WO2006129509A1 - 水平軸風車 - Google Patents

Abstract

　一の水平軸風車は、カットアウト風速を超えると、ヨーブレーキを弛緩するとともに、すべてのブレード４ａ～４ｃをフェザーにする（図１Ａ）。次に、ブレード４ａ～４ｃを１枚ずつ順次反転フェザーにする（図１Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ）。以後、運転モードの復帰まですべてのブレード４ａ～４ｃを反転フェザーの状態に保持する。以上の過程でナセル２がヨー回転しロータがタワー１より風下側に配置され、すべてのブレード４ａ～４ｃの前縁が風上を向く（図１Ｅ）。他の一の水平軸風車は、ナセルを回動させて風向きに９０deg程度の一定角に変角してヨーブレーキで保持し、すべてのブレードを同時に反転フェザーにし、ヨーブレーキを弛緩する。他の一の水平軸風車は、すべてのブレードをフェザーにした後、ヨーブレーキを弛緩して1枚のブレードをフェザーからフラット側に変角し、ナセルのヨー角変位が３０deg程度生じたときその１枚のブレードをフェザーに戻す。

Description

明 細 書

水平軸風車

技術分野

[0001] 本発明は、アップウィンド型の水平軸風車における暴風時の待機に関する。

背景技術

[0002] 周知のように、いわゆる水平軸風車が商業用に広く実用化されている。一般的な水 平軸風車は、少なくとも 2枚以上のブレードがハブ力 放射状に取付けられてなる口 ータと、ハブに接続されるとともに略水平方向に延在された主軸を介してこのロータを 軸支するナセルと、略鉛直方向に設置されるとともにナセルをョ一回転自在に支持 するタワーとを有して構成される。

カロえて、ナセルのョ一回転を自在に駆動制御可能なョー駆動手段、ョ一回転を制 動するョーブレーキ、ロータの回転を制動する主軸ブレーキ等の制御手段を水平軸 風車に設けることも従来より行われて 、る。

また、今日の商業風車の多くは、アップウィンド型の水平軸風車の構成をとっている 。アップウィンド型の水平軸風車は、タワーの風上側に配置されたロータが回転して 発電する構成の水平軸風車である。

[0003] 通常、風車の設計強度は暴風中の待機状態の際に受ける荷重に大きく影響を受け る。暴風時の風車荷重は停電も併発することを想定して設定する必要がある。以下、 水平軸風車の待機方法に関する代表的な従来技術 1〜5について説明する。

[0004] 〔従来技術 1〕

従来技術 1は、一般的なアップウィンド 'ストール制御風車であり、主軸をブレーキで 固定して暴風時に待機するものである。待機時にョーを固定することが基本である。 ョー制御をしてロータを風向きに平行にして、荷重低減を図るものもある。ョー制御可 能であっても、ョー制御に必要な電源が遮断される場合や、ョー制御に関するいず れカの機器に故障が生じた場合は、全方位力もの暴風を受ける可能性がある。した がって、全方位からの暴風を想定して設計する必要がある。一般にストール制御機の 場合、正面ならびに背面力もの暴風時に大きな荷重が発生する。 [0005] 〔従来技術 2〕

従来技術 2は、一般的なアップウィンド 'ピッチ制御機であり、ロータを遊転、ョーを 固定して暴風時に待機するものである。ピッチ制御機の中には、ョー制御をしてロー タを風上に向け、荷重低減を図るものもある力 これはョー制御に必要な電源がある とともに、各機器が故障なく機能していることが前提となる。一般にピッチ制御機の場 合、横風ならびに斜め前方/後方力 暴風時に大きな荷重が発生する。図 3に示す モデル Aは、従来技術 2の待機形態に該当する。

[0006] 〔従来技術 3〕

従来技術 3は、アップウィンド 'ピッチ制御機であり、全翼のフェザーを確保した後に 、ナセル方位角をョー制御により約 180[deg]反転させ、弱いョーブレーキで保持して 暴風時に待機するものである（例えば、非特許文献 1、特許文献 2参照)。これにより 、暴風時にはロータが風下に靡き、タワーへの荷重を軽減することができる。従来技 術 3の待機形態は外観上、従来技術 5と同様である。図 3に示すモデル Bは、従来技 術 3及び 5の待機形態に該当する。

[0007] 〔従来技術 4〕

従来技術 4は、ダウンウィンド風車'ピッチ制御機であり、全翼のフェザーを確保し、 ロータを遊転させ、フリーョ一として暴風時に待機するものである。これにより、暴風時 には、ロータが風下に靡き、タワー頂部に作用する荷重を低減できる。図 3に示すモ デル Cは、従来技術 4の待機形態に該当する。

[0008] 〔従来技術 5〕

従来技術 5は特許文献 1に記載され、ダウンウィンド風車'ピッチ制御機であり、全 翼のフェザーを確保したのち、ピッチ角を翼 1枚ずつ約 180[deg]変角して、フリーョー で暴風時に待機するものである。翼前縁からの風を受ける場合と比較して、後縁から 風を受ける場合は最大揚力係数が大幅に減少し、また、ョー保持トルクも小さいので 、その他の部位に発生する荷重も小さくなる。従来技術 5の待機形態は外観上、従来 技術 3と同様である。図 3に示すモデル Bは、従来技術 3及び 5の待機形態に該当す る。

特許文献 1 :特開 2006— 16984号公報 非特許文献 1 :柴田昌明、林義之、「設計荷重低減のための新コンセプト」、第 25回 記念風力エネルギー禾 シンポジウム、平成 15年 11月 20日、 p. 225- 227 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 2MWクラスの風車でも、上記の従来技術により、風車のスケールに合わせて上手く 設計すれば強度問題は回避できる。しかし、今後、一層大型化が進むと翼の剛性は ますます低下し、固有振動数が低くなるため、特に翼後縁付近から暴風を受ける場 合にフラッタが発生し翼に大きな荷重が発生しやすくなるという問題が予想される。 以上のような低剛性の翼を持つ場合、従来技術 1〜3のアップウィンド型水平軸風 車では、暴風時待機形態によらず、翼後縁付近からの暴風を避けることができず、フ ラッタが発生する。発生が予想されるフラッタのモードは下記の二種類である。

失速フラッタ：翼の失速領域では迎角に対する揚力傾斜が負になり、この領域で空 力項が負のダンピング効果を与え、不安定傾向を高める。これは捩り剛性の高い翼 でも発生する。

曲げ ·捩り連成フラッタ：翼は非対称で長大な構造物であるため、曲げに捩りが連成 して発生する。特に翼後縁付近力もの暴風を受ける場合に翼が荷重を受け曲がるが 、これに捩りを連成するため翼に流入する迎角が変化し、不安定傾向になりやすい。 これは捩り剛性の高 、翼ではほとんど発生しな 、。

[0010] アップウィンド風車においては、従来技術 3のように全翼のフェザーを確保した後に 、ロータをタワーより風下に靡力せる待機形態をとることにより、暴風時の負荷荷重を 大幅に低減することができる。これは、アップウィンド風車における理想的な待機形態 の一つである。

しかし、暴風時にロータをタワーより風下に向力せるためにョーモータを用いてナセ ルのョ一回転を駆動する従来の構成では、台風などの暴風発生時に併発してョーモ ータへの電源供給遮断、ョーモータを含むョー駆動系の故障が生じた場合に、ロー タをタワーより風下に配置する動力を失うから、ロータをタワーより風下に靡かせる待 機形態をとることができない。 [0011] 本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、アップウイ ンド型の水平軸風車において、暴風時にョー駆動手段が機能していなくともロータが 風下に靡く待機形態を確保でき、この待機形態により風車の暴風時設計荷重を低減 することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0012] 以上の課題を解決するための請求の範囲第 1項記載の発明は、ハブと少なくとも 2 枚以上のブレードとを有するロータと、

前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、

前記ナセルをョ一回転自在に支持するタワーと、

前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に制御する独立ピッチ制御装置と、 前記ナセルのョ一回転を制御するョー制御装置とを備え、

所定値以下の風速時に前記ョー制御装置の制御により前記ロータを前記タワーより 風上に配置し前記ロータの回転を介して風力を利用する運転モードと、前記所定値 を超える風速時に前記運転モードに備えて待機する待機モードとを有するアップウイ ンド型の水平軸風車にお!、て、

(1)前記独立ピッチ制御装置は、前記所定値を超える風速時に、すべての前記ブレ ードをフェザーにする第 1ステップと、前記第 1ステップ後に前記ブレードを 1枚ずつ 順次反転フェザーにする第 2ステップと、前記第 2ステップ後に前記運転モードの復 帰まですべての前記ブレードを反転フェザーの状態に保持する第 3ステップとからな る制御動作を有し、

(2)前記ョー制御装置は、前記所定値を超える風速時に、風力により前記ナセルに 負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制 御する制御動作を有し、

前記待機モードとして、前記（1) (2)の制御動作を実行することにより前記ロータを前 記タワーより風下に靡力せることを特徴とする水平軸風車である。

[0013] 請求の範囲第 2項記載の発明は、前記ョー制御装置は、前記独立ピッチ制御装置 が前記第 2ステップを実行する前に前記 (2)の制御動作を実行することを特徴とする 請求の範囲第 1項記載の水平軸風車である。 [0014] 請求の範囲第 3項記載の発明は、前記ョー制御装置は、前記独立ピッチ制御装置 が前記第 1ステップを実行する前又は同時に前記（2)の制御動作を実行することを 特徴とする請求の範囲第 1項記載の水平軸風車である。

[0015] 以上の課題を解決するための請求の範囲第 4項記載の発明は、ハブと少なくとも 2 枚以上のブレードとを有するロータと、

前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、

前記ナセルをョ一回転自在に支持するタワーと、

前記ブレードのピッチ角を制御するピッチ制御装置と、

前記ナセルのョ一回転を制御するョー制御装置とを備え、

所定値以下の風速時に前記ョー制御装置の制御により前記ロータを前記タワーより 風上に配置し前記ロータの回転を介して風力を利用する運転モードと、前記所定値 を超える風速時に前記運転モードに備えて待機する待機モードとを有するアップウイ ンド型の水平軸風車にお!、て、

(1)前記ピッチ制御装置は、すべての前記ブレードをフェザーにする第 1ステップと、 前記第 1ステップ後にすべての前記ブレードを反転フェザーにする第 3ステップと、前 記第 3ステップ後から前記運転モードの復帰まですべての前記ブレードを反転フエザ 一の状態に保持するステップとからなる制御動作を有し、

(2)前記ョー制御装置は、前記第 3ステップに同期して前記ロータに対する正面風及 び背面風を避けた所定のョ一角範囲内に前記ナセルのョ一角を制御する第 2ステツ プと、前記第 2ステップ後から前記運転モードの復帰まで風力により前記ナセルに負 荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制御 するステップとからなる制御動作を有し、

前記待機モードとして、前記（1) (2)の制御動作を実行することを特徴とする水平軸 風車である。

[0016] 請求の範囲第 5項記載の発明は、前記前記所定のョ一角範囲は、風上に対して + 75〜 + 110[deg]又は― 75〜― 110[deg]であることを特徴とする請求の範囲第 4項 記載の水平軸風車である。

[0017] 請求の範囲第 6項記載の発明は、前記第 3ステップにおいて前記ピッチ制御装置 は、すべての前記ブレードを同時に反転フェザーにすることを特徴とする請求の範囲 第 4項記載の水平軸風車である。

[0018] 以上の課題を解決するための請求の範囲第 7項記載の発明は、ハブと少なくとも 2 枚以上のブレードとを有するロータと、

前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、

前記ナセルをョ一回転自在に支持するタワーと、

前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に制御する独立ピッチ制御装置と、 前記ナセルのョ一回転を制御するョー制御装置とを備え、

所定値以下の風速時に前記ョー制御装置の制御により前記ロータを前記タワーより 風上に配置し前記ロータの回転を介して風力を利用する運転モードと、前記所定値 を超える風速時に前記運転モードに備えて待機する待機モードとを有するアップウイ ンド型の水平軸風車にお!、て、

(1)前記独立ピッチ制御装置は、前記所定値を超える風速時に、すべての前記ブレ ードをフェザーにする第 1ステップと、前記第 1ステップ後に前記ブレードを 1枚のみ フェザー力 フラット側に変角し、前記ナセルのョ一角変位が生じた後に前記 1枚の ブレードをフェザーに戻す第 2ステップと、前記第 2ステップ後に前記運転モードの復 帰まですべての前記ブレードをフェザーの状態に保持する第 3ステップとからなる制 御動作を有し、

(2)前記ョー制御装置は、前記所定値を超える風速時に、風力により前記ナセルに 負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制 御する制御動作を有し、

前記待機モードとして、前記（1)の制御動作を実行し、前記（2)の制御動作を前記 第 2ステップの実行前に実行して、前記ナセルのョ一角変位を前記第 2ステップ及び 前記第 3ステップにおいて得ることにより前記ロータを前記タワーより風下に靡力せる ことを特徴とする水平軸風車である。

発明の効果

[0019] 請求の範囲第 1項記載の発明によれば、風速が所定値を超え、発電等のための風 車の運転に備えて待機する時に、第 1ステップによりすベてのブレードをフェザーに することにより、暴風による負荷荷重を低減することができる。この第 1ステップにより すべてのブレードの後縁力 Sタワー側を向いた状態となり、その後の第 2ステップにより ブレードを 1枚ずつ順次反転フェザーにすることにより、ブレードの前縁力タワー側を 向いた状態となる。全ての翼を同時に反転する場合には、ロータが過回転に達し重 大な事故を引き起こすが、第 2ステップにおいては 1枚ずつ順次反転フ ザ一するか ら、暴風による負荷荷重を問題のないレベルに抑えることができる。また、第 2ステツ プにおいては、 1枚ずつブレードがフェザー力 フラットを経て反転フェザーの状態に 移行する過程において、風力によりナセルに負荷されるョー軸周りのトルクを大きくこ と力 Sきる。その後、第 3ステップにより運転モードの復帰まですべての前記ブレードを 反転フェザーの状態に保持する。

一方、風力によりナセルに負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する 制動値にョーブレーキを制御するので、ナセルが風力によりョ一回転しロータがタヮ 一の風上力 風下に配置されるようにナセルを回転させ、ロータをタワーより風下に 靡力ゝせることができる。

ロータがタワーより風下に配置されると、第 2ステップの完了によりすベてのブレード の前縁がタワー側を向 、た状態となり第 3ステップによりこれを保持して 、るから、す ベてのブレードは前縁から風を受けることとなり、フラッタの発生を避け翼に負荷され る荷重を低減することができる。

以上のようにナセルが風力によりョ一回転しロータをタワーより風下に靡力せるから 、ョー駆動手段が機能していなくともロータ及びブレード後縁が風下に靡く待機形態 を確保でき、この待機形態によりブレード後縁から暴風を避けてフラッタの発生を低 減し、ひいてはブレードその他の暴風時設計荷重を低減することができるという効果 がある。

[0020] 請求の範囲第 1項記載の発明において、第 2ステップの完了後に前記（2)の制御 動作を実行する場合も、風況によりナセルを回転させるために十分なョー軸周りのト ルクが発生するから、ロータがタワーの風下に配置されるようにナセルを回転させ、待 機姿勢に移行することができる。

[0021] 請求の範囲第 1項記載の発明において、好ましくは、第 2ステップの実行前に前記（ 2)の制御動作を実行する。第 2ステップの 1枚ずつブレードがフェザーからフラットを 経て反転フェザーの状態に移行する過程においては、風力によりナセルに負荷され るョー軸周りのトルクが比較的大きくなるから、この時にョーブレーキを弱めておくこと により、より確実にロータがタワーの風下に配置されるようにナセルを回転させ、待機 姿勢に移行することができる。

[0022] 請求の範囲第 1項記載の発明において、さらに好ましくは、第 1ステップの実行前 又はその実行と同時に前記（2)の制御動作を実行する。これにより、第 1ステップから 第 3ステップの 、ずれかにお 、て発生する風力によりナセルに負荷されるョー軸周り のトルクにより、より確実にロータがタワーの風下に配置されるようにナセルを回転さ せ、待機姿勢に移行することができる。

[0023] 請求の範囲第 4項記載の発明によれば、風速が所定値を超え、発電等のための風 車の運転に備えて待機する時に、第 1ステップによりすベてのブレードをフェザーに することにより、暴風による負荷荷重を低減することができる。この第 1ステップにより すべてのブレードの後縁力 Sタワー側を向いた状態となり、その後の第 3ステップにより すべてのブレードを反転フェザーにすることにより、ブレードの前縁がタワー側を向い た状態となる。

第 2ステップにより、第 3ステップに同期してロータに対する正面風及び背面風を避 けた所定のョ一角範囲内にナセルのョ一角が制御されるから、ブレードをフェザーの 状態力 フルフラットを経て反転フェザーにするピッチ変角過程において、ロータの 回転軸が風向力 逸れている分、暴風によるロータの過回転、暴風による負荷荷重 を抑えることができる。

所定のョ一角範囲は、 ± 90[deg]を含む範囲であり、暴風を避けるためには ± 90[d eg]を含みより狭 、範囲であることが好ま 、が、狭すぎると制御の収束に長 、時間を 要する。例えば、風上に対して + 75〜 + 110[deg]又は— 75〜― 110[deg]とするこ とにより実現でき、十分な暴風回避効果を得ることができる。

以上のように第 1〜第 3ステップの実行により暴風を避けつつ、ブレードの前縁がタ ヮー側を向 、た状態となった後は、運転モードの復帰まですべてのブレードを反転フ ェザ一の状態に保持するとともに、風力によりナセルに負荷されるョー軸周りのトルク によるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制御する。そのため、強風が続く 限り、ナセルが横風又は斜め風を受けその風力によりナセルに負荷されるョー軸周り のトルクが発生し、ロータがタワーの風下に配置されるようにナセルがョ一回転し、口 ータをタワーより風下に靡力せることができる。

ロータがタワーより風下に配置されると、既にすベてのブレードの前縁がタワー側を 向いた状態にあり、これを保持しているから、すべてのブレードは前縁から風を受ける こととなり、フラッタの発生を避けブレードに負荷される荷重を低減することができる。 以上のようにして暴風を避けつつロータ及びブレード後縁が風下に靡く待機形態を 確保でき、この待機形態によりブレード後縁からの暴風を避けてフラッタの発生を低 減し、ひいてはブレードその他の暴風時設計荷重を低減することができるという効果 がある。

[0024] 請求の範囲第 4項記載の発明にお 、て、好ましくは、第 3ステップにお 、てピッチ制 御装置は、すべてのブレードを同時に反転フェザーにする。すべてのブレードを迅 速に反転フェザーの状態に移行することができるからである。また、独立ピッチ制御 装置を有さず、ブレードのピッチ角を一括にしか制御できない風車においても実行可 能である。この場合、ピッチ角を 1枚ごとに操舵する複雑なシーケンスを必要としない

[0025] 請求の範囲 7記載の発明によれば、風速が所定値を超え、発電等のための風車の 運転に備えて待機する時に、第 1ステップによりすベてのブレードをフェザーにするこ とにより、暴風による負荷荷重を低減することができる。この第 1ステップによりすベて のブレードの後縁力 Sタワー側を向いた状態となる。

その後の第 2ステップによりブレードを 1枚のみフェザー力もフラット側に変角する。 このブレード 1枚のみの変角によってロータに空カアンバランスが生じ、風力によりナ セルに負荷されるョー軸周りのトルクを大きくことがきる。このトルクによるョ一回転を 許容する制動値にョーブレーキを制御することによって、ナセルのョ一角変位を得る ことができる。

その後、その 1枚のブレードをフェザーに戻し、運転モードの復帰まですべてのブ レードをフェザーの状態に保持する力 第 2ステップによってナセルは風向きに対し てョ一角変位を得ており、風力によりナセルに負荷されるョー軸周りのトルクによるョ 一回転を許容する制動値にョーブレーキを制御しているので、さらなるョ一角変位を 得てロータをタワーの風下側へ配置することができ、ロータをタワーより風下に靡かせ ることがでさる。

ナセルが風向きに正対した状態力 ナセルを風力により反転させようとすると、ナセ ルのョ一回転開始までに大きな風力を必要とし、高風速となって力 ョ一回転を開始 するため、急激なョ一回転となり風車に大きな荷重が負荷される。しかし、本発明によ れば、第 2ステップ完了時にナセルは風向きに対して正対せず、ョ一角変位を得て いるので、比較的緩やかなョ一回転によりさらなるョ一角変位を得てロータをタワーの 風下側へ配置することができる。

ロータがタワーより風下に配置されると、第 2ステップの完了によりすベてのブレード の後縁がタワー側を向 、た状態となり第 3ステップによりこれを保持して 、るから、す ベてのブレードは後縁から風を受けることとなり、翼前縁が風上側に向けられた場合 に比べて風によって作用する揚力が大幅に低減される。その結果、暴風時の待機姿 勢として、ブレード及びタワーに最も荷重が力からない状態で待機できる姿勢が整う 以上のようにナセルが風力により緩やかに風下側へ反転し、その後も風力によりョ 一回転してロータをタワーより風下に靡力せるから、ョー駆動手段が機能していなくと もロータ及びブレード前縁が風下に靡く待機形態を確保でき、この待機形態により風 車の暴風時設計荷重を低減することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

[図 1A]本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

[図 1B]本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

[図 1C]本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

[図 1D]本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

圆 IE]本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力も見た平面図であ る。

圆 2]本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車に搭載される制御部の構成 を示すブロック図である。

[図 3A]本発明又は従来技術の待機形態に係るモデル A, B, Cの条件を記載した表 である。

圆 3B]本発明又は従来技術の待機形態に係るモデル A, B, Cの条件及び解析結果 を記載した表である。

[図 4]解析の条件に係る風況を示すグラフである。

圆 5]ナセル方位角の解析結果を示すグラフである。

[図 6]ロータ回転速度の解析結果を示すグラフである。

圆 7]翼捩れ変位の解析結果を示すグラフである。

圆 8]翼根フラップ曲げの解析結果を示すグラフである。

圆 9]翼根トルクの解析結果を示すグラフである。

[図 10]ョートルクの解析結果を示すグラフである。

[図 11]ョー水平力の解析結果を示すグラフである。

圆 12A]本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

圆 12B]本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上から見た平面図であ る。

圆 12C]本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上から見た平面図であ る。

圆 12D]本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

圆 13A]本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車に搭載される制御部の構 成を示すブロック図である。

[図 13B]ョ一角 ピッチ角平面座標上における過回転存在域とこれを回避する制御 ステップとを示した図である。

[図 14A]本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

[図 14B]本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上から見た平面図であ る。

[図 14C]本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上から見た平面図であ る。

[図 14D]本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図であ る。

[図 14E]本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上から見た平面図であ る。

[図 15]本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車に搭載される制御部の構 成を示すブロック図である。

[図 16]解析の条件に係る風況を示すグラフである。

[図 17]ョ一角の解析結果を示すグラフである。

[図 18]ロータ曲げモーメントの解析結果を示すグラフである。

[図 19]ョー水平力の解析結果を示すグラフである。

[図 20]解析の条件に係る風況を示すグラフである。

[図 21]ナセル方位角の解析結果を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の 一実施形態であって本発明を限定するものではない。

[0028] [第 1実施形態]

まず、本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車につき説明する。 図 1は、本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図で ある。図 2は、本発明第 1実施形態のアップウィンド型水平軸風車に搭載される制御 部の構成のうち、本件に関連のある部分を示すブロック図である。

[0029] 図 1に示すように、本実施形態の水平軸風車は、タワー 1と、ナセル 2と、ハブ 3と、 3 枚のブレード 4a〜4cを備える。

ナセル 2はハブ 3に接続された主軸（図示略）を介してハブ 3とブレード 4a〜4cから なるロータを軸支する。タワー 1は、ナセル 2をョ一回転自在に支持する。

また、ナセル 2の外面には図示しない風速計及び風向計が取り付けられている。

[0030] ナセル 2の内側には、図示しない増速機、発電機、および主軸ブレーキなどの動力 伝達装置が収納されており、これらの各動力伝達装置には、主軸が連結されている。

[0031] 主軸は、その先端がナセル 2の外部に突出しており、この主軸の先端にはロータが

、主軸とともに回転するように取り付けられている。

[0032] ロータは、中心部に主軸と連結されたハブ 3を有しており、ハブ 3の回転方向の周 面には、 3枚のブレード 4a〜4cが放射状に取り付けられている。なお、ブレード 4a〜

4cの翼形は非対称に形成されて 、る。

[0033] 図 2に示すように、本実施形態の水平軸風車の制御部は、風向計 10、風速計 13、 制御装置 16a、ピッチ駆動装置 11、ョー駆動装置 14から構成される。制御装置 16a には、独立ピッチ制御装置 12aとョー制御装置 15aとが備えられている。

[0034] ョー駆動装置 14は、ナセル 2のョ一角を検出し、ョ一回転を駆動するとともに、ョー 回転を制動する図示しないョーブレーキを備える。ョー制御装置 15aは、ョー駆動装 置 14に制御信号を与えてナセル 2のョ一角を制御する。

[0035] ピッチ駆動装置 11は、ブレード 4a〜4cのピッチ角を独立して回転駆動する。独立 ピッチ制御装置 12aは、ピッチ駆動装置 11に制御信号を与え、各ブレード 4a〜4cの ピッチ角をそれぞれ独立に制御する。各ブレード 4a〜4cは、それぞれ独立して少な くとも 180度自在に制御される。

なお、ピッチ角とは、ハブに対するブレードの取り付け角度であり、本稿では、効率 が最大となる角度を Odegとして 、る。

[0036] 通常、商業用の風力発電においては、機械的強度、発電効率、および安全面を考 慮して、発電に適する風速帯域が存在し、その上限であるカットアウト風速を超える 風速領域では発電は行わず、暴風を回避するべぐできるだけ風荷重を軽減できる 姿勢で待機するように制御される。以下、本実施形態の水平軸風車の運転モード及 び待機モードにっ 、て説明する。 [0037] 〔運転モード〕

発電に適する風速帯域では、風向計 10により検知した風向に基づきョー制御装置 15aが制御してロータをタワー 1より風上に配置し、風速計 13により検知した風速や口 ータ回転数などに基づき独立ピッチ制御装置 12aが適度なピッチ角にブレード 4a〜 4cを制御しロータが風を受けて回転する。このロータの回転力は、ハブ 3に接続され た主軸に伝達され、主軸に連結されるとともにナセル 2の内部に収納された発電機に 伝達されることで、回転運動による運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。 ョー駆動装置 14はョー制御装置 15aからの制御信号を受けてナセル 2を回転させる ときは、ョーブレーキを解除するか又は軽くし、ナセル 2を一定方向に保持するときは 、ョーブレーキトルクを最大にする。

[0038] 〔待機モード〕

台風などの暴風時に、風速計 13によって風速がカットアウト風速を超えたことが検 出されると、ョー制御装置 15aが、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周りのトルク によるナセル 2のョ一回転を許容する所定の制動値にョーブレーキを制御するととも に、独立ピッチ制御装置 12aがすべてのブレード 4a〜4cをフェザーにする（第 1ステ ップ)。ロータは停止し、発電は中断される。

これにより、ブレード 4a〜4c及びタワー 1に作用する風荷重を軽減する。所定の制 動値は、ナセル 2を一定方向に保持するときの制動値より低く設定する。所定の制動 値を一定値とする場合、カットアウト風速を超える風を想定したときナセル 2が激しくョ 一回転しない程度に高い値とする。また、所定の制動値は、ナセル 2のョ一回転に応 じて変動するものであっても良い。例えば、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周 りのトルクが小さくてもナセル 2のョ一回転を許容するために小さくされる一方、ナセ ル 2のョ一回転の角速度を一定以下に制限するために大きくされることにより変動し てもよい。

[0039] 次に、独立ピッチ制御装置 12aは、ブレード 4a〜4cを 1枚ずつ順次反転フェザー にする（第 2ステップ)。

次に、独立ピッチ制御装置 12aは、上記運転モードの復帰まですべてのブレード 4 a〜4cを反転フェザーの状態に保持する（第 3ステップ)。 [0040] ここで、改めて図 1を参照しながら、以上の制御動作の実行及びこれに伴う風車の 動作につき説明する。

まず、上記第 1ステップの実行により、図 1Aに示すように、すべてのブレード 4a〜4 cがフェザーになり、ロータの回転は停止し、ョーブレーキは上述したョ一回転を許容 する所定の制動値となる。

このとき、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周りのトルクがョーブレーキトルクよ り大きければナセル 2が動き始め、小さければナセル 2は一定角度に停止している。

[0041] 次に、第 2ステップに入る。まず、図 1Bに示すようにブレード 4aが、ピッチ角を反転 させるために起動される。ブレード 4aのピッチ角がフラットの角度を通過する時点をピ ークとしてョー軸周りのトルクは増大する。このブレード 4aの変角過程でブレード 4a における揚力発生によりロータの回転力も大きくなるが、フェザーの状態を維持する 他の 2枚のブレード 4b, 4cはロータの回転に対して制動力を発揮するため、他の主 軸ブレーキ手段を使用して 、な 、場合でも、ロータ回転が激しく生じることはな 、。

[0042] さらに、ブレード 4aを変角して図 1Cに示すように反転フェザーにし、以後運転モー ドの復帰までブレード 4aを反転フェザーの状態に保持する。

このブレード 4aの変角過程でナセル 2のョ一回転が開始したとすると、例えば、図 1

B→Cに示すように、ナセル 2がョ一回転し、ロータがタワー 1の風下側に配置される。

[0043] 次に、 1枚目のブレード 4aと同様にして、 2枚目のブレード 4bをフェザーから反転フ ェザ一に変角し、以後運転モードの復帰まで反転フェザーの状態に保持する（図 1D

) o

次に、 1枚目、 2枚目のブレード 4a, 4bと同様にして、 3枚目のブレード 4cをフエザ 一から反転フェザーに変角し、以後運転モードの復帰まで反転フ ザ一の状態に保 持する（図 1E)。

[0044] 仮に、 1枚目のブレード 4aの変角過程でナセル 2のョ一回転が開始しなくとも、 2枚 目、 3枚目のブレード 4b, 4cをフェザー力も反転フェザーに変角する過程で同様に、 ナセル 2をョ一回転させるチャンスがあり、従って高い確実性をもって最終的に、図 1 Eに示す状態、すなわち、ロータがタワー 1より風下に配置され、すべてのブレード 4a 〜4cの前縁が風上を向 、て 、る待機姿勢を確保することができる。 ョーブレーキは上述したョ一回転を許容する所定の制動値にされているから、風向 きの変化に応じてナセル 2がョー軸周りに滑ってロータがタワーより風下に靡く。

[0045] 暴風が生じている待機モード中、すべてのブレード 4a〜4cは前縁から風を受ける こととなり、フラッタの発生を避けブレード 4a〜4cに負荷される荷重を低減することが できる。

以上のように本実施形態の水平軸風車によれば、ナセル 2が風力によりョ一回転し ロータをタワー 1より風下に靡力せるから、ョー駆動手段が機能していなくともロータ 及びブレード後縁が風下に靡く待機形態を確保でき、この待機形態によりブレード後 縁から暴風を避けてフラッタの発生を低減し、ひ ヽてはブレードその他の暴風時設計 荷重を低減することができる。

[0046] ロータが風下に靡く待機形態となるので、風向きが変化した場合であっても、ロータ が常に風下側に位置するようにナセル 2がョ一回転するため、ブレード 4a〜4cゃタヮ 一 1に作用する荷重を逃がしながら負荷を軽減することができる。したがって、例えば 、台風などの暴風時においても、水平軸風車の姿勢維持のための特別な制御手段 を要することなぐ常にロータがタワー 1の風下側に配置され、風によって受ける荷重 を最小に抑えることができる。さらに、これによつて水平軸風車の設計強度を大幅に 緩和することができ、設計の自由度を高めることができ、コストの軽減を図ることができ る。

[0047] また、本実施形態の水平軸風車によれば、例えば、台風などの暴風時に、まず、す ベてのブレード 4a〜4cのピッチ角をフェザーの状態にすることにより、各ブレード 4a 〜4cに作用する風による抗カを低減することができる。その結果、ブレード 4a〜4c およびタワー 1に作用する荷重を低減することができる。

[0048] また、独立ピッチ制御装置 12aによってフェザーにした各ブレード 4a〜4cのピッチ 角を 1枚ずつ順次反転フェザーにするため、すべての翼を同時に反転させる場合に 比べて、ブレード 4a〜4cおよびタワー 1に作用する荷重の増加を最小限に抑えるこ とができる。その結果、ブレード 4a〜4cに過度の抗カおよび揚力が発生することを防 止することができ、ロータが過回転になることを効果的に防止することができる。

[0049] [第 2実施形態] 次に、本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車につき説明する。

図 12は、本発明第 2実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図 である。

[0050] 図 12に示すように、本実施形態の水平軸風車は、タワー 1と、ナセル 2と、ハブ 3と、

3枚のブレード 4a〜4cを備える。

ナセル 2はハブ 3に接続された主軸（図示略）を介してハブ 3とブレード 4a〜4cから なるロータを軸支する。タワー 1は、ナセル 2をョ一回転自在に支持する。

また、ナセル 2の外面には図示しない風速計及び風向計が取り付けられている。

[0051] ナセル 2の内側には、図示しない増速機、発電機、および主軸ブレーキなどの動力 伝達装置が収納されており、これらの各動力伝達装置には、主軸が連結されている。

[0052] 主軸は、その先端がナセル 2の外部に突出しており、この主軸の先端にはロータが

、主軸とともに回転するように取り付けられている。

[0053] ロータは、中心部に主軸と連結されたハブ 3を有しており、ハブ 3の回転方向の周 面には、 3枚のブレード 4a〜4cが放射状に取り付けられている。なお、ブレード 4a〜

4cの翼形は非対称に形成されて 、る。

[0054] 図 13Aは、本実施形態のアップウィンド型水平軸風車に搭載される制御部の構成 のうち、本件に関連のある部分を示すブロック図である。

図 13Aに示すように、本実施形態の水平軸風車の制御部は、風向計 10、風速計 1

3、制御装置 16b、ピッチ駆動装置 11、ョー駆動装置 14から構成される。制御装置 1

6bには、ピッチ制御装置 12bとョー制御装置 15bとが備えられている。

[0055] ョー駆動装置 14は、ナセル 2のョ一角を検出し、ョ一回転を駆動するとともに、ョー 回転を制動する図示しないョーブレーキを備える。ョー制御装置 15bは、ョー駆動装 置 14に制御信号を与えてナセル 2のョ一角を制御する。

[0056] ピッチ駆動装置 11は、ブレード 4a〜4cのピッチ角を回転駆動する。ピッチ制御装 置 12bは、ピッチ駆動装置 11に制御信号を与え、ブレード 4a〜4cのピッチ角を制御 する。各ブレード 4a〜4cは、少なくとも 180度自在に制御される。

ブレード 4a〜4cのピッチ制御は、ブレード毎に独立に制御可能なものであっても全 ブレード一括にのみ制御可能なものであっても良 、。ブレード 4a〜4cのピッチ制御 は、ブレード毎に独立に制御可能である必要はなぐ 180度回転できれば全ブレード を一括して制御可能であっても足りる。後者の場合は機械及び制御装置の構成が簡 素化される。勿論、ブレード毎に独立に制御可能なものであってもよい。

[0057] 図 13Bは、ョ一角一ピッチ角平面座標上における過回転存在域とこれを回避する 制御ステップとを示した図である。図 13Bに示すように、横軸をョ一角、縦軸をピッチ 角とした平面座標上に、風速 40[mZsec]の風況下でロータが 20[rpm]以上の回転に 達する過回転存在域 Bl, B2が分布する。図 13Bに基づき本実施形態においては、 過回転存在域 Bl, B2を避けた + 75〜 + 110[deg]又は—75〜一 110[deg]をョー 角範囲 Aと定め、下記のように待機モードを実行する。ョ一角範囲 A内においては、 如何なるピッチ角でも、過回転に達することはない。

なお、ピッチ角 90[deg]ではブレード 4a〜4cの後縁がタワー 1側を向き、ピッチ角 90[deg]ではブレード 4a〜4cの前縁がタワー 1側を向く。ョ一角 0[deg]では、ロータは タワー 1の風上にあり正面から風を受ける。

[0058] 通常、商業用の風力発電においては、機械的強度、発電効率、および安全面を考 慮して、発電に適する風速帯域が存在し、その上限であるカットアウト風速を超える 風速領域では発電は行わず、暴風を回避するべぐできるだけ風荷重を軽減できる 姿勢で待機するように制御される。以下、本実施形態の水平軸風車の運転モード及 び待機モードにっ 、て説明する。

[0059] 〔運転モード〕

発電に適する風速帯域では、風向計 10により検知した風向に基づきョー制御装置 15bが制御してロータをタワー 1より風上に配置し、風速計 13により検知した風速や ロータ回転数などに基づきピッチ制御装置 12bが適度なピッチ角にブレード 4a〜4c を制御しロータが風を受けて回転する。このロータの回転力は、ハブ 3に接続された 主軸に伝達され、主軸に連結されるとともにナセル 2の内部に収納された発電機に伝 達されることで、回転運動による運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。ョ 一駆動装置 14はョー制御装置 15bからの制御信号を受けてナセル 2を回転させると きは、ョーブレーキを解除するか又は軽くし、ナセル 2を一定方向に保持するときは、 ョーブレーキトルクを最大にする。 アップウィンド風車の運転モードにおけるピッチ角、ョ一角の存在域は、およそ図 13 B中における運転領域 Rにする。

[0060] 〔待機モード〕

台風などの暴風時に、風速計 13によって風速がカットアウト風速 (例えば、 25[m/s ec])を超えたことが検出されると、ピッチ制御装置 12bがすべてのブレード 4a〜4cを フェザーにする（第 1ステップ S l)。ロータは停止し、発電は中断される。これにより、 ブレード 4a〜4c及びタワー 1に作用する風荷重を軽減する。

[0061] 次に、ョー制御装置 15bは、ナセル 2を回動させてョ一角範囲 A内の一定角に変角 し、その一定角にナセル 2のョ一角をョーブレーキで保持する（第 2ステップ S 2)。 次に、ナセル 2のョ一角がョ一角範囲 A内に保持された状態にて、ピッチ制御装置 12bは、すべてのブレード 4a〜4cを同時に反転フェザーにする（第 3ステップ S3)。 ピッチ制御装置 12bは第 3ステップ S3後から上記運転モードの復帰まですべての ブレード 4a〜4cを反転フェザーの状態に保持する。ョー制御装置 15bは第 2ステツ プ S2後から上記運転モードの復帰まで風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周り のトルクによるョ一回転を許容する制動値 (制動力）にョーブレーキを制御する。 この制動値は、ナセル 2を一定方向に保持するときの制動値より低く設定する。また 、この制動値は、カットアウト風速を超える風を想定したときナセル 2が過剰にョ一回 転しない程度に高い値とする。この制動値は、ナセル 2のョ一回転に応じて変動する ものであっても良い。例えば、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周りのトルクが 小さくてもナセル 2のョ一回転を許容するために小さくされる一方、ナセル 2のョ一回 転の角速度を一定以下に制限するために大きくされることにより変動してもよい。

[0062] ここで、改めて図 12を参照しながら、以上の制御動作の実行及びこれに伴う風車の 動作につき説明する。

まず、上記第 1ステップ S 1の実行により、図 12Aに示すように、すべてのブレード 4 a〜4cがフェザーになり、ロータの回転は停止する。

[0063] 次に、第 2ステップ S2により、風車は図 12Bに示す姿勢となる。すなわち、ナセル 2 のョ一角は風向に対してほぼ 90[deg]となり、ロータ回転面が風向にほぼ平行である 姿勢となる。この姿勢では、ブレードのピッチを切っても大きな揚力は生じない。第 2 ステップ S 2においは、ナセル 2をどちら側に回転させても良い。図 12Bは、ナセル 2 を上空から見て時計周りに回転させて + 75〜 + 110[deg]のョ一角範囲 Aに収めた 状態を示す。時計周りする力反時計回りにする力を予め設定しても良いが、第 2ステ ップ S2の開始時に最短でョ一角範囲 Aに移行できる回転方向を選んで決定すること が好ましい。

[0064] 次に、第 3ステップにより、図 12Cに示すようにブレード 4a〜4cが同時に反転フエザ 一に変角する。この過程において大きな揚力は生じず、ロータを過回転させることな く安全に反転フ ザ一することができる。

[0065] その後上記運転モードの復帰まで、反転フェザーの状態が保持され、風力によりナ セル 2に負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレー キが制御される。風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周りのトルクがョーブレーキト ルクより大きければナセル 2が回動し、図 12Dに示すようにロータがタワー 1の風下側 に配置され、ロータがタワー 1の風下側に靡く。これにより、ロータ及びブレード 4a〜4 c後縁が風下に靡く待機形態を確保でき、この待機形態によりブレード後縁からの暴 風を避けてフラッタの発生を低減し、ひ 、てはブレードその他の暴風時設計荷重を 低減することができる。

ョーブレーキの制動値を比較的高く設定することにより、風速がカットアウト風速を 超えて 、ても風によるョートルクの負荷が比較的小さ 、場合にナセル 2をョ一回転せ ずに待機させることができる。この場合、風向が変わらなければ、図 12Cに示す待機 状態が維持される。この場合もロータの過回転は生じず風速が比較的低 、ことから風 車への負荷は小さく抑えられる。ナセル 2が風向に追従することなく風向が変わって も、図 13Bを参照すればわ力るように過回転存在域 Bl, B2に入ることはないから、口 一タの過回転は生じず風速が比較的低いことから風車への負荷は小さく抑えられる 一方、ョーブレーキの制動値を比較的低く設定することにより、風速がカットアウト風 速を超えていれば、ナセル 2が風向に追従する態様で待機させることができる。

[0066] 風速計 13によってカットアウト風速以下の風速が一定期間検出されると、運転モー ドに復帰する。ョー制御装置 15bは、ナセル 2を回動させてロータを風上に向かせる 。例えば、運転モードに復帰する際に風車が図 12Dの状態にあれば、ョー制御装置 15bは、まずナセル 2を 180[deg]回動させてロータを風上に向かせる。また例えば、 運転モードに復帰する際に風車が図 12Cの状態にあれば、ョー制御装置 15bは、ま ずナセル 2を反時計周りに 90[deg]回動させてロータを風上に向力せる。

[0067] さらに、図 13Bのョ一角一ピッチ角平面座標を参照して説明を加える。

座標（ョ一角，ピッチ角）は、運転モード中はおよそ運転領域 Rにある。待機モード の第 1ステップ S1の実行により、座標は点 P1又はその周囲に移行する。第 1ステップ S1はロータに対する風負荷を瞬時に低下させることができるので、カットアウト風速の 検出を契機に即座に実行することが好ましい。

[0068] 次に、第 2ステップ S2の実行により、座標は点 P2又はその周囲に移行する。図 13 Bを参照すればわ力るように、運転領域 Rから第 2ステップ S2を実行しても過回転存 在域 B1から離れることができる。本実施形態では第 1ステップ S1の終了後に第 2ステ ップ S2を開始する制御フローとしている力 これに拘わらず、第 2ステップ S2もカット アウト風速の検出を契機に即座に実行しても良い。即ち、第 1ステップ S1と第 2ステツ プ S2とを同時に開始したり、第 2ステップ S2を第 1ステップ S1の完了前に開始したり して、双方が同時に進行する期間があるようにしてもよい。

[0069] 次に、第 3ステップ S3の実行により、座標は点 P3又はその周囲に移行する。このと き、過回転存在域 Bl、 B2に入らないようにすることが重要であり、さらには過回転存 在域 Bl、 B2からできるだけ遠く離れて迂回することが重要である。これを実現するの が第 2ステップ S2と第 3ステップ S3との同期である。本実施形態では、第 2ステップ S 2の前半の変角過程でョ一角範囲 A内の目標の一定角にナセル 2を回動させ、後半 の保持過程でその一定角にナセル 2の角度をョーブレーキで固定保持し、この保持 過程中に第 3ステップ S3の全部を実行するという制御フローを採用する。第 2ステツ プ S2は第 3ステップ S3の完了と同時又はその後に終了しョーブレーキを弱めるもの とする。また、ョ一角範囲 Aをピッチ角によらず一定の範囲とする。本実施形態によれ ば、過回転存在域 Bl、 B2から遠く離れて迂回して点 P3又はその周囲に移行するこ とができ、好ましい実施形態である。

これに拘わらず、第 2ステップ S2によるョ一角変化中にも第 3ステップ S3を実行して も良いし、過回転存在域 Bl, B2外の領域 (さらにはロータ回転がより弱まる領域)を 選ぶようにョ一角及びピッチ角を同時に変角して制御してもよい。また、ョ一角範囲 A をピッチ角によって広狭が生じるように定めても良い。第 2ステップ S2を第 3ステップ S 3の完了のわずか前に終了させョーブレーキを弱めるようにしてもよい。必要なことは 、過回転存在域 Bl、 B2を避けて (好ましくはできるだけ遠く避けて)ョ一角及びピッ チ角を点 P1又はその周囲の領域力も点 P3又はその周囲の領域に移行させることで あり、本実施形態に限定されるものではない。過回転存在域 B1と過回転存在域 B2と の間においては、その真中を通すことが好ましい。

[0070] その後、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容 する制動値にョーブレーキが制御され、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周り のトルクがョーブレーキトルクより大きければ図 13B中矢印 Dで示すようにナセル 2が 回動しロータが風下に配置される。ナセル 2を回動させる強風が続くとロータが風下 に靡くこととなり、図 13B上でいえばこの風車の座標はおよそ待機領域 Wに存し、か 力る待機形態で風車は暴風が止むのを待つ。

[0071] 以上のように本実施形態の水平軸風車によれば、独立ピッチ制御装置、ならびに、 複雑な操舵シーケンスがなくても、暴風を避けつつロータ及びブレード後縁が風下に 靡く待機形態を確保でき、この待機形態によりブレード後縁からの暴風を避けてフラ ッタの発生を低減し、ひ ヽてはブレードその他の暴風時設計荷重を低減することがで きる。

[0072] 暴風時にロータが風下に靡く待機形態となるので、風向きが変化した場合であって も、ロータが風下側に位置するようにナセル 2がョ一回転するため、ブレード 4a〜4c やタワー 1に作用する荷重を逃がしながら負荷を軽減することができる。したがって、 例えば、台風などの暴風時において、水平軸風車の姿勢維持のための特別な制御 手段を要することなぐロータがタワー 1の風下側に配置され、風によって受ける荷重 を最小に抑えることができる。さらに、これによつて水平軸風車の設計強度を大幅に 緩和することができ、設計の自由度を高めることができ、コストの軽減を図ることができ る。

[0073] また、本実施形態の水平軸風車によれば、例えば、台風などの暴風時に、まず、す ベてのブレード 4a〜4cのピッチ角をフェザーの状態にすることにより、各ブレード 4a 〜4cに作用する風による抗カを低減することができる。その結果、ブレード 4a〜4c およびタワー 1に作用する荷重を低減することができる。

[0074] また、ピッチ制御装置 12bによってフェザーにしたブレード 4a〜4cを、ロータに対 する正面風及び背面風を避けた所定のョ一角範囲内に移行した上で、ピッチ角を同 時に反転フェザーにするため、このようなョー制御を行わずにロータが正面風又は背 面風を受けてしまう可能性を有した状態ですベてのブレードを同時に反転させる場 合に対して、ブレード 4a〜4cおよびタワー 1に過大な荷重が作用する危険をより確実 に避けることができる。その結果、ブレード 4a〜4cに過度の抗カおよび揚力が発生 することを防止することができ、ロータが過回転になることを効果的に防止することが できる。

[0075] [第 3実施形態]

次に、本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車につき説明する。 図 14は、本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車を上力 見た平面図 である。図 15は、本発明第 3実施形態のアップウィンド型水平軸風車に搭載される制 御部の構成を示すブロック図である。

[0076] 図 14に示すように、本実施形態の水平軸風車は、タワー 1と、ナセル 2と、ハブ 3と、 3枚のブレード 4a〜4cを備える。

ナセル 2はハブ 3に接続された主軸（図示略）を介してハブ 3とブレード 4a〜4cから なるロータを軸支する。タワー 1は、ナセル 2をョ一回転自在に支持する。

また、ナセル 2の外面には図示しない風速計及び風向計が取り付けられている。

[0077] ナセル 2の内側には、図示しない増速機、発電機、および主軸ブレーキなどの動力 伝達装置が収納されており、これらの各動力伝達装置には、主軸が連結されている。

[0078] 主軸は、その先端がナセル 2の外部に突出しており、この主軸の先端にはロータが 、主軸とともに回転するように取り付けられている。

[0079] ロータは、中心部に主軸と連結されたハブ 3を有しており、ハブ 3の回転方向の周 面には、 3枚のブレード 4a〜4cが放射状に取り付けられている。なお、ブレード 4a〜 4cの翼形は非対称に形成されて ヽる。 [0080] 図 15に示すように、本実施形態の水平軸風車の制御部は、風向計 10、風速計 13 、制御装置 16c、ピッチ駆動装置 11、ョー駆動装置 14から構成される。制御装置 16 cには、独立ピッチ制御装置 12cとョー制御装置 15cとが備えられている。

[0081] ョー駆動装置 14は、ナセル 2のョ一角を検出し、ョ一回転を駆動するとともに、ョー 回転を制動する図示しないョーブレーキを備える。ョー制御装置 15cは、ョー駆動装 置 14に制御信号を与えてナセル 2のョ一回転を制御する。

[0082] ピッチ駆動装置 11は、ブレード 4a〜4cのピッチ角を独立して回転駆動する。 独 立ピッチ制御装置 12cは、ピッチ駆動装置 11に制御信号を与え、各ブレード 4a〜4c のピッチ角をそれぞれ独立に制御する。各ブレード 4a〜4cは、それぞれ独立して少 なくとも 180度自在に制御される。

[0083] 通常、商業用の風力発電においては、機械的強度、発電効率、および安全面を考 慮して、発電に適する風速帯域が存在し、その上限であるカットアウト風速を超える 風速領域では発電は行わず、暴風を回避するべぐできるだけ風荷重を軽減できる 姿勢で待機するように制御される。以下、本実施形態の水平軸風車の運転モード及 び待機モードにっ 、て説明する。

[0084] 〔運転モード〕

発電に適する風速帯域では、風向計 10により検知した風向に基づきョー制御装置 15cが制御してロータをタワー 1より風上に配置し、風速計 13により検知した風速や口 ータ回転数などに基づき独立ピッチ制御装置 12cが適度なピッチ角にブレード 4a〜 4cを制御しロータが風を受けて回転する。このロータの回転力は、ハブ 3に接続され た主軸に伝達され、主軸に連結されるとともにナセル 2の内部に収納された発電機に 伝達されることで、回転運動による運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。 ョー駆動装置 14はョー制御装置 15cからの制御信号を受けてナセル 2を回転させる ときは、ョーブレーキを解除するか又は軽くし、ナセル 2を一定方向に保持するときは 、ョーブレーキを最大にする。

[0085] 〔待機モード〕

(第 1ステップ）台風などの暴風時に、風速計 13によって風速がカットアウト風速を超 えたことが検出されると、独立ピッチ制御装置 12cがすべてのブレード 4a〜4cをフエ ザ一にする。これにより、ブレード 4a〜4c及びタワー 1に作用する風荷重を軽減する 。ロータは停止し、発電は中断される。

[0086] (第 2ステップ)次に、ョー制御装置 15cが、風力によりナセル 2に負荷されるョー軸周 りのトルクによるナセル 2のョ一回転を許容する所定の制動値にョーブレーキを制御 するとともに、独立ピッチ制御装置 12cが 1枚のブレード 4aをフェザー力もフラット側 に変角する。

所定の制動値は、ナセル 2を一定方向に保持するときの制動値より低く設定する。 所定の制動値を一定値とする場合、カットアウト風速を超える風を想定したときナセル 2が激しくョ一回転しない程度に高い値とする。また、所定の制動値は、ナセル 2のョ 一回転に応じて変動するものであっても良い。例えば、風力によりナセル 2に負荷さ れるョ一軸周りのトルクが小さくてもナセル 2のョ一回転を許容するために小さくされる 一方、ナセル 2のョ一回転の角速度を一定以下に制限するために大きくされることに より変動してちょい。

ブレード 4aをフェザー力もフラット側に変角した場合の変角後の角度は、フラット（0 deg)〜45deg程度である。この角度は、得られるョ一角変位に影響する。

ョー制御装置 15cが検出するナセル 2のョ一角に基づき、ナセル 2のョ一角変位が 30deg程度生じたとき独立ピッチ制御装置 12cは、 1枚のブレード 4aをフェザーに戻 す。

このョ一角変位は、 30deg程度以上得ることが好ましい。ナセルが風向きに正対し た状態力 ナセルを風力により反転させようとすると、ナセルのョ一回転開始までに 大きな風力を必要とし、高風速となってカもョ一回転を開始するため、急激なョ一回 転となり大きな荷重が風車に負荷されるからである。

このョ一角変位が 30deg程度以上得られるように、ブレード 4aをフェザー力 フラッ ト側に変角した場合の変角後の角度と、ナセル 2のョ一回転を許容するため制動値 を設定する。

[0087] (第 3ステップ）次に、上記運転モードの復帰まですべてのブレード 4a〜4cを反転フ ザ一の状態に保持する。

[0088] ここで、改めて図 14を参照しながら、以上の制御動作の実行及びこれに伴う風車の 動作につき説明する。

まず、上記第 1ステップの実行により、図 14Aに示すように、すべてのブレード 4a〜 4cがフェザーになり、ロータの回転は停止する。

[0089] 次に、第 2ステップに入る。ナセル 2のョ一回転を許容する所定の制動値にョーブレ ーキが制御されるとともに、図 14Bに示すようにブレード 4aがフラット側に起こされ、ョ 一軸周りのトルクは増大する。このブレード 4aのフラット側への変角でブレード 4aに おける揚力発生によりロータの回転力も大きくなるが、フ ザ一の状態を維持する他 の 2枚のブレード 4b, 4cはロータの回転に対して制動力を発揮するため、他の主軸 ブレーキ手段を使用して 、な 、場合でも、ロータ回転が激しく生じることはな 、。

[0090] ブレード 4aのフラット側への変角とョーブレーキ制御とにより、図 14Cに示すように、 ナセル 2は風向きに対し 40〜80[deg]程度のョ一角変位を得る。この時、風向き一定 として、風向きに対するョ一角を「初期ョ一角」とする。

[0091] 次に、図 14Dに示すようにブレード 4aをフェザーに戻し、以後運転モードの復帰ま ですベてのブレード 4a〜4cをフェザーの状態に保持する。この時、初期ョ一角を得 ているから、ナセル 2にョートルクが負荷される。また、ョーブレーキはナセル 2のョー 回転を許容するから、図 14D→Eに示すように、さらにョ一角変位を得てロータがタヮ 一 1の風下側へ配置される。

その後も待機モード中は、ョーブレーキは上述したョ一回転を許容する所定の制動 値にされているから、風向きの変化に応じてナセル 2がョー軸周りに滑ってロータがタ ヮ一より風下に靡く。

[0092] 暴風が生じている待機モード中、すべてのブレード 4a〜4cは後縁から風を受ける こととなり、翼前縁が風上側に向けられた場合に比べて風によって作用する揚力が大 幅に低減され、その結果、暴風時の待機姿勢として、ブレード 4a〜4c及びタワー 1に 最も荷重が力からない状態で待機できる姿勢が整う。

以上のように本実施形態の水平軸風車によれば、ナセル 2が風力によりョ一回転し ロータをタワー 1より風下に靡力せるから、ョー駆動手段が機能していなくともロータ 及びブレード前縁が風下に靡く待機形態を確保でき、この待機形態により風車の暴 風時設計荷重を低減することができる。 [0093] ロータが風下に靡く待機形態となるので、風向きが変化した場合であっても、ロータ が常に風下側に位置するようにナセル 2がョ一回転するため、ブレード 4a〜4cゃタヮ 一 1に作用する荷重を逃がしながら負荷を軽減することができる。したがって、例えば 、台風などの暴風時においても、水平軸風車の姿勢維持のための特別な制御手段 を要することなぐ常にロータがタワー 1の風下側に配置され、風によって受ける荷重 を最小に抑えることができる。さらに、これによつて水平軸風車の設計強度を大幅に 緩和することができ、設計の自由度を高めることができ、コストの軽減を図ることができ る。

[0094] また、本実施形態の水平軸風車によれば、例えば、台風などの暴風時に、まず、す ベてのブレード 4a〜4cのピッチ角をフェザーの状態にすることにより、各ブレード 4a 〜4cに作用する風による抗カを低減することができる。その結果、ブレード 4a〜4c およびタワー 1に作用する荷重を低減することができる。

[0095] 〔実施例 1〕

翼の大型化を想定し待機形態によるフラッタの発生等を検証するため、通常はフラ ッタの発生しな 、直径 80m (2MW相当）の風車にっ 、て、翼剛性を大幅に低下させた モデル A, B, Cを作成した。モデル A, B, Cの条件及び待機姿勢を図 3に示す表中 に己載し 7こ。

モデル A, B, Cのそれぞれに対し、図 4に示す風況下でのナセル方位角（図 5)、口 ータ回転速度（図 6)、翼捩れ変位 (図 7)、翼根フラップ曲げ (図 8)、翼根トルク（図 9) 、ョートルク（図 10)、ョー水平力（図 11)を解析し、グラフ出力した。また、解析結果 の要点、分布範囲、評価付けを図 3に示す表中に記載した。

[0096] 図 3に示す表中にも記載するように、モデル Aは、従来技術 2の待機形態に該当す る。モデル Bは、本発明第 3実施形態の実施例の待機形態であり、従来技術 3及び 5 の待機形態もこれに該当する。モデル Cは、本発明第 1及び第 2実施形態の実施例 の待機形態であり、従来技術 4及び 6の待機形態もこれに該当する。

[0097] 本発明第 1及び第 2実施形態の実施例の待機形態であるモデル Cは、翼のフラッ プ曲げ/捩りならびにョー水平力について良好な荷重軽減効果がある。また、ョート ルクに関しても、通常のアップウィンド機（モデル A)と比較して大幅に改善している。 以下に一項目ずつ評価を試みる。

[0098] (1)ナセル方位角（図 5参照）

基本的にョーを滑らせるモデル B, Cでは風向に追従している。後縁が風上を向く モデル Bでは、前半部（0〜150[sec])で翼の振動があり、ョーもこれに振られている。

[0099] (2)回転速度（図 6参照）

ョーを滑らせるモデル B, Cでは基本的にロータはゆっくり遊転している力 後縁が 風上に向くモデ Bでは、前半部（0〜150[sec])で翼の振動があり、ロータもこれに振 られている。

[0100] (3)翼捩り変位 (図 7参照）

翼根トルクとほぼ同様の評価が当てはまる。

(4)翼根フラップ曲げ（図 8参照）

全般に、ロータ回転に伴う荷重の揺動がある。モデル Bの前半部（0〜150[sec]) は短い周期で振動する。

[0101] (5)翼根トルク（図 9参照）

全般に、ロータ回転に伴う荷重の揺動がある。モデル Bの前半部（0〜150[sec]) やモデル Aの 200sec付近など、ロータ後縁から暴風を受けて 、る場合に大きなトルク が発生している。通常、ピッチ機構が捩り戻されることは安全上許容できないので、ピ ツチ機構並びにブレードの構造はこれに耐えるものとする必要がある。

[0102] (6)ョートルク（図 10参照）

ョーを滑らせるモデル B, Cの場合、ョートルクの振幅は小さく制限され、これを逸 脱する場合には、ョ一が滑ることにより荷重を逃がす。モデル B, Cでは、ョー保持の モデル Aの場合と比較して大幅に荷重が低減している。

[0103] (7)ョー水平力（図 11参照）

ョー水平力はタワーと基礎の設計に大きく寄与する。ョーを滑らせるモデル B,じで は基本的に荷重を低減する傾向であるが、後縁から風を受けるモデル Bでは大きな 振動が発生し、逆に荷重を増やしている。この逆転傾向は、翼剛性が著しく低いとき に見られる。

[0104] 〔実施例 2〕 翼枚数 3枚、ロータ直径 80m、独立ピッチ制御、アップウィンド型の水平軸風車に ついて以下の（1) (2)の解析を行った。

[0105] (1)初期ョ一角に対する挙動の解析

初期ョ一角 Θ y0の種々に変更して特定の風況下で生じるョ一角、ロータ曲げモーメ ント、ョー水平力の変化を解析した。本解析に適用した風況を図 16に示す。風向は 一定で、風速が 60秒間に 10[m/s]から 70[m/s]まで変化する風況である。

初期ョ一角 0 _yOは、 5, 15, 30, 45[deg]の 4種を設定した。ブレードは全てフエザ 一（ピッチ角約 86度）で、ョーブレーキトルクは 400 [kNm]である。

[0106] 図 16に示す風況下における各初期ョ一角 Θ yOについてのョ一角の変化、ロータ曲 げモーメント、ョー水平力の変化を表すグラフをそれぞれ順に図 17、図 18、図 19に 示す。

図 17に示すように横軸 0[sec]におけるョ一角は、初期ョ一角 0 yOであるから、各グ ラフは 5, 15, 30, 45[deg]の点にある。

Θ y0 = 5[deg]や Θ y0= 15[deg]では、ロータが風下に安定するまでに比較的大きな 振幅で何度か揺り動く。これに対し Θ yO = 30[deg]や Θ y0 = 45[deg]では、ロータが 風下に回った際の揺り戻しも小さく速やかにロータが風下に安定する。

[0107] Θ y0 = 5[deg]では、約 48秒後まで初期ョ一角を維持してその後急速なョ一回転を 開始するとともにロータ曲げモーメント、ョー水平力の値が急激に上昇している。

Θ y0= 15[deg]では、 Θ y0 = 5[deg]のときに対し変化はやや緩和する力 約 36秒 後まで初期ョ一角を維持してその後ョ一回転を開始するとともにロータ曲げモーメント 、ョー水平力の値が上昇している。

以上の 2例に対し、 Θ yO = 30[deg]や Θ y0 = 45[deg]では、約 25秒後程度までしか 初期ョ一角を維持しておらず、比較的早期にョ一回転を開始し、ロータ曲げモーメン ト、ョー水平力の値は比較的低レベルに収まって 、る。

以上の 4例についてョー急変時刻、ョー急変時風速、ロータ曲げモーメントの最大 値、ョー水平力の最大値を表 1にまとめた。

[0108] [表 1] 初期ョ一角

5deg 15deg 30deg 45deg

( 0 o)

ョー急変時刻

(図 π参照） 48sec 36sec 24sec 26sec ョー急変風速 約 45m/sec 約

(図 16参照） 約 65m/sec 28m/sec 約 30m/sec ロータ曲げ l,100kNm

(図 18参照） 4,000kNm 2,000kNm l,100kNm ョー水平力

(図 19参照） l,500kN 600kN 300kN 300kN

[0109] 以上の結果から、初期ョ一角 Θ y0が小さい場合には、高風速に至るまでロータは風 上位置を維持し、急激にョ一変角するため、大きな荷重が発生するといえる。本解析 例の場合、初期ョ一角 Θ y0を 30[deg]以上とれば、荷重を低減できる。

[0110] (2)ピッチ変角による挙動の解析

3枚の翼のピッチ角を 0 bl, 0 b2, 0 b3とする。 0 blを 86, 60, 45, 30[deg] と種々に変更し、 0 b2 = 86[deg], 0 b3 = 86[deg]として、図 20に示す風況下におけ るナセル方位角（ョ一角）の変化を解析した。解析結果のグラフを図 21に示す。カット アウト風速を 25m/secと想定して、図 20に示すとおり風速、風向一定の風況とした。本 解析に適用した翼のフェザーのピッチ角は 86[deg]である。図 21に示すように、すべ て例について初めのナセル方位角は Odeg、すなわち、ロータは風向きに正対してい る状態から開始し、ョーブレーキトルクは始終 400[kNm]とした。

[0111] Θ bl = 86[deg]及び Θ bl = 60[deg]の例では、ナセル方位角は変化しな力つた。

これに対し、 Θ bl =45[deg]の例では、約 11秒後にナセル方位角が約 45度まで変 化してこの角度に落ち着き、 Θ bl = 30[deg]の例では、約 11秒後にナセル方位角が 約 77度まで変化してこの角度に落ち着いた。

本解析では、全翼フェザーとした後 1枚の翼のチッピ角（ Θ bl)のみ 45[deg]程度ま で戻すことにより、 30[deg]以上の初期ョ一角が得られることがわ力つた。

[0112] (3)まとめ、

上記（1) (2)の解析例の結果をまとめると、全翼フェザーとした後 1枚の翼のピッチ 角のみ 45[deg]程度以下まで戻すことにより、 30[deg]以上の初期ョ一角 0 yOが得られ 、フェザーのピッチ角に戻して全翼フェザーとした後も、急激なナセル回転を避け、 風車に負荷される荷重を低減できることがわ力つた。

上記（1) (2)の解析例で得られた値は、水平軸風車の形状や大きさ、ョーブレーキ トルクの値に依存するため、一般論ではない。

し力しながら、全翼フェザーとした後、ョーブレーキトルクを適度な値に制御し、 1枚 のブレードのピッチ角のみを適度にフラット側へ戻すことにより、適度な初期ョ一角 Θ yOが得られて、急激なナセル回転を避け、風車に負荷される荷重を低減できることが わかった。

また、上記（1) (2)の解析例に倣い、個々の水平軸風車に対して解析や実験を行う ことによって、 Θ blゃョーブレーキトルクの最適値を決定し、本発明第 3実施形態に 係る技術を広く実用することができる。

[0113] なお、 2005年 5月 31日に提出された特願 2005— 159848号の全開示内容は、す ベて本願に組み込まれる。また、 2005年 7月 5日に提出された特願 2005— 19654 8号の全開示内容は、すべて本願に組み込まれる。また、 2005年 8月 30日に提出さ れた特願 2005— 249524号の全開示内容は、すべて本願に組み込まれる。

産業上の利用可能性

[0114] 本発明は、風力発電等の風力エネルギー産業に有用である。特に、暴風時にョー 駆動手段が機能していなくともロータが風下に靡く待機形態を確保するのに適してい る。

符号の説明

[0115] 1 タワー

2 ナセノレ

3 ノヽブ

4a, 4b, 4c ブレード

Claims

請求の範囲 [1] ハブと少なくとも 2枚以上のブレードとを有するロータと、 前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、 前記ナセルをョ一回転自在に支持するタワーと、 前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に制御する独立ピッチ制御装置と、 前記ナセルのョ一回転を制御するョー制御装置とを備え、 所定値以下の風速時に前記ョー制御装置の制御により前記ロータを前記タワーより 風上に配置し前記ロータの回転を介して風力を利用する運転モードと、前記所定値 を超える風速時に前記運転モードに備えて待機する待機モードとを有するアップウイ ンド型の水平軸風車にお!、て、

(1)前記独立ピッチ制御装置は、前記所定値を超える風速時に、すべての前記ブレ ードをフェザーにする第 1ステップと、前記第 1ステップ後に前記ブレードを 1枚ずつ 順次反転フェザーにする第 2ステップと、前記第 2ステップ後に前記運転モードの復 帰まですべての前記ブレードを反転フェザーの状態に保持する第 3ステップとからな る制御動作を有し、

(2)前記ョー制御装置は、前記所定値を超える風速時に、風力により前記ナセルに 負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制 御する制御動作を有し、

前記待機モードとして、前記（1) (2)の制御動作を実行することにより前記ロータを前 記タワーより風下に靡力せることを特徴とする水平軸風車。

[2] 前記ョー制御装置は、前記独立ピッチ制御装置が前記第 2ステップを実行する前 に前記（2)の制御動作を実行することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の水平 軸風車。

[3] 前記ョー制御装置は、前記独立ピッチ制御装置が前記第 1ステップを実行する前 又は同時に前記（2)の制御動作を実行することを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の水平軸風車。

[4] ハブと少なくとも 2枚以上のブレードとを有するロータと、

前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、 前記ナセルをョ一回転自在に支持するタワーと、

前記ブレードのピッチ角を制御するピッチ制御装置と、

前記ナセルのョ一回転を制御するョー制御装置とを備え、

所定値以下の風速時に前記ョー制御装置の制御により前記ロータを前記タワーより 風上に配置し前記ロータの回転を介して風力を利用する運転モードと、前記所定値 を超える風速時に前記運転モードに備えて待機する待機モードとを有するアップウイ ンド型の水平軸風車にお!、て、

(1)前記ピッチ制御装置は、すべての前記ブレードをフェザーにする第 1ステップと、 前記第 1ステップ後にすべての前記ブレードを反転フェザーにする第 3ステップと、前 記第 3ステップ後から前記運転モードの復帰まですべての前記ブレードを反転フエザ 一の状態に保持するステップとからなる制御動作を有し、

(2)前記ョー制御装置は、前記第 3ステップに同期して前記ロータに対する正面風及 び背面風を避けた所定のョ一角範囲内に前記ナセルのョ一角を制御する第 2ステツ プと、前記第 2ステップ後から前記運転モードの復帰まで風力により前記ナセルに負 荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制御 するステップとからなる制御動作を有し、

前記待機モードとして、前記（1) (2)の制御動作を実行することを特徴とする水平軸 風車。

[5] 前記前記所定のョ一角範囲は、風上に対して + 75〜 + 110[deg]又は— 75〜― 1

10[deg]であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の水平軸風車。

[6] 前記第 3ステップにおいて前記ピッチ制御装置は、すべての前記ブレードを同時に 反転フ ザ一にすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の水平軸風車。

[7] ハブと少なくとも 2枚以上のブレードとを有するロータと、

前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、

前記ナセルをョ一回転自在に支持するタワーと、

前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に制御する独立ピッチ制御装置と、 前記ナセルのョ一回転を制御するョー制御装置とを備え、

所定値以下の風速時に前記ョー制御装置の制御により前記ロータを前記タワーより 風上に配置し前記ロータの回転を介して風力を利用する運転モードと、前記所定値 を超える風速時に前記運転モードに備えて待機する待機モードとを有するアップウイ ンド型の水平軸風車にお!、て、

(1)前記独立ピッチ制御装置は、前記所定値を超える風速時に、すべての前記ブレ ードをフェザーにする第 1ステップと、前記第 1ステップ後に前記ブレードを 1枚のみ フェザー力 フラット側に変角し、前記ナセルのョ一角変位が生じた後に前記 1枚の ブレードをフェザーに戻す第 2ステップと、前記第 2ステップ後に前記運転モードの復 帰まですべての前記ブレードをフェザーの状態に保持する第 3ステップとからなる制 御動作を有し、

(2)前記ョー制御装置は、前記所定値を超える風速時に、風力により前記ナセルに 負荷されるョー軸周りのトルクによるョ一回転を許容する制動値にョーブレーキを制 御する制御動作を有し、

前記待機モードとして、前記（1)の制御動作を実行し、前記（2)の制御動作を前記 第 2ステップの実行前に実行して、前記ナセルのョ一角変位を前記第 2ステップ及び 前記第 3ステップにおいて得ることにより前記ロータを前記タワーより風下に靡力せる ことを特徴とする水平軸風車。