JP2014527134A - 発電装置及び発電装置のポンプ／モータの運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けてハブを回転させる少なくとも１つのロータブレードが取り付けられたハブと、前記ハブに接続された回転シャフトと、前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、少なくとも１つの前記モータに連結された少なくとも１つの発電機と、を備え、前記ポンプ及び／又は少なくとも１つのモータは、複数の軸受により支持される回転可能シャフトと、前記シャフトの周囲に周状に配置される第１及び第２偏心カムを含む、少なくとも１つの偏心カムのペアと、第１及び第２ピストンシリンダ装置を含み、各ピストンシリンダ装置はシリンダ内を往復運動するように作動可能なピストンを含み、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンは前記第１及び第２カムとそれぞれ力の伝達関係にある、少なくとも１つのピストンシリンダ装置のペアと、前記ピストンシリンダ装置と通信するコントローラと、を含み、前記第１偏心カムは、前記第２偏心カムとは実質的に逆位相であり、かつ、前記第１ピストンシリンダ装置は、前記第２ピストンシリンダ装置とは実質的に反対に位置し、前記コントローラは、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置がアクティブの場合には、前記第１及び第２偏心カムをそれぞれ経由して前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンにより前記軸受に作用するラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置が、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにされる運転モードを有する再生可能エネルギー型発電装置を提供する。本発明は、メンテナンス目的でのアクセスが困難な発電装置、例えば洋上風力発電装置等において特に有用である。

Description

本発明は、ポンプ及び／又はモータを備える発電装置及び発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法に関する。

欧州特許出願公開第０３６１９２７号（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）の記載から、低圧マニホールドから各シリンダへの作動流体の流れを調節するための電子制御低圧バルブが各シリンダにある油圧ポンプを運転すること、及び、該シリンダのサイクルを、作動流体の正味押しのけ容積を伴うポンピングサイクルとするか、又は作動流体の正味押しのけ容積を伴わないアイドルサイクルとするかを決定するように、シリンダ容積のサイクル毎に該電子制御弁を制御することが知られている。欧州特許出願公開第０４９４２３６号（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）には、各シリンダのサイクルを作動流体の正味押しのけ容積を伴うモータリングサイクルとすることが可能となるように、各シリンダと高圧マニホールドの間のバルブ（高圧バルブ）も、シリンダ容積のサイクル毎に電気的に制御される改善が記載されている。欧州特許出願公開第１５３７３３３号（Ｓｔｅｉｎら）には、ポンピング又はモータリングモードにおいて、作動室容積のサイクル毎に、各シリンダが、最大ストローク容積の一部又は全部を押しのけることを可能とする部分ストロークの可能性が紹介されている。典型的には、部分押しのけ容積サイクルが採用される場合、そのようなサイクルは、押しのけ容積をより正確に制御できるようにするために、全量押しのけ容積サイクルと併用される。このタイプの機械の例としては、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔブランドの油圧ポンプ及びモータ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔは、英国ＬｏａｎｈｅａｄのＡｒｔｅｍｉｓ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ社の商標である）が挙げられる。

このタイプの油圧機械は、シリンダ容積の各サイクルの間の押しのけ容積を選択することができるので、十分に長い期間の平均をとると、出力又は入力押しのけ容積の無限可変の範囲を提供可能であるという利点がある。また、このタイプの油圧機械は、典型的なアプリケーションでは、個々のシリンダが生成すべき押しのけ容積に関する次の決定点までに非常に短い遅延しかないので、押しのけ容積の要求の変化に迅速に応答することもできる。したがって、典型的な制御アルゴリズムは、全押しのけ容積が、要求信号（望ましい押しのけ容積であってもよいし、高圧マニホールドの圧力等、押しのけ容積に関連する関連変数であってもよい）に最もよく一致するように、各シリンダによって押しのけられる容積を選択する。したがって、アクティブサイクル（作動流体の正味押しのけ容積が存在し、作動流体の最大量が押しのけられるフルストロークサイクル又は作動流体の最大量の一部のみが押しのけられる部分ストロークサイクル）または非アクティブサイクル（おそらく、低圧バルブが開いたままであるためシリンダに流入した作動流体が低圧マニホールドに出力として戻されているか、全てのバルブが閉じたままであるため正味押しのけ容積が存在せず、シリンダ内の作動流体の僅かな残留量の中でキャビテーションが起こるのみであることから、作動流体の正味押しのけ容積が存在しない）を実行するかどうかの決定は、各シリンダの容積サイクル毎に、独立してなされる。したがって、選択されるシリンダの間に相互関係は存在しない。押しのけ容積信号及び正味出力に応じて、各シリンダは等しく選択される可能性がある。

この構成には、いくつかの利点がある。各シリンダとそれに関連したバルブは、典型的には等しく摩耗し、そして、押しのけ容積の無限可変の範囲と、要求の変化への迅速な応答という利点が最大化される。

本発明は、このタイプの機械の長期信頼性を改善しようとするものであり、特に大型の、例えば再生可能エネルギー発電等のアプリケーションに用いられる機械で、洋上風力発電装置の場合等、特にメンテナンスが困難な場合を対象とする。そのようなアプリケーションでは、信頼性、寿命及び現地メンテナンスの間隔が重要である。

典型的には、このタイプの油圧機械は、複数の軸受に支持される回転クランクシャフトに配置された１以上のカムを駆動し、又は該１以上のカムによって駆動される。信頼性を最大化するためには、ピストンの動作によりカムに加わる不均等な半径方向の力に起因してクランクシャフトに作用し、そのためクランクシャフトを支持する軸受に作用する正味の半径方向の力に起因する軸受サイドロードを最小化することは好都合である。カムに作用する力（及び軸受による反作用の荷重）は、いかなるときにどのシリンダが選択されるかによって、また、シリンダ容積の各サイクルの間にこれらのシリンダのために選択される押しのけ容積によって変化する。上述のアルゴリズムにしたがって制御される油圧機械の場合、軸受サイドロードは大きくなりうる。軸受サイドロードは、いくつかの押しのけ容積のレベルにおいて特に大きくなり得る。そのような押しのけ容積のレベルは、主に隣り合うピストン又は実質的に隣り合うピストンにより作用する力につながり、そして、作用する力の和は大きな合力となる。
本発明は、少なくとも２つの偏心カムを備える回転シャフトを有する油圧機械における軸受サイドロードを低減するという技術的課題に取り組むものである。

本発明の第一の態様は、
再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けてハブを回転させる少なくとも１つのロータブレードが取り付けられたハブと、
前記ハブに接続された回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、
前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、
少なくとも１つの前記モータに連結された少なくとも１つの発電機と、を備え、
前記ポンプ及び／又は少なくとも１つのモータは、
複数の軸受により支持される回転可能シャフトと、
前記シャフトの周囲に周状に配置される第１及び第２偏心カムを含む、少なくとも１つの偏心カムのペアと、
第１及び第２ピストンシリンダ装置を含み、各ピストンシリンダ装置はシリンダ内を往復運動するように作動可能なピストンを含み、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンは前記第１及び第２カムとそれぞれ力の伝達関係にある、少なくとも１つのピストンシリンダ装置のペアと、
前記ピストンシリンダ装置と通信するコントローラと、を含み、
前記第１偏心カムは、前記第２偏心カムとは実質的に逆位相であり、かつ、前記第１ピストンシリンダ装置は、前記第２ピストンシリンダ装置とは実質的に反対に位置し、
前記コントローラは、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置がアクティブの場合には、前記第１及び第２偏心カムをそれぞれ経由して前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンにより前記軸受に作用するラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置が、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにされる運転モードを有する再生可能エネルギー型発電装置を提供する。

２つの構成要素が互いに“力の伝達関係”にあるというときは、力がそれらの間を伝達し得るということである。

典型的には、第１及び第２偏心カムは回転可能シャフトとともに回転する。実質的に互いに反対に位置する、とは、回転シャフトに関して半径方向に互いに反対に位置することを意味する。ピストンシリンダ装置の各ペアのピストンシリンダ装置は、典型的には互いに軸方向に離れている。軸方向に離れる、とは、回転可能シャフトの回転軸に並行な方向において、互いに間を隔てていることを意味する。

典型的には、各ペアの第１及び第２偏心カムは、互いに軸方向に離れている。

シリンダがアクティブにされた場合、作動室の各サイクルの間、シリンダは圧油の押しのけ容積を生成し、その結果、各カムに力が作用する。シリンダが非アクティブにされた場合、シリンダは、作動室の各サイクルの間、シリンダは圧油の押しのけ容積を実質的に生成せず、したがって各カムには実質的に力が作用しない。

コントローラが上述の運転モードで運転している場合、実質的に互いに同調して第１及び第２ピストンシリンダ装置をアクティブ及び非アクティブにすることによって、ピストンにより第１及び第２カムを経由して軸受に作用するラジアル荷重が常に互いに相殺効果を有することが確保される。相殺効果は完全な相殺効果であってもよく、その場合、第１及び第２偏心カムにおける第１及び第２ピストンシリンダ装置のピストンから作用する半径方向の力による正味の軸受荷重が実質的にゼロとなる。しかしながら、より典型的には、相殺効果は不完全であり、いくらかの軸受荷重は（低減されはするが）残存する。

軸受荷重を（例えば単一のピストンシリンダ装置を一度にアクティブとする場合に比べて）低減することで、第一に、軸受の期待寿命を著しく改善することができ、また、第二に、軸受を小型化することができ、軸受に荷重が作用する際のエネルギー損失を低減することができる。

ラジアル荷重が互いに有する相殺効果のおかげで、シャフトに作用しうる最大の曲げモーメントもいくつかの状況下では低減され得るため、シャフトの期待寿命が延長する。これは、発電装置において行う必要があるメンテナンスの量をも低減し、このことは、洋上風力発電装置等のように、発電装置がその性質上アクセス困難な場合に特に有益である。

好ましくは、偏心カムの複数のペアが設けられ、偏心カムの各ペアは、シャフトの周囲に周状に配置される第１及び第２偏心カムを含み、第１及び第２偏心カムは、実質的に互いに逆位相である。

典型的には、偏心カムのペアは互いに軸方向に離れている。

好ましくは、ピストンシリンダ装置の複数のペアが設けられ、ピストンシリンダ装置の各ペアは、シャフトの周囲に周状に配置され、実質的に互いに反対に位置する第１及び第２ピストンシリンダ装置を含む。

典型的には、シャフトの周囲に周状に配置される各ピストンシリンダ装置は、該ピストンシリンダ装置の実質的に反対側でシャフトの周囲に周状に配置された他のピストンシリンダ装置とともに、ピストンシリンダ装置のペアを形成する。

典型的には、複数のピストンシリンダ装置は、各偏心カムの周囲に周状に配置される。

典型的には、第１の数のピストンシリンダ装置が第１偏心カムの周囲に周状に配置され、第２の数のピストンシリンダ装置が第２偏心カムの周囲に周状に配置され、前記第１の数と前記第２の数は等しい。

好ましくは、偏心カム１つに対し、偶数のピストンシリンダ装置が設けられる。

典型的には、第１カムの周囲に設けられた各ピストンシリンダ装置は、第１カムと隣り合う第２カムの周囲に設けられたピストンシリンダ装置と組になって、ピストンシリンダ装置のペアを形成し、各ペアは、実質的に互いに反対に位置する第１及び第２ピストンシリンダ装置を含む。

コントローラは、ピストンシリンダ装置の各ペアのピストンシリンダ装置を一緒にアクティブ及び非アクティブにするように構成されていてもよい。

各ペアのピストンにより軸受のうち１以上に（カムを経由して）作用するラジアル荷重が、互いに相殺効果を有するように、ピストンシリンダ装置の各ペアのピストンにより、第１及び第２偏心カムに力が作用してもよい。

第１及び第２偏心カムは、必ずしも完全に逆位相でなくてもよい。実際には、幾つかの実施形態では第１及び第２偏心カムの位相は対称であるが、これらの位相は対称となっていなくてもよく、その場合、ポンプ／モータの排出行程の時間は対応する吸入行程の時間とは等しくない。この場合、完全な逆位相とはならない。

第１及び第２ピストンシリンダ装置は、必ずしも完全に反対に位置しなくてもよい。

幾つかの状況では、第１及び第２偏心カムが、わずかに逆位相からずれていること（又は各ペアの第１及び第２ピストンシリンダ装置が、完全な反対側の位置からオフセットしていること）は、トルクリップルを低減するために有益である。

トルクリップルとは、このタイプの機械において階段状の特性を有する出力押しのけ容積から生じるトルクの振動をいう。このようなトルクは、ポンプ／モータのクランクシャフトに作用するトルクであってもよく、ポンプ／モータに連結される他の機械、例えば、駆動シャフトを介して油圧ポンプに連結される風車タービンのブレードや、油圧ポンプに連結される発電機の回転シャフトに作用するトルクであってもよい。

この場合、ピストンシリンダ装置の各ペアの第１及び第２ピストンシリンダ装置は、わずかに異なるタイミングで第１及び第２カムを駆動し（又は第１及び第２カムにより駆動され）、正確に同時に２つのピストンシリンダ装置を駆動する（又は２つのピストンシリンダ装置により駆動される）場合にカムによって生じるであろうトルクのピークを均すため、トルクリップルは低減される。

一実施形態では、第１カムと第２カムの間には１８０°±２２．５°、 １８０°±１２．５°、又は１８０°±７．５°の位相差があってもよい。ただしこの位相差は、回転可能シャフトの回転軸の周囲を円周方向に計測する。

好ましくは、（各偏心カムのペアの）第２偏心カムは、（各偏心カムのペアの）第１偏心カムとは１８０°±１８０°／（ｎＪ）だけ位相がずれている。ただし、ｎは偏心カムあたりのピストンシリンダ装置の数であり、Ｊは偏心カムのペアの数である。位相は、典型的にはシャフトの周囲を円周方向に計測される。

第１カムと第２カムとの間をこのような位相差とすることで、軸受荷重を著しく低減しながらトルクリップルを低減できることが見出された。

上記に代えて、各ピストンシリンダ装置のペアの第１ピストンシリンダ装置の位相が、そのペアの第２ピストンシリンダ装置とは１８０°±１８０°／（ｎＪ）だけずれていてもよい。この場合、各ペアの第１及び第２カムは、互いに完全に逆位相であってもよく、この場合でもトルクリップルは低減する。

第１及び第２ピストンシリンダ装置が実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにされる運転モードにおいて、第１及び第２ピストンシリンダ装置は、必ずしも完全に互いに同調してアクティブ又は非アクティブにされなくてもよい。しかしながら、アクティブ化／非アクティブ化の位相が近いほど、（ピストンによりカムを経由して軸受に作用する半径方向の力がより相殺されることを介して）軸受荷重はより低減されるので、好ましい。

コントローラと第１及び第２ピストンシリンダ装置との間の通信は、典型的には電子的な通信である。

典型的には、少なくとも１つの発電機の各々は、それぞれ少なくとも１つのモータのうちの１つに連結される。
一実施形態では、発電装置は、少なくとも２つのモータと、少なくとも２つの発電機を備え、各発電機は、前記モータの少なくとも１つに連結される。好ましくは、少なくとも２つの発電機の各々は、それぞれ、前記少なくとも２つのモータのうちの１つに連結される。

ピストンは、シャフトが一回転するうちの一部においてのみ、各偏心カムと力の伝達関係にあってもよい。又は、ピストンは、各偏心カムと常に力の伝達関係にあってもよい。例えば、ピストンは、連接棒により各カムに連結されていてもよい。

一実施形態において、第１偏心カムは第１連接棒によって第１ピストンシリンダ装置のピストンに連結され、第２偏心カムは第２連接棒によって第２ピストンシリンダ装置のピストンに連結され、それぞれの連接棒は、前記連接棒が連結された前記偏心カム上を滑る摺動面を有する。

連接棒は、偏心カムをピストンシリンダのグループのピストンに連結するための便利で効率的な手段を提供する。

好ましくは、少なくとも第１及び第２軸受が、それぞれの第１及び第２位置においてシャフトを支持し、第１及び第２偏心カムは、第１及び第２位置の間の、シャフトにおける中間位置に設けられる。第１及び第２位置は、したがって互いに軸方向に離れており、また、第１及び第２偏心カムからシャフトに沿って軸方向に離れている。軸受は、典型的には、第１及び第２位置においてシャフトに係合する。

（各ペアの）第１及び第２偏心カムは、典型的には、軸方向において互いに隣り合う。典型的には、第１及び第２偏心カムの間には他のカムは存在しない。しかしながら、例えば第１及び第２偏心カムの間においてシャフトを支持するために、軸方向において第１及び第２偏心カムの間に１以上の他の軸受が設けられていてもよい。

典型的には、複数のカムのペアが設けられる場合、カムの各ペアは、軸方向に隣のペアのカムと軸方向に隣あう少なくとも１つのカムを有し（すなわち、これらのカムの間に別のカムは設けられない）、カムのペアとペアの間には共有の軸受が設けられる。好ましくは、実質的に互いに逆位相である各ペアのカムと同様に、隣り合うペアのうち軸方向に隣り合うカムも、実質的に互いに逆位相である。このことは、軸方向に隣り合うカムのペアの間で共有される軸受に作用する荷重の最小化に寄与する。これは、隣り合うペアのうち軸方向に隣り合うカムの周囲に設けられるピストンシリンダ装置のピストンにより（カムを経由して）共有の軸受に作用する半径方向の力は、互いに相殺効果を有するためである。

好ましくは、シャフトに沿って配置される偏心カムのペアがＪ組と、各偏心カムの周囲に周状に配置されるピストンシリンダ装置がｎ個存在し、ｊ番目のペアの第１偏心カムの相対位相角は、（３６０°／ｎ）に（ｊ―１）／Ｊを乗じたものとして定義され、前記相対位相角は、前記回転可能シャフトの回転軸の周囲を円周方向に計測される。この場合、カムの各ペアの周囲に配置されるピストンシリンダ装置は、同一の相対位相に設けられてもよい。

“相対位相”とは、偏心カムの１番目のペアの第１偏心カムの位相によって定義されるゼロ点に対する相対的な位相を意味する。

上述したように、カムの各ペアは、典型的には、互いに軸方向に離れた第１及び第２カムを含む。したがって、各ペアの第１カムは、軸方向において、各ペアの第２カムよりもシャフトの第１の端部に近い。したがって、各ペアの“第１”偏心カムは、各ペアのカムのうち、軸方向において、そのペアの第２カムよりも第１の端部に近い方のカムを意味する。シャフトの“第１の端部”は、一貫して固定した基準を与えるように定義される限りにおいて、シャフトのいずれかの一端であればよい。

少なくともカムのペアが３つである場合、ｊ番目の偏心カムのペアは、必ずしも（ｊ−１）番目と（ｊ＋１）番目の偏心カムのペアの間に設けられなくてもよい。しかしながら、好ましくは、ｊ番目のカムのペアは、（ｊ−１）番目の偏心カムのペアと（ｊ＋１）番目の偏心カムのペアの間に位置する。この場合、（ｊ−１）番目のカムのペアの第１カムとｊ番目のカムのペアの第１カムとの間の位相差は、（ｊ−１）番目のカムのペアの第１カムと（ｊ＋１）番目の偏心カムのペアの第１カムとの間の位相差よりも小さい。これによって、隣り合うカムのペアの相対位相が可能な限り近いことが確保され、このことは隣り合うカムのペアの間に設けられる中間軸受に作用する荷重の低減に寄与する。

偏心カムの各ペアの第１偏心カムをこの式に従った位相とすることで、特に、シャフトに沿って偏心カムのペアが複数設けられる場合（そして、対応する複数のピストンシリンダ装置が各カムの周囲に設けられる場合）、トルクリップルが大幅に低減することが見出された。上述したように、これは、カムの各ペアが、回転シャフトが回転する間の異なるタイミングでその周囲に設けられたピストンシリンダ装置を駆動し（又はピストンシリンダにより駆動され）、これにより、カムが各ピストンシリンダ装置を同時に駆動する（又は各ピストンシリンダ装置に同時に駆動される）場合に発生するであろうトルクのピークを大幅に均すためである。

好ましくは、特にピストンシリンダ装置が、同一の相対位相でカムの各ペアの周囲に配置される場合、同一の位相角を有する偏心カムは複数存在しない。各偏心カムを異なる位相角とすることで、トルクリップルを最小化することができる。

上記に代えて、偏心カムの各ペアの周囲に配置されるピストンシリンダ装置は、隣り合う偏心カムのペアの周囲に配置されるピストンシリンダ装置とは、位相がオフセットしていてもよい。例えば、ｊ番目の偏心カムのペアの第１偏心カムの周囲に設けられる第１ピストンシリンダ装置の相対角度は、（３６０°／ｎ）に（ｊ−１）／Ｊを乗じたものであってもよい（ただし、変数の定義は上述のとおりである）。好ましくは、偏心カムの各ペアの周囲に配置されたピストンシリンダ装置は、シャフトに配置される他のいかなるペアの周囲に配置されるピストンシリンダ装置とも異なる位相でカムの各ペアの周囲に配置されてもよい。この場合、カムの各ペアの第１偏心カムは、同一の相対位相において設けられていてもよいし、カムの各ペアの第２偏心カムは、同一の相対位相において設けられていてもよい。

隣り合う偏心カムのペアの第１カムが同一の位相で設けられており、かつ、隣り合う偏心カムのぺアの第２カムが同一の位相で設けられている場合、シャフトの周囲において、同一の位相角に位置するピストンシリンダ装置が複数存在しないことが好ましい。

一実施形態において、カムの各ペアの第１及び第２偏心カムは、軸方向に第１距離だけ互いに離れており、かつ、隣り合う軸受は、軸方向に第２距離だけ互いに離れており、前記第１距離は、前記第２距離よりも短い。第１距離は第２距離よりも短いので、第１及び第２ピストンシリンダ装置のピストンにより第１及び第２偏心カムに作用する半径方向の力に起因する、シャフトに作用する曲げモーメントは小さくなる。

好ましくは、ｍ組のペアの偏心カムに対して、（ｍ＋１）個の軸受が前記シャフトを支持するために設けられる。上述したように、偏心カムの複数のペアがあるときは、中間軸受が隣り合う偏心カムのペアの間で共有されていてもよい。カムの各ペアの両側（軸方向に）にそれぞれ１つの軸受と、（軸方向に）隣り合うカムの各ペア間に１つの軸受を設けることで特に安定的な構成となるので、カムのペアの数よりも１つ多い軸受を有することが好ましい。

第１及び第２シャフトシールが設けられていてもよく、各シャフトシールは、シャフトの両端にそれぞれ配置される。あるいは、シャフトの一端に配置される単一のシャフトシールが設けられてもよい（すなわち、シャフトの他端に配置される第２シャフトシールを設けない）。

第１及び第２偏心カムは、典型的にはシングルローブのカムである。

第１ピストンシリンダ装置は、第１平面上に存在する往復運動の主軸を有していてもよく、第２ピストンシリンダ装置は、第２平面上に存在する往復運動の主軸を有していてもよい。ここで、第１及び第２平面は、軸方向において、シャフトに沿って互いに離れている。

典型的には、前記発電装置は、前記再生エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置である。

本発明の第２の態様は、
再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けてハブを回転させる少なくとも１つのロータブレードが取り付けられたハブと、前記ハブに接続された回転シャフトと、前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、少なくとも１つの前記モータに連結された少なくとも１つの発電機と、を備える発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法であって、
ａ．複数の軸受により回転可能シャフトを支持し、
ｂ．前記第１及び第２ピストンシリンダ装置が、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにする運転モードで第１及び第２ピストンシリンダ装置を運転し、
（ただし、各ピストンシリンダ装置はシリンダ内を往復運動するように作動可能なピストンを含み、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置は、実質的に互いに反対に位置し、前記回転可能シャフトの周囲に周状に配置されるピストンシリンダ装置のペアを形成する）
ｃ．前記第１及び第２ピストンシリンダ装置を、実質的に互いに同調させてアクティブにし、
ｄ．第１及び第２偏心カムをそれぞれ経由して、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンにより１以上の前記軸受にラジアル荷重を作用させ、
前記第１及び第２偏心カムは、前記第１及び第２カムのそれぞれを経由して前記ピストンにより軸受に作用する前記ラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、実質的に互いに逆位相に位置する、発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法を提供する。

第１及び第２ピストンシリンダ装置を実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにすることにより、コントローラが上記の運転モードで動作している場合に、ピストンによりカムを経由して軸受に作用する半径方向の力が常に互いに相殺効果を有するようにすることが可能となる。

正味の軸受荷重を（例えば、単一のピストンシリンダ装置を同時にアクティブにする場合と比較して）低減することで、軸受の期待寿命を大幅に改善することができる。

典型的には、少なくとも一つの発電機の各々は、それぞれ少なくとも１つの前記モータのうちの１つに連結される。

一実施形態では、前記発電装置は、少なくとも２つのモータと少なくとも２つの発電機を備え、各発電機は少なくとも１つの前記モータに連結される。好ましくは、少なくとも２つの発電機の各々は、それぞれ少なくとも２つの前記モータのうちの１つに連結される。

好ましくは、前記方法は、前記シャフトの周囲に周状に配置されたピストンシリンダ装置の複数のペアをアクティブにする工程であって、ピストンシリンダ装置の各ペアの前記ピストンシリンダ装置は互いに反対側に配置され、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにされる工程と、前記ピストンにより１以上の軸受に加わるラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、前記第１及び第２カムのそれぞれを経由してピストンシリンダ装置の各ペアの前記ピストンにより、１以上の軸受にラジアル荷重を作用させる工程と、をさらに備える。

ピストンシリンダ装置のペアは、典型的にはシャフトの周囲において位相がオフセットしている。

第１及び第２偏心カムは、典型的には、シングルローブのカムである。

好ましくは、前記発電装置は、再生可能エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置である。

本発明の例示的な実施形態を、次の図面を参照して説明する。
本発明による風車の概略構成図である。 図１の風車のポンプ又はモータの回転可能シャフトの概略断面図である。 図１の風車の油圧ポンプ又はモータの概略構成図である。 図２の回転可能シャフトの端面図である。 図２のシャフトの簡略化された側面図である。

図１に、可変ピッチタービン２と同期発電機４を備える風車１を概略的に示す。発電機４は、三相系統６（典型的には５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで運転される）に接続される。風のエネルギーは、タービン２から、油圧トランスミッションを通して発電機４に伝達される。油圧トランスミッションは、駆動シャフト１２により前記タービンに駆動可能に接続された可変容量型油圧ポンプ１０と、別の駆動シャフト１６により前記発電機のロータに接続された可変容量型油圧モータ１４と、を含む。可変容量型油圧ポンプ１０及びモータ１４について、以下により詳細に説明する。

圧油マニホールド１８（高圧トランスミッションマニホールドとして機能する）は、油圧ポンプの排出口から油圧モータの吸入口に延びている。幾つかの実施形態では、圧油マニホールド１８は、複数の油圧モータの吸入口へ延びている。複数の油圧モータの各々は、並列に別々の発電機に接続され、それぞれ独立して発電機を駆動してもよい。圧油マニホールド１８は、作動油の貯留タンクとして機能するオレオ空気圧式アキュムレータ２０とも連通している。オレオ空気圧式アキュムレータには、通常１００ｂａｒ以上の、比較的高圧の不活性ガスが予め充填されており、さらに、加圧された不活性ガスがガスボンベに保持され、オレオ空気圧式アキュムレータに流体的に接続されていてもよい。ポンプ１０及びモータ１４は、各低圧バルブ（不図示）を介して低圧マニホールド２６にも接続されている。低圧マニホールドは、油圧作動油のための貯留タンクまたは低圧アキュムレータ２８に延びており、使用時には、作動油を油圧モータの排出口から油圧ポンプの吸入口へ案内する機能を有する。

（油圧ポンプ及びモータ：作動原理）
図２は、ポンプ１０又はモータ１４の回転可能クランクシャフト５０の概略断面図であり、回転可能クランクシャフト５０は、第１及び第２位置５３，５５においてそれぞれ第１及び第２軸受５２，５４により支持される。第１及び第２シングルローブ偏心カム５６ａ及び５６ｂと、５８ａ及び５８ｂをそれぞれ含むシングルローブの偏心カム（又は“スロー”）の２つのペア５６，５８は、クランクシャフト５０に沿って、軸方向に互いに離れて設けられる。カムのペア５６，５８のそれぞれの第１及び第２カムは、シャフトの周囲において、実質的に互いに逆位相である。

カムの２つのペア５６，５８は、第１及び第２位置５３，５５の間においてシャフト５０の中間位置に設けられる。カム５６，５８の間には、付加的な軸受６２が設けられてもよい。通常、ｍ組のペアの第１及び第２偏心カムが設けられる場合、（ｍ＋１）個の軸受が設けられてもよい（カムのペア２つが２つの軸受の間に設けられるときは、各隣り合うカムのペアの間に１つの付加的な軸受が設けられる）。図２に示されるように、軸受は、隣り合うカムのペアの間で共有されてもよい。これにより、軸受の数を最小化しつつ、安定で、耐久性のある構成が提供される。

図２，４及び５に示されるように、ピストンシリンダ装置の各バンクは（図２にはピストンシリンダ装置のシリンダのみが示される）、典型的には、カム５６ａ，５６ｂ，５８ａ及び５８ｂのそれぞれのの周りに設けられ、各バンクはシャフト５０の周りに周状に設けられる複数のピストンシリンダ装置を備える。偏心カムはシャフト５０とともに回転する。回転可能シャフト５０が回転軸Ａ（図２参照）の周りを１回転する間、各偏心カムは、そのカムを取り囲むピストンシリンダ装置のバンクの各ピストンと常に力の伝達関係にある。したがって、カムの各ペアは、典型的には、隣り合うピストンシリンダ装置のバンクの異なるペアを駆動する（又は、モータ１４の場合には、典型的には、隣り合うピストンシリンダ装置のバンクの異なるペアにより駆動される）。

各ピストンシリンダ装置は、周期的に容積が変化する作動室を画定するように、シリンダ内を、シャフトの回転軸（図２においてＡ−Ａのラインによって示される）に実質的に直交する往復運動の主軸に沿って往復運動するピストンを備える。各ピストンシリンダ装置によって押しのけられる流体の体積は、作動室容積のサイクル毎に選択可能である。作動室を通過する流体の正味の処理量は、機械の個々の作動室と流体マニホールドとの間の流体の連通を調整するように、作動室容積のサイクルの位相と関連させて電子制御可能なバルブを能動的に制御することにより決定される。個々の作動室は、サイクル毎に、選択可能な作動流体の容積を押しのけるか、又は作動流体の正味押しのけ容積を伴わないアイドルサイクルとするかをマシンコントローラ１１２（ピストンシリンダ装置と電子的に通信している；図３参照）により選択可能であり、これにより、必要に応じて、ポンプ又はモータの正味の処理量を、動的に要求に一致させることができる。

図２に示されるように、各バンクのピストンシリンダ装置は、典型的には、同一の平面上にある（すなわち、各バンクのピストンシリンダ装置の往復運動の主軸は、共通の、典型的には鉛直の平面上にある）。以下に説明するように、各ピストンシリンダ装置は隣りのバンク（隣り合うバンクは、軸方向に互いに離れている）のピストンシリンダ装置とペアとなり、ピストンシリンダ装置のペアを形成し、各ペアのピストンシリンダ装置は実質的に互いに反対に位置する。しかしながら、まず、ポンプ１０及びモータ１４の作動原理について説明する。

図３は、ポンプ１０及びモータ１４の概略構成図であり、１つの偏心カム５６ａ及び単一のピストンシリンダ１００のみを示すものである。しかし、ポンプ１０及び／又はモータ１４の他のカム及びピストンシリンダデバイスも、同様の原理で作動する。

図３に示すピストンシリンダ装置１００は、シリンダ１０４の内面と、作動室の容積を周期的に変化させるようにシリンダ１０４内を往復運動するピストン１０６とにより画定される容積を有する作動室１０３を備える。ピストン１０６は、偏心カム５６ａにより駆動される（又は、機械がモータとして作動するときは、偏心カム５６ａを駆動する）。ピストン１０６は、ピストンフット１０９を介してピストン１０６とカム５６ａとの間で力が伝達可能となるように、カム５６ａに係合するように成形されたフット１０９を備える。

シャフト位置及び速度センサ１１０は、瞬間の角度位置及びシャフトの回転速度を測定し、シャフト位置及び速度の信号をマシンコントローラ１１２に送信する。これによりコントローラ１１２は、その瞬間における個々の作動のサイクルの位相を特定することができる。マシンコントローラ１１２は、典型的には、例えばマイクロコントローラのような、格納されたプログラムを実行するプロセッサを備える。

ピストンシリンダ装置１００は、能動的に制御される低圧バルブ１１４をさらに備える。低圧バルブ１１４は電子制御可能なフェースシールポペットバルブであって、作動室に向かって内側に向いており、作動室１０３から低圧マニホールド１１６へ延びる経路を選択的に封じるように作動可能である。なお、低圧マニホールド１１６は、油圧ポンプ１０又はモータ１４それぞれの吸入口または排出口を通じて主要な低圧マニホールド２６と連通する。作動室１０３は、高圧バルブ１１８をさらに備える。該高圧バルブは作動室から外側に向いており、作動室から高圧マニホールド１２０に延びる経路を封じるように作動可能である。なお、高圧マニホールド１２０は、油圧ポンプ又はモータそれぞれの排出口又は吸入口を通じて圧油マニホールド１８と連通する。

少なくとも低圧バルブ１１４は能動的に制御されるので、作動室容積の各サイクルの間、低圧バルブ１１４を能動的に閉じるか、又は幾つかの実施形態では、能動的に開けたままとするか、コントローラ１１２が選択可能である。幾つかの実施形態では、高圧バルブ１１８は能動的に制御され、また、幾つかの実施形態では、高圧バルブ１１８は受動的に制御される弁であり、例えば吐出圧チェックバルブである。

油圧ポンプ１０及び油圧モータ１４は、ポンピングサイクル又はモータリングサイクルのみをそれぞれ実行してもよい。しかしながら、いずれか一方又は両方の装置は、代替運転モードにおいてポンプ又はモータとして作動するポンプ−モータであり、ポンピングサイクル又はモータサイクルを実行可能であってもよい。

フルストロークのポンピングサイクルは、例えば油圧ポンプにより実行されるものであるが、欧州特許出願公開第０３６１９２７号において説明されている。作動室の膨張行程の間、低圧バルブ１１４は開いており、作動油が低圧マニホールド１１６から作動室に入る。下死点又は下死点付近において、コントローラ１１２は、低圧バルブ１１４を閉じるべきか否かを決定する。低圧弁１１４が閉じられると、作動室１０３内の作動油は、ピストン１０６（ピストンフット１０９を介してクランクシャフト５０により駆動される）がシリンダ１０４の中へ動くことによって加圧され、これに続く作動室の収縮行程の間、高圧バルブ１１８に向かって排出される。このようにポンピングサイクルが起こり、ある容積の流体が高圧マニホールドに押しのけられる。ポンピングストロークの間のピストン１０６による半径方向の反力は、偏心カム５６ａを介してクランクシャフト５０に伝わり、シャフトを支持する１以上の軸受に荷重を作用させる。

その後低圧バルブ１１４は、上死点において又は上死点の直後に再度開く。低圧バルブが開いたままであると、作動室内の作動油が低圧マニホールド１１６に戻され、高圧マニホールド１２０への正味の作動油押しのけ容量を伴わないアイドルサイクルが起こる。

幾つかの実施形態では、低圧バルブ１１４は付勢されて開くようになっており、ポンピングサイクルが選択される場合には、コントローラにより能動的に低圧バルブ１１４を閉じる必要がある。他の実施形態では、低圧バルブ１１４は付勢されて閉じるようになっており、アイドルサイクルが選択される場合には、コントローラにより能動的に低圧バルブを開いたままとする必要がある。高圧バルブ１１８は能動的に制御されてもよいし、受動的に開くチェック弁であってもよい。

フルストロークのモータリングサイクルは、例えば油圧モータ１４により実行されるものであるが、欧州特許出願公開第０４９４２３６号において説明されている。収縮行程の間、作動流体は、低圧バルブ１１４を通って低圧マニホールド１１６に排出される。コントローラ１１２によりアイドルサイクルが選択される場合、低圧弁１１４は開いたままとなる。しかしながら、フルストロークのモータリングサイクルが選択されると、低圧バルブ１１４は排出行程の終了点付近（即ち、上死点の直前）で閉じられる。そうすると、体積の減少が継続するため、作動室内の圧力が上昇する。圧力が十分に上昇すると、典型的には上死点の直後に、高圧バルブ１１８が開弁することができ、作動流体が高圧マニホールド１２０から作動室１０３に流入する。この高圧流体はピストン１０６をシリンダ１０４の外へ向かって駆動して、偏心カム５６ａを介してクランクシャフト５０を回転させる。クランクシャフト５０と同様に、ピストン１０６によりカム５６ａに作用する半径方向の力は、シャフトを支持する１以上の軸受に荷重を作用させる。

下死点の直前で、高圧バルブ１１８は能動的に閉じられる。そうすると作動室内の圧力は低下し、下死点付近又は下死点の直後に、低圧バルブ１１４が開弁可能となる。

幾つかの実施形態では、低圧バルブ１１４は付勢されて開くようになっており、モータリングサイクルが選択される場合には、コントローラ１１２により低圧バルブ１１４を閉じる必要がある。他の実施形態では、低圧バルブ１１４は付勢されて閉じるようになっており、アイドルサイクルが選択される場合にはコントローラ１１２により能動的に開いたままとする必要がある。低圧弁１１４は、典型的には受動的に開弁するが、開弁のタイミングを慎重に制御できるようにするために、能動的な制御のもとで開弁されてもよい。したがって、低圧バルブ１１４は、能動的に開かれてもよいし、または、能動的に開かれたままとされた場合には、この能動的な開弁が停止されてもよい。高圧弁１１８は能動的又は受動的に開かれてもよい。典型的には、高圧バルブ１１８は能動的に開かれる。

幾つかの実施形態では、マシンコントローラ１１２は、アイドルサイクルとフルストロークのポンピング及び／又はモータリングサイクルとの間で選択する代わりに、部分的ストロークのポンピング及び／又は部分的ストロークのモータリングサイクルを作り出すように、バルブ開閉タイミングの精密な位相を変化させるように作動可能であってもよい。

部分的ストロークのポンピングサイクルでは、作動室１０３の最大ストローク容積の一部のみが高圧マニホールド１２０に押しのけられるように、低圧バルブ１１４は排出行程の後半に閉じられる。典型的には、低圧バルブ１１４の閉弁は、上死点の直前まで遅延される。

部分的ストロークのモータリングサイクルでは、高圧マニホールド１２０から流入する作動流体の体積及び作動流体の正味の押しのけ容積が、そうしない場合よりも少なくなるように、膨張行程を通じて、高圧バルブ１１８は閉じられ、低圧バルブ１１４は部分的に開かれる。

油圧ポンプ１０のコントローラ１１２及び／又は油圧モータ１４のコントローラ１１２は、油圧ポンプ１０及び油圧モータ１４から離れた場所にあってもよい。例えば、集中システムコントローラにより、油圧ポンプのコントローラ１１２及び／又は油圧モータのコントローラ１１２の機能を実行し、個々のバルブの開閉を制御するためのバルブ制御信号を生成してもよい。しかしながら、典型的には、油圧ポンプ１０及び油圧モータ１４は、別々のコントローラ１１２を有する。

（軸受荷重の低減）
カムのペア５６，５８及び各カムを取り囲むピストンシリンダ装置のバンクは、実質的に同様のものである。したがって、以下の詳細な説明では、簡潔な記載とするため、明記されない限り、カム５６ａ，５６ｂを含む第１のペア５６と、これらを取り囲むピストンシリンダ装置のバンクについてのみ記載する。カムの他のペア５８及びこれを取り囲むピストンシリンダ装置のバンクは、明記されない限り、ペア５６及びこれに対応するピストンシリンダのバンクと実質的に同様である。

図４に示されるように、３つのピストンシリンダ装置１００〜１０２が第１偏心カム５６ａの周囲に周状に配置され、３つのピストンシリンダ装置２００〜２０２が第２偏心カム５６ｂの周囲に周状に配置される。ピストンシリンダ装置１００及び２００、１０１及び２０１、並びに１０２及び２０２は、ピストンシリンダ装置の第１、第２並びに第３ペア形成し、各ペアのピストンシリンダ装置は実質的に互いに反対に位置する。

油圧機械がポンプ１０またはモータ１４のどちらとして作動するかにかかわらず、マシンコントローラ１１２は、ピストンシリンダ装置の各ペアが有する２つのピストンシリンダ装置を実質的に互いに同調して（即ち、実質的に同時に）アクティブ及び非アクティブとする運転モードを有する。したがって、第１偏心カム５６ａが第１ピストンシリンダ装置１００を駆動する（又は第１ピストンシリンダ装置１００に駆動される）ときには、第２偏心カム５６ｂは第２ピストンシリンダ装置２００を駆動する（又は第２ピストンシリンダ装置２００に駆動される）。ピストンシリンダ１００と２００及びカム５６ａと５６ｂは実質的に互いに反対に位置するので、第１及び第２ピストンシリンダ装置１００，２００のピストンにより第１及び第２偏心カム５６ａ，５６ｂを介して軸受に作用するラジアル荷重は互いに相殺効果を有する。このことは、図５により示される。偏心カム５６ａ，５６ｂと、ピストンシリンダ装置の他のペア１０１と２０１及び１０２と２０２との間においても、同様の相互作用（ラジアル軸受荷重の相殺を含む）が生じる。

第１及び第２カム５６ａ，５６ｂは、軸方向に隣り合って設けられる。これは、各ペアのカムが軸方向において離れている距離が近いほど、シャフト５０に作用する曲げモーメントが小さくなるためである。典型的には、各ペアのカム間の距離は、隣り合う軸受間の距離よりも短い。すなわち、カムのペアの第１及び第２偏心カムは、シャフトに沿って第１距離だけ軸方向に互いに離れており、隣り合う軸受は、シャフトに沿って第２距離だけ軸方向に離れていてもよい。ただし、第１距離は第２距離よりも短い距離である。

第１及び第２ピストンシリンダ装置１００，２００が互いに完全には反対に位置しない場合、若しくは、第１及び第２偏心カム５６ａ，５６ｂが完全には逆位相でない場合、又は、第１及び第２ピストンシリンダ装置１００，２００が、運転モードにおいてそれぞれ異なる体積の流体を押しのけるように構成されている場合、半径方向の力が完全には相殺されない場合があり、その場合には軸受荷重が残存する。ピストンにより第１及び第２カムに作用する半径方向の力の相殺を最適化し、これにより軸受荷重の低減を最適化するため、好ましくは（ただし必須ではないが）、この運転モードでは、ピストンシリンダ装置の各ペアの２つのピストンシリンダ装置は、作動流体の押しのけ容積が実質的に同一となるようにそれぞれ構成されていてもよい。

ラジアル軸受荷重は互いに相殺効果を有するため、軸受からの反作用による荷重が小さくなり、軸受の期待寿命が大幅に延長する。軸受の期待寿命が延長することは、洋上風車のような、メンテナンスの目的で油圧機械にアクセスすることが困難な（したがってメンテナンスを最小限におさえることが望ましい）アプリケーションにとって有用である。

ピストンシリンダ装置１００，２００が互いに完全に反対に位置し、第１及び第２偏心カム５６ａ，５６ｂが完全に逆位相である場合（これらの偏心カムは対称であると仮定する）、これらの装置のピストンにより偏心カム５６ａ，５６ｂを介して作用する半径方向の軸受荷重は、完全に互いに相殺することができ、このため、ピストンシリンダ装置１００，２００のペアにより作用する正味のラジアル軸受荷重がゼロになる（該ペアの各ピストンシリンダ装置は、同量の作動流体を押しのけるように構成されていると仮定する）。

しかしながら、ピストンシリンダ装置１００，２００が互いに完全に反対に位置し、第１及び第２偏心カム５６ａ，５６ｂが互いに完全に逆位相である場合、トルクリップルがかなり発生する場合がある。このトルクリップルは、第１及び第２カム５６ａ，５６ｂの間の位相差を完全な逆位相からオフセットすることにより低減することができる。完全な逆位相からのオフセットが大きいほど、生じるトルクリップルが小さくなる。しかしながら、既に説明したように、逆位相に近いほど軸受荷重の低減幅が大きくなる。したがって、これらの競合する要求を調整することが必要となる。

Ｊ組のペアの偏心カムが設けられ、ｎ個のピストンシリンダ装置が各バンクに設けられる場合、第１偏心カムと第２偏心カムとの間の位相差を１８０°±（１８０°／ｎＪ）とすることで、軸受荷重とトルクリップルの適切な低減が可能となることが見出された。

例えば、第１及び第２偏心カム５６，５８のペアが３ペアである場合（Ｊ＝３）、各カムの周囲に３つのピストンシリンダ装置が設けられている（ｎ＝３）と仮定すると、（１８０°±（１８０°／（３×３））＝）１８０°±２０°の位相差が算出される。
各ペアのカムを逆位相からオフセットする代わりに、ピストンシリンダ装置の各ペアのピストンシリンダ装置を、完全な反対の位置からオフセットしてもよい。例えば、各ペアの第２ピストンシリンダ装置は、該ペアの第１ピストンシリンダ装置から、シャフトの周りにおいて周方向に１８０°±（１８０°／ｎＪ）の角度だけオフセットされていてもよい。ｎ及びＪは上記で定義したとおりである。

図５に示すように、隣り合うカムのペア（及びこれを取り囲むピストンシリンダ装置のバンク）は、互いに同調していてもよい。すなわち、カム５６ａ，５６ｂを含む第１のペアが互いに反対に位置するピストンシリンダ装置１００，２００のペアを駆動するとき、同時に、カム５８ａ，５８ｂを含む第２のペアが、互いに反対に位置するピストンシリンダ装置２１０，２１２のペアを駆動する（図５を参照）。ここで、ピストンシリンダ装置２１０，２１２は、カム５６ａ，５６ｂにより駆動されるピストンシリンダ装置１００，２００の往復運動の各主軸に実質的に平行な往復運動の主軸を有する。この場合、各バンクのピストンシリンダ装置の各ペアは、カムの各ペアにより、実質的に互いに同調して駆動される。その結果、カム５６，５８の各ペアと、対応するピストンシリンダ装置のペア１００，２００及び２１０，２１２との相互作用により生成される残存トルクリップルが直接的に重なり合うため（すなわち、各ペアのカムは完全な逆位相からはオフセットされているにもかかわらず、カムの各ペアと、対応するピストンシリンダ装置のペアとの相互作用により生成されるトルクリップルが合わさるため）、かなりのトルクリップルがやはり生じる場合がある。このトルクリップルは、隣り合うカムのペアの位相を、相対的にオフセットすることにより低減することができる（各バンクのピストンシリンダ装置は、同一の相対位置において、シャフトの周囲に位置すると仮定する）。より具体的には、Ｊ組のカムのペアとｎ個のピストンシリンダ装置が各バンクに設けられる場合、ｊ番目の第１偏心カムの相対位相角は（３６０°／ｎ）×（ｊ−１）／Ｊとすればよいことが見出された。

例えば、カムのペアが３ペアであり（Ｊ＝３）、３つのピストンシリンダ装置が各カムの周りに設けられる場合（ｎ＝３）、３つのカムのペアの第１カムの互いに対する相対位相は、
それぞれ、（（３６０°／３）×（（１−１）／３）＝）０°、（（３６０°／３）×（（２−１）／３）＝）４０°、及び（（３６０°／３）×（（３−１）／３）＝）８０°となる。

カムの各ペアの相対位相を互いにオフセットすることで、幾つかのトルクが、増加するように合わさるのではなく互いに相殺するため、また、より少数のピストンシリンダ装置のペアが同時に駆動されるため（幾つかの実施形態では、同時に駆動されるピストンシリンダ装置のペアは存在しないため）、全体としてのトルクリップルは大幅に低減される。好ましくは、トルクリップルを最小とするため、同一の相対位相角には油圧ポンプ１０及び／又はモータ１４の偏心カムは複数設けられない。

図５に示すように、カムの第１ペア５６のカム５６ｂは、カムの第２ペア５８のカム５８ａと軸方向に隣り合う（カム５６ｂとカム５８ａの間には他のカムは存在しない）。第１及び第２ペア５６，５８の、軸方向に隣り合うカム５６ｂ，５８ａは、実質的に互いに逆位相である。このことは、（軸方向に隣り合う）カムの第１及び第２ペア５６，５８の間で共有される軸受６２に作用する荷重の最小化に寄与する。これは、それらのカムを取り囲むピストンシリンダ装置のピストン（すなわち、ピストンシリンダ装置２００，２１０のピストン）により、カム５６ｂ、５８ｂを介して共有される軸受６２に作用するラジアル荷重が、互いに相殺効果を有するからである。

上述の用語を用いると、カムのペアが２ペア以上設けられる場合、上述の式で規定される第１及び第２偏心カムの第１のペア、第２のペア、第３のペア等は、必ずしも連続して隣り合っていなくてもよい。例えば、偏心カムの第３のペアは、軸方向においてカムの第１及び第２ペアの間に設けられ、第３のペアの第１カムは、第１のペアの第１カムから８０°オフセットされるとともに、第２のペアの第１カムが第１のペアの第１カムから４０°オフセットされていてもよい（３つのピストンシリンダ装置が開くバンクに設けられていると仮定すれば、オフセット角は上述のように算出される）。しかしながら、上述の式で規定される第１及び第２偏心カムの第１のペア、第２のペア、第３のペア等が連続して隣り合うことが好ましい。これは、このようにすることにより、隣り合うカムのペアの相対位相が可能な限り近くなることが確保され、したがって軸受に作用する荷重、特に隣り合うカムのペアの間で共有される軸受に作用する荷重が最小化されるからである。したがって、上記の例では、偏心カムの第２のペアが、偏心カムの第１のペアと第３のペアとの間に好ましく配置され、第１、第２、第３のカムのペアの第１カムの相対位相は、それぞれ、０°、４０°及び８０°である（各バンクは、シャフトの周りに配置される３つのピストンシリンダ装置を備えると仮定する）。

隣り合うカムのペアの位相を相対的にオフセットする代わりに、各カムのペアの周囲に周状に配置されるピストンシリンダ装置のペアの位置を、他のカムのペアの周囲に配置されるピストンシリンダ装置に対してオフセットしてもよい。例えば、Ｊ組のカムのペアとｎ個のピストンシリンダ装置が各バンクにおいて設けられている場合、ｊ番目のカムのペアの第１カムの周囲に設けられる第１ピストンシリンダ装置の相対位相角は（３６０°／ｎ）×（ｊ−１）／Ｊとしてもよい。典型的には、ピストンシリンダ装置は、シャフトの周りに均等に分配されて配置される。

図２に示すように、シャフトシール１７０，１７２のペアが設けられ、クランクシャフト５０が収容されるケースの中に潤滑油を保持するために、シャフト５０の両端に１つずつのシールが配置される。しかしながら、単一のシャフトシールのみを設けてもよい。

ピストンシリンダ装置をピストンフット１０９を介してカムに連結する代わりに、ピストンシリンダ装置は、連接棒を介してカムに連結されてもよい。この場合、各カムのペアの第１偏心カムが第１連接棒を介して第１ピストンシリンダ装置のピストンに連結され、該ペアの第２偏心カムが第２連接棒を介して第２ピストンシリンダ装置のピストンに連結されてもよい。各連接棒は、該連接棒が連結される偏心カム上を滑る（典型的には環状の）摺動面を有していてもよい。

本明細書に開示される発明の範囲において、さらなる変更や変形がなされてもよい。

１ 風力発電装置
２ 可変ピッチタービン
４ 発電機
６ 三相系統
１０ 油圧ポンプ
１２ 駆動シャフト
１４ 油圧モータ
１８ 圧油マニホールド
２０ オレオ空気圧式アキュムレータ
２６ 低圧マニホールド
２８ 低圧アキュムレータ
５０ 回転可能クランクシャフト
５２ 軸受
５４ 軸受
５３ 第１位置
５５ 第２位置
５６ カムのセット
５６ａ 偏心カム
５６ｂ 偏心カム
５８ カムのセット
５８ａ 偏心カム
５８ｂ 偏心カム
６２ 軸受
１００ ピストンシリンダ装置
１０１ ピストンシリンダ装置
１０２ ピストンシリンダ装置
１０３ 作動室
１０４ シリンダ
１０６ ピストン
１０９ ピストンフット
１１０ シャフト位置及び速度センサ
１１２ マシンコントローラ
１１４ 低圧バルブ
１１６ 低圧マニホールド
１１８ 高圧バルブ
１２０ 高圧マニホールド
１７０ シャフトシール
１７２ シャフトシール
２００ ピストンシリンダ装置
２０１ ピストンシリンダ装置
２０２ ピストンシリンダ装置
２１０ ピストンシリンダ装置
２１２ ピストンシリンダ装置

Claims (15)

1. 再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
   再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けてハブを回転させる少なくとも１つのロータブレードが取り付けられたハブと、
   前記ハブに接続された回転シャフトと、
   前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、
   前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、
   少なくとも１つの前記モータに連結された少なくとも１つの発電機と、を備え、
   前記ポンプ及び／又は少なくとも１つのモータは、
   複数の軸受により支持される回転可能シャフトと、
   前記シャフトの周囲に周状に配置される第１及び第２偏心カムを含む、少なくとも１つの偏心カムのペアと、
   第１及び第２ピストンシリンダ装置を含み、各ピストンシリンダ装置はシリンダ内を往復運動するように作動可能なピストンを含み、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンは前記第１及び第２カムとそれぞれ力の伝達関係にある、少なくとも１つのピストンシリンダ装置のペアと、
   前記ピストンシリンダ装置と通信するコントローラと、を含み、
   前記第１偏心カムは、前記第２偏心カムとは実質的に逆位相であり、かつ、前記第１ピストンシリンダ装置は、前記第２ピストンシリンダ装置とは実質的に反対に位置し、
   前記コントローラは、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置がアクティブの場合には、前記第１及び第２偏心カムをそれぞれ経由して前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンにより前記軸受に作用するラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置が、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにされる運転モードを有する再生可能エネルギー型発電装置。
2. 前記第１偏心カムは、第１連接棒により前記第１ピストンシリンダ装置の前記ピストンに連結され、かつ、前記第２偏心カムは、第２連接棒により前記第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンに連結されており、
   それぞれの連接棒は、前記連接棒が連結された前記偏心カム上を滑る摺動面を有する請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
3. 前記シャフトを支持する少なくとも第１及び第２軸受が各第１及び第２位置に存在し、
   前記第１及び第２偏心カムは、前記第１及び第２位置の間の、前記シャフトにおける中間位置に設けられている請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
4. 前記シャフトに沿って軸方向に互いに離れたＪ組のペア（ただしＪは１よりも大きい整数である）の第１及び第２偏心カムと、
   各偏心カムの周囲に円周方向に配置されるｎ個のピストンシリンダ装置と、を含み、
   偏心カムのペアの各々は前記シャフトの周囲に周状に配置された第１及び第２偏心カムを含み、
   ｊ番目のペアの前記第１偏心カムの相対位相角は、（３６０°／ｎ）に（ｊ―１）／Ｊを乗じたものとして定義され、前記相対位相角は、前記回転可能シャフトの回転軸の周囲を円周方向に計測される請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
5. 前記第１及び第２偏心カムは、軸方向に第１距離だけ互いに離れており、かつ、隣り合う軸受は、軸方向に第２距離だけ互いに離れており、
   前記第１距離は、前記第２距離よりも短い請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
6. ｍ組のペアの偏心カムに対して、（ｍ＋１）個の軸受が前記シャフトを支持するために設けられる請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
7. 前記シャフトの一端に配置されるシャフトシールをさらに備える請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
8. 同一の位相角を有する偏心カムが複数存在しない請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
9. 前記第２偏心カムは、前記第１偏心カムとは最大で１８０°±１８０°／（ｎＪ）（ただし、ｎは偏心カムあたりのピストンシリンダ装置の数であり、Ｊは偏心カムのペアの数である。）だけ位相がずれている請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
10. 前記シャフトの周囲に円周方向に配置された各ピストンシリンダ装置は、前記各ピストンシリンダ装置の実質的に反対側で前記シャフトの周囲に円周方向に配置された他のピストンシリンダ装置とともにピストンシリンダ装置のペアを形成する請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
11. 偏心カム１つに対し、偶数のピストンシリンダ装置が設けられる請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
12. 前記発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置である請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
13. 再生可能エネルギー源からのエネルギーを受けてハブを回転させる少なくとも１つのロータブレードが取り付けられたハブと、前記ハブに接続された回転シャフトと、前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトの回転により駆動されるポンプと、前記ポンプからの圧油により駆動される少なくとも１つのモータと、少なくとも１つの前記モータに連結された少なくとも１つの発電機と、を備える発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法であって、
    ａ．複数の軸受により回転可能シャフトを支持し、
    ｂ．前記第１及び第２ピストンシリンダ装置が、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにする運転モードで第１及び第２ピストンシリンダ装置を運転し、
    （ただし、各ピストンシリンダ装置はシリンダ内を往復運動するように作動可能なピストンを含み、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置は、実質的に互いに反対に位置し、前記回転可能シャフトの周囲に周状に配置されるピストンシリンダ装置のペアを形成する）
    ｃ．前記第１及び第２ピストンシリンダ装置を、実質的に互いに同調させてアクティブにし、
    ｄ．第１及び第２偏心カムをそれぞれ経由して、前記第１及び第２ピストンシリンダ装置の前記ピストンにより１以上の前記軸受にラジアル荷重を作用させ、
    前記第１及び第２偏心カムは、前記第１及び第２カムのそれぞれを経由して前記ピストンにより軸受に作用する前記ラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、実質的に互いに逆位相に位置する、発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法。
14. 前記シャフトの周囲に周状に配置されたピストンシリンダ装置の複数のペアをアクティブにする工程であって、ピストンシリンダ装置の各ペアの前記ピストンシリンダ装置は互いに反対側に配置され、実質的に互いに同調してアクティブ及び非アクティブにされる工程と、
    前記第１及び第２カムのそれぞれを経由して経由して前記ピストンにより１以上の軸受に加わるラジアル荷重が互いに相殺効果を有するように、前記第１及び第２カムのそれぞれを経由してピストンシリンダ装置の各ペアの前記ピストンにより、１以上の軸受にラジアル荷重を作用させる工程と、をさらに備える請求項１３に記載の発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法。
15. 前記発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置である請求項１３に記載の発電装置のポンプ及び／又はモータの運転方法。

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