JP2012092733A - 風力発電装置、及びそのブレードピッチ角制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを使用したブレードピッチ角制御装置を備えた風力発電装置において、風力エネルギーによりブレードが回動されて生成される回生電力の有効利用、及び使用電力の節減を図る。
【解決手段】ブレードＢ₁〜Ｂ₃の各ピッチ角をアジマス角θに対応させて独立して変化させるブレードピッチ角制御装置であって、自身の回転を運動変換させた往復回動運動により各ブレードＢ₁〜Ｂ₃のピッチ角を変更させるためのブレード数と同数の交流モータＭ₁〜Ｍ₃と、各交流モータＭ₁〜Ｍ₃の回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータＩとを備え、各ブレードＢ₁〜Ｂ₃毎に設けられたインバータＩの各主回路Ｃ₁〜Ｃ₃は、相互に導通されて、任意の一つの主回路に供給された回生電力を、残りの主回路に供給可能な構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナセル内に水平支持された動力伝達軸の先端のハブに複数枚のブレードが取付けられて、前記ブレードの取付け角である各ピッチ角をアジマス角に対応させて独立して変化させる風力発電装置、及びそのブレードピッチ角制御装置に関するものである。

風力発電装置の基本構成は、図５に示されるように、地上に立設されたタワー５１の上端部にナセル５２が水平に取付けられ、当該ナセル５２内に水平支持された動力伝達軸５３の先端部に取付けられたハブ５４に複数枚（通常は３枚）のブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ が周方向に沿って等間隔で取付けられ、風力エネルギーにより前記複数枚のブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ を連続回転させることにより前記動力伝達軸５３を回転させ、当該動力伝達軸５３の回転を増速機５５により増速させて、発電機５６を回転させて電力を生成させる装置であって、環境を害さない電力発生装置として、その使用が増え続けている。なお、図５において、５７は、強風時、故障時等において、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転を強制的に停止させるブレーキ装置を示す。

ところで、風力エネルギーは、地表面に近い部分では当該地表面との摩擦により減殺されるので、風の方向に対するブレードの角度であるピッチ角が一定の場合には、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のアジマス角θ（図６に示されるように、ブレードの鉛直方向に対する角度であって、最上部に達したブレードのアジマス角を０°として、当該最上部からブレードの回転方向に沿った角度を指す）が０°の時に、最も大きな風力エネルギーを受け、アジマス角が１８０°の時に、最も小さな風力エネルギーを受けることになる（図７参照）。即ち、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角が一定の場合には、そのアジマス角θによって、受ける風力エネルギーが異なり、３つのブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ は、それぞれ異なる風力エネルギーを受ける。これにより、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ に作用する回転モーメントが異なることになって、３つのブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転バランスを悪くし、結果として、発電出力の低下、風力発電装置を構成するブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ 、動力伝達軸５３等の構成部材の力学的負荷の増大を招くために、風力発電装置の機械的構造部の寿命を短くする。

そこで、上記した風力発電装置では、図７で破線で示されるように、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の受ける風力エネルギーが地表面からの高さとは無関係に、ほぼ一定となるように、即ち、風力エネルギーにより生ずる各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転モーメントがアジマス角θとは無関係に一定となるような制御である「ブレードピッチ角制御」が実施されている。

ここで、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の「ピッチ角」とは、風の方向Ａに対するブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の交差角に関連した角度であって、図８に示されるように、風の方向Ａに対するブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の角度がδ（＞９０°）の場合のピッチ角を「０°」と定めた場合において、ピッチ角（０°）を基準にして、風の方向Ａとの交差角度が小さくなる方向、及び大きくなる方向に、それぞれ最大角度だけ傾斜させた位置を（＋αmax ），（−αmin)と定めると、（＋αmax ）及び（−αmin)をそれぞれ最大ピッチ角及び最小ピッチ角という。なお、図８においては、ブレードＢ₁ （Ｂ₂ ，Ｂ₃ ）の形状は、模式的に表示してある。

ここで、「ブレードピッチ角制御」の実施形態としては、モータの使用の有無により、二種類に大別される。モータを使用しない「ブレード角制御」の基本構成は、各ブレードに備え付けの油圧シリンダのロッドの出入りにより、当該ブレードを正逆回動させる構成であって、当該油圧シリンダを駆動する油圧ポンプは、ナセル内に配置されている。この構成では、ナセル内に油圧ポンプが配置されているために、メンテナンスが面倒、或いは困難であるという問題がある。

一方、モータを使用する「ブレード角制御」は、当該モータと油圧ポンプ及び油圧シリンダとを併用させ、当該モータの正逆回転により油圧ポンプ及び油圧シリンダを作動させて、ブレードを正逆回動させる構成（特許文献１参照）と、モータの高速回転を減速機により減速させて、ブレードを正逆回転させる構成とがある。モータを使用する「ブレード角制御」においては、当該モータは、ブレードの１回転中において、当該ブレードのピッチ角が変化するように駆動回動させる「駆動時間帯」と、当該ブレードが風力エネルギーにより回動させられてピッチ角が変化させられ、当該ブレードの回動力の負荷として作用する前記モータを回転させる場合、即ち、当該モータが外部動力により回転されられて、発電機として作用して、回生電力を発生させる「回生電力発生時間帯」とがあって、ブレードの連続回転中では、両時間帯が交互に発生する。「駆動時間帯」は、アジマス角が１８０°の前後であるブレードが地表面に近い位置に配置されている時間帯であって、ブレードが受ける風力エネルギーが大きくなる（風を受ける）ように、当該ブレードはモータの回転トルクにより、回動される時間帯である。「回生電力発生時間帯」は、アジマス角が０°の前後であるブレードが地表面から最も離れた位置に配置されている時間帯であって、ブレードが受ける風力エネルギーが小さくなる（風を逃がす）ように、当該ブレードは風力エネルギーにより、回動される時間帯である。

そして、モータを用いた従来の「ブレード角制御」においては、発生される回生電力は、当該回生電力の失効（電源側の電圧が回生電力の電圧よりも高くなって、回生電力を生成できなくなること）を防止するために、当該モータのインバータに設けられた回生抵抗を通過させて熱に変換することにより消費させる構成であった。よって、回生電力が無駄に消費されていたと共に、インバータ内に回生電力消費のためのみの抵抗回路（回生抵抗）が必要であった。

特開２００９−６８３７９号公報

本発明は、モータを使用したブレードピッチ角制御において、アジマス角が０°の前後において、風力エネルギーによりブレードが回動させられて発生する回生電力を熱消費させることなく、他のブレードのモータの電力として使用することにより、回生電力の有効利用、及び使用電力の節減を図ると共に、インバータ内における回生抵抗の使用を不要にすることを課題としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、ナセル内に水平支持された動力伝達軸の先端のハブに複数枚のブレードが取付けられた風力発電装置において、前記ブレードの各ピッチ角をアジマス角に対応させて独立して変化させるブレードピッチ角制御装置であって、前記ブレードピッチ角制御装置は、自身の回転を運動変換させた往復回動運動により各ブレードのピッチ角を変更させるためのブレード数と同数の交流モータと、当該各交流モータの回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータとを備え、前記各ブレード毎に設けられた前記インバータの各主回路は、相互に導通されて、任意の一つの主回路に供給された回生電力を、残りの主回路に供給可能な構成にしたことを特徴としている。

インバータにより制御されて、回転数が変化すると共に、回転方向が変換されて交流モータが回転されることにより、各ブレードのアジマス角が１８０°の前後の部分、即ち、各ブレードが地表面に近い部分においては、ブレードに作用する風力エネルギーが増加するように、当該ブレードが回動されてピッチ角が変更されると共に、各ブレードのアジマス角が０°の前後の部分、即ち、各ブレードが地表面から最も離れた部分においては、ブレードに作用する風力エネルギーが減少するように、当該ブレードが回動されてピッチ角が変更される。

そして、各ブレードが地表面から最も離れた部分においては、ブレードに作用する風力エネルギーが減少するように、当該ブレードが回動すると、当該ブレードの回動により交流モータが回転させられて、回生電力が生成される。当該回生電力の電圧は、インバータを構成しているスイッチング回路により直流に変換されて、当該インバータを構成する回生電力生成に係る主回路に流れて、当該主回路の電圧が高まる。請求項１の発明では、インバータを構成するブレードと同数の主回路は、互いに導通されているために、回生電力生成に係る主回路の電圧と、残りの他の主回路の電圧とに電位差が生じるために、回生電力生成に係る主回路から残りの他の主回路に電流が流れ、当該他の主回路に流れた電流（電力）は、当該他の主回路の交流モータの駆動に使用される。この回生電力の生成、及び消費の各作用が、複数のブレードの間において、交互に繰り返されることにより、任意の一つのブレードの主回路に供給された回生電力は、残りの他の主回路に供給されて、当該他の主回路の交流モータの電力として使用される。

このため、モータを使用したブレードピッチ角制御において、アジマス角が０°の前後において、風力エネルギーによりブレードが回動させられて発生する回生電力を熱消費させることなく、他のブレードのモータの電力として使用することにより、回生電力の有効利用、及び使用電力の節減が図られる。また、従来の回路のように、回生電力を熱消費させるための回生抵抗をインバータ内に組み込む必要がなくなるので、従来使用されていた回生抵抗自体が不要となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ブレードピッチ角制御装置は、自身の往復直線運動を往復回動運動に変換して各ブレードのピッチ角を直接に変更させるためのブレード数と同数の油圧シリンダと、当該各油圧シリンダを作動させるためのブレード数と同数の油圧ポンプと、当該各油圧ポンプを回転させるためのブレード数と同数の交流モータと、当該各交流モータの回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータとを備えていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、交流モータ、油圧モータ及び油圧シリンダは、動力伝達軸の先端に設けられたハブ内に配置可能となるので、前記交流モータ、及び前記各油圧機器に故障が発生した場合であっても、ナセル内に配置されている場合と異なって、メンテナンスが容易である。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ブレードピッチ角制御装置は、自身の回転を減速させて運動変換させた往復回動運動により各ブレードのピッチ角を変更させるためのブレード数と同数の交流モータと、当該各交流モータの回転を減速させる減速機と、当該各交流モータの回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータとを備えていることを特徴としている。

請求項３の発明においても、交流モータ及び減速機は、動力伝達軸の先端に設けられたハブ内に配置可能であると共に、油圧機器を使用していないので、ピッチ角制御装置の構成が簡単となる。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記インバータを構成する複数の主回路のうち任意の一つの主回路には、回生電力の供給により過電圧となった各主回路の電圧を降下させる回生抵抗が組み込まれていることを特徴としている。

例えば、故障により各ブレードが停止したままで、各ブレードの全てが風力エネルギーに無理に回動させられた場合には、インバータの全ての主回路に回生電力が供給され、互いに導通されている各主回路で消費されないために、電圧が過度に高められて、インバータの故障の原因となる。このため、互いに導通されている各主回路の任意の一つに回生抵抗を組み込んでおくと、当該各主回路の電圧が設定値を超えて高くなると、当該回生抵抗に電流が流れることにより電力が消費されて、電圧が降下されることにより安全が図られる。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかのブレードピッチ角制御装置を備えた風力発電装置であって、それぞれ請求項１ないし４に記載の各発明の作用効果が奏される。

本発明によれば、モータを使用したブレードピッチ角制御において、アジマス角が０°の前後において、風力エネルギーによりブレードが回動させられて発生する回生電力を回生抵抗により熱消費させることなく、他のブレードのモータの電力として使用することにより、回生電力の有効利用、及び使用電力の節減を図ると共に、インバータ内における回生抵抗の使用を不要にできる。

インバータＩへの入力電源が三相交流であるブレードピッチ角制御装置の回路図である。 三本のブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対するピッチ角の関係を示す図である。 三本のブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対する各交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の回転数及び回転方向の関係を示す図である。 インバータＩへの入力電源が単相交流であるブレードピッチ角制御装置の回路図である。 風力発電装置の模式図である。 ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のアジマス角の説明図である。 自然状態、及びブレードピッチ角制御を行った状態の地表面からの高さと風力エネルギーとの関係を示す図である。 ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角αの説明図である。

以下、複数の最良の実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。

最初に、図１〜図３を参照して、実施例１のブレードピッチ角制御装置について説明する。図１は、インバータＩへの入力電源が三相交流であるブレードピッチ角制御装置の回路図であり、図２は、三本のブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対するピッチ角の関係を示す図であり、図３は、三本のブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対する各交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の回転数及び回転方向の関係を示す図である。なお、図２及び図３において、ωは、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の角速度であり、横軸は、角速度ωに時間ｔを乗じたブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の累積回転角度（ωｔ）を示す。図１において、インバータＩは、三相交流電源を直流に変換するための整流回路Ｒ、当該整流回路Ｒにより変換された直流を、特定の周波数特性を有する三相交流に変換させるためのスイッチング回路Ｗ、コンデンサ１等を備えた三つの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ を備えている。３つの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ は、同一構成であって、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ に対応している。前記した特定の周波数特性を有する三相交流とは、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対するピッチ角αを、図２に示されるように、位相が１２０°ずれた正弦波となるように変化させるために、当該各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ におけるブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対する回転数及び回転方向が、図３に示されるように、位相が１２０°ずれた正弦波となるように変化させられる三相交流を意味する。

また、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ 毎に、各交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ により駆動される油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ と、当該油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ により駆動される油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ を備えていて、各交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ により各油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ が正逆回転され、当該各油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ の正逆回転により、各油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ のロッドが出入りして、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の取付け部が回動されて、ピッチ角αが変化されるように構成されている。

インバータＩ、交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ 、油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ 及び油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ は、風力発電装置を構成する動力伝達軸５３の先端に一体に取付けられたハブ５４内に収容されて、当該ハブ５４と一体となって回転する。このため、三相交流の電源側の各導線１１と、インバータＩを構成する各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ に接続される各導線１２とは、カップリング１３を介して接続されている。

相間電圧Ｖ₁ の三相交流は、インバータＩの各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の整流回路Ｒに入力されて、直流電圧として出力され、風力エネルギーに抗してブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角αをプラス側に維持する領域（動力伝達軸５３の軸心Ｌよりも下方の領域）に、当該ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ が存在している場合には、当該直流電圧は、スイッチング回路Ｗによって、上記した特定の周波数特性を有する三相交流となって出力されて、各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ に対応した交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ が駆動されて、当該交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ により駆動される油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ 及び当該油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ により駆動される油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ により、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ は、風力エネルギーに抗してプラスのピッチ角αを保持する。

一方、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ が動力伝達軸５３の軸心Ｌよりも上方に存在する場合には、交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ は、上記と逆方向に回転して、当該ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ は、ピッチ角αが基準位置に対してマイナスとなる側に回動されて、風力エネルギーを逃がすように作用する。当該作用が生ずる場合には、モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の駆動力により、油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ 及び油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ を介してブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ を回動される場合と、逆に、当該ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ が風力エネルギーにより回動させられる力（回動力）により、油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ 及び油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ を介してモータＭ₁ 〜Ｍ₃ が回転させられる現象、即ち、外部動力に対してモータＭ₁ 〜Ｍ₃ が負荷として作用することにより発電される現象が発生する。モータＭ₁ 〜Ｍ₃ により発電された交流回生電力は、スイッチング回路Ｗによって直流電力に変換されて、当該主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の直流電圧が高められる。

また、図１に示されるように、指令部３１から主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の各スイッチング回路Ｗには、指令部３１から、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のアジマス角θに対応したピッチ角αを制御するための制御指令値が送られる。指令値取得部３２では、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のアジマス角θ及び回転速度、風速、発電出力に基づいて算出された指令値が生成されて、前記指令部３１に伝達される。これにより、主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の各スイッチング回路Ｗからは、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のアジマス角θ及び回転速度、風速、発電出力に基づいて算出された前記「特定の周波数特性」を有する三相交流が生成されて、交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ が駆動され、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角制御が実行される。

本発明においては、図１に示されるように、インバータＩを構成する主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の各導線１４は、導通線１５で相互に導通されている。この結果、交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ により発電された交流回生電力の発生により、三つの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ のうち任意の一つの主回路の直流電圧が高められた場合には、残りの二つの主回路の直流電圧も高められて、三つの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の直流電圧は、等しくなる。即ち、三つの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ のうち任意の一つの主回路の直流電圧が交流回生電力の生成により高められると、直流に変換された回生電力は、残りの二つの主回路に供給されて、当該残りの二つの主回路に対応する交流モータの駆動に供される。この結果、電源である三相交流の使用電力が少なくなる。

また、故障により各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ が停止したままで、各ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の全てが風力エネルギーにより無理に回動させられた場合には、インバータＩの全ての主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ に回生電力が供給され、互いに導通されている各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ で消費されないために、電圧が過度に高められて、インバータＩの故障の原因となる。このため、互いに導通されている各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の任意の一つに回生抵抗２が並列に組み込まれていて、当該任意の一つの主回路の電圧が設定値よりも高くなると、当該任意の一つの主回路の回生抵抗２に電流が流れることにより電力が消費されて、電圧が降下されることにより安全が図られている。即ち、各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ は、互いに導通されているために、各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ にそれぞれ回生抵抗を組み込まなくても、任意の一つの主回路Ｃ₁ （Ｃ₂ ，Ｃ₃ ）に回生抵抗を組み込むのみで、全ての主回路のＣ₁ 〜Ｃ₃ の過電圧による不具合を防止できる。

実施例１のブレードピッチ角制御装置は、インバータＩに対して三相交流電源の相間電圧Ｖ₁ の三相交流を入力していると共に、油圧ポンプＰ₁ 〜Ｐ₃ 及び油圧シリンダＳ₁ 〜Ｓ₃ を用いてブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角αを変更しているのに対して、図４に示される実施例２のブレードピッチ角制御装置は、インバータＩに対して三相交流電源の線間電圧Ｖ₂ の単相交流を入力していると共に、交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の回転を減速機Ｄ₁ 〜Ｄ₃ で減速させて、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角αを変更している点が異なるが、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角αの変更のための駆動手段として、交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の駆動力を使用している点が共通している。従って、実施例２の説明に際しては、実施例１と同一部分には、同一符号を付し、重複説明を避けて、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。

図４は、インバータＩへの入力電源が単相交流であるブレードピッチ角制御装置の回路図である。即ち、三本の各コイルの結合点である中性点Ｏと、三本の各コイルの一端との間に生ずる電位差に係る単相交流が、インバータＩの各主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の整流回路Ｒに入力される。なお、図４において、１６は、三本のコイルの中性点Ｏに接続された導線を示し、カップリング１７を介してハブ側の導線１８と接続されている。実施例１，２の各ブレードピッチ角制御装置は、インバータＩの整流回路Ｒに入力される交流が三相であるか、単相であるかの相違はあるが、インバータＩ自体の構成は、実施例１，２において共通している。

また、インバータＩのスイッチング回路Ｗから出力された三相交流により駆動される交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の回転は、減速機Ｄ₁ 〜Ｄ₃ により減速されて、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の取付け部の角度であるピッチ角αを変更している。なお、図４において、２１は、各交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ の駆動軸と、減速機Ｄ₁ 〜Ｄ₃ の入力軸を連結しているツースクラッチ等の確動クラッチを示す。

このため、電源である三相交流から取り出された単相交流を、インバータＩの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ の各整流回路Ｒに入力させて、各スイッチング回路Ｗから出力された三相交流により各交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ を駆動すると、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転角度に対するモータＭ₁ 〜Ｍ₃ の回転数及び回転方向は、図３に示されるように変化し、その結果、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ のピッチ角αは、図２に示されるように変化して、当該ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転中における風力エネルギーに対する負荷は、殆ど変化しなくなって、回転モーメントがほぼ一定となる。この結果、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ は、安定して回転する。

また、ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回転中において、当該ブレードＢ₁ 〜Ｂ₃ の回動力により交流モータＭ₁ 〜Ｍ₃ が回転させられて、交流回生電力が生成されて、インバータＩを構成する三つの主回路Ｃ₁ 〜Ｃ₃ のうち任意の一つの電圧が高くなった場合に、導通線１５で導通されている残りの二つの主回路の電圧も同様に高くなって、当該残りの二つの主回路に関しては、供給される回生電力が交流モータの駆動に消費される構成は、実施例１と全く同様である。

なお、上記実施例では、ブレード数が「３」の場合であるが、本発明は、ブレード数とは、無関係に実施できる。

Ｂ₁ 〜Ｂ₃ ：ブレード
Ｃ₁ 〜Ｃ₃ ：主回路
Ｉ：インバータ
Ｍ₁ 〜Ｍ₃ ：交流モータ
Ｐ₁ 〜Ｐ₃ ：油圧ポンプ
Ｓ₁ 〜Ｓ₃ ：油圧シリンダ
α：ブレードのピッチ角
θ：ブレードのアジマス角
２：回生抵抗
１５：主回路の導通線
３１：指令部
３２：指令値取得部
５２：ナセル
５３：動力伝達軸
５４：ハブ

Claims (5)

1. ナセル内に水平支持された動力伝達軸の先端のハブに複数枚のブレードが取付けられた風力発電装置において、前記ブレードの各ピッチ角をアジマス角に対応させて独立して変化させるブレードピッチ角制御装置であって、
   前記ブレードピッチ角制御装置は、自身の回転を運動変換させた往復回動運動により各ブレードのピッチ角を変更させるためのブレード数と同数の交流モータと、当該各交流モータの回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータとを備え、
   前記各ブレード毎に設けられた前記インバータの各主回路は、相互に導通されて、任意の一つの主回路に供給された回生電力を、残りの主回路に供給可能な構成にしたことを特徴とする風力発電装置のブレードピッチ角制御装置。
2. 前記ブレードピッチ角制御装置は、自身の往復直線運動を往復回動運動に変換して各ブレードのピッチ角を直接に変更させるためのブレード数と同数の油圧シリンダと、当該各油圧シリンダを作動させるためのブレード数と同数の油圧ポンプと、当該各油圧ポンプを回転させるためのブレード数と同数の交流モータと、当該各交流モータの回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータとを備え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のブレードピッチ角制御装置。
3. 前記ブレードピッチ角制御装置は、自身の回転を減速させて運動変換させた往復回動運動により各ブレードのピッチ角を変更させるためのブレード数と同数の交流モータと、当該各交流モータの回転を減速させる減速機と、当該各交流モータの回転数の変化、及び回転方向の変換の双方が可能なように、入力された交流電源をブレード数と同数の交流に変換させて出力するインバータとを備え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のブレードピッチ角制御装置。
4. 前記インバータを構成する複数の主回路のうち任意の一つの主回路には、回生電力の供給により過電圧となった各主回路の電圧を降下させる回生抵抗が組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の風力発電装置のブレードピッチ角制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかのブレードピッチ角制御装置を備えた風力発電装置。

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