JP4024687B2 - 油圧装置及び発電設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギの回生が可能な油圧装置、及び、そのような油圧装置を用いた発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータを駆動するための従来の油圧装置としては、油圧ポンプとアクチュエータとの間に流量調整機構を配置した方式のものや、静油圧トランスミッション（ＨＳＴ）方式のように可変容量形油圧ポンプを用いたものや、油圧ポンプの駆動モータの回転数をサーボ制御により変化させて油圧ポンプの吐出量を調節する方式のもの等が知られている。
【０００３】
このような従来の油圧装置はいずれも、発生したエネルギを回収して油圧源たる油圧ポンプの始動時や加速時、或いは制動時に再利用するというエネルギ回生制御が困難であるという問題点があった。具体的には、例えば風力発電設備であって、風車と発電機との間に伝動装置として油圧装置を配置した型式のものにおいては（特許文献１参照）、風車の始動や加速等を円滑に行って発電を効率良く行いたいという要請があるにも拘わらず、従来の油圧装置ではエネルギ回生制御が困難であったため、かかる要請に応えることができなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２８７１７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、エネルギ回生制御が容易となる油圧装置及びそのような油圧装置を用いた発電設備を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、所要量の慣性モーメントを内在又は付加により具備した第１の油圧ポンプモータと、第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第２の油圧ポンプモータと、第２の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第１のフライホイールと、第２の油圧ポンプモータの流出ポートから第１の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第１の油路と、第１の油路に接続された第１のアキュムレータと、第２の油圧ポンプモータと第１のアキュムレータとの間における第１の油路中の第１の分岐点から分岐する第１のアンロード油路と、第１のアンロード油路に介設された第１の開閉弁と、第１の分岐点と第１のアキュムレータとの間における第１の油路に介設された、第１のアキュムレータから第１のアンロード油路への流れを阻止するための第１の弁と、第１のアキュムレータと第１の油圧ポンプモータとの間における第１の油路に介設された第２の開閉弁と、第２の開閉弁が閉じられている場合に第１の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第２の弁と、第１の開閉弁及び第２の開閉弁を開閉制御する弁制御手段とを備える油圧装置を特徴としている。
【０００７】
この構成においては、第１の油圧ポンプモータで発生した油動力により第２の油圧ポンプモータを回転駆動し、その結果、第１のフライホイールにエネルギを蓄積することができる。そして、第１の開閉弁と第２の開閉弁を開閉制御することで、第１のフライホイールに蓄積されたエネルギで、第２の油圧ポンプモータから第２の油圧ポンプモータに効率よく作動油を供給することができ、第１の油圧ポンプモータの始動や加速を補助することが可能となる。
【０００８】
また、第１の油圧ポンプモータから第２の油圧ポンプモータまでの間も、上記と同様な油圧回路を構成することが、第１のフライホイールの効率よくエネルギを蓄積することができるので、好ましい。すなわち、第１の油圧ポンプモータの流出ポートから第２の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第２の油路と、第２の油路に接続された第２のアキュムレータと、第１の油圧ポンプモータと第２のアキュムレータとの間における第２の油路中の第２の分岐点から分岐する第２のアンロード油路と、第２のアンロード油路に介設された第３の開閉弁と、第２の分岐点と第２のアキュムレータとの間における第２の油路に介設された、第２のアキュムレータから第２のアンロード油路への流れを阻止するための第３の弁と、第２のアキュムレータと第２の油圧ポンプモータとの間における第２の油路に介設された第４の開閉弁と、第４の開閉弁が閉じられている場合に第２の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第４の弁とを更に設けることが好ましい。この場合、弁制御手段は、第３の開閉弁及び第４の開閉弁の開閉制御も行うことになる。
【０００９】
また、上記油圧装置は、外力を受けて回転駆動され、所要量の慣性モーメントを持った回転体と、回転体の回転により駆動され油動力を発生させる第１の油圧ポンプモータと、第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第３の油圧ポンプモータと、第３の油圧ポンプモータにより回転駆動される発電機とを備える発電設備においても、適用可能である。
【００１０】
なお、発電機のロータには、回転数を一定の範囲に維持するために、第２のフライホイールを接続することが好適である。また、風力発電設備の場合には、回転体は風車となる。
【００１１】
上記油圧装置を発電設備に利用した場合、停止状態の風車を微風でも回し始めることが可能であり、また、加速も容易となるので、効率のよい発電が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明による発電設備１０を示す概略説明図である。図示実施形態に係る発電設備１０は風力発電用であり、プロペラ型風車１２が用いられている。本発明による発電設備１０は、風車１２が外力、すなわち風を受けて回転した場合に発生する機械動力を一旦、油動力に変換した後、この油動力を再度、機械動力に戻して発電機１４の回転軸を回転させようとするものである。そのため、図示の発電設備１０は、機械動力を油動力に変換する油圧ポンプモータ（第１の油圧ポンプモータ）１６と、油動力を機械動力に変換する油圧ポンプモータ（第３の油圧ポンプモータ）１８とを含む油圧装置２０を備えている。
【００１４】
油圧ポンプモータ１６は定容量形の一方向回転式であり、流入ポート２２から作動油を送り込むことで回転軸２４が回転し、また回転軸２４を回転させることで流入ポート２２から作動油を吸入し、流出ポート４４から作動油を吐出することができるようになっている。油圧ポンプモータ１６の回転軸２４は、風車１２の回転軸に連結されている。回転軸２４はナセル２６に設けられた軸受（図示しない）にて回転可能に支持されており、油圧ポンプモータ１６はこのナセル２６内に配置されている。なお、ナセル２６とは、大地等に立てられた支柱２８の上部に回転可能に支持された箱体をいう。また、油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２は油路３０を介して、ナセル２６内に設けられたオイルタンク３２に連通している。油路３０には、油圧ポンプモータ１６からオイルタンク３２への流れを阻止するための逆止弁（第２の弁）３３が介設されている。
【００１５】
油圧ポンプモータ１８は油圧ポンプモータ１６と同様に定容量形一方向回転式であり、流入ポート３４から作動油を送り込むと回転軸３６を回転させることができ、また、回転軸３６を回転させることで流入ポート３４から作動油を吸入し流出ポート３８から作動油を吐出することができる。油圧ポンプモータ１８の回転軸３６は発電機１４のロータ４０に接続されている。
【００１６】
発電機１４のロータ４０は更にフライホイール（第２のフライホイール）４２に同軸に接続され、従ってこのフライホイール４２は油圧ポンプモータ１８の回転軸３６にも接続されている。フライホイール４２は、はずみ車とも称されるものであり、ロータ４０の回転により回転され、油圧ポンプモータ１８への油動力が切断された後も慣性により回転を続けてロータ４０の回転を継続させることができる。
【００１７】
油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４と油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４とは油路４６により相互に接続されている。油路４６の途中からはアンロード油路（第２のアンロード油路）４８が分岐し、オイルタンク３２に接続されている。このアンロード油路４８には電磁式の開閉弁（第３の開閉弁）５０が介設されている。アンロード油路４８及び開閉弁５０はナセル２６内に配置されている。開閉弁５０は、制御装置（弁制御手段）５２からの制御信号により開閉制御される。
【００１８】
また、油路４６には、アンロード油路４８の分岐点（第２の分岐点）５４から下流側に順に、逆止弁（第３の弁）５６、アキュムレータ（第２のアキュムレータ）５８、開閉弁６０が設けられている。逆止弁５６は、アキュムレータ５８側からアンロード油路４８への作動油の流れを阻止するものであり、ナセル２６内に設けられている。アキュムレータ５８は、油圧ポンプモータ１６から圧送されてくる作動油を受け、所定の圧力まで蓄圧することができる。開閉弁６０は電磁式であり、前記の制御装置５２によって開閉制御されるようになっている。
【００１９】
開閉弁６０と油圧ポンプモータ１８との間の油路４６には、ナセル２６の外部に配置されたオイルタンク６２に接続される油路６４が分岐している。この油路６４には逆止弁６６が介設されており、油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４側の油路４６からオイルタンク６２への作動油の流れを阻止する一方、開閉弁６０が閉状態にある場合に、オイルタンク６２から作動油を油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４に流入することを可能とする。油圧ポンプモータ１８の流出ポート３８は油路７６を介してオイルタンク６２に接続されている。
【００２０】
更に、アキュムレータ５８と開閉弁６０との間の油路４６中の分岐点１００からは油路１０２が分岐しており、油路４６と共に特許請求の範囲でいう第２の油路を構成している。この油路１０２は、大きな慣性モーメントを有するフライホイール（第１のフライホイール）１０４が回転軸１０６に接続された油圧ポンプモータ（第２の油圧ポンプモータ）１０８の流入ポート１１０に接続されている。また、油路１０２には、上流側から順に、電磁式の開閉弁（第４の開閉弁）１１２、及び、逆止弁（第４の弁）１１４を有する油路１１６が設けられている。
【００２１】
油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８には油路（第１の油路）１２０の一端が接続されており、他端は油路３０に、油圧ポンプモータ１６と逆止弁３３との間で接続され、油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２に連通されている。油路１２０には、分岐点（第１の分岐点）１２１にアンロード油路（第１のアンロード油路）１２４が接続されており、このアンロード油路１２４には電磁式の開閉弁（第１の開閉弁）１２２が介設されている。また、分岐点１２１から下流側へと、油路１２０には逆止弁（第１の弁）１２６、アキュムレータ（第１のアキュムレータ）１２８、及び、電磁式の開閉弁（第２の開閉弁）１３０が設けられている。
【００２２】
また、アキュムレータ１２８と開閉弁１３０との間の油路１２０中の分岐点１３２からは油路１３４が分岐しており、この油路１３４は油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４に連通されている。より詳細には、油路１３４は、油圧ポンプモータ１８と開閉弁６０との間の油路４６に接続されている。この油路１３４には、分岐点１３２から下流側へと順に、電磁式の開閉弁１３６、及び、逆止弁１３８を有する油路１４０が設けられている。
【００２３】
なお、ナセル２６に設置された風車１２、油圧ポンプモータ１６、オイルタンク３２、開閉弁５０、逆止弁５６以外の構成要素については、ナセル２６の外部の発電設備建屋の内部等に配設されることが好ましい。
【００２４】
また、制御装置５２には、油圧ポンプモータ１６の回転軸２４及び油圧ポンプモータ１８の回転軸３６のそれぞれに設けられた回転速度センサ６８，７０、並びに、アキュムレータ５８，１２８の圧力をそれぞれ検出するための圧力センサ７２，１４２が接続されている。更に、制御装置５２には、風速センサ７４が接続されている。そして、制御装置５２は、これらのセンサ６８〜７４，１４２からの信号に基づいて、開閉弁５０，６０，１１２，１２２，１３０，１３６を制御するのである。
【００２５】
次に、上述したような構成における発電設備１０の作用について、開閉弁５０，６０，１１２の開閉、風速、油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数等の関係を示すタイミングチャートである図２を参照して説明する。
【００２６】
まず、無風状態で風車１２が回転していない状態から発電を開始する場合について説明する。なお、この例では、風は次のように変化するものとする。すなわち、まず、無風状態から、定格風速（第１風速）を超え且つ発電機１４の定格発電エネルギよりも大きなエネルギを有する第２風速が一定時間続き、その後、その第２風速を更に超えた第３風速となってその風速で一定時間続いた後、定格風速以下である第４風速となってその状態が継続するものとする。ここで、発電機１４のロータ回転数が所定値（例えば１５００ｒｐｍ）前後の所定範囲内にある場合に、電力系統周波数（例えば５０Ｈｚの周波数を有する電力）で発電できるものとする。また、発電開始の際、オイルタンク３２，６２、全ての油路には作動油が十分に入っているものとし、動作中にオイルタンク３２内部の作動油がなくなることがないように、随時供給できる手段（図示しない）があるとする。
【００２７】
なお、ナセル２６内のオイルタンク３２へ作動油を供給するために消費したエネルギは、オイルタンク３２からオイルタンク６２へ流れる際の位置エネルギ（位置ヘッド）として回生されるので、原理的には損失はない。
【００２８】
発電を開始すべく発電設備１０の稼働スイッチ（図示しない）をオンとすると、制御装置５２は制御信号を発し、開閉弁６０を閉じ、開閉弁５０を開状態とする。また、開閉弁１１２，１３０，１３６は閉状態とされ、開閉弁１２２は開状態とされる。
【００２９】
そして、風が吹き、風車１２が回転して油圧ポンプモータ１６の回転軸２４が回り始めると、作動油はオイルタンク３２から吸入され、吐出される。この際、作動油は、油路４６からアンロード油路４８を通ってオイルタンク３２に戻されるが、逆止弁５６及び開状態の開閉弁５０によっては油圧ポンプモータ１６には殆ど負荷がかからないので、風車１２の起動に要する風力は小さくてすみ、また、一旦回転を開始した風車１２は風速が増すにつれて加速されていく（図２のｔ0〜ｔ1）。
【００３０】
制御装置５２は、この間、回転速度センサ６８から油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数と、風速センサ７４から風速とをモニタしており、風速が第２風速となっているので、その第２風速に応じた油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の最適回転数（従って、風車１２の最適周速比における回転数）を演算して求める。そして、この最適回転数が得られるように、開閉弁５０の開閉をスイッチング制御する（図２のｔ1〜ｔ2）。
【００３１】
ここで、開閉弁５０のスイッチング制御についての一例を述べる。開閉弁５０は風車１２が回転を始める当初は開状態となっているが、風速と最適周速比から求められた最適回転数を越えたら、これを瞬時に閉状態に切り換えると、油圧ポンプモータ１６からの作動油が逆止弁５６下流へ供給される。この時のアキュムレータ５８内部の圧力値が、油圧ポンプモータ１６の負荷となる。よって、開閉弁５０の閉時間を調整することで、油圧ポンプモータ１６の回転数、ひいては風車１２の回転数を最適な周速比の回転数に調整できることになる。
【００３２】
開閉弁５０の開閉を適当なタイミングで繰り返す（スイッチングする）ことで、高圧力の作動油が次々とアキュムレータ５８に送られ、開閉弁６０が閉じられていることも相俟って、アキュムレータ５８の圧力が上昇し、エネルギが蓄積されていく。勿論、開閉弁６０が初期的に閉じられていることは絶対条件ではなく、適当なタイミングで開状態とするか、又は開閉するか、初期から開状態でも問題はない。
【００３３】
この例では、アキュムレータ５８に蓄積された圧力が、所定値に達したならば、制御装置５２は圧力センサ７２からの信号によりその状態を認識し、開閉弁６０を閉状態から開状態に切り換える。その結果、アキュムレータ５８から作動油が油圧ポンプモータ１８に流れ、油圧ポンプモータ１８の回転軸３６が回転を開始し、徐々に加速されていく（図２のｔ2〜ｔ3）。油圧ポンプモータ１８を通過した作動油は油路７４を通りオイルタンク６２に流入する。
【００３４】
開閉弁６０を開くタイミングｔ2となるアキュムレータ５８の圧力値は、発電機１４が電力系統周波数で発電できる回転数まで早期に加速できるような値が望ましい。しかし、これも絶対条件ではない。
【００３５】
開閉弁６０を開放した後も開閉弁５０の開閉スイッチング制御は続けられ、これにより、風車１２の回転数は第２風速に応じた最適回転数に維持されるが、アキュムレータ５８内の圧力は次第に減じられていく。
【００３６】
そして、回転軸３６の回転数が、発電機１４が電力系統周波数で発電を行うことができる値、例えば１５００ｒｐｍに達したならば、発電機１４から外部電力系統に出力が開始される（図２のｔ3）。この後、回転軸３６の回転数が更に増していくため、発電周波数の許容範囲の最大値となる回転数に達したならば、制御装置５２は回転速度センサ７０からの信号に基づいて開閉弁６０の開閉のスイッチング制御を開始する（図２のｔ4〜ｔ5）。
【００３７】
開閉弁６０の開閉スイッチング制御は、油圧ポンプモータ１８の回転軸３６の回転数を発電機１４の発電周波数の許容範囲内となる範囲内に維持するためのものである。すなわち、開閉弁６０を開状態から閉状態に切り換えることで、アキュムレータ５８側からの作動油の油圧ポンプモータ１８への供給は遮断され、油圧ポンプモータ１８の回転軸３６の回転数は減じられる。この際、油圧ポンプモータ１８は、フライホイール４２の持つ慣性によって回転を続け、作動油はオイルタンク６２から油路６４、逆止弁６６を通して油圧ポンプモータ１８に供給される。また、第２風速の持つエネルギは、定格発電エネルギよりも大きいため、開閉弁６０を閉じることで、開閉弁５０の開閉スイッチングと相俟って、アキュムレータ５８にはエネルギが蓄積される。この開閉弁６０の開閉を適当な間隔で行うことで、回転軸３６の回転数は所望の範囲内に維持され、発電機１４は、安定した発電が行われることになる。
【００３８】
次に、風が強くなり、制御装置５２が風速センサ７４からの信号により風速が第２風速よりも上昇し始めたと認識したならば、制御装置５２は開閉弁５０を開放し、風車１２に作用する負荷を軽減することで、風車１２（油圧ポンプモータ１６の回転軸２４）の回転が風速に応じて加速される（図２のｔ5〜ｔ6）。そして、風速が第３風速となったならば、その第３風速に適した回転数となるよう、開閉弁５０の開閉のスイッチング制御を、前記のタイミングｔ1〜ｔ2間の場合と同様に行う（図２のｔ6〜ｔ7）。この際、風のエネルギが相当に大きいと、アキュムレータ５８にはエネルギが急速に蓄積されることになる。
【００３９】
そして、アキュムレータ５８の蓄積圧力が設定最高圧力に達したならば（図２のｔ7）、制御装置５２は圧力センサ７２からの信号を受け、開閉弁１１２の開閉のスイッチング制御を、開閉弁５０，６０の開閉スイッチング制御と同時に行う（図２のｔ7〜ｔ8）。これによって、アキュムレータ５８内の圧力は設定最高圧力に近い範囲内で維持されると共に、油圧ポンプモータ１０８の回転軸１０６を回転を開始し、フライホイール１０４にエネルギが蓄積される。この間、開閉弁１２２は開状態となっており、油圧ポンプモータ１０８を通過した作動油はアンロード油路１２４を通ってオイルタンク６２に流れる。また、開閉弁５０，６０のスイッチング制御によって油圧ポンプモータ１８の回転数は一定範囲内に維持され、発電機１４は定格発電を維持することができる。
【００４０】
この後、風速が第３風速から第４風速に減じたならば、制御装置５２は開閉弁１１２，５０を閉じ、油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数を風速に応じた回転数まで制動させる（図２のｔ8〜ｔ9）。そして、風速が第４風速で安定している状態で（図２のｔ9〜ｔ10）、開閉弁５０を再びスイッチング制御して、アキュムレータ５８に蓄積されていたエネルギを利用して発電機１４を駆動し、定格発電を維持する。
【００４１】
定格風速以下である第４風速がこの後も継続すると、アキュムレータ５８内の圧力が定格発電を行う最低圧力を下回ることになる（図２のｔ10以降）。かかる場合にも、ｔ7〜ｔ8でエネルギ蓄積されたフライホイール１０４が回転を略一定の速度で続けており、油圧ポンプモータ１０８がその回転により油圧ポンプとして機能するので、開閉弁６０，１１２を閉じ、特に図２では示さないが、図２のｔ1〜ｔ5で開閉弁５０，６０に対して行ったものと同様に開閉弁１２２，１３６を開閉スイッチング制御することで、油圧ポンプモータ１８を一定の回転数で回転させ続け、定格発電を維持することができる。
【００４２】
この後、フライホイール１０４が回転を維持している間、再度風が強まったならば、開閉弁１２２，１３０の開閉スイッチング制御を行う。油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２までの間の油圧回路は、油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４までの間の油圧回路、或いは、油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１０８の流入ポート１１０までの間の油圧回路、更には、油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４までの間の油圧回路と同等であるので、前述したような態様で開閉弁１２２，１３０のスイッチングを行うことで、油圧ポンプモータ１６に作動油を供給して回転軸２４の回転を加速させることができる。勿論、一旦風が止み、風車１２が停止してしまった場合であっても、フライホイール１０４にエネルギが蓄積されているならば、風が吹き始めた際に作動油を油圧ポンプモータ１６に送り、風車１２の始動を補助することも可能である。
【００４３】
このように、余剰のエネルギを蓄積し、そのエネルギを利用して油圧ポンプモータ１６の始動や加速の際の補助力を発生させることができるので、風車の風に対する応答性が向上し、その結果として発電効率が向上されることになる。
【００４４】
なお、上記工程中、ナセル２６内のオイルタンク３２内の作動油が減少していくことになるが、図示しない作動油供給手段により、オイルタンク６２内の作動油をオイルタンク３２に適時補充できるようにするとよい。
【００４５】
図３（Ａ）は、図１の油圧回路においてエネルギ蓄積、再利用に係る部分の油圧回路を表したものであり、これは本発明による油圧装置２０の基本的構成に相当するものである。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１０８の流入ポート１１０までの油圧回路、又は、油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２までの油圧回路をほぼ等価な電気回路（電流源回路）で示したものである。図３（Ｂ）中、Ｉ１は電流源、Ｒ１は負荷、Ｃ１はコンデンサ、Ｓ１，Ｓ２はトランジスタ等のスイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２は整流器、Ｌ１，Ｌ２はインダクタである。図３（Ｂ）が図３（Ａ）の油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１０８の流入ポート１１０までの油圧回路に相当するとした場合、電流源Ｉ１は油圧ポンプモータ１６に相当し、負荷Ｒ１は油圧ポンプモータ１０８に相当する。コンデンサＣ１はアキュムレータ５８である。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ開閉弁５０，１１２、整流器Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ逆止弁５６，１１４に相当する。更に、インダクタＬ１は油圧ポンプモータ１６系が持つ慣性に、Ｌ２はフライホイール１０４の慣性に相当する。また、（Ｂ）が図３（Ａ）の油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２までの油圧回路に相当するとした場合、電流源Ｉ１は油圧ポンプモータ１０８に相当し、負荷Ｒ１は油圧ポンプモータ１６に相当する。コンデンサＣ１はアキュムレータ１２８である。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ開閉弁１２２，１３０、整流器Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ逆止弁１２６，３３に相当する。更に、インダクタＬ１は油圧ポンプモータ１０８系が持つ慣性（すなわち実質的にフライホイール１０４が持つ慣性）に、Ｌ２は油圧ポンプモータ１６系の慣性に相当する。
【００４６】
図３（Ｂ）に示す電気回路は、スイッチングパワーコントロール回路或いはパワーレギュレータ回路として知られているものであり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング周波数やパルス幅を調整することで、負荷ＲＬへの供給電圧を高圧、低圧に調整すること、すなわち昇降圧制御が可能となっている。この図３（Ｂ）の電気回路に等価である図３（Ａ）の油圧回路も同等の作用を呈するものであり、開閉弁５０，１１２又は開閉弁１２２，１３０の開閉スイッチング制御を行うことで、負荷Ｒ１に相当する油圧ポンプモータ１０８の回転軸１０６の回転数又は油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数を所望の範囲内に維持されるよう調整できることは、理解されよう。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、油圧ポンプモータ１６の回転軸にはプロペラ型の風車１２が接続されているが、ダリウス型やサボニウス型の風車を接続してもよい。ダリウス型やサボニウス型の風車は地面に近い場所に軸受部が設置されるため、ナセル２６のような地上から離れた位置にオイルタンクを設ける必要なく、オイルタンクを全て地上の一カ所に設けることができる。また、油圧ポンプモータ１６を回転させる外力は風力に限られず、水力や波力等であってもよい。
【００４９】
また、図２において、分岐点１００から油路１３４との接続点までの間の油路４６、そして、その油路４６に設けられている開閉弁６０、逆止弁６６及び油路６４を省略した構成としてもよい。この場合には、ある程度、フライホイール１０４にエネルギが蓄積されるよう予め制御した後、定格発電が行われることになる。
【００５０】
更に、本発明による油圧装置は、発電設備以外でも、油動力によりアクチュエータを駆動する装置や設備において適用可能である。かかる場合、風車１２に代えて、油圧ポンプモータ１６には所定量の慣性モーメントを内在又は付加により具備させる必要がある。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の油圧装置によれば、油圧源となる油圧ポンプモータにより発生されたエネルギを蓄積し、それを油圧源の始動、加速及び制動に利用することができ、エネルギの有効利用を図ることが可能となる。特に、風力エネルギ等の自然エネルギによる発電設備に適用した場合には、自然エネルギの変化に対する油圧源の応答性を向上させることができ、発電効率も向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による油圧装置を備える風力発電設備の一実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図１の発電設備における作用を示すタイミングチャートである。
【図３】（Ａ）は本発明による油圧装置の油圧回路図であり、（Ｂ）は前記油圧回路図に等価な電気回路図である。
【符号の説明】
１０…発電設備、１２…風車（回転体）、１４…発電機、１６…（第１の）油圧ポンプモータ、１８…（第３の）油圧ポンプモータ、２０…油圧装置、３２，６２…オイルタンク、３３…逆止弁（第２の弁）、４０…ロータ、４２…（第２の）フライホイール、４６…（第２の）油路、４８…（第２の）アンロード油路、５０…（第３の）開閉弁、５２…制御装置（弁制御手段）、５６…逆止弁（第３の弁）、５８…（第２の）アキュムレータ、６０…開閉弁、６６…逆止弁、１０２…（第２の）油路、１０４…（第１の）フライホイール、１０８…（第２の）油圧ポンプモータ、１１２…（第４の）開閉弁、１１４…逆止弁（第４の弁）、１２０…（第１の）油路、１２２…（第１の）開閉弁、１２４…（第１の）アンロード油路、１２６…逆止弁（第１の弁）、１２８…（第１のアキュムレータ）、１３０…（第２）の開閉弁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギの回生が可能な油圧装置、及び、そのような油圧装置を用いた発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータを駆動するための従来の油圧装置としては、油圧ポンプとアクチュエータとの間に流量調整機構を配置した方式のものや、静油圧トランスミッション（ＨＳＴ）方式のように可変容量形油圧ポンプを用いたものや、油圧ポンプの駆動モータの回転数をサーボ制御により変化させて油圧ポンプの吐出量を調節する方式のもの等が知られている。
【０００３】
このような従来の油圧装置はいずれも、発生したエネルギを回収して油圧源たる油圧ポンプの始動時や加速時、或いは制動時に再利用するというエネルギ回生制御が困難であるという問題点があった。具体的には、例えば風力発電設備であって、風車と発電機との間に伝動装置として油圧装置を配置した型式のものにおいては（特許文献１参照）、風車の始動や加速等を円滑に行って発電を効率良く行いたいという要請があるにも拘わらず、従来の油圧装置ではエネルギ回生制御が困難であったため、かかる要請に応えることができなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２８７１７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、エネルギ回生制御が容易となる油圧装置及びそのような油圧装置を用いた発電設備を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、所要量の慣性モーメントを内在又は付加により具備した第１の油圧ポンプモータと、第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第２の油圧ポンプモータと、第２の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第１のフライホイールと、第２の油圧ポンプモータの流出ポートから第１の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第１の油路と、第１の油路に接続された第１のアキュムレータと、第２の油圧ポンプモータと第１のアキュムレータとの間における第１の油路中の第１の分岐点から分岐する第１のアンロード油路と、第１のアンロード油路に介設された第１の開閉弁と、第１の分岐点と第１のアキュムレータとの間における第１の油路に介設された、第１のアキュムレータから第１のアンロード油路への流れを阻止するための第１の弁と、第１のアキュムレータと第１の油圧ポンプモータとの間における第１の油路に介設された第２の開閉弁と、第２の開閉弁が閉じられている場合に第１の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第２の弁と、第１の開閉弁及び第２の開閉弁を開閉制御する弁制御手段とを備える油圧装置を特徴としている。
【０００７】
この構成においては、第１の油圧ポンプモータで発生した油動力により第２の油圧ポンプモータを回転駆動し、その結果、第１のフライホイールにエネルギを蓄積することができる。そして、第１の開閉弁と第２の開閉弁を開閉制御することで、第１のフライホイールに蓄積されたエネルギで、第２の油圧ポンプモータから第２の油圧ポンプモータに効率よく作動油を供給することができ、第１の油圧ポンプモータの始動や加速を補助することが可能となる。
【０００８】
また、第１の油圧ポンプモータから第２の油圧ポンプモータまでの間も、上記と同様な油圧回路を構成することが、第１のフライホイールの効率よくエネルギを蓄積することができるので、好ましい。すなわち、第１の油圧ポンプモータの流出ポートから第２の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第２の油路と、第２の油路に接続された第２のアキュムレータと、第１の油圧ポンプモータと第２のアキュムレータとの間における第２の油路中の第２の分岐点から分岐する第２のアンロード油路と、第２のアンロード油路に介設された第３の開閉弁と、第２の分岐点と第２のアキュムレータとの間における第２の油路に介設された、第２のアキュムレータから第２のアンロード油路への流れを阻止するための第３の弁と、第２のアキュムレータと第２の油圧ポンプモータとの間における第２の油路に介設された第４の開閉弁と、第４の開閉弁が閉じられている場合に第２の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第４の弁とを更に設けることが好ましい。この場合、弁制御手段は、第３の開閉弁及び第４の開閉弁の開閉制御も行うことになる。
【０００９】
また、上記油圧装置は、外力を受けて回転駆動され、所要量の慣性モーメントを持った回転体と、回転体の回転により駆動され油動力を発生させる第１の油圧ポンプモータと、第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第３の油圧ポンプモータと、第３の油圧ポンプモータにより回転駆動される発電機とを備える発電設備においても、適用可能である。
【００１０】
なお、発電機のロータには、回転数を一定の範囲に維持するために、第２のフライホイールを接続することが好適である。また、風力発電設備の場合には、回転体は風車となる。
【００１１】
上記油圧装置を発電設備に利用した場合、停止状態の風車を微風でも回し始めることが可能であり、また、加速も容易となるので、効率のよい発電が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明による発電設備１０を示す概略説明図である。図示実施形態に係る発電設備１０は風力発電用であり、プロペラ型風車１２が用いられている。本発明による発電設備１０は、風車１２が外力、すなわち風を受けて回転した場合に発生する機械動力を一旦、油動力に変換した後、この油動力を再度、機械動力に戻して発電機１４の回転軸を回転させようとするものである。そのため、図示の発電設備１０は、機械動力を油動力に変換する油圧ポンプモータ（第１の油圧ポンプモータ）１６と、油動力を機械動力に変換する油圧ポンプモータ（第３の油圧ポンプモータ）１８とを含む油圧装置２０を備えている。
【００１４】
油圧ポンプモータ１６は定容量形の一方向回転式であり、流入ポート２２から作動油を送り込むことで回転軸２４が回転し、また回転軸２４を回転させることで流入ポート２２から作動油を吸入し、流出ポート４４から作動油を吐出することができるようになっている。油圧ポンプモータ１６の回転軸２４は、風車１２の回転軸に連結されている。回転軸２４はナセル２６に設けられた軸受（図示しない）にて回転可能に支持されており、油圧ポンプモータ１６はこのナセル２６内に配置されている。なお、ナセル２６とは、大地等に立てられた支柱２８の上部に回転可能に支持された箱体をいう。また、油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２は油路３０を介して、ナセル２６内に設けられたオイルタンク３２に連通している。油路３０には、油圧ポンプモータ１６からオイルタンク３２への流れを阻止するための逆止弁（第２の弁）３３が介設されている。
【００１５】
油圧ポンプモータ１８は油圧ポンプモータ１６と同様に定容量形一方向回転式であり、流入ポート３４から作動油を送り込むと回転軸３６を回転させることができ、また、回転軸３６を回転させることで流入ポート３４から作動油を吸入し流出ポート３８から作動油を吐出することができる。油圧ポンプモータ１８の回転軸３６は発電機１４のロータ４０に接続されている。
【００１６】
発電機１４のロータ４０は更にフライホイール（第２のフライホイール）４２に同軸に接続され、従ってこのフライホイール４２は油圧ポンプモータ１８の回転軸３６にも接続されている。フライホイール４２は、はずみ車とも称されるものであり、ロータ４０の回転により回転され、油圧ポンプモータ１８への油動力が切断された後も慣性により回転を続けてロータ４０の回転を継続させることができる。
【００１７】
油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４と油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４とは油路４６により相互に接続されている。油路４６の途中からはアンロード油路（第２のアンロード油路）４８が分岐し、オイルタンク３２に接続されている。このアンロード油路４８には電磁式の開閉弁（第３の開閉弁）５０が介設されている。アンロード油路４８及び開閉弁５０はナセル２６内に配置されている。開閉弁５０は、制御装置（弁制御手段）５２からの制御信号により開閉制御される。
【００１８】
また、油路４６には、アンロード油路４８の分岐点（第２の分岐点）５４から下流側に順に、逆止弁（第３の弁）５６、アキュムレータ（第２のアキュムレータ）５８、開閉弁６０が設けられている。逆止弁５６は、アキュムレータ５８側からアンロード油路４８への作動油の流れを阻止するものであり、ナセル２６内に設けられている。アキュムレータ５８は、油圧ポンプモータ１６から圧送されてくる作動油を受け、所定の圧力まで蓄圧することができる。開閉弁６０は電磁式であり、前記の制御装置５２によって開閉制御されるようになっている。
【００１９】
開閉弁６０と油圧ポンプモータ１８との間の油路４６には、ナセル２６の外部に配置されたオイルタンク６２に接続される油路６４が分岐している。この油路６４には逆止弁６６が介設されており、油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４側の油路４６からオイルタンク６２への作動油の流れを阻止する一方、開閉弁６０が閉状態にある場合に、オイルタンク６２から作動油を油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４に流入することを可能とする。油圧ポンプモータ１８の流出ポート３８は油路７６を介してオイルタンク６２に接続されている。
【００２０】
更に、アキュムレータ５８と開閉弁６０との間の油路４６中の分岐点１００からは油路１０２が分岐しており、油路４６と共に特許請求の範囲でいう第２の油路を構成している。この油路１０２は、大きな慣性モーメントを有するフライホイール（第１のフライホイール）１０４が回転軸１０６に接続された油圧ポンプモータ（第２の油圧ポンプモータ）１０８の流入ポート１１０に接続されている。また、油路１０２には、上流側から順に、電磁式の開閉弁（第４の開閉弁）１１２、及び、逆止弁（第４の弁）１１４を有する油路１１６が設けられている。
【００２１】
油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８には油路（第１の油路）１２０の一端が接続されており、他端は油路３０に、油圧ポンプモータ１６と逆止弁３３との間で接続され、油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２に連通されている。油路１２０には、分岐点（第１の分岐点）１２１にアンロード油路（第１のアンロード油路）１２４が接続されており、このアンロード油路１２４には電磁式の開閉弁（第１の開閉弁）１２２が介設されている。また、分岐点１２１から下流側へと、油路１２０には逆止弁（第１の弁）１２６、アキュムレータ（第１のアキュムレータ）１２８、及び、電磁式の開閉弁（第２の開閉弁）１３０が設けられている。
【００２２】
また、アキュムレータ１２８と開閉弁１３０との間の油路１２０中の分岐点１３２からは油路１３４が分岐しており、この油路１３４は油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４に連通されている。より詳細には、油路１３４は、油圧ポンプモータ１８と開閉弁６０との間の油路４６に接続されている。この油路１３４には、分岐点１３２から下流側へと順に、電磁式の開閉弁１３６、及び、逆止弁１３８を有する油路１４０が設けられている。
【００２３】
なお、ナセル２６に設置された風車１２、油圧ポンプモータ１６、オイルタンク３２、開閉弁５０、逆止弁５６以外の構成要素については、ナセル２６の外部の発電設備建屋の内部等に配設されることが好ましい。
【００２４】
また、制御装置５２には、油圧ポンプモータ１６の回転軸２４及び油圧ポンプモータ１８の回転軸３６のそれぞれに設けられた回転速度センサ６８，７０、並びに、アキュムレータ５８，１２８の圧力をそれぞれ検出するための圧力センサ７２，１４２が接続されている。更に、制御装置５２には、風速センサ７４が接続されている。そして、制御装置５２は、これらのセンサ６８〜７４，１４２からの信号に基づいて、開閉弁５０，６０，１１２，１２２，１３０，１３６を制御するのである。
【００２５】
次に、上述したような構成における発電設備１０の作用について、開閉弁５０，６０，１１２の開閉、風速、油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数等の関係を示すタイミングチャートである図２を参照して説明する。
【００２６】
まず、無風状態で風車１２が回転していない状態から発電を開始する場合について説明する。なお、この例では、風は次のように変化するものとする。すなわち、まず、無風状態から、定格風速（第１風速）を超え且つ発電機１４の定格発電エネルギよりも大きなエネルギを有する第２風速が一定時間続き、その後、その第２風速を更に超えた第３風速となってその風速で一定時間続いた後、定格風速以下である第４風速となってその状態が継続するものとする。ここで、発電機１４のロータ回転数が所定値（例えば１５００ｒｐｍ）前後の所定範囲内にある場合に、電力系統周波数（例えば５０Ｈｚの周波数を有する電力）で発電できるものとする。また、発電開始の際、オイルタンク３２，６２、全ての油路には作動油が十分に入っているものとし、動作中にオイルタンク３２内部の作動油がなくなることがないように、随時供給できる手段（図示しない）があるとする。
【００２７】
なお、ナセル２６内のオイルタンク３２へ作動油を供給するために消費したエネルギは、オイルタンク３２からオイルタンク６２へ流れる際の位置エネルギ（位置ヘッド）として回生されるので、原理的には損失はない。
【００２８】
発電を開始すべく発電設備１０の稼働スイッチ（図示しない）をオンとすると、制御装置５２は制御信号を発し、開閉弁６０を閉じ、開閉弁５０を開状態とする。また、開閉弁１１２，１３０，１３６は閉状態とされ、開閉弁１２２は開状態とされる。
【００２９】
そして、風が吹き、風車１２が回転して油圧ポンプモータ１６の回転軸２４が回り始めると、作動油はオイルタンク３２から吸入され、吐出される。この際、作動油は、油路４６からアンロード油路４８を通ってオイルタンク３２に戻されるが、逆止弁５６及び開状態の開閉弁５０によっては油圧ポンプモータ１６には殆ど負荷がかからないので、風車１２の起動に要する風力は小さくてすみ、また、一旦回転を開始した風車１２は風速が増すにつれて加速されていく（図２のｔ0〜ｔ1）。
【００３０】
制御装置５２は、この間、回転速度センサ６８から油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数と、風速センサ７４から風速とをモニタしており、風速が第２風速となっているので、その第２風速に応じた油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の最適回転数（従って、風車１２の最適周速比における回転数）を演算して求める。そして、この最適回転数が得られるように、開閉弁５０の開閉をスイッチング制御する（図２のｔ1〜ｔ2）。
【００３１】
ここで、開閉弁５０のスイッチング制御についての一例を述べる。開閉弁５０は風車１２が回転を始める当初は開状態となっているが、風速と最適周速比から求められた最適回転数を越えたら、これを瞬時に閉状態に切り換えると、油圧ポンプモータ１６からの作動油が逆止弁５６下流へ供給される。この時のアキュムレータ５８内部の圧力値が、油圧ポンプモータ１６の負荷となる。よって、開閉弁５０の閉時間を調整することで、油圧ポンプモータ１６の回転数、ひいては風車１２の回転数を最適な周速比の回転数に調整できることになる。
【００３２】
開閉弁５０の開閉を適当なタイミングで繰り返す（スイッチングする）ことで、高圧力の作動油が次々とアキュムレータ５８に送られ、開閉弁６０が閉じられていることも相俟って、アキュムレータ５８の圧力が上昇し、エネルギが蓄積されていく。勿論、開閉弁６０が初期的に閉じられていることは絶対条件ではなく、適当なタイミングで開状態とするか、又は開閉するか、初期から開状態でも問題はない。
【００３３】
この例では、アキュムレータ５８に蓄積された圧力が、所定値に達したならば、制御装置５２は圧力センサ７２からの信号によりその状態を認識し、開閉弁６０を閉状態から開状態に切り換える。その結果、アキュムレータ５８から作動油が油圧ポンプモータ１８に流れ、油圧ポンプモータ１８の回転軸３６が回転を開始し、徐々に加速されていく（図２のｔ2〜ｔ3）。油圧ポンプモータ１８を通過した作動油は油路７４を通りオイルタンク６２に流入する。
【００３４】
開閉弁６０を開くタイミングｔ2となるアキュムレータ５８の圧力値は、発電機１４が電力系統周波数で発電できる回転数まで早期に加速できるような値が望ましい。しかし、これも絶対条件ではない。
【００３５】
開閉弁６０を開放した後も開閉弁５０の開閉スイッチング制御は続けられ、これにより、風車１２の回転数は第２風速に応じた最適回転数に維持されるが、アキュムレータ５８内の圧力は次第に減じられていく。
【００３６】
そして、回転軸３６の回転数が、発電機１４が電力系統周波数で発電を行うことができる値、例えば１５００ｒｐｍに達したならば、発電機１４から外部電力系統に出力が開始される（図２のｔ3）。この後、回転軸３６の回転数が更に増していくため、発電周波数の許容範囲の最大値となる回転数に達したならば、制御装置５２は回転速度センサ７０からの信号に基づいて開閉弁６０の開閉のスイッチング制御を開始する（図２のｔ4〜ｔ5）。
【００３７】
開閉弁６０の開閉スイッチング制御は、油圧ポンプモータ１８の回転軸３６の回転数を発電機１４の発電周波数の許容範囲内となる範囲内に維持するためのものである。すなわち、開閉弁６０を開状態から閉状態に切り換えることで、アキュムレータ５８側からの作動油の油圧ポンプモータ１８への供給は遮断され、油圧ポンプモータ１８の回転軸３６の回転数は減じられる。この際、油圧ポンプモータ１８は、フライホイール４２の持つ慣性によって回転を続け、作動油はオイルタンク６２から油路６４、逆止弁６６を通して油圧ポンプモータ１８に供給される。また、第２風速の持つエネルギは、定格発電エネルギよりも大きいため、開閉弁６０を閉じることで、開閉弁５０の開閉スイッチングと相俟って、アキュムレータ５８にはエネルギが蓄積される。この開閉弁６０の開閉を適当な間隔で行うことで、回転軸３６の回転数は所望の範囲内に維持され、発電機１４は、安定した発電が行われることになる。
【００３８】
次に、風が強くなり、制御装置５２が風速センサ７４からの信号により風速が第２風速よりも上昇し始めたと認識したならば、制御装置５２は開閉弁５０を開放し、風車１２に作用する負荷を軽減することで、風車１２（油圧ポンプモータ１６の回転軸２４）の回転が風速に応じて加速される（図２のｔ5〜ｔ6）。そして、風速が第３風速となったならば、その第３風速に適した回転数となるよう、開閉弁５０の開閉のスイッチング制御を、前記のタイミングｔ1〜ｔ2間の場合と同様に行う（図２のｔ6〜ｔ7）。この際、風のエネルギが相当に大きいと、アキュムレータ５８にはエネルギが急速に蓄積されることになる。
【００３９】
そして、アキュムレータ５８の蓄積圧力が設定最高圧力に達したならば（図２のｔ7）、制御装置５２は圧力センサ７２からの信号を受け、開閉弁１１２の開閉のスイッチング制御を、開閉弁５０，６０の開閉スイッチング制御と同時に行う（図２のｔ7〜ｔ8）。これによって、アキュムレータ５８内の圧力は設定最高圧力に近い範囲内で維持されると共に、油圧ポンプモータ１０８の回転軸１０６を回転を開始し、フライホイール１０４にエネルギが蓄積される。この間、開閉弁１２２は開状態となっており、油圧ポンプモータ１０８を通過した作動油はアンロード油路１２４を通ってオイルタンク６２に流れる。また、開閉弁５０，６０のスイッチング制御によって油圧ポンプモータ１８の回転数は一定範囲内に維持され、発電機１４は定格発電を維持することができる。
【００４０】
この後、風速が第３風速から第４風速に減じたならば、制御装置５２は開閉弁１１２，５０を閉じ、油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数を風速に応じた回転数まで制動させる（図２のｔ8〜ｔ9）。そして、風速が第４風速で安定している状態で（図２のｔ9〜ｔ10）、開閉弁５０を再びスイッチング制御して、アキュムレータ５８に蓄積されていたエネルギを利用して発電機１４を駆動し、定格発電を維持する。
【００４１】
定格風速以下である第４風速がこの後も継続すると、アキュムレータ５８内の圧力が定格発電を行う最低圧力を下回ることになる（図２のｔ10以降）。かかる場合にも、ｔ7〜ｔ8でエネルギ蓄積されたフライホイール１０４が回転を略一定の速度で続けており、油圧ポンプモータ１０８がその回転により油圧ポンプとして機能するので、開閉弁６０，１１２を閉じ、特に図２では示さないが、図２のｔ1〜ｔ5で開閉弁５０，６０に対して行ったものと同様に開閉弁１２２，１３６を開閉スイッチング制御することで、油圧ポンプモータ１８を一定の回転数で回転させ続け、定格発電を維持することができる。
【００４２】
この後、フライホイール１０４が回転を維持している間、再度風が強まったならば、開閉弁１２２，１３０の開閉スイッチング制御を行う。油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２までの間の油圧回路は、油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４までの間の油圧回路、或いは、油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１０８の流入ポート１１０までの間の油圧回路、更には、油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１８の流入ポート３４までの間の油圧回路と同等であるので、前述したような態様で開閉弁１２２，１３０のスイッチングを行うことで、油圧ポンプモータ１６に作動油を供給して回転軸２４の回転を加速させることができる。勿論、一旦風が止み、風車１２が停止してしまった場合であっても、フライホイール１０４にエネルギが蓄積されているならば、風が吹き始めた際に作動油を油圧ポンプモータ１６に送り、風車１２の始動を補助することも可能である。
【００４３】
このように、余剰のエネルギを蓄積し、そのエネルギを利用して油圧ポンプモータ１６の始動や加速の際の補助力を発生させることができるので、風車の風に対する応答性が向上し、その結果として発電効率が向上されることになる。
【００４４】
なお、上記工程中、ナセル２６内のオイルタンク３２内の作動油が減少していくことになるが、図示しない作動油供給手段により、オイルタンク６２内の作動油をオイルタンク３２に適時補充できるようにするとよい。
【００４５】
図３（Ａ）は、図１の油圧回路においてエネルギ蓄積、再利用に係る部分の油圧回路を表したものであり、これは本発明による油圧装置２０の基本的構成に相当するものである。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１０８の流入ポート１１０までの油圧回路、又は、油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２までの油圧回路をほぼ等価な電気回路（電流源回路）で示したものである。図３（Ｂ）中、Ｉ１は電流源、Ｒ１は負荷、Ｃ１はコンデンサ、Ｓ１，Ｓ２はトランジスタ等のスイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２は整流器、Ｌ１，Ｌ２はインダクタである。図３（Ｂ）が図３（Ａ）の油圧ポンプモータ１６の流出ポート４４から油圧ポンプモータ１０８の流入ポート１１０までの油圧回路に相当するとした場合、電流源Ｉ１は油圧ポンプモータ１６に相当し、負荷Ｒ１は油圧ポンプモータ１０８に相当する。コンデンサＣ１はアキュムレータ５８である。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ開閉弁５０，１１２、整流器Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ逆止弁５６，１１４に相当する。更に、インダクタＬ１は油圧ポンプモータ１６系が持つ慣性に、Ｌ２はフライホイール１０４の慣性に相当する。また、（Ｂ）が図３（Ａ）の油圧ポンプモータ１０８の流出ポート１１８から油圧ポンプモータ１６の流入ポート２２までの油圧回路に相当するとした場合、電流源Ｉ１は油圧ポンプモータ１０８に相当し、負荷Ｒ１は油圧ポンプモータ１６に相当する。コンデンサＣ１はアキュムレータ１２８である。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ開閉弁１２２，１３０、整流器Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ逆止弁１２６，３３に相当する。更に、インダクタＬ１は油圧ポンプモータ１０８系が持つ慣性（すなわち実質的にフライホイール１０４が持つ慣性）に、Ｌ２は油圧ポンプモータ１６系の慣性に相当する。
【００４６】
図３（Ｂ）に示す電気回路は、スイッチングパワーコントロール回路或いはパワーレギュレータ回路として知られているものであり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング周波数やパルス幅を調整することで、負荷ＲＬへの供給電圧を高圧、低圧に調整すること、すなわち昇降圧制御が可能となっている。この図３（Ｂ）の電気回路に等価である図３（Ａ）の油圧回路も同等の作用を呈するものであり、開閉弁５０，１１２又は開閉弁１２２，１３０の開閉スイッチング制御を行うことで、負荷Ｒ１に相当する油圧ポンプモータ１０８の回転軸１０６の回転数又は油圧ポンプモータ１６の回転軸２４の回転数を所望の範囲内に維持されるよう調整できることは、理解されよう。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、油圧ポンプモータ１６の回転軸にはプロペラ型の風車１２が接続されているが、ダリウス型やサボニウス型の風車を接続してもよい。ダリウス型やサボニウス型の風車は地面に近い場所に軸受部が設置されるため、ナセル２６のような地上から離れた位置にオイルタンクを設ける必要なく、オイルタンクを全て地上の一カ所に設けることができる。また、油圧ポンプモータ１６を回転させる外力は風力に限られず、水力や波力等であってもよい。
【００４９】
また、図２において、分岐点１００から油路１３４との接続点までの間の油路４６、そして、その油路４６に設けられている開閉弁６０、逆止弁６６及び油路６４を省略した構成としてもよい。この場合には、ある程度、フライホイール１０４にエネルギが蓄積されるよう予め制御した後、定格発電が行われることになる。
【００５０】
更に、本発明による油圧装置は、発電設備以外でも、油動力によりアクチュエータを駆動する装置や設備において適用可能である。かかる場合、風車１２に代えて、油圧ポンプモータ１６には所定量の慣性モーメントを内在又は付加により具備させる必要がある。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の油圧装置によれば、油圧源となる油圧ポンプモータにより発生されたエネルギを蓄積し、それを油圧源の始動、加速及び制動に利用することができ、エネルギの有効利用を図ることが可能となる。特に、風力エネルギ等の自然エネルギによる発電設備に適用した場合には、自然エネルギの変化に対する油圧源の応答性を向上させることができ、発電効率も向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による油圧装置を備える風力発電設備の一実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図１の発電設備における作用を示すタイミングチャートである。
【図３】（Ａ）は本発明による油圧装置の油圧回路図であり、（Ｂ）は前記油圧回路図に等価な電気回路図である。
【符号の説明】
１０…発電設備、１２…風車（回転体）、１４…発電機、１６…（第１の）油圧ポンプモータ、１８…（第３の）油圧ポンプモータ、２０…油圧装置、３２，６２…オイルタンク、３３…逆止弁（第２の弁）、４０…ロータ、４２…（第２の）フライホイール、４６…（第２の）油路、４８…（第２の）アンロード油路、５０…（第３の）開閉弁、５２…制御装置（弁制御手段）、５６…逆止弁（第３の弁）、５８…（第２の）アキュムレータ、６０…開閉弁、６６…逆止弁、１０２…（第２の）油路、１０４…（第１の）フライホイール、１０８…（第２の）油圧ポンプモータ、１１２…（第４の）開閉弁、１１４…逆止弁（第４の弁）、１２０…（第１の）油路、１２２…（第１の）開閉弁、１２４…（第１の）アンロード油路、１２６…逆止弁（第１の弁）、１２８…（第１のアキュムレータ）、１３０…（第２）の開閉弁。
Claims (6)
- 所要量の慣性モーメントを内在又は付加により具備した第１の油圧ポンプモータと、
前記第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第２の油圧ポンプモータと、
前記第２の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第１のフライホイールと、
前記第２の油圧ポンプモータの流出ポートから前記第１の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第１の油路と、
前記第１の油路に接続された第１のアキュムレータと、
前記第２の油圧ポンプモータと前記第１のアキュムレータとの間における前記第１の油路中の第１の分岐点から分岐する第１のアンロード油路と、
前記第１のアンロード油路に介設された第１の開閉弁と、
前記第１の分岐点と前記第１のアキュムレータとの間における前記第１の油路に介設された、前記第１のアキュムレータから前記第１のアンロード油路への流れを阻止するための第１の弁と、
前記第１のアキュムレータと前記第１の油圧ポンプモータとの間における前記第１の油路に介設された第２の開閉弁と、
前記第２の開閉弁が閉じられている場合に前記第１の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第２の弁と、
前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開閉制御する弁制御手段と、
を備える油圧装置。 - 前記第１の油圧ポンプモータの流出ポートから前記第２の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第２の油路と、
前記第２の油路に接続された第２のアキュムレータと、
前記第１の油圧ポンプモータと前記第２のアキュムレータとの間における前記第２の油路中の第２の分岐点から分岐する第２のアンロード油路と、
前記第２のアンロード油路に介設された第３の開閉弁と、
前記第２の分岐点と前記第２のアキュムレータとの間における前記第２の油路に介設された、前記第２のアキュムレータから前記第２のアンロード油路への流れを阻止するための第３の弁と、
前記第２のアキュムレータと前記第２の油圧ポンプモータとの間における前記第２の油路に介設された第４の開閉弁と、
前記第４の開閉弁が閉じられている場合に前記第２の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第４の弁と、
を更に備え、前記弁制御手段が、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁を開閉制御するようになっている請求項１に記載の油圧装置。 - 外力を受けて回転駆動され、所要量の慣性モーメントを持った回転体と、前記回転体の回転により駆動され油動力を発生させる第１の油圧ポンプモータと、前記第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第３の油圧ポンプモータと、前記第３の油圧ポンプモータにより回転駆動される発電機とを備える発電設備であって、
前記第１の油圧ポンプモータにより発生された油動力によって駆動される第２の油圧ポンプモータと、
前記第２の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第１のフライホイールと、前記第２の油圧ポンプモータの流出ポートから前記第１の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第１の油路と、
前記第１の油路に接続された第１のアキュムレータと、
前記第２の油圧ポンプモータと前記第１のアキュムレータとの間における前記第１の油路中の第１の分岐点から分岐する第１のアンロード油路と、
前記第１のアンロード油路に介設された第１の開閉弁と、
前記第１の分岐点と前記第１のアキュムレータとの間における前記第１の油路に介設された、前記第１のアキュムレータから前記第１のアンロード油路への流れを阻止するための第１の弁と、
前記第１のアキュムレータと前記第１の油圧ポンプモータとの間における前記第１の油路に介設された第２の開閉弁と、
前記第２の開閉弁が閉じられている場合に前記第１の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第２の弁と、
前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開閉制御する弁制御手段と、
を備える発電設備。 - 前記第１の油圧ポンプモータの流出ポートから前記第２の油圧ポンプモータの流入ポートに接続された第２の油路と、
前記第２の油路に接続された第２のアキュムレータと、
前記第１の油圧ポンプモータと前記第２のアキュムレータとの間における前記第２の油路中の第２の分岐点から分岐する第２のアンロード油路と、
前記第２のアンロード油路に介設された第３の開閉弁と、
前記第２の分岐点と前記第２のアキュムレータとの間における前記第２の油路に介設された、前記第２のアキュムレータから前記第２のアンロード油路への流れを阻止するための第３の弁と、
前記第２のアキュムレータと前記第２の油圧ポンプモータとの間における前記第２の油路に介設された第４の開閉弁と、
前記第４の開閉弁が閉じられている場合に前記第２の油圧ポンプモータの流入ポートに作動油が流入でき、且つその流入ポート部油路の作動油が流出することを防止することができる第４の弁と、
を更に備え、前記弁制御手段が、前記第３の開閉弁及び前記第４の開閉弁を開閉制御するようになっている請求項３に記載の発電設備。 - 前記発電機のロータに接続された第２のフライホイールを更に備える請求項３又は４に記載の発電設備。
- 前記回転体は風車である請求項３〜５のいずれか１項に記載の発電設備。
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