WO2018131388A1 - 液圧装置および風力発電装置 - Google Patents

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WO2018131388A1
WO2018131388A1 PCT/JP2017/045175 JP2017045175W WO2018131388A1 WO 2018131388 A1 WO2018131388 A1 WO 2018131388A1 JP 2017045175 W JP2017045175 W JP 2017045175W WO 2018131388 A1 WO2018131388 A1 WO 2018131388A1
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hydraulic
supply line
pressure
pump
pressure supply
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PCT/JP2017/045175
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Inventor
龍樹 古賀
齊藤　靖
昌男 中島
Original Assignee
Ｋｙｂ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/28—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being a pump or a compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic device used for renewable energy type power generation such as wind power generation, and a wind power generation device including the hydraulic device.
  • Patent Document 1 includes a tower installed on the ground, a nacelle attached to the top of the tower, a generator housed in the nacelle, and a rotor attached to the rotating shaft of the generator, and wind A wind power generator is described in which a generator is driven by the rotational force of a rotor that receives and rotates.
  • Patent Document 2 includes a rotor that rotates by receiving wind, a hydraulic transmission that accelerates the rotation of the rotor, and a synchronous generator that is linked to an electric power system.
  • a wind power generator housed inside a tower that supports this is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide a hydraulic device and a wind power generator capable of ensuring a stable power generation operation while improving maintainability.
  • a hydraulic apparatus includes a hydraulic pump, a hydraulic motor, a hydraulic circulation circuit, and a hydraulic auxiliary circuit.
  • the hydraulic pump generates a hydraulic pressure according to the rotation of the rotor.
  • the hydraulic motor is installed at a position separated from the hydraulic pump, and rotates by receiving the hydraulic pressure to drive the generator.
  • the hydraulic circulation circuit includes a first hydraulic pressure supply line that supplies hydraulic fluid from the hydraulic pump to the hydraulic motor, and a second hydraulic fluid that supplies hydraulic fluid from the hydraulic motor to the hydraulic pump.
  • the hydraulic auxiliary circuit includes a tank unit that stores hydraulic fluid supplied to the hydraulic pump according to a rotation state of the rotor, and a charge unit that replenishes hydraulic fluid to the tank unit. 2 hydraulic supply lines.
  • the hydraulic pump and the hydraulic motor are installed at positions separated from each other. Therefore, in a power generation apparatus in which the rotor is installed at a high place such as wind power generation, the power generation unit can be installed in a low place such as the ground, so that the maintenance workability of the generator and the like can be improved. it can.
  • the hydraulic device includes a hydraulic pressure replenishment circuit connected to the second hydraulic pressure supply line, a decrease in the pressure of the second hydraulic pressure supply line is suppressed.
  • the hydraulic pump can be driven normally even during rapid rotation of the rotor, and a stable power generation operation can be ensured.
  • the tank unit includes a tank portion that stores hydraulic fluid, an outlet valve that allows a flow of hydraulic fluid from the tank portion to the second hydraulic pressure supply line, and the tank that extends from the second hydraulic pressure supply line. And an inlet valve having a valve opening pressure higher than that of the outlet valve.
  • the charge unit may include a pump unit that sends hydraulic fluid to the second hydraulic pressure supply line, and a pressure control valve that controls the pressure of the second hydraulic pressure supply line.
  • the charge unit may further include a reservoir for storing hydraulic fluid.
  • the pressure control valve discharges the hydraulic fluid discharged from the hydraulic motor to the reservoir, and sends the hydraulic fluid discharged from the hydraulic motor to the second hydraulic supply line. You may have a 2nd state and the 3rd state which discharges the working fluid in the 2nd fluid pressure supply line to the reservoir.
  • the hydraulic device further includes a controller that selectively switches the pressure control valve between the first to third states based on the pressure of the hydraulic pressure supply circuit or the output of the generator. May be.
  • the hydraulic pump and the tank unit are installed at the top of a tower installed on the ground, and the hydraulic motor and the charge unit are installed on the ground.
  • the wind power generator which can ensure normal operation
  • the hydraulic pump may be a variable displacement hydraulic pump, and the hydraulic motor may be a variable displacement hydraulic motor.
  • the generator can be driven at a constant rotational speed, a stable power generation operation is possible.
  • a wind turbine generator includes a windmill, a generator, a hydraulic pump, a hydraulic motor, a hydraulic circulation circuit, and a hydraulic auxiliary circuit.
  • the hydraulic pump generates a hydraulic pressure according to the rotation of the windmill.
  • the hydraulic motor is installed at a position separated from the hydraulic pump, and rotates by receiving the hydraulic pressure to drive the generator.
  • the hydraulic circulation circuit includes a first hydraulic pressure supply line that supplies hydraulic fluid from the hydraulic pump to the hydraulic motor, and a second hydraulic fluid that supplies hydraulic fluid from the hydraulic motor to the hydraulic pump.
  • the hydraulic pressure auxiliary circuit includes a tank unit that stores hydraulic fluid supplied to the hydraulic pump according to a rotation state of the windmill, and a charge unit that replenishes hydraulic fluid to the tank unit. 2 hydraulic supply lines.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing a configuration of a wind power generator as a regenerative energy power generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a piping configuration diagram showing a drive circuit (hydraulic device) 50 thereof.
  • the wind power generator 1 of this embodiment includes a drive unit 20 provided at the top of the tower 10, a power generation unit 30, and a hydraulic circulation circuit 40.
  • the power generation amount (output) of the wind power generator 1 is not particularly limited, and is, for example, several tens of kW class.
  • the tower 10 supports the drive unit 20 including the windmill 21 (rotor).
  • the ground H may be a flat ground or an inclined surface.
  • the wind power generator 1 may be installed on the ocean.
  • the ground H may be the surface of the base portion that supports the tower 10 or the sea surface.
  • the height of the tower 10 from the ground surface H is not particularly limited, and is, for example, from several tens of mail to one hundred and several tens of meters.
  • the drive unit 20 includes a windmill 21 that rotates by receiving wind in the sky, and a hydraulic pump 22 that generates a hydraulic pressure in accordance with the rotation of the windmill 21.
  • the windmill 21 is configured by a parallel axis (horizontal axis) type windmill in which a rotation axis is installed in parallel with the direction of the wind, and includes a hub 211 and a plurality of blades (wings) 212 attached around the hub 211. And have.
  • the hydraulic pump 22 is accommodated in the nacelle 201 installed at the top of the tower 10.
  • the nacelle 201 includes a power transmission mechanism that rotatably supports the wind turbine 21 and transmits the rotational power to the hydraulic pump 22.
  • the power generation unit 30 includes a hydraulic motor 31 that rotates by receiving the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump 22, and a generator 32 that is driven by the rotation of the hydraulic motor 31.
  • the power generation unit 30 is installed on the ground, and is typically installed on the ground H.
  • the power generation unit 30 may be disposed on a support base (not shown) installed on the ground H. In short, the power generation unit 30 may be at a position lower than the drive unit 20. Thereby, compared with the case where the generator 32 is installed in the top part of the tower 10, the maintainability of the generator 32 can be improved.
  • the hydraulic circulation circuit 40 includes hydraulic equipment such as a valve and a hydraulic fluid reservoir, in addition to piping for circulating the hydraulic fluid between the drive unit 20 (hydraulic pump 22) and the power generation unit 30 (hydraulic motor 31). .
  • the hydraulic circulation circuit 40 is typically installed inside the tower 10.
  • the drive circuit 50 includes a hydraulic pump 22, a hydraulic motor 31, a hydraulic circulation circuit 40, a hydraulic auxiliary circuit 90, and the like.
  • a hydraulic pump 22 As shown in FIG. 2, the drive circuit 50 includes a hydraulic pump 22, a hydraulic motor 31, a hydraulic circulation circuit 40, a hydraulic auxiliary circuit 90, and the like.
  • details of the drive circuit 50 will be described.
  • the drive circuit 50 constitutes a power transmission mechanism that transmits the rotational power of the windmill 21 to the generator 32.
  • the wind turbine generator 1 includes a controller 60 that controls the drive circuit 50.
  • the controller 60 is typically composed of a computer including a CPU, a memory, and the like, and is installed in the power generation unit 30 or the tower 10 or in the vicinity thereof, for example.
  • the hydraulic pump 22 is composed of a rotary hydraulic pump that receives the rotational force of the windmill 21 and generates hydraulic pressure.
  • the hydraulic pump 22 is configured by a hydraulic pump capable of controlling the discharge amount in accordance with a command from the controller 60.
  • a swash plate type axial piston pump is employed.
  • the hydraulic pump 22 is connected to the rotating shaft 21 a of the windmill 21 via a gear mechanism 23.
  • the gear mechanism 23 is typically composed of a speed increasing gear, but is not limited thereto, and may be composed of a speed reducing gear. Further, the gear mechanism 23 may be omitted as necessary.
  • the hydraulic motor 31 is a hydraulic motor that receives the hydraulic pressure of the hydraulic fluid (hydraulic oil) supplied from the hydraulic pump 22 and outputs rotational power to the generator 32.
  • the configuration of the hydraulic motor 31 is not particularly limited, and a swash plate type axial piston motor is employed in the present embodiment.
  • the hydraulic motor 31 is configured to be able to control the rotation speed in accordance with a command from the controller 60.
  • the generator 32 is typically composed of a rotating electric machine.
  • the electric power generated by the generator 32 may be sent to a predetermined location via a transmission line (not shown), or a storage battery (not shown) for storing the electric power generated by the generator 32 is further installed. Also good.
  • the hydraulic pressure circuit 40 has a first hydraulic pressure supply line 41 and a second hydraulic pressure supply line 42.
  • the first hydraulic pressure supply line 41 is connected between the discharge port of the hydraulic pressure pump 22 and the suction port of the hydraulic pressure motor 31, and supplies hydraulic fluid (hydraulic pressure) from the hydraulic pressure pump 22 to the hydraulic pressure motor 31.
  • the second hydraulic pressure supply line 42 is connected between the discharge port of the hydraulic motor 31 and the suction port of the hydraulic pump 22, and supplies hydraulic fluid (hydraulic pressure) from the hydraulic motor 31 to the hydraulic pump 22. To do.
  • a bypass line 43 including a relief valve 43v is connected in parallel to the hydraulic motor 31 between the first hydraulic pressure supply line 41 and the second hydraulic pressure supply line 42.
  • the relief valve 43v is configured to open when the hydraulic pressure in the first hydraulic pressure supply line 41 becomes equal to or higher than a predetermined value.
  • a check valve 44 that opens when the pressure on the discharge side of the hydraulic motor 31 exceeds a predetermined value is provided between the suction port and the discharge port of the hydraulic motor 31 with respect to the hydraulic motor 31. Connected in parallel. Thereby, the hydraulic pump 22 and the hydraulic motor 31 can be protected from overload.
  • a pressure sensor 45 is connected to the first hydraulic pressure supply line 41, and the hydraulic pressure of the first hydraulic pressure supply line 41 is monitored by the controller 60 via the pressure sensor 45.
  • the controller 60 adjusts at least one of the discharge pressure of the hydraulic pump 22 and the rotation amount of the hydraulic motor 31 based on the output of the pressure sensor 45, and the drive circuit 50 so that the power generation amount of the generator 32 becomes constant.
  • the hydraulic pump 22 and the hydraulic motor 31 may be provided with sensors that detect these operating states or rotational states, and the outputs of these sensors may be supplied to the controller 60.
  • a pressure sensor 45A may be connected to the second hydraulic pressure supply line. Also in this case, the controller 60 monitors the hydraulic pressure of the second hydraulic pressure supply line 42 through the pressure sensor 45A. By installing the pressure sensor 45 ⁇ / b> A in the second hydraulic pressure supply line 42, it is possible to directly determine a decrease in the back pressure of the hydraulic pump 22 when the windmill 21 is rapidly rotating.
  • the hydraulic pressure auxiliary circuit 90 is connected to the second hydraulic pressure supply line 42.
  • the hydraulic pressure auxiliary circuit 90 includes a tank unit 70 that stores hydraulic fluid supplied to the hydraulic pump 22 according to the rotation state of the windmill 21, and a charge unit 80 that replenishes the hydraulic fluid to the tank unit 70.
  • the tank unit 70 is typically accommodated in the nacelle 201 (FIG. 1) at the top of the tower and is installed in the vicinity of the drive unit 20.
  • the tank unit 70 includes a tank portion 71, an outlet valve 72, and an inlet valve 73.
  • the tank unit 71 is composed of a reservoir tank having a predetermined volume capable of storing hydraulic fluid.
  • the tank unit 71 is typically disposed in an atmospheric pressure space, and always stores a predetermined amount or more of hydraulic fluid.
  • the tank unit 71 may further include a liquid level detection mechanism (not shown) that detects the amount of hydraulic fluid.
  • the configuration of the liquid level detection mechanism is not particularly limited. For example, a float that follows the height of the liquid level of the hydraulic fluid, a permanent magnet installed at the bottom of the float, and a reed switch installed at the bottom of the tank unit 71 Etc. The output of the liquid level detection mechanism is transmitted to the controller 60.
  • the outlet valve 72 is a check valve that is connected between the tank portion 71 and the second hydraulic pressure supply line 42 and allows the flow of hydraulic fluid from the tank portion 71 to the second hydraulic pressure supply line 42. Is done.
  • the inlet valve 73 is connected between the tank part 71 and the second hydraulic pressure supply line 42 in parallel with the outlet valve 72, and the working fluid flows from the second hydraulic pressure supply line 42 to the tank part 71. It consists of a check valve that allows The inlet valve 73 incorporates an urging spring 73 s and is set to a valve opening pressure higher than that of the outlet valve 72.
  • the valve opening pressure of the outlet valve 72 is set to be equal to or higher than the atmospheric pressure, and in this embodiment, the outlet valve 72 is configured to open at a predetermined pressure P0 slightly lower than the first pressure P1.
  • the first pressure P1 is a pressure that can ensure a stable operation of the hydraulic pump 22 during the steady rotation of the windmill 21, and the pressure P0 corresponds to a minimum pressure that can ensure a normal operation of the hydraulic pump 22.
  • the inlet valve 73 is configured to open at a second pressure P2 higher than the first pressure P1 in the present embodiment.
  • the charge unit 80 is typically installed on the ground, for example, inside the power generation unit 30.
  • the charge unit 80 has a function of ensuring a smooth operation of the hydraulic pump 22 by maintaining the hydraulic pressure of the second hydraulic pressure supply line 42 at a pressure equal to or higher than the first pressure P1 when the windmill 21 rotates. Have.
  • the charge unit 80 includes a pump unit 81 that sends hydraulic fluid to the second hydraulic pressure supply line 42 and a pressure control valve 82 that controls the pressure of the second hydraulic pressure supply line 42.
  • the pump unit 81 sends the hydraulic fluid stored in the reservoir 83 to the second hydraulic pressure supply line 42 via the first check valve 84.
  • the pump unit 81 is composed of a rotary hydraulic pump, and is driven and controlled by a command from the controller 60. In the present embodiment, the pump unit 81 is always driven while the wind turbine generator 1 is in operation, as will be described later.
  • the first check valve 84 allows the flow of hydraulic fluid from the pump unit 81 toward the second hydraulic pressure supply line 42 and prohibits the flow in the reverse direction.
  • the first check valve 84 is configured to open by a pressure difference between the discharge pressure of the pump unit 81 and the second hydraulic pressure supply line 42.
  • the pressure in the second hydraulic pressure supply line 42 is the third pressure P3 that is higher than the second pressure P2
  • the discharge liquid from the pump unit 81 is returned to the reservoir 83 via the relief valve 85. Composed.
  • the hydraulic fluid sent from the pump unit 81 to the second hydraulic pressure supply line 42 is supplied to the hydraulic pump 22 and the tank unit 70, and to the discharge side of the hydraulic motor 31 by the second check valve 86. Backflow is prevented.
  • the second check valve 86 is provided between the junction point F1 where the hydraulic fluid sent from the pump unit 31 merges with the second hydraulic pressure supply line 42 and the discharge port of the hydraulic motor 31. Only the flow of hydraulic fluid from the motor 31 to the hydraulic pump 22 is allowed.
  • the pressure control valve 82 is provided in the detour 87 connected to the second hydraulic pressure supply line 42.
  • the detour path 87 branches from the second hydraulic pressure supply line 42 at a branch point F2 provided between the discharge port of the hydraulic motor 31 and the second check valve 86, and the branch point F2 and the second The second fluid pressure supply line 42 joins at a joining point F3 provided between the check valve 86 and the check valve 86.
  • the pressure control valve 82 is configured to be able to increase or decrease the pressure of the second hydraulic pressure supply line 42 by switching the flow path of the detour path 87 in response to a control command from the controller 60.
  • the detour 87 is further provided with a flow control valve 88.
  • the flow rate control valve 88 is disposed between the branch point F ⁇ b> 2 and the pressure control valve 82, and controls the flow rate of the hydraulic fluid supplied from the hydraulic motor 31 to the pressure control valve 82.
  • the configuration of the flow control valve 88 is not particularly limited. In the present embodiment, the variable throttle 88a and a parallel circuit of a check valve 88b that allows only the flow of hydraulic fluid from the pressure control valve 82 side to the branch point F2 side. Consists of.
  • FIGS. 3A to 3C are schematic circuit diagrams of main parts for explaining the configuration and operation of the pressure control valve 82.
  • FIG. 3A to 3C are schematic circuit diagrams of main parts for explaining the configuration and operation of the pressure control valve 82.
  • the pressure control valve 82 is composed of a 3-port 3-position electromagnetic switching valve having an A position, a B position, and a C position.
  • the pressure control valve 82 includes solenoid portions SL1 and SL2 and springs SP1 and SP2.
  • the pressure control valve 82 is switched to the B position by an excitation command to the solenoid unit SL1, and when the excitation command disappears, the pressure control valve 82 returns to the A position by the biasing force of the spring SP2. Further, the pressure control valve 82 is switched to the C position by an excitation command to the solenoid portion SL2, and when the excitation command disappears, the pressure control valve 82 is returned to the A position by the biasing force of the spring SP1.
  • the pressure control valve 82 causes the bypass 87 to communicate with the reservoir 83 at the position A, thereby discharging the hydraulic fluid discharged from the hydraulic motor 31 to the reservoir 83 (first state). . Further, as shown in FIG. 3B, the pressure control valve 82 causes the hydraulic fluid 31 discharged from the hydraulic motor 31 to flow through the second hydraulic pressure line 31 by communicating the bypass 87 with the second hydraulic pressure supply line 42 at the B position. The liquid is supplied to the hydraulic pump 22 and the tank unit 70 via the hydraulic pressure supply line 42 (second state). Then, as shown in FIG. 3C, the pressure control valve 82 shuts off the bypass 87 at the position C, and discharges the hydraulic fluid in the second hydraulic pressure supply line 42 to the reservoir 83, so that the second liquid is supplied. The pressure of the pressure supply line 42 is reduced (third state).
  • the switching control of the pressure control valve 82 includes the driving state of the hydraulic pump 22, the rotating state of the hydraulic motor 31 and the generator 32, and the hydraulic circulation circuit 40 (first hydraulic pressure supply line 41, second hydraulic pressure supply). This is executed by the controller 60 based on the circuit pressure of the line 42), the output from the tank unit 70 (liquid level detection signal), and the like.
  • FIG. 4 is an example of a processing flow executed by the controller 60.
  • FIG. 5 shows the change over time in the amount of hydraulic fluid in the second hydraulic pressure supply line 42 and the tank portion 71, and the switching position of the pressure control valve 82. It is a timing chart which shows the relationship.
  • the controller 60 activates the charge pump 81 and switches the pressure control valve 82 to the A position (steps 11 and 12).
  • the hydraulic pump 22 is installed at the top of the tower 10, while the hydraulic motor 31 is installed on the ground (ground H). For this reason, due to the height difference corresponding to the height of the tower 10 between the hydraulic pump 22 and the hydraulic motor 31, the hydraulic pump 22 is normally driven with the pressure of the hydraulic fluid discharged from the hydraulic motor 31. In some cases, the hydraulic fluid (back pressure) necessary for securing the hydraulic pump 22 cannot be sufficiently supplied.
  • the pressure is maintained at (first pressure P1) or higher.
  • the hydraulic pump 22 can generate a hydraulic pressure corresponding to the amount of rotation of the windmill 21.
  • the pressure control valve 82 since the pressure control valve 82 is in the A position, the hydraulic fluid discharged from the hydraulic motor 31 is discharged to the reservoir 83 via the bypass 87 (see FIG. 3A). Therefore, the second hydraulic pressure supply line 42 is boosted from the atmospheric pressure P0 to the first pressure P1 by the pump 81 (see time t0 to t1 in FIG. 5).
  • the rotational power is transmitted to the hydraulic pump 22 via the gear mechanism 23.
  • the hydraulic pump 22 generates a hydraulic pressure according to the rotation of the wind turbine 21 and transmits the hydraulic pressure to the hydraulic motor 31 via the first hydraulic pressure supply line 41.
  • the hydraulic motor 31 rotates in response to the hydraulic pressure from the hydraulic pump 22 and drives the generator 32.
  • the hydraulic fluid discharged from the hydraulic motor 31 returns to the hydraulic pump 22 through the bypass 87, the pump unit 81, and the second hydraulic pressure supply line 42.
  • the controller 60 constantly monitors the hydraulic pressure of the first hydraulic pressure supply line 41 based on the output of the pressure sensor 45, and the discharge amount of the hydraulic pump 22 or the output of the pressure sensor 45 so that the output of the pressure sensor 45 becomes a constant predetermined value.
  • the rotational speed of the hydraulic motor 31 is controlled.
  • the generator 32 can stably generate electric power with a constant power generation amount (see times t1 to t2 in FIG. 5).
  • the hydraulic pressure of the second hydraulic pressure supply line 42 may fall below the first pressure P1.
  • the outlet valve 72 of the tank unit 70 opens, and the hydraulic fluid is supplied from the tank portion 71 to the second pressure.
  • the hydraulic pressure supply line 42 is replenished. This suppresses an excessive decrease in the hydraulic pressure in the second hydraulic pressure supply line 42, so that the normal operation of the hydraulic pump 22 is maintained (see times t2 to t3 in FIG. 5).
  • the tank unit 71 is provided.
  • the switch of the liquid level detection mechanism is activated and the output is output to the controller 60.
  • the controller 60 switches the pressure control valve 82 from the A position to the B position (steps 13 and 14).
  • the hydraulic pressure in the second hydraulic pressure supply line 42 increases (time in FIGS. 3B and 5). t3 to t4).
  • the hydraulic pressure in the second hydraulic pressure supply line 42 further increases. For example, when the hydraulic pressure in the second hydraulic pressure supply line 42 reaches a third pressure higher than the second pressure, the discharge pressure (discharge amount) of the hydraulic pump 22 accompanying the increase in the back pressure of the hydraulic pump 22. ) Increases the rotational speeds of the hydraulic motor 31 and the generator 32. Therefore, the controller 60 switches the pressure control valve 82 from the B position to the C position when it detects excessive rotation of the generator 32 that exceeds a predetermined value (steps 15 and 16).
  • the second hydraulic pressure supply line 42 communicates with the reservoir 83, and the hydraulic pressure of the second hydraulic pressure supply line 42 decreases (see times t5 to t6 in FIGS. 3C and 5).
  • the inlet valve 73 of the tank unit 70 is closed, whereby supply of the hydraulic fluid to the tank unit 71 is stopped.
  • the discharge pressure (discharge amount) of the hydraulic pump 22 also decreases, thereby releasing the hydraulic motor 31 and the generator 32 from the over-rotation state.
  • the controller 60 detects that the generator 32 has returned to the steady normal rotation speed, the controller 60 switches the pressure control valve 82 from the C position to the A position (steps 17 and 12).
  • the second hydraulic pressure supply line 42 is again maintained at the first pressure P1 (see after time t6 in FIG. 5). Thereafter, the same control as described above is executed.
  • the hydraulic pressure replenishment circuit 90 including the tank unit 70 and the charge unit 80 since the hydraulic pump 22 can be driven normally even when the windmill 21 rotates rapidly. Thus, stable power generation operation can be ensured.
  • the hydraulic pump 20 can be replenished quickly with the hydraulic pump 20 during the rapid rotation of the wind turbine 21.
  • the proper operation of the drive pump 22 can be ensured.
  • the hydraulic fluid can be automatically filled into the tank unit 71 according to the pressure in the hydraulic pressure circulation circuit 40, maintenance work for replenishing the hydraulic fluid can be eliminated.
  • the switching control of the pressure control valve 82 is performed according to the output of the liquid level detection mechanism of the hydraulic fluid in the tank unit 71 and the rotation state of the generator 32, but of course not limited to this. Further, the switching control of the pressure control valve 82 may be performed based on the rotation speed of the hydraulic pump 22, the outputs of the pressure sensors 45 and 45A, and the like. For example, the hydraulic pressure of the second hydraulic pressure supply line 42 is monitored by the pressure sensor 45A, it is determined whether or not the pressure has reached a predetermined value (P0, P1, P3, etc.), and according to the determination result The pressure control valve 82 may be switched to an optimal position.
  • a predetermined value P0, P1, P3, etc.
  • the generator 32 is not installed at a high place such as the top of the tower 10 but at a lower place (the ground such as the ground H). For this reason, the drive unit 20 installed at the top of the tower 10 can be reduced in size and weight, and the apparatus can be reduced in size.
  • FIG. 6A is a schematic side view of a wind turbine generator 100 according to a comparative example in which the generator G is stored in the nacelle 121, and FIG. 6B compares the wind turbine generator 1 according to the present embodiment with the wind turbine generator 100. It is a schematic side view shown.
  • the generator G is accommodated in the nacelle 121 installed at the top of the tower 110, the nacelle 121 is large in size and heavy in weight, and therefore the tower that supports the nacelle 121 is supported. In order to increase the rigidity of 110, it was essential to increase the diameter.
  • the generator G is housed in the ground power generation unit 30, so that the nacelle 201 can be reduced in size and weight. As a result of reducing the rigidity required for the tower 10 that supports 201, the diameter of the tower 10 can be reduced.
  • the generator G is installed on the ground, work at a high place becomes unnecessary, and therefore maintenance workability such as inspection, repair, and replacement of the generator G is improved.
  • the windmill 21 is configured as a horizontal type, but is not limited thereto, and may be configured as a vertical type windmill whose rotation axis is orthogonal to the direction of the wind.
  • the wind power generator has been described as an example of the renewable energy power generator, but the present invention is not limited to this, and wave power generation or tidal power generation in which a rotor is installed on the surface of the ocean, rivers, lakes, etc.
  • the present invention is also applicable to hydroelectric power generation.
  • the present invention even when the rotor and the generator are installed at positions separated from each other, malfunction of the hydraulic pump can be prevented by the hydraulic auxiliary circuit as described above. Stable power generation operation can be ensured.
  • the generator can be installed at an arbitrary position, not only the maintainability is improved, but also the design flexibility of the power generation system can be improved.

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Abstract

【課題】メンテナンス性の向上を図りつつ、安定した発電動作を確保する。 【解決手段】本発明の一実施形態に係る液圧装置５０は、液圧ポンプ２２と、液圧モータ３１と、液圧循環回路４０と、液圧補助回路９０とを具備する。液圧ポンプは、風車２１の回転に応じて液圧を発生させる。液圧モータは、液圧ポンプから離隔した位置に設置され、上記液圧を受けて回転して発電機３２を駆動させる。液圧循環回路は、第１の液圧供給ライン４１と、第２の液圧供給ライン４２とを有し、液圧ポンプと液圧モータとの間において作動液を循環させる。液圧補助回路は、風車の回転状態に応じて液圧ポンプへ供給される作動液を貯留するタンクユニット７０と、タンクユニットへ作動液を補充するチャージユニット８０とを有し、第２の液圧供給ラインに接続される。

Description

液圧装置および風力発電装置
　本発明は、風力発電等の再生エネルギ型発電に用いられる液圧装置およびこれを備えた風力発電装置に関する。
　近年、再生エネルギ発電システムとして、風力発電の普及が進められている。例えば特許文献１には、地面に設置されたタワーと、タワーの頂部に取り付けられたナセルと、ナセルに収容された発電機と、発電機の回転軸に取り付けられたロータとを備え、風を受けて回転するロータの回転力で発電機を駆動する風力発電装置が記載されている。
　一方、ロータの回転動力を発電機へ伝達する動力伝達機構に油圧回路を用いる発電システムが知られている。例えば特許文献２には、風を受けて回転するロータと、ロータの回転を増速する油圧トランスミッションと、電力系統に連系された同期発電機とを備え、油圧トランスミッションおよび同期発電機がナセル又はこれを支持するタワーの内部に収納された風力発電装置が開示されている。
特開２０１６－１５８８２号公報 特表２０１３－５２０５９６号公報
　しかしながら、従来の風力発電装置においては、ナセルに発電機が収容されているため、発電機の点検や修理、交換等のメンテナンス作業を高所で行う必要があり、作業性が悪いという問題がある。また、ロータの回転駆動力を発電機へ伝達する伝達機構に油圧回路を適用する場合、ロータの急速回転時等において液圧ポンプに吸い込まれる作動液の量に不足が生じ、これが原因で液圧ポンプが動作不良を起こし、安定した発電を行うことができなくなるおそれがある。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、メンテナンス性の向上を図りつつ、安定した発電動作を確保することができる液圧装置および風力発電装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る液圧装置は、液圧ポンプと、液圧モータと、液圧循環回路と、液圧補助回路とを具備する。
　上記液圧ポンプは、ロータの回転に応じて液圧を発生させる。
　上記液圧モータは、上記液圧ポンプから離隔した位置に設置され、上記液圧を受けて回転して発電機を駆動させる。
　上記液圧循環回路は、上記液圧ポンプから上記液圧モータへ作動液を供給する第１の液圧供給ラインと、上記液圧モータから上記液圧ポンプへ作動液を供給する第２の液圧供給ラインとを有し、上記液圧ポンプと上記液圧モータとの間において作動液を循環させる。
　上記液圧補助回路は、上記ロータの回転状態に応じて上記液圧ポンプへ供給される作動液を貯留するタンクユニットと、上記タンクユニットへ作動液を補充するチャージユニットとを有し、上記第２の液圧供給ラインに接続される。
　上記液圧装置において、液圧ポンプおよび液圧モータは、相互に離隔した位置に設置されている。したがって、風力発電のようにロータが高所に設置される発電装置においては、発電ユニットを地上等の低所に設置することが可能となるため、発電機等のメンテナンス作業性を向上させることができる。
　また、上記液圧装置は、第２の液圧供給ラインに接続された液圧補充回路を備えているため、第２の液圧供給ラインの圧力の低下が抑制される。これにより、ロータの急速回転時等においても液圧ポンプを正常に駆動させて、安定した発電動作を確保することができる。
　上記タンクユニットは、作動液を貯留するタンク部と、上記タンク部から上記第２の液圧供給ラインへの作動液の流れを許容する出口弁と、上記第２の液圧供給ラインから上記タンク部への作動液の流れを許容し、上記出口弁よりも高い開弁圧を有する入口弁とを有してもよい。
　これにより、第２の液圧供給ラインの圧力低下に応じて適正量の作動液をタンク部から出口弁を介して第２の液圧供給ラインへ迅速に導入することができ、さらにチャージユニットから送出される作動液を第２の液圧供給ラインおよび入口弁を介してタンク部へ適正に補充することができる。
　上記チャージユニットは、上記第２の液圧供給ラインへ作動液を送出するポンプ部と、上記第２の液圧供給ラインの圧力を制御する圧力制御弁とを有してもよい。
　これにより、第２の液圧供給ラインの過剰な圧力上昇を防止することができるとともに、タンク部への適正量の作動液の補充を実現することができる。
　上記チャージユニットは、作動液を貯留するリザーバをさらに有してもよい。上記圧力制御弁は、上記液圧モータから吐出される作動液を上記リザーバへ排出する第１の状態と、上記液圧モータから吐出される作動液を上記第２の液圧供給ラインへ送出する第２の状態と、上記第２の液圧供給ライン内の作動液を上記リザーバへ排出する第３の状態とを有してもよい。
　この場合、上記液圧装置は、上記液圧供給回路の圧力または上記発電機の出力に基づいて、上記圧力制御弁を上記第１～第３の状態の間で選択的に切り替えるコントローラをさらに具備してもよい。
　上記液圧ポンプおよび上記タンクユニットは、地上に設置されたタワーの頂部に設置され、上記液圧モータおよび上記チャージユニットは、地上に設置される。
　これにより、メンテナンス性の向上を図りつつ、液圧ポンプの正常な動作を確保することができる風力発電装置が構成される。
　上記液圧ポンプは、可変容量式の液圧ポンプであってもよいし、上記液圧モータは、可変容量式の液圧モータであってもよい。
　これにより、一定の回転数で発電機を駆動させることができるため、安定した発電動作が可能となる。
　本発明の一形態に係る風力発電装置は、風車と、発電機と、液圧ポンプと、液圧モータと、液圧循環回路と、液圧補助回路とを具備する。
　上記液圧ポンプは、上記風車の回転に応じて液圧を発生させる。
　上記液圧モータは、上記液圧ポンプから離隔した位置に設置され、上記液圧を受けて回転して上記発電機を駆動させる。
　上記液圧循環回路は、上記液圧ポンプから上記液圧モータへ作動液を供給する第１の液圧供給ラインと、上記液圧モータから上記液圧ポンプへ作動液を供給する第２の液圧供給ラインとを有し、上記液圧ポンプと上記液圧モータとの間において作動液を循環させる。
　上記液圧補助回路は、上記風車の回転状態に応じて上記液圧ポンプへ供給される作動液を貯留するタンクユニットと、上記タンクユニットへ作動液を補充するチャージユニットとを有し、上記第２の液圧供給ラインに接続される。
本発明の一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略側面図である。 上記風力発電装置の駆動回路を示す配管構成図である。 上記駆動回路における圧力制御弁の構成および動作を説明する要部の概略回路図である。 上記風力発電装置の一制御例を示すフローチャートである。 上記風力発電装置の一作用を説明するタイミングチャートである。 上記風力発電装置と比較例に係る風力発電装置とを比較して示す概略側面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
［全体構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係る再生エネルギ型発電装置としての風力発電装置の構成を示す概略側面図、図２はその駆動回路（液圧装置）５０を示す配管構成図である。
　本実施形態の風力発電装置１は、タワー１０の頂部に設けられた駆動ユニット２０と、発電ユニット３０と、液圧循環回路４０とを備える。風力発電装置１の発電量（出力）は特に限定されず、例えば、数十ｋＷクラスである。
　タワー１０は、風車２１（ロータ）を含む駆動ユニット２０を支持する。タワー１０は地上に設置されるが、その地面Ｈは平地面でもよいし、傾斜面であってもよい。なお、風力発電装置１は洋上に設置されてもよく、この場合、地面Ｈはタワー１０を支持するベース部の表面でもよいし、海面であってもよい。タワー１０の地面Ｈからの高さは特に限定されず、例えば数十メールから百数十メートルである。
　駆動ユニット２０は、上空の風を受けて回転する風車２１と、風車２１の回転に応じて液圧を発生させる液圧ポンプ２２とを有する。風車２１は、風の向きに対して回転軸が平行に設置される平行軸（水平軸）型の風車で構成され、ハブ２１１と、ハブ２１１の周囲に取り付けられた複数のブレード（翼）２１２とを有する。液圧ポンプ２２は、タワー１０の頂部に設置されたナセル２０１の内部に収容される。ナセル２０１は、風車２１を回転可能に支持し、その回転動力を液圧ポンプ２２へ伝達する動力伝達機構等を備える。
　発電ユニット３０は、液圧ポンプ２２において発生した液圧を受けて回転する液圧モータ３１と、液圧モータ３１の回転により駆動される発電機３２とを有する。発電ユニット３０は、地上に設置されており、典型的には、地面Ｈに設置される。発電ユニット３０は、地面Ｈに設置された支持台（図示略）の上に配置されてもよい。要するに、発電ユニット３０は、駆動ユニット２０よりも低い位置であればよい。これにより発電機３２がタワー１０の頂部に設置される場合と比較して、発電機３２のメンテナンス性を向上させることができる。
　液圧循環回路４０は、駆動ユニット２０（液圧ポンプ２２）と発電ユニット３０（液圧モータ３１）との間において作動液を循環させる配管のほか、バルブ、作動液リザーバ等の油圧機器を含む。液圧循環回路４０は、典型的には、タワー１０の内部に設置される。
　図２に示すように、駆動回路５０は、液圧ポンプ２２、液圧モータ３１、液圧循環回路４０、液圧補助回路９０等により構成される。以下、駆動回路５０の詳細について説明する。
　（駆動回路）
　駆動回路５０は、風車２１の回転動力を発電機３２へ伝達する動力伝達機構を構成する。風力発電装置１は、駆動回路５０を制御するコントローラ６０を備えている。コントローラ６０は、典型的には、ＣＰＵやメモリ等を含むコンピュータで構成され、例えば発電ユニット３０やタワー１０の内部あるいはそれらの近傍に設置される。
　液圧ポンプ２２は、風車２１の回転力を受けて液圧を発生させる回転型の油圧ポンプで構成される。本実施形態において液圧ポンプ２２は、コントローラ６０からの指令に応じて吐出量を制御可能な油圧ポンプで構成され、例えば、斜板型アキシャルピストンポンプが採用される。
　液圧ポンプ２２は、風車２１の回転軸２１ａにギア機構２３を介して接続されている。ギア機構２３は、典型的には増速ギアで構成されるが、これに限られず、減速ギアで構成されてもよい。また、ギア機構２３は、必要に応じて省略されてもよい。
　液圧モータ３１は、液圧ポンプ２２から供給される作動液（作動油）の液圧を受けて、発電機３２に回転動力を出力する油圧モータで構成される。液圧モータ３１の構成は特に限定されず、本実施形態では、斜板型アキシャルピストンモータが採用される。液圧モータ３１は、コントローラ６０からの指令に応じて回転数を制御可能に構成される。
　発電機３２は、典型的には、回転電機で構成される。発電機３２で発電された電力は、送電線（不図示）を介して所定の場所へ送られてもよいし、発電機３２で発電された電力を蓄える蓄電池（不図示）がさらに設置されてもよい。
　液圧循環回路４０は、第１の液圧供給ライン４１と、第２の液圧供給ライン４２とを有する。第１の液圧供給ライン４１は、液圧ポンプ２２の吐出口と液圧モータ３１の吸込口との間に接続され、液圧ポンプ２２から液圧モータ３１へ作動液（液圧）を供給する。第２の液圧供給ライン４２は、液圧モータ３１の吐出口と液圧ポンプ２２の吸込口との間に接続され、液圧モータ３１から液圧ポンプ２２へ作動液（液圧）を供給する。
　なお、第１の液圧供給ライン４１と第２の液圧供給ライン４２との間には、リリーフバルブ４３ｖを含むバイパスライン４３が液圧モータ３１に対して並列的に接続されている。リリーフバルブ４３ｖは、第１の液圧供給ライン４１の液圧が所定以上になったときに開放するように構成される。また、液圧モータ３１の吸込口と吐出口との間には、液圧モータ３１の吐出側の圧力が所定以上になったときに開弁する逆止弁４４が液圧モータ３１に対して並列的に接続されている。これにより液圧ポンプ２２および液圧モータ３１を過負荷から保護することができる。
　第１の液圧供給ライン４１には圧力センサ４５が接続されており、この圧力センサ４５を介して第１の液圧供給ライン４１の液圧がコントローラ６０において監視される。コントローラ６０は、圧力センサ４５の出力に基づいて液圧ポンプ２２の吐出圧および液圧モータ３１の回転量の少なくとも１つを調整し、発電機３２の発電量が一定となるように駆動回路５０を制御する。なお図示せずとも液圧ポンプ２２および液圧モータ３１にこれらの運転状態あるいは回転状態を検出するセンサを設置し、これらセンサの出力をコントローラ６０へ供給するように構成されてもよい。
　圧力センサ４５に代えて又は加えて、圧力センサ４５Ａが第２の液圧供給ライン４２に接続されてもよい。この場合も、圧力センサ４５Ａを介して第２の液圧供給ライン４２の液圧がコントローラ６０において監視される。第２の液圧供給ライン４２に圧力センサ４５Ａが設置されることにより、風車２１の急速回転時等における液圧ポンプ２２の背圧の低下を直接的に判定することが可能となる。
　（液圧補助回路）
　液圧補助回路９０は、第２の液圧供給ライン４２に接続される。液圧補助回路９０は、風車２１の回転状態に応じて液圧ポンプ２２へ供給される作動液を貯留するタンクユニット７０と、タンクユニット７０へ作動液を補充するチャージユニット８０とを有する。
　タンクユニット７０は、典型的には、タワー頂部のナセル２０１（図１）に収容され、駆動ユニット２０の近傍に設置される。タンクユニット７０は、タンク部７１と、出口弁７２と、入口弁７３とを有する。
　タンク部７１は、作動液を貯留可能な所定容積のリザーバタンクで構成される。タンク部７１は、典型的には大気圧空間に配置され、所定以上の量の作動液を常時貯留する。タンク部７１は、作動液の量を検出する液面検出機構（図示略）をさらに備えてもよい。液面検出機構の構成は特に限定されず、例えば、作動液の液面の高さに追従するフロートと、フロートの底部に設置された永久磁石と、タンク部７１の底部に設置されたリードスイッチ等を含む。液面検出機構の出力は、コントローラ６０へ送信される。
　出口弁７２は、タンク部７１と第２の液圧供給ライン４２との間に接続され、タンク部７１から第２の液圧供給ライン４２への作動液の流れを許容する逆止弁で構成される。入口弁７３は、出口弁７２とは並列的にタンク部７１と第２の液圧供給ライン４２との間に接続され、第２の液圧供給ライン４２からタンク部７１への作動液の流れを許容する逆止弁で構成される。入口弁７３は付勢バネ７３ｓを内蔵し、出口弁７２よりも高い開弁圧に設定される。
　出口弁７２の開弁圧は、大気圧以上に設定され、本実施形態では、第１の圧力Ｐ１より若干低い所定の圧力Ｐ０で開弁するように構成される。第１の圧力Ｐ１は、風車２１の定常回転時において液圧ポンプ２２の安定した動作を確保できる圧力であり、圧力Ｐ０は、液圧ポンプ２２の正常な動作を確保できる最小限の圧力に相当する。これに対して、入口弁７３は、本実施形態では、第１の圧力Ｐ１よりも高い第２の圧力Ｐ２で開弁するように構成される。
　チャージユニット８０は、典型的には、地上に設置され、例えば発電ユニット３０の内部に配置される。チャージユニット８０は、風車２１の回転時、第２の液圧供給ライン４２の液圧を上記第１の圧力Ｐ１以上の圧力に維持して、液圧ポンプ２２の円滑な動作を確保する機能を有する。
　チャージユニット８０は、第２の液圧供給ライン４２へ作動液を送出するポンプ部８１と、第２の液圧供給ライン４２の圧力を制御する圧力制御弁８２とを有する。
　ポンプ部８１は、リザーバ８３に貯留された作動液を、第１の逆止弁８４を介して第２の液圧供給ライン４２へ送出する。ポンプ部８１は、回転型の液圧ポンプで構成され、コントローラ６０からの指令によって駆動制御される。本実施形態においてポンプ部８１は、後述するように、風力発電装置１の稼働中は常時、駆動される。
　第１の逆止弁８４は、ポンプ部８１から第２の液圧供給ライン４２へ向かう作動液の流れを許容し、その逆方向への流れを禁止する。第１の逆止弁８４は、ポンプ部８１の吐出圧と第２の液圧供給ライン４２との間の圧力差で開弁するように構成される。なお、第２の液圧供給ライン４２の圧力が上記第２の圧力Ｐ２より大きい第３の圧力Ｐ３のとき、ポンプ部８１の吐出液は、リリーフバルブ８５を介してリザーバ８３へ還流するように構成される。
　ポンプ部８１から第２の液圧供給ライン４２へ送出された作動液は、液圧ポンプ２２およびタンクユニット７０へ供給されるとともに、第２の逆止弁８６により液圧モータ３１の吐出側への逆流が阻止される。第２の逆止弁８６は、ポンプ部３１から送出される作動液が第２の液圧供給ライン４２と合流する合流点Ｆ１と液圧モータ３１の吐出口との間に設けられ、液圧モータ３１から液圧ポンプ２２への作動液の流れのみを許容する。
　圧力制御弁８２は、第２の液圧供給ライン４２に接続された迂回路８７に設けられる。迂回路８７は、液圧モータ３１の吐出口と第２の逆止弁８６との間に設けられた分岐点Ｆ２において第２の液圧供給ライン４２から分岐し、分岐点Ｆ２と第２の逆止弁８６との間に設けられた合流点Ｆ３において第２の液圧供給ライン４２と合流する。圧力制御弁８２は、コントローラ６０からの制御指令を受けて、迂回路８７の流路を切り替えることで、第２の液圧供給ライン４２を増圧あるいは減圧することが可能に構成される。
　迂回路８７にはさらに、流量制御弁８８が設けられている。流量制御弁８８は、分岐点Ｆ２と圧力制御弁８２との間に配置され、液圧モータ３１から圧力制御弁８２へ供給される作動液の流量を制御する。流量制御弁８８の構成は特に限定されず、本実施形態では、可変絞り８８ａと、圧力制御弁８２側から分岐点Ｆ２側への作動液の流れのみを許容する逆止弁８８ｂとの並列回路で構成される。
　図３Ａ～Ｃは、圧力制御弁８２の構成および動作を説明する要部の概略回路図である。
　圧力制御弁８２は、Ａ位置と、Ｂ位置と、Ｃ位置とを有する３ポート３位置電磁切替弁で構成される。圧力制御弁８２は、ソレノイド部ＳＬ１，ＳＬ２およびバネＳＰ１，ＳＰ２を有する。圧力制御弁８２は、ソレノイド部ＳＬ１への励磁指令によりＢ位置へ切り替えられ、当該励磁指令の消失時はバネＳＰ２の付勢力でＡ位置へ復帰する。また、圧力制御弁８２は、ソレノイド部ＳＬ２への励磁指令によりＣ位置へ切り替えられ、当該励磁指令の消失時はバネＳＰ１の付勢力でＡ位置へ復帰する。
　圧力制御弁８２は、図３Ａに示すように、Ａ位置において迂回路８７をリザーバ８３へ連通させることで、液圧モータ３１から吐出される作動液をリザーバ８３へ排出する（第１の状態）。また、圧力制御弁８２は、図３Ｂに示すように、Ｂ位置において迂回路８７を第２の液圧供給ライン４２と連通させることで、液圧モータ３１から吐出される作動液を第２の液圧供給ライン４２を介して液圧ポンプ２２やタンクユニット７０へ供給する（第２の状態）。そして、圧力制御弁８２は、図３Ｃに示すように、Ｃ位置において迂回路８７を遮断するとともに、第２の液圧供給ライン４２の作動液をリザーバ８３へ排出することで、第２の液圧供給ライン４２の圧力を低下させる（第３の状態）。
　圧力制御弁８２の切替制御は、液圧ポンプ２２の駆動状態、液圧モータ３１や発電機３２の回転状態、液圧循環回路４０（第１の液圧供給ライン４１、第２の液圧供給ライン４２）の回路圧、タンクユニット７０からの出力（液面検知信号）などに基づいて、コントローラ６０により実行される。
［風力発電装置の動作］
　次に、以上のように構成される風力発電装置１の典型的な動作について説明する。
　図４は、コントローラ６０により実行される処理フローの一例であり、図５は、第２の液圧供給ライン４２およびタンク部７１内の作動液量の時間変化と圧力制御弁８２の切替位置との関係を示すタイミングチャートである。
　風力発電装置１の駆動開始時、コントローラ６０は、チャージポンプ８１を起動させるとともに、圧力制御弁８２をＡ位置へ切り替える（ステップ１１，１２）。
　上述のように、液圧ポンプ２２はタワー１０の頂部に設置されているのに対して、液圧モータ３１は地上（地面Ｈ）に設置されている。このため、液圧ポンプ２２と液圧モータ３１との間のタワー１０の高さに相当する高低差によって、液圧モータ３１から吐出される作動液の圧力では液圧ポンプ２２の正常な駆動を確保するのに必要な作動液（背圧）を液圧ポンプ２２へ十分に供給することができない場合がある。
　そこで本実施形態では、風力発電装置１の稼働中は常時、チャージユニット８０のポンプ部８１を駆動することで、第２の液圧供給ライン４２を液圧ポンプ２２の適正な動作を確保できる圧力（第１の圧力Ｐ１）以上の圧力に維持する。これにより、風車２１の回転量に応じた液圧を液圧ポンプ２２において発生させることが可能となる。
　一方、圧力制御弁８２はＡ位置にあるため、液圧モータ３１から吐出される作動液は迂回路８７を介してリザーバ８３へ排出される（図３Ａ参照）。このため第２の液圧供給ライン４２は、ポンプ部８１によって、大気圧Ｐ０から第１の圧力Ｐ１に昇圧される（図５における時間ｔ０～ｔ１参照）。
　風車２１が風を受けて回転すると、その回転動力がギア機構２３を介して液圧ポンプ２２へ伝達される。液圧ポンプ２２は、風車２１の回転に応じた液圧を発生し、第１の液圧供給ライン４１を介してその液圧を液圧モータ３１へ伝達する。液圧モータ３１は、液圧ポンプ２２からの液圧を受けて回転し、発電機３２を駆動する。液圧モータ３１から吐出された作動液は、迂回路８７、ポンプ部８１および第２の液圧供給ライン４２を介して液圧ポンプ２２へ還流する。
　コントローラ６０は、圧力センサ４５の出力に基づいて第１の液圧供給ライン４１の液圧を常時監視し、圧力センサ４５の出力が一定の所定値となるように液圧ポンプ２２の吐出量あるいは液圧モータ３１の回転数を制御する。これにより、発電機３２において一定の発電量で安定に電力を発生することができる（図５における時間ｔ１～ｔ２参照）。
　ここで、風量が急激に強くなるなどして風車２１の回転が急速に増加したとき、第２の液圧供給ライン４２の液圧が第１の圧力Ｐ１を下回る場合がある。第２の液圧供給ライン４２の液圧が第１の圧力Ｐ１より所定の圧力Ｐ０にまで低下すると、タンクユニット７０の出口弁７２が開弁して、タンク部７１から作動液が第２の液圧供給ライン４２へ補充される。これにより第２の液圧供給ライン４２の過度な液圧低下が抑制されるため、液圧ポンプ２２の正常な動作が維持される（図５における時間ｔ２～ｔ３参照）。
　一方、タンク部７１から第２の液圧供給ライン４２への作動液の補充が一定時間継続し、タンク部７１内の作動液の残量が所定レベル以上低下すると、タンク部７１に設けられた液面検出機構のスイッチが作動し、その出力がコントローラ６０へ出力される。コントローラ６０は、上記スイッチの出力を受信すると、圧力制御弁８２をＡ位置からＢ位置へ切り替える（ステップ１３，１４）。これにより、液圧モータ３１から吐出される作動液の全量が第２の液圧供給ライン４２に導入され、第２の液圧供給ライン４２の液圧が上昇する（図３Ｂ、図５における時間ｔ３～ｔ４参照）。また、第２の液圧供給ライン４２の液圧が第２の圧力Ｐ２に達すると、タンクユニット７０の入口弁７３が開弁し、タンク部７１に作動液が補給される（図５における時間ｔ４～ｔ５参照）。これにより、液圧ポンプ２２の安定な動作を確保しつつ、タンク部７１へ作動液を補給することが可能となる。
　風車２１の急速回転が緩和されて定常回転にまで風車２１の回転数が低下した後も上記制御が継続されると、第２の液圧供給ライン４２の液圧はさらに上昇する。例えば、第２の液圧供給ライン４２の液圧が第２の圧力よりも高い第３の圧力に達すると、液圧ポンプ２２の背圧の上昇に伴う液圧ポンプ２２の吐出圧（吐出量）の増加により、液圧モータ３１および発電機３２の回転数が上昇する。そこでコントローラ６０は、発電機３２の所定以上の過度な回転を検出したとき、圧力制御弁８２をＢ位置からＣ位置へ切り替える（ステップ１５，１６）。これにより、第２の液圧供給ライン４２がリザーバ８３と連通し、第２の液圧供給ライン４２の液圧が低下する（図３Ｃ、図５における時間ｔ５～ｔ６参照）。第２の液圧供給ライン４２の液圧が第２の圧力Ｐ２以下になると、タンクユニット７０の入口弁７３が閉じ、これによりタンク部７１への作動液の補給が停止される。
　第２の液圧供給ライン４２の液圧の低下に伴い、液圧ポンプ２２の吐出圧(吐出量)も低下し、これにより液圧モータ３１および発電機３２が過回転状態から解放される。コントローラ６０は、発電機３２の定常的な正常回転数に復帰したことを検出すると、圧力制御弁８２をＣ位置からＡ位置へ切り替える（ステップ１７，１２）。これにより、第２の液圧供給ライン４２は再び第１の圧力Ｐ１に維持される（図５における時間ｔ６以後参照）。以後、上述と同様な制御が実行される。
　以上のように本実施形態によれば、タンクユニット７０とチャージユニット８０とを含む液圧補充回路９０を備えているため、風車２１の急速回転時等においても液圧ポンプ２２を正常に駆動させて、安定した発電動作を確保することができる。
　また以上の実施形態では、タンクユニット７０が駆動ユニット２０と同様にタワー１０の頂部に設置されているため、風車２１の急速回転時において液圧ポンプ２０へ迅速に作動液を補充することが可能となり、駆動ポンプ２２の適正な動作を確保することができる。また、タンク部７１への作動液の充填を液圧循環回路４０内の圧力に応じて自動的に行うことができるため、作動液の補給のためのメンテナンス作業を不要とすることができる。
　なお以上の説明では、タンク部７１内の作動液の液面検出機構の出力や発電機３２の回転状態などに応じて圧力制御弁８２の切り替え制御を行うようにしたが、勿論これに限られず、液圧ポンプ２２の回転数や圧力センサ４５，４５Ａの出力等に基づいて圧力制御弁８２の切り替え制御を行うようにしてもよい。例えば、圧力センサ４５Ａによって第２の液圧供給ライン４２の液圧を監視し、その圧力が所定の値（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ３など）に達したか否かを判定し、その判定結果に応じて最適な位置に圧力制御弁８２を切り替えるようにしてもよい。
　さらに、本実施形態の風力発電装置１においては、発電機３２がタワー１０の頂部といった高所ではなく、それよりも低い場所（地面Ｈ等の地上）に設置されている。このため、タワー１０の頂部に設置される駆動ユニット２０の小型化、軽量化を図り、装置の小型化を実現することができる。
　図６Ａは、ナセル１２１に発電機Ｇが格納された比較例に係る風力発電装置１００の概略側面図であり、図６Ｂは本実施形態に係る風力発電装置１を上記風力発電装置１００と比較して示す概略側面図である。
　比較例に係る風力発電装置１００は、タワー１１０の頂部に設置されたナセル１２１の内部に発電機Ｇが収容されているため、ナセル１２１が大型化しその重量も大きく、したがってナセル１２１を支持するタワー１１０の剛性を高めるために大径化が必須とされていた。これに対して図６Ｂに示す本実施形態の風力発電装置１によれば、発電機Ｇが地上の発電ユニット３０に収容されているため、ナセル２０１の小型化、軽量化が可能となり、したがってナセル２０１を支持するタワー１０に必要な剛性を低下させることができる結果、タワー１０の小径化が図れることになる。さらに本実施形態によれば、発電機Ｇが地上に設置されているため、高所での作業が不要となり、したがって発電機Ｇの点検や修理、交換等のメンテナンス作業性が向上する。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
　例えば以上の実施形態では、風車２１は水平型で構成されたが、これに限られず、回転軸が風の向きに対して直交する垂直型の風車で構成されてもよい。
　また以上の実施形態では、再生エネルギ型発電装置として風力発電装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、海洋、河川、湖沼などの水面にロータを設置した波力発電や潮汐発電、水力発電等にも本発明は適用可能である。特に、本発明によれば、ロータと発電機とが相互に離間した位置に設置される場合においても、上述のように液圧補助回路によって液圧ポンプの動作不良を防止することができるため、安定した発電動作を確保することができる。また発電機を任意の位置に設置できるため、メンテナンス性の向上はもちろん、発電システムの設計自由度の向上を図ることができる。

Claims (8)

  1. 　ロータの回転に応じて液圧を発生させる液圧ポンプと、
    　前記液圧ポンプから離隔した位置に設置され、前記液圧を受けて回転して発電機を駆動させる液圧モータと、
    　前記液圧ポンプから前記液圧モータへ作動液を供給する第１の液圧供給ラインと、前記液圧モータから前記液圧ポンプへ作動液を供給する第２の液圧供給ラインとを有し、前記液圧ポンプと前記液圧モータとの間において作動液を循環させる液圧循環回路と、
    　前記ロータの回転状態に応じて前記液圧ポンプへ供給される作動液を貯留するタンクユニットと、前記タンクユニットへ作動液を補充するチャージユニットとを有し、前記第２の液圧供給ラインに接続された液圧補助回路と
    　を具備する液圧装置。
  2. 　請求項１に記載の液圧装置であって、
    　前記タンクユニットは、作動液を貯留するタンク部と、前記タンク部から前記第２の液圧供給ラインへの作動液の流れを許容する出口弁と、前記第２の液圧供給ラインから前記タンク部への作動液の流れを許容し、前記出口弁よりも高い開弁圧を有する入口弁とを有する
    　液圧装置。
  3. 　請求項２に記載の液圧装置であって、
    　前記チャージユニットは、前記第２の液圧供給ラインへ作動液を送出するポンプ部と、前記第２の液圧供給ラインの圧力を制御する圧力制御弁とを有する
    　液圧装置。
  4. 　請求項３に記載の液圧装置であって、
    　前記チャージユニットは、作動液を貯留するリザーバをさらに有し、
    　前記圧力制御弁は、前記液圧モータから吐出される作動液を前記リザーバへ排出する第１の状態と、前記液圧モータから吐出される作動液を前記第２の液圧供給ラインへ送出する第２の状態と、前記第２の液圧供給ライン内の作動液を前記リザーバへ排出する第３の状態とを有する
    　液圧装置。
  5. 　請求項４に記載の液圧装置であって、
    　前記液圧供給回路の圧力または前記発電機の出力に基づいて、前記圧力制御弁を前記第１～第３の状態の間で選択的に切り替えるコントローラをさらに具備する
    　液圧装置。
  6. 　請求項１に記載の液圧装置であって、
    　前記液圧ポンプおよび前記タンクユニットは、地上に設置されたタワーの頂部に設置され、
    　前記液圧モータおよび前記チャージユニットは、地上に設置される
    　液圧装置。
  7. 　請求項１に記載の液圧装置であって、
    　前記液圧ポンプは、可変容量式の液圧ポンプであり、
    　前記液圧モータは、可変容量式の液圧モータである
    　液圧装置。
  8. 　風車と、
    　発電機と、
    　前記風車の回転に応じて液圧を発生させる液圧ポンプと、
    　前記液圧ポンプから離隔した位置に設置され、前記液圧を受けて回転して前記発電機を駆動させる液圧モータと、
    　前記液圧ポンプから前記液圧モータへ作動液を供給する第１の液圧供給ラインと、前記液圧モータから前記液圧ポンプへ作動液を供給する第２の液圧供給ラインとを有し、前記液圧ポンプと前記液圧モータとの間において作動液を循環させる液圧循環回路と、
    　前記風車の回転状態に応じて前記液圧ポンプへ供給される作動液を貯留するタンクユニットと、前記タンクユニットへ作動液を補充するチャージユニットとを有し、前記第２の液圧供給ラインに接続された液圧補助回路と
    　を具備する風力発電装置。
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