JP5832668B2 - 風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ポンプ、油圧モータ等の流体作動装置を利用した風力発電装置に関する。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置等の再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。風力発電装置では、風の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。
このような風力発電装置において、従来はドライブトレインとしてギヤ式の増速機が多く用いられていたが、風力発電装置の大型化に伴って、重量及びコストの観点から油圧ポンプ、油圧モータ等の流体作動装置を用いた油圧トランスミッションを採用した風力発電装置が注目を浴びている。

一般的な流体作動装置として、例えば特許文献１には、回転シャフトと共に回転する偏心カムの周方向に沿って、シリンダ内を往復運動するピストンに連結された駆動ロッドが複数設けられた油圧モータが記載されている。この油圧モータでは、各駆動ロッドの一端側を偏心カムに接触させることによって、ピストンの往復運動を偏心カムの回転運動に変換している。特に、各駆動ロッドの一端側には、フランジ部を有する保持部材が取り付けられており、各駆動ロッドに取り付けられた保持部材のフランジ部を、偏心カムの周方向に沿って延在するリング部材で外側から固定している。このように、偏心カムから駆動ロッドが離れることを防止することによって、駆動ロッドと偏心カムとの間の摩耗を低減し、流体作動装置のライフタイムを延ばしている。

また、特許文献２には、各駆動ロッドの一端側を偏心カムに押し付けるスプリング部材を備えた流体作動装置が記載されている。この流体作動装置では、スプリング部材の一端を周辺部材に固定することにより、駆動ロッドと偏心カムとの接触を維持し、駆動ロッドと偏心カムとの間の摩耗を低減している。
また、特許文献３には、駆動ロッドが偏心カムから離れないように、駆動ロッドと偏心カムとを物理的に連結する連結部材を備えた流体作動装置が記載されている。
また、特許文献４には、弾性を有するＣ形状部材を用いて、駆動ロッドを偏心カムに押し付けることで、駆動ロッドと偏心カムとの接触を維持する流体作動装置が記載されている。

米国特許４２２３５９５号明細書 米国特許４６２９４０１号明細書 独国特許２９１５２３９号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１１０２７６号明細書

駆動ロッドと偏心カムとの間に生じる摩耗及びガタによる損傷を低減するためには、駆動ロッドが偏心カムから離れないように、各部材を精度よく製造し且つ適切な安定した押し付け力を維持する必要がある。しかしながら、これらの各部材を全て精度よく製造することはコストの増大を招いてしまうし、適切な押し付け力を維持するための合理的な押し付け方法を確立することが必要とされている。

特許文献１に記載の流体作動装置では、リング部材によって各駆動ロッドに設けられた保持部材を剛的に固定している。よって、各部材の製造精度が悪いと、部材間に隙間が生じてしまい、摩耗が生じやすい。
尚、特許文献１では、リング部材の弾性変形を利用して、各部材間の隙間を補填している。しかしながら、流体作動装置の動作中に、偏心カムの回転位相に応じてリング部材の弾性変形が周期的に生じると、疲労破断リスクが高まってしまう。特に高速で回転する流体作動装置では、この傾向はより一層顕著となる。

また、特許文献２に記載の流体作動装置では、スプリング部材の一端が固定されている。そのため、流体作動装置の動作中に、偏心カムの回転位相に伴ってスプリング部材は大きく伸縮し、駆動ロッドの偏心カムへの押し付け力もまた大きく変動する。従って、駆動ロッドの偏心カムへの接触を維持することはできるものの、押し付け力の大きな変動によって、摩耗が生じやすくなってしまう。
また、特許文献３に記載の流体作動装置では、駆動ロッドは偏心カムに連結部材によって剛的に固定しているため、各部材を精度よく製造する必要がある。
また、特許文献４に記載の流体作動装置では、偏心カムの回転に伴い、Ｃ形状部材が大きく変形する。そのため、Ｃ形状部材の変形が継続的に生じると、疲労破断リスクが高まってしまう。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、上述の事情に鑑みて、部材間の摩耗を低減すると共に、安価なコストで製造可能な流体作動装置及び風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る風力発電装置は、
回転翼が取り付けられたハブと、
前記ハブに連結された主軸と、
前記主軸に取り付けられる油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機とを備えた風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は流体作動機械であり、
前記流体作動機械は、
偏心カムと、該偏心カムの周りに径方向に設けられた複数のピストンと、前記複数のピストンにそれぞれ設けられ、前記偏心カムの回転によって、前記複数のピストンの各々が前記偏心カムの径方向に沿って往復運動するように構成された複数のシリンダと、前記シリンダの軸方向に沿って延在する本体部と、前記本体部の一端側に形成され、前記本体部の前記シリンダの軸方向に対する角度が可変になるように前記ピストンに係合された係合部と、前記本体部の他端側に形成され、前記偏心カムと接触する接触部とを備えると共に、前記複数のシリンダに設けられた複数の駆動ロッドと、前記本体部を前記シリンダの周方向に囲み、前記シリンダの軸方向に沿って延在する複数の保持部材と、前記保持部材を前記偏心カムの径方向外側に向って押上げる複数の押上げ部材と、前記偏心カムの径方向に前記複数の保持部材の外周側に設けられることにより、前記複数の保持部材を外側から保持する少なくとも一つの保持リングとを備えたことを特徴とする。

上記流体作動装置では、複数の保持部材はそれぞれ対応する押上げ部材によって、偏心カムの径方向外側に向って押上げられる一方で、偏心カムの径方向外側から保持リングによって保持されている。従って、複数の駆動ロッドは、対応する押上げ部材からの反力によって、偏心カムに押し付けられる。このように、偏心カムと駆動ロッドとの接触を適切な押し付け力を持って維持することによって、摩耗を低減することができる。
また、保持リングは、押上げ部材によって偏心カムの径方向外側に向って押上げられた複数の保持部材によって内側から支持されているため（特定の部位に剛的に固定されていないため）、各駆動ロッドの偏心カムへの押し付け力は、偏心カムの回転位相に関わらず、略一定に維持できる。このように偏心カムへの押し付け力の変動を少なく維持できるので、駆動ロッドと偏心カムとの間に摩耗が生じることを、より効果的に防止することができる。
また、上記流体作動装置は押上げ部材が有する弾性力によって、部材間に生じ得る隙間を補填できる。そのため、各部材の製造精度を必要以上に高める必要がなく、製造コストを安価にすることができると共に信頼性及び寿命を強化する事ができる。

一実施形態において、前記複数の保持部材の各々は、前記本体部を囲む円筒部と、前記円筒部のうち前記偏心カムの径方向において外側の一端に設けられた内向きフランジ部とを備えており、前記接触部は前記本体部に比べて大径を有することにより、前記本体部との間に段差部が形成されており、前記押上げ部材の各々は前記円筒部の内周面と前記本体部の外周面との間に形成された環状スペース内に設けられることにより、前記段差部から離れる方向に前記内向きフランジ部を押上げる。

上記流体作動装置では、段差部が駆動ロッドに大径に設けられているので、偏心カムとの間で駆動ロッドが受け渡しする力を、効率的に伝達することができる。
また、押上げ部材は円筒部によって覆われた環状スペースに設けられている。よって、流体作動装置の動作中に、周辺部材と干渉することを防止することができ、良好な信頼性が得られる。

一実施形態において、前記複数の保持部材の各々は、前記本体部を囲む円筒部と、前記円筒部のうち前記偏心カムの径方向において内側の一端に設けられた外向きフランジ部とを備えており、前記少なくとも一つの保持リングは前記保持部材の各々における前記外向きフランジ部を保持している。

上記流体作動装置では、外向きフランジ部は円筒部のうち偏心カムの径方向内側（円筒部のうち偏心カムに近い側）の一端に設けられている。よって、保持リングによって保持される外向きフランジ部が円筒部のうち偏心カムの径方向外側（円筒部のうち偏心カムに遠い側）の一端に設けられた場合に比べて、保持リングによって保持される保持部材の姿勢を安定化することができる。
また、外向きフランジ部を円筒部のうち偏心カムの径方向内側（円筒部のうち偏心カムに近い側）の一端に設けることによって、該外向きフランジ部を保持する保持リングを小径に形成して、コンパクト化を図ることができる。

一実施形態において、前記複数の保持部材の各々は、前記本体部を囲む円筒部と、前記円筒部のうち前記偏心カムの径方向において内側の一端に設けられた外向きフランジ部とを備えており、前記保持リング及び前記保持部材の外向きフランジ部間にそれぞれ設けられた複数の摺動部材を更に備える。

上記流体作動装置では、保持リングは保持部材に固定されていないため、保持リングは保持部材に対して相対的に動く（保持リングの周方向に少なからず動く）。上記流体作動装置では、保持リングが保持部材を保持する際に、互いに接触する保持リング及び外向きフランジ部間に摺動部材を備えている。よって、保持リング及び外向きフランジ部間に生じる摩耗を軽減し、長いライフタイムを得ることができる。

一実施形態において、前記複数の摺動部材の各々は、前記円筒部の周りに設けられ、前記偏心カムの周方向に沿って延在する少なくとも一つの溝を含んでおり、前記少なくとも一つの保持リングは前記少なくとも一つの溝に嵌合していてもよい。
上記流体作動装置では、保持リングは摺動部材に設けられた溝によって位置が規制されている。よって、該流体作動装置の動作中に、保持リングが保持部材から脱落することを防止することができ、信頼性を向上させることができる。

一実施形態において、前記少なくとも一つの溝は、前記円筒部の両側に位置する一対の溝を含んでおり、前記少なくとも一つの保持リングは前記一対の溝にそれぞれ嵌合する一対の保持リングを含んでいてもよい。
このように円筒部の両側からそれぞれ保持リングによって保持部材を保持することによって、保持部材の姿勢を安定化できる。

一実施形態において、前記摺動部材の各々は、クランプ締結又は接着によって、前記保持部材の前記外向きフランジ部に接続していてもよい。
上記流体作動装置では、クランプ締結又は接着によって、前記保持部材の前記外向きフランジ部に接続保持する事により、リングの動きに起因してずれを起こす力に対抗して、摺動部材を保持部材に保持し、寿命を延ばす事ができる。

一実施形態において、前記摺動部材の各々は前記シリンダの周方向に連続的に形成されることで前記保持部材の周りに設けられていてもよい。
上記流体作動装置では、外向きフランジ部の全体に亘って摺動部材を設けることによって、保持リングと保持部材との間に生じる摩擦力を効果的に低減することができる。

一実施形態において、前記流体作動装置は、各々の前記摺動部材とそれぞれの前記外向きフランジ部との間に介装される金属インサートをさらに備えていてもよい。これにより、保持部材の外向きフランジ部の摩耗を低減することができる。
一実施形態において、前記摺動部材の各々はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材料からなってもよい。

一実施形態において、前記ピストン及び前記駆動ロッドは、前記作動チャンバーから前記接触部の前記偏心カムとの接触面に対して作動流体を供給する内部流路を有する。
上記流体作動装置では、ピストン及び駆動ロッドに形成された内部流路を介して、駆動ロッドと偏心カムとの接触面に作動流体が供給される。供給された作動流体は、接触面において流体膜を形成し、駆動ロッドと偏心カムとの間に生じる摩耗を軽減する。

一実施形態において、前記内部流路における前記作動流体の流量を調整するためのオリフィスを更に備えてもよい。
上記流体作動装置では、良好な摩耗低減効果が得られるように、オリフィスによって接触面への作動流体の導入量を調整することができる。

一実施形態において、前記内部流路は、前記ピストンに形成された第１の内部流路と、前記駆動ロッドに形成されると共に前記第１の内部流路と連通することによって、前記作動チャンバーから前記第１の内部流路及び前記第２の内部流路を介して前記接触面に前記作動流体を供給する第２の内部流路とを備え、前記第１の内部流路は前記第２の内部流路に比べて広い断面積を有していてもよい。
上記流体作動装置では、ピストンに形成された第１の内部流路は、駆動ロッドに形成された前記第２の内部流路に比べて広い断面積を有する。よって、偏心カムの回転動作に伴って、駆動ロッドがシリンダ軸に対して傾いた場合であっても、第１の内部流路と第２の内部流路との間の連通状態を確保することができる。その結果、駆動ロッドのシリンダ軸に対する傾きの有無にかかわらず、接触面に常に作動流体を供給して、接触面における摩耗を効果的に低減することができる。

一実施形態において、前記駆動ロッドの前記偏心カムに対向する表面は、前記内部流路の開口の周りを前記接触面と隔てる段差で囲み、作動流体溜めとして機能するように構成された凹部を含んでいてもよい。
上記流体作動装置では、駆動ロッドの前記偏心カムに対向する表面上に作動流体溜めを備えることにより、内部流路を介して作動流体溜めに貯留された作動流体を接触面に染み出させる。このように、作動流体溜めから周囲の接触面全体に作動流体を効率的に行き渡らせられるので、接触面における摩耗をより効果的に低減できる。

一実施形態において、前記作動流体溜めは、その深さが前記偏心カムの回転方向に沿って階段状に変化するように形成されていてもよい。
上記流体作動装置では、作動流体溜めの深さが前記偏心カムの回転方向に沿って階段状に変化するように形成している。これにより、駆動ロッドの偏心カムとの接触面を掘り下げた際に、駆動ロッドの接触部の剛性を高く維持しつつ、作動流体溜めを形成することができる。

一実施形態において、前記駆動ロッドの前記偏心カムに対向する表面は、前記内部流路に開口し、作動流体溜めとして機能するように構成された溝を含んでいてもよい。
上記流体作動装置では、所定方向に延在する溝から周囲に向って染み出すことによって、接触面に行き渡る。これにより、接触面における摩耗をより効果的に低減することができる。

一実施形態において、前記溝はランドを囲んでいてもよい。
上記流体作動装置では、ランドを溝で囲むことにより作動流体溜めを形成している。これにより、溝によって囲まれたランド上に確実に作動流体を導くことができるので、接触面において効果的に摩耗を低減することができる。

一実施形態において、前記係合部は球形状を有している。
上記流体作動装置では、駆動ロッドは球形状の係合部を有することにより、駆動ロッドのシリンダ軸に対する角度を可変にしながら駆動ロッドをピストンに係合することができる。

一実施形態において、前記複数の保持部材及び前記保持リングは金属によって形成されている。
上記流体作動装置では、保持部材及び保持リングを金属によって形成することにより、高速で回転する偏心カムの動きによって発生する繰り返し荷重変化に対する強度及び信頼性を強化する。

好ましくは、前記ピストンが往復運動を行う前記シリンダの内径はちょうど４５ｍｍよりも大きい。典型的には、前記シリンダの内径は４６．０ｍｍより大きい。

典型的には、前記風力発電装置は、地面に取り付けられて固定される基礎を有し、該地面は、例えば陸地であってもよいし、海底であってもよい。

上記流体作動装置では、複数の保持部材はそれぞれ対応する押上げ部材によって、偏心カムの径方向外側に向って押上げられる一方で、偏心カムの径方向外側から保持リングによって保持されている。従って、複数の駆動ロッドは、対応する押上げ部材からの反力によって、偏心カムに押し付けられる。このように、偏心カムと駆動ロッドとの接触を維持することによって、摩耗を低減することができる。
また、保持リングは、押上げ部材によって偏心カムの径方向外側に向って押上げられた複数の保持部材によって内側から支持されているため（特定の部位に剛的に固定されていないため）、各駆動ロッドの偏心カムへの押し付け力は、偏心カムの回転位相に関わらず、略一定に維持できる。このように偏心カムへの押し付け力の変動を少なく維持できるので、駆動ロッドと偏心カムとの間に摩耗が生じることを、より効果的に防止することができる。
また、上記流体作動装置は押上げ部材が有する弾性力によって、部材間に生じ得る隙間を補填できる。そのため、各部材の製造精度を必要以上に高める必要がなく、製造コストを安価にすることができる。

風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。 油圧モータの内部構成を示す図である。 偏心カムの径方向外側からピストン及び駆動ロッドの周辺構造を示す図である。 偏心カムの周方向からピストン及び駆動ロッドの周辺構造を示す図である。 偏心カムの回転軸方向からピストン及び駆動ロッドの周辺構造を示す図である。 偏心カムの径方向外側から保持部材の構造を示す図である。 偏心カムの周方向から保持部材の構造を示す図である。 偏心カムの回転軸方向から保持部材の構造を示す図である。 偏心カムの回転に伴う油圧モータの構成部材の動きを示す図である。 偏心カムの回転に伴う油圧モータの構成部材の動きを示す図であって、図５Ａと位相が１８０度異なる場合を示している。 偏心カムの径方向内側から作動流体溜めの構成を示す図である。 偏心カムの周方向から作動流体溜めの構成を示す図である。 作動流体溜めの他の構成例を示す図である。 摺動部材がクランプ部材を用いて固定されている他の実施例を示す図である。 摺動部材が金属インサートによって支持されている他の実施例を示す図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は風力発電装置１の全体構成の概略を示す図である。
風力発電装置１は、主として、基礎２上に設置されるタワー３と、該タワー３に支持されるナセル４と、風のエネルギーによって回転するロータ５とを備える。
尚、図１には、風力発電装置１として海面ＳＬ上に設置され、基礎２が海底に接続される洋上風力発電装置を例示しているが、風力発電装置１は陸上に設置されていてもよい。

ロータ５は、少なくとも一枚（例えば３枚）のブレード７と、該ブレード７を支持するハブ６とで構成される。ハブ６は、ナセル４内に収納された回転シャフト９に連結されている。これにより、ブレード７が風を受けてロータ５が回転すると、ハブ６に連結された回転シャフト９も回転するようになっている。

ナセル４内には油圧トランスミッション１０及び発電機１６が収納されている。油圧トランスミッション１０は、回転シャフト９に連結された油圧ポンプ１１と、発電機１６に連結された油圧モータ１２と、油圧ポンプ１１及び油圧モータ１２間に設けられるオイルライン１５とを有する。オイルライン１５は、油圧ポンプ１１の吐出側と油圧モータ１２の吸込側とを接続する高圧油ライン１３、及び、油圧ポンプ１１の吸込側と油圧モータ１２の吐出側とを接続する低圧油ライン１４により構成されている。

油圧ポンプ１１は、回転シャフト９によって駆動されて高圧の作動油を生成する。この高圧の作動油は、高圧油ライン１３を介して油圧モータ１２に供給され、該高圧の作動油によって油圧モータ１２が駆動される。このとき、油圧モータ１２に連結された発電機１６が駆動され、発電機１６において電力が生成される。油圧モータ１２から吐出された作動油は、低圧油ライン１４を介して油圧ポンプ１１に供給され、油圧ポンプ１１において再び昇圧されて油圧モータ１２に送られる。

図２は油圧モータ１２の内部構成を示す図である。尚、以下の説明では流体作動装置の一例として油圧モータ１２について詳細に説明するが、油圧ポンプ１１についても同様の構成を採用することができる。

油圧モータ１２は、発電機１６の回転軸と共に回転する偏心カム１７と、ピストン１８Ａ−１８Ｆと、シリンダ１９Ａ−１９Ｆと、該ピストン１９Ａ−１９Ｆの往復運動を偏心カム１７に伝達するための駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆとを備える。ピストン１８Ａ−１８Ｆとシリンダ１９Ａ−１９Ｆは、それぞれシリンダヘッド２１Ａ−２１Ｆと共に作動チャンバー２２Ａ−２２Ｆを形成している。図２では図示を省略しているが、該作動チャンバー２２Ａ−２２Ｆにはそれぞれ高圧油ライン１３及び低圧油ライン１４が接続されることにより、作動流体である作動油の供給及び排出が弁機構（不図示）を介して行われる。

ピストン１８Ａ−Ｆ、シリンダ１９Ａ−１９Ｆ、及び、駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆは、それぞれ偏心カム１７の周りに放射状に設けられている。ピストン１８Ａ−１８Ｆは、作動チャンバー２２Ａ−２２Ｆ内の作動油及び偏心カム１７によって、互いに異なる位相で往復運動せしめられる。すなわち、各ピストン１８Ａ−１８Ｆが上死点から下死点に向う際、高圧油ライン１３から作動チャンバー２２Ａ−２２Ｆに導入された作動油によって、各ピストン１８Ａ−１８Ｆはシリンダ軸に沿って偏心カム１７側に押し下げられる。このとき、各ピストン１８Ａ−１８Ｆに対応する駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆによって偏心カム１７は押圧され、その結果、偏心カム１７は回転する。偏心カム１７が回転すると、下死点付近に位置するピストン１８Ａ−１８Ｆは偏心カム１７によって駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆを介して押上げられ、作動チャンバー２２Ａ−２２Ｆ内の作動油が低圧油ライン１４に排出される。
このようなピストン１８Ａ−１８Ｆの周期的な往復運動によって、該偏心カム１７に連結された発電機１６の回転軸が回転する。

尚、以下の説明において、ピストン１８Ａ−１８Ｆについてまとめて言及する際には「ピストン１８」と称し、シリンダ１９Ａ−１９Ｆについてまとめて言及する際には「シリンダ１９」と称し、駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆについてまとめて言及する際には「駆動ロッド２０」と称し、シリンダヘッド２１Ａ−２１Ｆについてまとめて言及する際には「シリンダヘッド２１」と称し、作動チャンバー２２Ａ−２２Ｆについてまとめて言及する際には「作動チャンバー２２」と称することとする。

図３Ａは偏心カム１７の径方向外側からピストン１８及び駆動ロッド２０の構造を示す図であり、図３Ｂは偏心カム１７の径方向に沿った断面図であり、図３Ｃは偏心カム１７の回転軸方向から示す図である。

駆動ロッド２０は、シリンダ１９の軸方向に沿って延在する本体部２３と、該本体部２３の一端側（偏心カム１７の径方向外側）に形成された係合部２４と、該本体部２３の他端側（偏心カム１７の径方向内側）に形成された接触部２５とを備える。本体部２３は偏心カム１７の径方向に略平行に延在しており、ピストン１８の往復運動を偏心カム１７側に伝達する。

係合部２４は、本体部２３をピストン１８に係合させる役割を有している。係合部２４は偏心カム１７の径方向内側から固定ピン５１によって、ピストン１８に保持されるようになっている。一実施形態では、係合部２４は球形状を有しており、駆動ロッド２０のシリンダ軸に対する角度が可変になるように構成されている。

接触部２５は偏心カム１７と接触することにより、ピストン１８の往復運動を偏心カム１７の回転運動に変換する。一実施形態では、接触部２５は本体部２３に比べて大径に形成されている。これにより、偏心カム１７からの押圧を駆動ロッド２０を介してピストン１８側に均一に伝達できるようになっている。

本体部２３と接触部２５は一体的に形成されており、別部材である係合部２４とボルト２６で固定されている。尚、本体部２３と接触部２５とを別部材として形成してもよいし、係合部２４と本体部２３とを一体的に形成してもよい。

ここで油圧モータ１２は、駆動ロッド２０の本体部２３を囲むようにシリンダ軸方向に沿って延在する保持部材３４Ａ−３４Ｆを有している。尚、以下の説明において、保持部材３４Ａ−３４Ｆについてまとめて言及する際には「保持部材３４」と称することとする。

図４Ａから図４Ｃは保持部材３４の構成を示す図であり、図４Ａは偏心カム１７の径方向外側から示す図であり、図４Ｂは偏心カム１７の径方向に沿った断面図であり、図４Ｃは偏心カム１７の回転軸方向から示す図である。
保持部材３４は、駆動ロッド２０の本体部２３を囲みながらシリンダ軸方向に延在する円筒部３５と、該円筒部３５のうち偏心カム１７の径方向外側の一端に設けられた内向きフランジ部３６と、該円筒部３５のうち偏心カム１７の径方向内側の他端に設けられた外向きフランジ部３７とを備えている。

ここで図３Ａから図３Ｃに示すように、駆動ロッド２０の外壁には段差部３８が設けられている。該段差部３８と保持部材３４とによって囲まれて形成された環状スペース３９には、押上げ部材４０が配置されている。押上げ部材４０は例えばスプリング部材であり、保持部材３４の内向きフランジ部３６を、段差部３８から離れる方向に押上げるように付勢する。

押上げ部材４０は保持部材３４の円筒部３５によって覆われた環状スペース３９に収納されている。よって、油圧モータ１２の動作中に、周辺部材と干渉することを防止することができ、良好な信頼性が得られるようになっている。

また、外向きフランジ部３７は、円筒部３５のうち偏心カム１７の径方向内側（円筒部３５のうち偏心カム１７に近い側）の一端に設けられている。よって、保持リング４１によって保持される外向きフランジ部３７が円筒部３５のうち偏心カム１７の径方向外側（円筒部３５のうち偏心カム１７から遠い側）の他端に設けられた場合に比べて、保持リング４１によって保持される保持部材３４の姿勢を安定させられる。

また、外向きフランジ部３７を円筒部３５のうち偏心カム１７の径方向内側（円筒部３５のうち偏心カム１７に近い側）の一端に設けることによって、該外向きフランジ部３７を保持する保持リング４１を小径に形成して、コンパクト化を図ることができる。

外向きフランジ部３７と駆動ロッド２０（段差部３８）との間には、隙間４８が設けられている。この隙間４８は、油圧モータ１２の正常動作時には、油圧モータ１２の動作中に押上げ部材４０が最も圧縮された際にも小間隙（例えば数ｍｍ）が確保できるように、予め設定されている。このように隙間４８を設けることによって、保持部材３４が駆動ロッド２０に沿って移動し、摩耗の原因となる振動を吸収したり、各部材の製造誤差を吸収できるようになっている。
一方、油圧モータ１２が何らかの原因により異常動作して押上げ部材４０が想定以上に変形した場合には、外向きフランジ部３７が駆動ロッド２０に接触することにより、押上げ部材４０の過度な変形が規制される。これにより、故障などの異常が発生した場合にも、押上げ部材４０の変形を想定内に制限し、保持リング４１や保持部材３４が意図しない移動をすることによってより重大な故障に発展することを防止することができる。

押上げ部材４０は駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆに対応するように複数設けられている。保持部材３４Ａ−３４Ｆは、押上げ部材４０Ａ−４０Ｆによって、偏心カム１７の径方向外側に向って押上げられる一方で、偏心カム１７の径方向外側から保持リング４１によって保持されている。従って、駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆは、押上げ部材４０Ａ−４０Ｆからの反作用によって、偏心カム１７に押し付けられる。これにより、偏心カム１７の回転位相に関わらず、駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆを偏心カム１７に対して接触させ続けることができるので、駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆと偏心カム１７との間に生じる摩耗を低減することができる。
尚、以下の説明において、押上げ部材４０Ａ−４０Ｆについてまとめて言及する際には「押上げ部材４０」と称することとする。

保持リング４１及び外向きフランジ部３７間に摺動部材４２が設けられていてもよい。また、図４Aから図４Cに示すように、摺動部材４２は、外向きフランジ部３７に沿って円筒部３５を囲むように設けられていてもよい。保持リング４１は保持部材３４に固定されていないため、油圧モータ１２の動作中に、偏心カム１７の回転に伴い、保持リング４１は保持部材３４に対して少なからず動く（例えば、駆動ロッド２０は偏心カム１７と接触するので、シリンダ軸に対する角度を変更しながら運動する。これに伴い、駆動ロッド２０に設けられた保持部材３４を介して保持リング４１は少なからず摩擦力を受け、保持リング４１の周方向に前後に回転する）。

摺動部材４２は例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材料によって形成されている。このような摺動部材４２を、保持リング４１及び保持部材３４間に配置することによって、これらの間に生ずる摩耗を軽減することができる。
尚、摺動部材４２は外向きフランジ部３７に接着剤４４を用いて接続されている。

摺動部材３４には、偏心カム１７の周方向に沿って延在する溝４３が形成されている。保持リング４１は溝４３に嵌合することによって、保持リング４１の位置が規制されている。これにより、油圧モータ１２の動作中に、保持リング４１が保持部材３４から脱落することを防止することができ、信頼性を向上させることができる。

この溝４３は外向きフランジ部３７において円筒部３５の両側にそれぞれ形成されており、各溝４３Ａ及び４３Ｂには対応する保持リング４１Ａ及び４１Ｂがそれぞれ嵌合している。このように、保持リング４１に嵌合する溝４３を円筒部３５の両側にそれぞれ設けることによって、保持リング４１によって保持される保持部材３４の姿勢を安定化できる。

尚、保持部材３４及び保持リング４１は、例えば、金属によって形成される。保持部材３４はアルミニウムによって形成され、保持リング４１は鉄によって形成されていてもよい。

図５Ａと図５Ｂは偏心カム１７の回転に伴う油圧モータ１２の内部構成の変化を示す模式図であり、図５Ａと図５Ｂは偏心カム１７の位相が互いに１８０度異なる状態を示している。尚、本明細書では説明を簡略化するために、ピストン１８Ａ、シリンダ１９Ａ、駆動ロッド２０Ａ、作動チャンバー２２Ａ、保持部材３４Ａ、押上げ部材４０Ａを備えたユニット５０Ａと、ピストン１８Ｄ、シリンダ１９Ｄ、駆動ロッド２０Ｄ、作動チャンバー２２Ｄ、保持部材３４Ｄ、押上げ部材４０Ｄを備えたユニット５０Ｄについて代表的に言及しているが、その他のユニットについても同様であることは言うまでもない。

また、本実施例ではユニットを偶数個備えている場合を例示しているが、奇数個備えていてもよい。また、本実施例ではユニットが偏心カム１７を中心に対称的に配置されている場合を例示しているが、非対称的に配置されていてもよい。

まず図５Ａについて説明する。
油圧モータ１２では発電機１６の回転軸と共に偏心カム１７が回転運動している。ユニット５０Ａでは、偏心カム１７の回転によって、駆動ロッド２０Ａは偏心カム１７の径方向外側に向って押上げられる。このように押し上げられた駆動ロッド２０Ａは、更に押上げ部材４０Ａを介して保持リング４１を偏心カム１７の径方向外側に向って押上げる。このようにして、保持リング４１は図５Ａの上方側に向って移動する。

一方、ユニット５０Ｄはユニット５０Ａと逆位相にあるので、駆動ロッド２０Ｄは偏心カム１７に押し付けられていない（条件次第では、駆動ロッド２０Ｄは偏心カム１７から離れようとする）。ここで、保持リング４１は上述したように図５Ａの上方側に向って移動するので、これに伴い保持部材３４Ｄは、偏心カム１７の径方向内側に向かって押し下げられる。このように保持部材３４Ｄに作用する押下げ力は、押上げ部材３４Ｄを介して駆動ロッド２０Ｄに伝達される。これにより、駆動ロッド２０Ｄは偏心カム１７に対して押し付けられ、接触状態が維持される。

続いて図５Ｂについて説明する。
図５Ｂでは図５Ａとは逆に、ユニット５０Ｄでは、偏心カム１７の回転によって、駆動ロッド２０Ｄは偏心カム１７の径方向外側に向って押上げられる。このように押し上げられた駆動ロッド２０Ｄは、更に押上げ部材４０Ｄを介して保持リング４１を偏心カム１７の径方向外側に向って押上げる。このようにして、保持リング４１は図５Ｂの下方側に向って移動する。

一方、ユニット５０Ａはユニット５０Ｄと逆位相にあるので、駆動ロッド２０Ａは偏心カム１７に押し付けられていない（条件次第では、駆動ロッド２０Ａは偏心カム１７から離れようとする）。ここで、保持リング４１は上述したように図５Ｂの下方側に向って移動するので、これに伴い保持部材３４Ａは、偏心カム１７の径方向内側に向かって押し下げられる。このように保持部材３４Ａに作用する押下げ力は、押上げ部材３４Ａを介して駆動ロッド２０Ａに伝達される。これにより、駆動ロッド２０Ａは偏心カム１７に対して押し付けられ、接触状態が維持される。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、保持リング４１は偏心カム１７の回転運動に伴い、偏心カム１７と略同心になるように回転移動する。このように保持リング４１は、押上げ部材４０Ａ−４０Ｆによって偏心カム１７の径方向外側に向って押上げられている保持部材３４Ａ−３４Ｆを保持しており、ある特定部位に剛的に固定されていない。そのため、押上げ部材４０Ａ−４０Ｆは偏心カム１７の回転に伴って、大きく伸縮しない（押上げ部材４０Ａ−４０Ｆの一端が特定部位に剛的に固定された場合に比べて、少なくとも伸縮度が小さくなる）。従って、偏心カム１７の回転位相に関わらず、駆動ロッド２０Ａ−２０Ｆを偏心カム１７に略一定の力で接触させ続けることができる。その結果、偏心カム１７と駆動ロッド２０との間の摩耗を軽減し、長いライフタイムを得ることができる。
また、油圧モータ１２は押上げ部材４０Ａ−４０Ｆを備えることによって、各部材間に生じ得る隙間を補填できる。そのため、各部材の製造精度を必要以上に高める必要がなく、製造コストを安価にすることができる。

再び図３Ａから図３Ｃに戻って、ピストン１８及び駆動ロッド２０には、作動チャンバー２２から駆動ロッド２０の偏心カム１７との接触面２７に対して作動油を供給するための内部流路２８が形成されている。内部流路２８は、ピストン１８に形成された第１の内部流路２８Ａと、駆動ロッド２０に形成された第２の内部流路２８Ｂとを含んでなる。第１の内部流路２８Ａと第２の内部流路２８Ｂは互いに連通しており、作動チャンバー２２から導入された作動油を接触面２７に供給する。

第１の内部流路２８Ａは第２の内部流路２８Ｂに比べて広い断面積を有している。これにより、駆動ロッド２０がシリンダ軸に対して傾いた場合であっても、第１の内部流路２８Ａと第２の内部流路２８Ｂとの間の連通状態を確保することができる。その結果、偏心カム１７の回転位相に関わらず、接触面２７に常に作動油を供給して、接触面２７で生じ得る摩耗を効果的に低減できるようになっている。

ピストン１８には更に、該ピストン１８と駆動ロッド２０（係合部２４）とが摺動する係合面２９に対して、作動チャンバー２２から作動油を供給するための第３の内部流路２８Ｃが形成されている。これにより、係合面２９に流体膜を形成し、ピストン１８及び駆動ロッド２０間に生じる摩耗を低減している。

第２の内部流路２８Ｂには、作動チャンバー２２から導入される作動油の流量を調整するためのオリフィス３０が設けられている。これにより、接触面２７において良好な摩耗低減効果が得られるように、接触面２７への作動油の導入量を調整できるようになっている。
尚、図３Ａから図３Ｃの例では第２の内部流路２８Ｂにオリフィス３０を設けているが、これに代えて、又は、これに加えて、第１の内部流路２８Ａ及び第３の内部流路２８Ｃの少なくとも一方にオリフィスを設けてもよい。

駆動ロッド２０（接触部２５）の偏心カム１７に対向する表面上には、内部流路２８の開口３１を含む領域を掘り下げて作動流体溜め３２が形成されている。作動流体溜め３２には、内部流路２８を介して、作動チャンバー２２から作動油が供給される。作動流体溜め３２に貯留された作動油は、作動流体溜め３２から周囲に染み出し、接触面２７に流体膜を形成する。このように接触面２７に染み出した作動油によって流体膜が形成されることで、接触面２７における摩耗が低減される。

図６Ａは偏心カム１７の径方向内側から作動流体溜め３２の構成を示しており示す図であり、図６Ｂは偏心カム１７の径方向に沿った断面図である。作動流体溜め３２は、その深さが偏心カム１７の周方向に沿って階段状に変化するように形成されている。これにより、駆動ロッド２０（接触部２５）の偏心カム１７に対向する表面を掘り下げて作動流体溜め３２を形成した際に、駆動ロッド２０の接触部２５の剛性を高く確保することができる。

図７は作動流体溜め３２の他の構成例を示している。図７では、作動流体溜め３２は内部流路２８の開口３１に連通する溝３３を含んで構成してもよい。該溝３３は、作動チャンバー２２に作動油を供給するために、内部流路２８の開口３１に連通している。作動流体は所定方向に延在する溝３３から周囲に向って染み出すことによって、接触面２７に行き渡る。これにより、接触面２７に流体膜を形成し、摩耗をより効果的に低減することができる。

図７の例では特に、作動流体溜め３２は溝３３によってランド４９の所定領域が囲まれることによって形成されている。これにより、作動流体溜め３２に供給された作動流体を接触面２７及びランド４９の広い範囲に亘って効率的に行き渡せることができるようになっている。

上述の実施形態では、摺動部材３４を外向きフランジ部３７に接着剤４４で固定していたが、図８に示すように、接着剤４４に代えて、摺動部材３４及び外向きフランジ部３７を外側から挟み込んで固定するクランプ部材４５を用いてもよい。

図９に示す実施形態では、摺動部材３４は、摺動部材３４と保持部材３４の外向きフランジ部３７との間に設けられる金属インサート４６によって支持される。したがって、ＰＥＥＫ材料からなる摺動部材３４は、金属インサート４６と保持リング４１の両方と接触している。金属インサート４６は、例えばアルミニウムで構成されていてもよい保持部材３４の摩耗を低減するように機能する。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

１ 風力発電装置
２ 基礎
３ タワー
４ ナセル
５ ロータ
６ ハブ
７ ブレード
９ 回転シャフト
１０ 油圧トランスミッション
１１ 油圧ポンプ
１２ 油圧モータ
１３ 高圧油ライン
１４ 低圧油ライン
１５ オイルライン
１６ 発電機
１７ 偏心カム
１８Ａ−Ｆ ピストン
１９Ａ−Ｆ シリンダ
２０Ａ−Ｆ 駆動ロッド
２１Ａ−Ｆ シリンダヘッド
２２Ａ−Ｆ 作動チャンバー
２３ 本体部
２４ 係合部
２５ 接触部
２６ ボルト
２７ 接触面
２８Ａ−Ｃ 内部流路
２９ 係合面
３０ オリフィス
３１ 開口
３２ 作動流体溜め
３３ 溝
３４Ａ−Ｆ 保持部材
３５ 円筒部
３６ 内向きフランジ部
３７ 外向きフランジ部
３８ 段差部
３９ 環状スペース
４０Ａ−Ｆ 押上げ部材
４１ 保持リング
４２ 摺動部材
４３ 溝
４４ 接着剤
４５ クランプ部材
４６ 金属インサート
４８ 隙間
４９ ランド
５０Ａ−Ｆ ユニット
５１ 固定ピン

Claims (17)

1. 回転翼が取り付けられたハブと、
   前記ハブに連結された主軸と、
   前記主軸に取り付けられる油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
   前記油圧モータに連結された発電機とを備えた風力発電装置であって、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方が流体作動装置であり、
   前記流体作動装置は、
   偏心カムと、
   該偏心カムの周りに径方向に設けられた複数のピストンと、
   前記複数のピストンにそれぞれ設けられ、前記偏心カムの回転によって、前記複数のピストンの各々が前記偏心カムの径方向に沿って往復運動するように構成された複数のシリンダと、
   前記シリンダの軸方向に沿って延在する本体部と、前記本体部の一端側に形成され、前記本体部の前記シリンダの軸方向に対する角度が可変になるように前記ピストンに係合された係合部と、前記本体部の他端側に形成され、前記偏心カムと接触する接触部とを備えると共に、前記複数のシリンダに設けられた複数の駆動ロッドと、
   前記本体部を前記シリンダの周方向に囲み、前記シリンダの軸方向に沿って延在する複数の保持部材と、
   前記保持部材を前記偏心カムの径方向外側に向って押上げる複数の押上げ部材と、
   前記偏心カムの径方向に前記複数の保持部材の外周側に設けられることにより、前記複数の保持部材を外側から保持する少なくとも一つの保持リングと、
   前記保持リング及び前記保持部材の外向きフランジ部間にそれぞれ設けられた複数の摺動部材とを備え、
   前記複数の保持部材の各々は、前記本体部を囲む円筒部と、前記円筒部のうち前記偏心カムの径方向において内側の一端に設けられた外向きフランジ部とを備えており、
   前記少なくとも一つの保持リングは前記保持部材の各々における前記外向きフランジ部を保持していることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記複数の保持部材の各々は、前記本体部を囲む円筒部と、前記円筒部のうち前記偏心カムの径方向において外側の一端に設けられた内向きフランジ部とを備えており、
   前記接触部は前記本体部に比べて大径を有することにより、前記本体部との間に段差部が形成されており、
   前記押上げ部材の各々は前記円筒部の内周面と前記本体部の外周面との間に形成された環状スペース内に設けられることにより、前記段差部から離れる方向に前記内向きフランジ部を押上げることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記複数の摺動部材の各々は前記円筒部の周りに設けられ、前記偏心カムの周方向に沿って延在する少なくとも一つの溝を含んでおり、
   前記少なくとも一つの保持リングは前記少なくとも一つの溝に嵌合していることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
4. 前記少なくとも一つの溝は、前記円筒部の両側に位置する一対の溝を含んでおり、
   前記少なくとも一つの保持リングは前記一対の溝にそれぞれ嵌合する一対の保持リングを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
5. 前記摺動部材の各々は、クランプ締結又は接着によって、前記保持部材の前記外向きフランジ部に接続していることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
6. 前記摺動部材の各々は前記シリンダの周方向に連続的に形成されることで前記保持部材の周りに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
7. 前記摺動部材の各々はＰＥＥＫ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
8. 前記ピストン及び前記駆動ロッドは、前記作動チャンバーから前記接触部の前記偏心カムとの接触面に対して作動流体を供給する内部流路を有することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
9. 前記内部流路における前記作動流体の流量を調整するためのオリフィスを更に備えたことを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
10. 前記内部流路は、
    前記ピストンに形成された第１の内部流路と、
    前記駆動ロッドに形成されると共に前記第１の内部流路と連通することによって、前記作動チャンバーから前記第１の内部流路及び前記第２の内部流路を介して前記接触面に前記作動流体を供給する第２の内部流路と
    を備え、
    前記第１の内部流路は前記第２の内部流路に比べて広い断面積を有していることを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
11. 前記駆動ロッドの前記偏心カムに対向する表面は、前記内部流路の開口の周りを前記接触面と隔てる段差で囲み、作動流体溜めとして機能するように構成された凹部を含んでなることを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
12. 前記作動流体溜めは、その深さが前記偏心カムの回転方向に沿って階段状に変化するように形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の風力発電装置。
13. 前記駆動ロッドの前記偏心カムに対向する表面は、前記内部流路に開口し、作動流体溜めとして機能するように構成された溝を含んでなることを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
14. 前記溝はランドを囲んでいることを特徴とする請求項１３に記載の風力発電装置。
15. 前記係合部は球形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
16. 前記複数の保持部材及び前記保持リングは金属から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
17. 前記摺動部材の各々とそれぞれの前記外向きフランジとの間に介装される金属インサートをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
    

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