JP2008298051A

JP2008298051A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2008298051A
Application number: JP2007148522A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kinoshita; 治郎木下
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】複数のケーブル同士の絡み付きを防止することで各ケーブルが破損することを容易且つ確実に防止できる風力発電装置を提供すること。
【解決手段】ローター１０と、発電機３３を内蔵するナセル３０と、ローター１０及びナセル３０を地上から所定の高さに旋回自在に設置するタワー５０と、発電機３３に接続されナセル３０からタワー５０内に弛みを持たせて垂下される複数本のケーブル７０（７０Ａ）とを具備する。タワー５０内に設置され柱状の弾性材からなるケーブル巻付体１１０と、ケーブル巻付体１１０の上下に設置されタワー５０内に垂下した各ケーブル７０Ａをケーブル巻付体１１０の外周面に沿って所定間隔毎に設置するように分離する一対のケーブルセパレータ１３０とを有してなるケーブル保持機構１００を設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナセルからタワー内に垂下する風力発電用の複数のケーブル同士が絡みつくのを防止するのに好適な風力発電装置に関するものである。

従来、環境問題等の観点から、風力発電装置が使用されるようになっている。この種の風力発電装置は、風を受けて回転するローターと、増速機及び発電機が内蔵されているナセルと、ローター及びナセルを地上から所定の高さに設置するタワーとを具備して構成されている。そして、ローターが効率良く風を受けて発電できるように、ナセルはヨーシステムにて常に風向に正対するようになっている。一方、発電機で得られた電力を送電するために、発電機からタワー内を経由して地上の電気設備までケーブルが接続されている。そして風向が変化する度ごとに発電機を内蔵しているナセルが旋回するため、ケーブルはナセルからの出口部の固定点とタワー内の固定点との間で捩れが生じることになる。その捩れ対策として従来色々な工夫がなされているが、ケーブルに繰り返し捩れ応力が掛かりどうしても経年劣化が避けられず、またケーブル同士の絡みなどもあり、最悪の場合ケーブルの被覆が破れて短絡事故を発生する恐れがあった。通常、ケーブルのねじれ限界を考慮して、ナセルの旋回は片側方向に数回転（例えば４回転）を限度とし、旋回がその限界に達するとケーブルの捩れを戻すために同じ回転数だけ強制的に逆回転を行い、初期状態に戻すように構成している。

図６は従来のケーブル捩れ対策を施した風力発電装置２００の要部概略構成図である。風力発電装置２００は、風を受けて回転するローター２１０と、ローター２１０の回転数を増大して発電する増速機２３１及び発電機２３３を内蔵したナセル２３０と、ローター２１０及びナセル２３０を地上から所定の高さに設置するタワー２５０とを具備して構成されている。そして発電機２３３に接続されているケーブル２７０は、ナセル２３０の下部に取り付けたケーブルホルダー２８０を通してタワー２５０内に導入され、タワー２５０内に設けたケーブルタナー２５１にケーブルホルダー２８０から垂下するケーブル２７０に弛みを持たせて取り付けられ、更にタワー２５０の内壁に沿わせて地上の図示しない電気設備に接続されている。このようにこの風力発電装置２００においては、ケーブルホルダー２８０からケーブルタナー２５１の間でケーブル２７０を折り曲げることで余長（ケーブル２７０自体の重量を考慮しながらできるだけ長く）を設けているので、ケーブル２７０の捩れによってケーブル長が短くなってもこれに対処できる。

しかしながらケーブル２７０はパワーケーブルの他、アースケーブル、制御ケーブル等、１０本以上の束となっている。このため上記ケーブル２７０全体の捩れの問題の他に、束になっているケーブル２７０全体が捩れた際に各ケーブル同士が絡まってしまうという問題があった。即ち色々な種類のケーブルを束にして吊り下げているため、それぞれのケーブルの芯数、太さ及び被覆の硬さなどの違いにより捩れ性能にも違いがあり、これらのことからケーブル同士が絡まり易かった。そしてケーブル同士が絡まると、各ケーブル同士の表面が擦れて被覆が破れる恐れがあり、さらに特定のケーブルが引っ張られて切断してしまう恐れもあった。
特開２００４−８４５１８号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、複数のケーブル同士の絡み付きを防止することで各ケーブルが破損することを容易且つ確実に防止できる風力発電装置を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、風を受けて回転するローターと、ローターの回転動力を電力に変換する発電機を内蔵するナセルと、ローター及びナセルを地上から所定の高さに旋回自在に設置するタワーと、発電機に接続されナセルからタワー内に弛みを持たせて垂下される複数本のケーブルとを具備する風力発電装置において、タワー内に設置され柱状の弾性材からなるケーブル巻付体と、ケーブル巻付体の上下に設置されタワー内に垂下した各ケーブルをケーブル巻付体の外周面に沿って所定間隔毎に設置するように分離する一対のケーブルセパレータと、を有してなるケーブル保持機構を設置したことを特徴とする風力発電装置にある。ここで柱状とは外形が柱状であることをいい、筒状等も含む概念である。

本願請求項２に記載の発明は、ケーブル巻付体は、円柱状の硬質スポンジによって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にある。

本願請求項３に記載の発明は、一対のケーブルセパレータの内、ケーブル巻付体の上部に設置されるケーブルセパレータはナセル側に固定され、またケーブル保持機構は、ケーブル巻付体の下部に設置されるケーブルセパレータを上下動するが回転しないようにガイドするガイド機構を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置にある。

本願請求項４に記載の発明は、ケーブルセパレータは、ケーブル巻付体を固定する基部と、基部の周囲に所定間隔毎に設けられその内部にケーブルを挿通する挿通部を形成したケーブル等保持部と、を具備し、ケーブル巻付体の下部に設置されるケーブルセパレータの一部の挿通部には、ガイド機構に設けた上下に立設するガイドシャフトを上下動自在に挿通することを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の風力発電装置にある。

本願請求項１に記載の発明によれば、ローター及びナセルがタワーに対して旋回することでナセルからタワー内に導入されている複数本の各ケーブルが捩られても、弾性材からなるケーブル巻付体の外周に沿って所定間隔毎に各ケーブルを設置しているので、これら各ケーブル同士が絡み付くことはなく、これによって各ケーブルの破損が容易且つ確実に防止できる。

本願請求項２に記載の発明によれば、ケーブル巻付体を円柱状の硬質スポンジによって構成したので、ケーブル巻付体を捩った際に容易且つ確実にその外径が細くなり、またその上下方向の長さが短くなってこれに螺旋状に巻き付く各ケーブルの捩れ状態に追従でき、また容易に元の形状に復元してその際も元の状態に戻る各ケーブルの状態に追従でき、これらのことから各ケーブル同士の絡み付きをより効果的に防止できる。

本願請求項３に記載の発明によれば、ケーブルの捩れに追従して、容易にケーブル巻付体を捩り且つその長さを縮めることができる。

本願請求項４に記載の発明によれば、簡単な構成で容易にケーブル巻付体の外周面に沿うように複数本の各ケーブルを分離して配置させることができる。また容易にケーブルを挿通する挿通部をガイドシャフトを挿通する挿通部に兼用できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる風力発電装置１の概略構成図である。同図に示すように、風力発電装置１は、風を受けて回転するローター１０と、ローター１０を取り付けるナセル３０と、ローター１０及びナセル３０を地上から所定の高さに旋回自在に設置するタワー５０とを具備して構成されている。以下各構成部品について説明する。

ローター１０は風を受けて回転する翼１１を有する風車であり、その中央に回転軸１３を設けている。

ナセル３０はその内部に前記ローター１０の回転軸１３を接続してその回転数を増大する増速機３１と、増速機３１で増速された回転動力を電力に変換する発電機３３とを設置している。またナセル３０内には増速機３１や発電機３３の他に、図示はしないが、油圧装置やその他の電気機器やこれらの制御装置も設置されている。

タワー５０は筒状であって地上に立設するように設置されている。タワー５０の内部の下部には電気設備５１が設置されており、発電機３３で得られた電力をこの電気設備５１に送電する等のために両者間がケーブル７０によって接続されている。

ケーブル７０は送電用のパワーケーブル、アースケーブル、制御ケーブル等、径や材質の異なる複数本（例えば１０本以上）のケーブル７０Ａ（図２参照）の束によって構成されている。ナセル３０内の発電機３３に接続されたケーブル７０は、ナセル３０の下部のタワー５０に面する部分にタワー５０内に突出するように取り付けられたケーブルホルダー３７に保持されてその内部を通過してタワー５０内に垂下され、本実施形態にかかるケーブル保持機構１００を介してその下部を所定の弛みを持たせた状態（ケーブル７０自体の重量を考慮しながらできるだけ長く）で持ち上げてタワー５０の内壁面に固定したケーブルタナー５３に取り付けられ、さらにその下部が固定手段５５によってタワー５０の内壁面に沿うように配設され、地上に設置された電気設備５１に接続されている。なお電気設備５１はタワー５０の外部に設置しても良い。

図２はケーブル保持機構１００の拡大概略正面図であり、図２（ａ）はケーブル７０が捩られていない状態を示す図、図２（ｂ）はケーブル７０が捩られた状態を示す図である。図２（ａ）に示すように、ケーブル保持機構１００は、二点鎖線で示す柱状（この実施形態では円柱状）の弾性材からなるケーブル巻付体１１０と、ケーブル巻付体１１０の上下に取り付けられるケーブルセパレータ１３０，１３０と、下側のケーブルセパレータ１３０を上下動自在にガイドするガイド機構１６０とを具備して構成されている。ケーブル巻付体１１０はこの実施形態では外形が円柱状の可撓性を有する硬質スポンジによって構成されており、その中心軸が上下方向（ケーブル７０の垂下方向）を向くように設置されている。従ってケーブル巻付体１１０を捩ると、図２（ｂ）に示すようにその全体の外形寸法が小さくなる。

図３はケーブル保持機構１００の下側のケーブルセパレータ１３０周辺部分の概略断面図である。また図４はケーブルセパレータ１３０の概略平面図、図５はケーブルセパレータ１３０の１具体例の斜視図である。なおこの実施形態においては上下のケーブルセパレータ１３０の形状・構造は同一としている。これらの図に示すようにケーブルセパレータ１３０は、円形でリング状の基部１３１と、基部１３１の外周から等間隔に突出するように取り付けられる複数のケーブル等保持部１３３とを具備して構成されている。基部１３１はその中央に開口部１３５を設けている。ケーブル等保持部１３３はそれらの中央にそれぞれ同一内径の貫通孔からなる挿通部１３７を有している。この挿通部１３７は下記するケーブル７０Ａやガイド機構１６０のガイドシャフト１６３を挿通する内径寸法に形成されている。なお図５に示すようにケーブルセパレータ１３０は、リング形状の基部１３１にボルト・ナット等の固定手段１３９によってケーブル等保持部１３３を一つずつ固定して構成されている。また図示はしていないが実際は、各ケーブル等保持部１３３には、ケーブル等保持部１３３の外側半分（外周側半分）の部分が着脱自在に取り外せてその挿通部１３７を二つ割りにできる機構が設けられており、この機構によって挿通部１３７にケーブル７０Ａやガイドシャフト１６３をケーブル等保持部１３３の外周側から挿入できる構造となっている。

ガイド機構１６０は図２に示すように、ステージ１６１の上面に一対の所定の長さのガイドシャフト１６３を立設して構成されている。ステージ１６１は図１に示すようにこの実施形態ではタワー５０の内壁に固定されている。ガイドシャフト１６３は棒状であって、前記ケーブルセパレータ１３０の１８０°対向する位置にある一対のケーブル等保持部１３３の挿通部１３７に上下動自在に挿入される寸法形状に形成されている。

上下のケーブルセパレータ１３０（その基部１３１の部分）は、ケーブル巻付体１１０の上端部近傍部分と、下端部近傍部分に接着等の固定手段によって一体化されている。また上側のケーブルセパレータ１３０（又はケーブル巻付体１１０の上部）をケーブルホルダー３７に取り付けることで、上側のケーブルセパレータ１３０は、ナセル３０と一体化され、従ってナセル３０と共に回転するが上下動はしない構造となっている。下側のケーブルセパレータ１３０は、その１８０°対向する位置にある一対の挿通部１３７に前記ガイド機構１６０のガイドシャフト１６３が上下動自在に挿入されるので、下側のケーブルセパレータ１３０は上下動するが回転はしない構造となっている。

そしてナセル３０内からケーブルホルダー３７を介してタワー５０内に導入されたケーブル７０は、各ケーブル７０Ａが１本毎（場合によっては複数本毎）、上側のケーブルセパレータ１３０の各挿通部１３７にそれぞれ分離して挿入され、ケーブル巻付体１１０の外周に沿うようにそれぞれ上下方向に略平行に沿わせた後、下側のケーブルセパレータ１３０の各挿通部１３７に挿入され、その下部において一束のケーブル７０にまとめられて所定の弛みを持たせた状態で上方向に引き上げられてケーブルタナー５３に取り付けられている。つまり各ケーブル７０Ａ同士は所定の間隔（略等間隔）を有した状態でケーブル巻付体１１０の外周に沿うように設置されている。

以上のように構成された風力発電装置１において、風を受けてローター１０が回転すると、発電機３３によってその回転動力が電力に変換され、ケーブル７０を介して電気設備５１に送電される。そのとき風向きによってローター１０及びナセル３０はタワー５０に対して旋回し、これによってケーブルホルダー３７とケーブルタナー５３間のケーブル７０が捩られる。このとき上側のケーブルセパレータ１３０はナセル３０側に固定されており、一方下側のケーブルセパレータ１３０はガイド機構１６０によって回転しないようにガイドされているので、上側のケーブルセパレータ１３０が回転することでケーブル巻付体１１０はその全体が捩られ、その外径が図２（ｂ）に示すように縮み（但し円柱状の外観は維持される）、これに合わせて各ケーブル７０Ａが縮んだケーブル巻付体１１０の外周に螺旋状に規則正しく巻き付く。なお捩れた際はケーブル巻付体１１０の全長も短くなるが、その分各ケーブル７０Ａも捩れてその上下方向の長さが短くなっているので、この点からも各ケーブル７０Ａの捩れた状態にケーブル巻付体１１０の外形形状が追従している。従って分離されている各ケーブル７０Ａ同士の絡み付きは確実に防止される。一方ローター１０が逆方向に旋回する等してケーブル巻付体１１０の捩れが無くなれば、ケーブル巻付体１１０は硬質スポンジの復元力で円柱形の外観を維持しながら図２（ａ）に示す元の形状に戻る。従ってこの場合も各ケーブル７０Ａ同士の絡み付きは確実に防止される。なお各ケーブル７０Ａが上下方向に直線状で平行な図２（ａ）の状態を初期状態として左右両方向に例えば４回転を許容捩れ回数としておく。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態ではケーブル巻付体１１０を円柱状に形成したが、場合に応じて多角柱状や筒状やその他の柱状に形成しても良く、要は少なくとも外形（外周面形状）が柱状であればどのような形状であっても良い。また上記実施形態ではケーブル巻付体１１０の材質として硬質スポンジを用いたが、合成ゴム、天然ゴム、エラストマー等、他の各種弾性材を用いて構成しても良く、要は可撓性を有し捩ることでその外径が縮む材質（特に捩ることでその外径が細くなり、且つその上下方向の長さも短くなる材質が好適）であればどのような材質であっても良い。また上記実施形態では上下のケーブルセパレータ１３０として同一形状・構造のものを用いたが、下側のケーブルセパレータ１３０にはガイドシャフト１６３を通すので、上下のケーブルセパレータ１３０の形状・構造を異ならせても良い。要はケーブルセパレータ１３０はケーブル巻付体１１０の上下に設置され各ケーブル７０Ａをケーブル巻付体１１０の外周面に沿うように分離する構造であれば、どのような形状・構造であっても良い。また上記実施形態ではケーブルセパレータ１３０に設ける挿通部１３７を貫通孔としたが、Ｕ字状やＣ字状等の上下方向に貫通する溝によって形成しても良い。

また上記実施形態ではケーブルタナー５３を用いることでタワー５０内に垂下したケーブル７０に弛みを持たせたが、ケーブルタナー５３以外の各種手段を用いてケーブル７０に弛みを持たせても良い。ケーブル７０に持たせる弛みは、少なくともケーブル巻付体１１０に巻き付くことで上下方向の長さが縮んだ各ケーブル７０Ａの縮む長さを吸収できるものであれば良い。またガイド機構１６０の構成も、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、他の種々の構造（例えばガイドシャフト１６３を下側のケーブルセパレータ１３０側に取り付け、これを挿通する挿通部をステージ１６１側に設ける等）でも良く、要はケーブル巻付体１１０の下部に設置されるケーブルセパレータ１３０を上下動するが回転させないようにするものであればどのような構造であっても良い。また上記実施形態ではガイド機構１６０のステージ１６１をタワー５０の内壁に固定したが、例えば地上に固定する等、他の各種固定側（静止側）の部材に固定しても良い。

風力発電装置１の概略構成図である。ケーブル保持機構１００の拡大概略正面図であり、図２（ａ）はケーブル７０が捩られていない状態を示す図、図２（ｂ）はケーブル７０が捩られた状態を示す図である。ケーブル保持機構１００の下側のケーブルセパレータ１３０周辺部分の概略断面図である。ケーブルセパレータ１３０の概略平面図である。ケーブルセパレータ１３０の１具体例の斜視図である。風力発電装置２００の要部概略構成図である。

符号の説明

１風力発電装置
１０ローター
３０ナセル（回転側部材）
３１増速機
３３発電機
３７ケーブルホルダー
５０タワー（固定側部材）
５１電気設備
５３ケーブルタナー
７０ケーブル（束になっているもの）
７０Ａケーブル（単線）
１００ケーブル保持機構
１１０ケーブル巻付体
１３０ケーブルセパレータ
１３１基部
１３３ケーブル等保持部
１３７挿通部
１６０ガイド機構
１６１ステージ
１６３ガイドシャフト

Claims

風を受けて回転するローターと、ローターの回転動力を電力に変換する発電機を内蔵するナセルと、ローター及びナセルを地上から所定の高さに旋回自在に設置するタワーと、発電機に接続されナセルからタワー内に弛みを持たせて垂下される複数本のケーブルとを具備する風力発電装置において、
タワー内に設置され柱状の弾性材からなるケーブル巻付体と、ケーブル巻付体の上下に設置されタワー内に垂下した各ケーブルをケーブル巻付体の外周面に沿って所定間隔毎に設置するように分離する一対のケーブルセパレータと、を有してなるケーブル保持機構を設置したことを特徴とする風力発電装置。
ケーブル巻付体は、円柱状の硬質スポンジによって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。
一対のケーブルセパレータの内、ケーブル巻付体の上部に設置されるケーブルセパレータはナセル側に固定され、
またケーブル保持機構は、ケーブル巻付体の下部に設置されるケーブルセパレータを上下動するが回転しないようにガイドするガイド機構を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
ケーブルセパレータは、ケーブル巻付体を固定する基部と、基部の周囲に所定間隔毎に設けられその内部にケーブルを挿通する挿通部を形成したケーブル等保持部と、を具備し、
ケーブル巻付体の下部に設置されるケーブルセパレータの一部の挿通部には、ガイド機構に設けた上下に立設するガイドシャフトを上下動自在に挿通することを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の風力発電装置。