JP5818967B2 - モータリングモードでの運転が可能な油圧ポンプを備える再生可能エネルギー型発電装置 - Google Patents

Description

本開示は、タービンに連結された回転駆動シャフトにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから圧油を受け取り発電機を駆動する少なくとも１つの油圧モータとを含む油圧トランスミッションと、タービンと、を有する再生可能エネルギー型の発電装置（例えば風力発電装置）の分野に関する。

風力発電装置や、ロータを有する他の再生可能エネルギー型の発電装置において、メンテナンス目的などの通常運転でない場合に、ロータを所望の位置まで回転させるために、ロータにより駆動される油圧ポンプがモータとしても作動可能とすることが提案されている。例えば、典型的な３枚翼風車のブレードにおいて、風車ナセルの上にヘリコプターが着陸するのを容易にするために、１枚のブレードが鉛直下向きとなり、他の２枚のブレードが水平より３０°上向きとなるようにロータの位置を制御できることは有用である。これは、大規模な洋上風車のメンテナンスにとって特に有用である。

しかしながら、油圧ポンプをモータとして使用可能とするために、油圧ポンプがポンプとしてのみ機能する通常運転モードの期間における油圧ポンプの機能を犠牲にすることは望ましいことではない。欧州特許出願公開第０４９４２３６号（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）には、作動室と低圧マニホールドとの間の流れを調節する電子制御低圧バルブを能動的に制御し、また、作動室と高圧マニホールドとの間の流れを調節する電子制御高圧バルブを能動的に制御することにより、各作動室により押しのけられる作動流体の体積を作動室容積サイクル毎に選択することが可能である、ポンプ又はモータとして動作しうるタイプの油圧機械が記載されている。

このタイプの機械は、押しのけ容積を非常に迅速に変化させることができ、これにより風やその他の変動する再生可能エネルギー源から効率的にエネルギーを捕捉することが可能となるので、再生可能エネルギー型の発電装置においてとても有用である。しかしながら、上述の機械は、高圧バルブとしては簡素なチェック弁を用い、１つの作動室に対して１つの電子制御弁（低圧バルブ）のみを用いることでポンプとして動作可能ではあるが、上述の機械がモータとして機能するためには、高圧バルブが電子的に制御されることも必要である。これは、排出ストローク中に圧油を低圧マニホールドに排出することができるように下死点付近で低圧バルブを開弁可能とするために高圧バルブを下死点の直前で能動的に閉じ、次の吸入ストローク中にピストンを駆動するためにさらなる圧油を高圧マニホールドから受け取れる状態にすることが必要であるためである。

過酷な用途においては迅速な開閉が必要であるため、また、少なくともいくらかの圧力差に抗って開弁する必要があるため、電子制御高圧バルブの設計には高度な技術が要求される。しかし、風車や類似の装置のメンテナンスは、ポンプの大きさや設置場所（風車タワーの頭頂部や、洋上である場合がある）のために比較的難しいため、故障の可能性がある構成要素を導入することは望ましくない。

そこで、本開示は、受動的に開く簡素な高圧バルブ（例えばチェック弁）を用いるが、各作動室において押しのけられる作動流体の体積は、低圧バルブの能動的制御により作動室容積サイクル毎に選択可能である油圧ポンプについて、該ポンプが長期間にわたり信頼性のある仕事をするためにポンプの能力を犠牲にすることなく、限定された状況においてポンプがモータリングをも実行可能となるように、油圧ポンプを改良するという技術的課題に取り組むものである。

さらに、国際公開第２０１２／０２２９３４号（Ｃａｌｄｗｅｌｌら）の記載から、異なる形状を有し、好ましい回転方向において効率的な運転を容易にするために最適化されたワーキング面及びブリージング面を備えるリングカムを有するポンプを設けることが知られている。同様に、国際公開第２０１２／０２２９５４号（Ｒａｍｐｅｎ及びＦｏｘ）の記載から、最も大きな力がリングカム面のうちある一方向を向いた面にのみ作用するように構成され、作動面の他の面に不連続部分を有するリングカムを有するポンプを設けることが知られている。これらの開発により、ポンプを効率的にかつ確実に運転することが可能となった。しかし、欧州特許出願公開第０４９４２３６号に記載の機構によれば、このようなポンプではマシンシャフトがポンピング時の回転方向と同じ方向に回転する状態でモータリングを実行することになり、これはカムの損傷につながりうる。

そこで、本発明の幾つかの実施形態は、非対称のカム（異なる弧長を有するワーキング面とブリージング面とを備えるカム）又は別の方法で確実なポンピングを容易にするように構成されたカムを有するにもかかわらず、不定期に低速モータリングを実行することが可能なポンプを提供するという技術的課題に取り組むものである。

本発明の第１の態様によれば、再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型の発電装置であって、
通常運転時に前記再生可能エネルギー源により駆動される回転駆動シャフトと、
前記回転駆動シャフトにより駆動される回転機械シャフトを有する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動される少なくとも１つの油圧モータと、
前記油圧ポンプの排出側を前記油圧モータの吸入側と連通させるための高圧ラインと、
前記油圧ポンプの吸入側を前記油圧モータの排出側と連通させるための低圧ラインと、を備え、
前記油圧ポンプは、
コントローラと、
前記高圧ラインと連通する高圧マニホールドと、
前記低圧ラインと連通する低圧マニホールドと、
シリンダと前記シリンダ内を往復運動するピストンとによりそれぞれ画定される複数の作動室と、
前記作動室と前記低圧マニホールドとの間の流れを調整するための複数の電子制御低圧バルブと、
圧力差に抗って開くことができない、前記作動室と前記高圧マニホールドとの間の流れを調整するための複数の主高圧バルブと、
能動的に制御されて圧力差に抗って開くことができる、圧油のソースと少なくともいくつかの作動室との間の作動油の流れを調整するための複数の補助高圧バルブと、を備え、
前記コントローラは、通常運転時には、前記回転機械シャフトが通常の回転方向に回転し、かつ、前記油圧ポンプが可変の押しのけ容積の作動油をポンプするように、選択された作動室容積サイクルの期間中、作動室容積サイクルの位相と関連づいて前記低圧バルブを閉じるように構成され（即ち、プログラムされ）、
かつ、前記コントローラは、前記油圧ポンプが、前記回転機械シャフトが前記通常の回転方向とは反対方向に回転するモータリングモードで動作するように、作動室容積サイクルの位相と関連づいて前記補助高圧バルブを能動的に制御するように構成され（即ち、プログラムされ）、また、前記各々の作動室が作動室容積サイクルにおける作動室容積の最大値と最小値との平均よりも少ない容積を有するときには、前記補助高圧バルブの開弁を容易にするために、選択された低圧バルブが閉じられる再生可能エネルギー型の発電装置が提供される。

圧油のソースは高圧マニホールドであってもよい。高圧マニホールドは、例えば、加圧された作動油を蓄積し、圧油のソースとしても機能するアキュムレータと流体的に連通してもよい。高圧流体のソースは、補助ポンプであってもよい。補助ポンプは、例えば、流体を直接的または間接的に高圧マニホールドの中へ移動させる。

典型的には、前記主高圧バルブ及び前記補助高圧バルブは、前記主高圧バルブ及び前記補助高圧バルブの前後の圧力差が等しい場合には、前記補助高圧バルブを通る作動油の流量が前記主高圧バルブを通る作動油の流量よりも少なくなるように構成される。したがって、補助高圧バルブは主高圧バルブよりも小さい流量を（与えられた圧力差に対して）供給する。主高圧バルブを通る作動油の流量に対する補助高圧バルブを通る作動油の流量の比は、例えば、０．５よりも小さくてもよく、０．２より小さくてもよく、０．１より小さくてもよい。

典型的には、モータリングモードにおける回転機械シャフトの回転速度は、通常運転時の回転機械シャフトの最大回転速度の１０％よりも小さい。幾つかの実施形態では、モータリングモードにおける回転機械シャフトの回転速度は、連続範囲にわたって可変である。幾つかの実施形態では、モータリングモードにおける回転機械シャフトの回転速度は、複数の（例えば、５よりも小さく、４よりも小さく、又は３よりも小さい）離散した回転速度のうちの１つを採用して制御される。まれに使用されるにすぎないモータリングモードにおいては、このような大ざっぱな速度制御をすれば十分である。コントローラは、各作動室の容積が、作動室容積の最小値と、作動室容積サイクルにおける作動室容積の最大値と最小値の差の２５％又は１２．５％との和よりも小さい場合に、選択された低圧バルブが閉じられるように構成されていてもよい。

低圧バルブを選択的に閉じることによって各作動室容積サイクル期間に押しのけられる作動流体の体積が作動室容積サイクル毎に選択されるポンプの通常運転においては、通常ポンピングサイクルにおいてポンプされる流体の量を最大化するため、作動室容積が最大値の１０％以下であるときは、低圧バルブは通常閉じられている。

モータリングモードでは、回転速度は比較的遅い。補助高圧バルブは、必ずしも迅速な開閉のために最適化される必要はない。モータリングモードはまれに使用されるのみであるので、補助高圧バルブのエネルギー効率が良くないとしても、それは重要なことではない。補助高圧バルブは、効率的なポンピングの途絶を最小化するように、例えば、作動室に追加が必要な容積が最小となるように選択されてもよい。典型的には、通常の発電時にはモータリングモードは使用されない。典型的には、モータリングモードは、メンテナンス時に使用される。
低圧バルブは、能動的な閉弁操作により閉じられてもよく、例えば、ソレノイドを励磁することにより閉じられてもよいし、又は、バルブを閉じるように働く付勢機構に抗って開いているバルブを、ソレノイドを消磁する等して、バルブが開いたままの状態を停止することにより閉じられてもよい。

主高圧バルブは、圧力差に抗って開くことができないため、モータリングに使用することはできない。典型的には、主高圧バルブは、例えばばねで付勢されるポペット弁等のチェック弁である。ばねで付勢されるポペット弁はとても信頼性が高いので、信頼性の高い運転を確実にするために、ポンピング時にばねで付勢されるポペット弁を使用する、低速モータリングにも使用可能な油圧ポンプを設けることが望ましい。

油圧ポンプは、（再生可能エネルギー源に駆動される回転シャフトに連結される）回転機械シャフトを備え、作動室容積サイクルの位相は該機械シャフトの角度位置と連動する。作動室容積サイクルの位相と関連づいた能動的な制御を可能とするために、油圧ポンプは、典型的には回転機械シャフトの角度位置を測定するように作動可能なシャフト位置センサを備え、作動室容積サイクルの位相が測定できるようになっている。

前記油圧ポンプは、通常運転時に作動室容積サイクルを駆動するカムを有する前記回転機械シャフトを備え、前記カムは、前記回転機械シャフトの角度に伴う作動室容積の変化が、どのシャフト角度においても鏡映対称性を有さないように構成されてもよい。したがって、カムは非対称であり、作動室容積の変動が正弦曲線に沿うように構成されたカムに比べて、より最適なポンプの駆動が可能となる。

典型的には、カムは、通常ポンピングモードにおけるポンプの信頼性を最大化するように構成される。典型的には、前記カムは、通常運転時に圧油が前記主高圧バルブを通って前記高圧マニホールドに送られる際に前記ピストンを駆動するワーキング（仕事）面と、通常運転時に作動油が前記低圧マニホールドから前記低圧バルブを通って受け入れられる際に前記ピストンが当接するブリージング（息継ぎ）面と、を有する。典型的には、前記ピストンが前記ワーキング面上に当接している間に前記回転機械シャフトが回転する角度は、前記ピストンが前記ブリージング面上に当接している間に前記回転機械シャフトが回転する角度よりも大きく、例えば、少なくとも１２５％の割合で大きい。典型的には、リングカムの破損の原因ともなり得る作動室圧力は、ピストンがブリージング面に当接している時よりもワーキング面に当接している時の方が大きい。したがって、モータリングモードにおいて、ブリージング面に過剰な力が加わらないようにすることが重要である。

このような構成は、高圧流体のピストンに対する作用に由来する力を、カム表面のより大きな面積に分散させるので、通常ポンピング時の長期間にわたる信頼性のある運転を可能とするが、モータリングを行うことを難しくしてしまう。これは、欧州特許出願公開第０４９４２３６号（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）に記載されるように、このタイプの機械では、通常モータリングにおいて、高圧流体に由来して生じるピストンローラからの力がワーキング面ではなくブリージング面に加わり、これがリスク又は損傷の可能性の原因となるためである。しかしながら、回転シャフトは反対方向に回転するので、低速モータリングモード時に高圧流体に由来して生じるピストンローラからの力は、その力に耐えうるワーキング面に加わる。これは、以下のような新規のバルブ作動サイクルにより容易となる。すなわち、新規のバルブ作動サイクルでは、高圧バルブの開弁を容易にするために、選択された作動室サイクルの期間中、各作動室が作動室容積の最小値の１０％以下であるときに低圧バルブが選択的に閉じられる。

典型的には、前記回転機械シャフトは、前記回転機械シャフトの周りに周状に配置される複数のカムを備える。作動室は、回転シャフトの周りに周状に間隔を空けて配置される複数のバンクを形成してもよい。作動室は、軸方向に間隔を空けて配置され隣り合う複数のグループを形成してもよい。前記カムは、マルチローブのカム（すなわち、複数の最大半径の箇所と、対応する複数の最小半径の箇所を有するカム）であってもよい。カムはリングカムであってもよい。ピストンはカムによって駆動されるカム追従部材に連結される。カム追従部材はピストンローラであってもよい。カム追従部材はピストンと一体的であってもよく、例えばピストンシューであってもよい。

典型的には、前記高圧マニホールドは、前記主高圧バルブに延びる主分岐流路を含む。前記主分岐流路はまとまって高圧統合流路となり、これを通して前記主分岐流路が前記高圧ラインと連通するようになっていてもよい。

典型的には、前記低圧マニホールドは、前記低圧バルブに延びる低圧分岐流路を含む。 前記低圧分岐流路はまとまって低圧統合流路となり、これを通して前記低圧分岐流路が前記低圧ラインと連通するようになっていてもよい。

好ましくは、一部の作動室のみが該作動室に関連づいた補助高圧バルブを有する。

各作動室が最大の作動室容積の１０％以下である時に閉じられる選択された低圧バルブは、典型的には、補助高圧バルブを有する作動室と関連づいたものである。

高圧流体を一部の作動室のみに供給するための補助高圧バルブを設けることでモータリングを低速とすることができるので、信頼性を低減しうるより複雑なバルブを少なくして、機械を簡素なものとしておくことが可能である。いくつかの作動室のみが補助高圧流体接続を有するので、作動室において補助高圧流体接続の存在に起因して生じる全死容積は低減される。例えば補助高圧バルブの故障時等に、作動室から補助マニホールドへの作動流体の流れを防ぐために、各補助高圧バルブと、各補助高圧バルブが接続される作動室との間に逆止チェック弁が設けられていてもよい。

典型的には、前記高圧マニホールドは、前記補助高圧バルブに延びる補助マニホールドに連通する。前記補助マニホールドは、単一の補助供給ラインと、複数の補助流路と、を備えていてもよく、前記補助流路は、まとまって前記単一の補助供給ラインとなり、これを通して前記補助流路は（前記高圧マニホールドを通して）前記高圧ラインと連通するようになっていてもよい。前記高圧ライン（及び残りの高圧マニホールド）から、前記補助マニホールドを選択的に隔離することで、前記補助高圧バルブを隔離するための隔離弁が設けられていてもよい。隔離弁は、典型的には補助マニホールドを高圧マニホールドから隔離する。

このことは、補助高圧バルブを１つのグループとして隔離することを可能とする点において、有利である。補助高圧バルブは能動的に制御されるので、主高圧バルブよりも複雑であり、そのため信頼性は比較的低い。仮に補助高圧バルブが開弁位置で故障した場合、
高圧マニホールドと作動室との間に開いた経路を作り、位置サイクルにおいて不適切な時点で作動室を加圧する可能性があるという問題が起こり得る。しかし、上述機構によれば、補助高圧バルブをすべて隔離することができ、主要な機能であるポンプ機能の信頼性を改善できる。

一実施形態では、ブロックは、８個の各作動室と流体的に連通する８個の高圧バルブ及び８個の低圧バルブを含んでいてもよい。ブロック内には、それら作動室への高圧の接続のうち２つがモータリングモード時に流体を供給するように構成されていてもよい。

前記発電装置は、前記補助高圧バルブに供給される前記作動油の圧力を前記高圧ライン内の圧力を下回るように減少させるための少なくとも１つの減圧部（例えば減圧弁等）を備えていてもよい。減圧部は、単一の補助供給ラインが存在する場合は、その中に設けることができる。減圧部は、補助高圧バルブに供給される作動流体の圧力を制限する圧力リリーフ弁（例えば、補助マニホールドに連通する圧力リリーフ弁）を備えていてもよい。補助マニホールドの中の作動流体の圧力が閾値を超える場合、作動流体を、減圧部を通してシンク（典型的には低圧マニホールド又はタンク）に排出してもよい。

隔離弁は、減圧部としての機能をも有してもよく、例えば、隔離弁は比例流量弁であってもよい。したがって隔離弁は、補助高圧バルブを高圧ラインからシールするように、又は、可変量の作動流体が補助高圧バルブに流れることを許容するように作動可能であってもよい。これは、モータリングモードにおいて、圧力が制限されていなければ、ポンプが過剰な力により損傷を受け得るような場合、例えば、上述したように前記カムが非対称である場合等に、特に有用である。

減圧部は、補助高圧バルブに供給される作動流体の圧力を、高圧ラインの圧力よりも下回るように減圧させてもよく、例えば、高圧ラインの圧力の７５％、５０％又は２５％の圧力を下回るように減圧させてもよい。

前記発電装置は、圧油が補助高圧バルブを通って作動室に流入する際の流量を制御するための少なくとも１つの流量制御部（例えば可変流量弁）を備えていてもよい。流量制御部は、単一の補助供給ラインが存在する場合には、その中に設けることができる。隔離弁及び／又は減圧部は、流量制御部としての機能をも有していてもよい。しかしながら、流量制御部は、第１のバルブと、第２のバルブにより形成される前記減圧部とにより形成されていてもよい。隔離弁は、第３のバルブであってもよい。このようにすると、各構成要素が特定の機能（隔離、減圧、又は流量制御）について最適化されることが許容される点で有利である。

前記油圧ポンプは、前記作動室、前記高圧マニホールド、前記低圧マニホールド、前記主高圧バルブ、前記補助高圧バルブ及び前記低圧バルブを収容するケーシングを備えていてもよい。

前記回転機械シャフトは、前記回転機械シャフトの周りに周状に配置され、通常運転時に前記ピストンを駆動する複数のカムを備え、
前記高圧マニホールドは、前記主高圧バルブに延びる主分岐流路を含み、
前記主分岐流路はまとまって高圧統合流路となり、これを通して前記主分岐流路は前記高圧ラインと連通し、
前記低圧マニホールドは、前記低圧バルブに延びる低圧分岐流路を含み、
前記低圧分岐流路はまとまって低圧統合流路となり、これを通して前記低圧分岐流路は前記低圧ラインと連通し、
前記油圧ポンプは、前記作動室、前記高圧マニホールド、前記低圧マニホールド、前記主高圧バルブ、前記補助高圧バルブ及び前記低圧バルブを収容するケーシングを備え、
前記補助高圧バルブは、一部の作動室のみに高圧流体を供給してもよい。

各補助高圧バルブは、単一の作動室への圧油の流れを調節するようになっていてもよい。しかしながら、前記複数の補助高圧バルブのうち少なくとも１つの個別の補助高圧バルブが、複数の作動室（典型的には、全作動室数よりも少ない数の作動室）への高圧油の前記流れを調整するようになっていてもよく、典型的には、互いに位相が同調する作動室又は互いの位相差が２５°以下、好ましくは１５°以下である作動室への高圧油の前記流れを調整するようになっていてもよい。典型的には、前記個別の補助高圧バルブと前記複数の作動室との間の流れを防ぐために複数のチェック弁（典型的には、作動室１つあたり１つのチェック弁）が設けられる。複数の作動室の位相が同調している場合であっても、典型的には、１つの作動室に対して１つのチェック弁が必要である。これは、複数の作動室は同時に作動状態又は非作動状態ではない可能性があるためである。そのような状況では、１つの作動室内で生成した圧力が他の作動室を経由して流失させないために、各作動室のためのチェック弁が必要である。

典型的には、前記シリンダは、前記回転シャフトに沿って軸方向に間隔を空けて配置される複数のバンクを形成する。好ましくは、前記補助高圧バルブは、軸方向に間隔を空けて配置された複数のグループのうち、片方又は両方の軸端部のグループのシリンダと関連づいている。好ましくは、前記シリンダは、１以上のシリンダブロックを形成する。好ましくは、前記シリンダブロックは軸端において軸端面を画定し、前記補助高圧バルブは、前記軸端面に位置する。又は、補助高圧バルブは、シリンダブロックの、半径方向外側の面に位置してもよい。該バルブは、シリンダブロックの中に位置し単純なねじによって固定されてもよい。

低速モータリングモードにおいて押しのけられる作動流体の体積を決定するために、コントローラは、低圧バルブを閉じて補助高圧バルブを開ける作動室容積サイクルの割合を選択し、作動室に作動流体の正味押しのけ容積が存在するアクティブサイクルを実行させることによって、前記回転シャフトの回転速度を制御する。前記コントローラは、各モータリングサイクルの期間中に押しのけられる作動流体の量を選択することで前記回転シャフトの回転速度を制御するために、モータリングモードにおいて、作動室容積サイクルにおける選択された低圧弁の閉弁タイミングを選択し、及び／又は、補助高圧バルブの開弁タイミングを選択してもよい。

圧油を前記補助高圧バルブに（例えば、高圧マニホールドが補助高圧バルブと流体的に連通している場合には、直接又は補助マニホールドを通して高圧マニホールドに、又は、高圧マニホールドとは分離された補助マニホールドに）出力するように動作可能な補助ポンプ（圧油のソースとして機能する）をさらに備えてもよく、前記コントローラは、前記補助ポンプが機能して前記補助高圧バルブに供給される作動油の圧力（例えば高圧マニホールド又は補助高圧マニホールド内の圧力）を増加させる間、モータリングモードにおいて前記補助高圧バルブに供給される作動油の圧力（例えば高圧マニホールド又は補助高圧マニホールド内の圧力）が閾値よりも低く低下した場合には、選択された低圧バルブを閉じることを一時的に停止するように作動可能であってもよい。いくつかの実施形態では、高圧マニホールドは、恒久的又は選択的に互いに流体的に接続する複数のマニホールド部分を有し、ある高圧マニホールド部分（例えば、補助高圧バルブの周りに延在する環状マニホールド部分）の圧力が閾値よりも低く低下した場合に、その高圧マニホールド部分に高圧流体を供給することを重要視してもよい。

前記再生可能エネルギー型発電装置は、前記高圧ラインと連続的または選択的に連通する流体アキュムレータをさらに備え、前記補助ポンプからの前記高圧流体は、前記流体アキュムレータを迂回するようになっていてもよい。例えば、補助ポンプの作動中は、流体アキュムレータは高圧ラインから（例えばバルブ等により）シールされていてもよい。あるいは、単一の補助供給ラインに逆止弁が設けられていてもよい。

前記再生可能エネルギー型発電装置は、前記回転駆動シャフトの位置を測定するためのセンサをさらに備え、前記コントローラは、前記回転駆動シャフトが予め定められた位置に到達するまで前記油圧ポンプをモータリングモードで動作させ、その後前記油圧ポンプの回転を停止させるように構成されて（即ち、プログラムされて）いてもよい。
前記センサは、回転駆動シャフトの位置を検知するセンサであってもよいが、前記センサは、前記回転機械シャフトの位置を検知するセンサであってもよい。前記センサは位置センサであってもよい。

前記発電装置は、前記再生可能エネルギー源としての風から電力を生成する風力発電装置であってもよい。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による再生可能エネルギー型発電装置の操作方法を提供し、該方法は、前記回転機械シャフトを前記通常の回転方向とは反対方向に回転させるように、作動室容積サイクルの位相と関連づいて前記補助高圧バルブを能動的に制御することによりモータリングモードで前記油圧ポンプを運転すること、及び各々の前記作動室が、作動室容積サイクルにおける作動室容積の最大値と最小値との平均よりも少ない容積を有するときには、選択された低圧バルブを閉じることを備える。典型的には、モータリングモードにおける回転機械シャフトの回転速度は、通常運転時の回転機械シャフトの最大回転速度の１０％よりも低速である。

本発明の第２の態様のさらなる任意的な特徴については、本発明の第１態様に関してすでに説明したものが相当する。

本発明の例示的な実施形態を、次の図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る、配電網に接続された風力発電装置を示す図である。 図１に示す風力発電装置に用いられる、一実施形態に係るポンプの断面図である。 図２に示すポンプに用いられるリングカムの作動面プロファイルを示す図である。 一実施形態に係るポンプにおける、作動室への作動流体の接続を示す概略構成図である。 別の実施形態に係るポンプにおける、圧力リリーフ弁を用いた作動室への作動流体の接続を示す概略構成図である。 一実施形態におけるいくつかのシリンダブロックの等角図である。 別の実施形態におけるいくつかのシリンダブロックの等角図である。 図７に示す実施形態における作動室への作動流体の接続を示す概略構成図である。

図１は、本発明の例示的な実施形態に係る、配電網（１０１）に接続され、再生可能エネルギー装置として作動する風力発電装置（ＷＴＧ，１００）を示す図である。風力発電装置は、タワー（１０５）に回転可能に搭載され、３枚のブレード（１０９）を支持するハブ（１０７）（これらはまとめてロータ（１１０）として知られる）が取り付けられたナセル（１０３）を備える。ナセルに外部から取り付けられた風速計（１１１）は、計測された風速信号（１１３）をコントローラ（１１２）に送信する。ナセルに取り付けられるロータ速度センサ（１１５）は、ロータ速度信号（１１７）をコントローラに送信する。この例示的なシステムでは、風に対する各ブレードの迎え角は、ピッチ作動信号とピッチ検知信号（１２１）とをやりとりするピッチアクチュエータ（１１９）により変化させることができる。本発明は、ピッチアクチュエータを備えていない風力発電装置にも適用できる。

ハブは、回転駆動シャフト（１２５）を介してポンプ（１２９）に直接接続され、回転駆動シャフトは通常運転時には通常のロータ回転方向（１２７）に回転する。ポンプは、図２に示されるタイプのものが好ましく、油圧モータ（１３１）への流体接続を有する。油圧モータは、欧州特許出願公開第０４９４２３６号に記載されるタイプのものが好ましい。ポンプと油圧モータとの間の流体接続は、高圧ポート及び低圧ポートにそれぞれ接続される高圧ライン（１３３）及び低圧ライン（１３５）を介する接続であり、流れを制限するバルブが介在しないという意味で、直接の接続である。好ましくは、ポンプ及び油圧モータは、高圧ラインと低圧ラインがそれらの間に形成されるようにお互いに直接取り付けられる。チャージポンプ（１３７）は、リザーバ（１３９）から、低圧アキュムレータ（１４１）に接続される低圧ラインへ、流体を連続的に引き込む。低圧リリーフ弁（１４３）は、熱交換器（１４４）を介して低圧ラインからリザーバへ流体を戻す。熱交換器は、作動流体の温度に影響を与えるように作動可能であり、熱交換器制御ライン（１４６）を経由してコントローラにより制御される。平滑化アキュムレータ（１４５）は、ポンプと油圧モータの間の高圧ラインに接続される。第１高圧アキュムレータ（１４７）と第２高圧アキュムレータ（１４９）（これらは一緒に流体コンプライアンスとして作動する）は、第１アキュムレータ隔離弁（１４８）及び第２アキュムレータ隔離弁（１５０）をそれぞれ介して高圧ラインに接続される。第１及び第２高圧アキュムレータの初期封入圧力は異なっていてもよく、より大きな初期封入圧を有する高圧アキュムレータをさらに用いてもよい。第１及び第２アキュムレータ隔離弁の状態は、それぞれ第１隔離弁信号（１５１）及び第２隔離弁信号（１５２）を介してコントローラにより設定される。高圧ライン内の流体圧力は圧力センサ（１５３）で計測され、圧力センサは高圧ライン圧力信号（１５４）をコントローラに送信する。圧力センサは、任意で流体の温度を計測し、流体温度信号をコントローラに送信してもよい。高圧リリーフ弁（１５５）は高圧ラインと低圧ラインとを接続する。

油圧モータは、発電機シャフト（１５９）を介して、負荷として働く発電機（１５７）に接続される。発電機は、コンタクタ（１６１）を介して配電網に接続される。コンタクタは、発電機及びコンタクタ制御装置（１６３）からコンタクタ制御信号（１６２）を受け取り、発電機を選択的に配電網に接続し、または配電網から隔離するように作動可能である。発電機及びコンタクタ制御装置は、電力供給センサ（１６８）及び発電機質力センサ（１７０）によりそれぞれ計測される電圧、電流及び周波数の測定値を電力供給信号（１６７）及び発電機出力信号（１６９）から受け取り、それらをコントローラ（１１２）へ送って、発電機に従う磁界電圧発電機制御信号（１６５）と、コントローラからのコンタクタ制御信号（１７５）とを調節することによって発電機の出力を制御する。

ポンプ及びモータは、それぞれのシャフトの瞬時の角度位置及び回転速度と、作動油の温度及び圧力とをコントローラに報告する。そしてコントローラは、ポンプ作動信号及び機械シャフト信号（１７１）並びにモータ作動信号及びモータシャフト信号（１７３）を介して、ポンプ及びモータそれぞれのバルブの状態を設定する。コントローラは、ピッチ作動信号、アキュムレータ隔離弁信号、ポンプ作動信号及びモータ作動信号を増幅するために電力増幅器（１８０）を用いる。

風力発電装置は、ブレードセンサ信号（１８７）を介してブレードの振動をコントローラに伝えるブレードセンサ（１８５）を備える（ブレードセンサは１以上の加速度計、位置センサ、速度センサ又は音響センサを備えていてもよい）。

図２は、本発明の一実施形態に係るポンプ（１２９）の一部（３０１）概略図である。ポンプはラジアルピストンポンプであり、ポンプの外周に配置される、類似する複数の作動室（３０３）で構成される。作動室は、軸方向に間隔を開けて配置される複数のバンクの中に配置される。図２には、単一のバンクにおける、３つの周方向に隣り合うシリンダが示される。

各作動室は、シリンダ（３０５）の内壁面とピストン（３０６）とで画定される容積を有する。ピストンは、リングカム（３０７）により、カム係合部材として機能するローラ（３０８）経由で駆動され、作動室の容積を周期的に変化させるようにシリンダ内を往復運動する。リングカムは、ロータシャフト（１２５）に堅固に接続されたシャフト（３２２）に取り付けられるセグメントに分けることができる。リングカムの周囲の圧力よりも高い低圧マニホールド（３１４）及び作動室内の流体の圧力、又は、ばね（不図示）は、ローラがリングカムと接触を保つように維持する。シャフト位置及び速度センサ（３０９）は、シャフトの瞬時の角度位置及び回転速度を計測し、電気的接続（３１１，ポンプ作動及び機械シャフト信号１７１のうちのいくつかである）を用いてコントローラ（１１２）に知らせ、コントローラがその瞬時の各作動室の個別のサイクルの位相を特定することを可能とする。コントローラは、典型的には、格納されたプログラムを実行するマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラである。コントローラは、分散されて、コントローラの全機能のうちの一部を個別に実行する、複数のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラの形をとることもできる。

軸方向に間隔を開けて配置され、その面が共に回転する複数のカムのバンクが１より多く存在してもよい。シリンダの各バンクは、軸方向に間隔を開けて配置された別々のリングカムに駆動されてもよい。

各作動室は、作動室に向かって内側を向き、作動室から低圧マニホールド（３１４）へ延びる流路を選択的にシールするように作動可能な、電子的に作動される面シールポペット弁（３１３）形式の低圧バルブ（ＬＰＶ）を備える。低圧マニホールドは、基本的には（通常ポンピングモードでは）、正味の流体ソースとして（又は、モータリングモードの場合はシンクとして）機能する。低圧導管は低圧ライン（１３５）に流体的に接続される。ＬＰＶは、吸入ストロークの期間中、作動室を低圧マニホールドと流体的に接続させるために、作動室内の圧力が低圧導管内の圧力よりも低い場合に受動的に開くが、作動室を低圧マニホールドとの流体的な接続から切り離すために、電気的ＬＰＶ制御信号（３１５，ポンプ作動及び機械シャフト信号１７１のうちのいくつかである）を介したコントローラの能動的な制御のもとで選択的に閉じることが可能な、ノーマルオープン・ソレノイドクローズのバルブである。他の電子制御弁（例えば、ノーマルクローズ・ソレノイドオープンのバルブ）を採用することもできる。

作動室は、圧力作動デリバリ弁形式の主高圧バルブ（ＨＰＶ，３１７）をさらに備えてもよい。主高圧バルブは、作動室から外側を向き、作動室から高圧マニホールド（３１９）に延びる流路をシールするように作動可能である。高圧マニホールドは、正味のソース又はシンクとして機能し、高圧ライン（１３３）と流体的に連通している。以下に、高圧マニホールドの流体接続の好ましい構成について説明する。

主高圧バルブは、ノーマルクローズで圧力によって開くチェック弁（通常はばね作動ポペット弁）であり、作動室内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超えると受動的に開き、圧力差に抗って開くことができない。主高圧バルブは、ポンピング時には、作動室内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超えると開き（排出ストロークにおいては低圧バルブの閉弁の後に）、作動室内の圧力が高圧マニホールド内の圧力よりも低下すると閉じる（排出段階の終わると、作動室は再度膨張を開始する）。

作動室のうちの幾つかは、この例では図に示される３つの作動室のうちの１つは、電磁作動により能動的に制御され、補助高圧弁制御信号（３２１）を用いてコントローラにより開弁可能なバルブである補助高圧バルブ（３１８）を有する。補助高圧バルブは、分岐流路（３２３）（複数の分岐流路のうち１つが図２に示される）を通して高圧マニホールド（３１９）に接続され、これにより高圧ライン（１３３）に接続される。

先行技術文献に記載される運転の通常モードでは（例えば、欧州特許出願公開第０３６１９２７号、欧州特許出願公開第０４９４２３６号及び欧州特許出願公開第１５３７３３３号）、ポンプは、ポンピングサイクルを実行することで、回転駆動シャフトの回転を通して風から受け取るエネルギーを、高圧ライン内の圧油とする形で流体エネルギーに変化させる。

コントローラは、１以上の低圧バルブ、典型的には、サイクルにおける最大容積に近い作動室に関連するバルブを能動的に閉じて、低圧マニホールドへの経路を閉じることにより、続く収縮ストロークにおいて、関連する主高圧バルブを通して流体を排出させることで、油圧ポンプにより高圧マニホールドへ移動する流体の押しのけ容積の正味の割合を選択する。コントローラは、選択された押しのけ容積の正味の割合を満足するように、流れを作り出し、又は、トルクをシャフト（３２２）に作用させるために、閉弁する低圧バルブの数及び順番を選択する。コントローラは、サイクル毎に低圧バルブを閉じるか開いたままにしておくかを決定するとともに、作動室容積の変化に対して、低圧バルブを閉じる詳細な位相を変化させることによって、低圧マニホールドから高圧マニホールドへ移動する流体の押しのけ容積の正味の割合を選択するように作動可能である。しかしながら、通常運転時において、ほとんどのストロークでは、効率を最大化するため、作動室の容積が最大値の１０％以下である場合には、低圧バルブは閉じられている。

ポンピングストロークが選択的に作動される通常運転モードにおいて、この例のリングカムは、図２に示されるように、時計回り方向に回転する（図２では、図１とは反対の方向からポンプを見た図であることに留意）。後述するように、代替のモータリングモードでは、リングカムが反時計回り方向に回転する。言うまでもなく、幾つかの実施形態では、リングカムは、通常ポンピング時に反時計回り方向に回転し、モータリングモード時に時計回り方向に回転してもよい。

コントローラは、ブレードセンサ信号（１８７）を用いて、バルブの開閉タイミングを選択することにより、作動室によるリングカムへのトルクの作用を（また、高圧マニホールドへの流体の移動又は受け入れを）、時間及び角度についてスケジュールするように作動可能である。
これに関して、有力な技術が国際公開第２０１２／１０４５４３号（Ｓａｌｔｅｒら）に記載される。国際公開第２０１２／１０４５４３号の記載内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものとする。

ポンプの作動室は、傾きをもって配置され、完全に半径方向の外向きとなっていなくてもよい。図２において、作動室は、時計回り方向に１０°程度傾いている。

図３は、図２に示すポンプのカムプロファイル（２００）の部分を示す。作動時には、カム上をローラ（３０８）が回転する。該プロファイルは、各リングカムのバンクにおいて、典型的には１５〜２５回繰り返され、リングカムの周りに効率的に連続的な作動面を形成する。カムプロファイルは、ポンプの作動室容積の１サイクルにわたって、リングカムの回転中心からの半径（ｍｍ）（２０２）と、任意の基準点（２０６）からの角度（２０４）とにより定義される。図３の軸のスケールは、わかりやすさのために相対的なものが選択されており、最大点（上死点）と次の隣り合う最小点（下死点）との間のピッチ（Ａ）や、最小点（下死点）と次の最大点（上死点）との間のピッチ（Ｂ）との比較で、プロファイルの深さを正確に表すものではない。
図３には、前記リングカムと従来のリングカムとの差異を示すための基準（正弦波）カムプロファイル（２０８）も示される。前記リングカムプロファイルは、正弦波プロファイルとは異なり、どのシャフト角度においても鏡映対称性を有さない。

前記プロファイルは、凸状区域（２１０）と凹状区域（２１２）とを有し、これらはワーキング面の変曲点（２１４）及びブリージング面の変曲点（２１６）において接触する。作動面は、通常運転（ポンピング）モードにおいて、コントローラの制御のもとで、低圧バルブ（３１７）及び主高圧バルブ（３１７）を選択的に開閉することに起因して、作動室内の圧力が低圧マニホールドの圧力を大幅に超えるときに（例えば１００ｂａｒを超える）ローラが回転する作動面の領域にわたって広がるワーキング（仕事）面（２１８）を備える。作動面は、通常運転（ポンピング）モードにおいて、大きな作動室圧力からの力が作用しない作動面の領域にわったて広がるブリージング（息継ぎ）面（２２０）をも備える。

ワーキング面は、領域Ｂ（ワーキング面として機能する）に広がる作動面のうち大部分の面を形成し、ブリージング面は、領域Ａ（ブリージング面として機能する）に広がる作動面のうち大部分の面を含む。しかし、典型的な作動流体（例えば油圧作動油）の圧縮性のため、それらは完全には揃わない。通常運転において、選択されたポンピングストロークの開始時には、低圧弁が閉じた後（低圧弁の閉弁は通常下死点において起こるが、ローラが領域Ｂに当接している間は、どこでも起こる可能性はある）小さな角度進む間、作動室の圧力は単調に増加する。つまり、ワーキング面は、下死点を少し超えた点から始まる。選択されたポンピングストロークの後、作動室は、上死点において主高圧バルブが閉じられた後小さな角度だけ進む間も圧力が高いままなので、ワーキング面は、上死点を少し超えた点まで延長される。これにより、バルブ前後に大きな圧力差を生じさせずに作動室が高圧マニホールドと低圧マニホールドとに交互に連通することができ、流体機械／ポンプの効率を増加させるとともに、運転騒音を低減させる。

この例示的な実施形態では、最大点（上死点）と次の隣り合う最小点（下死点）との間のピッチ（シャフト角の変化Ａ）は、最小点（下死点）と次の最大点（上死点）との間のピッチ（シャフト角の変化Ｂ）よりも小さい。したがって、通常運転モードでは、排出ストロークは吸入ストロークよりも長い。また、通常運転モードの使用時には、ワーキング面の傾きはブリージング面の傾きよりも小さい。したがって、作動面におけるヘルツ応力は、ワーキング面とブリージング面が同じ長さを有する先行技術文献に記載の機械と比較して低減される。ピストンのシリンダ（３０５）に対するサイドロードも、ワーキング面の傾きが小さいため低減される。

ワーキング面の変曲点（傾きの大きさが最大の点として機能する）と隣の下死点との間のシャフト角の差（Ｃ）は、ワーキング面の変曲点と隣の上死点との間の角距離（Ｄ）よりも小さく、本実施形態においてはＣ／Ｄ＜９０％である。したがって、排出（ポンピング）ストロークの期間の流量は、作動室容積が上死点における容積と下死点における体積との平均となる点よりも手前で最大流量となる。

この例示的な実施形態では、ワーキング面の凸状部の曲率の最大値は、ブリージング面の凸状部の曲率の最大値の半分よりも小さい。また、ワーキング面の凸状部の曲率の最大値は、ワーキング面の凹状部の曲率の最大値の半分よりも小さい。

ワーキング面の比較的平坦な凸状領域の曲率は低く、これは、このような凸性によってヘルツ応力の増加を抑制する。一方、比較的傾きの大きい凹状領域は曲率が高く、このような大きな傾きによってヘルツ応力の増加が抑制される。作動室に傾斜があるため、スライドする作動室の軸が、ワーキング面の変曲点付近では作動面に垂直な方向に近くなることにより、ワーキング面の変曲点の領域でのヘルツ応力は最小限に抑えられる。

曲率の小さい凸状面は、必然的に、曲率の高い凹状面よりも（弧により定まる範囲に関して、及び作動面の面積に関して）大きくなる。そして、このため、各作動室を経由する高圧マニホールドへの又は高圧マニホールドからの流量は、そして回転可能なリングカムに作用するトルクは、時間及び角度に関して非対称である。これは、偏心カムを用いる従来の流体機械と対照的である。すなわち、従来の流体機械では、典型的には、複数の作動室から高圧マニホールドへのまたは高圧マニホールドからのより平滑な集合流量を達成するために、各作動室に起因する流量は時間及び角度に関して対称になるように設計される。

上記リングカム及び流体機械は、作動面における応力が低減されており、このため、従ラインのリングカムに比べて、通常運転モードにおける寿命が長期化する。しかし、モータリングにおいても回転機械シャフトが同じ方向に周り続ける欧州特許出願公開第０４９４２３６号（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）に記載の方法によりモータリングを実行することは難しい。なぜなら、そのような運転方法では、高圧流体から生じるピストンローラからの力が、ワーキング面ではなくブリージング面にかかり、これがリスクや損傷の可能性につながるからである。しかし、本発明では、代替のモータリングサイクルを想定している。

（代替運転（モータリング）モード）
代替モータリングモードでは、コントローラは、補助高圧バルブを備える作動室のうち、どの作動室が作動室容積サイクルにおいて上死点に近い状態であり、ピストンからの力がローラを経由して作動面にかかっているかを特定する。サイクルにおいてそのような状態にある作動室の補助高圧バルブは、その後開かれ、高圧流体がそれらの作動室に流入し、それらの作動室のピストンを駆動する。そして次にピストンが、通常ポンピングモードにおける回転方向とは反対の方向にリングカムを駆動する。補助高圧バルブを備える作動室では、低圧バルブは、各作動室容積サイクルにおいて上死点の直前で閉じられ（回転方向が異なるので、カムは、通常ポンピング時でいうところの上死点直後の位置にある）、そして補助高圧バルブが上死点の直後で開かれて、作動室内の圧力がリングカムの作動面に作用する。補助高圧バルブを持たない残りの作動室については、低圧バルブが開かれたままとされ、これらの作動室が、モータリングを行う作動室により生成されるトルクとは逆向きとなるポンピングトルクを作用させないようになっている。

ポンプは、回転駆動シャフトと、ロータ及びロータに取り付けられるブレードとが所望の方向に到達するまで代替モータリングモードで運転され、その後停止される。駆動シャフトは、その後、例えばピンなどで位置を固定される。これは、洋上風力発電装置等の風力発電装置のメンテナンスにとって非常に有用である。例えば、ヘリコプターのナセル頂部への着地を容易にするために、ブレードが適切な位置に移動するまでロータを回転させるために、この運転モードが使用される。

結果として、最小限の構成要素を追加するのみで、主高圧バルブに影響を与えることなく、ポンプがモータとして機能することが可能である。さらに、最も大きな力は、もし回転機械シャフトが通常運転時と同じ方向に回転し、欧州特許出願公開第０４９４２３６号に記載の作動サイクルが後に続くならば最も大きな力がかかるであろうブリージング面ではなく、大きな力をかけるのにより適合したワーキング面に加わる。

低圧バルブは、典型的には上死点の近くで開かれるが、作動室の容積が、運転中の作動室容積の最小値と最大値の平均よりも小さくなった時に開かれてもよい。

（流体接続）
図４は、前記ポンプにおける作動室への流体接続を示す。同図に示すように、低圧マニホールド（３１４）は、低圧バルブ（３１３）を通して各作動室（３０３）に流体を供給する複数の低圧分岐流路（３５２）を備える。同様に、高圧マニホールドは、主高圧バルブ（３１７）に流体を供給する複数の主高圧分岐流路（３５０）を備える。複数の高圧分岐流路は、高圧ライン（１３３）に延びる高圧統合流路（３２５）で合流する。

作動室のうちいくつかのみが補助高圧バルブ（３１８）を有する。これは、このバルブが存在することにより生じる作動室の死容積の総量を低減し、また、例えば作動室のそれぞれに補助高圧バルブを設ける場合に比べ、部品の総数をも低減するため、有利である。図においてはソレノイド作動弁として示されるが、他の作動手段を採用することもできる。圧油が作動室から補助マニホールドに逆流するのを防ぐために、補助高圧バルブと作動室との間に逆止チェック弁（３２４）を設けてもよい。図４の領域（３６４）に存在する作動室、主高圧バルブ、低圧バルブ及び逆止チェック弁は、シリンダブロックの内部に設けられ、図４の領域（３６６）に存在する補助高圧バルブは、単一の吸入口と複数の補助高圧バルブを備える補助リングの中に設けられる。これについては、以下に、図７を参照してさらに説明する。

補助高圧バルブは、補助流路（３５４）を通して高圧流体を供給される。補助流路は、まとまって単一の補助供給ライン（３５６）を形成する。補助供給ラインは、高圧マニホールドを介して高圧ラインと連通する。単一の補助供給ラインは、隔離弁として機能する遮断弁（３５８）を用いて遮断することができ、こうすることで補助流路のすべてを一度に隔離する効果がある。遮断弁と直列に、作動室に供給される流体の流れを絞って調整して、モータリングの速度を直接制御するように作動するソレノイド式の比例弁（３５９）が設けられていてもよい。単一の補助供給ライン、複数の補助流路、比例隔離弁及び遮断弁は、まとまって補助マニホールドとして機能する。したがって、仮に、補助高圧バルブのうちのひとつに故障があった場合、とりわけ、ある補助高圧バルブが開いたままとなるような故障があった場合、複数の補助高圧バルブを隔離することができる。このことは重要であるが、それは、モータリングモードが必要とされる頻度はとても低く、たとえ１つの補助高圧バルブがモータリングモードに影響を及ぼすような故障をしたとしても、信頼性の高いポンピングを続けられることは有利であるためである。遮断弁を設けなければ、１つの補助高圧バルブが故障すれば、シリンダが、通常ポンピング運転時にモータリングサイクルを実行する原因となり得、該シリンダが損傷を受ける可能性に曝される。

リングカムは、ポンピングのために最適化される。したがって、モータリング時の過剰な高圧流体により損傷する可能性がある。したがって、補助流路内の圧力を、高圧マニホールドの圧力よりも下回るように減少させるため、減圧弁（３６０）（例えば、パイロット式のノーマルオープンの弁）を単一の補助供給ラインに設けてもよい。

図５は、別の実施形態であって、減圧弁に代えて、補助マニホールドと連通し、補助高圧バルブに供給される作動流体の圧力を制限する圧力リリーフ弁（３２６）が設けられた実施形態を示す。補助マニホールドの中の作動流体の圧力が閾値を超える場合、作動流体は、作動流体をタンク（３２８）へ導く圧力リリーフ弁（３２６）を介してシンク（典型的には低圧マニホールド又はタンク）へ排出される。

分岐流路に設けられる減圧弁又はそれに代わる圧力リリーフ弁の設定圧力については、比例弁が最大のモータリング圧力を要求するときに、作動流体の圧力が制限されてカムローラの接触面において生成される力もまた制限されるように、特定の設定圧力が選択される。この機構の制限により、カムローラの接触面において許容可能な最大圧力は、モータリングモードにおいてポンピングモードよりも小さくすることができる。

他の実施形態では、単一のバルブが、圧力を低減し、かつ、作動室への流体の流れを絞るように機能しうる。これらの機能の一方又は両方は、補助高圧バルブにより果たされてもよい。

モータリングモードでは、通常運転とは対照的に、高圧流体は高圧マニホールドに流入するのではなく、高圧マニホールドから取り除かれる。したがって、高圧マニホールド内の圧力は、要求されるモータリングを行うには十分ではないかもしれない。そこで、たとえば、追加的な流体を低圧マニホールドから高圧マニホールドへポンプするために、電気ポンプ等の補助ポンプ（３６２）を設けてもよい。実際的には、補助ポンプの容量は通常比較的小さく、系に流入する流量よりも系から出ていく流量の方が多いので、高圧マニホールド内の圧力はモータリング時に低下し得る。これは、圧力の変動の原因となる場合があり、また、圧力が大幅に低下する場合にはキャビテーションの原因ともなり得る。そこで、コントローラは、補助ポンプが高圧マニホールドの圧力を閾値よりも高く維持する間、モータリングの比率を制限するように、又は、モータリングモードをある期間停止させるように作動可能であることが好ましい。また、高圧マニホールドでは、主高圧バルブをシートに押し付けるため（シールするため）に、上述の閾値の最小圧力が必要である。そうでないと、作動室内の圧力の変動に起因してバルブが開いてしまう可能性がある。

代替モータリングモードでの回転機械シャフト（及び回転駆動シャフト）の回転速度は、通常ポンピングモードにおける（反対方向の回転の）回転速度よりもかなり遅い。このことは許容できる。それは、代替モータリングモードは、通常、回転駆動シャフト及びロータやロータに取り付けられたブレードを回転させるために必要なだけであるからである。そのように、回転が比較的遅いことを許容することで、また、前記機械の構成によって、ポンプの運転の長期間にわたる信頼性を犠牲にすることなく、既存のポンプにモータリングの機能を追加することが可能となった。モータリングの機能性は、通常のポンピングの機能性とは個別の機能であり、風力発電装置は、モータリングの機能性に障害があったとしても、通常どおりに電力を生成することができる。

補助高圧バルブは、主高圧バルブよりも容量が小さい。すなわち、各バルブの前後におけるある圧力差において、補助高圧バルブを通る作動流体の流量は主高圧バルブを通る流量よりも少ない（典型的には大幅に少ない）。したがって、補助高圧バルブは主高圧バルブより小さくてもよく、また、モータリングモードにおける少ない流量を前提としたより適切な容量を有していてもよい。

図６に示すように、作動室を構成するシリンダは、典型的には１以上のシリンダブロック（３３０）に形成され、半径方向に配置され軸方向に延びる複数のバンクとともに、ポンプの回転軸（３３２）の周りに格子状に並べられる。シリンダブロックは、軸端においてエンドプレート（３３６）に取り外し可能に固定されて支えられる。シリンダは半径方向内側に（中心に向かって真っすぐ内側に又は少し角度をもって内側に）延び、シリンダブロックの内部に向かって延びる。図６には、シリンダの半径方向の真っすぐ外側に位置する低圧バルブ（３１３）が示されており、これによってその下にあるシリンダの位置を示す。補助高圧バルブ（３１８）を有する作動室はシリンダブロックの軸端（３３４）に位置し、それらは軸端に最も近いシリンダへの圧油の流れを調節する。（軸方向に位置が異なるバンクを比較的多く有するいくつかの実施形態では、それらはシリンダブロックの両軸端に位置すし、両軸端に最も近いシリンダへの圧油の流れを調節する。）これは、補助高圧バルブは容易に修理することができ、補助高圧バルブを介して作動室に流体を供給するのに必要とされる高圧マニホールドの補助分岐流路が占める容積を低減することを意味する。

図７に示される他の実施形態では、作動流体は、モータリングモードにおいて、シリンダブロックとは別の構成要素であり、シリンダブロックの軸端面に位置する補助ブロック（３３８）の中に位置する補助高圧バルブ（３１８）を介して作動室に供給される。補助ブロック同士は補助高圧マニホールドセクション（３４０）により接続され、このため補助ブロックと補助高圧マニホールドセクションを含む補助マニホールドは、シリンダブロックの軸端面の周囲に周状に延在する。補助ブロック及び補助マニホールドはエンドプレート（３３６）に位置し、該エンドプレートを介してシリンダブロックと連通する。図６に示される実施形態と同様に、補助高圧バルブは、位置する補助高圧バルブが取り付けられるシリンダブロックの軸端に位置するシリンダに作動流体を供給する。補助ブロック及びマニホールドセクションは、必要に応じてシリンダブロックの両軸端に設けられてもよい。一実施形態では、各ブロックに補助高圧バルブのペアがあり、これらのバルブの各々は、単一の作動室にアクセスしてもよい。

各シリンダブロックに、シリンダブロックの軸端面を介して（直接的に又はエンドプレートを介して）１つの補助ブロックが取り付けられることが好ましい。若しくは、補助ブロックは、シリンダブロックとシリンダブロックの間をまたがるように広がっていてもよいし、又は、１つの補助高圧バルブに対して１つの補助ブロックが設けられていてもよい。この実施形態では、１つの作動室に対して１つの補助高圧バルブが設けられており、これが隣り合う補助ブロックに取り付けられている。この実施形態では、補助ポンプが高圧マニホールド（このマニホールドは、外部にさらに設けられたものであってもよいし、内部に設けられ、通常ポンプ運転時に使用される主要なものであってもよい。）に圧油を供給する。

図４及び７に示す実施形態では、作動流体は、補助ブロック（３３８）及び補助高圧マニホールドセクション（３４０）により構成され、シリンダブロックの軸端の周囲に周状に延在する補助リング（３３６）を経由してシリンダに供給される。

しかしながら、図８に示すように、作動流体は、複数のシリンダブロック（３６４）の内部に位置する構成要素に延びる主高圧マニホールド（３１９）から、シリンダブロック（３６８）に位置する補助高圧バルブ（３１８）を介して、シリンダ（３０３）に供給することができる。これは、図６に示す実施形態における作動流体供給のための構成である。

さらなる実施形態では、補助ポンプは遮断弁／比例隔離弁に直接接続され、高圧マニホールドには接続されない。このため、補助バルブは、主高圧バルブと並行して高圧マニホールドから作動室への高圧流体の流れを調節するのではなく、補助ポンプから補助マニホールドを介した作動室への圧油の流れを調節する。主高圧アキュムレータは高圧マニホールドに接続され、補助ポンプが接続される回路の一部ではないため、ポンプは油圧的に硬い。油圧的に硬くないと回転速度が目標の設定値付近で変動する可能性があるため、この油圧的な硬さは、特に、ポンプでのモータリング始動時に好ましい。モータリング始動時には、乗り越えるべきあるレベルの静摩擦が存在するため、このような変動はモータリング始動時に現れる。静摩擦をいったん乗り越えれば、モータが加速し、速度が急速に増加する結果となる。また、モータリングモードの開始において、大きなアキュムレータへの蓄積を待機する時間に起因する遅延があってもよい。待機時間によっては、そのような遅延は許容できない場合もある。

本明細書に開示される発明の範囲において、さらなる変更や変形がなされてもよい。

１００ 風力発電装置（再生可能エネルギー型発電装置）
１０１ 配電網
１０３ ナセル
１０５ タワー
１０７ ハブ
１０９ ブレード
１１１ 風速計
１１２ コントローラ
１１３ 計測された風速信号
１１５ ロータ速度センサ
１１７ ロータ速度信号
１１９ ピッチアクチュエータ
１２１ ピッチ検知信号
１２５ 回転駆動シャフト
１２７ 通常（ポンピング）運転時のロータの回転方向
１２９ 油圧ポンプ
１３１ 油圧モータ
１３３ 高圧ライン
１３５ 低圧ライン
１３７ チャージポンプ
１３９ リザーバ
１４１ 低圧アキュムレータ
１４３ 低圧リリーフ弁
１４４ 熱交換器
１４５ 平滑化アキュムレータ
１４６ 熱交換器制御ライン
１４７ 第１高圧アキュムレータ
１４８ 第１アキュムレータ隔離弁
１４９ 第２高圧アキュムレータ
１５０ 第２アキュムレータ隔離弁
１５１ 第１隔離弁信号
１５２ 第２隔離弁信号
１５３ 圧力センサ
１５４ 高圧ライン圧力信号
１５５ 高圧リリーフ弁
１５７ 発電機
１５９ 発電機シャフト
１６１ コンタクタ
１６２ コンタクタ制御信号
１６３ コンタクタ制御装置
１６７ 電力供給信号
１６８ 電力供給センサ
１６９ 発電機出力信号
１７０ 発電機出力センサ
１７１ 回転機械シャフト信号
１７３ モータシャフト信号
１７５ コンタクタ制御信号
１８０ 電力増幅器
１８５ ブレードセンサ
１８７ ブレードセンサ信号
２００ カムプロファイル
２０２ 半径
２０４ 角度
２０６ 基準点
２０８ 基準（正弦波）カムプロファイル
２１０ 凸状区域
２１２ 凹状区域
２１４ ワーキング面の変曲点
２１６ ブリージング面の変曲点
２１８ ワーキング（仕事）面
２２０ ブリージング（息継ぎ）面
３０１ 油圧ポンプの一部
３０３ 作動室
３０５ シリンダ
３０６ ピストン
３０７ リングカム
３０８ ローラ（カム係合部材）
３０９ シャフト位置及び速度センサ
３１１ 電気的接続
３１３ 低圧バルブ
３１４ 低圧マニホールド
３１５ 電気的な低圧バルブ制御信号
３１７ 主高圧バルブ
３１８ 補助高圧バルブ
３１９ 高圧マニホールド
３２１ 補助高圧バルブ制御信号
３２２ 回転機械シャフト
３２３ 分岐流路
３２４ 逆止チェック弁
３２５ 高圧統合流路
３２６ 圧力リリーフ弁
３２８ タンク
３３０ シリンダブロック
３３２ 回転軸
３３４ シリンダブロックの軸端
３３６ エンドプレート
３３８ 補助ブロック
３４０ 補助高圧マニホールドセクション
３５０ 高圧分岐流路
３５２ 低圧分岐流路
３５４ 補助流路
３５６ 補助供給ライン
３５８ 遮断弁（隔離弁）
３６０ 減圧弁
３６２ 補助ポンプ
３６４ シリンダブロックに収容される構成要素
３６６ 補助リングに収容される構成要素
３６８ シリンダブロックに収容される構成要素

Claims (15)

1. 再生可能エネルギー源から電力を生成する再生可能エネルギー型の発電装置であって、
   通常運転時に前記再生可能エネルギー源により駆動される回転駆動シャフトと、
   前記回転駆動シャフトにより駆動される回転機械シャフトを有する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動される少なくとも１つの油圧モータと、
   前記油圧ポンプの排出側を前記油圧モータの吸入側と連通させるための高圧ラインと、
   前記油圧ポンプの吸入側を前記油圧モータの排出側と連通させるための低圧ラインと、を備え、
   前記油圧ポンプは、
   コントローラと、
   前記高圧ラインと連通する高圧マニホールドと、
   前記低圧ラインと連通する低圧マニホールドと、
   シリンダと前記シリンダ内を往復運動するピストンとによりそれぞれ画定される複数の作動室と、
   前記作動室と前記低圧マニホールドとの間の流れを調整するための複数の電子制御低圧バルブと、
   圧力差に抗って開くことができない、前記作動室と前記高圧マニホールドとの間の流れを調整するための複数の主高圧バルブと、
   能動的に制御されて圧力差に抗って開くことができる、圧油のソースと少なくともいくつかの作動室との間の作動油の流れを調整するための複数の補助高圧バルブと、を備え、
   前記コントローラは、通常運転時には、前記回転機械シャフトが通常の回転方向に回転し、かつ、前記油圧ポンプが可変の押しのけ容積の作動油をポンプするように、選択された作動室容積サイクルの期間中、作動室容積サイクルの位相と関連づいて前記低圧バルブを閉じるように構成され、
   かつ、前記コントローラは、前記油圧ポンプが、前記回転機械シャフトが前記通常の回転方向とは反対方向に回転するモータリングモードで動作するように、作動室容積サイクルの位相と関連づいて前記補助高圧バルブを能動的に制御するように構成され、また、前記各々の作動室が作動室容積サイクルにおける作動室容積の最大値と最小値との平均よりも少ない容積を有するときには、前記補助高圧バルブの開弁を容易にするために、選択された低圧バルブが閉じられ、
   前記主高圧バルブ及び前記補助高圧バルブは、前記主高圧バルブ及び前記補助高圧バルブの前後の圧力差が等しい場合には、前記補助高圧バルブを通る作動油の流量が前記主高圧バルブを通る作動油の流量よりも少なくなるように構成されることを特徴とする再生可能エネルギー型の発電装置。
2. 前記油圧ポンプは、通常運転時に作動室容積サイクルを駆動するカムを有する前記回転機械シャフトを備え、
   前記カムは、前記回転機械シャフトの角度変化に伴う作動室容積の変化が、どのシャフト角度においても鏡映対称性を有さないように構成されることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
3. 前記回転機械シャフトは、通常運転時に作動室容積サイクルを駆動するカムを有し、
   前記カムは、通常運転時に圧油が前記主高圧バルブを通って前記高圧マニホールドに送られる際に前記ピストンを駆動するワーキング面と、通常運転時に作動油が前記低圧マニホールドから前記低圧バルブを通って受け入れられる際に前記ピストンを駆動するブリージング面と、を有し、
   前記ピストンが前記ワーキング面上に当接している間に前記回転機械シャフトが回転する角度が、前記ピストンが前記ブリージング面上に当接している間に前記回転機械シャフトが回転する角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
4. 前記補助高圧バルブは、高圧油を一部の作動室のみに供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
5. 前記高圧マニホールドは、前記補助高圧バルブに延びる補助マニホールドに連通し、
   前記補助マニホールドは、単一の補助供給ラインと、複数の補助流路と、を備え、
   前記補助流路は、まとまって前記単一の補助供給ラインとなり、これを通して前記補助流路は前記高圧ラインと連通し、
   前記発電装置は、前記高圧ラインから、前記補助マニホールドを選択的に隔離することで、前記補助高圧バルブを隔離するための隔離弁をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
6. 前記補助高圧バルブに供給される前記作動油の圧力を前記高圧ライン内の圧力を下回るように減少させるための少なくとも１つの減圧部を備えることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
7. 前記複数の補助高圧バルブのうち少なくとも１つの個別の補助高圧バルブは、複数の作動室への高圧油の前記流れを調整することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
8. 前記回転機械シャフトは、前記回転機械シャフトの周りに周状に配置され、通常運転時に前記ピストンを駆動する複数のカムを備え、
   前記高圧マニホールドは、前記主高圧バルブに延びる主分岐流路を含み、
   前記主分岐流路はまとまって高圧統合流路となり、これを通して前記主分岐流路は前記高圧ラインと連通し、
   前記低圧マニホールドは、前記低圧バルブに延びる低圧分岐流路を含み、
   前記低圧分岐流路はまとまって低圧統合流路となり、これを通して前記低圧分岐流路は前記低圧ラインと連通し、
   前記油圧ポンプは、前記作動室、前記高圧マニホールド、前記低圧マニホールド、前記主高圧バルブ、前記補助高圧バルブ及び前記低圧バルブを収容するケーシングを備え、
   前記補助高圧バルブは、一部の作動室のみに高圧油を供給することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
9. 前記シリンダは複数のバンクを形成し、かつ、前記シリンダは、前記回転機械シャフトの軸方向における端部において軸端面を画定する１以上のシリンダブロックに形成され、
   前記補助高圧バルブは、前記軸端面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
10. 前記コントローラは、
    前記低圧バルブが閉じられて前記補助高圧バルブが開かれる作動室容積サイクルの割合を選択し、及び／又は
    前記モータリングモードにおいて作動室容積サイクルとの関連で前記選択された低圧バルブの閉弁のタイミング及び／又は前記補助高圧バルブの開弁のタイミングを選択することにより、
    各モータリングサイクルの期間中に押しのけられる作動流体の量を選択することで前記回転機械シャフトの回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
11. 圧油を前記補助高圧バルブに出力するように動作可能な補助ポンプをさらに備え、
    前記コントローラは、前記補助ポンプが機能して前記補助高圧バルブに供給される作動油の圧力を増加させる間、モータリングモードにおいて前記補助高圧バルブに供給される作動油の圧力が閾値よりも低く低下した場合には、選択された低圧バルブを閉じて補助高圧バルブを開けることを一時的に停止するように作動可能であることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
12. 前記高圧ラインと連続的または選択的に連通する流体アキュムレータをさらに備え、
    前記補助ポンプからの前記圧油は、前記流体アキュムレータを迂回することを特徴とする請求項１１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
13. 前記回転駆動シャフトの位置を測定するためのセンサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記回転駆動シャフトが予め定められた位置に到達するまで前記油圧ポンプをモータリングモードで動作させ、その後前記油圧ポンプの回転を停止させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
14. 前記発電装置は、前記再生可能エネルギー源としての風から電力を生成する風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
15. 請求項１に記載の再生可能エネルギー型発電装置の運転方法であって、
    前記回転機械シャフトを前記通常の回転方向とは反対方向に回転させるように、作動室容積サイクルの位相と関連づいて前記補助高圧バルブを能動的に制御することによりモータリングモードで前記油圧ポンプを運転すること、及び、各々の前記作動室が、作動室容積サイクルにおける作動室容積の最大値と最小値との平均よりも少ない容積を有するときには、選択された低圧バルブを閉じることを備える再生可能エネルギー型発電装置の運転方法。
    

Images