JP6363148B2 - 再生可能エネルギー型発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、再生可能エネルギー型発電装置に関する。ここで、再生可能エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。

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や、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生可能エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生可能エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流又は河流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。

この再生可能エネルギー型発電装置として、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に接続された油圧モータとを組み合わせた油圧トランスミッションを採用したものが知られている。例えば、特許文献１には、油圧トランスミッションを用いた風力発電装置において、油圧モータや発電機をナセル内に配置した構成が開示されている。

また、特許文献２及び３には、油圧モータや発電機をタワーの底部に配置した構成が開示されている。上記特許文献３ではナセル内に配置された油圧ポンプとタワーの下部に配置された油圧モータとの間で二重配管を用いて作動油を送るようになっている。特許文献４には、油圧モータ及び発電機の少なくとも一方が、主軸及び該主軸に取り付けられた油圧ポンプと、ナセル内壁面のうち回転翼から遠い側の後端側内壁面との間のスペースを除く空間に配置されるようにした構成が開示されている。さらに、特許文献５には、油圧モータを油圧ポンプに一体に支持した構成が開示されている。

このような再生可能エネルギー型発電装置は、発電効率の向上を目的として大型化の傾向にあり、主軸径および油圧ポンプも大型化し、主軸から油圧ポンプに大きなトルクが伝達される。一方で、製造コスト抑制等の観点からナセル自体の大型化やナセル重量の増加は抑えることが好ましく、主軸の軸方向においてもナセルの大きさを抑制又は低減することが望ましい。
また、摩擦抵抗（粘性抵抗）による圧力損失の低減や重量の抑制及びコスト低減等の観点から、油圧系統（油圧ライン）の長さは可能な限り短いことが望ましい。

さらに、タワーの上部で該タワーに対してヨー旋回可能に支持されるナセルにあっては、ヨー旋回の中心軸、すなわち、ヨー旋回座軸受の旋回中心軸付近にナセル内構造物の重心が設定されることが好ましい。特に、大型となるにつれて、少なくとも重量の嵩む油圧ポンプにあってはナセル内でヨー旋回中心軸上に配置されていることが好ましい。

国際公開第２０１２／０７３２７７号公報 国際公開第２００９／０６４１９２号公報 国際公開第２０１２／１３７３１１号公報 特許第５３５８０２０号公報 特許第５５０２１９０号公報

しかし、特許文献１及び５に開示された再生可能エネルギー型発電装置の構成は、油圧モータ及び発電機がナセル内に配置されており、ナセルの大きさやナセルスペース内重量を十分に低減できないという問題がある。また、特許文献２及び３に開示された構成では油圧ラインが長く、多量の作動油や配管を要してコストも増加する上、摩擦損失低減の問題が解消されないおそれがある。さらに、特許文献４の構成は、油圧モータや発電機をナセル内の後方側空間以外に配置することによりナセルの小型化や油圧ラインを短縮する点への言及はあるが、タワー内を上下に仕切る床部に油圧モータを配置するなど、必ずしも油圧ラインが短縮されたといえないという問題がある。
これらの問題に加え、上記特許文献１乃至５に開示された再生可能エネルギー型発電装置は、いずれも油圧ポンプがヨー旋回座軸受の旋回中心軸上に配置されているとはいえず、特に、再生可能エネルギー型発電装置の更なる大型化にあたり必ずしも理想的な配置といえないという問題があった。

上述した従来技術の問題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、油圧ライン長さの短縮化とナセルスペース内重量の低減とを両立できる再生可能エネルギー型発電装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る再生可能エネルギー型発電装置は、
再生可能エネルギーから電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
タワーと、
前記タワーの上端部にヨー旋回座軸受を介してヨー旋回可能に設けられたナセルと、
前記ナセルに収納され、回転翼とともに回転する主軸と、
前記ナセルに収納され、前記主軸の回転軸方向において前記ヨー旋回座軸受の中心軸を挟んだ前後に渡って配置された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの間で前記作動油を循環させる油圧系統と、を備え、
前記油圧モータは、少なくともその一部が平面視にて前記油圧ポンプと重なるように、前記油圧ポンプの下方且つ前記タワー内の上部空間に配置されている。

この構成では、ナセル内で主軸の回転軸方向においてヨー旋回座軸受の中心軸を挟んだ前後に渡って油圧ポンプが配置される。また、その油圧ポンプと少なくとも一部が平面視にて重なるようにして、該油圧ポンプの下方且つタワー内の上部空間に油圧モータが配置される。つまり、油圧ポンプはヨー旋回座軸受の中心軸上に配置され、その油圧ポンプの下方であって、タワー内の上部空間に油圧モータが配置される。従って、ナセル内では主軸或いは油圧ポンプの後方側に少なくとも油圧モータが配置されることがなく、ナセルスペース内重量の低減を図ることができる。また、油圧ポンプの直下に油圧モータを配置することもでき、その場合は、油圧ライン長さを最短に短縮することができるため、配管やメンテナンス等に関するコストを大幅に低減することができる。
なお、上記（１）において、タワー内の上部空間とは、例えば、タワー内が上下に複数の空間に仕切られている場合は少なくともその最上部の空間をいい、好ましくは、タワー内においてナセルにより近接する空間をいい、ナセル内に配置される油圧ポンプの直下となるタワー内の最上部であることが望ましい。

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）に記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータは、何れも前記ナセル側に支持され、
前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間にヨー旋回方向における相対変位が起きないように構成されている。
この構成によれば、上記（１）に記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧ポンプと油圧モータとがヨー旋回方向において相対変位しない。したがって、少なくとも油圧ポンプと油圧モータとの間においては、稼働中のヨー旋回によって油圧ラインが捻じれることがない。

（３）いくつかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記ナセルは、前記ナセルの下部に設けられて前記油圧ポンプを支持するナセル台板を含み、
前記油圧モータは、前記ナセル台板の真下に配置されている。
この構成では、上記（１）又は（２）に記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧ポンプの直下に油圧モータが配置されるため、油圧ライン長さを極めて短縮することができ、配管やメンテナンス等に関するコストを低減できる。

（４）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータが前記ナセル台板に支持されており、前記油圧ポンプ、前記油圧モータ及び前記油圧系統の高圧油ラインが前記ナセル台板とともにヨー旋回するように構成されている。
この構成によれば、上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧ポンプ、油圧モータ、及び、これらの間で高圧油を送る高圧油ラインがいずれもナセル台板を介してナセル側に支持される。したがって、ヨー旋回の際には油圧系統の高圧側が一体に旋回することとなるため、捻じれや歪みによる油漏れ等のリスクが低減される。

（５）いくつかの実施形態では、上記（４）に記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記油圧ポンプは、複数のピストンを前記主軸の半径方向に沿って摺動可能にそれぞれ案内するための複数のシリンダを含むシリンダブロックを含み、
前記高圧油ラインは、前記油圧ポンプにおける前記回転軸方向の後方側で集約されるとともに、さらに下流側の少なくとも一部が前記シリンダブロック内に案内されてなる。
この構成では、上記（４）に記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧ポンプにおける回転軸方向の後方側で集約された高圧油ラインが、さらに下流側において、少なくともその一部がシリンダブロック内に案内される。つまり、油圧ポンプの後方側に集約された高圧油を、回転軸の前方側に案内することができるため、高圧油ラインを構成する部材を油圧ポンプの後方側に配置する必要がない。従って、回転軸方向におけるナセルの大きさを低減することができ、ナセルの重量を更に低減することができる。

（６）いくつかの実施形態では、上記（５）に記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記高圧油ラインは、前記シリンダブロックの直下から導出される。
この構成では、上記（５）に記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、高圧油ラインがシリンダブロックの直下から導出されることにより、平面視にて油圧ポンプと重なるように、油圧ポンプの下方且つタワー内の上部空間に配置された油圧モータとの間に設けられる高圧油ラインの長さをより一層短縮することができる。

（７）いくつかの実施形態では、上記（２）乃至（６）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記ナセル側には、前記ヨー旋回座軸受のうち前記ナセルに接続される軸受上部と該軸受上部に支持される部材とを含む。
この構成では、上記（２）乃至（６）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧ポンプと油圧モータとをヨー旋回座軸受の軸受上部に支持する構成とすることができる。したがって、配置やレイアウトの自由度がより一層向上する。

（８）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記油圧モータは、その出力軸が鉛直方向となるように配置されている。
この構成によれば、上記（１）乃至（７）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧モータは、その出力軸が鉛直となるように油圧ポンプの下方側に配置されるため、タワー内の上部空間においてヨー旋回の中心軸と油圧モータの出力軸とを略平行に配置することができる。

（９）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記タワー内における前記油圧モータの下方に、油留めプレートと該油溜めプレートに連通するタンクとが設置されている。
この構成では、上記（１）乃至（８）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧モータの下方に配置された油溜めプレートとタンクとにより、タワー内の上部空間に配置された油圧モータから漏洩した油を貯留及び回収することができる。

（１０）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記タワー内に、前記油圧系統から外部への油漏れを防ぐためのシールと、該シールから漏れた油の油溜めと、該油溜めに連通するタンクとを有する。
この構成によれば、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧系統からの油漏れをシールによって防ぐことができ、シールで防ぎ切れない油を油溜めに溜めることができ、溜めた油をタンクに回収することができる。

（１１）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記油圧系統は、前記油圧ポンプ及び／又は前記油圧モータの脈動を防止するための脈動防止アキュムレータを備える。
この構成では、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、脈動防止アキュムレータを備えることにより、油圧ポンプのポンピングで生じる脈動を防止することができる。

（１２）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記再生可能エネルギー型発電装置は風力発電装置であり、
前記回転翼により風を受けることで前記主軸が回転するように構成されている。
この構成によれば、上記（１）乃至（１１）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができる風力発電装置が提供される。

（１３）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置において、
前記油圧モータは、フレキシブル継手を介して発電機に動力伝達可能に連結されている。
この構成では、上記（１）乃至（１２）の何れか１つに記載の再生可能エネルギー型発電装置と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができるほか、特に、油圧モータと発電機との間の動力伝達がフレキシブル継手を介して実現されるため、互いの相対位置のずれを許容することができる。従って、揺れや振動による破損を防止することができるため、装置の信頼性が向上する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、油圧ライン長さの短縮化とナセル重量の低減とを両立できる再生可能エネルギー型発電装置を提供することができる。

幾つかの実施形態に係る風力発電装置を例示的に示す概略図である。 幾つかの実施形態における油圧ポンプの軸方向に沿う概略的な縦断面図である。 図２の油圧ポンプの軸方向と直交する断面を拡大して示す概略的な部分横断面図である。 幾つかの実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す概略図である。 図４におけるＶ−Ｖ矢視を示す断面図である。 他の実施形態に係る風力発電装置を示す概略図である。 幾つかの実施形態に係る風力発電装置における油圧モータの配置を例示する平面図であり、１つの油圧モータをヨー旋回の中心軸に沿って配置した状態を示す。 幾つかの実施形態に係る風力発電装置における油圧モータの配置を例示する平面図であり、２つの油圧モータを軸対象に配置した状態を示す。 幾つかの実施形態に係る風力発電装置における油圧モータの配置を例示する平面図であり、３つの油圧モータを軸対象に配置した状態を示す。

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。

以下の実施形態では、再生可能エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明は潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生可能エネルギー型発電装置にも適用できる。

［第１実施形態］
図１は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置を例示的に示す概略図であり、図２は、幾つかの実施形態係る風力発電装置における油圧ポンプの軸方向に沿う概略的な縦断面図であり、図３は、図２の油圧ポンプの軸方向と直交する断面を拡大して示す概略的な部分横断面図である。

図１に示すように、風力発電装置１は、タワー３０と、このタワー３０の上端部にヨー旋回座軸受２２を介してヨー旋回可能に設けられたナセル２０と、ナセル２０に収納され、回転翼１０とともに回転する主軸２と、ナセル２０に収納され、主軸２の回転軸方向Ａにおいてヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂを挟んだ前後に渡って配置された油圧ポンプ４０と、油圧ポンプ４０から供給される作動油によって駆動される油圧モータ７０と、油圧ポンプ４０及び油圧モータ７０の間で作動油を循環させる油圧系統７と、を備えている。なお、風力発電装置１は、回転翼１０により風を受けることで主軸２が回転する。

また、図１及び図２に示すように、風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード１１及びハブ１２で構成される回転翼１０（風車ロータ）と、回転翼１０と連結される主軸２と、ステータ部４１および該ステータ部４１に対して回転自在に設けられて主軸２と共に回転するように構成されたロータ部としてのポンプシャフト４２ｃとを含む油圧ポンプ４０と、少なくとも油圧ポンプ４０を収納するナセル２０と、ナセル２０を支持するタワー３０と、タワー３０にナセル２０のナセル台板２１を旋回自在に支持するヨー旋回座軸受２２と、ナセル台板２１にステータ部４１を支持する支持部４８と、ステータ部４１と主軸２又はロータ部との間に設けられ、ステータ部４１及び支持部４８を介してナセル台板２１に主軸２を回転自在に支持する一対の軸受４９ａ，４９ｂと、を備える。
なお、主軸２の少なくとも一部は、タワー３０上に設置されたナセル２０によって覆われている。ハブ１２はハブカバー１３によって覆われていてもよい。また、幾つかの実施形態において、ナセル台板２１は、ナセル２０の下部に設けられて油圧ポンプ４０を支持するように構成される。

幾つかの実施形態では、回転翼１０には、主軸２が連結されるとともに、該主軸２を介して油圧ポンプ４０が連結される。油圧ポンプ４０には、高圧油ライン５０及び低圧ライン６０を介して油圧モータ７０が接続される。具体的には、油圧ポンプ４０の出口が高圧油ライン５０を介して油圧モータ７０の入口に接続され、油圧ポンプ４０の入口が低圧ライン６０を介して油圧モータ７０の出口に接続される。

油圧ポンプ４０は、主軸２によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ４０で生成された圧油は高圧油ライン５０を介して油圧モータ７０に供給され、この圧油によって油圧モータ７０が駆動される。油圧モータ７０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ７０の出口と油圧ポンプ４０の入口との間に設けられた低圧ライン６０を経由して、油圧ポンプ４０に再び戻される。このようにして、油圧ポンプ４０及び油圧モータ７０の間で作動油を循環させる油圧系統７が構成される。

油圧モータ７０は、少なくともその一部が平面視にて油圧ポンプ４０と重なるように、油圧ポンプ４０の下方且つタワー３０内の上部空間３１に配置されている。幾つかの実施形態において、油圧モータ７０は、ナセル台板２１の真下に配置されている。
なお、上部空間３１は、タワー３０内においてナセル２０側により近接する空間であることが好ましい。例えば、タワー３０の内部が仕切り等によって上下方向（又は鉛直方向）において複数の空間に仕切られている場合は、少なくともその最上部の空間内であることが好ましい。

幾つかの実施形態において、油圧ポンプ４０及び油圧モータ７０は、何れもナセル２０側に支持され、油圧ポンプ４０と油圧モータ７０との間にヨー旋回方向における相対変位が起きないように構成されている。幾つかの実施形態において、油圧ポンプ４０と油圧モータ７０とは、互いの相対位置に変化が生じないように固定的（リジッド）に連結されていてもよい。
なお、幾つかの実施形態において、上記ナセル２０側には、ヨー旋回座軸受２２のうちナセル２０に接続される軸受上部２２ａと該軸受上部２２ａに支持される種々の部材とが含まれていてもよい。幾つかの実施形態において、油圧モータ７０は、その出力軸７１が鉛直方向となるように配置されていてもよい。ただし、これに限定されず、鉛直方向以外でもよく、例えば、水平方向であってもよいし傾斜していてもよい。

油圧モータ７０には発電機８０が連結される。幾つかの実施形態では、発電機８０は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ７０によって駆動される同期発電機である。幾つかの実施形態では、少なくとも油圧ポンプ４０がナセル２０の内部に収納され、油圧モータ７０及び発電機８０は、タワー３０内の上部空間３１に設置される。幾つかの実施形態において、油圧ポンプ４０及び油圧モータ７０がナセル台板２１に支持されており、油圧ポンプ４０、油圧モータ７０及び油圧系統７の高圧油ライン５０がナセル台板２１とともにヨー旋回するように構成されている。幾つかの実施形態において、油圧モータ７０は、タワー３０上にナセル２０を旋回自在に支持するヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂ上に配置されていてもよい。

幾つかの実施形態では、油圧ポンプ４０又は油圧モータ７０の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式の油圧機械である。

図２に示す実施形態では、油圧ポンプ４０は、ステータ部４１と、このステータ部４１に対して回転自在に設けられて主軸２と共に回転するように構成されたロータ部としてのポンプシャフト４２ｃと、その半径方向に沿って配置される複数のピストン４５と、複数のピストン４５を主軸２又は油圧ポンプ４０の半径方向に沿ってそれぞれ摺動自在に保持して案内するための複数のシリンダ４４を含むシリンダブロック４３と、シリンダブロック４３を支持部４８に支持するとともに、シリンダブロック４３に対して軸方向の前後に設けられた第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、シリンダブロック４３を第１エンドプレート及び第２エンドプレートに対して回転自在に支持するための前後一対の軸受４６ａと、を備えている。

例示的な実施形態では、油圧ポンプ４０は、主軸２の軸方向の前後において該主軸２を軸周りに回転自在に支持する軸受４９ａ、４９ｂと、主軸２と前後各エンドプレートとの間を封止するシールとを備えている。すなわち、主軸２は、軸方向の前後に設けられた一対の軸受４９ａ、４９ｂと、この軸受４９ａ、４９ｂを備えた油圧ポンプ４０と、この油圧ポンプ４０の支持機構（支持部４８等）とを介してナセル２０内に支持されるようになっている。前方側主軸受４９ａは、主軸２の前端から僅かに後方側に設けられたフランジ部２ａに係止されてもよい。また、後方側主軸受４９ｂは、主軸２の後端部近傍に取り付けられてもよい。

ポンプシャフト４２ｃは、本実施形態では主軸２の周りすなわち外周面２ｂに該主軸２と一体回転可能に取り付けられている。主軸２とポンプシャフト４２ｃとの結合は、焼き嵌め又はスプライン結合等、トルクを確実に伝達可能な構成であればよい。

油圧ポンプ４０のステータ部４１は、ロータ部４７の外周側に設けられる。
図２に示すように、支持部４８は、ナセル台板２１の上部２１ａに配置されるとともに、軸方向におけるステータ部４１の前端部４１ａ又は後端部４１ｂの少なくとも一方を支持するように構成される。つまり、支持部４８は、ステータ部４１を軸方向の前端部４１ａにおいて、後端部４１ｂにおいて、あるいは前端部４１ａと後端部４１ｂとの両方において支持するように構成される。

各々のピストン４５は、リングカム４２の外周側に放射状に複数配置されている。ピストン４５の端部には、リングカム４２のカム面に接触するローラ４５ａが取り付けられている。このピストン４５は、シリンダ４４によって案内されて油圧ポンプ４０の半径方向に沿って往復運動可能になっている。各々のピストン４５がシリンダ４４内で往復運動すると、ピストン４５とシリンダ４４によって形成される作動室４４ａの体積が周期的に変化する。このような作動室４４ａの周期的な体積変化を伴うピストン４５の往復運動によって、油圧ポンプ４０の回転運動との間で運動モードが変換されるようになっている。すなわち、ポンプシャフト４２ｃとともに回転するリングカム４２の回転運動がピストン４５の往復運動に変換され、作動室４４ａの周期的な体積変化が起こり、作動室４４ａで高圧の作動油（圧油）が生成される。

リングカム４２は、ポンプシャフト４２ｃの外周に固定されている。また、リングカム４２は、ポンプシャフト４２ｃの周方向に沿って連続した波型形状のカム面を形成し、ポンプシャフト４２ｃの全周を囲むように環状に配置される。また、リングカム４２は、ポンプシャフト４２ｃの軸方向（以下、単に軸方向と称する）に複数列設けられていてもよい。なお、リングカム４２は、波型形状のカム面を有するものに限らず、単一カム面を有してリングカム４２の中心をシャフト中心位置からずらした、いわゆる偏心カムのカム面を有するものであってもよい。

さらに、リングカム４２は、油圧ポンプ４０（ポンプシャフト４２ｃ）から半径方向に着脱可能なように、ポンプシャフト４２ｃの周方向に分割されている（図３参照）。すなわち、リングカム４２は、周方向に配列された複数のリングカムセグメント（カムセグメント）４２ａを含む。これらのカムセグメント４２ａはポンプシャフト４２ｃに対してボルト４２ｂで結合されており、ボルト４２ｂを外すことでポンプシャフト４２ｃからカムセグメント４２ａを取り外し、第１及び第２エンドプレート（ステータ部４１の前端部４１ａ及び後端部４１ｂ）を含むケーシングの外部に取り外すことが可能となっている。なお、複数のリングカムセグメント４２ａを含むリングカム４２は、軸方向において一対の軸受４９ａ，４９ｂの間にて主軸２の外周に直に取り付けられる構成であってもよく、主軸２に直接的に又はポンプシャフト４２ｃ等の追加シャフトを介して間接的に取り付けられる。

シリンダブロック４３は、リングカム４２の外周側に設けられ、ポンプシャフト４２ｃの全周に亘って環状に配置される。シリンダブロック４３の内部には、シリンダ４４と、シリンダ４４内の作動室４４ａに連通する高圧油流路５４及び低圧油流路６４とが形成されている。さらに、シリンダブロック４３は、油圧ポンプ４０から半径方向に着脱可能なように、ポンプシャフト４２ｃの周方向に複数に分割されて形成されている。すなわち、シリンダブロック４３は、油圧ポンプ４０の周方向に並べて配置された複数のシリンダブロックセグメント４３ａを含む。この場合、一つのシリンダブロックセグメント４３ａに対して、シリンダ４４、高圧油流路５４及び低圧油流路６４を備えたセットが、軸方向及び油圧ポンプ４０の周方向に複数設けられていてもよい。

図３に示すように、高圧油流路５４には高圧弁５２が設けられており、高圧弁５２が開くことによって、高圧油流路５４が高圧油ライン５０（図１及び図４参照）に連通するようになっている。例示的な実施形態において、高圧油ライン５０は、油圧ポンプ４０における回転軸方向の後方側で高圧マニホールド（集合路）５４ａに集約される。幾つかの実施形態において、高圧マニホールド５４ａのさらに下流側の少なくとも一部がシリンダブロック４３内に案内されてもよい。つまり、複数の高圧油流路５４から、高圧マニホールド５４ａに集められた高圧油を、再度、シリンダブロック４３を通過して高圧油ライン５０に連通する構成としてもよい（図２及び図５参照）。低圧油流路６４には低圧弁６２が設けられており、低圧弁６２が開くことによって、低圧油配管６５（分岐管）に低圧油流路６４が連通するようになっている。

また、一実施形態では、図３に示すように、シリンダブロックセグメント４３ａの周方向の長さは、シリンダブロックセグメント４３ａによって覆われるカムセグメント４２ａの周方向の長さよりも長く形成されている。これにより、少なくとも一つのシリンダブロックセグメント４３ａを抜き出せば、メンテナンスを目的として、そのシリンダブロックセグメント４３ａによって覆われていた少なくとも一つのカムセグメント４２ａを露出させることができる。また、露出したカムセグメント４２ａを取り外すことによって、カムセグメント４２ａの交換や修理等も容易にできる。なお、ここでいうメンテナンスとは、修理、整備、交換、点検を含む。勿論、抜き出したシリンダブロック４３自体をメンテナンスすることも可能である。

ここで、幾つかの実施形態において、一対の軸受４９ａ，４９ｂは、主軸２の軸方向においてヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂを挟んで前後に配置され、油圧ポンプ４０は、軸方向においてヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂを挟んで前後に渡って配置される。
ステータ部４１は、一対の軸受４９ａ、４９ｂが取り付けられる軸受固定部４６、４６を含み、シリンダブロック４３は、軸方向において一対の軸受固定部４６，４６の間に挟まれるように設けられる。

幾つかの実施形態において、ロータ部４７は、一対の軸受４９ａ，４９ｂが取り付けられる一対の小径部４７ａ、４７ａと、軸方向において一対の小径部４７ａ、４７ａの間に設けられ、リングカム４２が取り付けられる大径部４７ｂと、を含む。大径部４７ｂは小径部４７ａよりも大径（Ｄ１＜Ｄ２）に構成し得る（図２参照）。

次に、図４及び図５を参照し、一実施形態における風力発電装置の構成例について説明する。
図４は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す概略図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ矢視を示す断面図である。なお、図４において、主軸２の中心軸Ａ（図２参照）の前後方向におけるヨー旋回座軸受２２の前端部を引き出し線Ｉで示し、同後端部を引き出し線ＩＩで示す。

例示的な実施形態において、油圧ポンプ４０の下方に高圧配管５１が示されている。
高圧配管５１は、油圧ポンプ４０の周方向において最下部に位置するシリンダブロックセグメント４３ａから下方側に高圧油を導くように配置される。この場合、この最下部に位置するシリンダブロックセグメント４３ａを高圧配管５１専用としてもよい。つまり、周方向の最下部に位置するシリンダブロックセグメント４３ａには、シリンダ４４やピストン４５を設けないように構成してもよい。

高圧配管５１は、油圧ポンプ４０からの高圧油で作動する油圧モータ７０の数に応じて、１本でもよいし複数本でもよい。例示的な実施形態では、油圧ポンプ４０の下方に３本の高圧配管５１を示すが、これに限定されず、高圧配管５１及び油圧モータ７０の数はそれぞれ任意に設定可能である。

例示的な実施形態では、高圧油ライン５０が、シリンダブロック４３の直下から導出される。即ち、シリンダブロック４３の直下に高圧配管５１が配置される。例示的な実施形態では、２つの油圧モータ７０が油圧ポンプ４０の直下に配置され、これらの油圧モータ７０に高圧油を導くために２本の高圧配管５１が使用される。

例示的な実施形態では、少なくとも油圧モータ７０がタワー３０内の上部空間３１内に設置される。この油圧モータ７０は、高圧油ライン５０を可能な限り短く形成するため、上部空間３１のうちでもより上部に設置されることが好ましく、タワー３０内の最上部に設置されることが望ましい。なお、油圧モータ７０の配置は、油圧ポンプ４０の直下であることが好ましく、このようにすれば、例えば、タワー３０内の下部（例えば、タワー３０内の底部）や最上部より下の空間に油圧モータ７０を設置する場合と比較して高圧配管５１の長さを大幅に短縮することができ、可能な限り最短に設定することもできる。

例示的な実施形態において、油圧モータ７０は、その出力軸７１が鉛直となるように縦置きに配置される。ただし、縦置きに限定するものではなく、縦置き以外の構成としてもよく、例えば横置きとしてもよいし傾斜していてもよい。例えば、油圧モータ７０が１つの場合、出力軸７１の中心軸をヨー旋回の中心軸Ｂに近接させることが好ましく、中心軸Ｂと一致させてもよい（図７Ａ参照）。複数の油圧モータ７０を設ける場合、各々の油圧モータ７０の出力軸７１がヨー旋回の中心軸Ｂと略平行になるように配置してもよい。また、複数の油圧モータ７０を設ける場合、各出力軸７１がヨー旋回の中心軸Ｂに対して軸対象となるように各油圧モータ７０を配置してもよい（図７Ｂ及び図７Ｃ参照）。ただし、必ずしもこれに限定されない。

油圧モータ７０の数は、風力発電装置１の予定される定格出力、稼働年数、運転状況又はメンテナンス周期等に応じて任意に設定することができる。例えば、１５ＭＷ程度の大型の油圧モータを１つ設けてもよい（図７Ａ参照）。また、例えば、５ＭＷ程度の油圧モータを３つ縦置きで軸対称に並行に配置してもよい（図７Ｃ参照）。さらに、例えば、中心軸Ｂに沿って１つの油圧モータ７０を配置した上でその周囲に中心軸Ｂに対して軸対象に２つ、或いは３つ、或いはそれ以上の油圧モータを配置してもよい。これらは、タワー３０の上部空間３１内に設置可能なスペースの状況に応じて、種々に組み合わせて設計することができる。なお、油圧モータ７０を複数設けた場合、仮にそのうち何れかの油圧モータ７０が使用できなくなった場合であっても、残る油圧モータ７０が稼働できれば運転を継続することができる。

例示的な実施形態では、縦置きに配置された油圧モータ７０の下方に発電機８０が連結される。幾つかの実施形態において、油圧モータ７０は、フレキシブル継手７２を介して発電機８０に動力伝達可能に連結される（図５参照）。

幾つかの実施形態において、タワー３０内における油圧モータ７０の下方に、油留めプレート９３が設けられていてもよく、さらに該油溜めプレート９３に連通するタンク９４が設置されていてもよい（図５参照）。幾つかの実施形態において、タワー３０内に、油圧系統７から外部への油漏れを防ぐためのシール９２を設けてもよい。幾つかの実施形態において、油溜めプレート９３は、上記シールから漏れた油を溜めるための油溜めとして機能するように構成してもよい。

幾つかの実施形態において、油圧系統７は、油圧ポンプ４０及び／又は油圧モータ７０の脈動を防止するための脈動防止アキュムレータを備えていてもよい。脈動防止アキュムレータとして、高圧油の脈動を防止するための高圧用アキュムレータ９０と、低圧油の脈動を防止するための低圧用アキュムレータ９１とを含んでもよい。また、高圧ライン５０の圧力を逃がす高圧リリーフ弁１０７を設けてもよく、低圧ラインの圧力を逃がす低圧リリーフ弁１０８を設けてもよい。

例示的な実施形態において、油圧モータ７０で仕事をした後の低圧且つ高温の作動油（低圧油）をろ過するフィルタ１０５を設けてもよく、フィルタ１０５でろ過された低圧油を冷却するためのラジエータ１０６を設けてもよい。フィルタ１０５でろ過された低圧油の一部は、低圧リリーフ弁１０８を経由して大気圧下の主タンク１１０に戻された後、ブーストポンプ１０９によって低圧ライン６０に戻されるように構成されてもよい。
例示的な実施形態において、作動油の冷却に用いる冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１１１及びクーラ１１２を設けてもよい。

例示的な実施形態では、タワー３０内の上部空間３１に、発電機８０に潤滑油を供給する発電機用潤滑油ポンプ１０１が設けられてもよく、発電機８０を冷却するための発電機用冷却水ライン１０２が設けられてもよい。例示的な実施形態において、油圧モータ７０には補助ポンプ１０３が設けられてもよく、油圧モータ７０において内部漏れした作動油を補填するための補助タンク１０４が設けられていてもよい。

［第２実施形態］
本発明を適用した第２実施形態に係る風力発電装置１について説明する。第２実施形態における風力発電装置１は、主に、タワー３０内で発電機８０を支持する回転テーブル３６を設けた点において上記第１実施形態と異なり、その他の構成については上記第１実施形態と同様である。従って、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図６に示す変形例では、タワー３０内の上部空間３１に仕切り３５が設けられ、この仕切り３５上に、回転面３６ａと支持部３６ｂとを含む回転テーブル３６が設けられる。そして、回転テーブル３６上に発電機８０が載置される。即ち、油圧ポンプ４０の直下に懸架された油圧モータ７０及び該油圧モータ７０の下方側に連結された発電機８０の荷重が、回転テーブル３６及び仕切り３５を介してタワー３０に支持されるように構成される。回転テーブルの回転中心軸はヨー旋回の中心軸Ｂと一致することが好ましい。

仕切り３５及び回転テーブル３６の高さ方向の配置、即ち、ヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂ方向における仕切り３５や回転テーブル３６の位置は、油圧ポンプ４０、油圧モータ７０又は発電機８０の大きさや、ナセル２０側にかかる負荷とタワー３０側にかかる負荷とのバランス等を考慮して設定してもよい。また、高圧油ライン５０の長さが可能な限り最短となるよう設定してもよい。

このようにすれば、回転面３６ａ上の発電機８０及び油圧モータ７０が、仕切り３５上に設置された回転テーブル３６の支持部３６ｂに対して、中心軸Ｂ周りに旋回自在となる。これにより、風向きに応じて変化するナセル２０のヨー旋回に応じて、油圧モータ７０と発電機８０とがヨー旋回の中心軸Ｂ周りに追従可能となり、ナセル２０内に配置された油圧ポンプ４０と、タワー３０内に配置された油圧モータ７０及び発電機８０とがヨー旋回方向において相対変位が起きないように一体に旋回可能となる。

油圧ポンプ４０の直下に油圧モータ７０のみが懸架される場合は、油圧モータ７０の下部を支持する構成としてもよい。高圧油ライン５０にはフレキシブル配管５１ａを用いてもよい。このようにすれば、油圧ポンプ４０と油圧モータ７０との相対位置の変化を吸収又は許容できる構成となり、揺れや振動の影響を低減することができる。

以上説明したように、幾つかの実施形態では、少なくとも重量の嵩む油圧ポンプ４０がナセル２０内でヨー旋回中心軸Ｂ上に配置されることとなる。従って、主軸２の軸方向においてヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂよりも後方に油圧ポンプ４０を配置する必要がなく、主軸２の軸方向におけるナセル２０の大きさ及び／又はナセル２０の重量の増加を抑制又は低減することができる。

また、幾つかの実施形態では、ナセル２０内で主軸２の回転軸方向においてヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂを挟んだ前後に渡って油圧ポンプ４０が配置される。また、その油圧ポンプ４０と少なくとも一部が平面視にて重なるようにして、該油圧ポンプ４０の下方且つタワー３０内の上部空間に油圧モータ７０が配置される。つまり、油圧ポンプ４０はヨー旋回座軸受２２の中心軸Ｂ上に配置され、その油圧ポンプの下方であって、タワー３０内の上部空間に油圧モータ７０が配置される。従って、ナセル２０内では主軸２或いは油圧ポンプ４０の後方側に少なくとも油圧モータ７０が配置されることがなく、ナセルスペース内重量の低減を図ることができる。また、油圧ポンプ４０の直下に油圧モータ７０を配置することもでき、その場合は、油圧ライン長さを最短に短縮することができるため、配管やメンテナンス等に関するコストを大幅に低減することができる。

また、油圧ポンプ４０と油圧モータ７０とがヨー旋回方向において相対変位しないので、少なくとも油圧ポンプ４０と油圧モータ７０との間においては、稼働中のヨー旋回によって油圧ラインが捻じれることがない。

また、油圧ポンプ４０の直下に油圧モータ７０が配置されるため、油圧ライン長さを極めて短縮することができ、配管やメンテナンス等に関するコストを大幅に低減できる。

また、油圧ポンプ４０、油圧モータ７０、及び、これらの間で高圧油を送る高圧油ライン５０がいずれもナセル台板２１を介してナセル２０側に支持される。したがって、ヨー旋回の際には油圧系統７の高圧側が一体に旋回することとなるため、捻じれや歪みによる油漏れ等のリスクが低減される。

また、油圧ポンプ４０における回転軸方向の後方側で集約された高圧油ライン５０が、さらに下流側において、少なくともその一部がシリンダブロック４３内に案内される。つまり、油圧ポンプ４０の後方側に集約された高圧油を、回転軸方向の前方側に案内することができるため、高圧油ライン５０を構成する部材を油圧ポンプ４０の後方側に配置する必要がない。従って、回転軸方向におけるナセル２０の大きさを低減することができ、ナセル２０のスペース内重量を更に低減することができる。

また、高圧油ライン５０がシリンダブロック４３の直下から導出されることにより、平面視にて油圧ポンプ４０と重なるように、油圧ポンプ４０の下方且つタワー３０内の上部空間３１に配置された油圧モータ７０との間に設けられる高圧油ライン５０の長さをより一層短縮することができる。

また、油圧ポンプ４０と油圧モータ７０とをヨー旋回座軸受２２の軸受上部２２ａに支持する構成とすることができる。したがって、配置やレイアウトの自由度がより一層向上する。

また、油圧モータ７０は、その出力軸７１が鉛直となるように油圧ポンプ４０の下方側に配置されるため、タワー３０内の上部空間３１においてヨー旋回の中心軸Ｂと油圧モータ７０の出力軸７１とが略平行となるように配置することができる。

また、油圧モータ７０の下方に配置された油溜めプレート９３とタンク９４とにより、タワー３０内の上部空間に配置された油圧モータ７０から漏洩した油を貯留及び回収することができる。

また、油圧系統７からの油漏れをシール９２によって防ぐことができ、シール９２で防ぎ切れない油を油溜め９３に溜めることができ、溜めた油をタンク９４に回収することができる。

脈動防止アキュムレータ９０、９１を備えることにより、油圧ポンプ４０のポンピングで生じる脈動を防止することができる。

油圧モータ７０と発電機８０との間の動力伝達がフレキシブル継手７２を介して実現されるため、互いの相対位置のずれを許容することができる。従って、揺れや振動の影響を低減することができ、装置の信頼性が向上する。

１ 風力発電装置（再生可能エネルギー型発電装置）
２ 主軸
２ａ フランジ部
２ｂ 外周面
２ｃ 後端部
１０ 風車ロータ（回転翼）
１１ ブレード
１２ ハブ
２０ ナセル
２１ ナセル台板
２１ａ 上部
２２ ヨー旋回座軸受
２２ａ 上部
２２ｂ 下部
３０ タワー
３１ 上部（上部空間）
３５ 仕切り（床）
３６ 回転テーブル
３６ａ 回転面
３６ｂ 支持部
４０ 油圧ポンプ
４１ ステータ部
４１ａ 前端部
４１ｂ 後端部
４２ リングカム
４２ａ リングカムセグメント（カムセグメント）
４２ｃ ポンプシャフト（ロータ部）
４３ シリンダブロック
４３ａ シリンダブロックセグメント（セグメント）
４４ シリンダ
４４ａ 作動室
４５ ピストン
４５ａ ローラ
４６ 軸受固定部
４７ ロータ部
４７ａ 小径部
４７ｂ 大径部
４８ 支持部
４９ａ 前方側主軸受（一対の軸受）
４９ｂ 後方側主軸受（一対の軸受）
７ 油圧系統
５０ 高圧油ライン（高圧ライン／油圧系統）
５１ 高圧配管
５１ａ フレキシブル配管（高圧配管）
５２ 高圧弁
５４ 高圧油流路
５４ａ 高圧マニホールド
６０ 低圧油ライン（低圧ライン／油圧系統）
６２ 低圧弁
６４ 低圧油流路
６５ 低圧油配管（低圧配管）
７０ 油圧モータ
７１ 出力軸
７２ フレキシブル継手
８０ 発電機
９０ 高圧用アキュムレータ（脈動防止アキュムレータ）
９１ 低圧用アキュムレータ（脈動防止アキュムレータ）
９２ シール
９３ 油溜めプレート
９４ タンク
１０１ 発電機用潤滑油ポンプ
１０２ 発電機用冷却水ライン
１０３ 補助ポンプ
１０４ 補助タンク
１０５ フィルタ
１０６ ラジエータ
１０７ 高圧リリーフ弁
１０８ 低圧リリーフ弁
１０９ ブーストポンプ
１１０ 主タンク
１１１ 冷却水ポンプ
１１２ クーラ
Ａ 中心軸（主軸中心）
Ｂ 中心軸（ヨー旋回座軸受中心）

Claims (12)

1. 再生可能エネルギーから電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
   タワーと、
   前記タワーの上端部にヨー旋回座軸受を介してヨー旋回可能に設けられたナセルと、
   前記ナセルに収納され、回転翼とともに回転する主軸と、
   前記ナセルに収納され、前記主軸の回転軸方向において前記ヨー旋回座軸受の中心軸を挟んだ前後に渡って配置された油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動される油圧モータと、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの間で前記作動油を循環させる油圧系統と、を備え、
   前記油圧モータは、少なくともその一部が平面視にて前記油圧ポンプと重なるように、前記油圧ポンプの下方且つ前記タワー内の上部空間に配置され、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータは、何れも前記ナセル側に支持され、
   前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間にヨー旋回方向における相対変位が起きないように構成されている
   ことを特徴とする再生可能エネルギー型発電装置。
2. 前記ナセルは、前記ナセルの下部に設けられて前記油圧ポンプを支持するナセル台板を含み、
   前記油圧モータは、前記ナセル台板の真下に配置されてい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. 再生可能エネルギーから電力を生成する再生可能エネルギー型発電装置であって、
   タワーと、
   前記タワーの上端部にヨー旋回座軸受を介してヨー旋回可能に設けられたナセルと、
   前記ナセルに収納され、回転翼とともに回転する主軸と、
   前記ナセルに収納され、前記主軸の回転軸方向において前記ヨー旋回座軸受の中心軸を挟んだ前後に渡って配置された油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動される油圧モータと、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの間で前記作動油を循環させる油圧系統と、を備え、
   前記油圧モータは、少なくともその一部が平面視にて前記油圧ポンプと重なるように、前記油圧ポンプの下方且つ前記タワー内の上部空間に配置され、
   前記ナセルは、前記ナセルの下部に設けられて前記油圧ポンプを支持するナセル台板を含み、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータが前記ナセル台板に支持されており、前記油圧ポンプ、前記油圧モータ及び前記油圧系統の高圧油ラインが前記ナセル台板とともにヨー旋回するように構成されていることを特徴とする再生可能エネルギー型発電装置。
4. 前記油圧ポンプは、複数のピストンを前記主軸の半径方向に沿って摺動可能にそれぞれ案内するための複数のシリンダを含むシリンダブロックを含み、
   前記高圧油ラインは、前記油圧ポンプにおける前記回転軸方向の後方側で集約されるとともに、さらに下流側の少なくとも一部が前記シリンダブロック内に案内されてなることを特徴とする請求項３に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
5. 前記高圧油ラインは、前記シリンダブロックの直下から導出されることを特徴とする請求項４に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
6. 前記ナセル側には、前記ヨー旋回座軸受のうち前記ナセルに接続される軸受上部と該軸受上部に支持される部材とを含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
7. 前記油圧モータは、その出力軸が鉛直方向となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
8. 前記タワー内における前記油圧モータの下方に、油留めプレートと該油溜めプレートに連通するタンクとが設置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
9. 前記タワー内に、前記油圧系統から外部への油漏れを防ぐためのシールと、該シールから漏れた油の油溜めと、該油溜めに連通するタンクとを備えたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
10. 前記油圧系統は、前記油圧ポンプ及び／又は前記油圧モータの脈動を防止するための脈動防止アキュムレータを備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
11. 前記再生可能エネルギー型発電装置は風力発電装置であり、
    前記回転翼により風を受けることで前記主軸が回転するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
12. 前記油圧モータは、フレキシブル継手を介して発電機に動力伝達可能に連結されていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の再生可能エネルギー型発電装置。
    

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