JP5438979B2 - シリンダ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電システムの動翼の角度を調整するシリンダ駆動装置に関するものである。

風力発電システムは、吹き付けられる風により風車（動翼）を回転させ、その回転力により電力を発生させるシステムである。この風力発電システムとしては、効率よく電力を発生させ供給するために、風車の回転数が最適となるように、風車の羽根の角度を調整する角度調整機構を有する風力発電システムがある。例えば、特許文献１には、風車のロータヘッドに配設されるブレード（動翼）のピッチ角を変更可能な可変翼機構において、ブレードのピッチ角を変化させるように駆動する油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータに両吐出ポートを接続し、その回転方向に応じて油圧アクチュエータを正方向若しくは逆方向に作動させる双方向ポンプと、双方向ポンプを正方向若しくは逆方向へ駆動可能な正逆転モータとからサーボアクチュエータを構成し、サーボアクチュエータを風車のロータヘッドに装備したことを特徴とする可変翼機構が記載されている。このように、動翼の角度を調整することで効率よく電力を発生させることができる。

このように動翼の角度を調整する風力発電システムでは、停電等により、可変翼機構に供給される電力が低下した場合にも、安全にシステムを作動させる必要がある。この点に関しては、特許文献２に、ピッチ角が可変であるブレードを備える風車ロータと、ブレードを駆動してピッチ角を制御するピッチ制御機構と、電気系統の系統電圧が低下する異常発生に応答して、風車ロータの回転から発生された電力をピッチ制御機構に供給する非常電力供給機構とを具備する風力発電システムが記載されている。

特開２００２−２７６５３５号公報 特開２００７−２３９５９９号公報

特許文献２に記載されているように、風車ロータの回転から電力を取得する非常電力供給機構を設けることで、非常時も通常時と同様に風力発電システムを駆動することができる。しかしながら、風力発電システムに非常電力供給機構を新たに設ける必要があり、また、風力発電システムで発生した電力を使用することになるため、装置コスト及びエネルギーコストが大きくなるという問題がある。

また、風力発電システムとしては、図７に示すように、非常時に対応するために動翼のピッチ角を調整するシリンダ駆動機構にアキュムレータを設けたものもある。図７に示すシリンダ駆動装置２００は、動翼２３０のピッチ角を調整する装置であり、シリンダ２０２と、シリンダ２０２の内部に配置され、かつ、連結部材を介して動翼２３０と連結され、シリンダ２０２の内部に供給される作動油の油圧によりシリンダ２０２に沿って往復運動し、動翼２３０のピッチ角を変化させるピストン２０３と、シリンダ２０２のピストン２０３に連結された連結部材が挿入されていない側に接続された配管２１０とシリンダ２０２のピストン２０３の棒状部が挿入されている側に接続された配管２１２との２つの配管にそれぞれ作動油を供給する双方向油圧ポンプ２０４と、配管２１０及び配管２１２内の余剰な作動油を排出するチェック弁２０６と、チェック弁２０６から排出された作動油を貯めるタンク２０８と、配管２１０に接続された油圧調整機構２２０とを有する。ここで、シリンダ駆動装置２００は、双方向油圧ポンプ２０４により、配管２１０からシリンダ２０２に作動油を供給し、ピストン２０３を移動させることで、動翼２３０を風の抵抗を受け流す方向（以下「フェザー方向」ともいう。）に移動させる。また、油圧調整機構２２０は、作動油が蓄圧され、必要に応じて作動油を配管２１０に供給するアキュムレータ２２２と、アキュムレータ２２２と配管２１０との間の流路の開閉を切り換えるオンオフ弁２２４と、オンオフ弁２２４と平行して配置され配管２１０からアキュムレータ２２２に向かう方向のみに作動油を流す安全弁２２６とを有する。シリンダ駆動装置２００は、通常運転時は、双方向油圧ポンプ２０４からシリンダ２０２に作動油を供給する。シリンダ駆動装置２００は、双方向油圧ポンプ２０４から配管２１０に作動油を供給することで動翼２３０をフェザー方向に移動させ、配管２１２に作動油を供給することで動翼２３０をフェザー方向とは反対方向（以下「ファイン方向」という。）に移動させる。なお、このような通常運転時は、オンオフ弁２２４は、オフの状態、つまり、アキュムレータ２２２から配管２１０には作動油が供給されない状態となっている。

次に、シリンダ駆動装置２００は、瞬時停電等の停電発生により電力が供給されず双方向油圧ポンプ２０４を駆動できない場合、オンオフ弁２２４を開き、アキュムレータ２２２と配管２１０との間の流路がつながった状態とし、配管２１０を介してアキュムレータ２２２からシリンダ２０２に作動油を供給する。ここで、オンオフ弁２２４として、停電状態となったらオン状態となる、つまり電力が供給されない状態では弁が開いたままの状態となる弁を用いることで、停電時に、オンオフ弁２２４が自動的に開くようにすることができる。シリンダ駆動装置２００は、配管２１０からシリンダ２０２に作動油を供給することで、動翼２３０をフェザー方向に移動させる。

このように、シリンダ駆動装置２００は、停電時は、アキュムレータ２２２から作動油を供給し、動翼２３０をフェザー方向に移動させることで、動翼２３０が風を受け流すようにし、動翼２３０が必要以上の速度で回転したり、動翼２３０にかかる負荷が増大し動翼２３０の故障の原因になったりすることを抑制することができる。また、アキュムレータのみで停電時の制御ができるため、装置構成を簡単にすることができ、風力発電システムの製造コストを低くすることができる。しかしながら、シリンダ駆動装置２００を有する風力発電システムでは、非常時は、風速によらず風を受け流す方向に動翼を回動させ、ロータの回転を抑制するため、通常運転時と同様な制御、つまり、風力に応じて動翼を回転させることができず、効率よく発電を行うことができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、停電時であっても動翼のピッチ角を適切に制御することができる風力発電システムのシリンダ駆動機構を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、動翼のピッチ角を調整するシリンダ駆動装置であって、動翼と連結されたピストンと、内部に前記ピストンが配置され、外部から供給される作動油の油圧の圧力差により前記ピストンの端部を往復移動させ、前記ピストンを往復運動させるシリンダと、前記シリンダの内部に配置され、前記ピストンを一方向に付勢する付勢部材と、前記シリンダに接続され、前記付勢部材により付勢される方向とは反対側の方向に前記ピストンを付勢する作動油を前記シリンダに供給するアキュムレータと、
前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路の開閉を制御するオンオフ弁とを有することを特徴とする。

ここで、前記オンオフ弁は、停電発生時に前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路を開くことが好ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、動翼のピッチ角を調整するシリンダ駆動装置であって、動翼と連結されたピストンと、内部に前記ピストンが配置され、外部から供給される作動油の油圧の圧力差により前記ピストンの端部を往復移動させ、前記ピストンを往復運動させるシリンダと、前記シリンダに作動油を供給する作動油供給手段と、前記ピストンを一方向に付勢するように、前記作動油供給手段から供給された作動油を前記シリンダに供給する第１配管と、前記ピストンを前記一方向とは反対側の方向に付勢するように、前記作動油供給手段から供給された作動油を前記シリンダに供給する第２配管と、前記シリンダに接続され、前記シリンダに接続された配管に作動油を供給するアキュムレータと、前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路の開閉を制御するオンオフ弁と、前記オンオフ弁と前記シリンダとの間に配置され、前記アキュムレータから供給された作動油を前記第１配管に供給する経路と、前記アキュムレータから供給された作動油を前記第２配管に供給する経路とを切換可能な切換手段とを有することを特徴とする。

ここで、前記作動油供給手段は、停電発生時に停止し、前記オンオフ弁は、停電発生時に前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路の開き、前記切換手段は、停電発生時に起動することが好ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、動翼のピッチ角を調整するシリンダ駆動装置であって、動翼と連結されたピストンと、内部に前記ピストンが配置され、外部から供給される作動油の油圧の圧力差により前記ピストンの端部を往復移動させ、前記ピストンを往復運動させるシリンダと、前記シリンダに作動油を供給する作動油供給手段と、前記ピストンを一方向に付勢するように、前記作動油供給手段から供給された作動油を前記シリンダに供給する第１配管と、前記ピストンを前記一方向とは反対側の方向に付勢するように、前記作動油供給手段から供給された作動油を前記シリンダに供給する第２配管と、前記シリンダの内部に配置され、前記動翼が風を受け流す方向に移動するように前記ピストンを移動させる方向に付勢する付勢部材と、を有することを特徴とする。

本発明にかかるシリンダ駆動装置は、停電時でも一定時間、動翼のピッチ角を適切に制御することができるという効果を奏する。また、本発明にかかるシリンダ駆動装置の装置構成を簡単にすることができ、また製造コストも低くすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明のシリンダ駆動装置を用いる風力発電システムの一実施形態の概略構成を示す側面図である。 図２は、図１に示す風力発電システムの動翼及びナセルの概略構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示すシリンダ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 図４は、シリンダ駆動装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図５は、シリンダ駆動装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図６は、シリンダ駆動装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図７は、従来のシリンダ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかるシリンダ駆動装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明のシリンダ駆動装置を用いる風力発電システムの一実施形態の概略構成を示す側面図であり、図２は、図１に示す風力発電システムのナセル及び動翼の周辺部の概略構成を示すブロック図である。図１及び図２に示すように、風力発電システム１０は、支柱１２と、ナセル１４と、ロータヘッド１６と、複数の動翼１８と、増速機２０、発電機２２と、風速計２４、風向計２６、避雷針２８、制御部３０と、シリンダ駆動装置４０とを有する。

支柱１２は、地面に形成された基礎１１の上に設置された柱である。ナセル１４は、増速機２０、発電機２２、シリンダ駆動装置４０等が設けられており、支柱１２の先端（基礎１１との連結部とは逆側の端部）に設けられている。ロータヘッド１６は、ナセル１４に略水平な軸線周りに回転自在に支持されている。また、ロータヘッド１６は、増速機２０と連結されている。複数の動翼１８は、ロータヘッド１６の回転軸線周りに放射状に取り付けられている。動翼１８は、ロータヘッド１６の回転軸線を中心としてロータヘッド１６と共に回転可能な状態で、ロータヘッド１６に固定されているブレードである。動翼１８は、ロータヘッド１６の回転軸線方向から吹き付けられた風の力を、ロータヘッド１６を回転軸線周りに回線させる力に変換する。

増速機２０は、ナセル１４の内部に配置されており、ロータヘッド１６と連結されている。増速機２０は、ロータヘッド１６の回転を増速して、発電機２２に伝達する。発電機２２は、増速機２０を介してロータヘッド１６と連結されており、ロータヘッド１６から伝達され、増速機２０で増速された回転力から発電する。

風速計２４、風向計２６、避雷針２８は、ナセル１４の上部に配置されている。風速計２４は、ナセル１４及び動翼１８周辺の風速を検出し、検出結果を制御部３０に送る。風向計２６は、ナセル１４及び動翼１８周辺を流れる風の向きを検出し、検出結果を制御部３０に送る。避雷針２８は、ナセル１４に雷が直撃し、ナセル１４の制御回路が損傷することを防止する。また、シリンダ駆動装置４０は、ロータヘッド１６の内部に配置されており、動翼１８のピッチ角を調整する。シリンダ駆動装置４０については後ほど詳細に説明する。

制御部３０は、発電機２２、シリンダ駆動装置４０等の各部の動作を制御する装置である。例えば、制御部３０は、風速計２４及び風向計２６から送られてくる検出結果に基づいて、シリンダ駆動装置４０により動翼１８のピッチ角を調整したり、発電機２２による発電の起動、停止を決定したりする。

次に、シリンダ駆動装置４０について詳細に説明する。図３は、図２に示すシリンダ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、シリンダ駆動装置４０は、シリンダ４２と、連結部材４４と、ピストン４５と、双方向油圧ポンプ４６と、チェック弁４８と、タンク５０と、配管５２、５４と、油圧調整機構５６と、ばね６６とを有する。

シリンダ４２は、内部に作動油が注入された筒型部材であり、ピストン４５が挿入されている。また、シリンダ４２の一方の端部近傍（筒型形状の底面４２ｂ近傍）には、配管５２が接続され、シリンダ４２の他方の端部近傍（筒型形状の頂面４２ａ近傍）には、配管５４が接続されている。

連結部材４４は、棒状部材であり、シリンダ４２の頂面（動翼１８に近い側の端面）４２ａからシリンダ４２内部に挿入されており、一方の端部がシリンダ４２の内部に配置されピストン４５と接続され、他方の端部がリンク等を介して動翼１８に接続されている。
ピストン４５は、連結部材のシリンダ４２の内部に配置された側の端部に連結された、シリンダ４２の筒型形状の内壁と略同一形状の筒板部材である。このピストン４５により、シリンダ４２の内部の空間は、シリンダ４２の頂面４２ａ側と底面４２ｂ側とに分断される。ピストン４５は、シリンダ４２の底面４２ｂ側に接続された配管５２から供給される作動油と、シリンダ４２の頂面４２ａ側に接続された配管５４から供給される作動油との量の差、つまりシリンダ４２の内部に供給される作動油の油圧の差により生じる力を受ける。ピストン４５は、作動油から受ける力によりより圧力が低い方向にシリンダ４２に沿って移動する。具体的には、ピストン４５は、配管５２から作動油が供給されたらシリンダ４２の底面４２ｂから離れる方向に移動し、配管５４から作動油が供給されたらシリンダ４２の底面４２ｂに近づく方向に移動する。また、ピストン４５と動翼１８とは、連結部材４４を介して連結されているため、ピストン４５の往復運動は、連結部材４４を介して動翼１８に伝達され、動翼１８がリンクの中心を基準として（つまり、動翼１８の回動軸を中心に）回動される。動翼１８が動翼１８の回動軸を中心に回動することで、動翼１８のピッチ角が変化する。具体的には、ピストン４５が底面４２ｂから離れる方向に移動すると、動翼１８のピッチ角は、風を受け流す方向（以下「フェザー方向」という。）に変化し、ピストン４５が底面４２ｂに近づく方向に移動すると、動翼１８のピッチ角は、風の力を寄り大きく受け止める方向、つまり、吹き付けられた風の力をより多く回転する力に変換する方向（以下「ファイン方向」という。）に変化する。

双方向ポンプ４６は、配管５２及び配管５４に接続されたポンプであり、配管５２と配管５４のそれぞれに作動油を供給する。ここで、双方向ポンプ４６は、配管５２のみに作動油を供給することも、配管５４のみに作動油を供給することも、配管５２と配管５４にそれぞれ異なる量の作動油を供給することもできる。チェック弁４８は、配管５２と配管５４の両方に接続された逆止弁であり、配管５２及び／または配管５４の作動油の圧が一定以上となった場合に、配管５２及び／または配管５４から作動油が排出される。また、チェック弁４８は、逆支弁であるので、配管５２及び配管５４に向けて作動油は排出されない。したがって、配管５２と配管５４とは、チェック弁４８によりつながっているが、チェック弁４８を介して配管５２から配管５４またはその逆に作動油が流れることはない。タンク５０は、配管５２及び／または配管５４からチェック弁４８に排出された作動油を貯めるタンクである。

油圧調整機構５６は、配管５４に接続された作動油供給機構であり、アキュムレータ６０と、オンオフ弁６２と、オンオフ弁駆動用電源６６とを有する。アキュムレータ６０は、一定量の作動油を高圧状態で保持する蓄圧機であり、オンオフ弁６２を介して配管５４と接続されている。オンオフ弁６２は、アキュムレータ６０と配管５４との間に配置され、アキュムレータ６０と配管５４との間の流路の開閉を切り換える。オンオフ弁駆動用電源６６は、一定の電力が蓄電された電池、コンデンサやバッテリ等の予備電源であり、停電時（つまり、発電所等からの電線を介しての電力の供給が停止した場合）にオンオフ弁６２に電力を供給する。オンオフ弁６２は、通常運転時は、制御部から供給された電力、例えば、発電所等で発電され電線を介して供給される電力により駆動される。

ばね６８は、シリンダ４２の内部の、ピストン４５とシリンダ４２の頂面４２ａとの間に配置された付勢部材である。ばね６８は、引っ張りばねであり、ピストン４５をシリンダ４２の頂面４２ａ側に牽引する。つまり、動翼１８がフェザー方向に移動する方向に力を作用させる。

シリンダ駆動装置４０は、以上のような構成であり、通常運転時は、双方向油圧ポンプ４６から配管５２及び／または配管５４を介してシリンダ４２に作動油を供給する。シリンダ駆動装置１０は、双方向油圧ポンプ４６により配管５２からシリンダ４２に作動油を供給し、ピストン４５をシリンダ４２の頂面４２ａ側に移動させることで、動翼１８をフェザー方向に移動させる。また、双方向油圧ポンプ４６により配管５４からシリンダ４２に作動油を供給し、ピストン４５を底面４２ｂ側に移動させることで動翼１８をファイン方向に移動させる。ここで、シリンダ駆動装置４０は、ばね６８の付勢力と作動油の油圧の両方を加味してピストン４５にかかる力を算出し、ピストン４５の位置及び動翼１８のピッチ角を制御する。なお、通常運転時に、シリンダ駆動装置４０は、発電所等で発電され電線を介して供給される電力によりオンオフ弁６２の開閉を制御し、アキュムレータ６０に一定量の作動油を貯めさせる。具体的には、動翼１８をファイン方向に移動させる為に、双方向油圧ポンプ４６から配管５４に作動油が供給され、配管５４の油圧が高くなっているときにオンオフ弁６２をオンとし、アキュムレータ６０と配管５４とがつながっている状態とする。これにより、配管５４からアキュムレータ６０に高圧な作動油を供給することができ、アキュムレータ６０に高圧な作動油を一定量貯めることができる。

次に、停電により電力が供給されず双方向油圧ポンプ４６を駆動できない場合について、説明する。まず、動翼１８をフェザー方向に移動させる場合、シリンダ駆動装置４０は、オンオフ弁６２をオフにした状態で維持する。オンオフ弁６２をオフとすることで、双方向油圧ポンプ４６とアキュムレータ６０から作動油が供給されない状態となり、ピストン４５には、ばね６８によるシリンダ４２の頂面４２ａ側への引っ張り力が働く。これにより、ピストン４５が、シリンダ４２の頂面４２ａ側に移動され、動翼１８がフェザー方向に回動される。他方、動翼１８をファイン方向に回動させる場合、シリンダ駆動装置４０は、オンオフ弁６２をオンとし、アキュムレータ６０と配管５４を繋げ、アキュムレータ６０から配管５４に作動油を供給する。配管５４からシリンダ４２の頂面４２ａ側に作動油が供給されると、シリンダ４２の頂面４２ａとピストン４５との間の作動油の量が多くなり、油圧が高くなる。シリンダ４２の頂面４２ａとピストン４５に接続された板との間の作動油の油圧が高くなると、作動油によりシリンダ４２の底面４２ｂ側に押す力がピストン４５に働き、ピストン４５が、シリンダ４２の底面４２ｂ側に移動され、動翼１８が、ファイン方向に回動される。このように、アキュムレータ６０から作動油を供給しない状態にし、ばね６８の引っ張り力が支配的に作用させることで、動翼１８をフェザー方向に移動させることができ、また、アキュムレータ６０から作動油を供給し、アキュムレータ６０から供給する作動油の圧力を支配的にすることで、動翼１８をファイン方向に移動させることができる。また、この切換タイミングを調整することで、動翼１８を現状位置に保持することができる。なお、風力発電システム１０は、ロータ回転数、実ピッチ角度情報、出力電力に基づいて、動翼１８の最適なピッチ角、効率よく最適な回転数で動翼を回転させることができるピッチ角を算出し、動翼１８が算出したピッチ角となるようにシリンダ駆動装置４０の操作を制御するが、停電時もピッチ角等を算出するための制御装置を駆動するための、コンデンサやバッテリ等の予備電源から電力を供給することで、演算し、制御可能な状態となっている。

以上のように、風力発電システム１０のシリンダ駆動装置４０は、停電時も、オンオフ弁６２のオンオフを制御するのみで、動翼１８の位置を適切に制御することができる。具体的には、ばねの付勢力とアキュムレータから供給される作動油の油圧を利用することで、停電時も、オンオフ弁６２のオンオフを制御するのみで、動翼１８を双方向に移動させることができる。これにより、ばね６８とアキュムレータ６０とオンオフ弁６２とオンオフ弁駆動用電源６６という簡単な構成で停電時も一定時間、具体的にはアキュムレータに保持された作動油を消費しきるまでの間、または、予備電源の電力を消費しきるまでの間、動翼１８のピッチ角を適切な角度とすることができ、効率よく発電することができる。また、双方向油圧ポンプ４６を駆動させる必要がないため、停電時に風力発電システム１０を駆動させるための電力を少なくすることができ、オンオフ弁駆動用電源６６及び制御部３０を駆動させるためのバックアップ電源は、容量の小さい蓄電池とすることができる。また、停電時の消費する電力も少なくすることができるため、一定の長時間制御を行うことができる。

ここで、シリンダ駆動装置４０では、油圧調整機構５６を配管５４と接続させ、ばね６８をピストン４５とシリンダ４２の頂面４２ａとの間に配置したが、本発明これに限定されない。図４は、シリンダ駆動装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図４に示すシリンダ駆動装置７０は、油圧調整機構５６と接続する配管及びばね７２の配置位置を除いて、他の構成は基本的に図３に示すシリンダ駆動装置４０と同様である。したがって、シリンダ駆動装置４０と同様の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下、シリンダ駆動装置７０に特有の点を重点的に説明する。

図４に示すシリンダ駆動装置７０は、シリンダ４２と、連結部材４４と、ピストン４５と、双方向油圧ポンプ４６と、チェック弁４８と、タンク５０と、配管５２、５４と、油圧調整機構５６と、ばね７２とを有する。シリンダ駆動装置７０は、油圧調整機構５６が、配管５２と接続されている。なお、油圧調整機構５６の各部の構成は、図３に示すシリンダ駆動装置４０と同様の構成であるので、その説明は省略する。また、ばね７２は、ピストン４５とシリンダ４２の底面４２ｂとの間に配置されている。ばね７２は、引っ張りばねであり、ピストン４５をシリンダ４２の底面４２ｂ側に牽引する。つまり、動翼１８がファイン方向に移動する方向に力を作用させる。

シリンダ駆動装置７０は、以上のような構成であり、通常運転時は、シリンダ駆動装置４０と同様に双方向油圧ポンプ４６により配管５２及び／または配管５４を介してシリンダ４２に作動油を供給してピストン４５を移動させ、動翼１８をフェザー方向またはファイン方向に移動させる。

次に、停電時は、動翼１８をフェザー方向に移動させる場合、オンオフ弁６２をオンとし、アキュムレータ６０と配管５２を繋げ、アキュムレータ６０から配管５２に作動油を供給する。このように、シリンダ駆動装置７０は、シリンダ４２の底面４２ｂとピストン４５との間の作動油の量を多くし、ピストン４５をシリンダ４２の頂面４２ａ方向に移動させることで、動翼１８をフェザー方向に移動させる。他方、動翼１８をファイン方向に移動させる場合、シリンダ駆動装置７０は、オンオフ弁６２をオフにした状態で維持する。オンオフ弁６２をオフとすることで、作動油がシリンダ４２に供給されない状態となる。これによりピストン４５には、ばね７２によるシリンダ４２の底面４２ｂ側への引っ張り力が働き、ピストン４５は、シリンダ４２の底面４２ｂ側に移動される。このようにピストン４５をシリンダ４２の底面４２ｂ側に移動させることで、動翼１８をファイン方向に移動させる。

以上のように、ばね７２を、ピストン４５に連結された板とシリンダ４２の底面４２ｂとの間に配置し、油圧調整機構５６を配管５２に接続させた構成としても、停電時にオンオフ弁６２を制御するのみで、動翼１８の位置を制御することができる。シリンダ駆動装置４０、７０では、ばねを引っ張りばねとしたが、ばねとして押し出しばねを用いてもよい。ばねとして押し出しばねを用いるは、ばねの配置位置をシリンダ駆動装置４０、７０とは逆にすればよい。また、シリンダ駆動装置４０、７０では、ばねを用いたが、ピストンを一方向に押すまたは一方向に引っ張る付勢部材であればよく、ばね以外の部材、例えばゴムも用いることができる。

ここで、シリンダ駆動装置４０、７０では、ばね６８、７２と油圧調整機構５６のアキュムレータ６０から供給する作動油により動翼１８の位置を制御したが、本発明はこれに限定されない。図５は、シリンダ駆動装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図５に示すシリンダ駆動装置８０は、ばね６８を配置していない点、及び安全弁６４、切換弁８４を設けている点を除いて、他の構成は基本的に図３に示すシリンダ駆動装置４０と同様である。したがって、シリンダ駆動装置４０と同様の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下、シリンダ駆動装置８０に特有の点を重点的に説明する。

図５に示すシリンダ駆動装置８０は、シリンダ４２と、連結部材４４と、ピストン４５と、双方向油圧ポンプ４６と、チェック弁４８と、タンク５０と、配管５２、５４と、油圧調整機構８２と、切換弁８４とを有する。なお、以下では、配管５２及び配管５４のうち、切換弁８４と双方向油圧ポンプ４６との間の接続配管部分を配管５２ａ、５４ａとし、切換弁８４とシリンダ４２との間の接続配管部分を配管５２ｂ，５４ｂとする。なお、シリンダ駆動装置８０は、シリンダ４２の内部にばねが配置されていない。油圧調整機構８２は、配管５２ａに接続された作動油供給機構であり、アキュムレータ６０と、オンオフ弁６２と、安全弁６４と、オンオフ弁駆動用電源６６とを有する。安全弁６４は、オンオフ弁６２と平行して配置され配管５２からアキュムレータ６０に向かう方向のみに作動油を流す逆止弁である。油圧調整機構８２は、安全弁６４が設けられていることで、アキュムレータ６０に貯められた作動油の油圧が配管５２ａの油圧よりも低い場合は、安全弁６４からアキュムレータ６０に作動油が供給される。これにより、オンオフ弁６２を開閉させることなく、アキュムレータ６０に一定量、一定圧の作動油を貯めることができる。

切換弁８４は、配管５２ａ、配管５２ｂ、配管５４ａ、配管５４ｂの経路上に跨って設けられている。なお、油圧調整機構８２は、配管５２ａに接続している。切換弁８４は、３つの経路を有し、その経路を切り換えることができる弁である。第１の経路は、配管５２ａと配管５２ｂ、配管５４ａと配管５４ｂをそのまま繋げる経路である。第２の経路は、配管５２ａを配管５２ｂと配管５４ｂに繋げる経路である。第３の経路は、配管５２ａと配管５４ｂ、配管５２ｂと配管５４ａを繋げる経路である。

シリンダ駆動装置８０は、以上のような構成であり、通常運転時は、シリンダ駆動装置４０と同様に双方向油圧ポンプ４６により配管５２ａ，５２ｂ及び／または配管５４ａ，５４ｂを介してシリンダ４２に作動油を供給してピストン４５を移動させ、動翼１８をフェザー方向またはファイン方向に回動させる。なお、このとき切替弁８４は、前記第１の経路が選択されている。

次に、停電発生時は、まず、オンオフ弁６２をオンとする。そして、動翼１８をフェザー方向に移動させる場合、シリンダ駆動装置８０は、油圧調整機構８２と切換弁８４とを前記第２の経路を選択した状態とする。つまり、油圧調整機構８２が接続されている側の配管５２ａとシリンダ４２と接続されている側の配管５２ｂ及び配管５４ｂが繋がった状態とする。これにより、アキュムレータ６０から供給された作動油は、配管５２ａからシリンダ４２の底面４２ｂとピストン４５との間に供給され、配管５４ｂからシリンダ４２の頂面４２ａとピストン４５との間に供給される。シリンダ４２の底面４２ｂ側とシリンダ４２の頂面側４２ａとの両方の空間に作動油を供給することで、ピストン４５に対して、ピストン４５のピストンロッドが配置されていない底面４２ｂ側に頂面４２ａ側よりも大きい力を作用させ、ピストン４５をシリンダ４２の頂面４２ａ方向に移動させ、動翼１８をフェザー方向に移動させる。

他方、動翼１８をファイン方向に移動させる場合、シリンダ駆動装置８０は、切換弁８４を油圧調整機構８２が接続されている側の配管５２ａとシリンダ４２と接続されている側の配管５４ｂとを繋げる前記第３の経路を選択した状態とする。つまり、油圧調整機構８２が接続されている側の配管５２ａとシリンダ４２と接続されている側の配管５４ｂとが繋がった状態とする。これにより、アキュムレータ６０から供給された作動油は、配管５２ａから切換弁８４を通り配管５４ｂからシリンダ４２の頂面４２ａとピストン４５との間に供給される。シリンダ４２の頂面４２ａとピストン４５との間に作動油を供給することで、ピストン４５をシリンダ４２の底面４２ｂ方向に移動させ、動翼１８をファイン方向に移動させる。

このように、切換弁８４を設け、油圧調整機構と接続する配管を切り換えることでも、動翼をフェザー方向、ファイン方向の双方向に移動させることができ、動翼のピッチ角を好適に制御することができる。また、シリンダ駆動装置８０は、停電時に切換弁８４の経路を切り換えるのみで動翼のピッチ角を制御することができ、停電時の制御に必要な電力を少なくすることができる。また、切替弁を設けるのみで制御できるため、装置構成を簡単にすることができる。

ここで、上記実施形態と異なり、動翼を双方向に制御することはできないが、停電時は、動翼を一方向のみに移動させればよい場合は、シリンダ駆動装置の構成をより簡単にすることができる。図６は、シリンダ駆動装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。図６に示すシリンダ駆動装置９０は、シリンダ４２と、連結部材４４、ピストン４５と、双方向油圧ポンプ４６と、チェック弁４８と、タンク５０と、配管５２、５４と、ばね９２とを有する。ここで、シリンダ４２と、連結部材４４、ピストン４５と、双方向油圧ポンプ４６と、チェック弁４８と、タンク５０と、配管５２、５４とは、図３に示すシリンダ駆動装置４０の各部と同様の構成である。ばね９２は、ピストン４５とシリンダ４２の底面４２ｂとの間に配置されている。また、ばね９２は、押し出しばねであり、ピストン４５をシリンダ４２の頂面４２ａ側に押し出す。つまり、動翼１８がフェザー方向に移動する方向に力を作用させる。なお、ばね９２は、常にピストン４５をシリンダ４２の頂面４２ａ側に押し出している。

シリンダ駆動装置９０は、以上のような構成であり、通常運転時は、シリンダ駆動装置４０と同様に双方向油圧ポンプ４６により配管５２及び／または配管５４を介してシリンダ４２に作動油を供給してピストン４５を移動させ、動翼１８をフェザー方向またはファイン方向に移動させる。ピストン４５とシリンダ４２の底面４２ｂとの間に配置されている。

次に、停電発生時は、双方向油圧ポンプ４６からの作動油の供給が停止し、作動油がシリンダ４２に供給されない状態となる。作動油が新たに供給されないピストン４５は、ばね７２の力も考慮して油圧を調整することでピストン４５の位置を調整していた状態から、ばね７２によるシリンダ４２の頂面４２ａ側への押し出し力が支配的に働く状態となり、ピストン４５は、徐々にシリンダ４２の頂面４２a側に移動される。なお、このときシリンダ４２の頂面４２a側の作動油は、ピストン４５の移動に伴いチェック弁４８から排出される。このようにピストン４５がシリンダ４２の頂面４２a側に移動されることで、動翼１８はフェザー方向に移動される。

このように、停電時は、動翼の故障を防ぐために、動翼にかかる負荷を小さくする場合には、シリンダ駆動装置９０のような構成とすることで、特に電源が必要な機構を用いることなく、ばね８２を設けるのみで、停電時に動翼をフェザー方向に移動させることができる。これにより、簡単な装置構成で、停電時に、動翼に不要な負荷がかかり動翼が故障することを抑制することができる。

本発明にかかるシリンダ駆動装置は、風力発電システムの動翼のピッチ角の制御に有用であり、特に、停電時も適切にピッチ角を制御する必要のある風力発電システムに用いることに適している。

１０ 風力発電システム
１１ 基礎
１２ 支柱
１４ ナセル
１６ ロータヘッド
１８、２３０ 動翼
２０ 増速機
２２ 発電機
２４ 風速計
２６ 風向計
２８ 避雷針
３０ 制御部
４０、７０、８０、９０、２００ シリンダ駆動装置
４２、２０２ シリンダ
４４ 連結部材
４５、２０３ ピストン
４６、２０４ 双方向油圧ポンプ
４８、２０６ チェック弁
５０、２０８ タンク
５２、５４ｂ１０、２１２ 配管
５６、７２、２２０ 油圧調整機構
６０、２２２ アキュムレータ
６２、２２４ オンオフ弁
６４、２２６ 安全弁
６６ オンオフ弁駆動用電源
６８、７２、９２ ばね（スプリング）
８４ 切換弁

Claims (6)

1. 動翼のピッチ角を調整するシリンダ駆動装置であって、
   前記動翼と連結部材を介して連結されたピストンと、
   内部に前記ピストンが配置され、外部から供給される作動油の油圧の圧力差により前記ピストンの端部を往復移動させ、前記ピストンを往復運動させるシリンダと、
   前記シリンダの内部に配置され、前記ピストンを一方向に付勢する付勢部材と、
   前記付勢部材により付勢される方向及び反対側の方向の両方から前記シリンダに作動油を供給可能であり、通常時に前記シリンダに作動油を供給し、前記シリンダ内の前記ピストンの位置を調整する作動油供給手段と、
   前記シリンダに接続され、前記作動油供給手段からの作動油の供給が停止する非常時に前記付勢部材により付勢される方向とは反対側の方向に前記ピストンを付勢する作動油を前記シリンダに供給するアキュムレータと、
   前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路の開閉を制御し、前記流路を閉とすることで、前記付勢部材により付勢される方向に前記ピストンを移動させ、前記流路を開とすることで、前記付勢部材により付勢される方向とは反対側に前記ピストンを移動させるオンオフ弁と、を有することを特徴とするシリンダ駆動装置。
2. 前記オンオフ弁は、停電発生時に前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路を開くことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ駆動装置。
3. 前記付勢部材は、前記シリンダが前記動翼をフェザー方向に移動させる方向に、前記ピストンを付勢し、
   前記アキュムレータは、前記シリンダが前記動翼をファイン方向に移動させる方向に、前記ピストンを付勢することを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ駆動装置。
4. 前記付勢部材は、前記シリンダが前記動翼をファイン方向に移動させる方向に、前記ピストンを付勢し、
   前記アキュムレータは、前記シリンダが前記動翼をフェザー方向に移動させる方向に、前記ピストンを付勢することを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ駆動装置。
5. 動翼のピッチ角を調整するシリンダ駆動装置であって、
   前記動翼と連結されたピストンと、
   内部に前記ピストンが配置され、外部から供給される作動油の油圧の圧力差により前記ピストンの端部を往復移動させ、前記ピストンを往復運動させるシリンダと、
   通常時に前記シリンダに作動油を供給する作動油供給手段と、
   前記ピストンを一方向に付勢するように、前記作動油供給手段から供給された作動油を前記シリンダに供給する第１配管と、
   前記ピストンを前記一方向とは反対側の方向に付勢するように、前記作動油供給手段から供給された作動油を前記シリンダに供給する第２配管と、
   前記シリンダに接続され、前記作動油供給手段からの作動油の供給が停止する非常時に前記シリンダに接続された配管に作動油を供給するアキュムレータと、
   前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路の開閉を制御するオンオフ弁と、
   前記オンオフ弁と前記シリンダとの間に配置され、前記アキュムレータから供給された作動油を前記第１配管に供給する経路と、前記アキュムレータから供給された作動油を前記第２配管に供給する経路とを切換可能な切換手段とを有することを特徴とするシリンダ駆動装置。
6. 前記作動油供給手段は、停電発生時に停止し、
   前記オンオフ弁は、停電発生時に前記アキュムレータと前記シリンダとの間の流路の開き、
   前記切換手段は、停電発生時に起動することを特徴とする請求項５に記載のシリンダ駆動装置。

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