JP2010156318A

JP2010156318A - 風力発電装置及び風力発電装置の制御方法

Info

Publication number: JP2010156318A
Application number: JP2009000399A
Authority: JP
Inventors: Takashi Toyohara; 尚豊原; Masayuki Hashimoto; 雅之橋本; Takatoshi Matsushita; 崇俊松下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: EP2375062B1; BRPI1004222A2; WO2010076900A1; EP2375062A1; US20110187107A1; EP2375062A4; AU2010203161A1; KR20110030657A; CA2731845A1; JP5566609B2; CN102105684A

Abstract

【課題】風車翼を容易かつ短時間で適切な位置に停止させることができる風力発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】風車翼５の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、ピッチ制御装置（ピッチ角制御手段）１１によりピッチ角をフェザー側に制御して風車翼５の回転速度を所定の速度まで減速させ、角度検出装置（位置検出手段）１２の検出結果に基づいて、風車翼５の回転を所望の位置で停止させるようにブレーキディスク（ブレーキ手段）１３，ブレーキ装置（ブレーキ手段）１４を駆動制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自然エネルギーの風を回転力に変換する風車を用いて発電を行う風力発電装置に関し、特に風車を所望の位置に停止させる停止位置制御装置を備えた風力発電装置に関するものである。

従来、自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電装置が知られている。この種の風力発電装置は、支柱上に設置されたナセルに、風車翼を取り付けたロータヘッドと、このロータヘッドと一体に回転するよう連結された主軸と、風車翼に風力を受けて回転する主軸を連結した増速機と、増速機の軸出力によって駆動される発電機とを設けたものである。このように構成された風力発電装置においては、風力を回転力に変換する風車翼を備えたロータヘッド及び主軸が回転して軸出力を発生し、主軸に連結された増速機を介して回転数を増速した軸出力が発電機に伝達される。このため、風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機の駆動源とし、発電機の動力として風力を利用した発電を行うことができる。

ところで、ロータヘッド内には、風車翼を駆動する油圧シリンダ、油圧シリンダに油圧を供給するサーボバルブ及び制御機器等の種々の機器が設けられ、これらの機器は、定期的にメンテナンスを必要とする。メンテナンスの際には、風車を停止させて作業員がロータヘッド内に入る必要があるが、回転している風車を停止させる場合に、風車の停止位置（角度）を予測することが困難であった。また、作業効率向上の観点から、メンテナンスの対象となる機器に応じて、風車を特定の位置（角度）に停止させたいという要望もある。

特許文献１には、支柱を倒してメンテナンスを行う際に保守用の支柱と風車翼とが干渉しないように、風車が所定の角度になったときにブレーキをかけて、風車翼（羽根部材）と風車翼との間が鉛直下方を示す位置に停止させる技術が開示されている。

特開平３−４７４７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、ブレーキをかけるときの風車の回転速度が大きい場合には慣性による角度のずれが大きく、十分な停止位置精度が得られない上、衝撃による構造物への影響も大きい。また、その影響を避けるため、ブレーキ動作を極低速以下の条件に制限すると、風車が所望の位置に到達せず、停止位置の精度が低下する。このため、風車の慣性を考慮して減速に要する回転角度だけ手前の位置をブレーキのタイミングとする手法も記載されているが、減速中の風力の変化に応じて減速の割合も変化するので、十分な停止位置精度が得られない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、風車翼を容易かつ短時間で適切な位置に停止させることができる風力発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼の回転を停止させるブレーキ手段と、前記風車翼の位置を検出する位置検出手段と、を備え、前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を減速させ、減速させた状態で、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記ブレーキ手段を駆動させることを特徴とする風力発電装置を提供する。

本発明によれば、風量発電装置が発電状態にあるなど風車翼の回転中に、風車翼の回転を停止させるための停止信号を受信した場合、ピッチ角制御手段により、風車翼のピッチ角をフェザー側に制御することでその回転速度を所定の速度まで減速させる。ここで、所定の速度とは、定格回転数（例えば１５ｒｐｍ程度）の５％以下、好ましくは１％以上５％以下の範囲等、ブレーキ手段の応答速度等も考慮し、風車翼の停止位置を所望の精度範囲内で定めることが可能であり、かつ風車翼が停止しない程度の極低速であることが好ましい。そして、所定の速度まで減速された状態で、位置検出手段により、風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、ブレーキ手段を駆動させる。ここで、目標位置は、ブレーキ手段を駆動してから風車翼を停止させるまでの時間的なずれを考慮し、風車翼を停止させたい位置である所望の位置よりも手前に設定されているので、位置検出手段が目標位置を検出した後にブレーキ手段を駆動させることで、風車翼が所望の位置で停止する。

このように、風車翼の回転速度を所定の速度に維持した状態から停止させるので、急激に停止させることによる風力発電装置への影響を抑制できる。また、風車翼の回転は所定の回転速度に維持されているため、風車翼の位置を検出してから風車翼を停止するまでの間の風車翼の移動量が極めて少なく、停止位置を高精度に保つことができる。このように、風車翼を所望の位置で容易に停止させることができるため、例えば、メンテナンスの際の作業効率が向上する。

なお、ブレーキ手段としては、例えば、ディスクブレーキが好適に用いられ、この場合、ブレーキディスクを制動するブレーキパッド及びブレーキキャリパ等が設けられる。また、ピッチ制御手段は、風力発電装置が発電状態にある場合には、風車翼のピッチ角を制御して風車翼の回転速度を減速させ、風車翼の回転速度がこの所定の回転速度に到達したときに、再び風車翼のピッチ角を切替えてこの所定の回転速度を維持させるように制御することもできる。さらに、風量発電装置が停止状態にある場合には、停止状態から所定の回転速度が得られるようなピッチ角に制御することもできる。

また、風車翼を所定の回転速度で回転させるように前記風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼と一体に回転するディスクに設けられた磁石と、前記風車翼が所望の位置に停止するときに、該磁石と対向する位置に設けられた電磁石と、を備え、前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角を切フェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させ、減速させた状態で、前記電磁石を励磁させることにより該電磁石に前記磁石を引き寄せて前記風車翼の回転を停止させること特徴とする風力発電装置を提供する。

本発明によれば、風量発電装置が発電状態にあるなど風車翼の回転中に、風車翼の回転を停止させるための停止信号を受信した場合、ピッチ角制御手段により、風車翼のピッチ角をフェザー側に制御することでその回転速度を所定の速度まで減速させる。そして、風車翼と一体に回転するディスクに設けられた磁石と、風車翼が所望の位置に停止するときに対峙する位置に設けられた電磁石を励磁する。このため、電磁石に磁石が引き寄せてられ、磁石が電磁石に固定される。磁石は風車翼と一体に回転するディスクに設けられているため、磁石が電磁石に固定されることによって、ディスクの回転が停止し、この結果、風車翼の回転も停止する。

このように、風車翼の回転速度を所定の速度に維持した状態から停止させるので、急激に停止させることによる風力発電装置への影響を抑制できる。また、あらかじめ電磁石が風車翼が所望の位置、すなわち、風車翼を停止させたい位置に停止するときに、ディスクに設けられた磁石と対向する位置に設けられているため、風車翼の位置検出等を行わなくても、電磁石を励磁するだけで、容易に風車翼を所望の位置に停止させることができるため、例えば、メンテナンスの際の作業効率が向上する。なお、磁石及び電磁石は、何れか一方が所望の位置、すなわち、風車翼を停止させたい位置と対応する位置に固定して設ける必要があるが、何れを固定させるかは適宜設計変更可能である。すなわち、電磁石の位置が定まっている場合には、ディスクの風車翼が所望の位置に停止したときに電磁石と対峙する位置に設ける。この場合にも、ディスクは風車翼と一体に回転するので、磁石が電磁石に固定されることによって、ディスクの回転が所望の位置で停止し、この結果、風車翼の回転も所望の位置で停止する。

なお、同様に、ピッチ制御手段は、風力発電装置が発電状態にある場合には、風車翼のピッチ角を制御して風車翼の回転速度を減速させ、風車翼の回転速度がこの所定の回転速度に到達したときに、再び風車翼のピッチ角を切替えてこの所定の回転速度を維持させるように制御することもできる。さらに、風量発電装置が停止状態にある場合には、停止状態から所定の回転速度が得られるようなピッチ角に制御することもできる。

さらに、本発明は風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼を所定の速度で回転させる回転手段と、前記風車翼の位置を検出する位置検出手段と、を備え、前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角を切フェザー側に制御し、その後、前記回転手段を駆動して前記風車翼を回転させ、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記回転手段を停止させることを特徴とする風力発電装置を提供する。

本発明によれば、前記風車翼の回転を停止させるための停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角を切フェザー側に制御し、風車翼の回転が減速または停止した後に、回転手段により風車翼を所定の速度で回転させる。この回転手段には、所定の回転速度が得られる程度のモータなどが採用される。なお、所定の速度とは、上記したように、風車翼の停止位置を所望の精度範囲内で定めることが可能であり、かつ風車翼が停止しない程度の極低速に定められる。そして、回転手段により所定の速度で風車翼が回転されている状態で、位置検出手段により、風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことを検出したときに、回転手段の駆動を停止させる。ここで、目標位置は、回転手段の駆動を停止させてから風車翼が停止するまでの時間的なずれを考慮し、風車翼を停止させたい位置である所望の位置よりも手前に設定されているので、位置検出手段が目標位置を検出した後に回転手段の駆動を停止させることで、風車翼が所望の位置で停止する。

このように、回転手段は、超低速で風車翼を回転させているので、風車翼の位置が所望の位置の手前に到達したことを検出してから、回転手段を停止させることで、容易に風車翼を所望の位置に停止させることができる。

また、本発明は、風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼の回転を停止させるブレーキ手段と、前記風車翼の位置を検出する位置検出手段とを備えた風力発電装置の制御方法であって、前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させるステップと、前記減速させた状態で、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記ブレーキ手段を駆動させるステップと、を備えたことを特徴とする風力発電装置の制御方法を提供する。

本発明は、風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼と一体に回転するディスクに設けられた磁石と、前記風車翼が所望の位置に停止するときに、該磁石と対向する位置に設けられた電磁石とを備えた風力発電装置の制御方法であって、前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させるステップと、前記減速させた状態で、前記電磁石を励磁させることにより該電磁石に前記磁石を引き寄せて前記風車翼の回転を停止させるステップと、を備えたこと特徴とする風力発電装置の制御方法を提供する。

本発明は、風車翼のピッチ角を切替えるピッチ角制御手段と、前記風車翼を所定の速度で回転させる回転手段と、前記風車翼の位置を検出する位置検出手段とを備えた風力発電装置の制御方法であって、前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御するステップと、前記回転手段を駆動して前記風車翼を回転させるステップと、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記回転手段の駆動を停止させるステップと、を備えたことを特徴とする風力発電装置の制御方法を提供する。

このように、本発明の風力発電装置によれば、風車翼を所望の位置で容易に停止させることができる。また、発電状態にある風車翼を急激に停止させる必要がないため、急停止による風力発電装置への衝撃を抑制することができる。

本発明の風力発電装置の概略構成を示す正面図である。本発明の風力発電装置におけるロータヘッドの概略を示す背面図である。本発明の第１の実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態にかかる風力発電装置における風車翼の停止位置制御処理を示すフローチャートである。本発明の風車翼の回転速度とピッチ角度との関係を示す図である。本発明の第２の実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態にかかる風力発電装置における風車翼の停止位置制御処理を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態にかかる風力発電装置の変形例におけるディスク及び磁石の取付位置を示す概略図である。本発明の第３の実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態にかかる風力発電装置における風車翼の停止位置制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の風力発電装置の実施形態について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕、〔第３の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の風力発電装置の概略構成を示す正面図である。
風力発電装置１は、図１に示すように、支地上６に立設された支柱２、ナセル３、ロータヘッド４及び３本の風車翼５ａ、５ｂ、５ｃ（以下、特に必要のないときは風車翼５として総称する。）を供えている。ナセル３は、支柱２の上部に軸受装置を介して設けられ支柱２の軸線回りに旋回可能に取り付けられている。ロータヘッド４は、ナセル３の一端部にナセル３の水平軸線回りに図示しない主軸を介して回転可能に取り付けられている。ロータヘッド４の背面には、図２に示すように、風車翼５取り付け位置にフェンス７、フェンス７の間にハッチ８が設けられており、メンテナンス作業の際には、ハッチ８より作業員の出入りが可能となっている。風車翼５は、ロータヘッド４の回転軸線回りに等間隔で放射状に取り付けられ、この結果、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車翼５に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。また、風車翼５は、そのピッチ角度を後述するピッチ制御装置１１により風向きに対して制御可能となっている。

図３は、本実施形態にかかる風力発電装置の概略構成を示すブロック図である。ロータヘッド４は、上述したように風車翼５が取り付けられると共に、油圧シリンダ１０、ピッチ制御装置１１及び角度検出装置１２を備えている。油圧シリンダ１０は、ロータヘッド４に取り付けられた風車翼５を駆動する。ピッチ制御装置１１は、油圧シリンダ１０に供給する油圧を制御することで風車翼５のピッチ角度を風速等の諸条件に応じて適宜制御する。角度検出装置１２は、風車翼５のアジマス角を角度信号として検出し、検出した角度信号を後述する停止位置制御装置１５に出力する。

ナセル３の内部には、増速機（図示せず）、発電機（図示せず）、ブレーキディスク１３、ブレーキ装置１４、回転数検出装置１５及び停止位置制御装置１６を備えている。発電機は、ロータヘッド４と同軸の主軸に設けられた増速機を介してロータヘッド４に連結され、すなわち、ロータヘッド４の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電機より発電機出力が得られるようになっている。ブレーキディスク１３は、ロータヘッド４に主軸を介して連結され、ロータヘッド４及び風車翼５の回転を減速又は停止させるための回転体である。ブレーキ装置１４は、ブレーキディスク１３を駆動制御することによりローダヘッド４及び風車翼５の回転を減速又は停止させると共に、減速及び停止を解除する。回転数検出装置１５は風力による風車翼５の単位時間当たりの回転数を検出し、検出結果を停止位置制御装置１５に送信する。

停止位置制御装置１６は、風車翼５を所望の位置（角度）で停止させるための制御を行う。具体的には、風車翼５の回転を停止しようとするときに、風車翼５のピッチをファイン（発電側）からフェザー（停止側）に切り替え制御するための制御信号をピッチ制御装置１１に送信し、風車翼５の回転速度を減速させる。続いて、回転数検出装置１５から受信した回転数に基づいて風車翼５の回転速度を算出し、回転速度が所定の速度に近づいたときに、これらの回転が停止しないように、再び風車翼５のピッチをややファイン側へ切り替える制御信号をピッチ制御装置１１に送信する。そして、角度検出装置１２から送信された検出結果に基づいて、風車翼５が所望の位置（角度）になったときにブレーキ装置１４にブレーキ信号を送り、風車翼５の回転を停止させる。

続いて、上記した風力発電装置における停止位置制御装置１５による風車翼５の停止位置制御処理の過程について図４のフローチャートに基づいて説明する。

停止位置制御処理が開始すると、停止位置制御装置１６はステップＳ１１において、風車翼５のピッチ角度をファイン側からフェザー側へ切り替えるための制御信号をピッチ制御装置１１に送信する。ピッチ制御装置１１では、この信号に基づいて風車翼５のピッチ角をファイン側からフェザー側へ切り替える。これにより、風車翼５は風を退避させる向きとなり、図５に示すように、風車翼５の回転速度が低下し始める。

ステップＳ１２では、風車翼５の回転速度が所定の速度以下になったか否かを判断する。具体的には、回転数検出装置により風車翼５の回転数が検出され、検出結果にかかるデータが停止位置制御装置１６に送信される。停止位置制御装置１６では、受信したデータに基づいて風車翼５の回転速度が算出され、算出された回転速度が、例えば、予め定められた閾値以下であるか否かを判断することにより、風車翼５の回転速度が所定の速度以下になったか否かを判断する。回転速度が所定の速度以下になっていないと判断した場合にはこのステップＳ１２を繰り返し、回転速度が所定の速度以下になったと判断した場合には、次のステップＳ１３に進む。なお、所定の回転速度とは、定格回転数（例えば１５ｒｐｍ程度）の５％以下、好ましくは１％〜５％の範囲等、ブレーキ装置１４の応答スピード等も考慮し、風車翼５の停止位置を定めることが可能であり、かつ風車翼５が停止しない程度の極低速に定められる。

続いて、ステップＳ１３で、停止位置制御装置１６は風車翼５のピッチ角度をフェザー側から、ややファイン側へ切り替えるための制御信号をピッチ制御装置１１に送信する。ピッチ制御装置１１では、この信号に基づいて風車翼５のピッチ角度をフェザー側からややファイン側へ切り替える。ここで、風車翼５は、ステップＳ１２における所定の回転速度、または所定の回転速度以下であり、かつ、風車翼５が停止しない速度での回転を維持する必要がある。このため、ややファイン側とは、所定の回転速度が得られるようなピッチ角度であり、ステップＳ１３において、風車翼５はそのようなピッチ角度に切り替えられる。これにより、風車翼５に再び風があたり、風車翼５の回転が所定の回転速度で回転状態が維持される。

次にステップＳ１４で、風車翼５が所定の回転速度で回転している時に、３本の風車翼５ａ、５ｂ、５ｃのうち、特定の風車翼５ａが目標位置にあるか否かを判断する。ここで、目標位置は、風車翼を停止させたい位置の手前であって、ブレーキ装置１４の応答速度や風車翼の回転速度などに応じてブレーキ装置を駆動してから風車翼が停止するまで時間を考慮した位置に設定する。風車翼５ａが目標位置にあるか否かの判断は、角度検出装置１２から、例えば、風車翼５ａの位置を検出し、角度信号として停止位置制御装置１６に送信する。停止位置制御装置１６では、受信した角度信号に基づいて、風車翼５ａが目標位置に到達したか否かを判断し、目標位置に到達していないと判断した場合には、目標位置に到達したと判断するまでこのステップＳ１４を繰り返し、目標位置に到達したと判断した場合には、次のステップＳ１５に進む。なお、目標位置は、ブレーキ装置１４の応答速度等に応じて風車翼を停止させたい位置の手前に設定する。

ステップＳ１５では、停止位置制御装置１６からブレーキ装置１４にブレーキディスク１３を停止させるための制御信号が送信され、ブレーキ装置１４はこの制御信号に基づいてブレーキディスク１３の回転を停止させる。上記したように、風車翼５が取り付けられたロータヘッド４はブレーキディスク１３と主軸で連結されているため、ブレーキディスク１３の停止により、ロータヘッド４延いては風車翼５が所望の位置で停止し、停止位置制御処理が終了する。

このように、本実施形態では、ピッチ角制御により風車翼５の回転を所定の速度まで減速させてから、減速された状態にあるときに、角度検出装置の検出結果に基づいてブレーキ装置を駆動して風車翼を停止させるため、風車翼５を所望の位置で容易に停止させることができる。このため、例えば、ロータヘッド４のハッチ８を作業員の出入りが容易な位置となるように停止させることができ、メンテナンスの際の作業効率が向上する。また、ブレーキ装置１４を駆動させる前に、風車翼５のピッチ制御を行って低速回転を維持するため、風車翼５の停止位置を高精度に保つことができるとともに、急激なブレーキによる風力発電装置への衝撃も抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、図６、図７を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。上記した第１の実施形態と共通の構成についてはその説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。

本実施形態では、第１の実施形態におけるブレーキディスク１３とブレーキ装置１４の代わりに、ロータヘッド４と主軸を介して接続されたディスク２０を備えており、ディスク２０に取り付けられた磁石２１と電磁石２２とで、風車翼５の停止位置を制御する点が異なっている。すなわち、ディスク２０のロータヘッド４または風車翼５を停止させたい位置と対応する箇所に磁石２１が予め設けられ、停止位置制御装置１６からの制御信号により磁石２０を引き寄せる方向に磁化可能な電磁石２２が設けられている。また、電磁石２２は、ディスク２０の磁石２１と向き合うように、かつ、風車翼５を停止させたい位置と対応する位置に設けられる。

以下、このように、構成された風力発電装置における停止位置制御処理の過程について図７のフローチャートに基づいて説明する。

停止位置制御処理が開始すると、停止位置制御装置１６はステップＳ２１において、風車翼５のピッチ角度をファイン側からフェザー側へ切り替えるための制御信号をピッチ制御装置１１に送信する。ピッチ制御装置１１では、この信号に基づいて風車翼５のピッチ角をファイン側からフェザー側へ切り替える。これにより、風車翼５は風を逃がす向きとなり、風車翼５の回転速度が低下し始める。

風車翼５の回転速度がある程度低下した後に、次のステップＳ２２では、停止位置制御装置１６により、電磁石２２の励磁を開始し、磁石２１を引き寄せることが可能な磁力まで磁化する。続いて、ステップＳ２３で、風車翼５の回転が停止したか否かを判断する。すなわち、電磁石２２が磁石２１を引き寄せるのに十分な磁力に帯磁され、風車翼５と共に回転していた磁石２１が電磁石２２に引き寄せられることにより、磁石２１と電磁石２２とが対峙する位置でディスク２０が停止し、その結果、風車翼５が所望の位置で停止したか否かを判断する。停止したと判断された場合に、停止位置制御処理が終了する。

このように、本実施形態では、風車翼５を所望の位置で容易に停止させることができるため、例えば、ロータヘッド４のハッチ８を作業員の出入りが容易な位置となるように停止させることができ、メンテナンスの際の作業効率が向上する。また、本実施形態では、風力発電装置が発電状態になく、風車翼５が停止した状態であっても、遊転可能な程度の微風があれば、風車翼５を所望の位置に停止させることができる。さらに、あらかじめ所望の位置に磁石２１を設けることで、風車翼５の位置を検出することなく停止位置を制御することができる。

なお、本実施形態では、ディスク２０に磁石２１を１箇所のみ取り付ける構成としたが、例えば、図８に示すように、ディスクの外周側に永久磁石を等間隔に複数設け、ディスクの外周を包囲するように電磁石を設ける構成とすることもできる。この場合には、停止させたい位置の電磁石のみを帯磁させることで、風車翼を所望の位置に停止させることができる。

〔第３の実施形態〕
次に、図９、図１０を用いて本発明の第３の実施形態について説明する。上記した第１の実施形態と共通の構成についてはその説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。

本実施形態では、第１の実施形態におけるブレーキディスク１３とブレーキ装置１４の代わりに、第１ギア３０を設け、この第１ギア３０に接続されモータ３２で駆動可能な第２ギア３１を設けた点が異なっている。すなわち、第１ギア３０はロータヘッド４に主軸を介して接続され、風車翼５と一体に回転するように設けられている。第２ギア３１は、小型のモータ３２により駆動され、第２ギア３１の回転が第１ギア３０に伝達されるように設けられている。モータ３２は、停止位置制御装置１６により駆動制御されるようになっており、風車翼５を、例えば、上述した第１の実施の形態における所定の回転速度のような低速で回転させる程度の小出力のものが採用される。

以下、このように、構成された風力発電装置における停止位置制御処理の過程について図１０のフローチャートに基づいて説明する。

停止位置制御処理が開始すると、停止位置制御装置１６はステップＳ３１において、風車翼５のピッチ角度をファイン側からフェザー側へ切り替えるための制御信号をピッチ制御装置１１に送信する。ピッチ制御装置１１では、この信号に基づいて風車翼５のピッチ角をファイン側からフェザー側へ切り替える。これにより、風車翼５は風を逃がす向きとなり、風車翼５の回転速度が低下し始める。

風車翼５の回転速度が十分に低下した後に、次のステップＳ３２では、風車翼５の回転が停止したか否かを判断する。風車翼５の回転が停止したと判断された場合には、次のステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３では、停止位置制御装置１６によりモータ３２を起動させる。これによりモータ３２の回転力が、第２ギア３１に伝達されて第２ギア３１が低速回転する。第２ギア３１の回転は、第１ギア３０に伝達されて第１ギア３０が回転する。第１ギア３０が回転することにより、第１ギア３０と主軸を介して連結されたロータヘッド４及び風車翼５が低速で回転する。

次にステップＳ３４で、風車翼５がモータ３２の駆動力により低速で回転している時に、３本の風車翼５ａ、５ｂ、５ｃのうち、特定の風車翼５ａが目標の回転位置にあるか否かを判断する。具体的には、角度検出装置１２から、例えば、風車翼５ａの位置を検出し、角度信号として停止位置制御装置１６に送信する。停止位置制御装置１６では、受信した角度信号に基づいて、風車翼５ａが目標位置に到達したか否かを判断し、目標位置に到達していないと判断した場合には、目標位置に到達したと判断するまでこのステップＳ３４を繰り返し、目標位置に到達したと判断した場合には、次のステップＳ３５に進む。なお、目標位置とは、モータ３２の応答速度を考慮して、風車翼を停止させたい位置の手前、すなわち所望の位置の手前に設定される。

ステップＳ３５では、停止位置制御装置１６からモータ３２にモータ３２の駆動を停止させるための制御信号が送信され、この制御信号に基づいてモータ３２の駆動が停止される。これにより、第２ギア３２の回転が停止し、これに伴って第１ギア３０の回転も停止する。上記したように、風車翼５が取り付けられたロータヘッド４は第１ギア３０と主軸を介して連結されているため、第１ギア３０の停止により、ロータヘッド４延いては回転翼５が所望の位置で停止し、停止位置制御処理が終了する。

このように、本実施形態では、風車翼５を所望の位置で容易に停止させることができるため、例えば、ロータヘッド４のハッチ８を作業員の出入りが容易な位置となるように停止させることができ、メンテナンスの際の作業効率が向上する。また、モータ３２により風車翼５を低速回転させた状態から停止させるため、風車翼５の停止位置を高精度に保つことができるとともに、急激なブレーキによる風力発電装置への衝撃も抑制することができる。さらに、無風状態や、風車翼５が停止した状態であっても、モータ３２を駆動させることで、風車翼５を所望の位置に停止させることができる。

３ナセル
４ロータヘッド
５ａ、５ｂ、５ｃ風車翼
７フェンス
８ハッチ
１２角度検出装置
１３ブレーキディスク
１４ブレーキ装置
１５回転数検出装置
１６停止位置制御装置
２０ディスク
２１磁石
２２電磁石
３０第１ギア
３１第２ギア
３２モータ

Claims

風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、
前記風車翼の回転を停止させるブレーキ手段と、
前記風車翼の位置を検出する位置検出手段と、を備え、
前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させ、減速させた状態で、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記ブレーキ手段を駆動させることを特徴とする風力発電装置。
風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、
前記風車翼と一体に回転するディスクに設けられた磁石と、
前記風車翼が所望の位置に停止するときに、該磁石と対向する位置に設けられた電磁石と、を備え、
前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させ、減速させた状態で、前記電磁石を励磁させることにより該電磁石に前記磁石を引き寄せて前記風車翼の回転を停止させること特徴とする風力発電装置。
風車翼のピッチ角を切替えるピッチ角制御手段と、
前記風車翼を所定の速度で回転させる回転手段と、
前記風車翼の位置を検出する位置検出手段と、を備え、
前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御し、その後、前記回転手段を駆動して前記風車翼を回転させ、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記回転手段の駆動を停止させることを特徴とする風力発電装置。
風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼の回転を停止させるブレーキ手段と、前記風車翼の位置を検出する位置検出手段とを備えた風力発電装置の制御方法であって、
前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させるステップと、
前記減速させた状態で、前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記ブレーキ手段を駆動させるステップと、
を備えたことを特徴とする風力発電装置の制御方法。
風車翼のピッチ角を制御するピッチ角制御手段と、前記風車翼と一体に回転するディスクに設けられた磁石と、前記風車翼が所望の位置に停止するときに、該磁石と対向する位置に設けられた電磁石とを備えた風力発電装置の制御方法であって、
前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御して前記風車翼の回転速度を所定の速度まで減速させるステップと、
前記減速させた状態で、前記電磁石を励磁させることにより該電磁石に前記磁石を引き寄せて前記風車翼の回転を停止させるステップとを備えたこと特徴とする風力発電装置の制御方法。
風車翼のピッチ角を切替えるピッチ角制御手段と、前記風車翼を所定の速度で回転させる回転手段と、前記風車翼の位置を検出する位置検出手段とを備えた風力発電装置の制御方法であって、
前記風車翼の回転停止を指示する停止信号を受信したときに、前記ピッチ角制御手段によりピッチ角をフェザー側に制御するステップと、
前記回転手段を駆動して前記風車翼を回転させるステップと、
前記位置検出手段により前記風車翼が所望の位置の手前に設定されている目標位置に到達したことが検出された場合に、前記回転手段の駆動を停止させるステップと、
を備えたことを特徴とする風力発電装置の制御方法。