JPWO2012070142A1

JPWO2012070142A1 - 翼ピッチ制御装置、風力発電装置、及び翼ピッチ制御方法

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Publication number: JPWO2012070142A1
Application number: JP2011505048A
Authority: JP
Inventors: 誠太関; 智裕沼尻
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: CA2730677A1; US20120134801A1; KR101206665B1; US8439638B2; CN102741548A; KR20120090757A; AU2010276466A1; WO2012070142A1; JP5331197B2

Abstract

油圧シリンダ（４８）は、風力発電装置の翼（２０）に連結され、駆動することによって翼（２０）のピッチ角を変化させ、可変吐出量形の油圧ポンプ（４４）は、油圧シリンダ（４８）へ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従しない。圧力制御弁は、油圧ポンプ（４４）の吐出圧力が設定圧力となった場合に、油圧ポンプ（４４）の吐出量を変化させ、油圧ポンプ（４４）の吐出圧力をカットオフ圧力未満の圧力とするために開状態となる。そして、設定制御部（６０）は、上記圧力が油圧シリンダ（４８）によってピッチ角を所定の角度に変化させるのに必要最低限な圧力となるように、上記設定圧力を、油圧シリンダ（４８）が必要とする油圧に基づいて設定するので、油圧ポンプ（４４）の吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができ、かつ消費電力の低減を図ることができる。

Description

本発明は、翼ピッチ制御装置、風力発電装置、及び翼ピッチ制御方法に関するものである。

複数の翼が回動可能に連結されているロータの回転により発電する風力発電装置は、特許文献１に記載のように、翼を駆動させるための油圧シリンダが設けられている。そして、油圧シリンダが駆動することで各翼がロータに対して回動し、翼のピッチが変えられるようになっている。

そして、油圧シリンダへ作動油を供給する油圧ポンプとして、可変吐出量形の油圧ポンプ（例えば、斜板式の油圧ポンプであるアキシアルピストンポンプ）が用いられる場合がある。この油圧ポンプは、吐出流量が負荷流量にポンプの設定範囲内で追従するという利点がある。

特開２００２−３０３２５５号公報

しかし、上記油圧ポンプは、吐出流量が負荷流量に追従する一方、吐出圧力が負荷圧力に追従しないため、吐出圧力と負荷圧力との差圧が損失エネルギーとなり、主に熱エネルギーとして失われ、作動油の温度を上昇させる。
そのため、ポンプを駆動させるための電動機の出力が上記差圧分だけ過大となり、かつ作動油の温度を適正温度とするためのオイルクーラをはじめとする冷却機能も差圧による温度上昇に応じて必要となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吐出圧力が負荷圧力に追従しない可変吐出量形の油圧ポンプを、翼のピッチ角を変更させるための油圧シリンダへの作動油の供給に用いたとしても、該油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる翼ピッチ制御装置、風力発電装置、及び翼ピッチ制御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に、本発明の翼ピッチ制御装置、風力発電装置、及び翼ピッチ制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る翼ピッチ制御装置は、複数の翼が回動可能に連結されているロータの回転により発電する風力発電装置の翼ピッチ制御装置であって、前記翼に連結され、駆動することによって前記翼のピッチ角を変化させる油圧シリンダと、前記油圧シリンダへ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められた第１圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力となった場合に、前記油圧ポンプの吐出量を変化させ、前記油圧ポンプの吐出圧力を前記第１圧力未満の第２圧力とするために開状態となる弁と、前記第２圧力が前記油圧シリンダによって前記ピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、前記設定圧力を、前記油圧シリンダが必要とする油圧に基づいて設定する吐出圧力設定手段と、を備える。

本発明によれば、油圧シリンダは、風力発電装置の翼に連結され、駆動することによって翼のピッチ角を変化させ、可変吐出量形の油圧ポンプは、例えば、斜板式の油圧ポンプ（アキシアルピストンポンプ）やラジアルピストンポンプであって、油圧シリンダへ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められた第１圧力以上では作動油を吐出しない。
弁は、油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力となった場合に開状態となることで、油圧ポンプの吐出量を変化させ、油圧ポンプの吐出圧力を第１圧力未満の第２圧力とする。
そして、吐出圧力設定手段によって、第２圧力が油圧シリンダによってピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、弁を開状態とする設定圧力が、油圧シリンダが必要とする油圧に基づいて設定される。
従って、油圧ポンプの吐出圧力が、油圧シリンダを駆動させるために必要最低限の圧力となるので、可変吐出量形の油圧ポンプを、翼のピッチ角を変更させるための油圧シリンダへの作動油の供給に用いたとしても、油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。

また、本発明の翼ピッチ制御装置は、前記油圧シリンダが複数備えられ、前記吐出圧力設定手段が、前記設定圧力を、複数の前記油圧シリンダが必要とする油圧のうち、最も高い油圧に基づいて前記設定圧力を設定してもよい。
本発明によれば、油圧シリンダが必要とする油圧が、各油圧シリンダ毎に異なっていても、吐出圧力設定手段によって、弁が開状態となる設定圧力が、最も高い油圧に基づいて設定される。従って、風力発電装置の翼のピッチ角が各々独立して制御されていても、油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。

また、本発明の翼ピッチ制御装置は、前記油圧シリンダが生じさせる物理量を測定する測定手段を備え、前記吐出圧力設定手段が、前記測定手段によって測定された前記物理量を用いて前記油圧シリンダが必要とする油圧を導出し、前記設定圧力を、該導出した油圧に基づいて設定してもよい。
本発明によれば、吐出圧力設定手段によって、測定手段で測定された物理量を用いて油圧シリンダが必要とする油圧が導出され、弁が開状態となる設定圧力が、該導出された油圧に基づいて設定されるので、より簡易に、油圧シリンダが必要とする油圧を常時導出することができる。

また、本発明の翼ピッチ制御装置は、前記吐出圧力設定手段が、前記風力発電装置が有する情報を用いて前記油圧シリンダが必要とする油圧を導出し、前記設定圧力を、該導出した油圧に基づいて設定してもよい。
本発明によれば、吐出圧力設定手段によって、風力発電装置が有する情報を用いて油圧シリンダが必要とする油圧が導出され、弁が開状態となる設定圧力が、該導出された油圧に基づいて設定されるので、簡易な構成で、油圧シリンダが必要とする油圧を常時導出することができる。

また、前記風力発電装置が有する情報を、前記風力発電装置が有する発電機出力、前記翼のピッチ角、前記翼のアジマス角、及び前記ロータの回転数の少なくとも一つとしてもよい。
本発明によれば、すなわち、幾何学的に変換されるシリンダ推力を用いて油圧シリンダが必要とする油圧を導出するので、より簡易に、油圧シリンダが必要とする油圧を導出することができる。

一方、本発明に係る風力発電装置は、複数の翼を有するロータと、前記ロータが有する複数の翼のピッチ角を変化させるための上記記載の翼ピッチ制御装置と、を備える。
本発明によれば、上記記載の翼ピッチ制御装置を備えるため、油圧ポンプの吐出圧力を、油圧シリンダを駆動させるために必要最低限な圧力にすることが可能となるので、油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。

さらに、本発明に係る翼ピッチ制御方法は、翼に連結され、駆動することによって前記翼のピッチ角を変化させる油圧シリンダと、前記油圧シリンダへ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められた第１圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプと、を備えた風力発電装置の翼ピッチ制御方法であって、前記油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力となった場合に、前記油圧ポンプの吐出量を変化させ、前記油圧ポンプの吐出圧力を前記第１圧力未満の第２圧力とするために開状態となる弁により、該第２圧力が前記油圧シリンダによって前記ピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、前記設定圧力を、前記油圧シリンダが必要とする油圧に基づいて設定する工程、を含む。
本発明によれば、油圧ポンプの吐出圧力が、油圧シリンダを駆動させるために必要最低限の圧力となるので、油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。

本発明によれば、吐出圧力が負荷圧力に追従しない可変吐出量形の油圧ポンプを、翼のピッチ角を変更させるための油圧シリンダへの作動油の供給に用いたとしても、該油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の外観図である。本発明の第１実施形態に係る翼のピッチ角を制御するための翼ピッチ制御装置の構成を示すブロック図である。アキシアルピストンポンプの損失エネルギーの説明に要する図であり、（Ａ）は、アキシアルピストンポンプを用いた油圧回路の一例を示し、（Ｂ）は、アキシアルピストンポンプの吐出圧力と吐出流量との関係の一例を示すグラフである。本発明の第１実施形態に係る油圧ポンプの油圧回路図である。本発明の第１実施形態に係る吐出圧力制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁設定処理の効果を示す図である。本発明の第２実施形態に係る翼のピッチ角を制御するための翼ピッチ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る吐出圧力制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る翼ピッチ制御装置、風力発電装置、及び翼ピッチ制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本第１実施形態に係る風力発電装置１０の外観図である。
図１に示す風力発電装置１０は、基礎１２上に立設される支柱１４と、支柱１４の上端に設置されるナセル１６と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル１６に設けられるロータ１８とを有している。

ロータ１８には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（本第１実施形態では３枚）の風車回転翼（以下、単に「翼２０」という）がロータ１８に取り付けられている。これにより、ロータ１８の回転軸線方向から翼２０に当たった風の力が、ロータ１８を回転軸線周りに回転させる動力に変換され、該動力が発電機（不図示）によって電力に変換されるようになっている。なお、翼２０は、風向きに対して回動可能にロータ１８に連結されており、翼２０のピッチ角が制御可能とされている。

このような風力発電装置１０は、例えば、翼２０のピッチ角を個別に制御する翼ピッチ制御装置４０（図２参照）に油圧が用いられている。また、翼２０と一体に回転する主軸を支持する軸受や、翼２０及び主軸の回転数を増速する増速機等の回転・摺動部に対し、潤滑油を供給して潤滑する潤滑装置が設けられている。

図２は、第１実施形態に係る翼２０のピッチ角を制御するための翼ピッチ制御装置４０の構成を示すブロック図である。
翼ピッチ制御装置４０は、オイルタンク４２、油圧ポンプ４４、電磁比例方向流量制御弁４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ、及び油圧シリンダ４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃを備えており、各々、油圧配管５０によって接続されている。なお、電磁比例方向流量制御弁４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ、及び油圧シリンダ４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃは、各々翼２０毎に対応して備えられている。以下の説明において、各電磁比例方向流量制御弁を区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｃの何れかを付し、各電磁比例方向流量制御弁を区別しない場合は、Ａ〜Ｃを省略する。また、各油圧シリンダを区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｃの何れかを付し、各油圧シリンダを区別しない場合は、Ａ〜Ｃを省略する。

オイルタンク４２には、作動油が貯蔵されており、該作動油は、油圧ポンプ４４によって、吸引及び昇圧され、油圧配管５０を通って回転継手５２及び分配ブロック５４を介して、各翼２０毎に設けられた電磁比例方向流量制御弁４６及び油圧シリンダ４８へ供給される。

電磁比例方向流量制御弁４６には、風力発電装置１０の全体の制御を司る主制御部５６から送信される、翼２０のピッチ角の設定値を示すピッチ角指令値が送信される。そして、電磁比例方向流量制御弁４６は、受信したピッチ角指令値に応じたスプール位置指令値に基づいて、翼２０のピッチ角を変化させる方向に応じて油圧流路を切り替えると共に、油圧シリンダ４８へ供給する作動油の流量を制御する。

油圧シリンダ４８は、翼２０に連結され、駆動することによって翼２０のピッチ角を変化させるものである。油圧シリンダ４８に供給された作動油は、電磁比例方向流量制御弁４６が設定した油圧流路及び流量に応じてピストンを左右いずれか一方に押圧する。この結果、油圧シリンダ４８のピストンロッドに連結された翼２０は、ピストンの移動方向に応じて回動し、所望のピッチ角に制御される。

回転継手５２は、ナセル１６（固定部）側の油圧配管５０とロータ１８（回転部）側の油圧配管５０を繋ぎ、分配ブロック５４は、各電磁比例方向流量制御弁４６へ作動油を分配する。

また、本第１実施形態に係る油圧シリンダ４８は、各々油圧シリンダ４８が生じさせる物理量を測定する測定部５８を備えている。なお、本第１実施形態に係る測定部５８は、上記物理量として油圧シリンダ４８の推力を測定する。

ここで、本第１実施形態にかかる油圧ポンプ４４は、吐出流量は負荷流量に追従するものの、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められたカットオフ圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプ（本第１実施形態では、一例として斜板式の油圧ポンプ（所謂アキシアルピストンポンプ））である。
図３（Ａ）は、従来のアキシアルピストンポンプ７０を用いた油圧回路の一例を示し、図３（Ｂ）は、アキシアルピストンポンプ７０の吐出圧力と吐出流量との関係を示すグラフである。
図３（Ａ）に示すように、電動機７２によって駆動されるアキシアルピストンポンプ７０からの吐出流量をＱ_inとし、吐出圧力をＰ_inとする。一方、絞り弁７４を介して接続されている油圧モータ（負荷）７６の負荷流量をＱ_outとし、負荷圧力をＰ_outとする。そして、図３（Ｂ）の実線が、アキシアルピストンポンプ７０における予め設定された吐出圧力と吐出流量との関係を示す油圧−流量カーブであり、馬力（吐出圧力と吐出流量との積）が一定になるように、馬力制御がされている場合である。この場合、式（１）に示されるように、吐出圧力Ｐ_inと負荷圧力Ｐ_outとの差圧ΔＰと吐出流量Ｑ_inとの積が損失エネルギーΔＬに相当する。

一方、一点鎖線が、馬力制御がされていない場合であり、この場合、カットオフ圧力Ｐ_cutoffと負荷圧力Ｐ_outとの差圧と吐出流量Ｑ_inとの積が損失エネルギーに相当する。

ここで、従来、上記損失エネルギーは、電磁比例方向流量制御弁によって絞りにより消費され、主に熱エネルギーとして消費され、作動油の温度が上昇する。このため、アキシアルピストンポンプ７０を駆動させるための電動機７２の出力が上記差圧分だけ過大なうえ、作動油の温度を適正に保つためのオイルクーラを必要としていた。

そこで、本第１実施形態に係る油圧ポンプ４４には、油圧ポンプ４４の吐出圧力が設定圧力となった場合に、油圧ポンプ４４の吐出量を変化（油圧ポンプ４４の斜板の傾転量を変化）させることで、油圧ポンプ４４の吐出圧力をカットオフ圧力未満の圧力とするために開状態となる圧力制御弁８０（図４参照）が設けられている。

図４は、本第１実施形態にかかる油圧ポンプ４４の油圧回路図の一例（馬力制御がない油圧ポンプ）である。同図に示すように、斜板８２を有する油圧ポンプ４４は、斜板８２に連結されたサーボピストン８４の両端の圧力室（大径室８６Ａ及び小径室８６Ｂ）内の圧力をカットオフスプール８８と差圧スプール９０によって制御することで、ポンプ吐出流量を変化させる。なお、差圧スプール９０の図４の左側には、バネ力及び作動油の吐出圧力が働く一方、右側には作動油の吐出圧力が働いている。そして、差圧スプール９０の図４の左側には、油圧配管あるいはマニホールドラックを介して圧力制御弁８０が接続されている。
油圧ポンプ４４の吐出圧力が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力よりも低い場合には、従来既知のアキシアルピストンポンプと同様の動作をするため、説明を省略するが、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、上記設定圧力に達した場合には、以下のような動作を行うため、油圧ポンプ４４の吐出圧力は、上記設定圧力に応じたカットオフ圧力以下の圧力に制御される。なお、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力よりも低い場合は、差圧スプール９０は、差圧スプール９０に働くバネ力によって、図４の右側に位置している。

油圧ポンプ４４の吐出圧力が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力に達した場合、圧力制御弁８０が開き、絞り９２によって差圧スプール９０の左右に圧力差が生じる。この圧力差が差圧スプール９０に働くバネ力よりも大きくなった場合に、差圧スプールが図４の左側に移動する。
これによって、吐出圧力は、サーボピストン８４の大径室８６Ａに導かれ、サーボピストン８４は、斜板８２の傾転量を減少させる。このため、油圧ポンプ４４の流量が減少する。
一方、オリフィス９２を通る流量が減少すると、絞り９２によって生じる圧力差が小さくなるため、差圧スプール９０は再び右側へ戻り、サーボピストン８４は、斜板８２の傾転量を増加させる。
この動作を繰り返すことによって、本第１実施形態に係る油圧ポンプ４４の吐出圧力は、カットオフ圧力以下の圧力（圧力制御弁８０と差圧スプール９０の設定圧力との合計の圧力）に制御される。
なお、油圧ポンプ４４の吐出圧力の最大値であるカットオフ圧力は、カットオフスプール８８によって決定されるため、カットオフ圧力の大きさは変化しない。

そして、本第１実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０は、油圧ポンプ４４の吐出圧力が油圧シリンダ４８によって翼２０のピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力を、油圧シリンダ４８が必要とする油圧に基づいて設定する設定制御部６０（図２参照）を備えている。すなわち、設定制御部６０によって、吐出圧力Ｐ_inと負荷圧力Ｐ_outとの差圧ΔＰが小さくなるように、圧力制御弁８０が開状態となる圧力が設定される処理（以下、「圧力制御弁設定処理」という。）が行われる。上記所定の角度とは、ピッチ角指令値に基づくピッチ角である。また、油圧シリンダ４８が必要とする油圧を、以下の説明において「必要圧力」という。
なお、本第１実施形態に係る設定制御部６０には、測定部５８で測定された油圧シリンダ４８の推力を示す推力値が連続して送信される。そして、設定制御部６０は、該推力値を用いて油圧シリンダ４８の必要圧力を導出し、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力を、該導出した必要圧力に基づいて設定する。

図５は、圧力制御弁設定処理を行う場合に、設定制御部６０によって実行される圧力制御弁設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、圧力制御弁設定プログラムは設定制御部６０が備える不図示の記憶装置（半導体記憶装置又は磁気記憶装置）の所定領域に予め記憶されている。なお、本プログラムは、風力発電装置１０の動作が開始されると共に開始される。

まず、ステップ１００では、主制御部５６から送信されるピッチ角指令値と実際のピッチ角（実角）との偏差を算出し、計測された油圧シリンダ４８の推力値と該偏差をはじめとするピッチ制御プログラム内の演算とに基づいて、各油圧シリンダ４８毎に必要な推力（以下、「必要推力」という。）を算出する。

次のステップ１０２では、ステップ１００で算出した各油圧シリンダ４８毎の必要推力から、各油圧シリンダ４８の必要圧力を算出する。なお、以下の説明において、油圧シリンダ４８Ａの必要圧力をＰ_Ａとし、油圧シリンダ４８Ｂの必要圧力をＰ_Ｂとし、油圧シリンダ４８Ｃの必要圧力をＰ_Ｃとする。

次のステップ１０４では、ステップ１０２で算出した必要圧力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃのうち、最も高い必要圧力に基づいて、圧力制御弁８０の設定圧力を設定する。具体的には、圧力制御弁８０の設定圧力は、例えば、最も高い必要圧力に油圧ポンプ４４から油圧シリンダ４８までの圧損を加味した圧力が油圧ポンプ４４の吐出圧力となるように設定される。そして、本プログラムは、風力発電装置１０の動作が停止されるまで繰り返される。

図６は、圧力制御弁設定処理の効果の一例を示す図である。
圧力制御弁８０が設けられていない従来の油圧ポンプでは、吐出圧力と各必要圧力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃとの差圧ΔＰ_Ａ’，ΔＰ_Ｂ’，ΔＰ_Ｃ’とが損失エネルギーに相当する。
一方、本第１実施形態では、油圧ポンプ４４が、必要圧力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃのうち、最大値である必要圧力Ｐ_Ａと同等の吐出圧力で作動油を吐出するように、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力が設定される。このため、本第１実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０では、吐出圧力と必要圧力Ｐ_Ａとはほぼ同等となり、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、油圧シリンダ４８を駆動させるために必要最低限の圧力となるので、吐出圧力と必要圧力Ｐ_Ａとの差圧は、無視できるほど小さくなる。そして、吐出圧力と必要圧力Ｐ_Ｂとの差圧ΔＰ_Ｂ（ΔＰ_Ｂ＜ΔＰ_Ｂ’）、吐出圧力と必要圧力Ｐ_Ｃとの差圧ΔＰ_Ｃ（ΔＰ_Ｃ＜ΔＰ_Ｃ’）が、損失エネルギーに相当するため、従来に比較して、損失エネルギーが低減される。

以上説明したように、本第１実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０は、油圧ポンプ４４の吐出圧力が設定圧力となった場合に開状態となることで、油圧ポンプ４４が有する斜板８２の傾転量を変化させ、油圧ポンプ４４の吐出圧力をカットオフ圧力未満の圧力とする圧力制御弁８０を備える。そして、翼ピッチ制御装置４０が備える設定制御部６０は、油圧ポンプ４４の吐出圧力が油圧シリンダ４８によってピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、上記設定圧力を、油圧シリンダ４８の必要圧力に基づいて設定する。
従って、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、油圧シリンダ４８を駆動させるための圧力とほぼ同等となり、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、油圧シリンダ４８を駆動させるために必要最低限の圧力となるので、可変吐出量形の油圧ポンプ４４を、翼２０のピッチ角を変更させるための油圧シリンダ４８への作動油の供給に用いたとしても、油圧ポンプ４４の吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。また、本第１実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０は、油圧シリンダ４８を駆動させるための圧力を必要最低限の圧力とできるため、従来に比較して、消費電力の低減を図ることができる。

また、油圧シリンダ４８の必要圧力が各油圧シリンダ４８毎に異なっていても、設定制御部６０が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力を、最も高い必要圧力に基づいて設定する。従って、本第１実施形態に係るピッチ制御部４０は、翼２０のピッチ角が各々独立して制御されていても、油圧ポンプ４４の吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。

また、設定制御部６０は、測定部５８で測定された油圧シリンダ４８の推力を用いて油圧シリンダ４８の必要圧力を導出し、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力を、該導出した油圧に基づいて設定する。従って、本第１実施形態に係るピッチ制御部４０は、より簡易に、油圧シリンダ４８の必要圧力を常時導出することができる。

なお、本第１実施形態では、測定部５８が、油圧シリンダ４８の推力を測定し、測定した推力を用いて油圧シリンダ４８毎の必要圧力を算出する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、測定部５８が、油圧シリンダ４８の圧力を測定し、測定した圧力を用いて油圧シリンダ４８毎の必要圧力を算出する形態としてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、本第２実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０の構成を示す。なお、図７における図２と同一の構成部分については図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。また、本第２実施形態に係る油圧ポンプ４４の構成は、図４に示される第１実施形態に係る油圧ポンプ４４の構成と同様であるので説明を省略する。
本第２実施形態に係る各油圧シリンダ４８には、第１実施形態とは異なり、測定部５８が設けられていない。
そして、本第２実施形態に係る設定制御部６０（圧力制御弁設定処理）は、風力発電装置１０が有する発電機の出力（以下、「発電機出力」という。）、翼２０のピッチ角、翼２０のアジマス角、及びロータ１８の回転数等の風力発電装置１０が有する情報を用いて、油圧シリンダ４８の必要圧力を推定導出し、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力を、該導出した必要圧力に基づいて設定する。

図８は、本第２実施形態に係る圧力制御弁設定処理を行う場合に、設定制御部６０によって実行され圧力制御弁設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、圧力制御弁設定プログラムは設定制御部６０が備える不図示の記憶装置（半導体記憶装置又は磁気記憶装置）の所定領域に予め記憶されている。なお、本プログラムは、風力発電装置１０の動作が開始されると共に開始される。

まず、ステップ２００では、発電機出力、ピッチ角、アジマス角、及び回転数を用いて、各翼２０の翼根に作用する推定回転トルクを算出する。

次のステップ２０２では、ピッチ角指令値の時間変化から、ピッチ角指令値が、翼２０をファイン（Ｆｉｎｅ）方向又はフェザー（Ｆｅａｔｈｅｒ）方向の何れの方向へ翼２０を傾けるものであるかを導出する。

次のステップ２０４では、ステップ２００で算出された回転トルク、ステップ２０２で導出された翼２０を傾ける方向、及びピッチ角指令値と実角との偏差に基づいて、各油圧シリンダ４８毎の必要推力を算出する。

次のステップ２０６では、ステップ２０４で算出した各油圧シリンダ４８毎の必要推力から、各油圧シリンダ４８の必要圧力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃを算出する。

次のステップ２０８では、ステップ２０６で算出した必要圧力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃのうち、最も高い必要圧力に基づいて、圧力制御弁８０の設定圧力を設定し、風力発電装置１０の動作が停止されるまで、本プログラムを繰り返す。

以上説明したように、本第２実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０は、風力発電装置１０が有する情報を用いて油圧シリンダ４８の必要圧力を導出し、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力を、該導出した必要圧力に基づいて設定する。従って、本第２実施形態に係る翼ピッチ制御装置４０は、簡易な構成で、油圧シリンダ４８の必要圧力を導出することができる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、複数の翼２０には、各々ピッチ角を制御するための複数の電磁比例方向流量制御弁４６及び複数の油圧シリンダ４８が設けられ、各翼２０毎にピッチ角が独立して制御される場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、電磁比例方向流量制御弁４６及び油圧シリンダ４８は、一つだけ設けられ、複数の翼２０のピッチ角を独立させずに制御する形態としてもよい。この形態の場合、負荷が一つとなるため、油圧ポンプ４４の吐出圧力と負荷圧力との差圧をより減少させることができる。

また、上記各実施形態では、可変吐出量形の油圧ポンプ４４として、斜板式の油圧ポンプ（アキシアルピストンポンプ）を用いる場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、可変吐出量形の油圧ポンプとして、ラジアルピルトンポンプを用いる形態としてもよい。

１０風力発電装置
１８ロータ
２０翼
４０翼ピッチ制御装置
４４油圧ポンプ
４８油圧シリンダ
５８測定部
６０設定制御部
８０圧力制御弁
８２斜板

ここで、本第１実施形態にかかる油圧ポンプ４４は、吐出流量は負荷流量に追従するものの、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められたカットオフ圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプ（本第１実施形態では、一例として斜板式の油圧ポンプ（所謂アキシアルピストンポンプ））である。
図３（Ａ）は、従来のアキシアルピストンポンプ７０を用いた油圧回路の一例を示し、図３（Ｂ）は、アキシアルピストンポンプ７０の吐出圧力と吐出流量との関係を示すグラフである。
図３（Ａ）に示すように、電動機７２によって駆動されるアキシアルピストンポンプ７０からの吐出流量をＱ_inとし、吐出圧力をＰ_inとする。一方、絞り弁７４を介して接続されている油圧モータ（負荷）７６の負荷流量をＱ_outとし、負荷圧力をＰ_outとする。そして、図３（Ｂ）の実線が、アキシアルピストンポンプ７０における予め設定された吐出圧力と吐出流量との関係を示す油圧−流量カーブであり、馬力（吐出圧力と吐出流量との積）が一定になるように、馬力制御がされている場合である。この場合、式（１）に示されるように、吐出圧力Ｐ_in ［Ｍｐａ］と負荷圧力Ｐ_out ［Ｍｐａ］との差圧ΔＰと吐出流量Ｑ_in ［Ｌ／ｍｉｎ］との積が損失エネルギーΔＬに相当する。

一方、一点鎖線が、馬力制御がされていない場合であり、この場合、カットオフ圧力Ｐ_cutoff ［Ｍｐａ］と負荷圧力Ｐ_out ［Ｍｐａ］との差圧と吐出流量Ｑ_in ［Ｌ／ｍｉｎ］との積が損失エネルギーに相当する。

図４は、本第１実施形態にかかる油圧ポンプ４４の油圧回路図の一例（馬力制御がない油圧ポンプ）である。同図に示すように、斜板８２を有する油圧ポンプ４４は、斜板８２に連結されたサーボピストン８４の両端の圧力室（大径室８６Ａ及び小径室８６Ｂ）内の圧力をカットオフスプール８８と差圧スプール９０によって制御することで、ポンプ吐出流量を変化させる。なお、差圧スプール９０の図４の左側には、バネ力及び作動油の吐出圧力が働く一方、右側には作動油の吐出圧力が働いている。そして、差圧スプール９０の図４の左側には、油圧配管あるいはマニホールドを介して圧力制御弁８０が接続されている。
油圧ポンプ４４の吐出圧力が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力よりも低い場合には、従来既知のアキシアルピストンポンプと同様の動作をするため、説明を省略するが、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、上記設定圧力に達した場合には、以下のような動作を行うため、油圧ポンプ４４の吐出圧力は、上記設定圧力に応じたカットオフ圧力以下の圧力に制御される。なお、油圧ポンプ４４の吐出圧力が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力よりも低い場合は、差圧スプール９０は、差圧スプール９０に働くバネ力によって、図４の右側に位置している。

例えば、上記各実施形態では、複数の翼２０には、各々ピッチ角を制御するための複数の電磁比例方向流量制御弁４６及び複数の油圧シリンダ４８が設けられ、各翼２０毎にピッチ角が独立して制御される場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、電磁比例方向流量制御弁４６及び油圧シリンダ４８は、一つだけ設けられ、複数の翼２０のピッチ角を独立させずに制御する形態としてもよい。

さらに、本発明に係る翼ピッチ制御方法は、翼に連結され、駆動することによって前記翼のピッチ角を変化させる油圧シリンダと、前記油圧シリンダへ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められた第１圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプと、を備えた風力発電装置の翼ピッチ制御方法であって、前記油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力となった場合に弁が開状態となることで、前記油圧ポンプの吐出量を変化させ、前記油圧ポンプの吐出圧力を前記第１圧力未満の第２圧力とする工程と、前記第２圧力が前記油圧シリンダによって前記ピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、前記設定圧力を、前記油圧シリンダが必要とする油圧に基づいて設定する工程、を含む。
本発明によれば、油圧ポンプの吐出圧力が、油圧シリンダを駆動させるために必要最低限の圧力となるので、油圧ポンプの吐出圧力と負荷圧力との差圧を減少させることができる。

本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の外観図である。本発明の第１実施形態に係る翼のピッチ角を制御するための翼ピッチ制御装置の構成を示すブロック図である。アキシアルピストンポンプの損失エネルギーの説明に要する図であり、（Ａ）は、アキシアルピストンポンプを用いた油圧回路の一例を示し、（Ｂ）は、アキシアルピストンポンプの吐出圧力と吐出流量との関係の一例を示すグラフである。本発明の第１実施形態に係る油圧ポンプの油圧回路図である。本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁設定処理の効果を示す図である。本発明の第２実施形態に係る翼のピッチ角を制御するための翼ピッチ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る圧力制御弁設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

油圧ポンプ４４の吐出圧力が、圧力制御弁８０が開状態となる設定圧力に達した場合、圧力制御弁８０が開き、絞り９２によって差圧スプール９０の左右に圧力差が生じる。この圧力差が差圧スプール９０に働くバネ力よりも大きくなった場合に、差圧スプールが図４の左側に移動する。
これによって、吐出圧力は、サーボピストン８４の大径室８６Ａに導かれ、サーボピストン８４は、斜板８２の傾転量を減少させる。このため、油圧ポンプ４４の流量が減少する。
一方、絞り９２を通る流量が減少すると、絞り９２によって生じる圧力差が小さくなるため、差圧スプール９０は再び右側へ戻り、サーボピストン８４は、斜板８２の傾転量を増加させる。
この動作を繰り返すことによって、本第１実施形態に係る油圧ポンプ４４の吐出圧力は、カットオフ圧力以下の圧力（圧力制御弁８０と差圧スプール９０の設定圧力との合計の圧力）に制御される。
なお、油圧ポンプ４４の吐出圧力の最大値であるカットオフ圧力は、カットオフスプール８８によって決定されるため、カットオフ圧力の大きさは変化しない。

図８は、本第２実施形態に係る圧力制御弁設定処理を行う場合に、設定制御部６０によって実行される圧力制御弁設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、圧力制御弁設定プログラムは設定制御部６０が備える不図示の記憶装置（半導体記憶装置又は磁気記憶装置）の所定領域に予め記憶されている。なお、本プログラムは、風力発電装置１０の動作が開始されると共に開始される。

また、上記各実施形態では、可変吐出量形の油圧ポンプ４４として、斜板式の油圧ポンプ（アキシアルピストンポンプ）を用いる場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、可変吐出量形の油圧ポンプとして、ラジアルピストンポンプを用いる形態としてもよい。

Claims

複数の翼が回動可能に連結されているロータの回転により発電する風力発電装置の翼ピッチ制御装置であって、
前記翼に連結され、駆動することによって前記翼のピッチ角を変化させる油圧シリンダと、
前記油圧シリンダへ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められた第１圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力となった場合に、前記油圧ポンプの吐出量を変化させ、前記油圧ポンプの吐出圧力を前記第１圧力未満の第２圧力とするために開状態となる弁と、
前記第２圧力が前記油圧シリンダによって前記ピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、前記設定圧力を、前記油圧シリンダが必要とする油圧に基づいて設定する吐出圧力設定手段と、
を備えた翼ピッチ制御装置。
前記油圧シリンダは、複数備えられ、
前記吐出圧力設定手段は、前記設定圧力を、複数の前記油圧シリンダが必要とする油圧のうち、最も高い油圧に基づいて前記設定圧力を設定する請求項１記載の翼ピッチ制御装置。
前記油圧シリンダが生じさせる物理量を測定する測定手段
を備え、
前記吐出圧力設定手段は、前記測定手段によって測定された前記物理量を用いて前記油圧シリンダが必要とする油圧を導出し、前記設定圧力を、該導出した油圧に基づいて設定する請求項１記載の翼ピッチ制御装置。
前記吐出圧力設定手段は、前記風力発電装置が有する情報を用いて前記油圧シリンダが必要とする油圧を導出し、前記設定圧力を、該導出した油圧に基づいて設定する請求項１記載の翼ピッチ制御装置。
前記風力発電装置が有する情報は、前記風力発電装置が有する発電機出力、前記翼のピッチ角、前記翼のアジマス角、及び前記ロータの回転数の少なくとも一つである請求項４記載の翼ピッチ制御装置。
複数の翼を有するロータと、
前記ロータが有する複数の翼のピッチ角を変化させるための請求項１から請求項５の何れか１項記載の翼ピッチ制御装置と、
を備えた風力発電装置。
翼に連結され、駆動することによって前記翼のピッチ角を変化させる油圧シリンダと、前記油圧シリンダへ作動油を供給し、吐出圧力が負荷圧力に追従せず、かつ予め定められた第１圧力以上では作動油を吐出しない可変吐出量形の油圧ポンプと、を備えた風力発電装置の翼ピッチ制御方法であって、
前記油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力となった場合に、前記油圧ポンプの吐出量を変化させ、前記油圧ポンプの吐出圧力を前記第１圧力未満の第２圧力とするために開状態となる弁により、該第２圧力が前記油圧シリンダによって前記ピッチ角を所定の角度に変化させる圧力となるように、前記設定圧力を、前記油圧シリンダが必要とする油圧に基づいて設定する工程、
を含む翼ピッチ制御方法。