JP2010133554A

JP2010133554A - 油圧システム及びこれを備えた風力発電装置

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Publication number: JP2010133554A
Application number: JP2009219874A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nomaguchi; 大幸野間口; Atsushi Yushimo; 篤湯下; Toshikazu Hayashi; 利和林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: EP2182206A2; JP5330945B2; US20100104439A1; US9169829B2

Abstract

【課題】起動時の過負荷状態の発生を回避し、低温での起動を短時間で且つ低コストの手段で以って可能として、低温始動性を向上させた油圧システムの油圧ポンプ起動制御装置を提供する。
【解決手段】油圧タンクから油圧メインラインと平行にバイパス通路を設置して該バイパス通路１９の下流を前記油圧メインラインに合流させ、バイパス通路に該バイパス通路を開閉するバイパス弁３を設けるとともに、油圧メインラインの油圧ユニットの入口部に圧力センサを設けてなり、圧力センサからの油圧メインラインの圧力検出値が入力され、該圧力検出値に基づき油圧ユニットの起動時にはバイパス弁を開く制御装置１０を備え、該制御装置は、起動時に前記バイパス通路を開いて油圧ユニットの駆動力が最高となるように該ポンプの吐出圧力と流量を保持しながらＯＮ−ＯＦＦ制御を繰り返してバイパス通路にオイルを循環させながら前記油圧メインラインの油圧温度を上げて行くように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、風車の翼ピッチ制御等に適用され、油圧タンク内のオイルを油圧メインラインを通して、該油圧メインラインに設置された油圧ポンプで翼ピッチ制御用の油圧ユニット（油圧シリンダ等の油圧駆動系）に送り込み、該オイルにより油圧ユニットを作動させるように構成された油圧（駆動）システム及びこれを備えた風力発電装置に関する。

図６は、風車の翼ピッチ駆動用油圧ユニットの油圧（駆動）システムの概要を示し、翼ピッチ駆動用の油圧ユニットは符号１で示され、該油圧ユニット１には、油圧タンク１４内に収容されたオイル１５が油圧メインライン８を通して送給されている。
該油圧メインライン８には、モータ５で駆動される油圧ポンプ４が設置され、該油圧ポンプ４により、前記油圧タンク１４内のオイル１５を前記油圧メインライン８を通して、前記油圧ユニット１に送っている。前記油圧メインライン８には、前記油圧ユニット１側にのみ送油が可能な逆止弁１６が設けられている。

かかる翼ピッチ駆動用油圧システムでは、−３０℃程度の寒冷地で油圧システムの油圧ポンプを使用する場合は、機器の破損を防止するために、油温を−１０℃以上に上げなければならない。
このため、ヒーター３０を設置して油圧タンク１４内に収容されたオイル１５を暖めている。該油圧タンク１４内のオイル１５温度は温度センサ７で検出している。

しかしながら、かかる従来のヒーター３０を用いる方法では、たとえば起動時に油温を−３０℃から−１０℃以上にあげるには、３〜４ＨＲかかり、多くの時間を要するとともに、ヒーター３０の設置コストが掛かる。

尚、特許文献１（実公昭６１−２３５２０号公報）には、舵取機の油圧システムにおいて、油圧ポンプの起動時にはロジック弁を開放し（バイパス状態）とし、油圧ポンプが定常回転に達したのちロジック弁を閉とするように構成された、油圧システムが示されている。

実公昭６１−２３５２０号公報

また、図６に示されるような、風車の翼ピッチ駆動用油圧システムは、起動時に油圧システム（油圧ポンプ）を駆動する際に、油圧系統に負荷が残っていると、図７に示すように、モータ５に突発的に過大な電流Ｔが流れ、これに伴い油圧システム（油圧ポンプ）の負荷が増加して過負荷となる。この起動時の過負荷状態が繰り替えされると、風車の翼ピッチや翼の制御に故障が発生するという問題がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、起動時の過負荷状態の発生を回避し、低温での短時間での起動、及び温度維持を低コストの手段で以って可能として、低温始動性を向上させた油圧システム（油圧シリンダ等の油圧駆動系）及びこれを備えた風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、前記油圧メインラインの油圧ポンプの吐出側から前記油圧タンクに分岐するバイパス通路と、該バイパス通路の途中に、該バイパス通路の流量を制御する流量制御手段を備え前記油圧メインラインの前記油圧ユニットの入口部に圧力センサを備え、前記圧力センサからの圧力検出値が入力されて、該圧力検出値に基づき前記流量制御手段を制御する制御装置を備え、前記ポンプの吐出圧力と流量とを所定の規定値以内に保持して前記バイパス通路にオイルを循環させることを特徴とする。

また、本発明において、好ましくは、前記流量制御手段は、バイパス通路を開閉するバイパス弁であことを特徴とする。

また、本発明において、好ましくは、前記流量制御手段は、前記バイパス通路のオイル流量を制御する流量可変バルブであることを特徴とする。

また、前記発明において、好ましくは、前記オイルの温度を検出するとともに、検出した温度検出値を前記制御装置に入力する温度センサを設け、前記制御装置は、前記温度検出値が所定の温度未満の間は、前記流量制御手段を制御しながら、前記バイパス通路にオイルを循環させ、前記温度検出値が所定の温度に達すると前記バイパス通路によるオイル循環を停止する制御をおこなう。

本発明によれば、前記油圧メインラインの油圧ポンプの吐出側から前記油圧タンクに分岐するバイパス通路と、該バイパス通路の途中に、該バイパス通路の流量を制御する流量制御手段を備え前記油圧メインラインの前記油圧ユニットの入口部に圧力センサを備え、前記圧力センサからの圧力検出値が入力されて、該圧力検出値に基づき前記流量制御手段を制御する制御装置を備える。
そして、前記ポンプの吐出圧力と流量とを所定の規定値以内に保持して前記バイパス通路にオイルを循環させる。
圧力センサの圧力から油圧ポンプ吐出側の油圧メインラインに負荷が無いことを確認して起動するので、従来のように、起動時に油圧ポンプに過大な電流が流れることによる過負荷の発生が回避できる。

また、制御装置は、油圧システムの起動時に圧力検出値からの圧力検出信号を受けて、油圧ユニットポンプの駆動力が最高となるようにパルス制御のバイパス弁をＯＮ−ＯＦＦする所謂ＰＷＭ制御を行って油圧ポンプ吐出側の油圧メインラインの油温を上昇させ、更にポンプの吐出圧力と流量を予め設定した規定値以内になるように制御することにより、常時ポンプ駆動力の最大値以内で運転でき、油温の上昇を効率よく行わせることができる。

従って、これにより、パルス制御のバイパス弁をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ制御を行うことにより、比較的短時間で低温始動が可能となり、従来のヒーターのような多くの設置コストを必要とせず、装置コストが低減される。

また本発明は、前記バイパス通路に、流量可変バルブを設け、前記制御装置は流量可変バルブによりバイパス流量を制御することによって、前記温度上昇を行うので、圧力センサで油圧メインラインの圧力を検出しながら、常時駆動力の最大値以内の狙いとするセット点で、流量可変バルブの流量絞りによって流量制御できるので、常時駆動力の最大値で安定して運転でき、油温の上昇を効率よく行わせることができ、比較的短時間で低温始動が可能となり、従来のヒーターのような多くの設置コストを必要とせず、装置コストが低減される。

また、前記発明において、前記オイルの温度を検出するとともに、検出した温度検出値を前記制御装置に入力する温度センサを設け、前記制御装置は、前記温度検出値が所定の温度未満の間は、前記流量制御手段を制御しながら、前記バイパス通路にオイルを循環させ、前記温度検出値が所定の温度に達すると前記バイパス通路によるオイル循環を停止する制御をおこなうので、油圧メインラインの温度が機器の最低駆動温度に達したとき、バイパス通路を閉じて油圧メインラインに圧力を作用させて、通常の運転を行うことが可能となる。
ここで油圧メインラインとは、油圧タンクより油圧ポンプにより油圧ユニットに作動用オイルを導く油圧ラインをいう。
また、本発明の油圧システムは風車の翼ピッチ駆動用油圧システムを備えた風力発電装置、特に-３０℃程度の寒冷地で油圧システムの油圧ポンプを使用する風力発電装置に好適である。

第１図は、本発明の第１実施例にかかる風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの油圧駆動系の起動装置の系統図である。第２図は、本発明の第２実施例にかかる風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの油圧駆動系の起動装置の系統図である。第３図は、本発明の第１実施例の作用を示すフローチャートである。第４図は、本発明の第２実施例の作用を示すフローチャートである第５図は、油圧ユニットの（流量／圧力）駆動力の設定曲線である。第６図は、風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの概要を示す図である。第７図は、風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの起動時における過大な電流が流れる図である。

以下、本発明を図に示した実施の形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の第１実施例にかかる風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの起動装置の系統図である。
図１において、翼ピッチ駆動用の油圧ユニット（油圧シリンダ等の油圧駆動系）は符号１で示され、該油圧ユニット１には、油圧タンク１４内に収容されたオイル１５が油圧メインライン８を通して送給されている。
該油圧メインライン８には、モータ５で駆動される油圧ポンプ４が設置され、該油圧ポンプ４により、前記油圧タンク１４内のオイル１５を前記油圧メインライン８を通して、前記油圧ユニット１に送っている。前記油圧メインライン８には、前記油圧ユニット１側にのみ送油が可能に逆止弁１６が設けられている。（逆止弁１６の入口部には不図示の比例弁が設けられ、バイパス弁３がＯＦＦになった際に油圧ユニットのシリンダにオイルが流れ込まないように構成している。）尚、油圧タンク１５に設けられたエアブリーザは符号６で示されている。

また、前記油圧メインライン８の油圧ポンプ４の吐出側から前記油圧タンク１４に分岐するバイパス通路１９を設置して、いる。また、前記バイパス通路１９の途中に、該バイパス通路１９を開閉するバイパス弁３を介装するとともに、前記油圧メインライン８の前記油圧ユニット１の入口部に圧力センサ２を設けている。
前記バイパス弁３は、制御装置１０からのパルス制御信号により該バイパス弁３をＯＮ−ＯＦＦさせてＰＷＭ制御を行うもので、ＰＷＭ制御をすることで、即ちＯＮ−ＯＦＦ周期の制御によって簡単にバイパス通路１９を流れる油量／圧力を制御できるため、油圧ポンプ４の最大負荷運転を制御でき、油圧ポンプ４より得られるオイル発熱を効果的にオイル温度の上昇に利用できる。すなわち、バイパスする油圧及びバイパス流量によって油圧ポンプ４の作動熱の発生、さらにバイパス通路を流れるオイル流のパルス状の圧力変化によって発生するオイル温度の上昇を効果的に制御できる。

前記圧力センサ２からの圧力検出信号は、回線１１を介して前記制御装置１０に入力される。また、前記油圧メインライン８あるいは油圧タンク１４にオイルの温度を検出する温度センサ７を設けて（この実施例では油圧タンク１４に設けている）、該温度センサ７の温度検出信号は、回線１３を介して前記制御装置１０に入力される。
前記圧力検出信号及び温度検出信号に基づく、制御値は回線１２を介して制御装置１０に入力され、前記バイパス弁３をＯＮＯＦＦ制御する。
また、前記油圧ユニット１の駆動力の設定曲線は図５のように、圧力と流量との関係（マップ）が設定されており、かかる関係（マップ）が最大駆動力設定部３０に設定され、該最大駆動力設定部３０におけるＰｏ設定値が、前記制御装置１０に入力される。
尚、最大駆動力は、「圧力×流量」が最大となるときの動力値（その時の圧力値をＰｏとする）である。

次に、図１及び図３に基づき、かかる第１実施例の作用を説明する。図３は第１実施例の作用を示すフローチャートである。
油圧ユニット１の起動時には、先ず、バイパス弁３を開いてバイパス通路１９を開放して(ステップ（１）)、圧力センサ２の圧力から油圧メインライン８（油圧ポンプ４吐出側、特に逆止弁１６と油圧ユニット１入口側間）に負荷が無いことを確認する(ステップ（２））。次に圧力センサ２の圧力から油圧メインライン８の圧力が０Ｍｐａに達したかどうかを判断してその後に(ステップ（３））、モータ５を駆動する(ステップ（４）)。
これにより、起動時に油圧メインライン８油圧ポンプ４吐出側とユニット１入口側間に負荷が無い状態でポンプを駆動でき、従来のもののように、起動時に油圧ポンプ４に過大な電流が流れる(図７参照)ことによる過負荷の発生が回避できる。

次に、油圧システムの起動後には、油圧ポンプ４吐出側の逆止弁１６の手前でバイパス通路１９にバイパスさせて、タンク１５との間を循環させながら、圧力センサ２からの圧力検出信号を受けて、圧力値Ｐｏが最大駆動力（「圧力×流量」）が最大となるように制御装置１０よりのパルス制御信号にて、バイパス弁３をＯＮ−ＯＦＦしながらＰＷＭ制御を行う(ステップ（５）)。ことにより、ポンプ４よりの発生熱等によりメインライン８の油温を上昇させる(ステップ（６）（７）)。
この場合に、バイパス弁３をＯＮ−ＯＦＦしながらＰＷＭ制御を行うことにより、図５の流量×圧力が最高となるように、つまりポンプの駆動力の最大値（予め設定した規定圧力Ｐ０と流量)になるように制御される。

前記油圧メインライン８あるいは油圧タンク１４にオイルの温度を検出する温度センサ７を設けて（この実施例では油圧タンク１４に設けている）、該温度センサ７の温度検出信号は、回線１３を介して前記制御装置１０に入力される。
そして、前記温度センサ７から温度、つまり油圧メインライン８あるいは油圧タンク１４の温度センサ７の温度（この実施例では油圧タンク１４に設けている）を制御装置１０で確認して(ステップ（８）)、温度が油圧システムの最低駆動温度（例えば−１０℃）に達したら(ステップ（９）)、バイパス弁３を閉じて、油圧メインライン８より逆止弁１６を介して油圧ユニット１に圧力（負荷）を作用させる。

従って、かかる実施例によれば、油圧システムの起動後には圧力センサ２からの圧力検出信号を受けて、油圧ポンプ４の駆動力（流量）が最高となるようにパルス制御のバイパス弁３をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ制御を行うことにより、油圧メインライン８の油温を速やかに上昇させることができる。すなわち、バイパス弁３をパルス状に作動制御することによるバイパス弁３をＯＮ−ＯＦＦしながらＰＷＭ制御を行うことにより、ポンプの駆動力(Ｐｏ)が最大となるような、規定圧力Ｐ０に制御されてバイパス運転され、このポンプ駆動の際の受熱によって油温を効果的に上昇させることができる。
そしてこの制御は、油圧ポンプ４の駆動力（流量）を、予め設定した最大動力発生ライン上の点（規定圧力Ｐ０）に位置するように圧力若しくは流量制御することによって、始動時のバイパス運転時に駆動力（流量）の最大値でバイパス運転するので、油温を効率的に上昇させることができる。

従って、駆動力（流量）の最大値でバイパス運転させる為に、パルス制御でＯＮ−ＯＦＦされるバイパス弁３をＰＷＭ制御を行うことにより、例えば、−３０℃程度の寒冷地で油圧システムの起動を行う場合、−３０℃程度の油温を−１０℃以上に上げなければならないが、かかる温度上昇も比較的短時間のバイパス運転で−１０℃以上に達し、短時間の低温始動が可能となり、従来のヒーター３０（図６参照）のような多くの設置コストを必要とせず、装置コストが低減される。

また、油圧メインライン８の温度が油圧ユニット１の所定の駆動温度（−１０℃以上）に達したときバイパス弁３を閉じ、所定の駆動温度に達してないときにはバイパス弁３を開いて前記駆動力（流量）の最大値でバイパス運転動作を繰り返すように制御する、油圧メインライン８に設定した温度センサ７により、油圧メインライン８の温度が機器の最低駆動温度に達したとき、バイパス弁３を閉じて油圧メインライン８に圧力を掛け、通常の運転を行うことが可能となる。

また、本実施形態により、風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの運転までのウォームアップの時間を大幅に短縮する事が出来る。なお、風車の翼ピッチ駆動用油圧システム以外の風車油圧系に適用してもよい。
また、風車の他部分（軸受け等）と比べて、本実施形態のような油圧回路を形成することで暖機時間の調整が容易なため効率よい暖機が可能となる。

図２は、本発明の第２実施例にかかる風車の翼ピッチ駆動用油圧システムの起動装置の系統図である。
この第２実施例では、前記第１実施例に対して、バイパス通路１９に該バイパス通路１９の絞りを可変とする流量可変バルブ３１を設けている。
即ち、図４は第２実施例の作用を示すフローチャートであるが、このフローチャートでステップ（５）が第１実施例と異なり、後は同様である。
ステップ（５）において、油圧システムの起動後には、圧力センサ２からの圧力検出信号を受けて、油圧ユニット１の流量可変バルブ３１の絞りを変更してバイパス通路１９の流路抵抗を制御する。
これにより、油圧メインライン８に圧力センサ２で油圧メインライン８の圧力を検出しながら、予め設定した最大動力発生ライン上の点（規定圧力Ｐ０）に位置するように絞りにより流量制御することによって駆動力の最大値以内の狙いとするセット点で、絞りにより最適流量をセット可能に流量可変バルブ３１の絞り制御を行うことができる。
その他の構成は、前記第１実施例と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

かかる第２実施例によれば、油圧メインライン８に圧力センサ２で該油圧メインライン８の圧力を検出しながら、予め設定した最大動力発生ライン上の点（規定圧力Ｐ０）に位置するようにバイパス流量を絞り制御することによって油圧ポンプの動力最大出力点での運転、すなわち、発熱量の最大点での運転を実施することができる。これにより、駆動力の最大値で安定した運転を維持できる。

本発明によれば、起動時の過負荷状態の発生を回避し、低温での短時間での起動及び温度維持を低コストの手段で以って可能として、低温始動性を向上させた油圧システムの油圧ポンプ起動制御装置及びこれを備えた風力発電装置を提供できる。尚、油圧システムの起動時以外、例えば風力発電装置の運転中であっても、外気温が低下し、温度センサ７で検出する油温が、機器の最低駆動温度を下回りそうな場合には、翼ピッチ駆動に支障を与えない範囲で前記パイパス運転を行い、油温を最低駆動温度以上に維持する構成としても良い。

１油圧ユニット
２圧力センサ
３バイパス弁
４油圧ポンプ
５モータ
７温度センサ
８油圧メインライン
１０制御装置
１４油圧タンク
１５オイル
１９バイパス通路
３０最大駆動力設定部
３１流量可変バルブ

Claims

油圧タンク内のオイルを油圧メインラインを通して、該油圧メインラインに設置された油圧ポンプで油圧ユニットに送り込み、該オイルにより油圧ユニットを作動させるように構成された油圧システムにおいて、
前記油圧メインラインの油圧ポンプの吐出側から前記油圧タンクに分岐するバイパス通路と、該バイパス通路の途中に、該バイパス通路の流量を制御する流量制御手段を備え前記油圧メインラインの前記油圧ユニットの入口部に圧力センサを備え、前記圧力センサからの圧力検出値が入力されて、該圧力検出値に基づき前記流量制御手段を制御する制御装置を備え、前記ポンプの吐出圧力と流量とを所定の規定値以内に保持して前記バイパス通路にオイルを循環させることを特徴とする油圧システム。
前記流量制御手段は、バイパス通路を開閉するバイパス弁であることを特徴とする請求項１記載の油圧システム。
前記流量制御手段は、前記バイパス通路のオイル流量を制御する流量可変バルブであることを特徴とする請求項１記載の油圧システム。
前記オイルの温度を検出するとともに、検出した温度検出値を前記制御装置に入力する温度センサを設け、
前記制御装置は、前記温度検出値が所定の温度未満の間は、前記流量制御手段を制御しながら、前記バイパス通路にオイルを循環させ、
前記温度検出値が所定の温度に達すると前記バイパス通路によるオイル循環を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の油圧システム。
請求項１乃至４のいずれかに記載の油圧システムを備えた風力発電装置。