JP2012193642A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非常用電源のバッテリーを不要とし、初期導入費用やメンテナンス費用の低減を実現できる電動駆動方式のピッチ角制御装置を備えた風力発電装置を提供する。
【解決手段】電動モータＭにより風車翼５を旋回させてピッチ角を可変とする電動駆動方式のピッチ角制御装置１０が設けられている風力発電装置において、ピッチ角制御装置１０が、無給電の非常停止時に使用するための油圧をアキュムレータ２１に蓄圧しておくとともに、アキュムレータ２１の油圧で駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構２０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に係り、特に、風力発電装置のピッチ角制御として電動駆動方式を採用した風力発電装置に関する。

風力発電装置は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして、発電機を駆動することにより発電する装置である。
このような風力発電装置において、各風車翼は、風車翼のピッチ角を可変とするため、翼旋回輪軸受を介して、ロータヘッドに対し旋回可能に支持されている。従来、ピッチ角の駆動制御を行うピッチ角制御装置には油圧シリンダ方式を使用しているが、信頼性や制御性能の面で電動駆動方式に変更されつつある。なお、油圧シリンダ方式のピッチ角制御装置は、ピッチ角の制御特性を改善するため、判定部及びピッチ角設定部を備えたピッチ角制御部が設けられている。

図８に示すピッチ角制御装置Ｐｃは、電動モータＭを駆動源にして風車翼Ｂを旋回させる電動駆動方式を示している。
電動方式のピッチ角制御装置Ｐｃにおいては、ピッチ角の調整が、電動モータＭの駆動力を用いて実施される。すなわち、電動モータＭの駆動力は、翼ピッチギア機構Ｇを介して風車翼Ｂを所望の方向へ回動させる。

このようなピッチ角制御装置Ｐｃには、ピッチ角の制御特性を改善するため、ピッチ角制御部Ｃが設けられている。ピッチ角制御部Ｃの内部には、判定部Ｃ１及びピッチ角設定部Ｃ２が設けられている。
判定部Ｃ１は、風力発電装置の出力を検出する出力センサが検出した現状の風車出力について、過出力閾値との比較により、過出力であるか否かを判断する。
ピッチ角設定部Ｃ２は、風車出力が過出力閾値以上であった場合、風車翼Ｂのピッチ角を空力出力が減少するフェザー側に設定するとともに、このピッチ角を所定の期間保持させる。

また、上述した電動駆動方式のピッチ角制御装置Ｐｃは、非常停止時（無給電時）にも電動モータＭを駆動してピッチ角をフェザー側に設定するようなピッチ角制御が必要である。このため、電動駆動方式のピッチ角制御装置Ｐｃは、非常停止時にも電動モータＭを駆動させる電力が必要となるので、非常用電源としてバッテリーＢａを設置している。
なお、下記の特許文献１には、風車翼の回転を制御する風車制御器から独立した非常用制御器を備え、この非常用制御器が風力原動機を非常停止させるための電源として、非常用電池を備えた風力原動機の構成が開示されている。

特開昭６０−４５７８７号公報

上述したように、電動駆動方式のピッチ角制御装置は、給電を受けることができない非常停止時の非常用電源としてバッテリーが必要になるので、初期導入費用やメンテナンス費用の面で不利になる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、非常用電源のバッテリーを不要とし、初期導入費用やメンテナンス費用の低減を実現できる電動駆動方式のピッチ角制御装置を備えた風力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置は、電動モータにより風車翼を旋回させてピッチ角を可変とする電動駆動方式のピッチ角制御装置が設けられている風力発電装置において、前記ピッチ角制御装置が、無給電の非常停止時に使用するための油圧を蓄圧部に蓄圧しておくとともに、前記蓄圧部の油圧で駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構を備えていることを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、ピッチ角制御装置が、無給電の非常停止時に使用するための油圧を蓄圧部に蓄圧しておくとともに、該蓄圧部の油圧で駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構を備えているので、非常停止時には蓄圧部の油圧を使用し、風車翼を旋回させてフェザー側に設定するようなピッチ角制御を実施できる。この結果、非常電源のバッテリーは不要となる。

上記の風力発電装置において、前記ピッチ角非常時操作機構は、前記風車翼を旋回させる非常用駆動源の油圧駆動モータと、前記電動モータ及び前記油圧駆動モータのいずれか一方を選択使用するための駆動源選択切替手段と、前記蓄圧部に油圧を供給する電動油圧ポンプと、前記蓄圧部から前記油圧駆動モータに油圧を供給する油圧流路に設けられた流路切替弁とを備え、無給電の非常停止時には、前記蓄圧部に畜圧された油圧を前記油圧駆動モータに供給してピッチ角の非常時操作を実施することが好ましい。

このような構成を採用することにより、風力発電装置の運転前には、流路切替弁を操作して閉じれば、電動油圧ポンプから供給される油圧を蓄圧部に蓄圧しておくことが可能になる。そして、風力発電装置の通常運転時には、駆動源選択切替手段が電動モータを選択してピッチ角制御を実施し、さらに、非常停止時には、駆動源選択切替手段が油圧駆動モータを選択するとともに、流路切替弁を操作して開くと、蓄圧部に畜圧された油圧を油圧駆動モータに供給してピッチ角の非常時操作を実施することができる。
なお、この場合の電動油圧ポンプは、風車翼を旋回させる電動モータとは異なる油圧ポンプ専用の電動モータを備えている。

上記の発明において、前記ピッチ角非常時操作機構は、前記電動モータと前記風車翼との間を断続する第１クラッチ機構と、前記風車翼を旋回させる非常用駆動源の油圧シリンダと、前記電動モータを駆動源として油圧を供給する油圧ポンプと、前記風車翼と前記油圧ポンプとの間を断続する第２クラッチ機構と、前記油圧ポンプから供給される油圧を蓄圧する蓄圧部と、前記油圧シリンダと前記蓄圧部との間を接続する油圧流路に設けられた流路切替弁とを備え、無給電の非常停止時には、前記蓄圧部に畜圧された油圧を前記油圧シリンダに供給してピッチ角の非常時操作を実施することが好ましい。

このような構成を採用することにより、風力発電装置の運転前には、第１クラッチ機構を開放（断）状態とし、かつ、第２クラッチ機構を結合（続）状態とすることで、風車翼を旋回させる電動モータによって駆動される油圧ポンプから供給される油圧を蓄圧部に蓄圧しておくことが可能になる。そして、風力発電装置の通常運転時には、第１クラッチ機構を結合状態とし、かつ、第２クラッチ機構を開放状態とすることで、電動モータによるピッチ角制御を実施し、さらに、非常停止時には、第１クラッチ機構及び第２クラッチ機構を共に開放状態とすることで、流路切替弁の操作により蓄圧部に畜圧された油圧を油圧シリンダに供給してピッチ角の非常時操作を実施することができる。

上記の発明において、前記ピッチ角非常時操作機構は、前記電動モータと前記風車翼との間を断続する第１クラッチ機構と、前記風車翼を旋回させる非常用駆動源または油圧供給源として使用される油圧ポンプ／モータと、前記電動モータと前記油圧ポンプ／モータとの間を断続する第２クラッチ機構と、前記油圧ポンプ／モータから供給される油圧を蓄圧する蓄圧部と、前記油圧ポンプ／モータと前記蓄圧部との間を接続する油圧流路に設けられた流路切替弁とを備え、無給電の非常停止時には、前記蓄圧部に畜圧された油圧を前記油圧ポンプ／モータに供給してピッチ角の非常時操作を実施することが好ましい。

このような構成を採用することにより、風力発電装置の運転前には、第１クラッチ機構を開放状態とし、かつ、第２クラッチ機構を結合状態とすることで、風車翼を旋回させる電動モータによって駆動される油圧ポンプ／モータから供給される油圧を蓄圧部に蓄圧しておくことが可能になる。この場合の油圧ポンプ／モータは、油圧ポンプとして機能することになる。
そして、風力発電装置の通常運転時には、第１クラッチ機構を結合状態とし、かつ、第２クラッチ機構を開放状態とすることで、電動モータによるピッチ角制御を実施し、さらに、非常停止時には、第１クラッチ機構を開放状態とし、かつ、第２クラッチ機構を結合状態とすることで、流路切替弁の操作により蓄圧部に畜圧された油圧を油圧ポンプ／モータに供給してピッチ角の非常時操作を実施することができる。この場合の油圧ポンプ／モータは、油圧モータとして機能することになる。

上述した本発明によれば、電動駆動方式のピッチ角制御装置を備えた風力発電装置において、バッテリーの蓄電エネルギーを用いた非常停止のピッチ角制御に代えて、アキュムレータのような蓄圧部に畜圧された油圧を使用するように構成された油圧駆動方式のピッチ角非常時操作機構を採用したので、非常用電源のバッテリーが不要となり、初期導入費用やメンテナンス費用の低減を実現できる。すなわち、給電が可能な通常運転時には電動駆動方式のピッチ角制御を行い、給電を受けられない非常停止時のピッチ角操作に油圧の蓄圧を使用する油圧駆動方式を採用する構成としたので、ピッチ角制御用としては非常電源用（バッテリー）が不要になる。

本発明に係る風力発電装置について第１の実施形態を示す図で、（ａ）は油圧駆動方式のピッチ角非常時操作機構を示す制御系統のブロック図、（ｂ）はピッチ角制御装置の構成例を示す系統図である。 図１に示すピッチ角制御装置のタイムチャートである。 本発明に係る風力発電装置について第２の実施形態を示す図で、（ａ）は油圧駆動方式のピッチ角非常時操作機構を示す制御系統のブロック図、（ｂ）はピッチ角制御装置の構成例を示す系統図である。 図３に示すピッチ角制御装置のタイムチャートである。 本発明に係る風力発電装置について第３の実施形態を示す図で、（ａ）は油圧駆動方式のピッチ角非常時操作機構を示す制御系統のブロック図、（ｂ）はピッチ角制御装置の構成例を示す系統図である。 図５に示すピッチ角制御装置のタイムチャートである。 風力発電装置の概要を示す側面図である。 従来の風力発電装置に係る電動駆動方式のピッチ角非常時操作機構を示す制御系統のブロック図である。

以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図７は、風力発電装置の概要を示す図である。図示の風力発電装置１は、基礎Ｂ上に立設される支柱（「タワー」ともいう。）２と、支柱２の上端に設置されているナセル３と、略水平な回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル３に設けられるロータヘッド４とを有している。
ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（たとえば３枚）の風車回転翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼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。

＜第１の実施形態＞
以下では、本発明の風力発電装置に係る第１の実施形態として、ピッチ角制御装置を図１及び図２に基づいて説明する。
上述した風力発電装置１には、たとえば図１（ｂ）に示すように、電動モータＭにより風車翼５を旋回させてピッチ角を可変とする電動駆動方式のピッチ角制御装置１０が設けられている。さらに、このピッチ角制御装置１０は、無給電の非常停止時に使用する油圧駆動のピッチ角非常時操作機構２０を備えている。すなわち、本実施形態のピッチ角制御装置１０は、通常運転時に使用する電動駆動方式のピッチ角操作機構と、非常停止時に使用するピッチ角非常時操作機構２０とを備えている。

電動駆動方式のピッチ角制御装置１０は、交流サーボモータ等の電動モータＭを駆動源とし、翼ピッチギア機構Ｇを介して変速した軸出力により、風車翼５を所望の方向へ旋回させることによってピッチ角を調整する。この場合、電動モータＭの電源としては、風力発電装置１を通常運転する際の常用電源が使用される。
なお、図中の符号ＢＲは、ピッチ角制御装置１０のブレーキ機構である。

このようなピッチ角制御装置１０は、上述した従来技術と同様に、図示しないピッチ角制御部を備えている。このピッチ角制御部には、判定部及びピッチ角設定部が設けられている。この場合の判定部は、風力発電装置１の出力を検出する出力センサで検出した現状の風車出力について、過出力閾値との比較により、過出力であるか否かを判断するものである。また、ピッチ角設定部は、風車出力が過出力閾値以上であった場合、風車翼５のピッチ角を空力出力が減少するフェザー側に設定するとともに、このピッチ角を所定の期間保持させるものである。

ピッチ角非常時操作機構２０は、風力発電装置１の通常運転開始時等に、蓄圧部となるアキュムレータ２１に予め油圧を蓄圧しておき、給電のない非常停止時にアキュムレータ２１に蓄圧された油圧を使用して駆動される。
本実施形態のピッチ角非常時操作機構２０は、風車翼５を旋回させる非常用駆動源として、油圧駆動モータ２２を備えている。この油圧駆動モータ２２は、駆動源選択切替手段の電磁クラッチ２３を介して翼ピッチギア機構Ｇと連結されている。すなわち、電磁クラッチ２３は、風車翼５を旋回させるピッチ角制御の駆動源として、電動モータＭ及び油圧駆動モータ２２のいずれか一方を選択使用するための駆動源選択切替手段であり、通常運転時には開放（断）された状態にして電動モータＭを使用し、非常停止時には結合（続）された状態となって油圧駆動モータ２２を使用する。

油圧駆動のピッチ角非常時操作機構２０は、油圧供給用の電動油圧ポンプ２４を備えている。この電動油圧ポンプ２４には、風車翼５を旋回させる電動モータＭとは異なる油圧ポンプ専用の電動モータ（不図示）が駆動源として設けられている。この電動油圧ポンプ２４は、たとえば風力発電装置１の運転を開始する前に常用電源からの給電を受けて運転され、アキュムレータ２１に油圧を蓄圧するために使用される。
電動油圧ポンプ２４の吐出側に形成される油圧流路２５は、逆止弁２６を介してアキュムレータ２１に接続される油圧流路２５ａと、アキュムレータ２１の上流側でかつ逆止弁２６の下流側から分岐した後、上述した油圧駆動モータ２２に接続される油圧流路２５ｂとを備えている。換言すれば、電動油圧ポンプ２４に接続された油圧流路２５は、逆止弁２６の下流側で分岐した一方の油圧流路２５ｂが油圧駆動モータ２２に接続されるとともに、逆止弁２６の下流側で分岐した他方の油圧流路２５ａに畜圧部２１を設置した構成となる。

油圧駆動モータ２２に接続される油圧流路２５ｂには、流路切替弁として電磁弁２７が設けられている。この電磁弁２７は、アキュムレータ２１への蓄圧時に閉とされ、油圧流路２５ｂを遮断して電動油圧ポンプ２４から供給される油圧の供給先をアキュムレータ２１に限定する。さらに、この電磁弁２７は、アキュムレータ２１に蓄圧した油圧を使用して油圧駆動モータ２２を駆動する際には、これを開とすることにより油圧流路２５ｂを接続し、アキュムレータ２１から油圧駆動モータ２２への油圧供給を可能にする。
すなわち、電磁弁２７は、電動油圧ポンプ２４の吐出側に接続されて逆止弁２６の下流側で分岐する油圧流路２５について、電動油圧ポンプ２４の運転によりアキュムレータ２１へ蓄圧する場合と、電動油圧ポンプ２４の運転を停止し、アキュムレータ２１から油圧駆動モータ２２へ油圧を供給する場合との中から、いずれか一方を選択切替するための流路切替弁となる。なお、この場合の電磁弁２７は、給電のない非常停止時に励磁がＯＦＦになって開となるノーマルオープンタイプが望ましい。

また、上述した油圧流路２５ｂには、油圧駆動モータ２２の下流側に流量制御弁２８が設けられており、さらに、電磁弁２７の上流側で分岐した油圧流路２５ｃには、圧力調節弁２９が設けられている。そして、これらの油圧流路２５ｂ，２５ｃはいずれも油圧タンク３０に接続されており、流量制御弁２８及び圧力調節弁２９の制御により、アキュムレータ２１から供給される油圧により駆動される油圧駆動モータ２２の出力が調整され、この結果として風車翼５のピッチ角制御が行われる。
なお、図中の符号３１は、アキュムレータ２１の蓄圧を検出する圧力センサであり、上述した電動油圧ポンプ２４による畜圧運転は、この圧力センサ３１が所定圧力を検出するまで継続される。

このように構成されたピッチ角非常時操作機構２０は、無給電の非常停止時において、アキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧駆動モータ２２に供給してピッチ角の非常時操作を実施することができる。すなわち、本実施形態では、従来の電動モータＭ及びバッテリーＢａの組合せに対して、油圧を蓄圧するアキュムレータ２１と、アキュムレータ２１に蓄圧された油圧により駆動されて風車翼５の駆動源となる油圧駆動モータ２２と、アキュムレータ２１に蓄圧するための電動油圧ポンプ２４との組合せを使用している。

図２は、上述したピッチ角非常時操作機構２０を備えた電動駆動方式のピッチ角制御装置１０について、横軸を時間とし、電動油圧ポンプ２４の運転状態（ポンプ運転状態）、電磁弁２７の開閉状態、アキュムレータ２１の蓄圧状態（アキュムレータ圧）、電磁クラッチ２３の断続状態、電動モータＭの出力状態（ＡＣモータ）及び油圧駆動モータ２２の出力状態（油圧モータ）を示したタイムチャートである。

このタイムチャートによれば、通常運転前のエネルギー蓄圧段階において電動油圧ポンプ２４が運転され、アキュムレータ２１内が所定圧力となるまで油圧を蓄圧している。このエネルギー蓄圧段階において、電磁弁２７は閉の状態、電磁クラッチ２３は開放された状態、電動モータＭ及び油圧駆動モータ２２は運転を停止した状態にある。
この後、アキュムレータ２１の蓄圧が完了すると、電動油圧ポンプ２４の運転が停止されるとともに、電動モータＭによるピッチ角制御を実施する通常運転が開始される。

そして、非常停止には、電磁弁２７が開とされ、かつ、電磁クラッチ２３が開放されることにより、油圧駆動モータ２２に油圧が供給される。この結果、油圧駆動モータ２２を駆動源として、風車翼５のピッチ角制御が行われている。
なお、図２のタイムチャートにおいて、電動モータＭの出力状態が±両方向に変動しているのは、風車翼５を両方向に旋回させてピッチ角の制御をしているためである。

このようなピッチ角制御装置１０を備えた風力発電装置１は、無給電の非常停止時に使用するための油圧を蓄圧しておき、この油圧によって駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構２０を備えているので、給電のない非常停止時にも油圧を使用したピッチ角制御を実施できるようになり、従って、非常電源のバッテリーは不要となる。
すなわち、風力発電装置１の運転前には、電磁弁２７を操作して電動油圧ポンプ２４から供給される油圧をアキュムレータ２１に蓄圧しておき、風力発電装置１の通常運転時には、電磁クラッチ２３が電動モータＭを選択して電動のピッチ角制御を実施し、さらに、非常停止時には、電動クラッチ２３が油圧駆動モータ２２を選択するとともに、電磁弁２７の操作によりアキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧駆動モータ２１に供給して油圧によるピッチ角の非常時操作を実施することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の風力発電装置に係る第２の実施形態として、ピッチ角制御装置を図３及び図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、ピッチ角制御装置１０Ａのピッチ角非常時操作機構２０Ａが、従来の電動モータＭ及びバッテリーＢａの組合せに対して、油圧を蓄圧するアキュムレータ２１と、アキュムレータ２１に蓄圧された油圧により駆動されて風車翼５の駆動源となる油圧シリンダ３５と、アキュムレータ２１に蓄圧するための油圧ポンプ３６との組合せを使用した構成となっている。

以下、ピッチ角非常時操作機構２０Ａの構成を具体的に説明する。図示のピッチ角非常時操作機構２０Ａは、電動モータＭと風車翼５との間を断続する第１電磁クラッチ（第１クラッチ機構）２３Ａと、風車翼５を旋回させる非常用駆動源の油圧シリンダ３５と、電動モータＭを駆動源として油圧を供給する油圧ポンプ３６と、風車翼５と油圧ポンプ３６との間を断続する第２電磁クラッチ（第２クラッチ機構）２３Ｂと、油圧ポンプ３６から供給される油圧を蓄圧する蓄圧部となるアキュムレータ２１と、油圧シリンダ３５とアキュムレータ２１との間を接続する油圧流路３７に設けられた電磁弁２７とを備えている。

油圧シリンダ３５は、油圧により出没するピストンロッドの直線運動を風車翼５の旋回運動に変換するリンク３８を備えている。従って、油圧シリンダ３５へ供給する油圧を調整することにより、風車翼５のピッチ角制御が可能になる。
油圧ポンプ３６は、電動モータＭを駆動源として運転される電動ポンプであり、風力発電装置１の通常運転開始前において、アキュムレータ２１へ畜圧する油圧の供給に使用される。この油圧ポンプ３６は、第１電磁クラッチ２３Ａを開放状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを結合状態とすることにより運転可能となる。すなわち、電動モータＭの駆動力は、翼ピッチギア機構Ｇ及び第２電磁クラッチ２３Ｂを介して油圧ポンプ３６の駆動軸に伝達される。

上述した第１電磁クラッチ２３Ａは、電動モータＭと風車翼５との間を断続する、より具体的には、電動モータＭの軸出力を変速して風車翼５に伝達する翼ピッチギア機構Ｇと風車翼５との間において、軸出力の伝達を断続する装置である。
上述した第２電磁クラッチ２３Ｂは、風車翼５と油圧ポンプ３６との間を断続する、より具体的には、電動モータＭの軸出力を変速する翼ピッチギア機構Ｇと油圧ポンプ３６との間において、軸出力の伝達を断続する装置である。

油圧ポンプ３６による通常運転前の畜圧運転は、圧力センサ３１が所定の圧力を検出するまで継続される。このような畜圧運転では電磁弁２７が閉となり、油圧シリンダ３５に油圧を供給する油圧流路３７は遮断されている。
給電のない非常停止時にピッチ角制御を行う場合には、電磁弁２７を開とし、アキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧シリンダ３５に供給する油圧流路３７が形成される。この場合、油圧シリンダ３５に供給される油圧は、流量制御弁２８及び圧力調整弁２９によって制御される。
このようなピッチ角非常時操作機構２０Ａとしても、無給電の非常停止時には、アキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧シリンダ３５に供給し、油圧によるピッチ角の非常時操作を実施できる。

図４は、上述したピッチ角非常時操作機構２０Ａを備えた電動駆動方式のピッチ角制御装置１０Ａについて、横軸を時間とし、油圧ポンプ３６の運転状態（ポンプ運転状態）、電磁弁２７の開閉状態、アキュムレータ２１の蓄圧状態（アキュムレータ圧）、第１電磁クラッチ２３Ａの断続状態、第２電磁クラッチ２３Ｂの断続状態、電動モータＭの出力状態（ＡＣモータ）及び油圧シリンダ３５の動作状態（油圧シリンダ）を示したタイムチャートである。

このタイムチャートによれば、通常運転前のエネルギー蓄圧段階において油圧ポンプ３６が運転され、アキュムレータ２１内が所定圧力となるまで油圧を蓄圧している。このエネルギー蓄圧段階において、電磁弁２７は閉の状態、第１電磁クラッチ２３Ａは結合された状態、第２電磁クラッチ２３Ｂは開放された状態、電動モータＭは運転を停止した状態、油圧シリンダ３５は油圧を受けない非常位置にある。
この後、アキュムレータ２１の蓄圧が完了すると、油圧ポンプ３６の運転が停止されるとともに、電動モータＭによるピッチ角制御を実施する通常運転が開始される。
そして、非常停止には、電磁弁２７を開とし、かつ、第１電磁クラッチ２３Ａ及び第２電磁クラッチ２３Ｂを結合することにより、油圧シリンダ３５に油圧が供給される。この結果、油圧シリンダ３５を駆動源として、風車翼５のピッチ角制御が行われている。

このようなピッチ角制御装置１０Ａを備えた風力発電装置１は、通常運転の開始前に無給電の非常停止時に使用するための油圧を畜圧しておき、この油圧によって駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構２０Ａを備えているので、給電のない非常停止時にも油圧を使用したピッチ角制御を実施できるようになり、従って、非常電源のバッテリーは不要となる。この場合、上述した実施形態の電動油圧ポンプ２４が不要となり、これに付随するバルブ等の油圧機器を低減できる。

すなわち、第１電磁クラッチ２３Ａを開放状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを結合状態とすることで、風車翼５を旋回させる電動モータＭによって駆動される油圧ポンプ３６から供給される油圧をアキュムレータ２１に蓄圧しておくことが可能になる。そして、風力発電装置１の通常運転時には、第１電磁クラッチ２３Ａを結合状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを開放状態とすることで、電動モータＭによる通常のピッチ角制御を実施し、さらに、非常停止時には、第１電磁クラッチ２３Ａ及び第２電磁クラッチ２３Ｂを共に開放状態とすることで、電磁弁２７の操作によりアキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧シリンダ３５に供給して油圧によるピッチ角の非常時操作を実施することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の風力発電装置に係る第３の実施形態として、ピッチ角制御装置を図５及び図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、ピッチ角制御装置１０Ｂのピッチ角非常時操作機構２０Ｂが、従来の電動モータＭ及びバッテリーＢａの組合せに対して、油圧を蓄圧するアキュムレータ２１と、アキュムレータ２１に油圧を蓄圧するポンプ機能及びアキュムレータ２１に畜圧された油圧により駆動されて風車翼５の駆動源となるモータ機能の両方を備えた油圧ポンプ／モータ３９との組合せを使用した構成となっている。

以下、ピッチ角非常時操作機構２０Ｂの構成を具体的に説明する。図示のピッチ角非常時操作機構２０Ｂは、電動モータＭと風車翼５との間を断続する第１電磁クラッチ２３Ａと、風車翼５を旋回させる非常用駆動源または油圧供給源として使用される油圧ポンプ／モータ３９と、電動モータＭと油圧ポンプ／モータ３９との間を断続する第２電磁クラッチ２３Ｂと、油圧ポンプ／モータ３９から供給される油圧を蓄圧するアキュムレータ２１と、油圧ポンプ／モータ３９とアキュムレータ２１との間を接続する油圧流路４０に設けられた電磁弁２７とを備えている。

上述した第１電磁クラッチ２３Ａは、電動モータＭと風車翼５との間を断続する、より具体的には、電動モータＭの軸出力を変速して風車翼５に伝達する翼ピッチギア機構Ｇと風車翼５との間において、軸出力の伝達を断続する装置である。
上述した第２電磁クラッチ２３Ｂは、風車翼５と油圧ポンプ／モータ３９との間を断続する、より具体的には、電動モータＭの軸出力を変速する翼ピッチギア機構Ｇと油圧ポンプ／モータ３９との間において、軸出力の伝達を断続する装置である。

油圧ポンプ／モータ３９は、電動モータＭを駆動源として運転される電動ポンプの機能と、アキュムレータ２１から供給される油圧により運転される油圧モータの機能とを有している。
油圧ポンプ／モータ３９を電動ポンプとして機能させる場合には、第１電磁クラッチ２３Ａを開放状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを結合状態とすることにより、電動モータＭを駆動源にして運転可能となる。すなわち、電動モータＭの駆動力は、翼ピッチギア機構Ｇ及び第２電磁クラッチ２３Ｂを介して、油圧ポンプ／モータ３９の駆動軸に伝達される。従って、電動ポンプとして機能する油圧ポンプ／モータ３９は、風力発電装置１の通常運転開始前において、アキュムレータ２１へ畜圧する油圧供給ポンプとして使用できる。

油圧ポンプ／モータ３９による通常運転前の畜圧運転は、圧力センサ３１が所定の圧力を検出するまで継続される。このような畜圧運転では電磁弁２７を励磁させ、油圧が油圧ポンプ／モータ３９からアキュムレータ２１へ流れる流路（ここでは「閉位置」と呼ぶ）を選択する。この場合の電磁弁２７は、アキュムレータ２１から油圧ポンプ／モータ３９に油圧を供給する流路（ここでは「開位置」と呼ぶ）を遮断した状態にある。
給電のない非常停止時にピッチ角制御を行う場合には、励磁が停止されることにより、電磁弁２７は開位置に切り替えられる。この結果、電磁弁２７には、アキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧ポンプ／モータ３９に供給する流路が形成される。この場合、油圧ポンプ／モータ３９に供給される油圧は、流量制御弁２８及び圧力調整弁２９によって制御される。

油圧ポンプ／モータ３９を油圧モータとして機能させる場合には、第１電磁クラッチ２３Ａを結合状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを結合状態とする。この結果、油圧ポンプ／モータ３９を駆動源にして、風車翼５を旋回させるピッチ角制御が可能になる。すなわち、油圧ポンプ／モータ３９の駆動力は、翼ピッチギア機構Ｇ及び第２電磁クラッチ２３Ｂを介して風車翼５の駆動軸に伝達される。従って、油圧モータとして機能する油圧ポンプ／モータ３９は、風力発電装置１の非常停止時において、風車翼５を旋回させるピッチ角制御の駆動源として使用できる。
このようなピッチ角非常時操作機構２０Ｂとしても、無給電の非常停止時には、アキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧ポンプ／モータ３９に供給し、油圧によるピッチ角の非常時操作を実施できる。この場合、上述した実施形態の油圧シリンダ３５が不要になるので、大幅なコスト低減が可能になる。

図６は、上述したピッチ角非常時操作機構２０Ｂを備えた電動駆動方式のピッチ角制御装置１０Ｂについて、横軸を時間とし、油圧ポンプ／モータ３９の運転状態、電磁弁２７の開閉（開位置／閉位置）状態、アキュムレータ２１の蓄圧状態（アキュムレータ圧）、第１電磁クラッチ２３Ａの断続状態、第２電磁クラッチ２３Ｂの断続状態、電動モータＭの出力状態（ＡＣモータ）及び油圧シリンダ３５の動作状態（油圧シリンダ）を示したタイムチャートである。なお、油圧ポンプ／モータ３９の運転状態は、エネルギー畜圧時は油圧ポンプとして、非常停止時は油圧モータとしての運転状態を示しており、通常運転時には停止している。

このタイムチャートによれば、通常運転前のエネルギー蓄圧段階において油圧ポンプ／モータ３９が電動モータとして運転され、アキュムレータ２１内が所定圧力となるまで油圧を蓄圧する。このエネルギー蓄圧段階において、電磁弁２７は閉の状態、第１電磁クラッチ２３Ａは結合された状態、第２電磁クラッチ２３Ｂは開放された状態、電動モータＭは運転を停止した状態にある。
この後、アキュムレータ２１の蓄圧が完了すると、油圧ポンプ／モータ３９の運転が停止され、電動モータＭによりピッチ角制御を実施する通常運転が開始される。
そして、非常停止には、電磁弁２７が開位置とされ、かつ、第１電磁クラッチ２３Ａ及び第２電磁クラッチ２３Ｂが開放されることにより、油圧ポンプ／モータ３９に油圧が供給される。この結果、油圧ポンプとして機能する油圧ポンプ／モータ３９を駆動源とし、風車翼５のピッチ角制御が行われている。

このようなピッチ角制御装置１０Ｂを備えた風力発電装置１は、通常運転の開始前に無給電の非常停止時に使用するための油圧を畜圧しておき、この油圧によって駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構２０Ｂを備えているので、給電のない非常停止時にも油圧を使用したピッチ角制御を実施できるようになり、従って、非常電源のバッテリーは不要となる。

すなわち、第１電磁クラッチ２３Ａを開放状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを結合状態とすることで、風車翼５を旋回させる電動モータＭによって駆動される油圧ポンプ／モータ３９から供給される油圧をアキュムレータ２１に蓄圧しておくことが可能になる。この場合の油圧ポンプ／モータ３９は、油圧ポンプとして機能することになる。
そして、風力発電装置１の通常運転時には、第１電磁クラッチ２３Ａを結合状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを開放状態とすることで、電動モータＭによる通常のピッチ角制御を実施し、さらに、非常停止時には、第１電磁クラッチ２３Ａを開放状態とし、かつ、第２電磁クラッチ２３Ｂを結合状態とすることで、電磁弁２７の操作によりアキュムレータ２１に畜圧された油圧を油圧ポンプ／モータ３９に供給してピッチ角の非常時操作を実施することができる。この場合の油圧ポンプ／モータ３９は、油圧モータとして機能することになる。

このように、上述した本発明の各実施形態によれば、電動駆動方式のピッチ角制御装置を備えた風力発電装置１において、バッテリーＢａの蓄電エネルギーを用いた非常停止のピッチ角制御に代えて、アキュムレータ２１のような蓄圧部に畜圧された油圧を使用するように構成された油圧駆動方式のピッチ角非常時操作機構２０，２０Ａ，２０Ｂを採用したので、非常用電源のバッテリーが不要となり、初期導入費用やメンテナンス費用の低減を実現できる。

すなわち、給電が可能な通常運転時には電動駆動方式のピッチ角制御を行い、給電を受けられない非常停止時のピッチ角操作に油圧の蓄圧を使用する油圧駆動方式を採用する構成としたので、ピッチ角制御用としては非常電源用（バッテリー）が不要になる。
また、上述した各実施形態は、電動モータＭが故障した場合、畜圧した油圧により風車翼５のピッチ角制御を一時的に実施することも可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ 風力発電装置
５ 風車翼
１０，１０Ａ，１０Ｂ ピッチ角制御装置
２１ アキュムレータ（畜圧部）
２２ 油圧駆動モータ
２３ 電磁クラッチ（駆動源選択切替手段）
２３Ａ 第１電磁クラッチ（第１クラッチ機構）
２３Ｂ 第２電磁クラッチ（第２クラッチ機構）
２４ 電動油圧ポンプ
２７ 電磁弁（流路切替弁）
３５ 油圧シリンダ
３６ 油圧ポンプ
３９ 油圧ポンプ／モータ
Ｍ 電動モータ
Ｇ 翼ピッチギア機構

Claims (4)

1. 電動モータにより風車翼を旋回させてピッチ角を可変とする電動駆動方式のピッチ角制御装置が設けられている風力発電装置において、
   前記ピッチ角制御装置が、無給電の非常停止時に使用するための油圧を蓄圧部に蓄圧しておくとともに、前記蓄圧部の油圧で駆動される油圧駆動のピッチ角非常時操作機構を備えていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記ピッチ角非常時操作機構は、前記風車翼を旋回させる非常用駆動源の油圧駆動モータと、前記電動モータ及び前記油圧駆動モータのいずれか一方を選択使用するための駆動源選択切替手段と、前記蓄圧部に油圧を供給する電動油圧ポンプと、前記蓄圧部から前記油圧駆動モータに油圧を供給する油圧流路に設けられた流路切替弁とを備え、
   無給電の非常停止時には、前記蓄圧部に畜圧された油圧を前記油圧駆動モータに供給してピッチ角の非常時操作がなされることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記ピッチ角非常時操作機構は、前記電動モータと前記風車翼との間を断続する第１クラッチ機構と、前記風車翼を旋回させる非常用駆動源の油圧シリンダと、前記電動モータを駆動源として油圧を供給する油圧ポンプと、前記風車翼と前記油圧ポンプとの間を断続する第２クラッチ機構と、前記油圧ポンプから供給される油圧を蓄圧する蓄圧部と、前記油圧シリンダと前記蓄圧部との間を接続する油圧流路に設けられた流路切替弁とを備え、
   無給電の非常停止時には、前記蓄圧部に畜圧された油圧を前記油圧シリンダに供給してピッチ角の非常時操作がなされることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
4. 前記ピッチ角非常時操作機構は、前記電動モータと前記風車翼との間を断続する第１クラッチ機構と、前記風車翼を旋回させる非常用駆動源または油圧供給源として使用される油圧ポンプ／モータと、前記電動モータと前記油圧ポンプ／モータとの間を断続する第２クラッチ機構と、前記油圧ポンプ／モータから供給される油圧を蓄圧する蓄圧部と、前記油圧ポンプ／モータと前記蓄圧部との間を接続する油圧流路に設けられた流路切替弁とを備え、
   無給電の非常停止時には、前記蓄圧部に畜圧された油圧を前記油圧ポンプ／モータに供給してピッチ角の非常時操作がなされることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
   

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