JP2005030265A

JP2005030265A - 風車ブレードのピッチ角制御装置

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Publication number: JP2005030265A
Application number: JP2003194771A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inoue; 高志井上; Yoji Asano; 陽次浅野
Original assignee: TS Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】小型でありながら雷撃によっても殆ど影響を受けることがない風車ブレード１１のピッチ角制御装置１３を提供する。
【解決手段】流体シリンダ１４のピストンロッド１６に転がり接触している検出ローラ７７によりピストンロッド１６の直線移動を検出しながら回転駆動力に変換するようにしているため、従来技術で説明したような長いボールねじ軸に比較して、検出部の軸方向長を短くすることができ、装置全体を小型化することができる。しかも、サーボ制御弁３４を制御する部位は電子回路ではなく、変換移動手段、制御モータ５９、検出ローラ７７、機械式伝達手段と全て機械的構成であるため、雷撃に強く殆ど影響を受けることはない。
【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】
特開平８−２２６３７３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に従来技術として記載されているようなものが知られている。このものは、流体シリンダと、該流体シリンダのピストンロッドの直線移動力を回動力に変換しながら前記風車ブレードに伝達して風車ブレードを回動させるアームと、流体シリンダに接続された一対の給排通路と供給回路、排出回路との間に介装され、軸方向に移動することにより供給回路から高圧流体をいずれかの給排通路を通じて流体シリンダに供給しピストンロッドを直線移動させるスプールを有するサーボ制御弁と、流体シリンダのシリンダケースに固定された抵抗コイル部、および、一端部が流体シリンダのピストンロッドに固定され、他端部が前記抵抗コイル部内周に摺動可能に係合する摺動子からなり、前記流体シリンダのピストンロッドの直線移動量を検出するポテンショメータと、入力された操作信号およびポテンショメータからの検出信号（フィードバック信号）に基づいて前記サーボ制御弁のスプールを軸方向に移動させることにより、流体シリンダをサーボ制御するコントローラと、流体シリンダのピストンロッドの先端とアームとの間に設置された危急停止シリンダと、前記供給回路に接続され所定圧の高圧流体を貯蔵するアキュムレータと、危急停止シリンダとアキュムレータとの間に介装された電磁切換弁とを備え、供給回路の故障時、電磁切換弁を開に切換えてアキュムレータから高圧流体を前記危急停止シリンダに供給し、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ものである。
【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、ポテンショメータを用いて流体シリンダのストローク全域に亘りピストンロッドの移動量検出を行うようにしているため、該ポテンショメータの軸方向長が前記ストロークより長くなって装置全体が大型化するという問題点がある。また、風力発電設備は地上高が高いため、雷撃を受けることがあるが、前述したコントローラは電子回路から構成されているため、このような雷撃の高電圧・高電流により故障し易いという問題点もある。
【０００５】
この発明は、小型でありながら雷撃によっても殆ど影響を受けることがない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、流体シリンダと、該流体シリンダのピストンロッドの直線移動力を回動力に変換しながら前記風車ブレードに伝達して風車ブレードを回動させる伝達手段と、流体シリンダに接続された一対の給排通路と供給回路、排出回路との間に介装され、軸方向に移動することにより供給回路から高圧流体をいずれかの給排通路を通じて流体シリンダに供給しピストンロッドを直線移動させるスプールを有するサーボ制御弁と、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、入力された操作信号に応じた回転駆動力を前記変換移動手段に付与する制御モータと、流体シリンダのピストンロッドに転がり接触することで、該ピストンロッドの直線移動力を回転駆動力に変換する検出ローラと、該検出ローラの回転駆動力を前記変換移動手段にフィードバックし、スプールを制御モータによる移動方向と逆方向に移動させることでサーボ制御を行う機械式伝達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、流体シリンダのピストンロッドに転がり接触している検出ローラによりピストンロッドの直線移動を検出しながら回転駆動力に変換するようにしているため、検出部の軸方向長を短くすることができ、装置全体を小型化することができる。しかも、サーボ制御弁を制御する部位は電子回路ではなく、変換移動手段、制御モータ、検出ローラ、機械式伝達手段と全て機械的構成であるため、雷撃に強く殆ど影響を受けることはない。
【０００８】
また、前記特許文献１に記載のものでは、供給回路の故障時に風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させるために、アキュムレータから高圧流体が供給される危急停止シリンダを設けており、この結果、装置全体が大型化するとともに、構造複雑で高価となっていたが、請求項２に記載のように、供給回路の故障時にも流体シリンダをそのまま非常用として使用するようにすれば、前述のような危急停止シリンダが不要となって装置全体が小型化するとともに、構造が簡単となり製作費も安価とすることができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、流体シリンダをサーボ制御しながら風車ブレードをフェザーリング状態まで回動させることができるとともに、アキュムレータを流体シリンダ、非常流体モータに共用することができ、構造を簡単なものとすることができる。
また、請求項４に記載のように構成すれば、構造を簡単としながら小型化することができる。
【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。
【００１１】
１３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１３はヘッド側端が前記ロータヘッドに回動可能に連結された流体シリンダ（サーボシリンダ）１４を有する。１５は先端部が前記流体シリンダ１４のピストンロッド１６の先端に回動可能に連結された伝達手段としての伝達アームであり、該伝達アーム１５は風車ブレード１１の回動軸に直交する方向に延びるとともに、その基端部が前記風車ブレード１１の半径方向内端に固定されている。この結果、前記伝達アーム１５は流体シリンダ１４のピストンロッド１６の直線移動力を回動力に変換しながら前記風車ブレード１１に伝達して風車ブレード１１を回動させることができる。
【００１２】
前記流体シリンダ１４はヘッド側が閉止されロッド側が開口している有底円筒状の本体ケース１９を有し、この本体ケース１９のロッド側端開口は該本体ケース１９に固定されたロッドカバー２０により閉止され、これにより、このロッドカバー２０と前記本体ケース１９との内部にはこれらに囲まれたシリンダ室２１が形成されている。２２は前記シリンダ室２１に摺動可能に収納されたピストンであり、このピストン２２により前記シリンダ室２１はロッド側室２１ａとヘッド側室２１ｂとに区画されている。そして、このピストン２２には中央部が前記ロッドカバー２０を貫通し、本体ケース１９と同軸である前記ピストンロッド１６の後端部が固定されている。
【００１３】
図１、２、３、４、５、６において、２５はロッドカバー２０の先端面にボルト等により着脱可能に取付けられたホルダーであり、このホルダー２５に形成された遊嵌孔２６内には前記ピストンロッド１６が遊嵌されている。２７は先端部が前記ホルダー２５に固定され流体シリンダ１４に平行に延びる四角柱状のケース本体であり、このケース本体２７内には流体シリンダ１４に平行に延びる貫通した断面円形のスプール孔２８が形成され、このスプール孔２８の後端開口はケース本体２７に固定された後端キャップ２９により閉止されている。
【００１４】
３３は前記スプール孔２８内に摺動可能に挿入されピストンロッド１６に平行に延びるスプールであり、このスプール３３はキー３２により回り止めされながらスプール孔２８内を軸方向に移動可能である。このスプール３３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３個の環状溝３３ａ、３３ｂ、３３ｃが順次形成されている。前述したスプール孔２８、スプール３３、キー３２は全体として、軸方向に移動可能なスプール３３を有するサーボ制御弁３４を構成する。
【００１５】
３７は流体ポンプであり、この流体ポンプ３７は電動モータ３８により常時駆動されることでタンク３９から吸入通路４０を通じて流体を吸入し、高圧流体として供給通路４１に吐出する。この供給通路４１は前記サーボ制御弁３４、詳しくはスプール孔２８に接続されており、この結果、この供給通路４１を通じて流体ポンプ３７から高圧流体がサーボ制御弁３４に導かれる。前述した流体ポンプ３７、電動モータ３８、吸入通路４０、供給通路４１は全体として、サーボ制御弁３４に高圧流体を供給する供給回路４２を構成する。４３はタンク３９とサーボ制御弁３４、詳しくはスプール孔２８とを接続する排出回路（排出通路）であり、この排出回路４３はサーボ制御弁３４から流出した低圧の戻り流体をタンク３９に導く。
【００１６】
４６、４７は一端がサーボ制御弁３４、詳しくはスプール孔２８に接続された一対の給排通路であり、これら給排通路４６、４７の他端は流体シリンダ１４のロッド側、ヘッド側室２１ａ、２１ｂにそれぞれ接続されている。この結果、一対の給排通路４６、４７と供給回路４２、排出回路４３との間に介装された前記サーボ制御弁３４は、スプール３３が軸方向に移動することにより、供給回路４２から高圧流体をいずれかの給排通路４６、４７を通じて流体シリンダ１４に供給し、該流体シリンダ１４をサーボ制御しながらピストンロッド１６を突出側（先端側）または引っ込み側（後端側）に直線移動させる。
【００１７】
即ち、前記サーボ制御弁３４のスプール３３が図４に示す位置で停止しているときには、サーボ制御弁３４が中立位置に位置しているため、スプール３３のランドによって給排通路４６、４７と供給回路４２、排出回路４３とは遮断されているが、該スプール３３が後端側に移動すると、サーボ制御弁３４が平行流位置に切換えられ、給排通路４７と供給回路４２とが環状溝３３ｂを通じて、また、給排通路４６と排出回路４３とが環状溝３３ａを通じて連通し、これにより、流体ポンプ３７からの高圧流体がサーボ制御弁３４、給排通路４７を介して流体シリンダ１４のヘッド側室２１ｂに流入し、ピストンロッド１６、ピストン２２を突出側に直線移動させる。
【００１８】
一方、該スプール３３が先端側に移動すると、サーボ制御弁３４が交差流位置に切換えられ、給排通路４７と排出回路４３とが環状溝３３ｃを通じて、また、給排通路４６と供給回路４２とが環状溝３３ｂを通じて連通し、これにより、流体ポンプ３７からの高圧流体がサーボ制御弁３４、給排通路４６を介して流体シリンダ１４のロッド側室２１ａに流入し、ピストンロッド１６、ピストン２２を引っ込み側に直線移動させる。前記環状溝３３ａより先端側のスプール３３には切り欠き４８が形成され、この切り欠き４８内にはスプール３３と同軸で略円筒状をしたスリーブ４９を回転可能に支持するスラストブッシュ５０が収納固定されている。この結果、前記スリーブ４９はスラストブッシュ５０を介してスプール３３に回転可能に支持されることになる。
【００１９】
５３はスプール３３の中心軸上に形成された遊嵌穴であり、この遊嵌穴５３には軸方向先端部外周におねじ５４を有し、ピストンロッド１６に平行に延びるねじ軸５５が遊嵌されている。５６は前記スリーブ４９の内周に形成されためねじであり、このめねじ５６には該スリーブ４９に挿入された前記ねじ軸５５のおねじ５４が螺合している。この結果、ねじ軸５５が回転すると、おねじ５４、めねじ５６のねじ作用により、スリーブ４９はスプール３３と共にスプール孔２８内を軸方向に一体的に移動する。
【００２０】
５９は後端キャップ２９の後端面に取付けられたパルスモータ等の制御モータであり、この制御モータ５９にはＣＰＵ等のコントローラ６０から操作信号（パルス）が入力される。この制御モータ５９はねじ軸５５と同軸で前記操作信号により回転する出力軸６１を有し、この出力軸６１は後端キャップ２９を貫通するねじ軸５５の後端部に連結されている。そして、この制御モータ５９は入力された操作信号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５５に付与する。
【００２１】
６４はホルダー２５、ケース本体２７を貫通しホルダー２５の遊嵌孔２６において内端が開口する貫通孔であり、この貫通孔６４はピストンロッド１６のほぼ半径方向に、詳しくは、ピストンロッド１６の中心軸Ｌとスプール３３の中心軸とを含む平面に平行に延びるとともに、スプール３３の先端部側方を通過している。そして、この貫通孔６４のケース本体２７における外端開口はケース本体２７に固定されたキャップ６５により閉止されている。６６は前記貫通孔６４の内端部に遊嵌され該貫通孔６４と同軸の連結スリーブであり、この連結スリーブ６６は複数の軸受６７を介してホルダー２５、ケース本体２７に回転可能に支持されている。６８は連結スリーブ６６より外側の貫通孔６４内に遊嵌され該連結スリーブ６６と同軸の伝達軸であり、この伝達軸６８の内端部は連結スリーブ６６の外端部に移動可能に挿入されている。
【００２２】
また、この伝達軸６８の外端部とケース本体２７との間には軸受７０が介装されるとともに、伝達軸６８と連結スリーブ６６とはキー６９を介して連結されており、この結果、伝達軸６８は前記連結スリーブ６６と一体となって回転することができる。また、前記伝達軸６８の軸方向中央部外周にははすば歯車７２が一体形成され、このはすば歯車７２は前記スリーブ４９の外周に形成されたはすば歯車７４に噛み合っている。ここで、このスリーブ４９の回転軸線と伝達軸６８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７２、７４は直交ヘリカルスパイラルギアを構成する。
【００２３】
この結果、例えば前記ねじ軸５５が制御モータ５９の作動により右回転すると、スリーブ４９ははすば歯車７２、７４によりねじ軸５５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３３もスリーブ４９と一体となって軸方向（後端側）に移動してサーボ制御弁３４が平行流位置に切換わる。
【００２４】
一方、前記ねじ軸５５が左回転すると、スリーブ４９は右回転しながら軸方向、ここでは先端側に向かって移動し、これにより、スプール３３もスリーブ４９と一体となって軸方向（先端側）に移動してサーボ制御弁３４が交差流位置に切換わる。前述したスリーブ４９、スラストブッシュ５０、ねじ軸５５、はすば歯車７４は全体として、制御モータ５９から操作信号に応じた回転駆動力をねじ軸５５が受けたとき、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３４のスプール３３に付与し、該スプール３３を軸方向に移動させる変換移動手段７５を構成する。
【００２５】
７７は回転軸線がはすば歯車７２の回転軸線と同軸の検出ローラであり、この検出ローラ７７は、連結スリーブ６６に内端側から挿入されるとともに、キー７８により連結スリーブ６６に一体回転するよう連結された軸部７７ａと、軸部７７ａの内端に一体形成され、内端面が球面の一部からなる凸レンズ状の接触部７７ｂとから構成されている。そして、この接触部７７ｂの内端面はロッドカバー２０から突出しているピストンロッド１６の外周に転がり接触しており、この結果、前記検出ローラ７７はピストンロッド１６の軸方向移動を検出しながらその移動力を回転駆動力に変換することができる。
【００２６】
７９は連結スリーブ６６と接触部７７ｂとの間に介装された皿ばねであり、この皿ばね７９は検出ローラ７７をピストンロッド１６に対して滑りが発生しないよう押付ける。ここで、ピストンロッド１６の中心軸Ｌを通過し、検出ローラ７７の回転軸線に平行な直線Ｍと、ピストンロッド１６に対する検出ローラ７７の転がり接触点Ｎと前記中心軸Ｌとを結ぶ半径方向線Ｐとの交差角Ｑを４５度未満とし、これにより、検出ローラ７７を前記直線Ｍに接近させて装置全体の幅を狭くしている。
【００２７】
８１は連結スリーブ６６内で伝達軸６８と検出ローラ７７との間に介装されたスプリングであり、このスプリング８１は伝達軸６８を外側に向かって付勢し、はすば歯車７２、７４間のバックラッシを無くするようにしている。前述した連結スリーブ６６、伝達軸６８は全体として、前記検出ローラ７７に連結された機械式伝達手段８２を構成し、この機械式伝達手段８２は前記検出ローラ７７の回転駆動力を変換移動手段７５、詳しくははすば歯車７４にフィードバックし、スプール３３を制御モータ５９による移動方向と逆方向に移動させることでサーボ制御を行う。なお、８３は流体ポンプ３７から余分に吐出された高圧流体をタンク３９に戻すリリーフ弁である。
【００２８】
８６、８７は供給回路４２、詳しくは供給通路４１の途中に介装され流体ポンプ３７からサーボ制御弁３４への流体の流れのみを許容するチェック弁であり、これらチェック弁８６、８７間の供給回路４２（供給通路４１）には所定圧の高圧流体を貯蔵するアキュムレータ８８が接続されている。ここで、これらチェック弁のうち、チェック弁８６は高圧流体がアキュムレータ８８から供給通路４１、流体ポンプ３７を通じてタンク３９に逆流する事態を防止するものである。また、このアキュムレータ８８は供給回路４２（供給通路４１）に接続されているので、流体ポンプ３７から吐出された高圧流体が常時補充され、内圧が常に所定の高圧に維持されている。
【００２９】
９１はケース本体２７の先端面に取付けられスプール孔２８の先端開口を閉止する斜板式等の非常流体モータであり、この非常流体モータ９１の出力軸には前記ねじ軸５５の先端部が連結されている。この結果、この非常流体モータ９１と前記制御モータ５９の双方はケース本体２７の反対側面（先端面、後端面）にそれぞれ配置されるとともに、流体シリンダ１４の中心軸に平行な直線上に配置されることになり、これにより、構造が簡単となり小型化することもできる。
【００３０】
９２は前記非常流体モータ９１とアキュムレータ８８とを接続する流入通路であり、９３は前記非常流体モータ９１とタンク３９とを接続する流出通路である。これら流入、流出通路９２、９３の途中には、換言すればアキュムレータ８８と非常流体モータ９１との間には電磁弁からなる開閉弁９４が介装されている。そして、この開閉弁９４は、通常の通電時には、閉位置に位置してアキュムレータ８８から非常流体モータ９１への高圧流体の流入を遮断しているが、前述の供給回路４２（例えば電動モータ３８）、制御モータ５９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非常時となると、前記故障と同時に通電が遮断される。この結果、該開閉弁９４は開位置に切換わってアキュムレータ８８から非常流体モータ９１に流入通路９２を通じて高圧流体を供給し、該非常流体モータ９１を作動させて変換移動手段７５のねじ軸５５に回転駆動力を付与する。
【００３１】
９５は開閉弁９４とアキュムレータ８８との間の流入通路９２に介装された流量調整弁であり、この流量調整弁９５は流入通路９２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９１の出力軸の回転速度をコントロールする。この結果、この非常流体モータ９１は、開閉弁９４が開位置に切換わったとき、流量調整弁９５により流量制御されたアキュムレータ８８からの高圧流体に応じた回転速度で変換移動手段７５のねじ軸５５を回転させる。そして、前述のような非常流体モータ９１によるねじ軸５５の回転によりサーボ制御弁３４が中立位置から流れ位置、例えば平行流位置に切り換わると、アキュムレータ８８から高圧流体がサーボ制御弁３４、給排通路４７を通じて流体シリンダ１４に供給され、これにより、流体シリンダ１４のピストンロッド１６がストロークエンドまで突出して、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）まで簡単かつ確実に回動させる。
【００３２】
このように所定圧の高圧流体を貯蔵するアキュムレータ８８を供給回路４２に接続し、供給回路４２の故障時、サーボ制御弁３４、給排通路４６、４７を通じてアキュムレータ８８から高圧流体を前記流体シリンダ１４に供給し、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すれば、供給回路４２の故障時にも流体シリンダ１４をそのまま非常用、即ちフェザーリング状態への回動用として用いることができる。これにより、従来必要であった危急停止シリンダが不要となって装置全体が小型化するとともに、構造が簡単となり製作費も安価とすることができる。
【００３３】
また、前述のようにアキュムレータ８８に接続されるとともに、変換移動手段７５に回転駆動力を付与することができる非常流体モータ９１と、アキュムレータ８８と非常流体モータ９１との間に介装された開閉弁９４とを設け、供給回路４２、制御モータ５９の故障時、開閉弁９４を開にしてアキュムレータ８８から高圧流体を非常流体モータ９１に供給することにより、該非常流体モータ９１から変換移動手段７５に回転駆動力を付与するようにすれば、流体シリンダ１４をサーボ制御しながら風車ブレード１１をフェザーリング状態まで回動させることができるとともに、アキュムレータ８８を流体シリンダ１４、非常流体モータ９１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。
【００３４】
次に、この発明の一実施形態の作用について説明する。
通常時に風車ブレード１１のピッチ角を風速の変化に応じて変更する場合には、まず、前記風速の変化に応じた操作信号（パルス）がコントローラ６０から制御モータ５９に出力され、これにより、制御モータ５９の出力軸、ねじ軸５５が回転する。ここで、ねじ軸５５が右回転したときには、スリーブ４９、スプール３３は後端側に向かって移動するため、サーボ制御弁３４が平行流位置に切換わり供給回路４２、給排通路４７を通じて流体ポンプ３７からの高圧流体が流体シリンダ１４のヘッド側室２１ｂに供給され、一方、ねじ軸５５が左回転したときには、スリーブ４９、スプール３３は先端側に向かって移動するため、サーボ制御弁３４が交差流位置に切換わり供給回路４２、給排通路４６を通じて流体ポンプ３７からの高圧流体が流体シリンダ１４のロッド側室２１ａに供給される。
【００３５】
このようにして流体シリンダ１４に高圧流体が導かれると、そのピストンロッド１６が軸方向に移動する（突出あるいは引っ込む）が、この軸方向移動は伝達アーム１５により回動運動に変換されて風車ブレード１１に伝達される。このとき、ピストンロッド１６の外周に転がり接触している検出ローラ７７は前記ピストンロッド１６の軸方向移動に応じて回転するが、この検出ローラ７７の回転力はフィードバック力として機械式伝達手段８２により変換移動手段７５のはすば歯車７４にそのまま伝達付与される。この結果、前記スリーブ４９は前記制御モータ５９による回転方向、移動方向と逆方向に回転移動し、サーボ制御弁３４のスプール３３は中立位置に向かって復帰しようとする。
【００３６】
前述のような流体シリンダ１４の作動時、変換移動手段７５に制御モータ５９および検出ローラ７７から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、この検出ローラ７７の回転は制御モータ５９の出力軸６１の回転より僅かに遅れるため、サーボ制御弁３４は平行流位置または交差流位置に保持される。そして、制御モータ５９への操作信号の入力が終了すると、サーボ制御弁３４は中立位置に復帰する。このようにして流体シリンダ１４はサーボ制御弁３４によりサーボ制御されながら作動し、風車ブレード１１を操作信号に応じた位置まで、即ち風速に応じた位置まで回動させる。
【００３７】
このように流体シリンダ１４のピストンロッド１６に転がり接触している検出ローラ７７によりピストンロッド１６の直線移動力を検出しながら回転駆動力に変換するようにしているため、従来技術で説明したような長いボールねじ軸に比較して、検出部の軸方向長を短くすることができ、装置全体を小型化することができる。しかも、サーボ制御弁３４を制御する部位は電子回路ではなく、変換移動手段７５、制御モータ５９、検出ローラ７７、機械式伝達手段８２と全て機械的構成であるため、雷撃に強く殆ど影響を受けることはない。
【００３８】
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、アキュムレータ８８には流体ポンプ３７から吐出された高圧流体が常時補充されているため、その内圧は所定圧となっている。
【００３９】
ここで、断線・停電等により供給回路４２（例えば、電動モータ３８）や制御モータ５９等が故障した非常時となると、流体シリンダ１４に高圧流体が供給されなくなってその作動が停止するため、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、前述の故障と同時に、開閉弁９４に対する通電が遮断されるため、該開閉弁９４が閉位置から開位置に切換わり、アキュムレータ８８から非常流体モータ９１に流入通路９２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９１に流入する流体量は流量調整弁９５により制御されるため、該非常流体モータ９１の出力軸の回転速度は適切な値にコントロールされる。
【００４０】
このようにして非常流体モータ９１の出力軸、ねじ軸５５が回転すると、スリーブ４９、スプール３３は軸方向に移動してサーボ制御弁３４を中立位置から流れ位置、例えば平行流位置に切換え、給排通路４７、供給回路４２同士、給排通路４６、排出回路４３同士を連通する。この結果、アキュムレータ８８からの高圧流体がサーボ制御弁３４、給排通路４７を通じて流体シリンダ１４のヘッド側室２１ｂに供給され、該流体シリンダ１４を作動、即ちピストンロッド１６をストロークエンドまで突出させる。これにより、風車ブレード１１はフェザーリング状態まで回動し、前述のような危険は回避される。このとき、機械式伝達手段８２によりピストンロッド１６の軸方向移動が回転運動に変換された後、変換移動手段７５にフィードバックされるため、流体シリンダ１４はサーボ制御弁３４によりサーボ制御される。
【００４１】
なお、前述の実施形態においては、スリーブ４９内にねじ軸５５をねじ込むことで、制御モータ５９からの回転駆動力をスリーブ４９に伝達するようにしたが、この発明においては、スリーブの外周に形成されたおねじと、ねじ軸のおねじとを螺合させることで、あるいは、スリーブの外周に形成されたはすば歯車と、出力軸に連結されたはすば歯車とを噛み合わせることで、制御モータからの回転駆動力をスリーブに伝達するようにしてもよい。
【００４２】
また、前述の実施形態においては、スリーブ４９のはすば歯車７４とはすば歯車７２とを噛み合わせることで、検出ローラ７７からの回転力をスリーブ４９に伝達するようにしたが、この発明においては、スリーブの内周に形成されためねじと、機械式伝達手段に設けられたおねじとを螺合させることで、あるいは、スリーブの外周に形成されたおねじと、機械式伝達手段に設けられたおねじとを螺合させることで、検出ローラからの回転駆動力をスリーブに伝達するようにしてもよい。
【００４３】
さらに、前述の実施形態においては、内端面が球面の一部からなる凸レンズ状の接触部７７ｂを有する検出ローラ７７の内端面をピストンロッド１６の外周に転がり接触させるようにしたが、この発明においては、流体シリンダのピストンロッドの中心軸に垂直な平面内に回転軸が位置している円板状、円筒状をした検出ローラの外周をピストンロッドの外周に転がり接触させるようにしてもよい。
【００４４】
また、前述の実施形態においては、流体ポンプ３７を常時作動させるようにしたが、この発明においては、流体ポンプを間欠的に作動する一方で、アキュムレータを流体ポンプの非作動時における流体源として補助的に用いるようにしてもよい。さらに、前述の実施形態においては、制御モータ５９としてパルスモータ等のＡＣ、ＤＣモータを用いたが、この発明においては、流体モータを用いるようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、小型でありながら雷撃によっても殆ど影響を受けることがないピッチ角制御装置を提供することができる。
【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】その正面断面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図４】サーボ制御弁近傍の正面断面図である。
【図５】図２のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図６】図４のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
１１…風車ブレード１４…流体シリンダ
１５…伝達手段１６…ピストンロッド
３３…スプール３４…サーボ制御弁
４２…供給回路４３…排出回路
４６、４７…給排通路５９…制御モータ
７５…変換移動手段７７…検出ローラ
８２…機械式伝達手段８８…アキュムレータ
９１…非常流体モータ９４…開閉弁

Claims

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、流体シリンダと、該流体シリンダのピストンロッドの直線移動力を回動力に変換しながら前記風車ブレードに伝達して風車ブレードを回動させる伝達手段と、流体シリンダに接続された一対の給排通路と供給回路、排出回路との間に介装され、軸方向に移動することにより供給回路から高圧流体をいずれかの給排通路を通じて流体シリンダに供給しピストンロッドを直線移動させるスプールを有するサーボ制御弁と、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、入力された操作信号に応じた回転駆動力を前記変換移動手段に付与する制御モータと、流体シリンダのピストンロッドに転がり接触することで、該ピストンロッドの直線移動力を回転駆動力に変換する検出ローラと、該検出ローラの回転駆動力を前記変換移動手段にフィードバックし、スプールを制御モータによる移動方向と逆方向に移動させることでサーボ制御を行う機械式伝達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。
前記供給回路に接続され所定圧の高圧流体を貯蔵するアキュムレータをさらに設け、供給回路の故障時、サーボ制御弁、給排通路を通じてアキュムレータから高圧流体を前記流体シリンダに供給し、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請求項１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をさらに設け、供給回路、制御モータの故障時、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２記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
前記流体シリンダの中心軸に平行な直線上に制御モータおよび非常流体モータの双方を配置した請求項３記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。