WO2011114423A1 - 風力発電装置及びそれに用いられるケーブル支持構造 - Google Patents

Abstract

　風力発電装置が、タワーと、タワーの上に搭載されるナセルと、タワーの内部においてナセルから下方に吊り下げられたケーブルと、一端が当該風力発電装置の特定位置に連結された長さ可変機構と、長さ可変機構の他端に連結されるケーブルグリップとを備えている。特定位置とケーブルグリップの間の距離は、長さ可変機構によって調節可能である。ケーブルグリップは、変形可能な筒状のネットを備えており、ケーブルは、ネットの内部を通されている。

Description

風力発電装置及びそれに用いられるケーブル支持構造

　本発明は、風力発電装置及びそれに用いられるケーブル支持構造に関し、特に、風力発電装置のナセルから吊り下げられるケーブルを保持するために好適に使用されるケーブル支持構造に関する。

　風力発電装置の構造における一つの特色は、発電機、ピッチ制御システム、ヨー制御システム等、風力発電装置を構成する主要な機器が地上から離れて設けられることにある。具体的には、タワーの上に方位角方向で旋回可能なナセルが設けられ、そのナセルに、発電機、増速機、ピッチ制御システム、ヨー制御システムが搭載される。

　ナセルに搭載された機器と地上に設けられる設備（例えば、構内送電線、ＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）等）とを接続するために、タワーの内部にはケーブルが吊り下げられる。吊り下げられるケーブルには、発電機に接続される電力ケーブルと、ナセルに搭載される機器を制御するために使用される制御ケーブルとがある。ケーブルは、風力発電装置の稼働に伴って発生する振動に耐えて強固に固定されることが求められる。

　吊り下げられるケーブルを固定するための最も典型的な方法は、タワーに固定された第１のプレートと、該第１のプレートに対向して設けられる第２のプレートとの間にケーブルを挟み、該第１及び第２のプレートをボルトで挟み付けることである。米国特許第６，７１３，８９１号は、このような構造を開示している。

　ケーブルの固定における困難性の一つは、近年開発されるような大型の風力発電装置では、ケーブルの重量がますます増大していることである。近年の風力発電装置では、出力の増大に伴い、大電流をケーブルに流す必要があり、従って、ケーブルの径を増大させる必要がある。加えて、近年の風力発電装置では、タワーの高さも増大している。これらの２つの要因により、ケーブルの重量は、ますます増大している。ケーブル重量の増大に対処するためには、ケーブルの固定力も増大させる必要性が生じる。しかし、発明者の検討では、プレートとボルトとを用いてケーブルを挟み付ける構造では、ケーブルを十分に支持できない場合がある。

米国特許第６，７１３，８９１号 米国特許第６，６０９，８６７号

　したがって、本発明の目的は、大重量のケーブルを吊り下げるために適したケーブル支持構造を提供することにある。

　本発明の一の観点では、風力発電装置が、タワーと、タワーの上に搭載されるナセルと、タワーの内部においてナセルから下方に吊り下げられたケーブルと、一端が当該風力発電装置の特定位置に連結された長さ可変機構と、長さ可変機構の他端に連結されるケーブルグリップとを備えている。特定位置とケーブルグリップの間の距離は、長さ可変機構によって調節可能である。ケーブルグリップは、変形可能な筒状のネットを備えており、ケーブルは、ネットの内部を通されている。

　好適には、特定位置とケーブルグリップの間の距離が、長さ可変機構により、ケーブルがケーブルグリップと特定位置の間で微小に弛むように調節される。

　一実施形態では、長さ可変機構は、ターンバックルを備えている。

　当該風力発電装置が、更に、ケーブルを支持する他のケーブル支持構造を備えている場合、長さ可変機構の一端が、ケーブル支持構造に連結されることが好ましい。一実施形態では、該ケーブル支持構造は、ケーブルに対応する形状を有し、ケーブルを包囲するようにケーブルに取り付けられるマットと、マットを当該風力発電装置の構造部材に押しつけるボルトとを備えている。一実施形態では、該構造部材は、ナセルの下部フレームに取り付けられたアクセスラダーである。

　本発明の他の観点では、ケーブルを支持するためのケーブル支持構造が、一端が特定位置に連結される長さ可変機構と、長さ可変機構の他端に連結されるケーブルグリップとを備えている。特定位置とケーブルグリップの間の距離は、長さ可変機構によって調節可能である。ケーブルグリップは、変形可能な筒状のネットを備えており、ケーブルは、ネットの内部を通される。

　本発明によれば、大重量のケーブルを吊り下げるために適したケーブル支持構造が提供される。

図１は、本発明の一実施形態における風力発電装置の構成を示す側面図である。 図２は、一実施形態における、タワーの内部構造を示す斜視図である。 図３は、一実施形態における、ケーブルをアクセスラダーに取り付ける構造を図示する側面図である。 図４は、一実施形態における、ケーブルをアクセスラダーに取り付ける構造を図示する図である。 図５Ａは、一実施形態における、ＵＢマット構造を図示する上面図である。 図５Ｂは、図５ＡのＵＢマット構造を図示する側面図である。 図５Ｃは、図５ＡのＵＢマット構造のＵＢマットの構造を示す断面図である。 図６は、一実施形態のケーブルグリップ構造で使用されるシャックル及びターンバックルの構造を示す斜視図である。 図７は、一実施形態におけるワイヤブリップの構造を示す側面図である。

　図１は、本発明の一実施形態における風力発電装置１の構成を示す側面図である。風力発電装置１は、基礎６に立設されるタワー２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、ナセル３に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド４と、ロータヘッド４に取り付けられる風車翼５とを備えている。ロータヘッド４と風車翼５とにより、風車ロータが構成されている。風力によって風車ロータが回転すると風力発電装置１は電力を発生し、風力発電装置１に接続された電力系統に電力を供給する。

　図２は、タワー２の内部構造を示す鳥瞰図である。本実施形態では、ケーブル７、８、９が、ナセル３から吊り下げられる。ケーブル７、８、９を支持する構造が、本実施形態の主題である。以下では、タワー２の内部に設けられる構造体と、ケーブル７、８、９を支持する構造とについて詳細に説明する。

　タワー２の内壁には、ラダー１１が垂直方向に取り付けられており、更に、上方踊り場１２と下方踊り場１３とが設けられている。上方踊り場１２と下方踊り場１３には開口が設けられており、ラダー１１は、それらの開口を通過している。作業員は、ラダー１１を登って上方踊り場１２に到達することができる。

　ナセル３の下部フレーム１４には作業員が出入りするための開口１４ａが設けられており、その開口に近接してアクセスラダー１５が下部フレーム１４の下面に取り付けられている。アクセスラダー１５は、ナセル３の旋回軸を含むように、且つ、垂直に延伸するように取り付けられている。作業員は、上方踊り場１２からアクセスラダー１５を登ることで、ナセル３の内部に入ることができる。本実施形態では、ケーブル７、８、９が、アクセスラダー１５の内部を通過すると共に、アクセスラダー１５に取り付けられて吊り下げられている。即ち、アクセスラダー１５は、ケーブル７、８、９をガイドするケーブルガイドとしても機能する。ケーブル７、８、９をアクセスラダー１５に取り付ける構造については後に詳細に説明する。ケーブル７、８、９は、アクセスラダー１５から下方に延伸して上方踊り場１２に設けられた開口を通過する。

　タワー２の内壁の上方踊り場１２と下方踊り場１３の間の位置に、ケーブルドラム１６が取り付けられている。アクセスラダー１５から吊り下げられたケーブル７、８、９は、ケーブルドラム１６の上面に沿って配線され、更に、ケーブルドラム１６の下方へと導かれる。ケーブルドラム１６は、アクセスラダー１５から吊り下げられるケーブル７、８、９に下方への曲げ(downward curve)１７を与える機能を有している。下方への曲げ１７の存在は、ナセル３の旋回時のケーブル７、８、９のひねりを許容するために有用である。ナセル３が旋回してケーブル７、８、９にひねりが与えられても、そのひねりは下方への曲げ１７で吸収され、ケーブルドラム１６の下方では、ナセル３が旋回してもケーブル７、８、９は変位しない。これは、地上に設けられた施設へのケーブル７、８、９の接続を容易にするために有効である。

　図３は、本実施形態における、ケーブル７、８、９をアクセスラダー１５に取り付ける構造を図示している。本実施形態では、２つの構造がケーブル７、８、９を支持するために使用される。一つは、ＵＢマット構造であり、もう一つは、ケーブルグリップ構造である。ケーブル７、８、９は、それぞれ、３つのＵＢマット構造２０によってアクセスラダー１５に取り付けられている。加えて、ケーブル７よりも重量が重いケーブル８、９は、ケーブルグリップ構造３０によって吊り下げられている。以下、ＵＢマット構造２０及びケーブルグリップ構造３０について詳細に説明する。

　図４は、ケーブル７、８、９がＵＢマット構造２０によってアクセスラダー１５に取り付けられている部分の上面図である。アクセスラダー１５は、矩形のフレーム１８を有しており、そのフレーム１８の２つのバーを橋渡しするようにビーム１９ａ、１９ｂが設けられている。ケーブル７、８、９は、それぞれ、ＵＢマット構造２０によってビーム１９ａ、１９ｂ、及びフレーム１８に取り付けられている。

　図５Ａは、ＵＢマット構造２０の上面図であり、図５Ｂは、ＵＢマット構造２０の側面図である。なお、図５Ａ、図５Ｂは、ケーブル８をアクセスラダー１５のビーム１９ｂに取り付けるＵＢマット構造２０の構造を図示しているが、他のＵＢマット構造２０も同様の構造を有している。

　図５Ａを参照して、ＵＢマット構造２０のそれぞれは、ＵＢマット２１と、ボルト２２と、ナット２３、２４とを備えている。ＵＢマット２１は、図５Ｃに図示されているように、３つの把持部材２５と、把持部材２５を連結する連結部材２６とを備えている。各把持部材２５は、金属で形成されたコアプレート２５ａと、コアプレート２５ａの表面を覆う樹脂層２５ｂとを備えている。コアプレート２５ａとしては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）が使用され、樹脂層２５ｂとしては、例えば、塩化ビニルが使用される。樹脂層２５ｂは、ケーブル７、８、９の被覆の損傷を防ぎ、且つ、ケーブル７、８、９とＵＢマット２１との間に作用する摩擦力を増大させることに寄与する。加えて、図５Ｂに図示されているように、ＵＢマット２１には、ボルト２２を収容する溝２１ａが設けられている。溝２１ａは、ボルト２２がケーブル７、８、９の軸方向にずれることを防止する機能を有している。

　図５Ａ、図５Ｂを参照して、ＵＢマット２１によってケーブル７、８、９が包まれた状態でボルト２２の両端にナット２３、２４を締めつけると、ＵＢマット２１に包まれたケーブル７、８、９がボルト２２によってアクセスラダー１５のビーム１９ｂに押しつけられる。これにより、ケーブル７、８、９がビーム１９ｂに固定される。ＵＢマット２１のケーブル７、８、９の束の外周面に沿った形状の凹凸を有しており、且つ、弾性を有する樹脂層２５ｂがケーブル７、８、９に当接されることにより、ケーブル７、８、９が強固に固定される。加えて、ＵＢマット２１に設けられている溝２１ａは、ボルト２２のずれを防止し、ケーブル７、８、９の強固に固定することに寄与する。

　ナット２３、２４としては、いわゆる“ハードロックナット”が使用されることが好適である。ハードロックナットとは、凹部（recess）を有する上ナットと、該凹部に嵌め込まれる突起（protrusion）を有する下ナットとを備えたナットアセンブリである。ハードロックナットは、例えば、米国特許第６，６０９，８６７号に開示されている。

　上述されているような、ボルト２２によってケーブルを固定するＵＢマット構造２０は、ケーブルの重量が増大した場合に、十分にケーブルを支持できない場合が起こり得る。そこで、本実施形態では、以下に述べられるようなケーブルグリップ構造３０が、重量の大きいケーブル８、９を支持するために使用される。

　図３に戻り、ケーブルグリップ構造３０は、一対のシャックル３１、３３と、ターンバックル３２と、ケーブルグリップ３４とを備えている。図６は、シャックル３１、３３と、ターンバックル３２との構成を示す鳥瞰図である。シャックル３１は、Ｕ字型本体３１ａとピン３１ｂとを備えている。同様に、シャックル３３は、Ｕ字型本体３３ａとピン３３ｂとを備えている。シャックル３１は、吊下げ索２０ａに連結され、シャックル３３は、ケーブルグリップ３４に連結される。本実施形態では、吊下げ索２０ａは、アクセスラダー１５に取り付けられたＵＢマット構造２０のボルト２２に連結される。ただし、吊下げ索２０ａは、風力発電装置１の任意の構造部材に連結してもよい。

　ターンバックル３２は、胴部４１と、一対のアイ付ボルト４２、４３と、一対のナット４４、４５とを備えている。胴部４１の両端には、２つの雌ネジが形成されており、アイ付ボルト４２、４３が、その雌ネジに螺合される。アイ付ボルト４２、４３には、更に、ナット４４、４５がそれぞれに挿入されている。ナット４４、４５は、アイ付ボルト４２、４３の位置を固定するために使用される。アイ付ボルト４２、４３の位置を所望の位置に調節した後、ナット４４、４５を締めることで、アイ付ボルト４２、４３を所望の位置に固定することができる。ナット４４、４５としては、上述のハードロックナットを使用することもできる。アイ付ボルト４２、４３は、それぞれ、ループ４２ａ、４３ａを有している。シャックル３１、３３のピン３１ｂ、３３ｂが、それぞれ、ループ４２ａ、４３ａに通されることにより、シャックル３１、３３が、ターンバックル３２の両端に連結される。

　このような構成のターンバックル３２は、ケーブルグリップ構造３０の取り付け位置（本実施形態では、アクセスラダー１５又はＵＢマット構造２０）とケーブルグリップ３４との間の距離を調節するために使用される。アイ付ボルト４２、４３を回転させると、ループ４２ａ、４３ｂの距離、即ち、ケーブルグリップ構造３０の取り付け位置とケーブルグリップ３４との距離が変化する。これにより、ケーブルグリップ構造３０の取り付け位置とケーブルグリップ３４との距離を所望の距離に調節することができる。

　一方、図７は、ケーブルグリップ３４の構造を示す側面図である。ケーブルグリップ３４は、ループ３４ａと、連結索３４ｂと、ネット３４ｃとを備えている。ループ３４ａは、連結索３４ｂによってネット３４ｃに結合されている。ネット３４ｃは、柔軟性を有しており、ネット３４ｃに通されたケーブル８、９を保持する機能を有している。ケーブル８、９の損傷を防ぐためには、弾性体で形成されたラバーバンド３５がケーブル８、９に巻きつけられることが好ましい。ラバーバンド３５は、ネット３４ｃとケーブル８、９の間に設けられ、ケーブル８、９の損傷を有効に防ぐ。

　上記の構成のケーブルグリップ構造３０は、下記のようにしてケーブル８又は９を吊り下げて保持する。図３を参照して、ネット３４ｃは、ケーブル８又は９に取り付けられていない元の状態では帯状である。ネット３４ｃが開いた状態でケーブル８又は９に巻かれ、針金によりネット３４ｃの合わせ目が編み込まれる。これにより、ネット３４ｃが筒状になり、ケーブル８又は９がネット３４ｃによって包まれる。更に、一方のシャックル３１が吊下げ索２０ａによってＵＢマット構造２０のボルト２２につりさげられると共に、ケーブル８、９をネット３４ｃに通した状態でケーブルグリップ３４のループ３４ａが他方のシャックル３３に吊り下げられる。このとき、ケーブル８、９がネット３４ｃに通された状態で、ケーブル８、９に重力がかかると、ネット３４ｃとケーブル８、９の間に作用する摩擦力によってネット３４ｃがケーブル８、９の軸方向に延ばされ、ネット３４ｃの径が縮小する。これにより、ネット３４ｃがケーブル８、９を保持する。

　ケーブル８、９の重量をケーブルグリップ３４のネット３４ｃに作用させるためには、ケーブルグリップ３４より上方において、ケーブル８、９を微小に弛ませることが有効である。本実施形態では、ターンバックル３２によってケーブルグリップ３４と吊り下げ位置（本実施形態では、アクセスラダー１５）の距離を調節することにより、ケーブル８、９に微小な弛みが与えられている。これにより、ケーブル８、９の重量を十分にネット３４ｃに作用させ、ケーブル８、９に有効な保持力が与えられている。

　以上のように構成されたケーブルグリップ構造３０の有利な点の一つは、ケーブル８、９の重量が増すと、ネット３４ｃを軸方向に伸ばす力が強くなるためネット３４ｃがケーブル８、９を保持する力も強くなることである。このような特性を有する本実施形態のケーブルグリップ構造３０は、重量が大きいケーブル８、９を保持するために好適である。

　ケーブルグリップ構造３０のもう一つの有利な点は、ケーブルに沿って長い形状を有しているから、他のケーブル支持構造と併用することが容易である点である。本実施形態では、ＵＢマット構造２０とケーブルグリップ構造３０とが、ケーブル８、９をアクセスラダー１５に取り付けるために併用される。これは、より強固にケーブル８、９を保持することを可能にする。このとき、ケーブルグリップ構造３０のシャックル３１が吊下げ索２０ａによってＵＢマット構造２０に連結されていることは、ケーブル８、９を支持する構造の省スペース化に寄与している。

　以上には、本発明の実施形態が詳細に説明されているが、本発明は、上述の実施形態に限定されて解釈されてはならない。本発明の実施形態は、様々な変更が可能であることは、当業者には自明的である。例えば、上述の実施形態では、ＵＢマット構造２０とケーブルグリップ構造３０とが、ケーブル７、８、９をアクセスラダー１５に取り付けるために使用されているが、ＵＢマット構造２０とケーブルグリップ構造３０は、様々な位置で、ケーブル７、８、９を支持するために使用され得る。例えば、ＵＢマット構造２０とケーブルグリップ構造３０とが、ケーブルドラム１６の下方でケーブル７、８、９を支持するために使用されてもよい。

Claims (8)

1. 　風力発電装置であって、
   　タワーと、
   　前記タワーの上に搭載されるナセルと、
   　前記タワーの内部において前記ナセルから下方に吊り下げられたケーブルと、
   　一端が当該風力発電装置の特定位置に連結された長さ可変機構と、
   　前記長さ可変機構の他端に連結されるケーブルグリップ
   とを備え、
   　前記特定位置と前記ケーブルグリップの間の距離は、前記長さ可変機構によって調節可能であり、
   　前記ケーブルグリップは、変形可能な筒状のネットを備え、
   　前記ケーブルは、前記ネットの内部を通されている
   　風力発電装置。
2. 　請求項１に記載の風力発電装置であって、
   　前記特定位置と前記ケーブルグリップの間の距離が、前記ケーブルが前記ケーブルグリップと前記特定位置の間で弛むように調節された
   　風力発電装置。
3. 　請求項１に記載の風力発電装置であって、
   　前記長さ可変機構は、ターンバックルを備えている
   　風力発電装置。
4. 　請求項１に記載の風力発電装置であって、
   　更に、前記ケーブルを支持する他のケーブル支持構造を備えており、
   　前記長さ可変機構の前記一端が、前記ケーブル支持構造に連結された
   　風力発電装置。
5. 　請求項４に記載の風力発電装置であって、
   　前記ケーブル支持構造は、
   　　前記ケーブルに対応する形状を有し、前記ケーブルを包囲するように前記ケーブルに取り付けられるマットと、
   　　前記マットを当該風力発電装置の構造部材に押しつけるボルト
   とを備えた
   　風力発電装置。
6. 　請求項５に記載の風力発電装置であって、
   　前記構造部材は、前記ナセルの下部フレームに取り付けられたアクセスラダーである
   　風力発電装置。
7. 　ケーブルを支持するためのケーブル支持構造であって、
   　一端が特定位置に連結される長さ可変機構と、
   　前記長さ可変機構の他端に連結されるケーブルグリップ
   とを備え、
   　前記特定位置と前記ケーブルグリップの間の距離は、前記長さ可変機構によって調節可能であり、
   　前記ケーブルグリップは、変形可能な筒状のネットを備え、
   　前記ケーブルは、前記ネットの内部を通される
   　ケーブル支持構造。
8. 　請求項７に記載のケーブル支持構造であって、
   　前記長さ可変機構は、ターンバックルを備えている
   　ケーブル支持構造。

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