JP5581313B2

JP5581313B2 - 風車用ピッチ制御装置

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Description

本発明は、風車の主軸部に対して回転可能に設けられた風車のブレードのピッチ角の変更を行うピッチ駆動装置のモータに対して電力を印加可能なバッテリを有し、バッテリの電力により、ブレードが受ける風圧を低減する方向に変更するようブレードのピッチ角を制御する風車用ピッチ制御装置に関する。

風車においては、風車の主軸部に対して回転可能に設けられたブレードのピッチ角を制御する風車用ピッチ制御装置が設けられている。このような風車用ピッチ制御装置として、風車のブレードのピッチ角の変更を行うピッチ駆動装置のモータに対して電力を印加可能なバッテリを有し、このバッテリの電力により、ブレードが受ける風圧を低減する方向に変更するようブレードのピッチ角を制御するものが知られている（特許文献１を参照）。この特許文献１に開示された風車用ピッチ制御装置では、通常運転時には、ピッチ駆動装置のモータへの電力の供給を制御してモータの運転を制御するモータコントローラである電力制御部（２２１）を介して外部電源から電力の供給を受けることによりピッチ駆動装置のモータが駆動される。一方、停電発生時には、電力制御部によりピッチ駆動装置のモータへの電力供給元が外部電源からバッテリ（２２０）に切り換えられる。そして、ブレードが受ける風圧が低減される方向に変更されるように（ブレードのフェザリングが行われるように）ブレードのピッチ角が制御される。これにより、ブレード及び主軸部の回転速度の異常な上昇による風車の破損を防止することを目的としている。

特開２００３−２２２０７０号公報（第５頁、第３図）

特許文献１に開示された風車用ピッチ制御装置においては、外部電源に異常が生じた場合にはバッテリから電力を供給することで、ブレードが受ける風圧が低減される方向にピッチ角を変更するフェザリングを行うように構成されている。しかしながら、ピッチ駆動装置のモータを制御するモータコントローラに故障が発生した場合においても、フェザリングを行うことができない事態が発生してしまい、風車の破損を招いてしまう虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、外部電源に異常が生じた場合だけでなく、ピッチ駆動装置のモータを制御するモータコントローラの故障が発生した場合であっても、フェザリングを行うことができる、風車用ピッチ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明に係る風車用ピッチ制御装置は、風車の主軸部に対して回転可能に設けられた風車のブレードのピッチ角の変更を行うピッチ駆動装置のモータに対して電力を印加可能なバッテリを有し、前記バッテリの電力により、前記ブレードが受ける風圧を低減する方向に変更するよう当該ブレードのピッチ角を制御する風車用ピッチ制御装置に関する。そして、第１発明の風車用ピッチ制御装置は、前記バッテリの蓄電と放電とを制御するとともに、前記ブレードのピッチ角を変更するための制御信号を出力するピッチコントローラからの前記制御信号に基づいて前記モータを制御するモータコントローラと、前記モータとして設けられた誘導モータと、前記誘導モータに対して、交流電源として供給される外部電源と前記バッテリとを切り換えて接続可能なスイッチングボックスと、前記外部電源の異常を検知する第１異常検知部と、前記モータコントローラの異常を検知する第２異常検知部と、を備え、前記第１異常検知部が前記外部電源の異常を検知したときは、前記スイッチングボックスが前記誘導モータと前記バッテリとを接続して、前記ブレードのピッチ角を風圧が低減される方向に変更させるよう制御し、前記第２異常検知部が前記モータコントローラの異常を検知したときは、前記スイッチングボックスが前記誘導モータと前記外部電源とを接続して、前記ブレードのピッチ角を風圧が低減される方向に変更させるよう制御することを特徴とする。

この発明によると、スイッチングボックスが設けられていることで、誘導モータに対して外部電源からとバッテリからとの間で切り換えて電力を供給可能に構成されている。そして、ピッチ駆動装置の誘導モータを制御するモータコントローラに異常が発生した場合は、第２異常検知部で検知される。更に、その検知結果に基づいて、スイッチングボックスにより誘導モータと交流電源である外部電源とが接続され、ブレードが受ける風圧が低減される方向にピッチ角を変更するフェザリングが行われることになる。一方、外部電源に異常が発生した場合は、第１異常検知部で検知され、その検知結果に基づいて、スイッチングボックスにより誘導モータとバッテリとが接続され、フェザリングが行われることになる。このため、外部電源及びモータコントローラのいずれに異常が発生した場合であっても、フェザリングが確実に行われ、ブレード及び主軸部の回転速度の異常な上昇による風車の破損が防止されることになる。

従って、本発明によると、外部電源に異常が生じた場合だけでなく、ピッチ駆動装置のモータを制御するモータコントローラの故障が発生した場合であっても、フェザリングを行うことができる、風車用ピッチ制御装置を提供することができる。

第２発明に係る風車用ピッチ制御装置は、第１発明の風車用ピッチ制御装置において、前記第２異常検知部として、前記モータコントローラのＣＰＵを監視し、異常を検知したときに異常信号を発信するＣＰＵ異常検知部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、第２異常検知部としてＣＰＵ異常検知部が設けられるため、モータコントローラにおけるＣＰＵ（Central Processing Unit）に異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生したＣＰＵを交換等することで、風車の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

第３発明に係る風車用ピッチ制御装置は、第１発明又は第２発明の風車用ピッチ制御装置において、前記第２異常検知部として、前記モータコントローラの前記誘導モータに対する出力信号を監視し、異常を検知したときに異常信号を発信するモータ制御異常検知部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、第２異常検知部としてモータ制御異常検知部が設けられるため、モータコントローラの誘導モータに対する出力信号に異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生したモータコントローラの全体又は一部を交換等することで、風車の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

第４発明に係る風車用ピッチ制御装置は、第１発明乃至第３発明のいずれかの風車用ピッチ制御装置において、前記第２異常検知部として、前記誘導モータへ供給される電力を制御するパワーモジュール部における温度を監視し、異常を検知したときに異常信号を発信するパワー異常検知部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、第２異常検知部としてパワー異常検知部が設けられるため、モータコントローラにおけるパワーモジュール部が高温となって温度異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。また、高温となったパワーモジュール部からの熱で他の機器まで破損してしまうことを速やかに防止することができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生した箇所を交換等することで、風車の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

第５発明に係る風車用ピッチ制御装置は、第１発明乃至第４発明のいずれかの風車用ピッチ制御装置において、前記第２異常検知部として、前記ピッチコントローラから前記モータコントローラへ送信される前記制御信号を監視し、異常を検知したときに異常信号を発信する送信異常検知部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、第２異常検知部として送信異常検知部が設けられるため、ピッチコントローラから送信されてモータコントローラで受信される制御信号に異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生した箇所を交換等することで、風車の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

第６発明に係る風車用ピッチ制御装置は、第１発明乃至第５発明のいずれかの風車用ピッチ制御装置において、前記第２異常検知部として、前記モータコントローラの出力信号と前記誘導モータの出力軸の位置とを監視し、当該出力信号と当該出力軸の位置との対応のずれ量の大きさが所定値を超えたときに、異常を検知して異常信号を発信するコントローラ自己異常検知部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、第２異常検知部としてコントローラ自己異常検知部が設けられるため、モータコントローラの出力信号と誘導モータの出力軸位置とのずれが大きくなった場合に、迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生した箇所を交換等することで、風車の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

第７発明に係る風車用ピッチ制御装置は、第１発明乃至第６発明のいずれかの風車用ピッチ制御装置において、風車において３枚設けられた前記ブレードのそれぞれに対応して前記モータコントローラと前記バッテリと前記第２異常検知部とが備えられ、複数の前記第２異常検知部のうちの少なくともいずれかとして、複数の前記モータコントローラの出力信号を相互に比較し、当該複数のモータコントローラ間での当該出力信号のずれ量の大きさが所定値を超えたときに、異常を検知して異常信号を発信するコントローラ相互異常検知部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、第２異常検知部としてコントローラ相互異常検知部が設けられるため、３枚のブレードのそれぞれに対応する各モータコントローラの出力信号において相互のずれが大きくなった場合に、迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生した箇所を交換等することで、風車の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

本発明によると、外部電源に異常が生じた場合だけでなく、ピッチ駆動装置のモータを制御するモータコントローラの故障が発生した場合であっても、フェザリングを行うことができる、風車用ピッチ制御装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る風車用ピッチ制御装置が適用される風車を示す斜視図である。図１に示す風車におけるハブに対するブレードの取り付け部分を拡大して示す断面図である。本発明の一実施の形態に係る風車用ピッチ制御装置における電源供給系統を示すブロック図である。図３に示す風車用ピッチ制御装置における通信系統を示すブロック図である。図４に示す風車用ピッチ制御装置におけるモータコントロールユニットの構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態は、風車の主軸部に対して回転可能に設けられた風車のブレードのピッチ角の変更を行うピッチ駆動装置のモータに対して電力を印加可能なバッテリを有し、バッテリの電力により、ブレードが受ける風圧を低減する方向に変更するようブレードのピッチ角を制御する風車用ピッチ制御装置として、広く適用することができるものである。

図１は、本発明の一実施の形態に係る風車用ピッチ制御装置１（以下、単に「ピッチ制御装置１」ともいう）が適用される風車１０１を示す斜視図である。図１に示すように、風車１０１は、タワー１０２、ナセル１０３、ハブ（主軸部）１０４、ブレード１０５等を備えている。タワー１０２は、地上から鉛直上方に向かって延びるように設置されている。ナセル１０３は、タワー１０２に対して回転自在に配置され、図示しないヨー駆動装置によって水平面内で旋回するように設置されている。ナセル１０３の内部には、図示しない動力伝達軸や発電機等が配置されている。また、本実施形態における主軸部を構成するハブ１０４は、上記の動力伝達軸に連結され、ナセル１０３に対して回転可能に設けられている。そして、ブレード１０５は、複数枚（本実施形態では、３枚）設けられ、ハブ１０４に対して均等角度に放射状に延びるように取り付けられている。また、ブレード１０５は、ハブ１０４に取り付けられる中空円筒状の軸部１０５ａと、風を受けるための羽部１０５ｂとで構成されている。

図２は、ハブ１０４に対するブレード１０５の取り付け部分を拡大して示す断面図をピッチ駆動装置１０８及びその駆動用のモータである誘導モータ１１とともに示す図である。ハブ１０４におけるブレード１０５の取り付け部分には開口が形成されており、この開口に対して、各ブレード１０５が、その軸部１０５ａの端部において対向するように配置されている。そして、各ブレード１０５は、その軸部１０５ａにおいてハブ１０４に対して軸受１０６を介して支持されており、ハブ１０４に対して回転可能に設けられている。また、軸部１０５ａのハブ１０４への取り付け側の端部には、内周側に配置される内歯が設けられたリングギア１０７が設けられている（尚、図２では、リングギア１０７の内歯の各歯の図示を省略している）。リングギア１０７は、その軸心が軸部１０５ａの軸心と一致するように配置されており、減速機として構成されたピッチ駆動装置１０８の出力用のピニオン１０９が噛み合うように構成されている。

また、ピッチ駆動装置１０８は、３つ設けられ、３枚のブレード１０５のそれぞれに対応して設置されており、ブラケット１１０を介して、ハブ１０４におけるブレード１０５が取り付けられる開口部分の内側にそれぞれ取り付けられている。そして、ピッチ駆動装置１０８は、誘導モータ１１と連結され、誘導モータ１１から入力された駆動力を減速してピニオン１０９に出力し、このピニオン１０９に噛み合うリングギア１０７とともにブレード１０５をその軸心を中心としてハブ１０４に対して回転させる。これにより、ピッチ駆動装置１０８は、ブレード１０５のピッチ角の変更を行うように構成されている。

次に、本発明の一実施の形態に係るピッチ制御装置１について説明する。図３は、ピッチ制御装置１における電源供給系統を示すブロック図である。この図３に示すように、ピッチ制御装置１は、ハブ１０４内に配置されている。そして、ピッチ制御装置１は、複数（本実施形態では３つ）の誘導モータ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）、複数（本実施形態では３つ）のバッテリ１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）、複数の（本実施形態では３つ）のモータコントロールユニット１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）、第１異常検知部１５などを備えて構成されている。

３つ設けられた誘導モータ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）は、３枚のブレード１０５のそれぞれのピッチ角を変更する各ピッチ駆動装置１０８に対してそれぞれ連結され、各ブレード１０５のピッチ角の変更のための駆動力を出力可能に設置されている。３つ設けられた各バッテリ１２は、各モータコントロールユニット１４を介して各誘導モータ１１に対して電力を印加可能に設けられている。即ち、バッテリ１２ａは誘導モータ１１ａに対して、バッテリ１２ｂは誘導モータ１１ｂに対して、バッテリ１２ｃは誘導モータ１１ｃに対して、それぞれ電力を印加可能に構成されている。尚、各バッテリ１２は、ナセル１０３からハブ１０４へと敷設された配線５０を介して交流電源として供給される外部電源の電力が各モータコントロールユニット１４を介して供給されることで、蓄電が行われる。

図４は、ピッチ制御装置１における通信系統を示すブロック図である。ここで、後述するモータコントローラ１６に対して制御信号を出力するピッチコントローラ１３を説明する。図３及び図４に示すピッチコントローラ１３は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を備えて構成されており、バスとして構成された通信線５３に接続され、この通信線５３を介して後述するモータコントローラ１６と通信可能に構成されている。そして、ピッチコントローラ１３は、図示しない風圧センサでの風圧検知結果に基づいて、ブレード１０５が受ける風圧に応じて適正な回転が行われるためのブレード１０５の目標ピッチ角を決定する。この目標ピッチ角に基づいて、ピッチコントローラ１３は、ブレード１０５のピッチ角を変更するための制御信号を通信線５３に対して出力する。

モータコントロールユニット１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）は、前述のように３つ設けられ、それぞれが各誘導モータ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）に対応して設置されている。そして、図５のブロック図に示すように、各モータコントロールユニット１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）のそれぞれには、モータコントローラ１６、スイッチングボックス１７、第２異常検知部ユニット１８が設置されている。

図３乃至図５に示すモータコントローラ１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、インターフェイス回路（Ｉ／Ｆ回路）２１、パワーモジュール部２２、メモリ２３等を備えて構成されている。そして、各モータコントローラ１６は、通信線５３に対して信号を送受信可能に接続されるとともに、誘導モータ１１及びバッテリ１２に対しても通信可能に接続されている（尚、図４では、モータコントローラ１６とバッテリ１２との接続の図示を省略している）。

モータコントローラ１６は、配線５０を介して供給される外部電源からの電力のバッテリ１２への蓄電とバッテリ１２に蓄電された電力の誘導モータ１１への放電とを制御する。即ち、モータコントローラ１６ａはバッテリ１２ａの蓄電と放電とを制御し、モータコントローラ１６ｂはバッテリ１２ｂの蓄電と放電とを制御し、モータコントローラ１６ｃは、バッテリ１２ｃの蓄電と放電とを制御する。また、モータコントローラ１６は、ピッチコントローラ１３から出力された（送信された）前述の制御信号を通信線５３を介して受信し、この制御信号に基づいて誘導モータ１１の運転を制御する。即ち、ピッチコントローラ１３からの制御信号に基づいて、モータコントローラ１６ａは誘導モータ１１ａを制御し、モータコントローラ１６ｂは誘導モータ１１ｂを制御し、モータコントローラ１６ｃは誘導モータ１１ｃを制御する。

尚、ピッチコントローラ１３からの制御信号の入力や誘導モータ１１及びバッテリ１２への指令信号の出力は、インターフェイス回路２１を通じて行われる。また、メモリ２３には、バッテリ１２の蓄電及び放電や誘導モータ１１の運転を制御するモータコントローラ１６としての処理を行うためのプログラムが記憶されており、ＣＰＵ２０により読み出されて実行される。また、パワーモジュール部２２は、パワートランジスタモジュールとして設けられており、誘導モータ１１へ供給される電力を制御するように構成されている。

図３乃至図５に示すスイッチングボックス１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）は、外部電源とバッテリ１２と誘導モータ１１との間の接続状態を切り換えるスイッチ機構として設けられ、外部電源からの電力が供給される配線５０と、バッテリ１２に接続された配線５１と、誘導モータ１１に接続された配線５２とに接続されている。これにより、誘導モータ１１に対して、外部電源とバッテリ１２とを切り換えて接続可能に構成されている。即ち、スイッチングボックス１７ａは誘導モータ１１ａに対して外部電源とバッテリ１２ａとを切り換えて接続可能に構成され、スイッチングボックス１７ｂは誘導モータ１１ｂに対して外部電源とバッテリ１２ｂとを切り換えて接続可能に構成され、スイッチングボックス１７ｃは誘導モータ１１ｃに対して外部電源とバッテリ１２ｃとを切り換えて接続可能に構成されている。また、各スイッチングボックス１７は、通信線５３に対して信号を受信可能に接続されている。尚、後述する第１異常検知部１５や第２異常検知部で異常が検知されていない通常運転時においては、各スイッチングボックス１７は、外部電源と各誘導モータ１１とを各モータコントローラ１６を介して接続した状態となっている。

図３及び図４に示す第１異常検知部１５は、配線５０に対して電気的に接続されるとともに、通信線５３に対して信号を送受信可能に接続されている。そして、第１異常検知部１５は、配線５０を介して外部電源における電源供給の停止等の異常を検知する回路基板として設けられている。この第１異常検知部１５は、外部電源の異常を検知したときには、外部電源異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。

上記のように、第１異常検知部１５が外部電源の異常を検知し、外部電源異常信号が発信されると、通信線５３を介して各スイッチングボックス１７にてこの外部電源異常信号が受信される。そして、各スイッチングボックス１７は、各誘導モータ１１とバッテリ１２とを接続する（即ち、配線５１と配線５２とを接続する）。これにより、バッテリ１２の電力によって、ブレード１０５が受ける風圧が低減される方向にピッチ角を変更するフェザリングが行われるように、各誘導モータ１１が回転することになる。そして、各誘導モータ１１は、フェザリングの状態となる所定の回転角度位置（フェザ位置）で停止されることになる。尚、このフェザリングが行われた状態（誘導モータ１１がフェザ位置で停止した状態）では、ブレード１０５が風圧をほとんど受けることがないように、風の方向に対してブレード１０５の羽部１０５ｂの翼面が平行な状態でブレード１０５のピッチ角が固定されることになる。

図３乃至図５に示す各第２異常検知部ユニット１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）は、複数の回路基板を備えて構成され、その複数の回路基板が、バッテリ１２又はモータコントローラ１６の異常を検知する複数の第２異常検知部（２４〜２９）をそれぞれ構成している。各第２異常検知部（２４〜２９）は、通信線５３に対して信号を送受信可能に接続されている。また、ピッチ制御装置１においては、第２異常検知部ユニット１８とは独立して設置された第２異常検知部として、図４に示すコントローラ自己異常検知部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）も備えられている。尚、図３乃至図５に示すように、ピッチ制御装置１においては、風車１０１において３枚設けられたブレード１０５のそれぞれに対応してモータコントローラ１６とバッテリ１２と第２異常検知部（１９、２４〜２９）とが備えられている。

各第２異常検知部ユニット１８のＣＰＵ異常検知部２４は、各モータコントローラ１６のＣＰＵ２０の作動状態を監視しており、作動状態に関して異常を検知したときには、ＣＰＵ異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。尚、このＣＰＵ異常検知部２４によるＣＰＵ２０の作動状態の監視は、例えば、定期的に所定の信号を通信線５３に出力し、その信号が適正に出力されているかどうかをＣＰＵ異常検知部２４にて検知することで行われる。

各第２異常検知部ユニット１８のモータ制御異常検知部２５は、各モータコントローラ１６の各誘導モータ１１に対する出力信号を監視しており、その出力信号の異常を検知したときにモータ制御異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。尚、このモータ制御異常検知部２５による監視は、例えば、誘導モータ１１に対して出力している出力信号と同じ所定の信号をモータコントローラ１６から定期的に通信線５３に出力し、その信号が適正に出力されているかどうかをモータ制御異常検知部２５にて検知することで行われる。

各第２異常検知部ユニット１８のパワー異常検知部２６は、各モータコントローラ１６のパワーモジュール部２２における温度を計測可能な温度センサ（図示せず）が設けられており、パワーモジュール部２２の温度を監視している。このパワー異常検知部２６は、計測した温度が所定の温度を超えたときに、パワーモジュール部２２の温度の異常を検知する。そして、このような温度異常を検知したときには、パワー異常検知部２６は、パワー異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。

各第２異常検知部ユニット１８の送信異常検知部２７は、ピッチコントローラ１３から各モータコントローラ１６に送信される制御信号（即ち、各モータコントローラ１６で受信される制御信号）を監視しており、その制御信号の異常を検知したときに送信異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。尚、この送信異常検知部２７による監視は、例えば、ピッチコントローラ１３から同一の制御信号を複数回タイミングをずらして（時差をつけて）送信させ、送信異常検知部２７において、受信したそれらの制御信号が同一であるかどうかを比較することで行われる。尚、１つの通信線５３において同一の制御信号を複数回タイミングをずらして比較する方法以外に、複数の通信線を設けてこれらの複数の通信線に対してピッチコントローラ１３からそれぞれ同一の制御信号を出力し、送信異常検知部２７において複数の通信線からそれらの制御信号を受信して比較する方法を実施することもできる。

各第２異常検知部ユニット１８のコントローラ相互異常検知部２８は、それぞれ複数のモータコントローラ１６の出力信号を相互に比較するように構成されている。即ち、第２異常検知部ユニット１８ａのコントローラ相互異常検知部２８は、モータコントローラ１６ａの出力信号とモータコントローラ１６ｂの出力信号とモータコントローラ１６ｃの出力信号とを相互に比較する。このとき、例えば、第２異常検知部ユニット１８ａのコントローラ相互異常検知部２８では、モータコントローラ１６ａの出力信号及びモータコントローラ１６ｂの出力信号の比較処理と、モータコントローラ１６ｂの出力信号及びモータコントローラ１６ｃの出力信号の比較処理と、モータコントローラ１６ｃの出力信号及びモータコントローラ１６ａの出力信号の比較処理と、がそれぞれ行われる。

また、第２異常検知部ユニット１８ａのコントローラ相互異常検知部２８における上記比較処理と同様の処理は、第２異常検知部ユニット１８ｂ及び第２異常検知部ユニット１８ｂｃの各コントローラ相互異常検知部２８でも行われることになる。尚、各モータコントローラ１６は、各誘導モータ１１に対する出力信号を各コントローラ相互異常検知部２８で受信可能なように定期的に通信線５３に対して出力している。そして、各コントローラ相互異常検知部２８では、上記の比較処理を行った結果、複数のモータコントローラ１６間での出力信号のずれ量の大きさが所定値を超えたときに、異常を検知してコントローラ相互異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。尚、コントローラ相互異常検知部２８は、必ずしも各第２異常検知部ユニット１８にそれぞれ設置されていなくてもよく、少なくともいずれかの第２異常検知部ユニット１８にコントローラ相互異常検知部２８が設けられていれば、複数のモータコントローラ１６間での出力信号のずれに関する異常を検知してコントローラ相互異常信号を発信することができる。

各第２異常検知部ユニット１８のバッテリ異常検知部２９は、各バッテリ１２に蓄えられている電力量或いは電気量の残存量に関する信号を監視しており、その信号に基づいて各バッテリ１２の蓄電能力の異常を検知する。尚、上記の信号は、各バッテリ１２から各モータコントローラ１６を介して通信線５３に対して定期的に出力される。そして、各バッテリ異常検知部２９は、各バッテリ１２の蓄電能力の異常を検知したときは、バッテリ異常信号を発信して通信線５３に対して出力する。

図４に示す各コントローラ自己異常検知部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）は、第２異常検知部ユニット１８に設置された各第２異常検知部（２４〜２９）と同様に第２異常検知部として設けられているが、第２異常検知部ユニット１８から独立して設置された回路基板として設けられている。この各コントローラ自己異常検知部１９は、各モータコントローラ１６と、各誘導モータ１１に取り付けられて誘導モータ１１の出力軸の回転位置を検知する回転位置センサ（図示せず）とに対して、それぞれ接続されている。そして、各コントローラ自己異常検知部１９は、各モータコントローラ１６の出力信号と各誘導モータ１１の出力軸の位置とを監視しており、その出力信号と出力軸の位置との対応のずれ量の大きさが所定値を超えたときに、異常を検知してコントローラ自己異常信号を発信する。このコントローラ自己異常信号は、各モータコントローラ１６を介して通信線５３に対して出力される。

上述したように、各第２異常検知部（１９、２４〜２９）のいずれかにおいて異常が検知されると、異常信号が発信されて通信線５３に対して出力される。即ち、ＣＰＵ異常信号、モータ制御異常信号、パワー異常信号、送信異常信号、コントローラ相互異常信号、バッテリ異常信号及びコントローラ自己異常信号のうちのいずれかの異常信号が通信線５３に対して出力されることになる。そして、上記のいずれかの異常信号が発信されると、通信線５３を介して各スイッチングボックス１７にてその異常信号が受信され、各スイッチングボックス１７は、各誘導モータ１１と外部電源とをモータコントローラ１６を介さずに直接に接続する（即ち、配線５０と配線５２とを接続する）。これにより、外部電源の電力によって、ブレード１０５が受ける風圧が低減される方向にピッチ角を変更するフェザリングが行われるように、各誘導モータ１１が回転することになる。そして、各誘導モータ１１は、フェザリングの状態となる所定の回転角度位置（フェザ位置）で停止され、風の方向に対してブレード１０５の羽部１０５ｂの翼面が平行な状態でブレード１０５のピッチ角が固定されることになる。

尚、各第２異常検知部（１９、２４〜２９）のいずれかから発信された異常信号に基づいてスイッチングボックス１７が誘導モータ１１と外部電源とを直接に接続して誘導モータ１１が回転すると、この誘導モータ１１は、所定の回転角度位置まで回転したことがリミットスイッチ（図示せず）にて検知されるまで回転する。そして、リミットスイッチにて検知されると、誘導モータ１１のブレーキ（図示せず）が作動して誘導モータ１１の回転が停止され、ブレード１０５の翼面が風の方向と平行なフェザリングの状態でブレード１０５のピッチ角が固定されることになる。

次に、上述したピッチ制御装置１によりフェザリングが行われる際の作動について説明する。外部電源、バッテリ１２及びモータコントローラ１６のいずれにも異常が発生していない通常運転時においては、ピッチコントローラ１３からの制御信号に基づいて、各モータコントローラ１６が各誘導モータ１１の運転を制御し、各ピッチ駆動装置１０８が駆動される。これにより、各ブレード１０５が受けている風圧に応じたピッチ角となるように、ピッチ制御装置１によって各ブレード１０５のピッチ角が制御されることになる。

そして、外部電源に異常が発生した場合は、第１異常検知部１５によってその異常が検知されて外部電源異常信号が発信され、その外部電源異常信号を受信した各スイッチングボックス１７が各バッテリ１２と各誘導モータ１１とを接続し、フェザリングの状態となるように各ブレード１０５のピッチ角が制御される。また、各バッテリ１２や各モータコントローラ１６に異常が発生した場合は、各第２異常検知部（１９、２４〜２９）のいずれかによってその異常が検知されて異常信号が発信され、その異常信号を受信した各スイッチングボックス１７が外部電源と各誘導モータ１１とを直接に接続し、フェザリングの状態となるように各ブレード１０５のピッチ角が制御される。このように、外部電源、バッテリ１２及びモータコントローラ１６のいずれに異常が発生した場合であっても、フェザリングが確実に行われ、ブレード１０５及びハブ１０４の回転速度の異常な上昇による風車１０１の破損が防止されることになる。

以上説明したように、風車用ピッチ制御装置１によると、外部電源に異常が生じた場合だけでなく、予想に反するようなバッテリ１２の蓄電能力の低下や、ピッチ駆動装置１０８の誘導モータ１１を制御するモータコントローラ１６の故障が発生した場合であっても、フェザリングを行うことができる。

また、風車用ピッチ制御装置１によると、第２異常検知部としてＣＰＵ異常検知部２４が設けられるため、モータコントローラ１６におけるＣＰＵ２０に異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生したＣＰＵ２０を交換等することで、風車１０１の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

また、風車用ピッチ制御装置１によると、第２異常検知部としてモータ制御異常検知部２５が設けられるため、モータコントローラ１６の誘導モータ１１に対する出力信号に異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。そして、フェザリングをさせた後は、異常を発生したモータコントローラ１６の全体又は一部を交換等することで、風車１０１の破損を生じることなく速やかに風車の復旧を図ることができる。

また、風車用ピッチ制御装置１によると、第２異常検知部としてパワー異常検知部２６が設けられるため、モータコントローラ１６におけるパワーモジュール部２２が高温となって温度異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。また、高温となったパワーモジュール部２２からの熱で他の機器まで破損してしまうことを速やかに防止することができる。

また、風車用ピッチ制御装置１によると、第２異常検知部として送信異常検知部２７が設けられるため、ピッチコントローラ１３から送信されてモータコントローラ１６で受信される制御信号に異常が発生した場合に、この異常を迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。

また、風車用ピッチ制御装置１によると、第２異常検知部としてコントローラ自己異常検知部１９が設けられるため、モータコントローラ１６の出力信号と誘導モータ１１の出力軸位置とのずれが大きくなった場合に、迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。

また、風車用ピッチ制御装置１によると、第２異常検知部としてコントローラ相互異常検知部２８が設けられるため、３枚のブレード１０５のそれぞれに対応する各モータコントローラ１６の出力信号において相互のずれが大きくなった場合に、迅速且つ確実に検知してフェザリングを行うことができる。

尚、風車用ピッチ制御装置１はピッチ駆動装置１０８のモータとして誘導モータ１１を用いて構成されるが、ピッチ駆動装置１０８のモータとして直流モータを用いて構成する場合は、モータ自体のメンテナンス性の低下や外径の大型化、応答性能の低下といった問題を招くことになる。また、ピッチ駆動装置１０８のモータとしてブラシレスモータを用いて構成する場合は、モータのメンテナンス性は良好であるものの、駆動用のコントローラが更に必要となってしまうという問題がある。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。

（１）本実施形態では、第１異常検知部が独立して設置された構成を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、第１異常検知部が、ピッチコントローラに対して一体的にユニット化されて設置されるものであってもよく、また、モータコントロールユニットのいずれか又は全てに対して設置されるものであってもよい。

（２）本実施形態では、複数の種類の第２異常検知部が備えられている構成を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、本実施形態で例示した第２異常検知部のうちの一部の種類の第２異常検知部が備えられているものであってもよい。また、本実施形態では、第２異常検知部がモータコントロールユニットに対して設置された構成と独立して設置された構成とを例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、ピッチコントローラに対して一体的にユニット化されて第２異常検知部が設置されるものであってもよい。

本発明は、風車の主軸部に対して回転可能に設けられた風車のブレードのピッチ角の変更を行うピッチ駆動装置のモータに対して電力を印加可能なバッテリを有し、バッテリの電力により、ブレードが受ける風圧を低減する方向に変更するようブレードのピッチ角を制御する風車用ピッチ制御装置として、広く適用することができるものである。

１風車用ピッチ制御装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ誘導モータ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃバッテリ
１３ピッチコントローラ
１５第１異常検知部
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃモータコントローラ
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃスイッチングボックス
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃコントローラ自己異常検知部（第２異常検知部）
２４ＣＰＵ異常検知部（第２異常検知部）
２５モータ制御異常検知部（第２異常検知部）
２６パワー制御異常検知部（第２異常検知部）
２７送信異常検知部（第２異常検知部）
２８コントローラ相互異常検知部（第２異常検知部）
２９バッテリ異常検知部（第２異常検知部）
１０１風車
１０４ハブ（主軸部）
１０５ブレード
１０８ピッチ駆動装置

Claims

風車の主軸部に対して回転可能に設けられた風車のブレードのピッチ角の変更を行うピッチ駆動装置のモータに対して電力を印加可能なバッテリを有し、前記バッテリの電力により、前記ブレードが受ける風圧を低減する方向に変更するよう当該ブレードのピッチ角を制御する風車用ピッチ制御装置であって、
前記バッテリの蓄電と放電とを制御するとともに、前記ブレードのピッチ角を変更するための制御信号を出力するピッチコントローラからの前記制御信号に基づいて前記モータを制御するモータコントローラと、
前記モータとして設けられた誘導モータと、
前記誘導モータに対して、交流電源として供給される外部電源と前記バッテリとを切り換えて接続可能なスイッチングボックスと、
前記外部電源の異常を検知する第１異常検知部と、
前記モータコントローラの異常を検知する第２異常検知部と、
を備え、
前記第１異常検知部が前記外部電源の異常を検知したときは、前記スイッチングボックスが前記誘導モータと前記バッテリとを接続して、前記ブレードのピッチ角を風圧が低減される方向に変更させるよう制御し、
前記第２異常検知部が前記モータコントローラの異常を検知したときは、前記スイッチングボックスが前記誘導モータと前記外部電源とを接続して、前記ブレードのピッチ角を風圧が低減される方向に変更させるよう制御することを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。
請求項１に記載の風車用ピッチ制御装置であって、
前記第２異常検知部として、前記モータコントローラのＣＰＵを監視し、異常を検知したときに異常信号を発信するＣＰＵ異常検知部を備えていることを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の風車用ピッチ制御装置であって、
前記第２異常検知部として、前記モータコントローラの前記誘導モータに対する出力信号を監視し、異常を検知したときに異常信号を発信するモータ制御異常検知部を備えていることを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の風車用ピッチ制御装置であって、
前記第２異常検知部として、前記誘導モータへ供給される電力を制御するパワーモジュール部における温度を監視し、異常を検知したときに異常信号を発信するパワー異常検知部を備えていることを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の風車用ピッチ制御装置であって、
前記第２異常検知部として、前記ピッチコントローラから前記モータコントローラへ送信される前記制御信号を監視し、異常を検知したときに異常信号を発信する送信異常検知部を備えていることを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の風車用ピッチ制御装置であって、
前記第２異常検知部として、前記モータコントローラの出力信号と前記誘導モータの出力軸の位置とを監視し、当該出力信号と当該出力軸の位置との対応のずれ量の大きさが所定値を超えたときに、異常を検知して異常信号を発信するコントローラ自己異常検知部を備えていることを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の風車用ピッチ制御装置であって、
風車において３枚設けられた前記ブレードのそれぞれに対応して前記モータコントローラと前記バッテリと前記第２異常検知部とが備えられ、
複数の前記第２異常検知部のうちの少なくともいずれかとして、複数の前記モータコントローラの出力信号を相互に比較し、当該複数のモータコントローラ間での当該出力信号のずれ量の大きさが所定値を超えたときに、異常を検知して異常信号を発信するコントローラ相互異常検知部を備えていることを特徴とする、風車用ピッチ制御装置。