JP4146737B2 - 発電設備 - Google Patents
発電設備 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4146737B2 JP4146737B2 JP2003030042A JP2003030042A JP4146737B2 JP 4146737 B2 JP4146737 B2 JP 4146737B2 JP 2003030042 A JP2003030042 A JP 2003030042A JP 2003030042 A JP2003030042 A JP 2003030042A JP 4146737 B2 JP4146737 B2 JP 4146737B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydraulic pump
- valve
- pump motor
- oil passage
- oil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims description 61
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 195
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 claims description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/28—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being a pump or a compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D15/00—Transmission of mechanical power
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/70—Application in combination with
- F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/40—Transmission of power
- F05B2260/406—Transmission of power through hydraulic systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/10—Purpose of the control system
- F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
- F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力等によって発電を行う発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
風力発電設備は、基本的に、風力により回転駆動される風車と、この風車の回転軸に入力軸が接続された発電機とから構成されている。このような風力発電設備においては、発電機の出力、すなわち外部電力系統への出力が風力の大きさ(風速)に左右される。
【0003】
そこで、従来においては、外部電力系統に安定した出力を行うために、風車と発電機との間にギヤ式変速機を設けてギヤ比を可変制御したり、プロペラ型の風車にあっては風速に応じてブレードピッチを可変制御したりして、発電機の回転数が可能な限り一定の範囲内となるように調整している。
【0004】
しかし、風力が著しく小さい或いは著しく大きいような場合には、発電機の回転数を一定の範囲内とすることはできず、出力を停止するか、効率を落として発電するしかなかった。
【0005】
このため、従来においては、蓄電池やフライホイール式蓄電装置(非特許文献1参照)を用いて出力電力を蓄積し、風力の強弱を平滑化する方式が検討されている。
【0006】
【非特許文献1】
日本フライホイール株式会社ホームページ“フライホイール蓄電装置の新しい応用例”[平成14年8月20日検索]、インターネット<URL:http://www.nfw-ups.com/jp/jp-05.htm>
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄電池を用いて出力を安定化しようとする手段は、風力の変化が激しい場合等には、充放電を繰り返すこととなり好ましくない。
【0008】
また、フライホイール式蓄電装置の場合、発電機により発電された電力を用いて電動機を駆動し、フライホイールを回転させることで、電気的エネルギを機械的エネルギに変換した上で蓄積するという方式を採る。そして、発電機からの出力が減少した場合に、フライホイールのエネルギで前記電動機を発電機として用いて外部電力系統に出力する。すなわち、機械的エネルギを再度電気的エネルギに変換するのである。このため、変換ロスが著しく大きいという問題がある。
【0009】
なお、上記問題点は、風力発電設備に限らず、水力や波力等の外力によって発電を行う設備についても同様に存在する。
【0010】
そこで、本発明の主目的は、蓄電池等の蓄電手段を用いることなく、外力の変化にも拘わらず安定した出力を行うことのできる発電設備を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による発電設備は、簡単には、差動型の発電機を用いて発電を行っていることを特徴としている。差動型の発電機は、一般に回転子と称される第1の電機子のみならず、一般的には固定子となる第2の電機子も回転自在となっているものである。
【0012】
本発明は、より詳細には、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回転型の油圧ポンプと、油圧ポンプにより発生された油動力により回転駆動される第1の油圧ポンプモータと、第1の油圧ポンプモータが回転駆動されることで発生された油動力により回転駆動される第2の油圧ポンプモータと、第1の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第1の回転子、及び、第1の回転子と同軸上で第2の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第2の回転子を有し、第1の回転子と第2の回転子の回転により電力を発生する発電機と、第1の回転子の回転数を検出する第1の回転数検出手段と、第2の回転子の回転数を検出する第2の回転数検出手段と、第1及び第2の回転数検出手段の検出結果に基づいて、第1の回転子と第2の回転子との間の回転数差を所定の範囲内に維持すべく第1の油圧ポンプモータ及び第2の油圧ポンプモータに対する油動力を制御する油動力制御手段とを備える発電設備を特徴としている。
【0013】
この構成においては、外力が変化している場合でも、油動力制御手段により、差動型の発電機における第1と第2の回転子間の相対的な回転数が所定の範囲内に維持することが可能となり、出力電力の周波数を所要の範囲内に維持することができる。
【0014】
また、第2の油圧ポンプモータは、第1の油圧ポンプモータが回転駆動されることで発生される油動力だけでなく、油圧ポンプにより発生される油動力によっても回転駆動されるようにすることが好ましい。同様に、第1の油圧ポンプモータも、第2の油圧ポンプモータにより発生された油動力によっても回転駆動されるようにすることが好ましい。
【0015】
油動力制御手段としては、油圧ポンプ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、油圧ポンプと前記第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側の第1の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の開閉弁を制御する弁制御手段とを備えるものが考えられる。
【0016】
このような油動力制御手段においては、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の油圧ポンプモータの回転軸の回転数を一定の範囲内に維持することが可能となる。
【0017】
更に、油動力制御手段は、第1の油圧ポンプモータが、その回転軸にフライホイールが接続されており、且つ、第2の油圧ポンプモータが、流入ポート及び流出ポートとなる2つの流入出ポートを有する正逆両方向型である場合においては、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出ポートの一方に接続された第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前記一方の流入出ポートに作動油が流入でき、且つその流入出ポート側の第2の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、第2の油圧ポンプモータの他方の流入出ポートに接続され前記他方の流入出ポートに対して作動油を流入出させることのできる第3の油路とを備えるようにすることが好適である。なお、この場合、第2の油圧ポンプモータの一方の流入出ポートに作動油を供給した場合には第2の油圧ポンプモータの回転軸は第1の油圧ポンプモータの回転軸の回転方向とは反対方向に回転するようにし、弁制御手段は第3の開閉弁及び第4の開閉弁を制御するようにする。
【0018】
この構成では、第3及び第4の開閉弁の開閉スイッチング制御により、第2の油圧ポンプモータに対する油動力の大きさを調節し、第2の油圧ポンプモータの回転軸の回転数を制御することができる。これにより、第1の油圧ポンプモータの回転数が所定の範囲を下回っている場合でも、第2の油圧ポンプモータの回転軸を適当な回転数で逆回転させて、両回転子間の回転数を行って一定範囲に維持することが可能であり、出力の安定化を図ることが可能となる。
【0019】
また、油動力制御手段は、第2の油圧ポンプモータの一方の流入出ポートに接続された第3のアンロード油路と、第3のアンロード油路に介設され、弁制御手段により制御される第5の開閉弁とを備えることが好適である。更に、油動力制御手段は、第5の開閉弁よりも下流側にて第3のアンロード油路に介設され、弁制御手段により制御される第6の開閉弁と、第5の開閉弁と第6の開閉弁との間における第3のアンロード油路から分岐し、第1のアキュムレータと第2の開閉弁との間における第1の油路に接続された第4の油路と、第4の油路に介設された、第1のアキュムレータから第6の開閉弁への流れを阻止するための第5の弁と、を備えることが好ましい。
【0020】
このような構成では、発電機の第1の回転子が回転中、第4の開閉弁を閉じ、第5及び第6の開閉弁を開くと、発電機の第2の回転子が発電トルクによって第1の回転子と同一回転方向に回転を開始し、第2及び第6の開閉弁の開閉をスイッチング制御することによって、第2の回転子の回転数を調整して、第1と第2の回転子間の相対的な回転数を一定範囲に維持することができる。
【0021】
更にまた、油動力制御手段は、第1のアキュムレータと第2の開閉弁との間おける第1の油路から分岐し、第4の開閉弁と第2の油圧ポンプモータとの間における第2の油路に接続された第5の油路と、第5の油路に介設され、弁制御手段により制御される第7の開閉弁とを備えてもよい。これにより、油圧ポンプによる油動力によって第2の油圧ポンプモータの回転を調整することが可能となる。これは、例えば始動時等で第1の油圧ポンプモータの回転数が低く、そこからの油動力が小さい場合に油圧ポンプの油動力を利用できるので、有効である。
【0022】
なお、風力発電設備の場合には、前記回転体は風車となる。また、発電機は、交流誘導型、交流同期型、直流型等、その型式は問わない。
【0023】
【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。
【0024】
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、基本的には、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16と、油動力を機械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)18とを含む油圧装置20を備えている。なお、以下で詳細に述べるが、発電機14は差動型と呼ばれるものである。
【0025】
油圧ポンプ16は定容量形の一方向回転式であり、図示実施形態では、流入ポート22に作動油を強制的に供給した場合にはモータとしても機能することができるよう油圧ポンプモータが用いられている。油圧ポンプ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30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16はこのナセル30内に配置されている。なお、ナセル30とは、大地等に立てられた支柱32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16の流入ポート22は油路34を介して、ナセル30内に設けられたオイルタンク36に連通している。この油路34には、油圧ポンプ16側からオイルタンク36に作動油が逆流するのを防止するための逆止弁38が設けられている。
【0026】
油圧ポンプモータ18は定容量形一方向回転型であり、流入ポート40から作動油を送り込むことで回転軸42が回転し、また回転軸42を回転させることで流入ポート40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。
【0027】
油圧ポンプモータ18の流入ポート40には、油圧ポンプ16の流出ポート50から延びる油路(第1の油路)52が接続されている。油路52の途中からはアンロード油路(第1のアンロード油路)54が分岐し、オイルタンク36に延びている。このアンロード油路54には電磁式の開閉弁(第1の開閉弁)56が介設されている。アンロード油路54及び開閉弁56はナセル30内に配置されている。開閉弁56は制御装置(弁制御手段)58からの制御信号により開閉制御される。
【0028】
また、油路52には、アンロード油路54の分岐点(第1の分岐点)60から下流側に順に、逆止弁(第1の弁)62、アキュムレータ(第1のアキュムレータ)64、開閉弁(第2の開閉弁)66が設けられている。逆止弁62は、アキュムレータ64側からアンロード油路54への作動油の流れを阻止するものであり、ナセル30内に設けられている。アキュムレータ64は、油圧ポンプ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66は電磁式であり、前記の制御装置58によって開閉制御されるようになっている。
【0029】
開閉弁66と油圧ポンプモータ18との間の油路52からは、ナセル30の外部に配置されたオイルタンク68に接続される油路70が分岐している。この油路70には逆止弁(第2の弁)72が介設されており、油路52からオイルタンク68への作動油の流れを阻止する一方、開閉弁66が閉状態にある場合に、オイルタンク68から作動油を油圧ポンプモータ18の流入ポート40に流入することを可能とする。
【0030】
油圧ポンプモータ18の回転軸42はフライホイール74に同軸に接続されている。フライホイール74は、はずみ車とも称されるものであり、油圧ポンプモータ18の駆動により回転されている際、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回転軸42の回転を継続させることができる。
【0031】
また、フライホイール74の回転軸76は更に発電機14の内側回転子(第1の回転子)78に接続され、従って発電機14の内側回転子78は油圧ポンプモータ18の回転軸42と一体的に回転可能となっている。
【0032】
ここで、発電機14について詳細に説明する。図2に示すように、本実施形態に係る発電機14は、内側回転子78と、この内側回転子78を同軸に取り囲む外側回転子(第2の回転子)80とを備えている。外側回転子80は、発電機14のケーシング82内に設けられている。ケーシング82の両端部は軸受84,85によって回転自在に支持されており、これによって外側回転子80は回転自在となっている。一般的な発電機はケーシングは固定されており、この点で本実施形態の発電機14は一般的なものと異なっている。また、内側回転子78はケーシング82の両端部の軸受86,87によって回転自在に支持されている。
【0033】
内側回転子78を構成するコイルには、スリップリング88を介して直流励磁電源に接続されている。直流励磁電源は、三相交流を整流する整流回路90と、励磁直流電流・電圧を調節する制御回路92とから構成されている。この直流励磁電源から直流電流が内側回転子78のコイルに供給された場合、内側回転子78は磁界を形成することになる。
【0034】
外側回転子80は、励磁している内側回転子78が外側回転子80に対して回転した場合に三相交流発電可能なように例えばスター結線又はデルタ結線で設けられたコイルから構成されており、その3つの出力端子はスリップリング94を介して変圧器96に接続され、変圧器96から外部電力系統に発電された交流電流が出力されるようになっている。
【0035】
外側回転子80が設けられたケーシング82の一端には正逆両方向回転可能型の油圧ポンプモータ(第2の油圧ポンプモータ)100の回転軸102(図1参照。図2には示さず。)が接続されている。本実施形態では、図2に明示するように、油圧ポンプモータ100は発電機14と同軸に配置されており、その回転軸102は、内側を内側回転子78の軸104が貫通することができるよう、中空筒状である。この油圧ポンプモータ100の一方の流入出ポート106からの油路(第3の油路)108がオイルタンク68に接続されており、他方の流入出ポート110には、油圧ポンプモータ18の流出ポート44から延びる油路(第2の油路)112が接続されている。なお、油路112からの作動油が油圧ポンプモータ100の流入出ポート110に流入されると、油圧ポンプモータ100の回転軸102は、油圧ポンプモータ18の回転軸42とは反対の回転方向で回転することができる。
【0036】
油路112には、分岐点(第2の分岐点)114から分岐し、開閉弁(第3の開閉弁)116を有するアンロード油路(第2のアンロード油路)118が接続されている。更に、油路112には、油圧ポンプモータ100に向かって順に、逆止弁(第3の弁)120、アキュムレータ(第2のアキュムレータ)122、開閉弁(第4の開閉弁)124、逆止弁(第4の弁)126を有する油路128が設けられている。
【0037】
油路128と油圧ポンプモータ100との間の油路112中の分岐点130からはオイルタンク68に接続されるアンロード油路(第3のアンロード油路)132が分岐している。このアンロード油路132には開閉弁(第5の開閉弁)134と、その下流側となる開閉弁(第6の開閉弁)136とが介設されている。更に、この油路からは、開閉弁134,136間から油路(第4の油路)138が延び、油路52に開閉弁66とアキュムレータ64との間で接続されている。油路138には、油路52から油路132への作動油の流れを阻止する逆止弁(第5の弁)140が介設されている。
【0038】
図示実施形態では、更に、アキュムレータ122と開閉弁124との間の油路112から油路142が分岐しており、この油路142は油圧ポンプ16の流入ポート22に接続されている。油路142には開閉弁144が介設されている。
【0039】
なお、油路112に関しての油圧ポンプモータ18、開閉弁116、アンロード油路118、逆止弁120、アキュムレータ122、開閉弁124、逆止弁126、油路128及び油圧ポンプモータ100、並びに、油路112から油路142への油路に関しての油圧ポンプモータ18、開閉弁116、アンロード油路118、逆止弁120、アキュムレータ122、開閉弁144、逆止弁38、油路34及び油圧ポンプ16は、それぞれ、油路52に関する油圧ポンプ16、開閉弁56、アンロード油路54、逆止弁62、アキュムレータ64、開閉弁66、逆止弁72、油路70及び油圧ポンプモータ18に相当し、同様に機能するものである。また、開閉弁116,124,134,136,144は電磁式であり、制御装置58によって制御される。
【0040】
制御装置58には、油圧ポンプ16、油圧ポンプモータ18及び油圧ポンプモータ100の回転軸24,42,102のそれぞれに設けられた回転速度センサ(回転数検出手段)150,152,154、並びに、アキュムレータ64,122の圧力をそれぞれ検出するための圧力センサ156,158が接続されている。更に、制御装置58には、風速センサ160が接続されている。そして、制御装置58は、これらのセンサ150〜160からの信号に基づいて、開閉弁56,66,116,124,134,136,144を制御するのである。
【0041】
なお、ナセル30に設置された風車12、油圧ポンプ16、オイルタンク36、逆止弁38、開閉弁56等以外の構成要素については、ナセル30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。また、図2において、符号170,172は軸同士を結合させるための軸継手である。
【0042】
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56等の開閉、風速、油圧ポンプ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3を参照して説明する。
【0043】
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風速となり、最後に第1風速となってその状態が継続するものとする。
【0044】
ここで、発電機14の外側回転子80に対する内側回転子78の相対的な回転数が所定値(例えば1500rpm)前後の所定範囲内にある場合に、定格周波数(例えば50Hzの周波数を有する電力)を外部電力系統に出力できるものとする。また、発電開始の際、オイルタンク36,68、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36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。
【0045】
なお、ナセル30内のオイルタンク36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36からオイルタンク68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。
【0046】
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58は制御信号を発し、開閉弁66を閉じ、開閉弁56を開状態とする。なお、この際、開閉弁116は開状態となり、開閉弁124、134は閉状態となっているものとする。
【0047】
そして、風が吹き、風車12が回転して油圧ポンプ16の回転軸24が回り始めると、作動油はオイルタンク36から吸入され、吐出される。この際、作動油は、油路52からアンロード油路54を通ってオイルタンク36に戻されるが、逆止弁38及び開状態の開閉弁56によっては油圧ポンプ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3のt0〜t1)。
【0048】
制御装置58は、この間、回転速度センサ150から油圧ポンプ16の回転軸24の回転数と、風速センサ160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56の開閉をスイッチング制御する(図3のt1〜t2)。
【0049】
ここで、開閉弁56のスイッチング制御についての一例を述べる。開閉弁56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16からの作動油が逆止弁62下流へ供給される。この時のアキュムレータ64内部の圧力値が、油圧ポンプ16の負荷となる。よって、開閉弁56の閉時間を調整することで、油圧ポンプ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。
【0050】
開閉弁56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、作動油が次々とアキュムレータ64に送られ、開閉弁66が閉じられていることも相俟って、アキュムレータ64の圧力が上昇し、エネルギが蓄積されていく。勿論、開閉弁66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、または開閉するか、初期から開状態でも問題はない。
【0051】
この例では、アキュムレータ64に蓄積された圧力が、所定値に達したならば、制御装置58は圧力センサ156からの信号によりその状態を認識し、開閉弁66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64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42が回転を開始し、徐々に加速されていく(図3のt2〜t3)。油圧ポンプモータ18を通過した作動油は、アンロード油路118、開状態の開閉弁116を通り、オイルタンク68に流入する。
【0052】
開閉弁66を開くタイミングt2となるアキュムレータ64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。
【0053】
開閉弁66を開放した後も開閉弁56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64内の圧力は次第に減じられていく。この間、油圧ポンプモータ18の回転軸42の回転と共にフライホイール74が回り、エネルギが蓄積されていく。そして、回転軸42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3のt3)。この後、回転軸42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58は回転速度センサ152からの信号に基づいて開閉弁66の開閉のスイッチング制御を開始する(図3のt4〜t5)。
【0054】
なお、発電開始から内側回転子78が所定値(1500rpm)で回転している間、開閉弁124,134は閉状態にしておく。これにより、油圧ポンプモータ100に対する油路が閉塞され、油圧ポンプモータ100はロック状態となり、外側回転子80は静止状態となるため、外側回転子80は一般的な発電機における固定子と同等に機能する。
【0055】
開閉弁66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42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66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64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42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74の持つ慣性によって回転を続け、作動油はオイルタンク68から油路70、逆止弁72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、発電エネルギよりも大きいため、開閉弁66を閉じることで、開閉弁56の開閉スイッチングと相俟って、アキュムレータ64には蓄圧される。この開閉弁66の開閉を適当な間隔で行うことで、回転軸42の回転数は所望の範囲内に維持され、発電機14は、その内側回転子78が、停止状態にある外側回転子80に対して1500rpmで回転するので、安定した発電が行われることになる。
【0056】
次に、風が強くなり、制御装置58が風速センサ160からの信号により風速が第2風速よりも上昇し始めたならば、制御装置58は開閉弁56を開放し、風車12に作用する負荷を軽減し、風車12(油圧ポンプ16の回転軸24)の回転を加速させる(図3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56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3のt6〜t7)。この際、風のエネルギは発電エネルギよりも十分に多いため、アキュムレータ64にはその多大な余剰分が蓄積されていく。
【0057】
なお、本実施形態では、第2風速から第3風速に風速が増した時には、油圧ポンプモータ18の回転軸42の回転数は1500rpmに達しているため、タイミングt6〜t7間も開閉弁56,66の開閉スイッチング制御は続けられるが、アキュムレータ64の圧力が上昇している場合には、開閉弁66の閉状態と閉状態との間の間隔(開状態の時間)は短くされる。
【0058】
風速が第3風速から第4風速に減じたならば、制御装置58は開閉弁56を閉じて、油圧ポンプ16の回転軸24の回転数を風速に適した回転数まで制動させる。その時も制動エネルギはアキュムレータへエネルギとして蓄積される。(図3のt7〜t8)。
【0059】
ただし、第4風速は定格風速より低いため、定格発電エネルギは取得できていないことになる。その場合は、定格風速より強い第2,第3風速の時に回収しアキュムレータ64に蓄積されていたエネルギを利用して発電機14は、定格発電を維持することになる。
【0060】
風速が第4風速から第1風速へ増速したならば、制御装置58は開閉弁56を開け、油圧ポンプ16の回転軸24の回転数を風速に適した回転数まで加速させる(図3のt9以降)。
【0061】
第1風速の持つエネルギは発電エネルギと同等となっているため、この後、開閉弁56を閉じ、開閉弁66を開放すると、油圧ポンプ56の吐出量と油圧ポンプモータ18への供給量とがバランスされ、油圧ポンプモータ18の回転軸42は一定の回転数(1500rpm)に維持され、一定周波数で発電が継続される。
【0062】
なお、上記工程中、ナセル30内のオイルタンク36内の作動油が減少していくことになるが、オイルタンク68内の作動油をオイルタンク36に適時補充できるようにするとよい。
【0063】
以上のように、本実施形態に係る構成では、油圧ポンプモータ18の回転軸42、すなわち発電機14の内側回転子78の回転を一定に維持し、風力の変化に拘わらず安定した発電を可能とすることができる。従来においては、油圧回路により同目的を達成するためには、高価な可変容量型の油圧ポンプモータを使用した油圧トランスミッションが考えられているが、本発明は安価な定容量型の油圧ポンプ56と油圧ポンプモータ16とで優れた効果を得ることができる。
【0064】
図4(a)は、油圧装置20の上記部分の回路を簡略化して表したものである。また、図4(b)は、(a)の油圧回路を等価な電気回路(電流源回路)で示したものである。図4(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。電流源I1は油圧ポンプ16に相当し、負荷R1は油圧ポンプモータ18に相当する。コンデンサC1はアキュムレータ64である。スイッチング素子S1,S2はそれぞれ開閉弁56,66、整流器D1,D2はそれぞれ逆止弁62,72に相当する。更に、インダクタL1は油圧ポンプ16系が持つ慣性に、L2はフライホイール74の慣性に相当する。
【0065】
図4(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R1の電圧を調整することが可能となっている。この図4(b)の電気回路に等価である図4(b)の油圧回路も同等の作用を呈するものであり、開閉弁66,56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18の回転軸42の回転数が一定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。
なお、油圧ポンプモータ18から油路112,142を経て油圧ポンプ16までの油圧回路は、図4(a)の油圧回路に相当する。従って、発電を行うべく油圧ポンプモータ18の回転軸42が回転し、フライホイール74にエネルギが蓄積されたならば、上記と同様にして、開閉弁116,144の開閉を制御すれば、油圧ポンプ16(本実施形態では油圧ポンプモータが使用されている)を回転させることができる。これは、風車12を積極的に加速させたい場合に、その補助力を提供するものである。
【0066】
次に、風が第3風速を大きく越え、発電機14の内側回転子78の回転数が所定値、例えば1500rpmを越える場合や、風が第1風速よりも弱くなり、内側回転子46の回転数が1500rpmに達しない場合について、風速、回転軸42,102の回転数及び発電エネルギの関係を示す図5と、エネルギフロー図である図6とを参照して説明する。なお、図6において、定格発電エネルギは「50」とする。
【0067】
まず、図5においてタイミングt10〜t11では、風速が前記第3風速を越える大きなものであり、制御装置58は風速センサ160からの信号により、その状態を認識する。そして、制御装置58は、図3のタイミングt0〜t3に示す場合とほぼ同様にして開閉弁56と開閉弁66とを開閉スイッチング制御して、油圧ポンプモータ18の回転軸42、すなわち発電機14における内側回転子78の回転数を所定値(1500rpm)を越えた回転数にまで上昇させる。
【0068】
この間、発電は行われず、図6の(a)に示すように、油圧ポンプ16から出力され油圧ポンプモータ18に入力されるエネルギを「100」とした場合、その「100」のエネルギはそのままフライホイール74に蓄積される。なお、図6のエネルギフローでは、損失は一切ないものとしている。
【0069】
一方、制御装置58は、回転速度センサ152からの信号により回転軸42の回転数が所定値を超えたことを認識したならば、開閉弁134,136を開く(図5のt11〜t12)。この際、開閉弁124は閉状態のままにしておく。
この時、内側回転子78が回転しているため、いわゆる発電トルクにより外側回転子80には、内側回転子78と同一回転方向へ回転しようとする力が作用する。そして、内側回転子78の回転数が所定値に達し、それを越えた時点で、開閉弁134,136を開くため、油圧ポンプモータ100の流入出ポート106は油路108を介してオイルタンク68へ連通され外側回転子80に対する拘束力が解放されることになり、発電トルクによって外側回転子80は回転を開始する。外側回転子80は内側回転子78の回転数と同等になろうと加速されるため、外側回転子80と内側回転子78との間の回転数差が所定値を越えた場合には、回転速度センサ152,154からの信号に基づいて制御装置58は、開閉弁136を開閉スイッチング制御して、外側回転子80に負荷を与えてその回転数を調節し、常に内側回転子78の外側回転子に対する80相対的回転数が所定値に維持されるようにする。開閉弁136を開閉スイッチング制御することにより外側回転子80(油圧ポンプモータ100の回転軸102)の回転数を調節できることは、油圧ポンプモータ100、開閉弁136、逆止弁140及びアキュムレータ64が油圧ポンプ16、開閉弁56、逆止弁62及びアキュムレータ64と同等に相当することから、容易に理解されよう。
このようにして、発電機14の内側回転子78の回転数が増加するような場合にも、電力系統周波数で発電を行うことが可能となる。
図6の(b)は、図5のt11〜t12の間での一時点、例えば油圧ポンプモータ18の回転軸42が2000rpmとなり、且つ、油圧ポンプモータ100の回転軸102が500rpmとなった時点のエネルギフローを示している。この図において、油圧ポンプモータ18に「100」のエネルギが入力されたならば、定格発電エネルギに相当する「50」が発電機14にて用いられ外部電力系統に出力され、残りの「50」はフライホイール74に蓄積される。この際、発電機14における内側回転子78の回転エネルギの一部(「10」)を用いて油圧ポンプモータ100が駆動され、油圧ポンプモータ100で発生される油動力が油圧ポンプモータ18の駆動に用いられて回生されることから、油圧ポンプモータ18から発電機14には「60」のエネルギが移動していることとなる。
【0070】
この後、風速が減じ、発電エネルギよりも小さなエネルギしか持たない風速となった場合には、開閉弁56,66のスイッチング制御を行って油圧ポンプモータ18への油動力を減じて、回転軸42、従って内側回転子78の回転数を抑制する(図5のt12〜t13)。これに伴って、開閉弁136のスイッチング制御を行って油圧ポンプモータ100の回転軸102、従って外側回転子80の回転数を抑制し、内側回転子78と外側回転子80との間の回転数差を所定値(1500rpm)に維持する。これにより、発電機14からの出力は安定状態で保たれる。
【0071】
この状態を図6の(c)を参照して説明する。図6の(c)に示すように、図5のt12〜t13の初期段階(風速の減速中)での一時点(例えば油圧ポンプモータ18の回転軸42の回転数が1800rpmに低下し油圧ポンプモータ100の回転軸102の回転数が300rpmに低下した時点)では、例えば油圧ポンプ16から油圧ポンプモータ18に入力されるエネルギは定格発電エネルギよりも小さい「40」となる。しかし、この時点では、「50」の発電エネルギを出力させるために、フライホイール74に蓄積されたエネルギが「10」だけ取り出されて、発電機14を駆動するためのエネルギとして用いられていることが分かるであろう。なお、発電機14に送られたエネルギの一部(「5」)が油圧ポンプモータ100を介して油圧ポンプモータ18に回生されるため、油圧ポンプモータ18から発電機14には「55」のエネルギが移動していることになる。
【0072】
また、図5のt12〜t13の後期段階の一時点におけるエネルギフローを示す図6の(d)から分かるように、油圧ポンプモータ18への入力エネルギが「30」に低下していても、フライホイール74からより大きなエネルギ(「20」)を取り出して利用することで、「50」の発電エネルギが安定して得られる。
【0073】
そして、風が止み、風車12の回転が停止した場合には、油圧ポンプモータ18の回転軸42の回転数が1500rpmに達した時点で、制御装置58は開閉弁66を閉じ、開閉弁116を開け、更に開閉弁134,136を閉じる(図5のt13)。開閉弁66を閉じても、油圧ポンプモータ18の流入ポート40は油路70を介してオイルタンク68に連通した状態となっているので、フライホイール74の慣性により回転軸は回転を続け、発電は続けられる。
【0074】
やがて、回転軸42の回転数が所定値を下回ったならば、制御装置58は、回転速度センサ152からの信号によりその状態を認識し、開閉弁116,124の開閉スイッチング制御を行い、油圧ポンプモータ18から流出した作動油を油路112を通して油圧ポンプモータ100の流入出ポート110に供給する。油圧ポンプモータ18から開閉弁116、アキュムレータ122を通り、開閉弁124を経て油圧ポンプモータ100に至る油圧回路は、図4(a)に示す油圧回路と同等である。従って、開閉弁116,124をスイッチング制御することで、油圧ポンプモータ100の回転軸102を回転させ、そしてその回転数を調整することが可能となる。油圧ポンプモータ100の流入出ポート110に作動油を供給すると、油圧ポンプモータ100の回転軸102、すなわち発電機14の外側回転子80の回転方向は、油圧ポンプモータ18の回転軸42、すなわち内側回転子78の回転方向とは逆向きとなり、外側回転子80に対する内側回転子78の相対的な回転数は所定値(1500rpm)を維持することが可能となる。
【0075】
この状態が図6の(e)であり、回転軸42の回転数が1500rpm以下となり、回転軸102が逆回転している時点を示している。この時点では、例えばフライホイール74から「40」のエネルギを直接発電のためのエネルギとして利用すると共に、フライホイールから「10」のエネルギで油圧ポンプモータ100を駆動し、そこで発生した油動力を油圧ポンプモータ18に送って回転軸42、ひいては発電機14の内側回転子78の駆動力とすることで、発電エネルギを「50」で維持することができる。このようにアキュムレータ122に油圧ポンプモータ100を回転させることができるだけの十分なエネルギが蓄積されている場合には、風が停止した状態でも、発電を安定的に続けることができる。
【0076】
更に、図5のタイミングt14〜t15に示すように、再度風が吹き始めて油圧ポンプモータ18の回転軸42が回転を再開したならば、開閉弁56,66のスイッチング制御を行って、回転軸42の回転数を増加させると共に、開閉弁116,124のスイッチング制御により油圧ポンプモータ100の回転数を減じていけば、この場合にも外側回転子80に対する内側回転子78の相対的な回転数を所定値で維持することができる。
【0077】
図6の(f)は、図5のt14から回転軸102の回転数が0となるまでの一時点におけるエネルギフローであり、この際、油圧ポンプモータ100は回転数が逆回転状態が0に減速していくため、油圧ポンプモータ100からのエネルギが発電機14の外側回転子80の減速に用いられたことになる。この油圧ポンプモータ100から発電機14へのエネルギ移動量を「10」とした場合、油圧ポンプモータ18への入力エネルギが「100」となっていても、発電に要するエネルギは「40」で済み、残りはフライホイール74に蓄積される。回転数102の回転数が0に戻った後は、図5のt11と同じ動作となる。
【0078】
このように、風が一旦停止した場合であっても、本実施形態における構成では、外部電力系統に安定した出力を行うことができるのである。
【0079】
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。
【0080】
例えば、上記実施形態では、油圧ポンプ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30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。
【0081】
また、差動型発電機も2つの回転子が共にディスク状である、いわゆるディスク型発電機も含まれる。また、それぞれの回転子は、巻線に電流が流せる構成や、単に棒導体で構成したり、永久磁石で構成することも可能である。
【0082】
更に、開閉弁136及び油路138を省き、且つ、開閉弁134に流量調整機能を持たせても、油圧ポンプモータ100の回転数の調節を行うことができる。
【0083】
また、図7に示すように、アキュムレータ64と開閉弁66との間おける油路52から油路(第5の油路)200を分岐させ、この油路200を油路112に開閉弁124と油圧ポンプモータ100との間で接続すると共に、この油路200に開閉弁(第7の開閉弁)202を介設させてもよい。この構成では、油圧ポンプ16で発生された油動力によっても、油圧ポンプモータ100が駆動されることになる。油路200が設けられていない構成では、例えば風の吹き始めにおいては図5のタイミングt10〜t11に示すように油圧ポンプモータ18の回転数が少なく、定格値での発電を行うことができないが、油路200を設けることで、風の吹き始めでも油圧ポンプモータ100を回転させ、回転子78,80の回転数差を迅速に所定範囲内とすることが可能となる。
【0084】
なお、開閉弁202は開閉弁66に相当するものである。また、逆止弁72に相当する弁を油路200に設けることもできるが、それは逆止弁126によって代用されている。更に、図7の構成は、その他の部分では図1の構成と全く同一であり、同一部分には同一符号を付して、重複した説明は省略する。
【0085】
また、上記実施形態では、フライホイール74は油圧ポンプモータ18の回転軸42にのみ取り付けられているが、油圧ポンプモータ100の回転軸102にも別のフライホイールを取り付けてもよい。更には、フライホイール74を廃して、回転軸102にのみフライホイールを取り付けることも考えられる。これは、風速が定格発電エネルギを越えるエネルギを有する場合に、油圧ポンプモータ18で余ったエネルギで油圧ポンプモータ100を積極的に逆転させ、回転軸102に接続されたフライホイールを回転させて蓄エネする等の使用態様が考えられるからである。
【0086】
更に、上記実施形態では、発電機における第1の回転子(内側回転子)の回転数を検出する第1の回転数検出手段、及び、第2の回転子(外側回転子)の回転数を検出する第2の回転数検出手段として、それぞれ、回転速度センサ152,154を用いているが、他の手段、例えば油圧ポンプモータ18,100に内蔵される回転計による場合や、油圧ポンプモータ18,100内を流れる作動油の流量から検出する手段、或いは、フライホイール74の回転数から検出する手段等、種々考えられる。
【0087】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、定容量型の油圧ポンプや油圧ポンプモータを用いて、外力(風力)等が変化した場合にも安定した出力を行うことのできる発電設備及びそのための油圧装置を提供することができる。
【0088】
特に、本発明は、蓄電池やフライホイール式蓄電装置、或いは、高価な可変容量型の油圧ポンプモータが不要であるので、発電設備を安価に製造することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された発電設備の一実施形態を示す概略説明図である。
【図2】本実施形態で用いられる発電機及びその周辺要素の構成を示す部分断面図である。
【図3】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4】(a)は本発明による発電設備における基本的な油圧回路図であり、(b)は前記油圧回路図に等価な電気回路図である。
【図5】風力が大きく変化した場合の図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6】(a)〜(d)は図5における複数の時点のそれぞれにおけるエネルギフローを示す図である。
【図7】本発明の別の実施形態を示す、図1と同様な概略説明図である。
【符号の説明】
10…発電設備、12…風車(回転体)、14…発電機、16…油圧ポンプ、18…(第1の)油圧ポンプモータ、20…油圧装置、24…油圧ポンプの回転軸、30…ナセル、36…オイルタンク、42…油圧ポンプモータ18の回転軸、52…(第1の)油路、54…(第1の)アンロード油路、56…(第1の)開閉弁、58…制御装置(弁制御手段)、62…逆止弁(第1の弁)、64…(第1の)アキュムレータ、66…(第2の)開閉弁、68…オイルタンク、72…逆止弁(第2の弁)、74…フライホイール、78…内側回転子(第1の回転子)、80…外側回転子(第2の回転子)、100…(第2の)油圧ポンプモータ、102…油圧ポンプモータ100の回転軸、106,110…流入出ポート、108…(第3の)油路、112…(第2の)油路、116…(第3の)開閉弁、118…(第2の)アンロード油路、120…逆止弁(第3の弁)、122…(第2の)アキュムレータ、124…(第4の)開閉弁、126…逆止弁(第4の弁)、132…(第3の)アンロード油路、134…(第5の)開閉弁、136…(第6の)開閉弁、138…(第4の)油路、140…逆止弁(第5の弁)、152,154…回転速度センサ(検出手段)、200…(第5の)油路、202…(第7の)開閉弁。
Claims (9)
- 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回転型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより発生された油動力により回転駆動される第1の油圧ポンプモータと、
前記第1の油圧ポンプモータが回転駆動されることで発生された油動力により回転駆動される第2の油圧ポンプモータと、
前記第1の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第1の回転子と、前記第1の回転子と同軸上で前記第2の油圧ポンプモータの回転軸に接続された第2の回転子とを有し、前記第1の回転子と前記第2の回転子の回転により電力を発生する発電機と、
前記第1の回転子の回転数を検出する第1の回転数検出手段と、
前記第2の回転子の回転数を検出する第2の回転数検出手段と、
前記第1と第2の回転数検出手段の検出結果に基づいて、前記第1の回転子と前記第2の回転子との間の回転数差を所定の範囲内に維持すべく前記第1の油圧ポンプモータ及び前記第2の油圧ポンプモータに対する油動力を制御する油動力制御手段と、
を備える発電設備。 - 前記第2の油圧ポンプモータは、前記油圧ポンプにより発生された油動力によっても回転駆動されるようになっている、請求項1に記載の発電設備。
- 前記第1の油圧ポンプモータは、前記第2の油圧ポンプモータにより発生された油動力によっても回転駆動されるようになっている、請求項1又は2に記載の発電設備。
- 前記油動力制御手段は、
前記油圧ポンプ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、
前記油圧ポンプと前記第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側の前記第1の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の開閉弁を制御する弁制御手段と、
を備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の発電設備。 - 前記第1の油圧ポンプモータは、その回転軸にフライホイールが接続されており、
前記第2の油圧ポンプモータは、それぞれが流入ポート及び流出ポートとなる2つの流入出ポートを有する正逆両方向型であり、
前記油動力制御手段は、更に、
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出ポートの一方に接続された第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前記一方の流入出ポートに作動油が流入でき、且つその流入出ポート側の前記第2の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、
前記第2の油圧ポンプモータの他方の流入出ポートに接続され前記他方の流入出ポートに対して作動油を流入出させることのできる第3の油路と、
を備え、
前記第2の油圧ポンプモータの前記一方の流入出ポートに作動油を供給した場合には前記第2の油圧ポンプモータの回転軸が前記第1の油圧ポンプモータの回転軸の回転方向とは反対方向に回転するようになっており、
前記弁制御手段が前記第3の開閉弁及び前記第4の開閉弁を制御するようになっている請求項4に記載の発電設備。 - 前記油動力制御手段は、更に、
前記第2の油圧ポンプモータの前記一方の流入出ポートに接続された第3のアンロード油路と、
前記第3のアンロード油路に介設され、前記弁制御手段により制限される第5の開閉弁と、
を備える請求項5に記載の発電設備。 - 前記油動力制御手段は、更に、
前記第5の開閉弁よりも下流側にて前記第3のアンロード油路に介設され、前記弁制御手段により制御される第6の開閉弁と、
前記第5の開閉弁と前記第6の開閉弁との間における前記第3のアンロード油路から分岐し、前記第1のアキュムレータと前記第2の開閉弁との間における前記第1の油路に接続された第4の油路と、
前記第4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6の開閉弁への流れを阻止するための第5の弁と、
を備える請求項6に記載の発電設備。 - 前記油動力制御手段は、更に、
前記第1のアキュムレータと前記第2の開閉弁との間おける前記第1の油路から分岐し、前記第4の開閉弁と前記第2の油圧ポンプモータとの間における前記第2の油路に接続された第5の油路と、
前記第5の油路に介設され、前記弁制御手段により制御される第7の開閉弁と、
を備える請求項5〜7のいずれか1項に記載の発電設備。 - 前記回転体は風車である請求項1〜8のいずれか1項に記載の発電設備。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003030042A JP4146737B2 (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 発電設備 |
CNB2004800037547A CN100456627C (zh) | 2003-02-06 | 2004-02-06 | 发电设备 |
PCT/JP2004/001243 WO2004070935A1 (ja) | 2003-02-06 | 2004-02-06 | 発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003030042A JP4146737B2 (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 発電設備 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004266883A JP2004266883A (ja) | 2004-09-24 |
JP4146737B2 true JP4146737B2 (ja) | 2008-09-10 |
Family
ID=32844255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003030042A Expired - Fee Related JP4146737B2 (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 発電設備 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4146737B2 (ja) |
CN (1) | CN100456627C (ja) |
WO (1) | WO2004070935A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITBO20040812A1 (it) * | 2004-12-28 | 2005-03-28 | Green Power Technology S R L | Sistema per la conversione dell'energia eolica in energia elettrica |
WO2008113699A2 (de) * | 2007-03-21 | 2008-09-25 | Rle-International Gmbh | Energieumwandlungsvorrichtung mit hydraulischem antrieb |
US20090230692A1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | Fernando Gracia Lopez | Dynamic fluid energy conversion |
KR101029153B1 (ko) * | 2008-11-19 | 2011-04-13 | 이인열 | 하이브리드형 풍력 발전장치 |
GB0821160D0 (en) * | 2008-11-20 | 2008-12-24 | Univ Exeter The | Electricity generating apparatus |
ITMI20090895A1 (it) * | 2009-05-20 | 2010-11-21 | Maurizio Mantovani | Elettrogeneratore eolico |
WO2012164789A1 (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Power generating apparatus of renewable energy type and operation method thereof |
KR101227390B1 (ko) | 2010-06-15 | 2013-02-01 | 이한열 | 풍력발전시스템 |
DE102011111219A1 (de) * | 2011-08-20 | 2013-02-21 | Hydac System Gmbh | Energiewandlervorrichtung für Energieanlagen und Verfahren zum Betrieb einer dahingehenden Vorrichtung |
CN102893026A (zh) * | 2011-11-30 | 2013-01-23 | 三菱重工业株式会社 | 再生能量型发电装置及其控制方法 |
TWI478468B (zh) | 2013-01-28 | 2015-03-21 | Jun Dong Power Corp | 發電裝置 |
CN107394952A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-11-24 | 斯托格尼耶恩科·瓦连京 | 储能发电装置 |
CN113007049B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-06-07 | 无锡职业技术学院 | 一种板簧震动液压发电系统 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4503673A (en) * | 1979-05-25 | 1985-03-12 | Charles Schachle | Wind power generating system |
JPS5851279A (ja) * | 1981-09-22 | 1983-03-25 | Shimadzu Corp | 風力タ−ビンの負荷制御装置 |
JPS6318993A (ja) * | 1986-07-08 | 1988-01-26 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 二軸駆動差動式軸発電装置の周波数制御方式 |
JPH10313547A (ja) * | 1997-05-09 | 1998-11-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 液圧式発電装置 |
JPH11287179A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-19 | Kayaba Ind Co Ltd | 発電装置 |
JP2002142498A (ja) * | 2000-11-01 | 2002-05-17 | Tomiji Watabe | 振り子式波力発電装置の制御装置 |
-
2003
- 2003-02-06 JP JP2003030042A patent/JP4146737B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-02-06 WO PCT/JP2004/001243 patent/WO2004070935A1/ja active Application Filing
- 2004-02-06 CN CNB2004800037547A patent/CN100456627C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004266883A (ja) | 2004-09-24 |
WO2004070935A1 (ja) | 2004-08-19 |
CN100456627C (zh) | 2009-01-28 |
CN1748355A (zh) | 2006-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3596334B1 (en) | Method for operating a hydraulic machine and corresponding installation for converting hydraulic energy into electrical energy | |
JP4146737B2 (ja) | 発電設備 | |
US7569943B2 (en) | Variable speed wind turbine drive and control system | |
RU2711454C2 (ru) | Трансмиссия для насосов, энергетических установок или подобных устройств и способ приведения в действие такой трансмиссии | |
JP5320311B2 (ja) | 可変速発電装置及びその制御方法 | |
US6285090B1 (en) | Low-speed directly driven wind turbine | |
KR101192240B1 (ko) | 유체역학적 전동장치를 구비하는 풍력발전설비를 위한제어시스템 | |
US10378617B2 (en) | Method for operating a drive train, and drive train | |
JP5166429B2 (ja) | 可逆水力発電装置 | |
US7095128B2 (en) | Method and device for regulating a wind machine | |
US10082194B2 (en) | Method for operating a drive train, and drive train | |
EP2001121A2 (en) | Engine start system with quadrature AC excitation | |
US20120176074A1 (en) | System for decoupling a rotor from a stator of a permanent magnet motor and flywheel storage system using the same | |
US20170149303A1 (en) | Digitally controlled motor device with storage | |
US20160091061A1 (en) | Method and device for starting a drive train | |
JP2001512804A (ja) | 可変速度風力タービン発電機 | |
US20190173404A1 (en) | Control of hybrid permanent magnet machine with rotating power converter and energy source | |
JP2010159647A (ja) | 風力発電装置および風力発電装置の制御方法 | |
EP3729620A1 (en) | Variable torque linear motor/generator/transmission | |
EP3051177B1 (en) | Variable speed drive arrangement | |
CN101487453A (zh) | 变速恒频风力发电装置 | |
US20120319661A1 (en) | Electrical generation system | |
CN106194583A (zh) | 一种变桨供电装置及风力发电机组 | |
JP4024687B2 (ja) | 油圧装置及び発電設備 | |
JP4159894B2 (ja) | 発電設備及び発電設備における油圧装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040616 |
|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20040624 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051028 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080610 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080620 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |