特許 5973732 制振装置を備えた風力発電装置及びタワー状建造物の制振装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5973732

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】制振装置を備えた風力発電装置及びタワー状建造物の制振装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 13/20 20160101AFI20160809BHJP

   F03D 80/80 20160101ALI20160809BHJP

   E04H 12/00 20060101ALI20160809BHJP

   E04H 9/14 20060101ALI20160809BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20160809BHJP

【ＦＩ】

   F03D13/20

   F03D80/80

   E04H12/00 B

   E04H9/14 G

   E04H9/02 341A

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-12183(P2012-12183)

(22)【出願日】2012年1月24日

(65)【公開番号】特開2013-151883(P2013-151883A)

(43)【公開日】2013年8月8日

【審査請求日】2014年12月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000224994

【氏名又は名称】特許機器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100139686

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 史朗

(72)【発明者】

【氏名】洞 宏一

(72)【発明者】

【氏名】山方 啓司

【審査官】 新井 浩士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１１４９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５０６３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特許第４８３１８４７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平１１−２０１０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１４２１７８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ １３／２０

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｅ０４Ｈ ９／１４

Ｅ０４Ｈ １２／００

Ｆ０３Ｄ ８０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基礎上に設置されたタワーと、前記タワーの頂部に支持されたナセルと、前記ナセルの正面に支持されたロータヘッドと、前記タワーの上部又は前記ナセルに設置されたマスダンパー型の制振装置とを備えた風力発電装置であって、
前記制振装置が、前記タワーの軸心を横断するように配置されたウェイトを有し、前記ウェイトに、前記ナセル内の発電機から前記制振装置よりも下方に配置された下段電気設備に向けて延びる送電ケーブルを挿通する開口が形成され、
前記制振装置が、前記タワーの上部又は前記ナセルに取り付けられた上段支持板と中段支持板と下段支持板を有し、前記下段支持板の下に前記ウェイトが取り付けられ、前記送電ケーブルを挿通する開口が前記上段支持板と中段支持板と下段支持板に形成されるとともに、
前記上段支持板と前記中段支持板との間にＸ軸直動レールとＸ軸移動脚が設けられ、前記Ｘ軸直動レールに沿って前記Ｘ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記上段支持板に対し前記中段支持板が前記Ｘ軸方向に移動自在に支持され、
前記中段支持板と前記下段支持板との間にＹ軸直動レールとＹ軸移動脚が設けられ、前記Ｙ軸直動レールに沿って前記Ｙ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記中段支持板に対し前記下段支持板が前記Ｙ軸方向に移動自在に支持され、
前記上段支持板に前記中段支持板の前記Ｘ軸方向への移動限界位置を規制するＸ軸ストッパが設けられ、前記中段支持板に前記下段支持板の前記Ｙ軸方向への移動限界位置を規制するＹ軸ストッパが設けられる一方、
前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が前記送電ケーブルの挿通領域とされ、前記Ｘ軸ストッパによる移動限界位置と前記Ｙ軸ストッパによる移動限界位置において前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が、間隙をもって前記送電ケーブルを挿通可能な領域であることを特徴とする制振装置とを備えた風力発電装置。

【請求項2】

基礎上に設置されたタワーと、前記タワーの頂部に支持された上段電気設備とを備えるタワー状建造物の上部に設けられるマスダンパー型の制振装置であって、
前記タワーの軸心を横断するように配置されたウェイトを有し、前記ウェイトに、前記上段電気設備から当該制振装置よりも下方に配置された下段電気設備に向けて延びる送電ケーブルを挿通する開口が形成され、
前記タワーの上部又は前記ナセルに取り付けられた上段支持板と中段支持板と下段支持板を有し、前記下段支持板の下に前記ウェイトが取り付けられ、前記送電ケーブルを挿通する開口が前記上段支持板と中段支持板と下段支持板に形成されるとともに、
前記上段支持板と前記中段支持板との間にＸ軸直動レールとＸ軸移動脚が設けられ、前記Ｘ軸直動レールに沿って前記Ｘ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記上段支持板に対し前記中段支持板が前記Ｘ軸方向に移動自在に支持され、
前記中段支持板と前記下段支持板との間にＹ軸直動レールとＹ軸移動脚が設けられ、前記Ｙ軸直動レールに沿って前記Ｙ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記中段支持板に対し前記下段支持板が前記Ｙ軸方向に移動自在に支持され、
前記上段支持板に前記中段支持板の前記Ｘ軸方向への移動限界位置を規制するＸ軸ストッパが設けられ、前記中段支持板に前記下段支持板の前記Ｙ軸方向への移動限界位置を規制するＹ軸ストッパが設けられる一方、
前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が前記送電ケーブルの挿通領域とされ、前記Ｘ軸ストッパによる移動限界位置と前記Ｙ軸ストッパによる移動限界位置において前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が、間隙をもって前記送電ケーブルを挿通可能な領域であることを特徴とするタワー状建造物の制振装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制振装置を備えた風力発電装置、及びタワー状建造物の制振装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基礎上に設置されたタワーと、前記タワーの頂部に支持されたナセルと、前記ナセルの正面に支持されたロータヘッドとを備える風力発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ナセル内の発電機からは、基礎上の電気設備に向けて送電ケーブルが延出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２８６４２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、風力発電装置のようなタワー状建造物において、当該建造物の上部にマスダンパー型の制振装置を備えることがある。この制振装置は簡易な構造ながら、建造物に載せるウェイトの重量を考慮すると小さな振動の制振に適しており、風力発電装置の如く風に因る振動を生じ易いタワー状建造物の制振には好適である。他方、風力発電装置のナセル周辺には制振装置の配置スペースが少なく、かつ前記送電ケーブルも配索されていることから、如何にして制振装置を設置するかが課題となる。

【0005】

そこで本発明は、制振装置を備えた風力発電装置、及びタワー状建造物の制振装置において、マスダンパー型の制振装置を効率よく設置可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、
基礎上に設置されたタワーと、前記タワーの頂部に支持されたナセルと、前記ナセルの正面に支持されたロータヘッドと、前記タワーの上部又は前記ナセルに設置されたマスダンパー型の制振装置とを備えた風力発電装置であって、前記制振装置が、前記タワーの軸心を横断するように配置されたウェイトを有し、前記ウェイトに、前記ナセル内の発電機から前記制振装置よりも下方に配置された下段電気設備に向けて延びる送電ケーブルを挿通する開口が形成され、前記制振装置が、前記タワーの上部又は前記ナセルに取り付けられた上段支持板と中段支持板と下段支持板を有し、前記下段支持板の下に前記ウェイトが取り付けられ、前記送電ケーブルを挿通する開口が前記上段支持板と中段支持板と下段支持板に形成されるとともに、前記上段支持板と前記中段支持板との間にＸ軸直動レールとＸ軸移動脚が設けられ、前記Ｘ軸直動レールに沿って前記Ｘ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記上段支持板に対し前記中段支持板が前記Ｘ軸方向に移動自在に支持され、前記中段支持板と前記下段支持板との間にＹ軸直動レールとＹ軸移動脚が設けられ、前記Ｙ軸直動レールに沿って前記Ｙ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記中段支持板に対し前記下段支持板が前記Ｙ軸方向に移動自在に支持され、前記上段支持板に前記中段支持板の前記Ｘ軸方向への移動限界位置を規制するＸ軸ストッパが設けられ、前記中段支持板に前記下段支持板の前記Ｙ軸方向への移動限界位置を規制するＹ軸ストッパが設けられる一方、前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が前記送電ケーブルの挿通領域とされ、前記Ｘ軸ストッパによる移動限界位置と前記Ｙ軸ストッパによる移動限界位置において前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が、間隙をもって前記送電ケーブルを挿通可能な領域であることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、基礎上に設置されたタワーと、前記タワーの頂部に支持された上段電気設備とを備えるタワー状建造物の上部に設けられるマスダンパー型の制振装置であって、前記タワーの軸心を横断するように配置されたウェイトを有し、前記ウェイトに、前記上段電気設備から当該制振装置よりも下方に配置された下段電気設備に向けて延びる送電ケーブルを挿通する開口が形成され、前記タワーの上部又は前記ナセルに取り付けられた上段支持板と中段支持板と下段支持板を有し、前記下段支持板の下に前記ウェイトが取り付けられ、前記送電ケーブルを挿通する開口が前記上段支持板と中段支持板と下段支持板に形成されるとともに、前記上段支持板と前記中段支持板との間にＸ軸直動レールとＸ軸移動脚が設けられ、前記Ｘ軸直動レールに沿って前記Ｘ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記上段支持板に対し前記中段支持板が前記Ｘ軸方向に移動自在に支持され、前記中段支持板と前記下段支持板との間にＹ軸直動レールとＹ軸移動脚が設けられ、前記Ｙ軸直動レールに沿って前記Ｙ軸移動脚を移動可能に支持させることで前記中段支持板に対し前記下段支持板が前記Ｙ軸方向に移動自在に支持され、前記上段支持板に前記中段支持板の前記Ｘ軸方向への移動限界位置を規制するＸ軸ストッパが設けられ、前記中段支持板に前記下段支持板の前記Ｙ軸方向への移動限界位置を規制するＹ軸ストッパが設けられる一方、前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が前記送電ケーブルの挿通領域とされ、前記Ｘ軸ストッパによる移動限界位置と前記Ｙ軸ストッパによる移動限界位置において前記上段支持板の開口と前記中段支持板の開口と前記下段支持板の開口と前記ウェイトの開口の重なる領域が、間隙をもって前記送電ケーブルを挿通可能な領域であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、制振装置の配置スペースの少ない風力発電装置のようなタワー状建造物において、制振装置のウェイトをタワーの軸心を横断するように配置したプレート状としてその容量を確保できると共に、タワー頂部に支持した上段電気設備から制振装置よりも下方に配置した下段電気設備に向けて延びる送電ケーブルを避けて前記ウェイトを配置でき、もってタワー状建造物にマスダンパー型の制振装置を効率よく設置することができる。
また、Ｘ軸ストッパとＹ軸ストッパにより上段支持板と中段支持板と下段支持板とウェイトの開口が移動限界位置まで移動したとして重なる領域に間隙をもって送電ケーブルを挿通可能なので、送電ケーブルを無理なく避けつつ制振装置を設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態における風力発電装置の側面図である。

【図2】（ａ）は上記風力発電装置に設置した制振装置の側面図、（ｂ）は前記制振装置の下面図である。

【図3】図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図4】図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図5】上記制振装置のウェイトの最大移動状態を示す下面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、風力発電装置（タワー状建造物）１は、地上又は洋上に設けた基礎２上に設置された円筒状のタワー３と、タワー３の頂部３ａにタワー３の軸心（軸線）Ｃを中心に左右回動可能に支持されたナセル（風車本体）４と、ナセル４の正面側に支持されたロータヘッド５とを備える。ナセル４内には増速機６及び発電機（上段電気設備）７が収容される。ロータヘッド５はハブ８の外周に複数の風車翼９を有してなる。ハブ８からナセル４内に延びる主軸５ａは増速機６に接続され、増速機６から延びる出力軸６ａは発電機７に接続される。

【0010】

ロータヘッド５の回転動力は、増速機６を介して発電機７に入力されて、この発電機７に電力を発生させる。発電機７が発生した電力は、タワー３の下部内で基礎２上に設置された発電制御盤（下段電気設備）１１に送られる。タワー３内には、発電機７から発電制御盤１１に向けて延びる高圧ケーブル（送電ケーブル）１２が挿通される。タワー３の上部内（あるいはナセル４内）には、マスダンパー型の制振装置１３が設置される。

【0011】

以下、図２〜４を参照して制振装置１３について説明する。なお、図中矢印ＵＰが上方、矢印ＦＲが前方、矢印ＬＨが左方を示すものとする。
制振装置１３は、タワー３の頂部内フレーム３ｂの下面側に固定される円盤状の上段支持板１４と、上段支持板１４の下面側に固定される前後一対のＸ軸直動レール１５と、前後Ｘ軸直動レール１５にそれぞれ左右移動可能に支持される左右一対のＸ軸移動脚１６と、上段支持板１４の下面側に固定的に支持されるＸ軸サーボモータ１７と、Ｘ軸サーボモータ１７によりカップリング１７ａを介して駆動されるＸ軸ボールネジ機構１８と、Ｘ軸ボールネジ機構１８の可動子（ボールナット１８ａ）が固定されると共に各Ｘ軸移動脚１６がそれぞれ固定される円盤状の中段支持板２１とを有する。

【0012】

また、制振装置１３は、中段支持板２１の下面側に固定される左右一対のＹ軸直動レール２２と、左右Ｙ軸直動レール２２にそれぞれ前後移動可能に支持される前後一対のＹ軸移動脚２３と、中段支持板２１の下面側に固定的に支持されるＹ軸サーボモータ２４と、Ｙ軸サーボモータ２４によりカップリング２４ａを介して駆動されるＹ軸ボールネジ機構２５と、Ｙ軸ボールネジ機構２５の可動子（ボールナット２５ａ）が固定されると共に各Ｙ軸直動レール２２がそれぞれ固定される円盤状の下段支持板２６とを有する。

【0013】

下段支持板２６の下面側には、制振装置１３のマス（質量体）たる円盤状のウェイト２７が固定支持される。このウェイト２７をＹ軸サーボモータ２４により前後に変位させると共にＸ軸サーボモータ１７により左右に変位させることで、制振装置１３のマス（質量体）の移動反力により風力発電装置１の振動を低減させる。すなわち、制振装置１３は、アクチュエータ（各サーボモータ１７，２４）から付与された外力によってマスに制振に適した動きをさせるアクティブ制振を行う。

【0014】

なお、図中符号２８は上段支持板１４の下面側の左右端部で前後一対に設けられたＸ軸ストッパを、符号２８ａは上段支持板１４の下面側の左右で各Ｘ軸ストッパ２８の左右方向内方に離間して設けられたＸ軸ストッパ片をそれぞれ示す。また、図中符号２９は中段支持板２１の下面側の前後端部で左右一対に設けられたＹ軸ストッパを、符号２９ａは中段支持板２１の下面側の前後で各Ｙ軸ストッパ２９の前後方向内方に離間して設けられたＹ軸ストッパ片をそれぞれ示す。

【0015】

ここで、ウェイト２７及び各支持板１４，２１，２６の上下方向から見た中央部分には、上下方向から見て矩形状をなす開口３１，３２，３３，３４がそれぞれ形成される。各開口３１，３２，３３，３４は、上下方向から見て各直動レール１５，２２に囲まれた範囲（前後方向では前後Ｘ軸直動レール１５に挟まれ、かつ左右方向では左右Ｙ軸直動レール２２に挟まれた範囲）に形成される。これら各開口３１，３２，３３，３４により、制振装置１３の中央部分には、前記高圧ケーブル１２を上下に挿通可能なケーブル挿通路が形成される。なお、頂部内フレーム３ｂにも上下方向から見て前記各開口３１，３２，３３，３４と重なる範囲に開口が形成されている。

【0016】

図５を参照し、ウェイト２７の開口３１（及び下段支持板２６の開口３４）は、ウェイト２７がＸ軸ストッパ２８により規定される左右方向の移動限界位置に達し、かつＹ軸ストッパ２９により規定される前後方向の移動限界位置に達した場合でも、上段支持板１４の開口３２及び中段支持板２１の開口３３と重なる領域Ｒを残す。この領域Ｒにより、高圧ケーブル１２を十分な間隙をもって挿通可能であり、したがって、タワー３の頂部３ａに支持した電気設備からタワー３内を下方に延びる高圧ケーブル１２を無理なく避けつつ制振装置１３を設置することができる。

【0017】

以上説明したように、上記実施形態における風力発電装置１は、基礎２上に設置されたタワー３と、前記タワー３の頂部３ａに支持されたナセル４と、前記ナセル４の正面に支持されたロータヘッド５と、前記タワー３の上部又は前記ナセル４に設置されたマスダンパー型の制振装置１３とを備えるものであって、前記制振装置１３が、前記タワー３の軸心Ｃを横断するように配置されたウェイト２７を有し、前記ウェイト２７に、前記ナセル４内の発電機７から前記制振装置１３よりも下方に配置された発電制御盤１１に向けて延びる高圧ケーブル１２を挿通する開口３１が形成されるものである。

【0018】

また、上記実施形態における制振装置１３は、基礎２上に設置されたタワー３と、前記タワー３の頂部３ａに支持された発電機７とを備える風力発電装置１の上部に設けられるマスダンパー型のものであって、前記タワー３の軸心Ｃを横断するように配置されたウェイト２７を有し、前記ウェイト２７に、前記発電機７から当該制振装置１３よりも下方に配置された発電制御盤１１に向けて延びる高圧ケーブル１２を挿通する開口３１が形成されるものである。

【0019】

上記構成によれば、制振装置１３の配置スペースの少ない風力発電装置のようなタワー状建造物において、制振装置１３のウェイト２７をタワー３の軸心Ｃを横断するように配置したプレート状としてその容量を確保できると共に、タワー３の頂部３ａに支持した発電機７から制振装置１３よりも下方に配置した発電制御盤１１に向けて延びる高圧ケーブル１２を避けて前記ウェイト２７を配置でき、もってタワー状建造物にマスダンパー型の制振装置１３を効率よく設置することができる。

【0020】

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、外力（アクチュエータ）を用いずにマスに制振に適した動きをさせるパッシブ制振を行う制振装置を採用してもよい。
これは、例えば前記上段支持板１４と中段支持板２１とを、左右に揺動自在なＸ軸振り子を介して連結すると共に、前記Ｘ軸振り子の振動周期を調節するＸ軸ダンパー手段を設け、かつ前記中段支持板２１と下段支持板２６とを、前後に揺動自在なＹ軸振り子を介して連結すると共に、前記Ｙ軸振り子の振動周期を調節するＹ軸ダンパー手段を設けたものが考えられる。
また、上記実施形態の構成から各サーボモータ１７，２４及びボールネジ機構１８，２５を無くし、各移動脚１６，２３にスプリング等による付勢手段及びダンパー手段を連結したものも考えられる。
上記構成により、ウェイトに制振対象物の制振に適した動きをさせる（制振対象物の固有振動数に振り子の振動の周期が同調するように設定する）と共に、振動エネルギを吸収する（振動を減衰する）ことが可能となる。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0021】

１ 風力発電装置（タワー状建造物）
２ 基礎
３ タワー
３ａ 頂部
Ｃ 軸心
４ ナセル
５ ロータヘッド
７ 発電機（上段電気設備）
１１ 発電制御盤（下段電気設備）
１２ 高圧ケーブル（送電ケーブル）
１３ 制振装置
２７ ウェイト
３１ 開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】