８９内の高圧流体をタンク９０に排出して風車ブレード１１に対する回動力付与を終了させるようにすれば、風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達したときの回動速度を低減させることができ、これにより、風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達したときのストッパー（図示していない）に対する衝撃を緩和することができる。
【００４６】
次に、この発明の一実施形態の作用について説明する。
通常時において風車ブレード１１のピッチ角を変更する場合には、メインモータ２０をメイン制御手段２１によりサーボ制御しながら作動させてモータ軸２２を回転させるが、このモータ軸２２の回転は入力歯車４１を介してクランク軸３８に伝達され、該クランク軸３８を同期回転させる。このとき、ケース２６が静止しており、また、ピニオン３３の外歯の歯数が内歯ピン２８の数より若干少ないので、前記モータ軸２２の回転は減速機１７により減速されて出力軸２９、外歯車４５に出力され、該外歯車４５を低速で回転させる。ここで、前記外歯車４５には風車ブレード１１に形成された内歯車１２が噛み合っているので、外歯車４５の回転により風車ブレード１１は回動し、そのピッチ角が変更される。
【００４７】
このようなメインモータ２０の作動時、該メインモータ２０のモータ軸２２の回転が伝達手段７４を通じてサブモータ４８に伝達され、該サブモータ４８の回転軸５４が追従回転すると、該回転軸５４からサブ制御手段 １２４にフィードバックが入力されてサブモータ４８が誤った作動をしようとする。このため、前述のようなメインモータ２０の作動時には、電磁石 １３４に対し通電して摩擦プレート １３０を電磁石 １３４により吸着することで、クラッチ手段 １２７における被駆動部材 １３１から駆動部材 １２８への回転伝達を遮断し、前述のようなサブモータ４８の従動回転を防止するようにしている。
【００４８】
そして、前記風車ブレード１１のピッチ角は、通常の運転時には、１０〜３０度の範囲内で制御されており、風が弱くなった場合には、ピッチ角が小さくなるよう風車ブレード１１を回動させてロータヘッドの回転を増速させ、一方、風が強くなった場合には、ピッチ角が大きくなるよう風車ブレード１１を回動させてロータヘッドの回転を減速させ、強風時の危険を回避しながら、発電効率を向上させるようにしている。なお、前述のような通常時、検出スイッチ １４２はアキュムレータ８９の内圧を常時検出するとともに、該内圧が流体の漏洩等により所定圧未満となると、電気モータ １４０に通電して流体ポンプ １４１を作動させ、アキュムレータ８９に高圧流体を所定圧となるまで補充する。
【００４９】
ここで、断線・停電等によりメインモータ２０、メイン制御手段２１が故障した非常時となると、風車ブレード１１のピッチ角制御ができなくなり、特に、弱い風に対して風車ブレード１１のピッチ角が設定されているときに前述のような故障が発生し、その後、強風が吹くようになると、風車が高速回転し危険となる。このような場合には、以下のようにサブ制御手段 １２４によりサブモータ４８をサーボ制御しながら作動して風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させる。
【００５０】
即ち、前述のようにメインモータ２０等が故障すると、開閉弁 １０６に対する通電が遮断されるため、該開閉弁 １０６が閉位置から開位置に切換わり、アキュムレータ８９から非常流体モータ １０３に流入通路 １０４を通じて高圧流体が供給される。このとき、非常流体モータ １０３に流入する流体量は流量調整弁 １０７により制御されるため、該非常流体モータ １０３の出力軸の回転速度は適切な値にコントロールされる。
【００５１】
このようにして非常流体モータ １０３の出力軸およびねじ軸９９が、例えば右回転すると、スリーブ９５は、はすば歯車 １１６、 １１７によりねじ軸９９との一体回転が制限されているため、左回転しながら軸方向に、ここでは後端側に向かって移動し、これにより、スプール８３もスリーブ９５と一体的に軸方向（後端側）に移動してサーボ制御弁８５が中立位置から流れ位置に切換わり、主通路６２、供給通路８８同士、および、主通路６３、排出通路９１同士が連通する。この結果、アキュムレータ８９からの高圧流体がサーボ制御弁８５、主通路６２を通じてサブモータ４８に供給され、該サブモータ４８を作動、即ち回転軸５４を回転させる。
【００５２】
このとき、クラッチ手段 １２７の電磁石 １３４に対する通電も遮断されるため、摩擦プレート １３０が付勢部材に付勢されて駆動部材 １２８に係合するまで他側に移動し、駆動部材 １２８から被駆動部材 １３１への回転伝達が可能となる。この結果、前記サブモータ４８の回転軸５４の回転は、クラッチ手段 １２７、伝達手段７４を介して減速機１７に入力されるが、この減速機１７において前述と同様に減速された後、外歯車４５に出力され、該外歯車４５を低速回転させる。これにより、メインモータ２０等が故障をしたとき、風車ブレード１１をフェザーリング状態に向かって回動させることができる。
【００５３】
ここで、前述した回転軸５４の回転は伝達軸 １１２に伝達されてはすば歯車 １１６を回転させるが、このはすば歯車 １１６はスリーブ９５のはすば歯車 １１７に噛み合っているので、前記スリーブ９５は前述とは逆に右回転しながら前記非常流体モータ １０３による移動方向と逆方向の先端側に向かって移動し、サーボ制御弁８５のスプール８３は中立位置に向かって復帰しようとする。このようにしてサブモータ４８の回転力ははすば歯車 １１７にフィードバックされる。
【００５４】
このようなサブモータ４８の作動時、変換移動手段 １２０には非常流体モータ １０３、回転軸５４からスプール８３に逆方向の軸方向移動を発生させる回転力が付与されるが、この回転軸５４の回転は非常流体モータ １０３の出力軸およびねじ軸９９の回転より僅かに遅れるため、サーボ制御弁８５のスプール８３は流れ位置に保持され、風車ブレード１１はフェザーリング状態に向かって一定速度で回動を継続する。
【００５５】
そして、前記風車ブレード１１がフェザーリング状態の直前まで回動してくると、開弁カム１５２が排出弁 １５１に係合して該排出弁 １５１に開弁力を付与する。この結果、排出弁 １５１が閉から開に切換わってアキュムレータ８９内の高圧流体が供給通路８８、接続通路 １５０を通じてタンク９０に排出され、これにより、サブモータ４８に対する高圧流体の供給が停止して風車ブレード１１に対する回動力付与が終了する。
【００５６】
その後、風車ブレード１１は慣性および風負荷によってフェザーリング状態まで回動するとともにストッパーに当接して回動が規制されるが、前述のように風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達する直前に回動力付与を終了させると、該風車ブレード１１がフェザーリング状態に到達したときの回動速度が低減し、ストッパーに対して衝突したときの衝撃が緩和される。
【００５７】
このように、この実施形態においては、メインモータ２０の他にサブモータ４８を設置し、メインモータ２０等が故障したとき、サブモータ４８をサブ制御手段 １２４により作動して風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させるようにしたので、メインモータ２０等の故障後、強風が吹くようになっても風車を安全とすることができる。この際、サブ制御手段 １２４によりサブモータ４８をサーボ制御するようにしているので、風負荷に関係なく風車ブレード１１を一定速度でフェザーリング状態まで回動させることができる。
【００５８】
なお、前述の実施形態においては、サブ制御手段 １２４をサーボ制御弁８５、アキュムレータ８９、非常流体モータ １０３、変換移動手段 １２０、機械式伝達手段 １２２等の機械部品を組み合わせることで構成したが、この発明においては、サブモータの出力軸の回転を検出するエンコーダ等の検出センサと、操作信号および検出センサからの検出信号に基づいてサーボ制御弁に制御信号を出力し、該サーボ制御弁を制御する比較器とから構成するようにしてもよい。
【００５９】
また、前述の実施形態においては、メインモータ２０等が故障したとき、サブモータ４８にアキュムレータ８９からの高圧流体を供給するようにしたが、この発明においては、故障と同時に油圧ポンプを起動して該油圧ポンプから吐出された高圧流体をサブモータに供給するようにしてもよい。さらに、前述の実施形態においては、クラッチ手段 １２７を電気（電磁石 １３４）で制御するようにしたが、この発明においては、アキュムレータからの流体圧（ピストン）によって制御するようにしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、メインモータ等が故障したとき、風車ブレードを簡単かつ確実にフェザーリング状態まで回動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す回路図である。
【図２】メイン、サブモータ近傍の一部破断正面図である。
【図３】サブモータ、サブ制御手段近傍の正面断面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【符号の説明】
１１…風車ブレード １５…ピッチ角制御装置
２０…メインモータ ２１…メイン制御手段
４８…サブモータ ６２、６３…主通路
８３…スプール ８５…サーボ制御弁
８８…供給通路 ８９…アキュムレータ
９１…排出通路 １０３…非常流体モータ
１０６…開閉弁 １２０…変換移動手段
１２２…機械式伝達手段 １２４…サブ制御手段
１２７…クラッチ手段 １４０…電気モータ
１４１…流体ポンプ １４２…検出スイッチ
１５０…接続通路 １５１…排出弁
１５２…開弁カム
Claims (6)
- 半径方向内端部がロータヘッドに回動可能に連結された複数の風車ブレードをそれぞれ回動させることでピッチ角を制御するようにした風車ブレードのピッチ角制御装置であって、風車ブレードに回転駆動力を付与するメインモータと、該メインモータをサーボ制御するメイン制御手段と、前記風車ブレードに回転駆動力を付与することができる流体モータから構成されたサブモータと、前記メインモータ、メイン制御手段が故障したときに、サブモータをサーボ制御しながら作動させ、該サブモータから風車ブレードに回転駆動力を付与することで風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させるサブ制御手段とを備えたことを特徴とする風車ブレードのピッチ角制御装置。
- 前記サブモータが、メインモータの作動時に該メインモータの回転に追従して回転するとき、サブモータと風車ブレードとの間に回転伝達を遮断することができるクラッチ手段を設け、メインモータの作動時に該クラッチ手段により回転伝達を遮断してサブモータの従動回転を防止するようにした請求項１記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
- 前記サブ制御手段は、サブモータに接続された一対の主通路と供給通路、排出通路との間に介装され、軸方向に移動可能なスプールを有するサーボ制御弁と、前記供給通路に接続されるとともに、所定圧の高圧流体を貯蔵し、サーボ制御弁のスプールが移動したとき、高圧流体を一方の主通路を通じてサブモータに供給し、該サブモータを作動させるアキュムレータとを備えた請求項１または２記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
- 前記サブ制御手段は、回転駆動力を受けたとき、該回転駆動力を軸方向移動力に変換して前記サーボ制御弁のスプールを移動させる変換移動手段と、前記アキュムレータに接続されるとともに、変換移動手段に回転駆動力を付与することができる非常流体モータと、アキュムレータと非常流体モータとの間に介装された開閉弁と、サブモータの回転を前記変換移動手段にフィードバックし、スプールを非常流体モータによる移動方向と逆方向に移動させる機械式伝達手段とをさらに備え、メインモータ、メイン制御手段が故障したとき、開閉弁を開にしてアキュムレータから高圧流体を非常流体モータに供給することにより、該非常流体モータから変換移動手段に回転駆動力を付与するようにした請求項３記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
- 前記アキュムレータとタンクとを接続する接続通路と、該接続通路の途中に介装され、開弁力を受けたとき開弁する排出弁と、風車ブレードの半径方向内端部に取付けられ、該風車ブレードがフェザーリング状態の直前まで回動してきたとき、排出弁に開弁力を付与する開弁カムとをさらに設けた請求項３または４記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
- 前記アキュムレータに高圧流体を供給することができる流体ポンプと、該流体ポンプを作動させる電気モータと、前記アキュムレータの内圧を検出し、該アキュムレータの内圧が所定圧未満となったとき、電気モータに通電して流体ポンプを作動させる検出スイッチとをさらに設けた請求項３〜５のいずれかに記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
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2003
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