JP4641481B2 - Wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine generator that converts wind energy into electric energy.
従来から、風車と、該風車と主軸で直結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回可能に支持するタワーなどを備え、該タワーで風車やナセルを所定の高さに保持して、風車で風力エネルギーを回転動力に変換し、該回転動力を主軸を介して発電機に伝達して、該発電機で回転動力を電気エネルギーに変換するように構成された風力発電装置は公知となっている。 Conventionally, a windmill, a generator directly connected to the windmill by a main shaft, a nacelle that accommodates the generator, a tower that rotatably supports the nacelle, and the like are provided. The wind turbine is configured to convert the wind energy into rotational power, transmit the rotational power to the generator via the main shaft, and convert the rotational power into electric energy with the generator. Wind power generators are known.
このような風力発電装置においては、タワー側にリングギヤが固設され、ナセル側に前記リングギヤと噛合するピニオンと、該ピニオンを回転駆動する電動モータなどのアクチュエータが設けられて、該アクチュエータによってピニオンを回転駆動させることにより、ナセルが旋回するように構成されていた。そして、タワーとナセルとの間に油圧式のブレーキ装置が設けられ、該ブレーキ装置を制御することによりナセルが任意の旋回位置で固定可能とされていた。 In such a wind turbine generator, a ring gear is fixed on the tower side, and a pinion that meshes with the ring gear is provided on the nacelle side, and an actuator such as an electric motor that rotationally drives the pinion is provided. The nacelle is configured to rotate by being driven to rotate. A hydraulic brake device is provided between the tower and the nacelle, and the nacelle can be fixed at an arbitrary turning position by controlling the brake device.
また、風車の有する各ブレードのピッチ角度が風速に応じて可変するように構成され、暴風時などに風速が予め設定した値を超えると、ブレードが風を受け流すように、風向に対し略平行方向となるように制御されていた。こうして、ブレードが受ける風の荷重を低減することで、風車の破損が防止されていた(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、従来のような風力発電装置では、停電が発生すると、アクチュエータが駆動しないため、ナセルがある旋回位置に固定されてしまい、前述のようにブレードを風向に対して略平行方向となるようにしてもブレードが受ける荷重を低減することができず、ブレードに大きな荷重がかかりやすくなって、ブレードが破損する恐れがあった。 However, in a conventional wind power generation device, when a power failure occurs, the actuator does not drive, so the nacelle is fixed at a certain turning position, and the blade is made to be substantially parallel to the wind direction as described above. However, the load received by the blade cannot be reduced, and a large load is easily applied to the blade, which may damage the blade.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、風車と、該風車の主軸に連結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回可能に支持するタワーを備えた風力発電装置において、風向を検知する手段と、風速を検知する手段と、前記風車が有する各ブレードのピッチ角度を風速に合わせて変更する油圧シリンダと、風向に合わせてナセルの旋回位置を変更する油圧モータと、油圧シリンダ及び油圧モータへの圧油の送油方向をそれぞれ切り換えるブレードのピッチ角度制御用電磁バルブ及びナセルの旋回方向制御用電磁バルブと、これらを制御する制御装置とを備え、停電時及び設定風速以上時に、前記旋回方向制御用電磁バルブと油圧モータの間を接続する一対の油路間を連通させるとともに、前記油圧シリンダをブレードが風を受け流すピッチ角度となるように駆動するものである。 That is, in claim 1, in a wind turbine generator including a windmill, a generator connected to the main shaft of the windmill, a nacelle that accommodates the generator, and a tower that rotatably supports the nacelle. Means for detecting the wind direction, means for detecting the wind speed, a hydraulic cylinder that changes the pitch angle of each blade of the windmill according to the wind speed, a hydraulic motor that changes the turning position of the nacelle according to the wind direction, and hydraulic pressure Equipped with an electromagnetic valve for controlling the pitch angle of the blade and an electromagnetic valve for controlling the turning direction of the nacelle for switching the oil supply direction of the pressure oil to the cylinder and the hydraulic motor, respectively, and a controller for controlling them. At times, a pair of oil passages connecting the electromagnetic valve for controlling the turning direction and the hydraulic motor communicate with each other, and the blade receives wind from the hydraulic cylinder. It is to drive so as to be pitch angle.
請求項2においては、前記油圧モータと前記旋回方向制御用電磁バルブとを接続する一対の油路を接続する油路の途中に絞りを設けたものである。 According to a second aspect of the present invention, a throttle is provided in the middle of an oil passage connecting a pair of oil passages connecting the hydraulic motor and the electromagnetic valve for controlling the turning direction.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、停電時や設定風速以上時に、ナセルを任意の旋回位置で保持された状態から自由に旋回させることが可能となり、そして風を受けることで、該風車を風下方向に向けることができる。また、ブレードのピッチ角度を風向に対し略平行方向となるようにして、ブレードが風を受け流すようにすることができる。したがって、ブレードに作用する風の荷重を低減して、風車やナセルに破損が生じるのを防止することができる。 In claim 1, it is possible to freely turn the nacelle from a state where it is held at an arbitrary turning position at the time of a power failure or at a set wind speed or more, and the windmill is directed in the leeward direction by receiving the wind. Can do. Further, the blade can receive the wind by setting the pitch angle of the blade to be substantially parallel to the wind direction. Accordingly, it is possible to reduce the wind load acting on the blade and prevent the windmill and the nacelle from being damaged.
請求項2においては、ナセルの旋回速度を簡単な構成で調整することが可能となり、急旋回を防止することができる。また、ナセルの旋回速度を調整する手段が摩擦による制動を用いたものではないため、部材の摩耗がなくメンテナンスを軽減することができる。 According to the second aspect, the turning speed of the nacelle can be adjusted with a simple configuration, and sudden turning can be prevented. Further, since the means for adjusting the turning speed of the nacelle does not use braking by friction, the member is not worn and the maintenance can be reduced.
次に、発明の実施の形態を説明する。 Next, embodiments of the invention will be described.
図1は本発明の一実施例に係る風力発電装置の正面図、図2は油圧回路図、図3はブロック図である。 1 is a front view of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram, and FIG. 3 is a block diagram.
図1に示すように、風力発電装置1は、風車2と、該風車2と主軸で直結された発電機(図示せず)と、該発電機などを収容するナセル5と、該ナセル5を旋回可能に支持するタワー6などを備え、該タワー6で風車2やナセル5を所定の高さに保持し、風車2で風力エネルギーを回転動力に変換して、該回転動力を主軸を介して発電機に伝達し、該発電機で回転動力を電気エネルギーに変換するように構成されている。
As shown in FIG. 1, a wind turbine generator 1 includes a
前記発電装置1において、風車2は複数のブレード2a・2a・2aをナセル5から突出する主軸の一端にハブを介して枢結して構成され、ナセル5の長手方向一側に配置されている。そして、該ナセル5内に主軸の他端に連結された発電機などに加えて、主軸を制動することにより風車2の回転を停止若しくは抑制するブレーキ装置11や風車2の各ブレード2aのピッチ角度を風速に合わせて変更する油圧シリンダ13、風向に合わせてナセル5の旋回位置を変更する油圧モータ15、モータ17により駆動される油圧ポンプ18が設けられている。
In the power generator 1, the
図2に示すように、前記ブレーキ装置11には油圧アクチュエータ11aが備えられ、該油圧アクチュエータ11aと、油圧シリンダ13と、油圧モータ15とがそれぞれ油圧ポンプ18と油路を介して接続されている。そして、該油圧ポンプ18により油タンク19内の作動油が圧油として油圧アクチュエータ11aや油圧シリンダ13、油圧モータ15に供給可能とされている。
As shown in FIG. 2, the brake device 11 is provided with a
前記ブレーキ装置11の油圧アクチュエータ11a、油圧シリンダ13、油圧モータ15それぞれに接続される油路には切換バルブ31〜38が設けられている。切換バルブ31〜38は電磁バルブから構成され、電磁バルブのソレノイドを介して制御装置50と接続されて、該制御装置50により切換制御されるようになっている。
図3に示すように、前記制御装置50は前記切換バルブ31〜38の他に風速を検知する手段である風速センサ51、ブレード2aのピッチ角度を検知する手段であるピッチ角度検出センサ53、風向を検知する手段である風向センサ52、ナセル5の旋回位置を検知する旋回位置検出センサ54、ブレード8の回転数を検知する回転数センサ55などと接続され、これらの検出値に基づいて各切換バルブ31〜38をソレノイドにより適宜切り換えて、ブレーキ装置11や油圧シリンダ13、油圧モータ15の駆動制御を行うように構成されている。
3, in addition to the
前記制御装置50に接続された切換バルブ31〜38のうち、第一切換バルブ31と第二切換バルブ32はブレーキ装置11の駆動制御に用いられ、第三切換バルブ33〜第六切換バルブ36は油圧シリンダ13の駆動制御に用いられる。第七切換バルブ37と第八切換バルブ38は油圧モータ15の駆動制御に用いられる。
Of the
このように構成される油圧回路において、前記油圧ポンプ18から送り出される圧油は、三方向に分岐されて油路21・22・23に送られる。これらの油路21・22・23のうち、油路21にはブレーキ装置11が接続され、該油路21からブレーキ装置11の油圧アクチュエータ11aに圧油が供給されることで、ブレーキ装置11が作動され、風車2に連動連結する主軸が制動されるようになっている。
In the hydraulic circuit configured as described above, the pressure oil delivered from the hydraulic pump 18 is branched in three directions and sent to the
前記油路21の途中には主軸制動用の第一切換バルブ31が設けられ、該第一切換バルブ31の切換によりブレーキ装置11の作動状態が変更可能とされている。通常運転時には、第一切換バルブ31が制御装置50により油路21における圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられて、油圧ポンプ18から油圧アクチュエータ11aへ圧油の供給が停止され、ブレーキ装置11が作動しないように制御される。このとき、油圧ポンプ18からの圧油は第一切換バルブ31よりも上流側に設けられたアキュムレータ41に送油される。
A
そして、停電や運転停止時などには、第一切換バルブ31はソレノイドに制御装置50から制御信号が送信されないことから、該第一切換バルブ31が油路21における圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第一切換バルブ31の切換によりアキュムレータ41から油圧アクチュエータ11aへ圧油が供給され、ブレーキ装置11が作動状態とされる。これによって、油圧アクチュエータ11aで主軸が制動され、風車2の回転が停止若しくは抑制される。
In the event of a power failure or shutdown, the
また、前記油路21の第一切換バルブ31とブレーキ装置11との間には戻り油路24が接続されている。該戻り油路24の途中には主軸制動解除用の第二切換バルブ32が設けられ、該第二切換バルブ32の切換によりブレーキ装置11の油圧アクチュエータ11aによる主軸の制動が解除可能とされている。
A return oil passage 24 is connected between the
前述のように第一切換バルブ31の切換によりブレーキ装置11が作動状態にある場合、第二切換バルブ32はソレノイドに制御装置50から制御信号が送信されないことから、戻り油路24における圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられる。該第二切換バルブ32の切換によって、油圧アクチュエータ11aに圧油が供給されたままの状態とされ、主軸の制動状態が維持される。
As described above, when the brake device 11 is in an operating state by switching the
逆に、通常運転時には第二切換バルブ32が制御装置50により戻り油路24における圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第二切換バルブ32の切換により油圧アクチュエータ11a内の圧油がドレンされ、主軸の制動が解除される。このように第一切換バルブ31及び第二切換バルブ32の切換が行われ、ブレーキ装置11が通常運転時には作動せず、停電やシステム停止時に作動するように制御されている。
Conversely, during normal operation, the
また、前記油圧シリンダ13は一対の油路25A・25Bと接続され、これらの油路25A・25Bがブレード2aのピッチ角度制御用の第三切換バルブ33と接続されている。第三切換バルブ33の一次側は油路22とタンク戻り油路26と接続されている。そして、該第三切換バルブ33の切換により圧油の送油方向が切り換えられて、油圧ポンプ18からの圧油が油路22から油路25A・25Bのいずれかに一方に選択的に供給され、油圧シリンダ13が伸縮駆動される。該油圧シリンダ13の伸縮駆動によりブレード2aのピッチ角度が変更されるように構成されている。
The
前記油路25A・25Bの途中にはそれぞれブレード位置保持用の第四切換バルブ34、第五切換バルブ35が設けられ、各切換バルブ34・35の切換によって油圧シリンダ13の伸縮位置が保持可能とされている。第四切換バルブ34と第五切換バルブ35はそれぞれソレノイドに制御装置50から制御信号が送信されると、油路25A・25Bにおける圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられ、ソレノイドに制御装置50から制御信号が送信されないと、油路25A・25Bにおける圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられる。
A
前記第四切換バルブ34と第五切換バルブ35は、通常運転時において風速センサ51で検知される風速に応じて第三切換バルブ33が切り換えられて、ブレード2aのピッチ角度が変更される場合に、制御装置50により開き側に切り換えられる。該第四切換バルブ34と第五切換バルブ35の切換により油圧ポンプ18から油圧シリンダ13へ圧油が第三切換バルブ33を経て供給されて、油圧シリンダ13が伸縮駆動され、ブレード2aが回動される。
The
なお、本実施例では油圧シリンダ13が伸長側に駆動された場合、ブレード2aは風向に対し略直交方向となるピッチ角度に近づくように構成されている。一方、油圧シリンダ13が収縮側に駆動された場合、ブレード2aは風向に対し略平行方向となるピッチ角度に近づくように構成されている
In this embodiment, when the
そして、ブレード2aのピッチ角度が所定の値となった後は、第四切換バルブ34と第五切換バルブ35が閉じ側に切り換えられて、油圧シリンダ13の伸縮位置が保持される。つまり、ブレード2aが所定のピッチ角度で保持される。なお、第四切換バルブ34と第五切換バルブ35は、停電時や運転停止時は閉じ側に切り換えられる。
After the pitch angle of the
また、一方の油路25Aの第四切換バルブ34と油圧シリンダ13との間にはタンク戻り油路27が接続され、該タンク戻り油路27の途中に第六切換バルブ36が設けられている。また、他方の油路25Bの第五切換バルブ35と油圧シリンダ13との間には油路28が接続され、該油路28にチェックバルブ43を介して油路21が第一切換バルブ31の下流側で接続されている。
A tank
停電時や運転停止時には、第六切換バルブ36はソレノイドに制御装置50から制御信号が送信されないことから、タンク戻り油路27での圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第六切換バルブ36の切換により油圧シリンダ13の伸長側油室から圧油が開放される。このとき、前述のように第一切換バルブ31も開き側に切り換えられて、油圧シリンダ13の収縮側油室に圧油が油路21・28を通じて供給可能とされる。
At the time of a power failure or operation stop, the
さらに、前記第一切換バルブ31とは反対に第四切換バルブ34及び第五切換バルブ35は閉じ側に切り換えられ、油路25A・25Bから油圧シリンダ13の収縮及び伸長側油室に圧油は供給されなくなる。このような切換バルブの切換制御は、通常運転時であっても暴風が吹くなどして風速センサ51で検出される風速が設定風速以上となった場合に、あるいは回転数センサ55で検出されるブレード回転数が設定回転数以上となった場合に、制御装置50によって行われる。
Further, in contrast to the
したがって、停電時や運転停止時、さらに設定風速以上時には、油圧シリンダ13が収縮側に駆動可能とされ、風車2の各ブレード2aは風を受けて風向に対し略平行方向となるピッチ角度、つまり風を受け流すピッチ角度となるように回動される。これにより、ブレード2aに作用する風の荷重を低減して、風車2やナセル5に破損が生じるのを防止することができる。
Therefore, at the time of a power failure or when the operation is stopped, and when the wind speed is higher than the set wind speed, the
また、前記油圧モータ15は一対の油路29A・29Bと接続され、これらの油路29A・29Bがナセルの旋回方向制御用の第七切換バルブ37の二次側と接続されている。一方、第七切換バルブ37の一次側は油路23とタンク戻り油路30と接続されている。該第七切換バルブ37の切換により圧油の送油方向が切り換えられて、油圧ポンプ18からの圧油が油路23から油路29A・29Bのいずれか一方に選択的に供給され、油圧モータ15が左方向又は右方向に回転駆動される。該油圧モータ15の駆動回転により駆動機構16を介してナセル5の旋回角度が変更されるように構成されている。
The
前記油路29A・29Bの途中にはロッキング回路が設けられている。該ロッキング回路はパイロットチェックバルブ44・44を備えて構成され、該パイロットチェックバルブ44・44により油路29A・29Bに圧油が送油されているときのみナセル5が旋回可能とされている。
A locking circuit is provided in the middle of the
すなわち、第七切換バルブ37が中立位置に切り換えられた場合には、該第七切換バルブ37の二次側に配置したロッキング回路となるパイロットチェックバルブ44・44により油圧モータ15に接続される油路29A・29Bには圧油が流通されなくなり、ナセル5が旋回できない状態となる。こうして、通常運転時にナセル5は、風車2を風上方向に向けた状態で旋回しないようになっている。
That is, when the
このような状態で第七切換バルブ37が切り換えられて、油路29A・29Bのいずれか一方に圧油が送油されると、一方のパイロットチェックバルブ44が開かれて油圧モータ15に圧油が供給され、他方のパイロットチェックバルブ44がパイロット油圧により開かれて油圧モータ15からの戻り油が油タンク19に戻される。これにより、油圧モータ15が回転駆動され、ナセル5が旋回可能とされている。但し、ロッキング回路は第七切換バルブ37の中立位置に設けることも可能である。
In this state, when the
そして、前記ナセル5は制御装置50により風向に応じて任意の旋回位置まで旋回するように制御(ヨー制御)される。このようなヨー制御でナセル5が旋回された後には、モータ17が停止されて、油圧ポンプ18から油圧モータ15への圧油の供給が停止され、更に第七切換バルブ37が中立位置とされて、ロッキング回路によりナセル5が旋回しないように固定され、任意の旋回位置で保持される。
The
また、パイロットチェックバルブ44・44と油圧モータ15との間の一対の油路29A・29Bに油路39が接続され、該油路39により油路29A・29B間が連通されている。油路39の途中には第八切換バルブ38が設けられ、該第八切換バルブ38の切換によりナセル5が任意の旋回位置で保持された状態から自由に旋回することができる状態に移行可能とされている。
An oil passage 39 is connected to a pair of
第八切換バルブ38は、通常運転時において制御装置50により油路39における圧油の流れを阻止するように閉じ側に切り換えられる。該第八切換バルブ38の切換により、前述のように前記ロッキング回路により油圧モータ15に接続される油路29A・29Bには圧油が流通されなくなり、ナセル5は任意の旋回位置で保持される。このとき、風車2は風上方向を向いた状態となる。
The
停電時や運転停止時には、第八切換バルブ38はソレノイドに制御装置50から制御信号が送信されないことから、油路39での圧油の流通を可能とするように開き側に切り換えられる。該第八切換バルブ38の切換により油路29Aと油路39とが連通され、油圧モータ15が空転可能な状態とされる。このような第八切換バルブ38の切換制御は、通常運転時であっても暴風が吹くなどして風速センサ51で検出される風速が設定風速以上となった場合に、制御装置50によって行われる。
At the time of a power failure or operation stop, the
よって、停電時や運転停止時、さらに設定風速以上時には、ナセル5は任意の旋回位置で保持された状態から自由に旋回する状態となり、風車2が風を受けることで、風下方向を向くように旋回される。そのため、ブレード2aに作用する風の荷重を低減して、風車2やナセル5に破損が生じるのを防止することができる。
Therefore, the
さらに、前記油路39の途中には更に絞り45が設けられ、油路29A・29Bの間が第八切換バルブ38の切換により連通されたときに、油路39における圧油の流量を調節することができるように構成されている。
Further, a
したがって、ナセル5が停電時や運転停止時、さらに設定風速以上時に自由に旋回する状態とされたときに、その旋回速度を簡単な構成で調整することができ、急旋回を防止することができる。また、ナセル5の旋回速度を調整する手段が摩擦による制動を用いたものではないため、部材の摩耗がなくメンテナンスを軽減することができる。
Therefore, when the
1 風力発電装置
2 風車
2a ブレード
5 ナセル
6 タワー
13 油圧シリンダ
15 油圧モータ
29A・29B 油路
33 第三切換バルブ
37 第七切換バルブ
39 油路
45 絞り
50 制御装置
51 風速センサ
52 風向センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
The wind turbine generator according to claim 1, wherein a throttle is provided in the middle of an oil passage connecting a pair of oil passages connecting the hydraulic motor and the turning direction control electromagnetic valve.
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