JP2014129781A - ラジアルピストン式油圧機械及び風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックの強度を低下させることなく、シリンダブロックの解体、組立及びシリンダブロックに内蔵された部品の保守点検を容易にする。
【解決手段】油圧機械４０（油圧ポンプ２２又は油圧モータ２８）を構成するシリンダブロック４８を上側部位６７ａと下側部位６７ｂとに分割形成する。下側部位６７ｂはエンドプレート６０に一体に形成されるか、又は結合されている。上側部位６７ａはエンドプレート６０にボルト８４で螺着される。エンドプレート６０にアーム８０ａ、８０ｂが設けられ、下側部位６７ｂにアーム８２ａ、８２ｂが設けられている。アーム８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂは油圧式サポート機構８６で支持されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、油圧ポンプ又は油圧モータ等に適用可能なラジアルピストン式油圧機械、及び該ラジアルピストン式油圧機械を備えた風力発電装置に関する。

近年、地球環境の保全の観点から、太陽光、風力等の自然エネルギを利用した発電装置が普及してきている。例えば、風力発電装置では、風のエネルギをロータの回転エネルギに変換し、ロータの回転エネルギを発電機によって電力に変換する。従来、風力発電装置では、ロータの回転数が発電機の定格回転数に比べて小さいため、ロータと発電機との間に機械式（ギア式）の増速機を設けていた。

これに対し、発電効率の向上を目的として、風力発電装置の大型化が進められ、増速機の重量及びコストが増加する傾向にある。このため、機械式の増速機に替えて、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した風力発電装置が注目を浴びている。通常、この油圧トランスミッションは、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に連結された油圧モータと、油圧ポンプ及び油圧モータの間で、圧油圧モータを循環させる圧油配管とを有している。例えば、特許文献１には、風力によって駆動するロータの回転エネルギを、油圧トランスミッションを介して発電機に伝達するようにした風力発電装置が開示されている。

一方、複数のシリンダが放射状に並んだラジアルピストン式油圧機械が知られている。例えば、特許文献２には、動力伝達装置に用いられるラジアルピストン式の油圧ポンプが開示されている。この油圧ポンプは、内周面にカム面を有するアウターレースと、このアウターレースに対向して放射状に配置された複数のシリンダを有するインナーレースとを備えている。インナーレースの複数のシリンダは、内部で摺動するピストンを有し、各々のピストンは、カム面と当接するボールが取り付けられている。

また、特許文献３には、風力発電装置のドライブトレインとして機能するラジアルピストン式油圧機械が開示されている。このラジアルピストン式油圧機械は、シリンダ内を往復運動するピストンと、ピストンに取り付けられたローラと、ローラに当接するカム面を有するカムとを備えている。また、特許文献４には、風力発電装置に適用されたラジアルピストン式油圧機械において、油圧ポンプ又は油圧モータの複数のシリンダを内蔵するシリンダブロックを一体型とした構成、及び該シリンダブロックを周方向で複数に細分割した構成が開示されている。

国際公開第２０１０／０３３０３５号公報 特開２０１０−１９１９２号公報 米国特許公開第２０１０／００４０４７０号 国際公開第２０１２／０７３２７７号公報

ラジアルピストン式油圧機械においては、シリンダブロックの内側に設けられた複数のシリンダやカム等の部品を保守点検する必要がある。即ち、シリンダブロックの内部には、ロータのハブと連結した回転シャフトがあり、この回転シャフトを支承する軸受の交換や、各シリンダのピストン、及び回転シャフトの回転運動をピストンの往復運動に変換させるカム等の保守点検が必要となる。しかし、シリンダブロックが一体型の場合、これら部品の保守点検が困難となる。

シリンダブロックを複数に分割した場合、これら部品の保守点検は容易になる。しかし、シリンダブロックの再組立時、各セグメントの相対位置を厳格に調整する作業が必要になる。そのため、再組立時に、シム等の調整部品を使わざるを得ず、再組立作業が面倒になる。また、風力発電装置のドライブトレイン用の油圧機械では、風が吹いている時にシリンダブロックの交換をしようとすれば、風による荷重を受けているので、工場で組み立てるのとは状況が全く異なる。即ち、風の影響で一度取り外したシリンダブロックを組み付けようとしても、ナセル内に入らないといった事態が起こり得る。特許文献４に開示された分割型のシリンダブロックは、組立作業を容易にする目的もあるが、前述のように、分割することで、逆に再組立作業が極めて面倒になる。

さらに、カム面からピストンが受ける力は、必ずしもシリンダの軸線方向とは限らず、カム面の方向に応じてカムの回転方向に向いたサイドフォースが発生する。このサイドフォースによって、シリンダブロックのカムに近い領域がカムの回転方向へ押されると共に、シリンダブロックのカムと離れた領域がカム回転方向とは逆方向へ押される。その結果、シリンダブロックに捩じりモーメントが発生する。シリンダブロックを分割型にすると、この捩じりモーメントに対するシリンダブロックの強度が低下するという問題がある。

本発明の少なくとも一実施形態は、ラジアルピストン式油圧機械において、シリンダブロックの強度を低下させることなく、シリンダブロックの解体、組立及びシリンダブロックに内蔵された部品の保守点検を容易にすることを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の幾つかの実施形態に係るラジアルピストン式油圧機械は、油圧機械本体の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、油圧機械の半径方向に沿って往復運動可能に複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられた環状のシリンダブロックとを備え、環状のシリンダブロックは、分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成されたものである。
なお、一実施形態において、環状のシリンダブロックの内側には、回転部位が配置される。また、複数のシリンダは、シリンダブロックの周方向及び軸方向に配置される。

このように、シリンダブロックを分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成したことで、シリンダブロックの解体が容易になり、内蔵部品の保守点検や交換が容易になる。また、シリンダブロックを上側部と下側部に分割しただけであるので、再組立はさほど面倒ではなくなり、かつ前記サイドフォースに対する強度低下を抑制できる。
なお、ピストンは油圧機械の半径方向に沿って往復運動するようにシリンダに配置されるが、「沿って」の用語は、油圧機械の半径方向に、幾何学的な意味で厳密に平行である状態を指すものではなく、油圧機械の半径方向にある程度の角度（例えば３０°以内の角度）をなす状態を含む意味で用いている。

幾つかの実施形態では、ラジアルピストン式油圧機械は、環状のシリンダブロックの少なくとも一方の端部に設けられる少なくとも一枚のエンドプレートをさらに備え、少なくとも上側部はエンドプレートに対して着脱自在に構成される。このように、エンドプレートを備えることで、シリンダブロック全体の強度を向上できると共に、上側部の取付けが容易になる。

油圧機械が油圧ポンプである場合、シリンダブロックを含む油圧機械の静止部位には、回転部位から回転トルクが加えられる。一実施形態では、油圧機械の静止部位がこの回転トルクによって供回りすることがないように油圧機械の静止部位を支持するための支持手段として、エンドプレートを静止部材（例えば、風力発電装置に設けられた場合には、ナセルのケーシングを構成する部材）に支持するための第１サポート部が設けられる。これによって、回転部位から加えられる回転トルクに抗して、シリンダブロックを静止かつ固定させることができる。

一実施形態では、前記第１サポート部は、エンドプレートがシリンダブロックの中心軸を中心に回転するのを規制しつつ、エンドプレートが中心軸と直交する方向における変位を許容するものであってもよい。シリンダブロックの内側には、回転シャフトやカム等の回転部位が配置され、かつこれらの外周面にこれらを支承する軸受が設けられている。第１サポート部を前記構成とすることで、油圧機械の回転部位の回転運動とピストンの往復運動との間の運動モードの変換を確実に行いつつ、油圧機械の回転部位から静止部位に伝わる回転トルク以外の力の成分に起因した油圧機械（エンドプレート）の変位を吸収できる。

一実施形態では、油圧機械は、シリンダブロックのうち下側部を静止部材に支持するための第２サポート部をさらに備える。これによって、回転部位から加えられる回転トルクに抗して、シリンダブロックを静止させ固定させることができる。
前記構成に加えて、第２サポート部は、シリンダブロックの下側部がシリンダブロックの中心軸を中心に回転するのを規制しつつ、該下側部が中心軸と直交する方向における変位を許容するものであってもよい。これによって、回転部位の回転運動とピストンの往復運動との間の運動モードの変換を確実に行いつつ、油圧機械の回転部位から静止部位に伝わる回転トルク以外の力の成分に起因した油圧機械（シリンダブロック）の変位を吸収できる。

一実施形態では、シリンダブロック内における複数のシリンダは、油圧機械の軸方向に配置されるｍ個（ただしｍは２以上の整数）の仮想シリンダによって形成される仮想シリンダ列を軸方向に対して傾斜させた配列に従って配置され、シリンダブロックの上側部と下側部との間に形成される分割線は、この配列に沿って油圧機械の軸方向に対して傾斜している。これによって、この分割線がシリンダボアやシリンダブロックに形成された圧油路と交差することがなくなる。

なお、油圧機械の軸方向に複数のシリンダ列を備えた油圧ポンプの場合、高圧油の吐出を時系列的に均等化するため、ピストンの往復運動には位相差を設けることがある。これを目的として、カム面の形状に位相差を設けることが考えられるが、こうすると、カム面の形状が複雑となり、カム面の加工が高コストとなる。これに対し、上述のように仮想シリンダ列を軸方向に対して傾斜させた配列に従ってシリンダを配置することで、カム面の形状に位相差を設ける必要がなくなり、カム面の加工が容易になる。

幾つかの実施形態では、分割線に沿ってシリンダブロックの上半部及び下半部にフランジを設け、これらのフランジ同士を締結する。これによって、シリンダブロックの上側部と下側部とを強固に結合できる。

本発明の一実施形態において、シリンダブロックの上側部と下側部とは、油圧機械の半径方向又は軸方向における下側部への上側部の位置合わせが可能に構成される。例えば、位置合わせピンを用いた位置合わせを行う。これによって、上側部と下側部との相互の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。

本発明の一実施形態において、上側部と少なくとも一枚のエンドプレートとは、油圧機械の半径方向又は軸方向における下側部への上側部の位置合わせが可能に構成される。例えば、上側部と下側部との当接面に嵌め合い構造を形成する。これによって、上側部とエンドプレート、ひいては上側部と下側部との位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。

本発明の一実施形態において、シリンダブロックに、複数のピストンと複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室に連通する複数の内部油路を設け、少なくとも一枚のエンドプレートの内部に、複数の内部油路に連通する集合油路を設け、複数の内部油路を、分割線を避けて油圧機械の軸方向に沿って集合油路まで延在させる。これによって、複数の油圧室に圧油を供給し、又は複数の油圧室から圧油を排出する油路の形成を容易かつ低コストに行うことができる。

また、本発明の幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、少なくとも一本のブレードと、少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、油圧モータによって駆動される発電機とを備えている。そして、前記構成のラジアルピストン式油圧機械を有している。即ち、油圧ポンプ及び油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、このラジアルピストン式の油圧機械は、油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、油圧機械の半径方向に沿って往復運動可能に複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロックとを含み、シリンダブロックは、分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成されている。

このように、シリンダブロックを分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成したことで、シリンダブロックの解体が容易になり、内蔵部品の保守点検や交換が容易になる。また、シリンダブロックを上側部と下側部に分割しただけであるので、再組立はさほど面倒ではなくなり、かつ前記サイドフォースに対する強度低下を抑制できる。

幾つかの実施形態では、前記風力発電装置は、シリンダブロックの下側部を静止部材に支持するためのサポート部をさらに備え、サポート部は、下側部がシリンダブロックの中心軸を中心に回転するのを規制しつつ、該下側部が該中心軸と直交する方向における変位を許容するものである。これによって、回転部位から加えられる回転トルクに抗して、シリンダブロックを静止かつ固定させることができると共に、回転部位の回転運動とピストンの往復運動との間の運動モードの変換を確実に行いつつ、油圧機械の回転部位から静止部位に伝わる回転トルク以外の力の成分に起因した油圧機械（シリンダブロック）の変位を吸収できる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、ラジアルピストン式油圧機械、及びこのラジアルピストン式油圧機械を備えた風力発電装置において、シリンダブロックを、分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成することで、シリンダブロックの解体が容易になり、内蔵部品の保守点検や交換が容易になる。また、シリンダブロックを上側部と下側部に分割しただけであるので、再組立はさほど面倒ではなくなり、かつサイドフォースに対する強度低下を抑制できる。

本発明のラジアルピストン式油圧機械が適用される風力発電装置の概要図である。 本発明の第１実施形態に係る油圧機械の縦断面図である。 前記油圧機械の作動油路の構成を示す模式図である。 前記油圧機械を構成するシリンダブロックの斜視図である。 回転トルクの付加時における前記油圧機械の動作説明図である。 直交方向荷重の付加時における前記油圧機械の動作説明図である。 本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの正面図である。 本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの横断面図である。 本発明の第４実施形態に係るシリンダブロックの正面図である。 本発明の第５実施形態に係るシリンダブロックの斜視図である。 図１０中のＸ−Ｘ線に沿う上側部位組立後の断面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施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い。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１において、風力発電装置１０は、少なくとも１本、典型的には２本以上のブレード１４と、ブレード１４が放射状に連結されたハブ１６とで構成されるロータ１２を備えている。なお、ハブ１６は、ハブカバー１８によって覆われていてもよい。ロータ１２には、回転シャフト２０を介して油圧ポンプ２２が連結されている。油圧ポンプ２２には、高圧油路２４及び低圧油路２６を介して油圧モータ２８が接続されている。具体的には、油圧ポンプ２２の出口が高圧油路２４を介して油圧モータ２８の入口に接続され、油圧モータ２８の出口が低圧油路２６を介して油圧ポンプ２２の入口に接続されている。

油圧ポンプ２２は、回転シャフト２０によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ２２で生成された高圧油は、高圧油路２４を介して油圧モータ２８に送られ、この高圧油によって油圧モータ２８が駆動される。油圧モータ２８で仕事をした後の低圧の作動油は、低圧油路２６を介して油圧モータ２８に戻される。
油圧モータ２８には発電機３０が連結されている。一実施形態では、発電機３０は、油圧モータ２８によって駆動される同期発電機であり、図示しない電力系統に接続されている。

なお、回転シャフト２０の少なくとも一部はナセル３２で覆われている。油圧ポンプ２２、油圧モータ２８及び発電機３０は、タワー３４の上端に設けられたナセル３２の内部に配置されている。本実施形態及び以下に説明する実施形態において、油圧ポンプ２２及び油圧モータ２８の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式油圧機械である。

図２は、油圧ポンプ２２又は油圧モータ２８を構成するラジアルピストン式の油圧機械４０を示す。油圧機械４０は、油圧機械４０の半径方向に沿って形成された複数のシリンダボア４２と、複数のシリンダボア４２に夫々摺動自在に設けられた複数のピストン４４と、複数のシリンダボア４２が設けられたシリンダブロック４８とを備えている。複数のシリンダボア４２は、シリンダブロック４８の周方向及び軸方向（矢印ｇ方向）に等間隔に配置されている。各々のピストン４４は、シリンダボア４２の内部で油圧機械４０の半径方向に沿って往復運動する。ピストン４４の往復運動によってピストン４４とシリンダボア４２とによって形成される油圧室ｒの容積が周期的に変化する。

シリンダブロック４８の内部中央に回転シャフト５０が配置されている。回転シャフト５０は、回転シャフト２０と一体に設けられているか、又は回転シャフト２０と連動して回転運動を行うものである。
油圧室ｒの周期的な容積変化を伴うピストン４４の往復運動は、機械要素５２の回転運動との間で運動モードが変換されるようになっている。例えば、油圧機械４０が油圧ポンプ２２である場合、油圧機械４０の回転シャフト５０と共に回転する機械要素５２の回転運動がピストン４４の往復運動に変換される。これによって、油圧室ｒの周期的な容積変化が起こり、油圧室ｒで高圧の作動油が生成され、この高圧油で油圧モータ２８が駆動される。

油圧機械４０が油圧モータ２８である場合、油圧ポンプ２２から高圧の作動油が導入され、この高圧油の導入によってピストン４４の往復運動が起る。ピストン４４の往復運動が機械要素５２の回転運動に変換される結果、機械要素５２と共に油圧機械４０の回転シャフト５０が回転する。こうして、機械要素５２の働きにより、油圧機械４０の回転シャフト５０の回転エネルギ（機械的エネルギ）と作動油の流体エネルギとの間でエネルギ変換が行われ、油圧機械４０が油圧ポンプ２２又は油圧モータ２８として所期の役割を果たすようになっている。

図２に示すように、本実施形態では、機械要素５２は、回転シャフト５０と共に回転するように構成され、ピストン４４に設けられた当接部４６と当接するカム面を有するカムである。この場合、当接部４６に対するカム（機械要素５２）の相対的な回転運動を作り出すために、カム（機械要素５２）とシリンダブロック４８との間に、少なくとも１つの軸受５４ａを設けてもよい。なお、本実施形態では、当接部４６は、ピストン４４に取り付けられたローラである。他の実施形態では、機械要素５２は、回転シャフト５０と共に回転するように構成され、コンロッドを介してピストン４４に連結された少なくとも一つのクランクピンを有するクランクシャフトである。

シリンダブロック４８には、複数の油圧室ｒに連通する少なくとも１本の内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）が形成されている。一実施形態では、複数の内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）が油圧機械４０の軸方向に沿って設けられている。また、シリンダブロック４８の一方の端面に環状板部材であるエンドプレート６０が設けられている、そして、複数の内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）に連通する環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）がエンドプレート６０の内部に形成されている。一実施形態では、エンドプレート６０と機械要素５２との間に軸受５４ｂが設けられており、エンドプレート６０は、機械要素５２の回転運動の影響を受けずに静止状態を維持可能になっている。

環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）は、夫々外部配管６２（６２ａ、６２ｂ）に接続されている。こうして、各油圧室ｒは、内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）及び環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）を介して、外部配管６２（６２ａ、６２ｂ）に連通している。
幾つかの実施形態では、シリンダブロック４８は、シリンダボア４２を形成する複数のシリンダスリーブ６４と、複数のシリンダスリーブ６４が夫々挿入される複数のスリーブ孔６６ａを有するシリンダブロック本体６６とを含む。

シリンダブロック４８に求められる役割として、ピストン４４を摺動自在に案内するための摺動部としてのシリンダボア４２の形成と、シリンダボア４２を保持するための構造体の形成とが挙げられる。前述のように、シリンダスリーブ６４とシリンダブロック本体６６とを別に設ければ、シリンダブロック４８に求められる役割（シリンダボア４２の形成及び構造体の形成）を、夫々シリンダスリーブ６４とシリンダブロック本体６６とに分担させることができる。そのため、シリンダスリーブ６４及びシリンダブロック本体６６の夫々の役割に応じた好適な設計が可能になり、シリンダブロック４８の全体としての軽量化を実現できる。

図３において、内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）の夫々に、内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）と各シリンダスリーブ６４の油圧室ｒとに夫々分枝油路７０ａ、７０ｂが接続されている。分枝油路７０ａ、７０ｂには、夫々開閉弁７２ａ、７２ｂが設けられている。内部油路５６ａ、５６ｂのうち、一方が油圧室ｒに作動油を供給する給油路となり、他方が油圧室ｒから作動油を排出する排油路となる。リングカム５２には、周方向に山部（ローブ）７４ａと谷部７４ｂとが交互に形成されている。

開閉弁７２ａ、７２ｂは、リングカム５２の周方向の回転運動と同期して開閉するように制御される。即ち、リングカム５２のカム面に当接したローラ４６が下死点から上死点に向かう行程では、排油路に設けられた開閉弁が開かれ、給油路に設けられた開閉弁が閉じられる。また、ローラ４６が上死点から下死点に向かう行程では、給油路に設けられた開閉弁が開かれ、排油路に設けられた開閉弁が閉じられる。開閉弁７２ａ、７２ｂは、例えば、電磁弁やバネ式開閉弁を用いることができる。バネ式開閉弁は、弁体をシート面に向けて付勢するためのバネが設けられ、油圧室ｒの油圧と該バネの弾性力と油圧室ｒの油圧とのバランスによって弁体を閉ポジションと開ポジションとの間で移動可能な構成を有する。

なお、図３に示す例示的な実施形態では、リングカム５２のカム面には、周方向に山部（ローブ）７４ａと谷部７４ｂとが交互に形成されている。

図４は、シリンダブロック４８を示す。シリンダブロック４８は、半円筒形の上側部位６７ａと半円筒形の下側部位６７ｂとに分割形成されている。上側部位６７ａ及び下側部位６７ｂには、前述の複数のスリーブ孔６６ａが穿設されている。幾つかの実施形態では、下側部位６７ｂは、エンドプレート６０と一体に形成されるか、あるいは溶接等の手段で結合されている。エンドプレート６０は、円板形状の円環部６８と、円環部６８の左右両側部位の外周から水平方向へ突出した一対のアーム８０ａ及び８０ｂとで構成されている。円環部６８は、中央部に、回転シャフト５０及びカム５２が挿入される中央孔６０ａが形成されている。

エンドプレート６０の上側部には、周方向に複数のボルト結合用の通し孔６８ａが形成されている。また、通し孔６８ａに対向する上側部位６７ａの端面に図示しないボルト孔が形成されている。また、エンドプレート６０から離れた側の軸方向端で、下側部位６７ｂの上面と同一高さで一対のアーム８２ａ及び８２ｂが水平方向外方へ突設されている。

シリンダブロック４８を組み立てるときは、上側部位６７ａの下面を下側部位６７ｂの上面に合わせ、ボルト８４を通し孔６８ａから通した後で、ボルト８４を上側部位６７ａの端面に形成された図示しないボルト孔に螺合する。このとき、上側部位６７ａの平面状の下面Ａと、下側部位６７ｂの平面状の上面Ｂとが当接して水平方向の分割線を形成する。シリンダブロック４８の内側に設けられた部品の交換や保守点検等を行う時は、ボルト８４を外し、上側部位６７ａをエンドプレート６０から取り外す。

エンドプレート６０のアーム８０ａ及び８０ｂ、及び下側部位６７ｂのアーム８２ａ及び８２ｂは、油圧式サポート機構８６を介して、ナセル３２のナセル台板に支持されている。これによって、油圧機械４０はナセル３２のナセル台板に支持される。油圧式サポート機構８６は、回転シャフト５０の軸線に直交する方向（以下「直交方向」と言う。）における油圧機械４０の変位を許容しつつ、回転シャフト５０から油圧機械４０に加えられる回転トルクを受け止め、回転トルクに抗して、シリンダブロック４８を静止かつ固定させる。

油圧機械４０は、回転シャフト２０と共に回転する回転部位（回転シャフト５０及びカム５２）が、静止部位であるシリンダブロック４８に対して、軸受５４ａ及び５４ｂを介して回転可能になっている。油圧機械４０が油圧ポンプ２２である場合、カム５２の回転に対し、カム５２のカム面に摺接するピストン４４の往復運動が起り、油圧ポンプ２２における作動油の昇圧が可能になる。そのため、油圧ポンプ２２を正常に機能させるためには、回転シャフト２０から油圧ポンプ２２の回転部位を介して、確実にピストン４４の往復運動に変換させる必要がある。

油圧機械４０が油圧モータ２８である場合、油圧ポンプ２２からシリンダボア４２に高圧油が送られる。この高圧油によってピストン４４が往復運動し、ピストン４４がカム５２に付与する押圧力が、カム５２を介して回転シャフト５０に伝達され、回転シャフト５０を回転させる。そのため、油圧モータ２８を正常に機能させるためには、ピストン４４の押圧力を確実に回転シャフト２０を回転させる回転トルクに変換させる必要がある。

風力発電装置１０の回転シャフト２０は、ブレード１４から受ける風荷重を受けて撓もうとする。このとき、仮に、シリンダブロック４８をナセル３２にリジッドに固定すると、回転シャフト２０の動きがシリンダブロック４８及びナセル３２によって拘束されるため、回転シャフト２０の撓みに起因した荷重が軸受５４ａ及び５４ｂに集中的に付加されることになる。

図５及び図６に、油圧式サポート機構８６の構成を示す。ここでは、アーム８０ａ及び８０ｂに設けられた油圧式サポート機構８６を例にとって説明する。油圧式サポート機構８６は、アーム８０ａを挟んでその上下に設けられた第１油室ｒ１及び第２油室ｒ２と、アーム８０ｂを挟んでその上下に設けられた第３油室ｒ３及び第４油室ｒ４と、第１油室ｒ１と第４油室ｒ４とを接続する配管８８と、第２油室ｒ２と第３油室ｒ３とを接続する配管９０とで構成されている。これらの油室及び配管は非圧縮性流体である作動油で満たされている。各油室は、アーム８０ａ及び８０ｂの上下方向位置によって容積が変化するようになっている。各油室は、ナセル３２のナセル台板９２ａ及び９２ｂに固定されている。

図５に示すように、回転シャフト２０から伝達された回転トルク（図中矢印ａ方向）がシリンダブロック４８に付加されると、アーム８０ａから第１油室ｒ１に、矢印ｂ方向の荷重が付加されると共に、アーム８０ｂから第４油室ｒ４に、矢印ｃ方向の荷重が付加される。これによって、第１油室ｒ１及び第４油室ｒ４の作動油はいずれも加圧される。そして、逆に、アーム８０ａは、加圧された第１油室ｒ１の作動油から矢印ｂ方向と逆方向の反力を受け、アーム８０ｂは、加圧された第４油室ｒ４の作動油から矢印ｃ方向と逆方向の反力を受ける。これらの反力によって、シリンダブロック４８の回転トルク方向の変位は止められる。

図６に示すように、回転シャフト２０の撓み等によって、シリンダブロック４８を直交方向へ変位させる力（図中矢印ｄ方向）が付加されると、アーム８０ａから第１油室ｒ１の作動油に矢印ｅ方向の荷重が付加されると共に、アーム８０ｂから第３油室ｒ３の作動油に矢印ｆ方向の荷重が付加される。これによって、第１油室ｒ１の作動油は、アーム７０ａの上方への移動量に応じた分だけ押し出され、配管８８を介して第４油室ｒ４に流れ込む。同様に、第３油室ｒ３の作動油は、アーム８０ｂの上方への移動量に応じた分だけ押し出され、配管９０を介して第２油室ｒ２に流れ込む。

このように、油圧機械４０の軸方向に直交する方向へ変位させる力が付加された時、配管８８、９０を介して連通する油室間で作動油が移動し、アーム８０ａ、８０ｂは力の方向へ移動するので、油圧機械４０に付加された矢印ｄ方向の力に抗する反力は発生しない。そのため、油圧機械４０に付加された矢印ｄ方向の力に起因したシリンダブロック４８の変位は許容される。

なお、図６では、油圧機械４０に対して上下方向（矢印ｄ方向）の変位が許容される様子を示したが、油圧機械４０は左右方向の変位も許容される。油圧機械４０の左右方向の変位が許容されるためには、例えば、アーム８０ａ、８０ｂと油圧式サポート機構８６との接触面の摩擦係数を小さくすればよい。かかる構成により、油圧機械４０では、直交方向の変位を許容しつつ、回転シャフト２０から付加される回転トルクをピストン４４の往復運動に効率良く変換できる。

また、各油室ｒ１〜ｒ４を、ラバー等の弾性部材で構成することで、油圧室ｒ室の容積を可変とすることができる。この場合、回転シャフト２０から油圧機械４０に付加される回転トルクをアーム８０ａ、８０ｂを介して各油室で受ける時、各油室はダンパとして機能する。そのため、油圧機械４０の変位を減衰させることができる。

本実施形態によれば、シリンダブロック４８を上側部位６７ａと下側部位６７ｂとに分割したので、シリンダブロック４８の内部に設けられた部品の保守点検や交換が容易になる。また、保守点検後の組立も、上側部位６７ａをエンドプレート６０及び下側部位６７ｂに装着するだけで済む。また、シリンダブロック４８は上側部位６７ａと下側部位６７ｂとに分割されているだけであるので、組立後のシリンダブロック４８のサイドフォースに対する強度低下を抑制できる。さらに、エンドプレート６０を設けることでシリンダブロック４８の強度を向上できると共に、上側部位６７ａをボルト７４によってエンドプレート６０に取り付けるようにしたので、上側部位６７ａの取付けが容易になる。

また、油圧機械４０を油圧式サポート機構８６を介してナセル３２のナセル台板９２ａ及び９２ｂに支持させるようにしたので、回転シャフト２０とピストン４４との間の運動モードの変換を効率良く行うことができる。同時に、油圧機械４０に付加される直交方向の力に起因した油圧機械４０の静止部位の変位を許容できるため、回転シャフト２０の撓み等によって発生する軸受５４ａ及び５４ｂへの集中荷重を軽減できる。さらに、エンドプレート６０の内部に環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）を設けているので、複数の油圧室ｒに対して作動油を給排する油路の形成が容易かつ低コストとなる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図７に基づいて説明する。本実施形態においても、シリンダブロック４８は、上側部位６７ａと下側部位６７ｂとに分割されている。上側部位６７ａ及び下側部位６７ｂの周方向及び軸方向に多数のスリーブ孔６６ａが穿設されている。本実施形態では、シリンダブロック４８の軸方向（図中矢印ｇ方向）に、４個のシリンダスリーブ６４が設けられている。ただし、本実施形態では４個であるが、他の実施形態ではｍ個（２個以上）であればよい。４個のシリンダスリーブ６４によって形成されるシリンダ列Ｒは、軸方向に対して傾いている。そのため、上側部位６７ａの下面Ａと下側部位６７ｂの上面Ｂとで形成される分割線Ｃは、シリンダ列Ｒと交差しないように、シリンダ列Ｒと平行に形成されている。

なお、シリンダブロック４８における複数のシリンダスリーブ６４の配列（シリンダ列Ｒで構成されるシリンダ配列）は、油圧機械４０の軸方向に配置されるｍ個（ただしｍは２以上の整数）の仮想シリンダによって形成される仮想シリンダ列Ｒ_０を油圧機械４０の軸方向に対して傾斜させた配列に従って行われる。

油圧機械４０が油圧ポンプ２２である場合、高圧油路２４からの高圧油の吐出を時系列的に均等化することで、回転シャフト５０の回転を円滑に行うことができる。そのため、ピストン４４の往復運動に、軸方向で位相差をもうけることが望ましい。これを目的として、カム５２のカム面に位相差を設けることが考えられるが、これではカム面の形状が複雑となり、カム面の加工が高コストとなる。そこで、本実施形態のように、シリンダ列Ｒを軸方向に対して傾斜させることで、カム面の形状に位相差を設けなくても、高圧油の吐出を均等化できる。そのため、カム面の加工が容易かつ低コストになる。

なお、油圧機械４０が油圧モータ２８である場合でも、同様の作用効果を得ることができる。即ち、シリンダ列Ｒを軸方向に対して傾斜させることで、ピストン４４から回転シャフト５０に付加する力を時系列的に均等化できる。そのため、回転シャフト５０を円滑に回転でき、ひいては回転シャフト５０に連結された発電機３０の出力軸を円滑に回転できる。そのため、本実施形態は油圧モータ２８にも適用可能である。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図８により説明する。本実施形態は、上側部位６７ａ及び下側部位６７ｂのこれらが互いに当接する部位に、夫々フランジ１００ａ及び１００ｂが一体に形成されている。フランジ１００ａ及び１００ｂには、上側部位６７ａと下側部位６７ｂとが正確に位置合わせされたとき対応する位置に、ピン孔１０２ａ及び１０２ｂが穿設されている。また、フランジ１００ａ、１００ｂには、シリンダブロック４８の軸方向に、適宜間隔で複数のネジ孔１０６が形成されている。その他の構成は、前記第１実施形態と同一である。

本実施形態では、ピン孔１０２ａ、１０２ｂにピン１０４を挿入することで、上側部位６７ａと下側部位６７ｂとの位置合わせを正確にかつ容易に行うことができる。また、ネジ孔１０６にボルト１０７を螺合させ、ナット１０８をボルト１０７に螺着させることで、上側部位６７ａと下側部位６７ｂとを強固に結合できる。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図９により説明する。本実施形態は、上側部位６７ａの下面Ａに、少なくとも一つの凸部１１０が設けられ、下側部位６７ｂの上面Ｂに、少なくとも一つの凹部１１２が設けられている。凸部１１０と凹部１１２とは、上側部位６７ａと下側部位６７ｂとが正確に位置合わせされたとき、互いに嵌合する位置に形成され、かつ互いに補完的に嵌合する大きさ及び形状を有している。その他の構成は、前記第１実施形態と同一である。

本実施形態では、凸部１１０と凹部１１２とを互いに嵌合させることで、上側部位６７ａと下側部位６７ｂとの位置合わせを正確かつ容易に行うことができる。

（実施形態５）
次に、本発明の第５実施形態を図１０及び図１１により説明する。本実施形態は、図８に示すように、上側部位６７ａに対向するエンドプレート６０の円環部６８の一方の面に、半円環状の凹溝１１４が刻設されている。一方、図１１に示すように、円環部６８に対向する上側部位６７ａの端面に、半円環状の突起１１６が形成されている。凹溝１１４と突起１１６とは、四角形断面を有し、上側部位６７ａとエンドプレート６０とが正確に位置合わせされたとき、互いに嵌合する位置に形成され、かつ互いに補完的に嵌合する大きさ及び形状を有している。その他の構成は、前記第１実施形態と同一である。

本実施形態では、上側部位６７ａをエンドプレート６０及び下側部位６７ｂに組み立てる時に、凹溝１１４と突起１１６とを嵌合させる。図１１は、組立後の図１０におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。本実施形態によれば、上側部位６７ａとエンドプレート６０との位置合わせを正確かつ容易に行うことができる。これによって、上側部位６７ａのエンドプレート６０及び下側部位６７ｂに対する組付けが容易になる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、シリンダブロックの強度を低下させることなく、シリンダブロックの解体、組立及び内蔵部品の保守点検が容易なラジアルピストン式油圧機械を実現できる。

１０ 風力発電装置
１２ ロータ
１４ ブレード
１６ ハブ
１８ ハブカバー
２０，５０ 回転シャフト
２２ 油圧ポンプ
２４ 高圧油路
２６ 低圧油路
２８ 油圧モータ
３０ 発電機
３２ ナセル
３４ タワー
４０ 油圧機械
４２ シリンダボア
４４ ピストン
４６ 当接部
４８ シリンダブロック
５２ 機械要素（カム）
５４ａ、５４ｂ 軸受
５６，５６ａ、５６ｂ 内部油路
５８，５８ａ、５８ｂ 環状集合油路
６０ エンドプレート
６２，６２ａ、６２ｂ 外部配管
６４ シリンダスリーブ
６６ シリンダブロック本体
６６ａ スリーブ孔
６７ａ 上側部位
６７ｂ 下側部位
６８ 円環部
６８ａ 通し孔
７０ａ、７０ｂ 分枝油路
７２ａ、７２ｂ 開閉弁
７４ａ 山部（ローブ）
７４ｂ 谷部
８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ アーム
８４、１０７ ボルト
８６ 油圧式サポート機構
８８、９０ 配管
９２ａ、９２ｂ ナセル台板
１１０ａ、１１０ｂ フランジ
１１２ａ、１１２ｂ ピン孔
１０４ ピン
１０６ ネジ孔
１０８ ナット
１１０ 凸部
１１２ 凹部
１１４ 凹溝
１１６ 突起
Ｒ シリンダ列
Ｒ_０ 仮想シリンダ列
ｒ 油圧室
ｒ１ 第１油室
ｒ２ 第２油室
ｒ３ 第３油室
ｒ４ 第４油室

Claims (13)

1. ラジアルピストン式の油圧機械であって、
   前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、
   前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられた環状のシリンダブロックとを備え、
   前記環状のシリンダブロックは、分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成されたことを特徴とするラジアルピストン式油圧機械。
2. 前記環状のシリンダブロックの少なくとも一方の端部に設けられる少なくとも一枚のエンドプレートをさらに備え、
   少なくとも前記上側部は、前記少なくとも一枚のエンドプレートに対して着脱自在であることを特徴とする請求項１に記載のラジアルピストン式油圧機械。
3. 前記少なくとも一枚のエンドプレートを静止部材に支持するための第１サポート部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のラジアルピストン式油圧機械。
4. 前記第１サポート部は、前記エンドプレートが前記シリンダブロックの中心軸を中心に回転するのを規制しつつ、該エンドプレートが該中心軸と直交する方向における変位を許容するものであることを特徴とする請求項３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
5. 前記シリンダブロックのうち前記下側部を静止部材に支持するための第２サポート部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
6. 前記第２サポート部は、前記下側部が前記シリンダブロックの中心軸を中心に回転するのを規制しつつ、該下側部が該中心軸と直交する方向における変位を許容するものであることを特徴とする請求項５に記載のラジアルピストン式油圧機械。
7. 前記シリンダブロック内における前記複数のシリンダは、前記油圧機械の軸方向に配置されるｍ個（ただしｍは２以上の整数）の仮想シリンダによって形成される仮想シリンダ列を前記軸方向に対して傾斜させた配列に従って配置され、
   前記分割線は、前記配列に沿って前記軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
8. 前記分割線に沿って前記上半部及び前記下半部に設けられたフランジ同士が締結されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
9. 前記上側部と前記下側部とは、前記半径方向又は前記油圧機械の軸方向における前記下側部への前記上側部の位置合わせが可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
10. 前記上側部と前記少なくとも一枚のエンドプレートとは、前記半径方向又は前記油圧機械の軸方向における前記下側部への前記上側部の位置合わせが可能に構成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
11. 前記シリンダブロックには、前記複数のピストンと前記複数のシリンダによってそれぞれ形成される複数の油圧室に連通する複数の内部油路が設けられており、
    前記少なくとも一枚のエンドプレートの内部には、前記複数の内部油路に連通する集合油路が設けられており、
    前記複数の内部油路は、前記分割線を避けて前記油圧機械の軸方向に沿って前記集合油路まで延在していることを特徴とする請求項２又は３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
12. 少なくとも一本のブレードと、
    前記少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、
    前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
    前記油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、
    前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
    前記ラジアルピストン式の油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロックとを含み、
    前記シリンダブロックは、分割線に沿って上側部と下側部とに分割可能に構成されたことを特徴とする風力発電装置。
13. 前記シリンダブロックの下側部を静止部材に支持するためのサポート部をさらに備え、
    前記サポート部は、前記下側部が前記シリンダブロックの中心軸を中心に回転するのを規制しつつ、該下側部が該中心軸と直交する方向における変位を許容するものであることを特徴とする請求項１２に記載のラジアルピストン式油圧機械。

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