JP6713438B2 - 油圧ドライブトレイン及びその起動方法、並びに発電装置及びその起動方法 - Google Patents

油圧ドライブトレイン及びその起動方法、並びに発電装置及びその起動方法 Download PDF

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Description

本発明は、油圧ドライブトレイン及びその起動方法、並びに発電装置及びその起動方法に関する。
近年、様々な自然エネルギーを利用した発電装置が開発されている。例えば、黒潮等の巨大な海流もエネルギー資源であり、海流エネルギーを利用して発電を行う海流発電装置が開発されている。
特許文献１には、油圧式動力伝達機構（油圧ドライブトレイン）を備えた海流発電装置が開示されている。
また、特許文献１には、油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される作動油により回転する油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへ作動油を送る供給経路と、油圧モータから油圧ポンプへ作動油を戻す返送油路と、供給油路を開閉する切換弁と、供給油路における油圧ポンプと切換弁との中間部から返送油路に作動油をバイパスさせるバイパス油路と、バイパス油路を開閉するバイパス弁と、を備えた油圧式動力伝達機構（油圧ドライブトレイン）が開示されている。
国際公開第２０１６／０３９２９０号
ところで、特許文献１に開示された海流発電装置では、起動時の初期段階における翼の回転数が低いため、翼が回転することで発生するトルクが小さい。
このように翼が発生させるトルクが小さいと、翼が接続された回転軸の軸受や油圧ポンプの静止摩擦トルク等のメカロスによって、翼を回転させるために必要なトルクを得ることができない。つまり、翼の回転を安定させた状態で起動できないという問題があった。
そこで、本発明は、起動時の初期段階における翼のトルクを補うことで、翼の回転を安定させた状態で起動させることの可能な油圧ドライブトレイン及びその起動方法、並びに発電装置及びその起動方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る油圧ドライブトレインによれば、翼が回転することで回転する第１の回転軸とともに回転する油圧ポンプと、発電機と接続された第２の回転軸を回転させる油圧モータと、前記油圧ポンプから前記油圧モータに作動油を供給する供給油路と、前記油圧モータから前記油圧ポンプに作動油を戻す返送油路と、前記供給油路と前記返送油路とを接続するバイパス油路と、前記供給油路のうち、前記供給油路と前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧モータ側に位置する部分に設けられた切換弁と、前記バイパス油路に設けられた流量調整弁と、前記作動油が貯留された油タンクと、前記返送油路のうち、該返送油路と前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧ポンプ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第１の分岐油路と、前記第１の分岐油路に設けられ、前記油タンクからの作動油を所定の圧力で供給するブーストポンプと、前記ブーストポンプを駆動させる駆動モータと、前記返送油路のうち、前記第１の分岐油路の分岐位置よりも前記油圧モータ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された作動油に到達する第２の分岐油路と、前記第２の分岐油路に設けられ、該第２の分岐油路を開閉させる開閉弁と、前記第１の分岐油路の分岐位置と前記第２の分岐油路の分岐位置との間に位置する前記返送油路に設けられた逆止弁と、前記返送油路のうち、前記第１の分岐油路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第３の分岐油路と、前記第３の分岐油路に設けられ、所定圧力に到達した際に開くリリーフ弁と、を備え、前記リリーフ弁は、運転状態に応じて前記所定圧力を低圧設定と高圧設定とに切り替え可能な構成である。
本発明によれば、油圧ポンプ、油圧モータ、供給油路、返送油路、バイパス油路、切換弁、流量調整弁、油タンク、第１の分岐油路、ブーストポンプ、駆動モータ、第２の分岐油路、開閉弁、及び逆止弁を有することで、油圧ドライブトレインの起動を開始する際、切換弁を閉じ、開閉弁を開いた状態とし、ブーストポンプにより油タンクの作動油を油圧ポンプに供給することで、第１の回転軸とともに翼を回転させることが可能となる。
つまり、作動油が供給された油圧ポンプを第１の回転軸を回転させるモータとして機能させることが可能となるので、起動時の初期段階における翼が発生させるトルクを必要トルクよりも大きくすることが可能となる。これにより、起動時の初期段階における翼のトルクを補うことが可能となるので、翼の回転を安定させた状態で起動させることができる。
また、切換弁を閉じ、開閉弁を開けることで、油圧モータに供給した作動油を油タンク内に回収させることができる。
また、上記逆止弁を有することで、起動時において、ブーストポンプが供給する作動油が返送油路の油圧モータ側に供給されることを抑制可能となる。
これにより、起動時の初期段階において、十分な量の作動油を油圧ポンプに供給することが可能となるので、翼の回転により発生するトルクを必要トルクよりも十分に大きくすることができる。また、逆止弁を利用することで、弁の開閉制御が不要となる。
また、上記構成とされたリリーフ弁を有することで、起動時の初期段階において、リリーフ弁を高圧設定にして、ブーストポンプと油圧ポンプとの間の油路を高圧に保つことが可能となる。これにより、油圧ポンプに安定して高い圧力の作動油を供給することが可能となるので、油圧ポンプのモータとしての機能を高めることができる。
また、通常運転時において、リリーフ弁を低圧設定にすることで、第１の分岐油路の負荷を小さくすることが可能となる。これにより、容量の大きなブーストポンプを準備する必要がないため、油圧ドライブトレインの消費電力を抑制することができる。
また、上記本発明の一態様に係る油圧ドライブトレインにおいて、前記切換弁、前記流量調整弁、及び前記開閉弁と電気的に接続された制御装置をさらに備え、前記制御装置は、起動開始時において、前記切換弁を閉じ、前記開閉弁を開く制御を行うとともに、前記リリーフ弁を高圧設定にする制御を行い、起動後の通常運転時において、前記切換弁を開き、前記開閉弁を閉じる制御を行うとともに、前記リリーフ弁を低圧設定に切り替える制御を行ってもよい。
このような構成とされた制御装置を設け、起動開始時において、制御装置により、切換弁を閉じ、開閉弁を開く制御を行うとともに、リリーフ弁を高圧設定にする制御を行うことで、作動油を供給するブーストポンプと油圧ポンプとの間の油路を高圧にすることが可能となる。これにより、翼の回転で発生するトルクにブーストポンプによるトルクアシストが加わるため、必要トルクよりも大きくすることができる。
また、通常運転時において、制御装置により、リリーフ弁を低圧設定に切り替えることで、第１の分岐油路の負荷を小さくすることが可能となる。これにより、容量の大きなブーストポンプを準備する必要がないため、油圧ドライブトレインの消費電力を抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る発電装置において、上記油圧ドライブトレインと、流体により回転させられる前記翼と、前記翼の回転を規制するメカニカルブレーキと、前記翼とともに回転する前記第１の回転軸と、前記第２の回転軸の一端と接続された前記発電機と、他端が前記油圧モータと接続された前記第２の回転軸と、を備え、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間に前記油圧ドライブトレインが配置されていてもよい。
このように、発電装置が油圧ドライブトレインを含むことで、起動時の初期段階における翼のトルクを補うことで、翼の回転を安定させた状態で起動させることができる。
また、上記本発明の一態様に係る発電装置において、前記翼は、海流により回転させられてもよい。
このように、翼を海流で回転させることで、発電装置を海流発電装置として用いることが可能となる。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る油圧ドライブトレインの起動方法によれば、翼が回転することで回転する第１の回転軸とともに回転する油圧ポンプと、発電機と接続された第２の回転軸とともに回転する油圧モータと、前記油圧ポンプから前記油圧モータに作動油を供給する供給油路と、前記油圧モータから前記油圧ポンプに前記作動油を戻す返送油路と、前記供給油路と前記返送油路とを接続するバイパス油路と、前記供給油路のうち、前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧モータ側に設けられた切換弁と、前記バイパス油路に設けられた流量調整弁と、前記作動油が貯留された油タンクと、前記返送油路のうち、前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧ポンプ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第１の分岐油路と、前記第１の分岐油路に設けられ、前記油タンクからの作動油を所定の圧力で供給するブーストポンプと、前記ブーストポンプを駆動させる駆動モータと、前記返送油路のうち、前記ブーストポンプとの接続位置よりも前記油圧モータ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された作動油に到達する第２の分岐油路と、前記第２の分岐油路に設けられ、該第２の分岐油路を開閉させる開閉弁と、前記第１の分岐油路の分岐位置と前記第２の分岐油路の分岐位置との間に位置する前記返送油路に設けられた逆止弁と、を備えた油圧ドライブトレインの起動方法であって、前記油圧ドライブトレインの起動開始時において、前記切換弁を閉じ、前記流量調整弁の開度を初期開度とし、前記開閉弁を開く第１工程と、前記駆動モータにより前記ブーストポンプを駆動させ、前記油圧ポンプに作動油を供給することで、該作動油により前記翼の回転数を補助する第２工程と、前記流量調整弁の開度を調節することで、前記翼の回転数を制御する第３工程と、前記翼の回転数の補助を除いた前記翼の回転数が必要トルクを超える回転数になった際、前記翼の回転数を通常運転時の回転数に設定する第４工程と、前記開閉弁を閉じるとともに、前記切換弁を開くことで、通常運転を開始する第５工程と、を備える。
本発明によれば、ブーストポンプにより油タンクの作動油を油圧ポンプに供給することで、作動油が供給された油圧ポンプを第１の回転軸を回転させるモータとして機能させることが可能となる。
これにより、第１の回転軸とともに回転する翼の回転数が高くなるので、起動時の初期段階に翼が発生させるトルクを必要トルクよりも大きくすることが可能となる。つまり、起動時の初期段階における翼のトルクを補うことで、翼の回転を安定させた状態で起動させることができる。
また、上記本発明の一態様に係る油圧ドライブトレインの起動方法において、前記油圧ドライブトレインは、前記返送油路のうち、前記第２の分岐油路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第３の分岐油路と、前記第３の分岐油路に設けられ、所定圧力に到達した際に開くリリーフ弁と、を備え、前記第１工程では、前記リリーフ弁を高圧設定にする制御を行い、前記第５工程では、前記リリーフ弁を低圧設定に切り替える制御を行ってもよい。
このように、第１工程において、リリーフ弁を高圧設定にする制御を行うことで、作動油を供給するブーストポンプと油圧ポンプとの間の油路を高圧にすることが可能となる。これにより、翼の回転で発生するトルクを必要トルクよりも大きくすることができる。
また、上記本発明の一態様に係る発電装置の起動方法において、上記油圧ドライブトレインの起動方法を含む発電装置の起動方法であって、前記第１工程と前記第２工程との間に、前記翼の回転を規制するメカニカルブレーキを外す工程を有してもよい。
このように、第１工程と第２工程との間に、翼の回転を規制するメカニカルブレーキを外す工程を有することで、翼を回転可能な状態にすることができる。
本発明によれば、起動時の初期段階における翼のトルクを補うことで、翼の回転を安定させた状態で起動させることができる。
本発明の実施形態に係る発電装置の概略構成を示す図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る発電装置の起動方法を説明するためのフローチャートである。 起動開始から所定時間経過後の翼の回転数と翼のトルクとの関係を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。
（実施形態）
図１を参照して、本発明の実施形態に係る発電装置１０について説明する。図１において、Ｏは第１の回転軸１７の軸線（以下、「軸線Ｏ」という）を示している。
本実施形態の発電装置１０は、回転部材１１と、固定部材１２と、スラスト軸受１４と、ラジアル軸受１５と、第１の回転軸１７と、翼１８と、メカニカルブレーキ（図１には図示せず、図２に示すメカニカルブレーキ７５）と、回転数検出部（図１には図示せず、図２に示す回転数検出部８１）と、流速検出部（図１には図示せず、図２に示す流速検出部８２）と、第２の回転軸２１と、発電機２２と、油圧ドライブトレイン２５と、を有する。
回転部材１１は、固定部材１２の外側に配置された筒状の部材であり、軸線Ｏ方向に延在している。回転部材１１の軸線は、軸線Ｏと一致している。回転部材１１は、軸線Ｏ方向において固定部材１２と対向する部分と、径方向において固定部材１２と対向する部分と、回転部材１１の一方の端を構成する端板１１Ａと、を有する。回転部材１１は、軸線Ｏ周りに回転する部材である。
固定部材１２は、回転部材１１との間に隙間を介在させた状態で回転部材１１の内側に配置されている。固定部材１２は、軸線Ｏ方向に延在する筒状の部材である。固定部材１２の軸線は、軸線Ｏと略一致している。
スラスト軸受１４は、回転部材１１と固定部材１２との間に配置されている。スラスト軸受１４は、固定部材１２の軸線Ｏ方向の両端にそれぞれ配置されている。スラスト軸受１４は、スラスト方向（図１の場合、軸線Ｏ方向）に働く力（スラスト力）を受け止めるための軸受である。
ラジアル軸受１５は、一対のスラスト軸受１４の間に位置する回転部材１１と固定部材１２との間に設けられている。ラジアル軸受１５は、ラジアル方向（径方向）に働く力（ラジアル力）を受け止めるための軸受である。
第１の回転軸１７は、軸線Ｏ方向に延在しており、一端１７Ａ及び他端１７Ｂを有する。第１の回転軸１７の一端１７Ａは、油圧ドライブトレイン２５を構成する油圧ポンプ３１と接続されている。第１の回転軸１７の他端１７Ｂは、回転部材１１の端板１１Ａの内側と接続されている。これにより、回転部材１１が回転することで、第１の回転軸１７が軸線Ｏ回りに回転する。
翼１８は、回転部材１１の外側に固定されている。翼１８は、流体を受けることで、軸線Ｏ回りに回転する。そして、翼１８が回転することで、第１の回転軸１７が回転させられる。
翼１８としては、例えば、２枚のブレードが１８０°の位相差で装備された２枚翼を用いることが可能である。なお、翼１８は、２枚翼に限定されない。翼１８としては、例えば、３枚翼であってもよいし、他の枚数のものを用いることも可能である。
翼１８としては、例えば、ブレードのピッチ角が固定のピッチ角固定翼（構造がシンプルな翼）を用いることが好ましい。このように、翼１８として、ブレードのピッチ角が固定のピッチ角固定翼を用いることで、メンテナンスの頻度を低減することができる。したがって、発電装置１０が海流発電装置の場合に特に有効である。
メカニカルブレーキ（図示せず）は、翼１８が回転しないように翼１８の回転を規制するためのブレーキである。
回転数検出部（図示せず）は、翼１８の回転数を検出する。回転数検出部は、制御装置６５と電気的に接続されている。回転数検出部は、検出した翼１８の回転数に関するデータを制御装置６５（具体的には、図２に示す判定部８５）に送信する。
トルク検出部（図示せず）は、翼１８が回転することで発生するトルクを検出する。トルク検出部は、制御装置６５と電気的に接続されている。トルク検出部は、検出した翼１８のトルクに関するデータを制御装置６５（具体的には、図２に示す判定部８５）に送信する。
第２の回転軸２１は、一方向に延在しており、一端２１Ａ及び他端２１Ｂを有する。第２の回転軸２１の一端２１Ａは、発電機２２と接続されている。第２の回転軸２１の他端２１Ｂは、油圧モータ３３と接続されている。これにより、油圧モータ３３が第２の回転軸２１を回転させると、発電機２２において発電が開始される。
油圧ドライブトレイン２５は、油圧ポンプ３１と、油圧モータ３３と、供給油路３５と、返送油路３７と、バイパス油路３９と、切換弁４１と、流量調整弁４３と、油タンク４４と、第１の分岐油路４６と、ブーストポンプ４８と、逆止弁４９と、駆動モータ５１と、第２の分岐油路５３と、開閉弁５５と、逆止弁５７と、第３の分岐油路５９と、リリーフ弁６２と、制御装置６５と、を有する。
油圧ポンプ３１は、翼１８が回転することで第１の回転軸１７が回転した際、第１の回転軸１７とともに回転するポンプである。油圧ポンプ３１は、回転することで作動油を油圧モータ３３に供給する。
油圧モータ３３は、油圧ポンプ３１により作動油が供給されることで駆動し、第２の回転軸２１を回転させる。
供給油路３５は、一端が油圧ポンプ３１の出口側と接続されており、他端が油圧モータ３３の入口側と接続されている。供給油路３５は、油圧ポンプ３１から油圧モータ３３へ作動油を供給するための油路である。
返送油路３７は、一端が油圧モータ３３の出口側と接続されており、他端が油圧ポンプ３１の入口側と接続されている。返送油路３７は、油圧モータ３３から油圧ポンプ３１に作動油を戻すための油路である。
バイパス油路３９は、供給油路３５から分岐された油路であり、返送油路３７と接続されている。バイパス油路３９は、油圧モータ３３及び切換弁４１をバイパスさせるための油路であり、供給油路３５と返送油路３７とを接続している。
切換弁４１は、供給油路３５のうち、バイパス油路３９の分岐位置と油圧モータ３３との間に位置する部分に設けられている。つまり、切換弁４１は、供給油路３５のうち、供給油路３５とバイパス油路３９との接続位置よりも油圧モータ３３側に位置する部分に設けられている。切換弁４１は、制御装置６５と電気的に接続されている。切換弁４１は、制御装置６５により制御される。切換弁４１は、起動時には閉じられ、起動完了後の通常運転時には開かれる。
切換弁４１が閉じられた状態では、作動油は、油圧モータ３３に供給されない。一方、切換弁４１が開かれた状態では、作動油は、油圧モータ３３に供給され、発電機２２による発電が行われる。
流量調整弁４３は、バイパス油路３９に設けられている。流量調整弁４３は、制御装置６５と電気的に接続されている。流量調整弁４３は、制御装置６５により制御される。
流量調整弁４３の開度は、通常運転時において、油圧モータ３３の回転数（発電機２２の回転数）を調整する際に調節される。
例えば、油圧モータ３３の回転数が所望の回転数よりも高い場合には、流量調整弁４３の開度を大きくすることで、油圧モータ３３に流れる作動油の量を減少させる。
一方、油圧モータ３３の回転数が所望の回転数よりも低い場合には、流量調整弁４３の開度を小さくすることで、油圧モータ３３に流れる作動油の量を増加させる。
油タンク４４は、作動油Ａが貯留されたタンクである。
第１の分岐油路４６は、返送油路３７とバイパス油路３９との接続位置よりも油圧ポンプ３１側に位置する部分から分岐され、先端４６Ａが油タンク４４に貯留された作動油Ａに到達している。
ブーストポンプ４８は、第１の分岐油路４６に設けられている。ブーストポンプ４８は、油タンク４４からの作動油を所定の圧力で返送油路３７に供給する。
ブーストポンプ４８は、常時駆動しているポンプである。ブーストポンプ４８は、例えば、供給油路３５及び返送油路３７よりなる循環油路を循環する作動油が漏れなどにより減少した際、油タンク４４内の作動油Ａを返送油路３７に供給する。
逆止弁４９は、第１の分岐油路４６のうち、第１の分岐油路４６の分岐位置とブーストポンプ４８との間に位置する部分に設けられている。逆止弁４９は、ブーストポンプ４８から油圧ポンプ３１に向かう方向のみに作動油を移動させるための弁である。このような逆止弁４９を設けることで、作動油がブーストポンプ４８側に逆流することを抑制できる。
駆動モータ５１は、第３の回転軸５２を介することで、ブーストポンプ４８と接続されている。駆動モータ５１は、ブーストポンプ４８を駆動させるためのモータである。駆動モータ５１は、制御装置６５と電気的に接続されている。駆動モータ５１は、起動時及び通常運転時において、ブーストポンプ４８を駆動させる。
第２の分岐油路５３は、返送油路３７のうち、第１の分岐油路４６の分岐位置よりも油圧モータ３３側に位置する部分から分岐された油路である。第２の分岐油路５３の先端５３Ａは、油タンク４４に貯留された作動油Ａに到達している。
開閉弁５５は、第２の分岐油路５３に設けられている。開閉弁５５は、制御装置６５と電気的に接続されている。開閉弁５５は、制御装置６５により開閉が制御される。開閉弁５５は、起動時に開かれ、通常運転時には閉じられる。
逆止弁５７は、第１の分岐油路４６の分岐位置と第２の分岐油路５３の分岐位置との間に位置する返送油路３７に設けられている。逆止弁５７としては、第２の分岐油路５３の分岐位置から第１の分岐油路４６の分岐位置に向かう方向に作動油を流すものを用いる。
このような位置に逆止弁５７を設けることで、ブーストポンプ４８が供給する作動油が返送油路３７の油圧モータ３３側に供給されることを抑制可能となる。これにより、起動の初期段階において、十分な量の作動油を油圧ポンプ３１に供給することが可能となり、翼１８により発生されるトルクにブーストポンプ４８によるトルクアシストが加わるため、必要トルク（起動に必要なトルク）よりも十分に大きくすることができる。
第３の分岐油路５９は、返送油路３７のうち、第１の分岐油路４６の分岐位置と油圧ポンプ３１との間から分岐されている。第３の分岐油路５９の先端５９Ａは、油タンク４４に貯留された作動油Ａに到達している。
リリーフ弁６２は、第３の分岐油路５９に設けられている。リリーフ弁６２は、所定圧力に到達した際に開く弁である。リリーフ弁６２は、制御装置６５と電気的に接続されている。リリーフ弁６２は、運転状態（具体的には、起動時または通常運転時）に応じて所定圧力を低圧設定と高圧設定とに切り替え可能な構成とされている。
次に、図１及び図２を参照して、制御装置６５について説明する。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
制御装置６５は、起動指令受信部７１と、起動制御部７３と、判定部８５と、記憶部８７と、通常運転制御部８９と、を有する。
起動指令受信部７１は、起動制御部７３と電気的に接続されている。起動指令受信部７１は、油圧ドライブトレイン２５の起動指令を受信する部分である。起動指令受信部７１は、油圧ドライブトレイン２５の起動指令を受信した際、起動制御部７３に起動に必要な制御を行うように信号を送信する。
起動制御部７３は、切換弁４１、流量調整弁４３、駆動モータ５１、開閉弁５５、リリーフ弁６２、及びメカニカルブレーキ７５と電気的に接続されている。
起動制御部７３は、起動指令受信部７１からの信号を受信した際、起動に必要な状態となるように、切換弁４１、流量調整弁４３、駆動モータ５１、開閉弁５５、リリーフ弁６２、及びメカニカルブレーキ７５を制御する。
具体的には、起動制御部７３は、切換弁４１を閉止し、流量調整弁４３の開度を初期開度とし、リリーフ弁の設定を高圧設定とし、開閉弁５５を開放させる制御を行う。
判定部８５は、回転数検出部８１、流速検出部８２、記憶部８７、及び通常運転制御部８９と電気的に接続されている。判定部８５は、回転数検出部８１から翼１８の回転数に関するデータを受信するとともに、流速検出部８２から流体の流速に関するデータを受信する。
判定部８５は、受信した翼１８の回転数及び流体の流速に基づいて、翼１８の回転数が記憶部８７に記憶された必要トルクを越える回転数になったか否かの判定を行う。
判定部８５において、必要トルクを越える回転数になったと判定されると、判定部８５から通常運転制御部８９に通常運転切替指令が送信される。
記憶部８７は、判定部８５と電気的に接続されている。記憶部８７には、予め取得した必要トルクと翼１８の回転数に関する情報が記憶されている。
通常運転制御部８９は、切換弁４１、流量調整弁４３、開閉弁５５、及びリリーフ弁６２と電気的に接続されている。
通常運転制御部８９は、判定部８５からの通常運転切替指令を受信した際、通常運転に切り替えるために、切換弁４１、流量調整弁４３、開閉弁５５、及びリリーフ弁６２を制御する。
具体的には、リリーフ弁６２を高圧設定から低圧設定に切り替え、開閉弁５５を閉止し、切換弁４１を開放させる。これにより、通常運転が開始される。
本実施形態の油圧ドライブトレイン２５によれば、油圧ポンプ３１、油圧モータ３３、供給油路３５、返送油路３７、バイパス油路３９、切換弁４１、流量調整弁４３、油タンク４４、第１の分岐油路４６、ブーストポンプ４８、駆動モータ５１、第２の分岐油路５３、開閉弁５５、及びリリーフ弁６２を有することで、油圧ドライブトレイン２５の起動を開始する際、切換弁４１を閉じ、開閉弁５５を開いた状態とし、ブーストポンプ４８により油タンク４４の作動油Ａを油圧ポンプ３１に供給することで、翼１８により回転させられる第１の回転軸１７を回転させることが可能となる。
つまり、作動油が供給された油圧ポンプ３１を第１の回転軸１７を回転させるモータとして機能させることが可能となり、起動時の初期段階に翼１８が発生させるトルクにブーストポンプ４８によるトルクアシストが加わるため、必要トルクよりも大きくすることが可能となる。これにより、起動時の初期段階における翼１８のトルクを補うことが可能となるので、翼１８の回転を安定させた状態で起動させることができる。
また、切換弁４１を閉じ、開閉弁５５を開けることで、油圧モータ３３に供給した作動油を油タンク４４内に回収させることができる。
また、返送油路３７のうち、第１の分岐油路４６の分岐位置と第２の分岐油路５３の分岐位置との間に逆止弁５７を設けることで、ブーストポンプ４８が供給する作動油が返送油路３７の油圧モータ３３側に供給されることを抑制可能となる。
これにより、起動の初期段階において、十分な量の作動油を油圧ポンプ３１に供給することが可能となるので、起動時の初期段階における翼１８のトルクを十分に補うことができる。
また、返送油路３７のうち、第２の分岐油路５３の分岐位置と油圧ポンプ３１との間から分岐され、先端が油タンク４４に貯留された作動油Ａに到達する第３の分岐油路５９と、第３の分岐油路５９に設けられ、運転状態に応じて低圧設定と高圧設定とに切り替え可能なリリーフ弁６２と、を備えることで、起動時の初期段階において、リリーフ弁６２を高圧設定にすることで、ブーストポンプ４８と油圧ポンプ３１との間の油路を高圧に保つことが可能となる。
これにより、油圧ポンプ３１に安定して高い圧力の作動油を供給することが可能となるので、油圧ポンプ３１のモータとしての機能を高めることができる。
また、通常運転時において、リリーフ弁６２を低圧設定にすることで、第１の分岐油路４６の負荷を小さくすることが可能となるので、油圧ドライブトレイン２５の消費電力を抑制することができる。
さらに、上述した制御装置６５を設け、起動開始時において、切換弁４１を閉じ、開閉弁５５を開く制御を行うとともに、リリーフ弁６２を高圧設定にする制御を行うことで、作動油を供給するブーストポンプ４８と油圧ポンプ３１との間の油路を高圧にすることが可能となる。これにより、翼１８の回転で発生するトルクを必要トルクよりも大きくすることができる。
また、翼１８の回転数が所定の回転数とされた通常運転時において、制御装置６５により、リリーフ弁６２を低圧設定に切り替えることで、第１の分岐油路４６の負荷を小さくすることが可能となるので、油圧ドライブトレイン２５の消費電力を抑制できる。
なお、本実施形態の発電装置１０は、海流発電装置に適用する場合に特に有効であるが、海流発電装置以外の発電装置にも適用可能である。
次に、図１〜図４を参照して、本実施形態の発電装置１０の起動方法について説明する。なお、本実施形態の発電装置１０の起動方法を説明する中で、本実施形態の油圧ドライブトレイン２５の起動方法について説明する。
図４において、Ｂは翼１８のトルクを補助する期間（以下、「起動時の初期段階Ｂ」という）、Ｃは油圧ドライブトレイン２５を用いて補助された初期段階Ｂのトルク量（以下、「トルク量Ｃ」という）、Ｄは起動に必要な必要トルク（以下、「必要トルクＤ」という）、Ｅは油圧ドライブトレイン２５によるトルク補助が無い場合の初期段階Ｂの翼発生トルク（以下、「翼発生トルクＥ」という）、Ｆは油圧ドライブトレイン２５によるトルク補助が有る場合の初期段階Ｂの翼発生トルク（以下、「翼発生トルクＦ」という）、Ｇは通常運転の期間（以下、「通常運転期間Ｇ」という）、Ｈは通常運転期間Ｇの翼発生トルク（以下、「翼発生トルクＨ」という）をそれぞれ示している。
図３に示す処理が開始されると、Ｓ１では、油圧ドライブトレイン２５の起動開始時において、制御装置６５により、切換弁４１の閉止処理、流量調整弁４３の開度を初期開度に設定する処理、リリーフ弁６２の高圧設定処理、及び開閉弁５５の開放処理が行われる（第１工程）。
具体的には、Ｓ１では、下記処理が行われる。初めに、起動指令受信部７１に起動指令信号が入力される。次いで、起動指令受信部７１は、起動制御部７３に起動に必要な制御を行うように信号を送信する。
その後、起動制御部７３により、切換弁４１の閉止処理、流量調整弁４３の開度の初期開度設定処理、リリーフ弁６２の高圧設定処理、及び開閉弁５５を開放処理が行われる。
次いで、Ｓ２では、起動指令受信部７１から信号を受信した起動制御部７３により、メカニカルブレーキ７５を外す処理を行う。これにより、翼１８が回転可能な状態となる。
次いで、Ｓ３では、駆動モータ５１によりブーストポンプ４８を駆動させ、油圧ポンプ３１に作動油Ａを供給することで、初期段階Ｂにおける翼１８の回転数を補助する（第２工程）。
このように、ブーストポンプ４８を駆動させて油圧ポンプ３１に作動油Ａを供給することで、作動油が供給された油圧ポンプ３１を第１の回転軸１７を回転させるモータとして機能させることが可能となる。これにより、起動時の初期段階Ｂに翼１８が発生させる翼発生トルクＦを必要トルクＤよりも大きくすることが可能となる。
なお、翼発生トルクＦは、翼１８の回転数の補助が無い場合の翼発生トルクＥにトルク量Ｃを加えたトルクである。
次いで、Ｓ４では、流量調整弁４３の開度を調節することで、翼１８の回転数を制御する（第３工程）。
次いで、Ｓ５では、翼１８の回転数の補助を除いた翼１８の回転数が必要トルクＤ以上の回転数になったか否かの判定が行われる。
具体的には、回転数検出部８１から送信される翼１８の回転数に関するデータ、流速検出部８２から送信される流体の流速に関するデータ、及び記憶部８７に記憶された必要トルクＤに基づいて、判定部８５により、受信した翼１８の回転数が必要トルクＤを越える回転数になったか否かの判定が行われる。
Ｓ５において、翼１８の回転数の補助を除いた翼１８の回転数が必要トルクＤ以上の回転数になったと判定（Ｙｅｓと判定）されると、処理は、Ｓ６へと進む。このとき、判定部８５から通常運転制御部８９に通常運転切替指令信号が送信される。
一方、Ｓ５において、翼１８の回転数の補助を除いた翼１８の回転数が必要トルクＤ以上の回転数になっていないと判定（Ｎｏと判定）されると、処理は、Ｓ４へと戻る。
次いで、Ｓ６では、翼１８の回転数の補助を除いた翼１８の回転数が必要トルクＤ以上の回転数になった際、翼１８の回転数を通常運転時の回転数に設定する（第４工程）。
次いで、Ｓ７では、通常運転切替指令信号を受信した通常運転制御部８９により、リリーフ弁６２の低圧設定処理、開閉弁５５の閉止処理、切換弁４１の開放処理を行うことで、通常運転に切り替える（第５の工程）。その後、図３に示す処理は、終了される。
本実施形態の油圧ドライブトレイン２５の起動方法によれば、上述した第１工程、第２工程、第３工程、第４工程、及び第５工程を有することで、ブーストポンプ４８により油タンク４４の作動油Ａを油圧ポンプ３１に供給して、翼１８により回転させられる第１の回転軸１７を回転させることが可能となる。
つまり、作動油Ａが供給された油圧ポンプ３１を第１の回転軸１７を回転させるモータとして機能させることが可能となる。
これにより、第１の回転軸１７とともに回転する翼１８の回転数が高くなるので、起動時の初期段階Ｂに翼１８が発生させるトルクを必要トルクＤよりも大きくすることが可能となる。つまり、起動時の初期段階Ｂにおける翼１８のトルクを補うことで、翼１８の回転を安定させた状態で起動させることができる。
また、第１工程において、リリーフ弁６２を高圧設定にする制御を行うことで、作動油を供給するブーストポンプ４８と油圧ポンプ３１との間の油路を高圧にすることが可能となる。これにより、翼１８の回転で発生するトルクを必要トルクＤよりも大きくすることができる。
さらに、第５工程において、リリーフ弁６２を高圧設定から低圧設定に切り替えることで、第１の分岐油路４６の負荷を小さくすることが可能となるので、油圧ドライブトレイン２５の消費電力を抑制できる。
また、第１工程と第２工程との間に、翼１８の回転を規制するメカニカルブレーキ７５を外す工程を有することで、翼１８を回転可能な状態にすることができる。
なお、上記油圧ドライブトレイン２５の起動方法を含む本実施形態の発電装置１０の起動方法は、上述した油圧ドライブトレイン２５の起動方法と同様な効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、第５工程において、リリーフ弁６２を高圧設定から低圧設定への切り替えを行う場合を例に挙げて説明したが、高圧設定から低圧設定への切り替えは必要に応じて行えばよく、必ずしも行う必要はない。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０…発電装置、１１…回転部材、１１Ａ…端板、１２…固定部材、１４…スラスト軸受、１５…ラジアル軸受、１７…第１の回転軸、１７Ａ，２１Ａ…一端、１７Ｂ，２１Ｂ…他端、１８…翼、２１…第２の回転軸、２２…発電機、２５…油圧ドライブトレイン、３１…油圧ポンプ、３３…油圧モータ、３５…供給油路、３７…返送油路、３９…バイパス油路、４１…切換弁、４３…流量調整弁、４４…油タンク、４６…第１の分岐油路、４６Ａ，５３Ａ，５９Ａ…先端、４８…ブーストポンプ、４９…逆止弁、５１…駆動モータ、５２…第３の回転軸、５３…第２の分岐油路、５５…開閉弁、５７…逆止弁、５９…第３の分岐油路、６２…リリーフ弁、６５…制御装置、７１…起動指令受信部、７３…起動制御部、７５…メカニカルブレーキ、８１…回転数検出部、８２…流速検出部、８５…判定部、８７…記憶部、８９…通常運転制御部、Ａ…作動油、Ｂ…初期段階、Ｃ…トルク量、Ｄ…必要トルク、Ｅ，Ｆ，Ｈ…翼発生トルク、Ｇ…通常運転期間、Ｏ…軸線

Claims (7)

  1. 翼が回転することで回転する第１の回転軸とともに回転する油圧ポンプと、
    発電機と接続された第２の回転軸を回転させる油圧モータと、
    前記油圧ポンプから前記油圧モータに作動油を供給する供給油路と、
    前記油圧モータから前記油圧ポンプに作動油を戻す返送油路と、
    前記供給油路と前記返送油路とを接続するバイパス油路と、
    前記供給油路のうち、前記供給油路と前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧モータ側に位置する部分に設けられた切換弁と、
    前記バイパス油路に設けられた流量調整弁と、
    前記作動油が貯留された油タンクと、
    前記返送油路のうち、該返送油路と前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧ポンプ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第１の分岐油路と、
    前記第１の分岐油路に設けられ、前記油タンクからの作動油を所定の圧力で供給するブーストポンプと、
    前記ブーストポンプを駆動させる駆動モータと、
    前記返送油路のうち、前記第１の分岐油路の分岐位置よりも前記油圧モータ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された作動油に到達する第２の分岐油路と、
    前記第２の分岐油路に設けられ、該第２の分岐油路を開閉させる開閉弁と、
    前記第１の分岐油路の分岐位置と前記第２の分岐油路の分岐位置との間に位置する前記返送油路に設けられた逆止弁と、
    前記返送油路のうち、前記第１の分岐油路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第３の分岐油路と、
    前記第３の分岐油路に設けられ、所定圧力に到達した際に開くリリーフ弁と、
    を備え、
    前記リリーフ弁は、運転状態に応じて前記所定圧力を低圧設定と高圧設定とに切り替え可能な構成である油圧ドライブトレイン。
  2. 前記切換弁、前記流量調整弁、及び前記開閉弁と電気的に接続された制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、起動開始時において、前記切換弁を閉じ、前記開閉弁を開く制御を行うとともに、前記リリーフ弁を高圧設定にする制御を行い、
    起動後の通常運転時において、前記切換弁を開き、前記開閉弁を閉じる制御を行うとともに、前記リリーフ弁を低圧設定に切り替える制御を行う請求項１記載の油圧ドライブトレイン。
  3. 請求項１または２記載の油圧ドライブトレインと、
    流体により回転させられる前記翼と、
    前記翼の回転を規制するメカニカルブレーキと、
    前記翼とともに回転する前記第１の回転軸と、
    前記第２の回転軸の一端と接続された前記発電機と、
    他端が前記油圧モータと接続された前記第２の回転軸と、
    を備え、
    前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間に前記油圧ドライブトレインが配置された発電装置。
  4. 前記翼は、海流により回転させられる請求項３記載の発電装置。
  5. 翼が回転することで回転する第１の回転軸とともに回転する油圧ポンプと、発電機と接続された第２の回転軸とともに回転する油圧モータと、前記油圧ポンプから前記油圧モータに作動油を供給する供給油路と、前記油圧モータから前記油圧ポンプに前記作動油を戻す返送油路と、前記供給油路と前記返送油路とを接続するバイパス油路と、前記供給油路のうち、前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧モータ側に設けられた切換弁と、前記バイパス油路に設けられた流量調整弁と、前記作動油が貯留された油タンクと、前記返送油路のうち、前記バイパス油路との接続位置よりも前記油圧ポンプ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第１の分岐油路と、前記第１の分岐油路に設けられ、前記油タンクからの作動油を所定の圧力で供給するブーストポンプと、前記ブーストポンプを駆動させる駆動モータと、前記返送油路のうち、前記ブーストポンプとの接続位置よりも前記油圧モータ側に位置する部分から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された作動油に到達する第２の分岐油路と、前記第２の分岐油路に設けられ、該第２の分岐油路を開閉させる開閉弁と、前記第１の分岐油路の分岐位置と前記第２の分岐油路の分岐位置との間に位置する前記返送油路に設けられた逆止弁と、を備えた油圧ドライブトレインの起動方法であって、
    前記油圧ドライブトレインの起動開始時において、前記切換弁を閉じ、前記流量調整弁の開度を初期開度とし、前記開閉弁を開く第１工程と、
    前記駆動モータにより前記ブーストポンプを駆動させ、前記油圧ポンプに作動油を供給することで、該作動油により前記翼の回転数を補助する第２工程と、
    前記流量調整弁の開度を調節することで、前記翼の回転数を制御する第３工程と、
    前記翼の回転数の補助を除いた前記翼の回転数が必要トルクを超える回転数になった際、前記翼の回転数を通常運転時の回転数に設定する第４工程と、
    前記開閉弁を閉じるとともに、前記切換弁を開くことで、通常運転を開始する第５工程と、
    を備えた油圧ドライブトレインの起動方法。
  6. 前記油圧ドライブトレインは、前記返送油路のうち、前記第２の分岐油路の分岐位置と前記油圧ポンプとの間から分岐され、先端が前記油タンクに貯留された前記作動油に到達する第３の分岐油路と、
    前記第３の分岐油路に設けられ、所定圧力に到達した際に開くリリーフ弁と、
    を備え、
    前記第１工程では、前記リリーフ弁を高圧設定にする制御を行い、
    前記第５工程では、前記リリーフ弁を低圧設定に切り替える制御を行う請求項５記載の油圧ドライブトレインの起動方法。
  7. 請求項５または６記載の油圧ドライブトレインの起動方法を含む発電装置の起動方法であって、
    前記第１工程と前記第２工程との間に、前記翼の回転を規制するメカニカルブレーキを外す工程を有する発電装置の起動方法。
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