風力発電用風車の制振装置
【課題】支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を提供すること。
【解決手段】風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置１０であって、支柱の上部に設けられたトップフロア１３の上面１４に、ユニバーサルジョイント１５を介して立設されて第一の振動系１１を構成する倒立式の振り子と、トップフロア１３の下面３４から吊り下げられて第二の振動系１２を構成する振り子と、を備え、第二の振動系１２を構成する振り子が、少なくとも二つの重錘４１，４２，４３を備えており、これら重錘４１，４２，４３の少なくとも一つが、第二の振動系１２から第一の振動系１１に移動して、第一の振動系１１を構成する重錘２０とともに、第一の振動系１１を構成する重錘となり得るように構成されている。
【解決手段】風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置１０であって、支柱の上部に設けられたトップフロア１３の上面１４に、ユニバーサルジョイント１５を介して立設されて第一の振動系１１を構成する倒立式の振り子と、トップフロア１３の下面３４から吊り下げられて第二の振動系１２を構成する振り子と、を備え、第二の振動系１２を構成する振り子が、少なくとも二つの重錘４１，４２，４３を備えており、これら重錘４１，４２，４３の少なくとも一つが、第二の振動系１２から第一の振動系１１に移動して、第一の振動系１１を構成する重錘２０とともに、第一の振動系１１を構成する重錘となり得るように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用風車、特に、風力発電用風車のハブ高さ（地面からハブ中心までの高さ）が１００ｍを超えるような大型の風力発電用風車に適用されて好適な制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力発電用風車は、その発電効率の向上および発電量の増大を図るために大型化し、そのハブ高さ（地面からハブ中心までの高さ）が１００ｍを超えるものが実現に向けて設計されている。
しかしながら、ハブ高さが１００ｍを超えるものでは、支柱（タワー）の一次固有振動数が、ローターヘッドおよび風車回転翼の回転に伴う共振域と合致し、支柱の疲労荷重が大幅に増加してしまうおそれがある。そのため、支柱の疲労荷重を低減させるために支柱の肉厚を厚くしなければならず、支柱の重量が大幅に増加してしまうといった問題点があった。
【０００３】
そこで、このような問題点を回避するため、例えば、特許文献１に開示された制振装置を用いて、支柱の一次固有振動数が、ローターヘッドおよび風車回転翼の回転に伴う共振域と合致しても応答を低減することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された制振装置を風力発電用風車に適用した場合、ダンパー（減衰装置）の一端が支柱の内壁面等に固定されることになる。そのため、当該支柱の内壁面等を補強しなければならず、支柱の重量が増加してしまうといった問題点があった。
また、制振装置を風力発電用風車に適用するにあたっては、美観を損ねるような構造とならないようにするとともに、支柱内の狭小なスペースに設置しなければならないため、制振装置をできるだけ小型化する必要がある。
【０００６】
さらに、ナセルが、ナセル旋回部、ナセル前部およびナセル後部に分割される風力発電用風車を組み立てていく際、支柱の上端にナセル旋回部が設置された段階、支柱の上端にナセル後部が設置された段階、支柱の上端にナセル前部（すなわち、ナセル全体）が設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階で、支柱の固有振動数は、その都度変化していく（小さくなっていく）。そのため、それにあわせて制振装置の固有振動数を変化させることができると好適である。これは、風力発電用風車を組み立てていく際に気象条件が悪化し、完成系以前の形態にて強風にさらされる場合でも、効率的に支柱（タワー）の風応答を低減できるという利点による。
【０００７】
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、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る風力発電用風車の制振装置は、風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置であって、前記支柱の上部に設けられた構造物（支柱を構成するトップフロアや梁等）の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子と、を備え、前記第二の振動系を構成する振り子が、少なくとも二つの重錘を備えており、これら重錘の少なくとも一つが、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘となり得るように構成されている。
【０００９】
本発明に係る風力発電用風車の制振装置によれば、支柱一次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼の回転に伴う支柱一次の振動・振幅を抑制する効果がある。
これにより、支柱の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車を容易に設計することができる。
また、制振装置の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱の内壁面等に固定されることはないので、当該支柱の内壁面等を補強する必要がなくなり、支柱の重量増加を回避することができる。
さらに、第二の振動系を構成する重錘を第一の振動系に移動させ、第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘とすることにより、制振装置の固有振動数が減少することになる。すなわち、風力発電用風車を組み立てていく際、例えば、支柱の上端にナセルが設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階に応じて、支柱の固有振動数がその都度減少させられることになる。これにより、風力発電用風車を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００１０】
上記風力発電用風車の制振装置において、前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れるように、前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とを拘束する拘束手段が設けられているとさらに好適である。
【００１１】
このような風力発電用風車の制振装置によれば、第一の振動系を構成する重錘と、第二の振動系を構成する重錘とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れることになる。
これにより、支柱一次振動を最も効率よく減衰させることができ、当該風力発電用風車の制振装置の小型化（最小化）を図ることができる。
【００１２】
上記風力発電用風車の制振装置において、前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘が、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘となり得るように構成されているとさらに好適である。
【００１３】
このような風力発電用風車の制振装置によれば、例えば、支柱のみが完成した段階、すなわち、支柱の固有振動数が、支柱の上端にナセルが設置された段階よりも高い段階でも支柱一次振動が減衰されることになる。これにより、風力発電用風車をより安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００１４】
本発明に係る風力発電用風車は、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その吊り長さを変化させることなく固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を具備している。
【００１５】
本発明に係る風力発電用風車によれば、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車の大型化に対応することができる。
【００１６】
本発明に係る風力発電用風車の制振方法は、風力発電用風車の支柱の上部に設けられた構造物（支柱を構成するトップフロアや梁等）の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子とが、前記支柱の内部に格納され、前記振り子が、少なくとも二つの重錘を備えている風力発電用風車の制振方法であって、前記重錘の少なくとも一つを、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘として用いるようにした。
【００１７】
本発明に係る風力発電用風車の制振方法によれば、支柱一次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼の回転に伴う支柱一次の振動・振幅を抑制する効果がある。
これにより、支柱の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車を容易に設計することができる。
また、制振装置の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱の内壁面等に固定されることはないので、当該支柱の内壁面等を補強する必要がなくなり、支柱の重量増加を回避することができる。
さらに、第二の振動系を構成する重錘を第一の振動系に移動させ、第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘とすることにより、制振装置の固有振動数が減少することになる。すなわち、風力発電用風車を組み立てていく際、例えば、支柱の上端にナセルが設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階に応じて、支柱の固有振動数がその都度減少させられることになる。これにより、風力発電用風車を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００１８】
上記風力発電用風車の制振方法において、前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘を、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘として用いるようにするとさらに好適である。
【００１９】
このような風力発電用風車の制振方法によれば、吊り長さを変える等制振装置の構造形態を変えることなく、重錘初期設置位置内の移動のみで固有振動数を変えることができるので、例えば、支柱のみが完成した段階、すなわち、支柱の固有振動数が、支柱の上端にナセルが設置された段階よりも高い段階でも支柱一次振動が減衰されることになる。これにより、風力発電用風車をより安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る風力発電用風車の制振装置によれば、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す一部断面図であって、図３において下側から見た図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す平面図であって、図２において上側から見た図である。
【図４】図２に示す重錘を、図２において上側から見た平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を簡略化して模式的に描いた図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の作用効果を説明するための図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置について、図１から図６を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図、図２は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す一部断面図であって、図３において下側から見た図、図３は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す平面図であって、図２において上側から見た図、図４は図２に示す重錘を、図２において上側から見た平面図、図５は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を簡略化して模式的に描いた図、図６は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の作用効果を説明するための図表である。
【００２３】
図１に示すように、風力発電用風車１は、基礎２上に立設される支柱（タワー）３と、支柱３の上端に設置されるナセル４と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル４に設けられるローターヘッド５と、ローターヘッド５の回転軸線周りに放射状に取り付けられた複数枚、例えば、３枚の風車回転翼６とを備えている。そして、ローターヘッド５の回転軸線方向から風車回転翼６にあたった風の力が、ローターヘッド５を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
【００２４】
ナセル４の上部には、周辺の風速値を測定する風速計７と、風向を測定する風向計８と、避雷針（図示せず）とが備えられている。
ナセル４の内部には、いずれも図示を省略しているが、ローターヘッド５と同軸の増速機を介して連結された発電機が設置されている。すなわち、ローターヘッド５の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電機より発電機出力が得られるようになっている。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置（以下、「制振装置」という。）１０は、第一の振動系１１と、第二の振動系１２とを備えている。
図２または図３に示すように、第一の振動系１１は、例えば、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア（構造物）１３の上面１４に、四つの（第一の）ユニバーサルジョイント１５を介して立設（設置）された倒立式の振り子であり、四本の縦フレーム１６と、奥行き方向（図３において左右方向）に延びる二本の（第一の）横フレーム１７と、幅方向（図３において上下方向）に延びる二本の（第二の）横フレーム１８と、四本の連結フレーム１９と、一つの重錘２０とを備えている。
【００２６】
各縦フレーム１６は、静止した状態で鉛直方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型鋼）である。各縦フレーム１６の下端は、ユニバーサルジョイント１５を介してトップフロア１３の上面１４に接続され、各縦フレーム１６の上端は、（第二の）ユニバーサルジョイント２１を介して対応する横フレーム１７の一端部または他端部に接続されている。また、本実施形態では、図５に符号Ｌで示すユニバーサルジョイント１５の回動中心とユニバーサルジョイント１７の回動中心との間の距離（すなわち、第一の振動系１１の振り子長さ）が１ｍとなるように、縦フレーム１６の長さが設定されている。
【００２７】
各横フレーム１７は、静止した状態および揺動している状態で奥行き方向および水平方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型鋼）である。各横フレーム１７の一端部下面および他端部下面にはそれぞれ、ユニバーサルジョイント２１が接続されており、各横フレーム１７の中央部内側面には、横フレーム１８の端面が直接接続されている。
【００２８】
各横フレーム１８は、静止した状態および揺動している状態で幅方向および水平方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型鋼）であり、奥行き方向に所定の間隔をあけて配置されている。各横フレーム１８の一端面は、一方の横フレーム１７の中央部内側面に直接接続され、各横フレーム１８の他端面は、他方の横フレーム１７の中央部内側面に直接接続されている。
【００２９】
各連結フレーム１９は、静止した状態および揺動している状態で鉛直方向に沿って延びる棒状の部材であり、上部フレーム（第一のフレーム）３１と、中間部フレーム（第二のフレーム）３２と、下部フレーム（第三のフレーム）３３とを備えている。
各上部フレーム３１の上端は、対応する横フレーム１８の一端部下面または他端部下面に直接接続され、各下部フレーム３３の下端は、重錘２０の奥行き方向における中央部で、幅方向における一端部上面または他端部上面に直接接続されている。
中間部フレーム３２の上端と、上部フレーム３１の下端とはそれぞれ、ボルト・ナット等を介して取り外し可能に接続されており、中間部フレーム３２の下端と、下部フレーム３３の上端とはそれぞれ、ボルト・ナット等を介して取り外し可能に接続されている。また、中間部フレーム３２は、トップフロア１３を板厚方向に貫通する貫通穴２２に挿通されている。
【００３０】
重錘２０は、例えば、奥行き１１５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み７５ｍｍ、重量１．１７ｔｏｎの直方体状の鋼板である。
【００３１】
図２または図４に示すように、第二の振動系１２は、例えば、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１３の下面３４に、ブラケット（（第一の）アイプレート）３５を介して吊り下げられた振り子であり、四本のワイヤロープ４０と、（第一の）重錘４１と、（第二の）重錘４２と、（第三の）重錘４３とを備えている。
【００３２】
各ワイヤロープ４０は、静止した状態で鉛直方向に沿って延びる鋼索であり、本実施形態では、図５に符号ｌ（小文字のエル）で示す第二の振動系１２の振り子長さが１ｍとなるようにワイヤロープ４０の長さが設定されている。各ワイヤロープ４０の上端は、ブラケット３５を介してトップフロア１３の下面３４に接続され、各ワイヤロープ４０の下端は、（第二の）ブラケット４４を介して重錘４１の上面に接続されている。
【００３３】
重錘４１は、例えば、奥行き９５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み４９０ｍｍ、重量６．２７ｔｏｎの直方体状の鋼板である。重錘４２は、例えば、奥行き１０５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み１２０ｍｍ、重量１．７０ｔｏｎの直方体状の鋼板である。重錘４３は、例えば、奥行き１１５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み６０ｍｍ、重量０．９３ｔｏｎの直方体状の鋼板である。
【００３４】
重錘４１，４２，４３の奥行き方向における中央部で、幅方向における一端部および他端部にはそれぞれ、下部フレーム３３の下端部を鉛直方向に沿って案内するボールスプライン（拘束手段）５１が挿通される（第一の）貫通穴５２が設けられている。ボールスプライン５１の上端部は、重錘４１に固定（固着）され、ボールスプライン５１の下端部は、重錘４３に形成された貫通穴５２に対して摺動可能とされており、ボールスプライン５１の上端部と下端部との間に位置する中央部は、重錘４２に形成された貫通穴５２に対して摺動可能とされている。
【００３５】
重錘４１，４２，４３に形成された貫通穴５２の奥行き方向における外側で、幅方向における外側には、鉛直方向に沿って延びるボルト５３の雄ネジ部５４と螺合する雌ネジ部（図示せず）が設けられている。また、重錘４２に形成された雌ネジ部の奥行き方向における外側で、幅方向における外側には、重錘４３の上面に植え込まれて鉛直方向に延びるスタッド５５が挿通される（第二の）貫通穴５６が設けられている。さらに、重錘４３に埋め込まれたスタッド５５の奥行き方向における外側で、幅方向における外側には、重錘２０の上面に植え込まれて鉛直方向に延びるスタッド５７が挿通される（第三の）貫通穴５８が設けられている。
【００３６】
なお、図２中の符号５９，６０はそれぞれ、スタッド５７に螺合されたナットを示している。
また、図２中の符号７１は、トップフロア１３の下面３４から鉛直方向に沿って下方に延びる支柱、符号７２は、揺動する下部フレーム３３のエネルギーを吸収して、下部フレーム３３の振り幅を減衰させるバネである。
さらに、図２中の符号７３は、バネ７２の一端を支柱７１の外周面に取り付けるためのブラケット（アイプレート）、符号７４は、バネ７２の他端を下部フレーム３３の外周面に取り付けるためのブラケット（アイプレート）である。
【００３７】
さて、上述の制振装置１０を簡略化して模式的に描いた図５に示すように、ユニバーサルジョイント１５の回動中心とユニバーサルジョイント１７の回動中心との間の距離（すなわち、第一の振動系１１の振り子長さ）をＬ（ｍ）、第二の振動系１２の振り子長さをｌ（ｍ）、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘の重量をＭ（ｋｇ）、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘の重量をｍ（ｋｇ）とした場合、数１、数２、数３、数４の各数式が成立する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
【数２】
【００４０】
【数３】
【００４１】
【数４】
【００４２】
また、上記数１、数２を数４に代入すると、数５が導かれることになる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
そして、数５を、縦軸に重錘の重量（ｋｇ）、横軸に固有振動数ｆ（Ｈｚ）をとった図表にプロットすると、図６が得られることになる。
すなわち、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）を、重量１．１７ｔｏｎの重錘２０のみとし、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）を、重量０．９３ｔｏｎの重錘４３、重量１．７０ｔｏｎの重錘４２、および重量６．２７ｔｏｎの重錘４１、すなわち、総重量８．３７ｔｏｎの重錘とした場合、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．４３７Ｈｚになる。
【００４５】
また、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）を、重量１．１７ｔｏｎの重錘２０、および重量０．９３ｔｏｎの重錘４３、すなわち、総重量２．１０ｔｏｎの重錘とし、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）を、重量１．７０ｔｏｎの重錘４２、および重量６．２７ｔｏｎの重錘４１、すなわち、総重量７．９７ｔｏｎの重錘とした場合、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．３８１Ｈｚになる。
【００４６】
さらに、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）を、重量１．１７ｔｏｎの重錘２０、重量０．９３ｔｏｎの重錘４３、および重量１．７０ｔｏｎの重錘４２、すなわち、総重量３．８０ｔｏｎの重錘とし、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）を、重量６．２７ｔｏｎの重錘４１のみとした場合、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．２４７Ｈｚになる。
【００４７】
なお、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）が重錘２０のみとされ、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）が重錘４３、重錘４２、および重錘４１とされている場合、ナット５９，６０は、重錘４３から離れた位置にあり、重錘２０と、重錘４３、重錘４２、および重錘４１との振り子運動が、互いに阻害されないようになっている。
【００４８】
また、重錘４３を、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘から、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘へと変更（移動）する場合には、ボルト５３を弛め、重錘４３に形成された雌ネジ部とボルト５３の雄ネジ部５４との螺合を解き、スタッド５７、ナット５９，６０を介して重錘４３を重錘２０に固定することになる。このとき、重錘４２の下面はスタッド５５の上端よりも上方の離れた位置にあり、重錘２０および重錘４３と、重錘４２および重錘４１との振り子運動が、互いに阻害されないようになっている。
【００４９】
さらに、重錘４２を、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘から、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘へと変更（移動）する場合には、ボルト５３をさらに弛め、重錘４２に形成された貫通穴５６内に、重錘４３の上面に立設されたスタッド５５が嵌り込むようにして重錘４３の上に重錘４２を載置することになる。このとき、重錘４１の下面は重錘４２の上面よりも上方の離れた位置にあり、重錘２０、重錘４３、および重錘４２と、重錘４１との振り子運動が、互いに阻害されないようになっている。
【００５０】
さらにまた、中間部フレーム３２をすべて取り外し、重錘２０、重錘４１、重錘４２、および重錘４３のすべてが第二の振動系１２から吊り下げられるようにすると、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．４９８Ｈｚになる。
【００５１】
本実施形態に係る制振装置１０および制振方法によれば、支柱一次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼６の回転に伴う支柱一次の振動・振幅を抑制する効果がある。
これにより、支柱３の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車１を容易に設計することができる。
また、制振装置１０の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱３の内壁面等に固定されることはないので、当該支柱３の内壁面等を補強する必要がなくなり、支柱３の重量増加を回避することができる。
さらに、第二の振動系１２を構成する重錘４３，４２を第一の振動系１１に移動させ、第一の振動系１１を構成する重錘２０とともに、第一の振動系１１を構成する重錘とすることにより、制振装置１０の固有振動数ｆが減少することになる。すなわち、風力発電用風車１を組み立てていく際、例えば、支柱３の上端にナセル４後部が設置された段階、支柱３の上端にナセル４前部（すなわち、ナセル４全体）が設置された段階、ナセル４にローターヘッド５および風車回転翼６が取り付けられ、風力発電用風車１の全体が完成した段階に応じて、支柱３の固有振動数がその都度減少させられることになる。これにより、風力発電用風車１を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る制振装置１０および制振方法によれば、中間部フレーム３２をすべて取り外し、重錘２０、重錘４１、重錘４２、および重錘４３のすべてが第二の振動系１２から吊り下げられるようにして、制振装置１０の固有振動数ｆを０．４９８Ｈｚすることもできる。
これにより、例えば、ナセル４の旋回部が設置された段階、すなわち、支柱３の固有振動数が、支柱３の上端にナセル４後部が設置された段階よりも高い段階でも支柱一次振動を減衰することができ、風力発電用風車１をより安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００５３】
さらに、本実施形態に係る制振装置１０によれば、第一の振動系１１を構成する重錘２０と、第二の振動系１２を構成する重錘４１，４２，４３とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れるように、第一の振動系１１と、第二の振動系１２とが、ボールスプライン５１を介して拘束されている。
これにより、支柱一次振動を最も効率よく減衰させることができ、当該制振装置１０の小型化（最小化）を図ることができる。
【００５４】
一方、本実施形態に係る風力発電用風車１は、支柱３の重量増加を伴うことなく、支柱３内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる制振装置１１を具備している。これにより、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車の大型化に対応することができる。
【００５５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、第二の振動系１２を構成する重錘を三つの重錘で構成したものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二つあるいは四つ以上の重錘で構成するようにしてもよい。
【００５６】
また、重錘２０，４１，４２，４３の寸法および重量は、風力発電用風車１を組み立てていく際の各段階における支柱３の固有振動数にあわせて適宜変更することが望ましい。
【００５７】
さらに、上述した実施形態では、第一の振動系１１を、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１３の上面１４に設置し、第二の振動系１２を、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１３の下面３４から吊り下げられるようにして設置したものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第一の振動系１１を、支柱３内の最上部に設けられて支柱３を構成する梁（図示せず）の上面に設置し、第二の振動系１２を、支柱３内の最上部に設けられて支柱３を構成する梁（図示せず）の下面から吊り下げられるようにして設置してもよい。すなわち、本発明に係る制振装置は、支柱３を構成する種々の構造物を利用して設置されることになる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 風力発電用風車
３ 支柱
１０ （風力発電用風車の）制振装置
１１ 第一の振動系
１２ 第二の振動系
１３ トップフロア（構造物）
１４ 上面
１５ ユニバーサルジョイント
２０ 重錘
３４ 下面
４１ 重錘
４２ 重錘
４３ 重錘
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用風車、特に、風力発電用風車のハブ高さ（地面からハブ中心までの高さ）が１００ｍを超えるような大型の風力発電用風車に適用されて好適な制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力発電用風車は、その発電効率の向上および発電量の増大を図るために大型化し、そのハブ高さ（地面からハブ中心までの高さ）が１００ｍを超えるものが実現に向けて設計されている。
しかしながら、ハブ高さが１００ｍを超えるものでは、支柱（タワー）の一次固有振動数が、ローターヘッドおよび風車回転翼の回転に伴う共振域と合致し、支柱の疲労荷重が大幅に増加してしまうおそれがある。そのため、支柱の疲労荷重を低減させるために支柱の肉厚を厚くしなければならず、支柱の重量が大幅に増加してしまうといった問題点があった。
【０００３】
そこで、このような問題点を回避するため、例えば、特許文献１に開示された制振装置を用いて、支柱の一次固有振動数が、ローターヘッドおよび風車回転翼の回転に伴う共振域と合致しても応答を低減することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された制振装置を風力発電用風車に適用した場合、ダンパー（減衰装置）の一端が支柱の内壁面等に固定されることになる。そのため、当該支柱の内壁面等を補強しなければならず、支柱の重量が増加してしまうといった問題点があった。
また、制振装置を風力発電用風車に適用するにあたっては、美観を損ねるような構造とならないようにするとともに、支柱内の狭小なスペースに設置しなければならないため、制振装置をできるだけ小型化する必要がある。
【０００６】
さらに、ナセルが、ナセル旋回部、ナセル前部およびナセル後部に分割される風力発電用風車を組み立てていく際、支柱の上端にナセル旋回部が設置された段階、支柱の上端にナセル後部が設置された段階、支柱の上端にナセル前部（すなわち、ナセル全体）が設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階で、支柱の固有振動数は、その都度変化していく（小さくなっていく）。そのため、それにあわせて制振装置の固有振動数を変化させることができると好適である。これは、風力発電用風車を組み立てていく際に気象条件が悪化し、完成系以前の形態にて強風にさらされる場合でも、効率的に支柱（タワー）の風応答を低減できるという利点による。
【０００７】
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、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る風力発電用風車の制振装置は、風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置であって、前記支柱の上部に設けられた構造物（支柱を構成するトップフロアや梁等）の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子と、を備え、前記第二の振動系を構成する振り子が、少なくとも二つの重錘を備えており、これら重錘の少なくとも一つが、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘となり得るように構成されている。
【０００９】
本発明に係る風力発電用風車の制振装置によれば、支柱一次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼の回転に伴う支柱一次の振動・振幅を抑制する効果がある。
これにより、支柱の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車を容易に設計することができる。
また、制振装置の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱の内壁面等に固定されることはないので、当該支柱の内壁面等を補強する必要がなくなり、支柱の重量増加を回避することができる。
さらに、第二の振動系を構成する重錘を第一の振動系に移動させ、第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘とすることにより、制振装置の固有振動数が減少することになる。すなわち、風力発電用風車を組み立てていく際、例えば、支柱の上端にナセルが設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階に応じて、支柱の固有振動数がその都度減少させられることになる。これにより、風力発電用風車を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００１０】
上記風力発電用風車の制振装置において、前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れるように、前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とを拘束する拘束手段が設けられているとさらに好適である。
【００１１】
このような風力発電用風車の制振装置によれば、第一の振動系を構成する重錘と、第二の振動系を構成する重錘とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れることになる。
これにより、支柱一次振動を最も効率よく減衰させることができ、当該風力発電用風車の制振装置の小型化（最小化）を図ることができる。
【００１２】
上記風力発電用風車の制振装置において、前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘が、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘となり得るように構成されているとさらに好適である。
【００１３】
このような風力発電用風車の制振装置によれば、例えば、支柱のみが完成した段階、すなわち、支柱の固有振動数が、支柱の上端にナセルが設置された段階よりも高い段階でも支柱一次振動が減衰されることになる。これにより、風力発電用風車をより安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００１４】
本発明に係る風力発電用風車は、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その吊り長さを変化させることなく固有振動数を変化させることができる風力発電用風車の制振装置を具備している。
【００１５】
本発明に係る風力発電用風車によれば、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車の大型化に対応することができる。
【００１６】
本発明に係る風力発電用風車の制振方法は、風力発電用風車の支柱の上部に設けられた構造物（支柱を構成するトップフロアや梁等）の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子とが、前記支柱の内部に格納され、前記振り子が、少なくとも二つの重錘を備えている風力発電用風車の制振方法であって、前記重錘の少なくとも一つを、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘として用いるようにした。
【００１７】
本発明に係る風力発電用風車の制振方法によれば、支柱一次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼の回転に伴う支柱一次の振動・振幅を抑制する効果がある。
これにより、支柱の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車を容易に設計することができる。
また、制振装置の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱の内壁面等に固定されることはないので、当該支柱の内壁面等を補強する必要がなくなり、支柱の重量増加を回避することができる。
さらに、第二の振動系を構成する重錘を第一の振動系に移動させ、第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘とすることにより、制振装置の固有振動数が減少することになる。すなわち、風力発電用風車を組み立てていく際、例えば、支柱の上端にナセルが設置された段階、ナセルにローターヘッドおよび風車回転翼が取り付けられ、風力発電用風車の全体が完成した段階に応じて、支柱の固有振動数がその都度減少させられることになる。これにより、風力発電用風車を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００１８】
上記風力発電用風車の制振方法において、前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘を、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘として用いるようにするとさらに好適である。
【００１９】
このような風力発電用風車の制振方法によれば、吊り長さを変える等制振装置の構造形態を変えることなく、重錘初期設置位置内の移動のみで固有振動数を変えることができるので、例えば、支柱のみが完成した段階、すなわち、支柱の固有振動数が、支柱の上端にナセルが設置された段階よりも高い段階でも支柱一次振動が減衰されることになる。これにより、風力発電用風車をより安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る風力発電用風車の制振装置によれば、支柱の重量増加を伴うことなく、支柱内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す一部断面図であって、図３において下側から見た図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す平面図であって、図２において上側から見た図である。
【図４】図２に示す重錘を、図２において上側から見た平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を簡略化して模式的に描いた図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の作用効果を説明するための図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置について、図１から図６を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の概略を示す側面図、図２は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す一部断面図であって、図３において下側から見た図、図３は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を具備した風力発電用風車の支柱内の様子を示す平面図であって、図２において上側から見た図、図４は図２に示す重錘を、図２において上側から見た平面図、図５は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置を簡略化して模式的に描いた図、図６は本発明の一実施形態に係る風力発電用風車の制振装置の作用効果を説明するための図表である。
【００２３】
図１に示すように、風力発電用風車１は、基礎２上に立設される支柱（タワー）３と、支柱３の上端に設置されるナセル４と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル４に設けられるローターヘッド５と、ローターヘッド５の回転軸線周りに放射状に取り付けられた複数枚、例えば、３枚の風車回転翼６とを備えている。そして、ローターヘッド５の回転軸線方向から風車回転翼６にあたった風の力が、ローターヘッド５を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
【００２４】
ナセル４の上部には、周辺の風速値を測定する風速計７と、風向を測定する風向計８と、避雷針（図示せず）とが備えられている。
ナセル４の内部には、いずれも図示を省略しているが、ローターヘッド５と同軸の増速機を介して連結された発電機が設置されている。すなわち、ローターヘッド５の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電機より発電機出力が得られるようになっている。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態に係る風力発電用風車の制振装置（以下、「制振装置」という。）１０は、第一の振動系１１と、第二の振動系１２とを備えている。
図２または図３に示すように、第一の振動系１１は、例えば、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア（構造物）１３の上面１４に、四つの（第一の）ユニバーサルジョイント１５を介して立設（設置）された倒立式の振り子であり、四本の縦フレーム１６と、奥行き方向（図３において左右方向）に延びる二本の（第一の）横フレーム１７と、幅方向（図３において上下方向）に延びる二本の（第二の）横フレーム１８と、四本の連結フレーム１９と、一つの重錘２０とを備えている。
【００２６】
各縦フレーム１６は、静止した状態で鉛直方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型鋼）である。各縦フレーム１６の下端は、ユニバーサルジョイント１５を介してトップフロア１３の上面１４に接続され、各縦フレーム１６の上端は、（第二の）ユニバーサルジョイント２１を介して対応する横フレーム１７の一端部または他端部に接続されている。また、本実施形態では、図５に符号Ｌで示すユニバーサルジョイント１５の回動中心とユニバーサルジョイント１７の回動中心との間の距離（すなわち、第一の振動系１１の振り子長さ）が１ｍとなるように、縦フレーム１６の長さが設定されている。
【００２７】
各横フレーム１７は、静止した状態および揺動している状態で奥行き方向および水平方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型鋼）である。各横フレーム１７の一端部下面および他端部下面にはそれぞれ、ユニバーサルジョイント２１が接続されており、各横フレーム１７の中央部内側面には、横フレーム１８の端面が直接接続されている。
【００２８】
各横フレーム１８は、静止した状態および揺動している状態で幅方向および水平方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型鋼）であり、奥行き方向に所定の間隔をあけて配置されている。各横フレーム１８の一端面は、一方の横フレーム１７の中央部内側面に直接接続され、各横フレーム１８の他端面は、他方の横フレーム１７の中央部内側面に直接接続されている。
【００２９】
各連結フレーム１９は、静止した状態および揺動している状態で鉛直方向に沿って延びる棒状の部材であり、上部フレーム（第一のフレーム）３１と、中間部フレーム（第二のフレーム）３２と、下部フレーム（第三のフレーム）３３とを備えている。
各上部フレーム３１の上端は、対応する横フレーム１８の一端部下面または他端部下面に直接接続され、各下部フレーム３３の下端は、重錘２０の奥行き方向における中央部で、幅方向における一端部上面または他端部上面に直接接続されている。
中間部フレーム３２の上端と、上部フレーム３１の下端とはそれぞれ、ボルト・ナット等を介して取り外し可能に接続されており、中間部フレーム３２の下端と、下部フレーム３３の上端とはそれぞれ、ボルト・ナット等を介して取り外し可能に接続されている。また、中間部フレーム３２は、トップフロア１３を板厚方向に貫通する貫通穴２２に挿通されている。
【００３０】
重錘２０は、例えば、奥行き１１５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み７５ｍｍ、重量１．１７ｔｏｎの直方体状の鋼板である。
【００３１】
図２または図４に示すように、第二の振動系１２は、例えば、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１３の下面３４に、ブラケット（（第一の）アイプレート）３５を介して吊り下げられた振り子であり、四本のワイヤロープ４０と、（第一の）重錘４１と、（第二の）重錘４２と、（第三の）重錘４３とを備えている。
【００３２】
各ワイヤロープ４０は、静止した状態で鉛直方向に沿って延びる鋼索であり、本実施形態では、図５に符号ｌ（小文字のエル）で示す第二の振動系１２の振り子長さが１ｍとなるようにワイヤロープ４０の長さが設定されている。各ワイヤロープ４０の上端は、ブラケット３５を介してトップフロア１３の下面３４に接続され、各ワイヤロープ４０の下端は、（第二の）ブラケット４４を介して重錘４１の上面に接続されている。
【００３３】
重錘４１は、例えば、奥行き９５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み４９０ｍｍ、重量６．２７ｔｏｎの直方体状の鋼板である。重錘４２は、例えば、奥行き１０５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み１２０ｍｍ、重量１．７０ｔｏｎの直方体状の鋼板である。重錘４３は、例えば、奥行き１１５０ｍｍ×幅１７５０ｍｍ×厚み６０ｍｍ、重量０．９３ｔｏｎの直方体状の鋼板である。
【００３４】
重錘４１，４２，４３の奥行き方向における中央部で、幅方向における一端部および他端部にはそれぞれ、下部フレーム３３の下端部を鉛直方向に沿って案内するボールスプライン（拘束手段）５１が挿通される（第一の）貫通穴５２が設けられている。ボールスプライン５１の上端部は、重錘４１に固定（固着）され、ボールスプライン５１の下端部は、重錘４３に形成された貫通穴５２に対して摺動可能とされており、ボールスプライン５１の上端部と下端部との間に位置する中央部は、重錘４２に形成された貫通穴５２に対して摺動可能とされている。
【００３５】
重錘４１，４２，４３に形成された貫通穴５２の奥行き方向における外側で、幅方向における外側には、鉛直方向に沿って延びるボルト５３の雄ネジ部５４と螺合する雌ネジ部（図示せず）が設けられている。また、重錘４２に形成された雌ネジ部の奥行き方向における外側で、幅方向における外側には、重錘４３の上面に植え込まれて鉛直方向に延びるスタッド５５が挿通される（第二の）貫通穴５６が設けられている。さらに、重錘４３に埋め込まれたスタッド５５の奥行き方向における外側で、幅方向における外側には、重錘２０の上面に植え込まれて鉛直方向に延びるスタッド５７が挿通される（第三の）貫通穴５８が設けられている。
【００３６】
なお、図２中の符号５９，６０はそれぞれ、スタッド５７に螺合されたナットを示している。
また、図２中の符号７１は、トップフロア１３の下面３４から鉛直方向に沿って下方に延びる支柱、符号７２は、揺動する下部フレーム３３のエネルギーを吸収して、下部フレーム３３の振り幅を減衰させるバネである。
さらに、図２中の符号７３は、バネ７２の一端を支柱７１の外周面に取り付けるためのブラケット（アイプレート）、符号７４は、バネ７２の他端を下部フレーム３３の外周面に取り付けるためのブラケット（アイプレート）である。
【００３７】
さて、上述の制振装置１０を簡略化して模式的に描いた図５に示すように、ユニバーサルジョイント１５の回動中心とユニバーサルジョイント１７の回動中心との間の距離（すなわち、第一の振動系１１の振り子長さ）をＬ（ｍ）、第二の振動系１２の振り子長さをｌ（ｍ）、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘の重量をＭ（ｋｇ）、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘の重量をｍ（ｋｇ）とした場合、数１、数２、数３、数４の各数式が成立する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
【数２】
【００４０】
【数３】
【００４１】
【数４】
【００４２】
また、上記数１、数２を数４に代入すると、数５が導かれることになる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
そして、数５を、縦軸に重錘の重量（ｋｇ）、横軸に固有振動数ｆ（Ｈｚ）をとった図表にプロットすると、図６が得られることになる。
すなわち、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）を、重量１．１７ｔｏｎの重錘２０のみとし、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）を、重量０．９３ｔｏｎの重錘４３、重量１．７０ｔｏｎの重錘４２、および重量６．２７ｔｏｎの重錘４１、すなわち、総重量８．３７ｔｏｎの重錘とした場合、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．４３７Ｈｚになる。
【００４５】
また、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）を、重量１．１７ｔｏｎの重錘２０、および重量０．９３ｔｏｎの重錘４３、すなわち、総重量２．１０ｔｏｎの重錘とし、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）を、重量１．７０ｔｏｎの重錘４２、および重量６．２７ｔｏｎの重錘４１、すなわち、総重量７．９７ｔｏｎの重錘とした場合、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．３８１Ｈｚになる。
【００４６】
さらに、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）を、重量１．１７ｔｏｎの重錘２０、重量０．９３ｔｏｎの重錘４３、および重量１．７０ｔｏｎの重錘４２、すなわち、総重量３．８０ｔｏｎの重錘とし、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）を、重量６．２７ｔｏｎの重錘４１のみとした場合、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．２４７Ｈｚになる。
【００４７】
なお、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘（上側重錘）が重錘２０のみとされ、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘（下側重錘）が重錘４３、重錘４２、および重錘４１とされている場合、ナット５９，６０は、重錘４３から離れた位置にあり、重錘２０と、重錘４３、重錘４２、および重錘４１との振り子運動が、互いに阻害されないようになっている。
【００４８】
また、重錘４３を、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘から、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘へと変更（移動）する場合には、ボルト５３を弛め、重錘４３に形成された雌ネジ部とボルト５３の雄ネジ部５４との螺合を解き、スタッド５７、ナット５９，６０を介して重錘４３を重錘２０に固定することになる。このとき、重錘４２の下面はスタッド５５の上端よりも上方の離れた位置にあり、重錘２０および重錘４３と、重錘４２および重錘４１との振り子運動が、互いに阻害されないようになっている。
【００４９】
さらに、重錘４２を、第二の振動系１２に吊り下げられる重錘から、第一の振動系１１に吊り下げられる重錘へと変更（移動）する場合には、ボルト５３をさらに弛め、重錘４２に形成された貫通穴５６内に、重錘４３の上面に立設されたスタッド５５が嵌り込むようにして重錘４３の上に重錘４２を載置することになる。このとき、重錘４１の下面は重錘４２の上面よりも上方の離れた位置にあり、重錘２０、重錘４３、および重錘４２と、重錘４１との振り子運動が、互いに阻害されないようになっている。
【００５０】
さらにまた、中間部フレーム３２をすべて取り外し、重錘２０、重錘４１、重錘４２、および重錘４３のすべてが第二の振動系１２から吊り下げられるようにすると、制振装置１０の固有振動数ｆは、０．４９８Ｈｚになる。
【００５１】
本実施形態に係る制振装置１０および制振方法によれば、支柱一次振動の減衰を増加させる効果があり、減衰増加により風車回転翼６の回転に伴う支柱一次の振動・振幅を抑制する効果がある。
これにより、支柱３の重量増加を回避することができ、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車１を容易に設計することができる。
また、制振装置１０の一部（例えば、ダンパー（減衰装置））が支柱３の内壁面等に固定されることはないので、当該支柱３の内壁面等を補強する必要がなくなり、支柱３の重量増加を回避することができる。
さらに、第二の振動系１２を構成する重錘４３，４２を第一の振動系１１に移動させ、第一の振動系１１を構成する重錘２０とともに、第一の振動系１１を構成する重錘とすることにより、制振装置１０の固有振動数ｆが減少することになる。すなわち、風力発電用風車１を組み立てていく際、例えば、支柱３の上端にナセル４後部が設置された段階、支柱３の上端にナセル４前部（すなわち、ナセル４全体）が設置された段階、ナセル４にローターヘッド５および風車回転翼６が取り付けられ、風力発電用風車１の全体が完成した段階に応じて、支柱３の固有振動数がその都度減少させられることになる。これにより、風力発電用風車１を安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る制振装置１０および制振方法によれば、中間部フレーム３２をすべて取り外し、重錘２０、重錘４１、重錘４２、および重錘４３のすべてが第二の振動系１２から吊り下げられるようにして、制振装置１０の固有振動数ｆを０．４９８Ｈｚすることもできる。
これにより、例えば、ナセル４の旋回部が設置された段階、すなわち、支柱３の固有振動数が、支柱３の上端にナセル４後部が設置された段階よりも高い段階でも支柱一次振動を減衰することができ、風力発電用風車１をより安全、かつ、速やかに組み立てていくことができる。
【００５３】
さらに、本実施形態に係る制振装置１０によれば、第一の振動系１１を構成する重錘２０と、第二の振動系１２を構成する重錘４１，４２，４３とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れるように、第一の振動系１１と、第二の振動系１２とが、ボールスプライン５１を介して拘束されている。
これにより、支柱一次振動を最も効率よく減衰させることができ、当該制振装置１０の小型化（最小化）を図ることができる。
【００５４】
一方、本実施形態に係る風力発電用風車１は、支柱３の重量増加を伴うことなく、支柱３内の狭小なスペースに設置することができるとともに、その固有振動数を変化させることができる制振装置１１を具備している。これにより、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電用風車の大型化に対応することができる。
【００５５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、第二の振動系１２を構成する重錘を三つの重錘で構成したものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二つあるいは四つ以上の重錘で構成するようにしてもよい。
【００５６】
また、重錘２０，４１，４２，４３の寸法および重量は、風力発電用風車１を組み立てていく際の各段階における支柱３の固有振動数にあわせて適宜変更することが望ましい。
【００５７】
さらに、上述した実施形態では、第一の振動系１１を、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１３の上面１４に設置し、第二の振動系１２を、支柱３内の最上部に設けられたトップフロア１３の下面３４から吊り下げられるようにして設置したものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第一の振動系１１を、支柱３内の最上部に設けられて支柱３を構成する梁（図示せず）の上面に設置し、第二の振動系１２を、支柱３内の最上部に設けられて支柱３を構成する梁（図示せず）の下面から吊り下げられるようにして設置してもよい。すなわち、本発明に係る制振装置は、支柱３を構成する種々の構造物を利用して設置されることになる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 風力発電用風車
３ 支柱
１０ （風力発電用風車の）制振装置
１１ 第一の振動系
１２ 第二の振動系
１３ トップフロア（構造物）
１４ 上面
１５ ユニバーサルジョイント
２０ 重錘
３４ 下面
４１ 重錘
４２ 重錘
４３ 重錘
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置であって、
前記支柱の上部に設けられた構造物の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、
前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子と、を備え、
前記第二の振動系を構成する振り子が、少なくとも二つの重錘を備えており、これら重錘の少なくとも一つが、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘となり得るように構成されていることを特徴とする風力発電用風車の制振装置。
【請求項２】
前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れるように、前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とを拘束する拘束手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車の制振装置。
【請求項３】
前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘が、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘となり得るように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用風車の制振装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電用風車の制振装置を具備していることを特徴とする風力発電用風車。
【請求項５】
風力発電用風車の支柱の上部に設けられた構造物の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子とが、前記支柱の内部に格納され、前記振り子が、少なくとも二つの重錘を備えている風力発電用風車の制振方法であって、
前記重錘の少なくとも一つを、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘として用いることを特徴とする風力発電用風車の制振方法。
【請求項６】
前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘を、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘として用いることを特徴とする請求項５に記載の風力発電用風車の制振方法。
【請求項１】
風力発電用風車の支柱の内部に格納して設置される風力発電用風車の制振装置であって、
前記支柱の上部に設けられた構造物の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、
前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子と、を備え、
前記第二の振動系を構成する振り子が、少なくとも二つの重錘を備えており、これら重錘の少なくとも一つが、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘となり得るように構成されていることを特徴とする風力発電用風車の制振装置。
【請求項２】
前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とが、同一水平面内における同方向に振れ、かつ、同一垂直面内における反対方向に振れるように、前記第一の振動系を構成する重錘と、前記第二の振動系を構成する重錘とを拘束する拘束手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車の制振装置。
【請求項３】
前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘が、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘となり得るように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用風車の制振装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電用風車の制振装置を具備していることを特徴とする風力発電用風車。
【請求項５】
風力発電用風車の支柱の上部に設けられた構造物の上面に、ユニバーサルジョイントを介して立設されて第一の振動系を構成する倒立式の振り子と、前記構造物の下面から吊り下げられて第二の振動系を構成する振り子とが、前記支柱の内部に格納され、前記振り子が、少なくとも二つの重錘を備えている風力発電用風車の制振方法であって、
前記重錘の少なくとも一つを、前記第二の振動系から前記第一の振動系に移動して、前記第一の振動系を構成する重錘とともに、第一の振動系を構成する重錘として用いることを特徴とする風力発電用風車の制振方法。
【請求項６】
前記第一の振動系を構成する倒立式の振り子の重錘を、前記第二の振動系を構成する重錘とともに、第二の振動系を構成する重錘として用いることを特徴とする請求項５に記載の風力発電用風車の制振方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２２５４６（Ｐ２０１２−１２２５４６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３７７１（Ｐ２０１０−２７３７７１）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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