JP2014129770A - ラジアルピストン式油圧機械、その組立て方法及び風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リングカムのカム面とローラとの接触部に生じる面圧が小さいラジアルピストン式油圧機械を提供する。
【解決手段】ラジアルピストン式油圧機械４０は、油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストン４４と、ピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、半径方向に沿って往復運動可能に複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロック４８と、複数のローラに当接するように構成されて、油圧機械の周方向に沿って並ぶ複数のローブ８０ａを有するとともに、複数のピストンに対向して配置され、複数のピストンに対して相対的に周方向にローブが移動するように回転可能に構成されたリングカム５２とを備える。リングカムは、周方向に連続した環状体であり、ローラとの当接面は周方向において段差のない無段差曲面である。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ポンプ又は油圧モータ等に適用可能なラジアルピストン式油圧機械、その組立て方法、及び該ラジアルピストン式油圧機械を備えた風力発電装置に関する。

近年、地球環境の保全の観点から、太陽光、風力等の自然エネルギを利用した発電装置が普及してきている。例えば、風力発電装置では、風のエネルギをロータの回転エネルギに変換し、ロータの回転エネルギを発電機によって電力に変換する。従来、風力発電装置では、ロータの回転数が発電機の定格回転数に比べて小さいため、ロータと発電機との間に機械式（ギア式）の増速機を設けていた。

これに対し、発電効率の向上を目的として、風力発電装置の大型化が進められ、増速機の重量及びコストが増加する傾向にある。このため、機械式の増速機に替えて、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した風力発電装置が注目を浴びている。通常、この油圧トランスミッションは、ロータの回転により駆動される油圧ポンプと、発電機に連結された油圧モータと、油圧ポンプ及び油圧モータの間で、圧油圧モータを循環させる圧油配管とを有している。例えば、特許文献１には、風力によって駆動するロータの回転エネルギを、油圧トランスミッションを介して発電機に伝達するようにした風力発電装置が開示されている。

一方、複数のシリンダが放射状に並んだラジアルピストン式油圧機械が知られている。例えば、特許文献２には、動力伝達装置に用いられるラジアルピストン式の油圧ポンプが開示されている。この油圧ポンプは、内周面にカム面を有するアウターレースと、このアウターレースに対向して放射状に配置された複数のシリンダを有するインナーレースとを備えている。インナーレースの複数のシリンダは、内部で摺動するピストンを有し、各々のピストンは、カム面と当接するボールが取り付けられている。

特許文献３には、風力発電装置のドライブトレインとして機能するラジアルピストン式油圧機械が開示されている。このラジアルピストン式油圧機械は、シリンダ内を往復運動するピストンと、ピストンに取り付けられたローラと、ローラに当接するカム面を有するカムとを備えている。また、特許文献４に開示された風力発電装置のラジアルピストン式油圧機械では、ロータと連結された回転シャフトの外周面にリング状のカムが装着されている。このリングカムは、周方向及び軸方向に分割形成され、各分割片毎にボルトで回転シャフトの外周面に装着され、回転シャフトの軸方向に複数列に配置されている。

国際公開第２０１０／０３３０３５号公報 特開２０１０−１９１９２号公報 米国特許公開第２０１０／００４０４７０号 国際公開第２０１２／０７３２８０号公報

風力発電装置のロータシャフトは大きな直径を有している。そのため、ロータシャフトに連結されるラジアルピストン式油圧機械の回転シャフトも大径となり、該回転シャフトの外周面に装着されるリングカムも大型かつ大重量となる。また、油圧機械のシリンダが回転シャフトの軸方向に複数列に配置される場合、油圧機械の吐出圧油が時系列的に均等化されるようにするため、軸方向でカム面に位相差をもうけていた。そのため、リングカムの形状が複雑化していた。

従って、特許文献４に開示されているように、リングカムの製造時及び組立時の作業性の観点から、リングカムは、周方向及び軸方向に分割して製造されていた。しかし、分割されたカム片を組み立てるためには、組立が面倒になるばかりでなく、カム転動面にボルト孔をもうける必要がある。また、カム片の加工のばらつきでカム片間に段差が発生しやすい。

ラジアルピストン式油圧機械では、シリンダ内の摺動するピストンにローラが設けられており、該ローラがカム面に案内されることで、ピストンが往復運動を行い、油圧室の作動油の給排が行われる。カム面に段差が発生すると、段差部でローラに対する面圧が立ちやすくなる。作動油は非圧縮性流体であるので、この面圧によって、カム面、ローラ及びピストンに瞬間的に大きな圧力が加わる。これが継続されると、リングカムやローラの摩耗や寿命低下を招くおそれがある。

本発明の少なくとも一実施形態は、かかる従来技術の課題に鑑み、リングカムのカム面とローラとの接触部に生じる面圧が小さいラジアルピストン式油圧機械及びこれを備えた風力発電装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の幾つかの実施形態に係るラジアルピストン式油圧機械は、油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、複数のピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、油圧機械本体の半径方向に沿って往復運動可能に複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、複数のローラに当接するように構成されて、油圧機械の周方向に沿って並ぶ複数のローブを有するとともに、複数のピストンに対向して配置され、複数のピストンに対して相対的に油圧機械の周方向にローブが移動するように回転可能に構成されたリングカムとを備えている。このリングカムは、油圧機械の周方向に連続した環状体であり、ローラとの当接面は油圧機械の周方向において段差のない無段差曲面である。

油圧機械には、回転部位がシリンダブロックの内側にあるものと、回転部位がシリンダブロックの外側にあるものとがある。前者において、リングカムは、カム面が外側に向いた外向きリングカムとなり、後者においては、リングカムは、カム面が内側に向いた内向きリングカムとなる。本発明は両者に適用可能である。
また、ピストンは油圧機械の半径方向に沿って往復運動するようにシリンダに配置されるが、「沿って」の用語は、油圧機械の半径方向に、幾何学的な意味で厳密に平行である状態を指すものではなく、油圧機械の半径方向にある程度の角度（例えば３０°以内の角度）をなす状態を含む意味で用いている。

リングカムは、油圧機械の周方向に連続した環状体であり、カム面は周方向で段差がない無段差曲面を形成しているので、カム面の段差に起因した面圧上昇が起きることはない。そのため、カム面やローラに瞬間的に大きな面圧が発生しないので、リングカムやローラの摩耗や寿命低下を回避できる。

幾つかの実施形態では、リングカムを締り嵌めにより回転シャフトに装着する。これによって、リングカムの回転シャフトへの装着が容易になる。また、一実施形態では、回転シャフトと締り嵌めされたリングカムとの間に、回転シャフトに対するリングカムの周方向における相対的な滑りを防止するための滑り防止部材を設けることができる。この滑り防止部材として、例えば、ピンやキー等を用いることができる。これによって、回転シャフトに対するリングカムの周方向における相対的な滑りを防止できる。よって、より大きなトルクを回転シャフトとリングカムとの間で伝達することができる。

一実施形態では、リングカムは、回転シャフトの外周面上に嵌合されており、油圧機械の軸方向に並ぶ互いに内径が異なる複数の環状セグメントを含み、複数の環状セグメントは、内径が最大の環状セグメントから前記軸方向に離れるにつれて内径が小さくなるように配置される。これによって、内径が大きい環状セグメントから順々に回転シャフトに装着していくことで、全部の環状セグメントの取付けが容易になる。また、軸長寸法が大きいリングカムほど、締り嵌めが困難になる。特に、焼嵌めの場合、温度の低下と共に困難となる。この実施形態では、油圧機械の軸方向に分割された環状セグメントを１個ずつ装着するので、締り嵌めを容易に行うことができる。

一実施形態では、リングカムは、回転シャフトの内周面上に嵌合されており、油圧機械の軸方向に並ぶ互いに外径が異なる複数の環状セグメントを含み、複数の環状セグメントは、外径が最小の環状セグメントから前記軸方向に離れるにつれて外径が大きくなるように配置される。これによって、外径が小さい環状セグメントから順々に回転シャフトに装着していくことで、前記実施形態と同様に、全部の環状セグメントを締り嵌めによって容易に装着できる。

一実施形態では、リングカムは、油圧機械の軸方向において、油圧機械の入力軸又は出力軸に隣接して配置され、入力軸又は出力軸に直接的に接続される。これによって、油圧機械の入力軸又は出力軸の端部に、これらの軸方向にリングカムを装着することが可能となる。ここで、「入力軸」とは、油圧機械が油圧ポンプであれば、油圧ポンプのピストンに往復運動を与える回転軸である。また、「出力軸」とは、油圧機械が油圧モータであれば、ピストンによって駆動される回転軸である。例えば、風力発電装置に用いられた油圧ポンプであれば、ロータシャフトであり、ロータシャフトの端部にリングカムを直接取り付けることができる。また、風力発電装置に用いられた油圧ポンプであれば、発電機の回転軸の端部に直接リングカムを取り付けることができる。そのため、油圧機械の回転シャフトをリングカムとは別に設ける必要がなくなり、低コスト化できる。

幾つかの実施形態では、複数のシリンダは、油圧機械の軸方向に分布しており、複数のローブは、夫々複数のシリンダが分布する前記軸方向の位置範囲に亘って、前記軸方向に直線的に延在している。この構成では、リングカムの加工が容易かつ低コストとなると共に、締り嵌めにより回転シャフトへの装着も容易になる。

一実施形態では、前記構成に加えて、さらに、油圧機械の軸方向に配置されるｍ個（ただしｍは２以上の整数）の仮想シリンダによって形成される仮想シリンダ列が油圧機械の周方向にｎ列（ただしｎは２以上の整数）設けられた仮想配列に対して、各々の仮想シリンダ列に属するｍ個の仮想シリンダの前記周方向の位置を互いに異ならしめた配列に従って、複数のシリンダがシリンダブロック内に配置される。

軸方向に複数のシリンダ列を備えた油圧ポンプの場合、高圧油の吐出に起因した振動や脈流を抑制するため、高圧油の吐出を時系列的に均等化することが望まれる。そのため、ピストンの往復運動にシリンダ列毎に、カム面の形状に位相差を設けることが考えられる。しかし、こうすると、カム面の形状が複雑となり、カムの加工が面倒かつ高コストとなる。そこで、上述のように、仮想配列に対し、各々の仮想シリンダ列に属するｍ個の仮想シリンダの前記周方向の位置を互いに異ならしめた配列に従って、複数のシリンダをシリンダブロック内に配置する。例えば、シリンダ列を油圧機械の軸方向に対しある一定の角度で傾斜させる。これによって、カム面の形状に位相差を設けることなく、高圧油の均等化を達成できる。そのため、カムの加工を容易かつ低コスト化できる。

本発明の幾つかの実施形態に係るラジアルピストン式油圧機械の組立て方法は、油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、複数のピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、複数のローラに当接するように構成されて前記周方向に沿って並ぶ複数のローブを有し、油圧機械の周方向に連続した環状体であり、ローラとの当接面は前記周方向において段差のない無段差曲面であるリングカムと、リングカムが取り付けられる回転シャフトとを含むラジアルピストン式油圧機械の組立て方法であって、リングカムを回転シャフトに締り嵌めによって取り付けるカム取付ステップを備えている。

これによって、カム面の全周に亘り、装着用のボルト孔の形成が不要になると共に、カム面に段差がなくなるので、カム面の段差に起因した面圧上昇が起きることはない。そのため、カム面やローラに瞬間的に大きな面圧が発生しないので、リングカムやローラの摩耗や寿命低下を回避できる。

一実施形態では、リングカムは、回転シャフトの外周面上に嵌合される内径が互いに異なる複数の環状セグメントを含み、複数の環状セグメントは、内径が最大の環状セグメントから油圧機械の軸方向に離れるにつれて内径が小さくなるように前記軸方向に配置され、カム取付ステップでは、内径が最大の環状セグメントから軸方向に遠ざかる順で、環状セグメントの回転シャフトの外周面への締り嵌めを行う。これによって、前述のように、各々の環状セグメントの回転シャフトへの締り嵌め作業を容易に行うことができる。

一実施形態では、リングカムは、回転シャフトの内周面上に嵌合される外径が互いに異なる複数の環状セグメントを含み、複数の環状セグメントは、外径が最小の環状セグメントから油圧機械の軸方向に離れるにつれて外径が大きくなるように軸方向に配置され、カム取付ステップでは、外径が最小の環状セグメントから前記軸方向に遠ざかる順で環状セグメントの回転シャフトの内周面への締り嵌めを行う。これによって、前述のように、各々の環状セグメントの回転シャフトへの締り嵌め作業を容易に行うことができる。

本発明の幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、少なくとも一本のブレードと、少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、油圧ポンプ及び油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、油圧機械は、油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、複数のピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、油圧機械の半径方向に沿って往復運動可能に複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、複数のローラに当接するように構成されて油圧機械の周方向に沿って並ぶ複数のローブを有するとともに、複数のピストンに対向して配置され、複数のピストンに対して相対的に油圧機械の周方向にローブが移動するように回転可能に構成されたリングカムとを含む。そして、該リングカムは、油圧機械の周方向に連続した環状体であり、ローラとの当接面は油圧機械の周方向において段差のない無段差曲面を有している。

前記構成により、リングカムは、油圧機械の周方向に連続した環状体であり、カム面は周方向で段差がない無段差曲面を形成するので、カム面の段差に起因した面圧上昇が起きることはない。そのため、カム面やローラに瞬間的に大きな面圧が発生しないので、リングカムやローラの摩耗や寿命低下を回避できる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、ラジアルピストン式油圧機械、及びこのラジアルピストン式油圧機械を備えた風力発電装置において、リングカムは、油圧機械の周方向に連続した環状体であり、カム面は周方向で段差がない無段差曲面を形成するので、カム面の段差に起因した面圧上昇が起きることはない。そのため、カム面やローラに瞬間的に大きな面圧が発生しないので、リングカムやローラの摩耗や寿命低下を回避できる。

本発明のラジアルピストン式油圧機械が適用される風力発電装置の概要図である。 本発明の第１実施形態に係る油圧機械の縦断面図である。 前記油圧機械の作動油路の構成を示す模式図である。 前記油圧機械に組み込まれるリングカムの横断面図である。 本発明の第２実施形態に係るリングカムの横断面図である。 本発明の第３実施形態に係るリングカムの縦断面図である。 前記第３実施形態に係るリングカムの組立時を示す説明図である。 本発明の第４実施形態に係るリングカムの縦断面図である。 前記第４実施形態に係るリングカムの組立時を示す説明図である。 本発明の第５実施形態に係るリングカムの縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係るリングカムの斜視図である。 図１１中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第７実施形態に係るリングカムの斜視図である。 前記第７実施形態に係るシリンダブロックの正面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１において、風力発電装置１０は、少なくとも１本、典型的には２本以上のブレード１４と、ブレード１４が放射状に連結されたハブ１６とで構成されるロータ１２を備えている。なお、ハブ１６は、ハブカバー１８によって覆われていてもよい。ロータ１２には、ロータシャフト２０を介して油圧ポンプ２２が連結されている。油圧ポンプ２２には、高圧油路２４及び低圧油路２６を介して油圧モータ２８が接続されている。具体的には、油圧ポンプ２２の出口が高圧油路２４を介して油圧モータ２８の入口に接続され、油圧モータ２８の出口が低圧油路２６を介して油圧ポンプ２２の入口に接続されている。

油圧ポンプ２２は、ロータシャフト２０によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ２２で生成された高圧油は、高圧油路２４を介して油圧モータ２８に送られ、この高圧油によって油圧モータ２８が駆動される。油圧モータ２８で仕事をした後の低圧の作動油は、低圧油路２６を介して油圧モータ２８に戻される。
油圧モータ２８には発電機３０が連結されている。発電機３０は、油圧モータ２８によって駆動される同期発電機であり、図示しない電力系統に接続されている。

なお、ロータシャフト２０の少なくとも一部はナセル３２で覆われている。油圧ポンプ２２、油圧モータ２８及び発電機３０は、タワー３４の上端に設けられたナセル３２の内部に配置されている。本実施形態及び以下に説明する実施形態において、油圧ポンプ２２及び油圧モータ２８の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式油圧機械である。

図２は、油圧ポンプ２２又は油圧モータ２８を構成するラジアルピストン式の油圧機械４０を示す。油圧機械４０は、油圧機械４０の半径方向に沿って形成された複数のシリンダボア４２と、複数のシリンダボア４２に夫々摺動自在に設けられた複数のピストン４４と、複数のシリンダボア４２が設けられたシリンダブロック４８とを備えている。複数のシリンダボア４２は、シリンダブロック４８の周方向及び軸方向（矢印ａ方向）に等間隔に配置されている。各々のピストン４４は、シリンダボア４２の内部で油圧機械４０の半径方向に沿って往復運動する。ピストン４４の往復運動によってピストン４４とシリンダボア４２とによって形成される油圧室ｒの容積が周期的に変化する。

シリンダブロック４８の内側中央に回転シャフト５０が配置されている。油圧機械２０が油圧ポンプ２２である場合、回転シャフト５０は、ロータシャフト２０と一体に設けられているか、又はロータシャフト２０と連動して回転運動を行うものである。回転シャフト５０の外周面にリングカム５２が装着されている。リングカム５２は、回転シャフト５０と共に回転するように構成され、ピストン４４に設けられたローラ４６と当接するカム面を有する。この場合、ローラ４６に対するリングカム５２の相対的な回転運動を作り出すために、リングカム５２とシリンダブロック４８との間に、少なくとも１つの軸受５４ａを設けてもよい。

油圧室ｒの周期的な容積変化を伴うピストン４４の往復運動は、リングカム５２の回転運動との間で運動モードが変換されるようになっている。例えば、油圧機械４０が油圧ポンプ２２である場合、回転シャフト５０と共に回転するリングカム５２の回転運動がピストン４４の往復運動に変換される。これによって、油圧室ｒの周期的な容積変化が起こり、油圧室ｒで高圧の作動油が生成され、この高圧油で油圧モータ２８が駆動される。

油圧機械４０が油圧モータ２８である場合、油圧ポンプ２２から高圧の作動油が導入され、この高圧油の導入によってピストン４４の往復運動が起る。ピストン４４の往復運動がリングカム５２の回転運動に変換される結果、リングカム５２と共に油圧機械４０の回転シャフト５０が回転する。こうして、リングカム５２の働きにより、油圧機械４０の回転シャフト５０の回転エネルギ（機械的エネルギ）と作動油の流体エネルギとの間でエネルギ変換が行われ、油圧機械４０が油圧ポンプ２２又は油圧モータ２８として所期の役割を果たすようになっている。

シリンダブロック４８には、複数の油圧室ｒに連通する少なくとも１本の内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）が形成されている。一実施形態では、複数の内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）が油圧機械４０の軸方向に沿って設けられている。また、シリンダブロック４８の一方の端面に環状板部材であるエンドプレート６０が設けられている。そして、複数の内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）に連通する環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）がエンドプレート６０の内部に形成されている。一実施形態では、エンドプレート６０とリングカム５２との間に軸受５４ｂが設けられており、エンドプレート６０は、リングカム５２の回転運動の影響を受けずに静止状態を維持可能になっている。

環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）は、夫々外部配管６２（６２ａ、６２ｂ）に接続されている。こうして、各油圧室ｒは、内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）及び環状集合油路５８（５８ａ、５８ｂ）を介して、外部配管６２（６２ａ、６２ｂ）に連通している。
幾つかの実施形態では、シリンダブロック４８は、シリンダボア４２を形成する複数のシリンダスリーブ６４と、複数のシリンダスリーブ６４が夫々挿入される複数のスリーブ孔６６ａを有するシリンダブロック本体６６とを含む。

シリンダブロック４８に求められる役割として、ピストン４４を摺動自在に案内するための摺動部としてのシリンダボア４２の形成と、シリンダボア４２を保持するための構造体の形成とが挙げられる。前述のように、シリンダスリーブ６４とシリンダブロック本体６６とを別に設ければ、シリンダブロック４８に求められる役割（シリンダボア４２の形成及び構造体の形成）を、夫々シリンダスリーブ６４とシリンダブロック本体６６とに分担させることができる。そのため、シリンダスリーブ６４及びシリンダブロック本体６６の夫々の役割に応じた好適な設計が可能になり、シリンダブロック４８の全体としての軽量化を実現できる。

図３において、内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）の夫々に、内部油路５６（５６ａ、５６ｂ）と各シリンダスリーブ６４の油圧室ｒとに夫々分枝油路７０ａ、７０ｂが接続されている。分枝油路７０ａ、７０ｂには、夫々開閉弁７２ａ、７２ｂが設けられている。内部油路５６ａ、５６ｂのうち、一方が油圧室ｒに作動油を供給する給油路となり、他方が油圧室ｒから作動油を排出する排油路となる。

開閉弁７２ａ、７２ｂは、リングカム５２の周方向の回転運動と同期して開閉するように制御される。即ち、リングカム５２のカム面に当接したローラ４６が下死点から上死点に向かう行程では、排油路に設けられた開閉弁が開かれ、給油路に設けられた開閉弁が閉じられる。また、ローラ４６が上死点から下死点に向かう行程では、給油路に設けられた開閉弁が開かれ、排油路に設けられた開閉弁が閉じられる。開閉弁７２ａ、７２ｂは、例えば、電磁弁やバネ式開閉弁を用いることができる。バネ式開閉弁は、弁体をシート面に向けて付勢するためのバネが設けられ、油圧室ｒの油圧と該バネの弾性力と油圧室ｒの油圧とのバランスによって弁体を閉ポジションと開ポジションとの間で移動可能な構成を有する。

なお、図３に示す例示的な実施形態では、リングカム５２のカム面には、周方向に山部（ローブ）８０ａと谷部８０ｂとが交互に形成されている。

図４は、リングカム５２の一実施形態としてのリングカム５２Ａを示す。リングカム５２Ａは周方向（図中の矢印ｂ方向であり、油圧機械４０の周方向でもある。）に連続した環状体をなす。リングカム５２Ａの内周面６８は円形をしており、中空の回転シャフト５０の円形の外周面に締り嵌めによって固定されている。締り嵌めのひとつの手段として、焼嵌め又は冷やし嵌めを用いることができる。
このように、回転シャフト５０に環状体からなるリングカム５２Ａを締り嵌めで固定することで、回転シャフト５０の外周面上にリングカム５２Ａを締結するためのボルトが挿通されるボルト穴をリングカム５２Ａのカム面に形成する必要がない。よって、リングカム５２Ａのカム面は、ローブ８０ａが形成された、段差のない無段差曲面とすることができる。

これによって、カム面の全周に亘り、カム面の段差に起因した面圧上昇が起きることはない。そのため、カム面やローラに瞬間的に大きな面圧が発生しないので、リングカムやローラの摩耗や寿命低下を回避できる。また、リングカム５２Ａを締り嵌め又は冷やし嵌めにより回転シャフト５０に装着するので、リングカム５２Ａの回転シャフト５０への装着が容易になる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図５により説明する。本実施形態では、前記第１実施形態と同様の形状を有するリングカム５２Ａが回転シャフト５０の外周面に締り嵌めによって固定されている。さらに、回転シャフト５０の外周面に、周方向に等間隔に複数の四角形の凹溝が刻設され、該凹溝に対応する位置で、リングカム５２Ａの内周面に四角形の凹溝が刻設されている。こうして形成された四角形の孔に、四角形断面を有するキー８２が
圧入されている。本実施形態によれば、前記第１実施形態で得られる作用効果に加えて、回転シャフト４０に対するリングカム５２Ａの周方向の相対的な滑りをさらに効果的に防止できる。なお、キー８２の代わりに、別な滑り防止部材を用いて設けられよい。例えば、リングカム５２Ａ及び回転シャフト５０にピン孔を形成し、ピン孔にピンを挿入するようにしてもよい。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図６及び図７により説明する。図６に示すように、本実施形態は、油圧機械４０の軸方向にシリンダ４２が複数列に配置される場合の例である。本実施形態では、回転シャフト５０の外周面に、軸方向（矢印ａ方向）に隣接して複数の台座８４ａ〜８４ｄが形成されている。台座８４ａ〜８４ｄは、夫々外径が異なる円形の外周面を有すると共に、外周面は回転シャフト５０と同芯であり、かつ板幅が同一の円板形状をなしている。台座８４ａ〜８４ｄは、外径が最大の台座８４ｂから軸方向に離れるにつれて外径が小さくなるように配列されている。すなわち、台座８４ａ〜８４ｄは、配列の内側から外側に向かって外径が大きい順に配置されている。

本実施形態に係るリングカム５２Ｂは、夫々分離された４個の環状セグメント８６ａ〜８６ｄからなる。環状セグメント８６ａ〜８６ｄは、外径が同一で、内径は各台座８４ａ〜８４ｄの外径に対応して、対応する台座と締り嵌め可能な寸法を有する環状体で構成されている。また、環状セグメント８６ａ〜８６ｄの外周面及び内周面は、互いに同芯である円形を有する。該環状セグメントの板幅は台座８４ａ〜８４ｄと同一である。環状セグメント８６ａ〜８６ｄは、夫々締り嵌め可能な外径を有する台座８４ａ〜８４ｄに締り嵌めされる。

図７に示すように、締り嵌めの手順は、環状セグメント８６ａ〜８６ｄのうち、配列の内側に配置された、内径が大きい順から順々に締り嵌めしていく。各環状セグメント８６ａ〜８６ｄの外周面には、夫々ピストン４４に取り付けられたローラ４６が当接する。本実施形態のリングカム５２Ｂと異なり、軸方向に長い寸法を有しているリングカムを焼嵌めする場合、焼嵌めの途中でリングカムの温度が低下してしまうと、最後まで嵌合できなくなる場合がある。

本実施形態のリングカム５２Ｂでは、軸方向に短い寸法を有する環状セグメントに分割されているので、各環状セグメントの締り嵌めは容易であり、かつ環状セグメントの内径が大きい順から順々に台座８４ａ〜８４ｄに締り嵌めするので、リングカム全体としても締り嵌め作業が容易になる。また、各台座間には、リングカム５２Ｂの径方向に段差が形成されているので、各環状セグメントの位置決めが容易になると共に、該段差によって各環状セグメントの軸方向の抜けを阻止できる。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図８及び図９により説明する。前記第３実施形態と同様に、本実施形態は、回転シャフト５０の外周面に、軸方向（矢印ａ方向）に隣接して外径が異なる複数の台座８８ａ〜８８ｄが形成されている。本実施形態では、台座８８ａ〜８８ｄは、奥側（図中右側）から順々に外径が大きい順に配置されている。そして、台座８８ａ〜８８ｄに夫々対応した寸法の内径を有する環状セグメント９０ａ〜９０ｄが用意される。

そして、図９に示すように、内径が大きい環状セグメントから順々に対応した外径を有する台座、即ち、奥側に位置した台座から順々に締り嵌めされる。本実施形態においても、前記第３実施形態と同様に、環状セグメントが個々に分割されていることで、リングカム全体として締り嵌め作業が容易になる。また、各台座間には、リングカム５２Ｃの径方向に段差が形成されているので、各環状セグメントの位置決めが容易になると共に、該段差によって各環状セグメントの軸方向の抜けを阻止できる。

（実施形態５）
次に本発明の第５実施形態を図１０により説明する。本実施形態に係るリングカム５２Ｄは、回転シャフト５０の端部に、回転シャフト５０より大径の円形の台板９２が接続されている。また、台板９２と同一の外径を有する中空の円筒部９４が設けられている。円筒部９４の内周面に、軸方向に夫々内径が異なる６個の環状の台座９６ａ〜９６ｆが、軸方向（矢印ａ方向）に隣接して形成されている。内径が小さい台座ほど配列の内側に配置されている。すなわち、台座９６ａ〜９６ｆは、内径が最小の台座９６ｃから軸方向に遠ざかるにつれて内径が大きくなるように配列されている。

そして、各台座９６ａ〜９６ｆの内径に対応して夫々に締り嵌め可能な外径を有する６個の環状セグメント９８ａ〜９８ｆが用意される。各環状セグメントは、夫々外径が異なり、対応した寸法の内径を有する台座に順々に締り嵌めする。締り嵌めは、小さい内径を有する台座から順に行われる。

こうして、各環状セグメントが内周面上に装着された円筒部９４は、台板９２に溶接やボルト締結等の手段で結合される。そして、円筒部９４の内部にシリンダブロック４８が配置され、各環状セグメント９８ａ〜９８ｆの端面に、ピストン４４に装着されたローラ４６が当接する。こうして、円筒部９４は回転シャフト５０と共に回転し、ピストン４４は、回転シャフト５０及び円筒部９４の回転運動に連動し、往復運動を行う。本実施形態においても、環状セグメント９８ａ〜９８ｄの装着が容易になるなど、前記第３実施形態及び第４実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態６）
次に、本発明の第６実施形態を図１１及び図１２により説明する。本実施形態は、油圧機械４０が油圧ポンプ２２であり、ロータシャフト２０に直接リングカム５２Ｅを取り付けた例である。本実施形態のリングカム５２Ｅは、ロータシャフト２０に対して、ロータシャフト２０の軸方向に隣接配置されている。リングカム５２Ｅは、４個の環状セグメント１００ａ〜１００ｄから構成されている。４個の環状セグメント１００ａ〜１００ｄは、回転シャフト５０の軸方向に並べられ、ロータシャフト２０の端部に複数の長尺ボルト１０２で固定されている。複数の長尺ボルト１０２は、ロータシャフト２０の周方向に等間隔で配置される。また、図１１に示すように、環状セグメント１００ａ〜１００ｄのカム面は、ローブ８０ａの１ピッチの間で、少しずつ周方向（矢印ｂ方向）へずらした配置としている。

本実施形態によれば、リングカム５２Ｅをロータシャフト２０の端部に直接装着したことで、油圧ポンプ２２の回転シャフトをリングカム５２Ｅとは別に設ける必要がなくなり、油圧ポンプ２２を簡素化かつ低コスト化できる。油圧機械４０が油圧モータ２８であれば、リングカム５２Ｅを直接発電機３０の回転軸に取り付けることができる。そのため、油圧モータ２８の構成を簡素化かつ低コスト化できる。

また、環状セグメント１００ａ〜１００ｄのカム面の位相を周方向へずらすことで、ピストン４４の往復運動の位相をずらすことができる。そのため、油圧機械４０から吐出される作動油を時系列的に均等化できる。従って、作動油の不均等な吐出に起因した振動や脈流の発生を防止できる。

（実施形態７）
次に、本発明の第７実施形態を図１３及び図１４により説明する。本実施形態のリングカム５２Ｆは、１個の環状体１０４で構成されている。環状体１０４は、中央に軸方向に貫通したセンター孔１０４ａを有する。環状体１０４は、センター孔１０４ａを介してロータシャフト２０の外周面に締り嵌めされる。環状体１０４のカム面は、ローブ８０ａが軸方向にむけて直線状に延在している平歯歯車的形状をなしている。環状体１０４の外周面に、軸方向に沿って複数列のシリンダ４２が配置される。

本実施形態のリングカム５２Ｆは、１個の環状体で構成され、しかもローラ４６が軸方向に直線状に延在しているので、ホブ盤や平面研削盤を用いて、軸方向（矢印ａ方向）に１ストロークで一気にリングカムを製造できる。そのため、リングカムの加工が容易かつ低コストとなる。また、長期に亘る油圧機械の運転によって、ローラ４６が接触したカム面が摩耗する場合がある。そのとき、リングカム５２Ｆは、ローブ８０ａが軸方向にむけて直線状に延在しているので、所定時間だけ使用後、リングカム５２Ｆを軸方向に移動させることで、ローラ４６が未接触のフレッシュなカム面を使用できるようになる。

なお、本実施形態のリングカム５２Ｆを用いる場合、油圧機械４０から吐出される作動油を時系列的に均等化できない。そこで、リングカム５２Ｆを用いた場合でも、シリンダブロック４８に設けられたシリンダスリーブ６４の配置を工夫することで、油圧機械４０から吐出される作動油を時系列的に均等化する方法を図１４で説明する。
図１４において、シリンダブロック４８の軸方向（図中矢印a方向）に、シリンダブロック４８の軸方向（図中矢印a方向）に、４個のシリンダスリーブ６４が設けられている。ただし、本実施形態では４個であるが、他の実施形態ではｍ個（２個以上）であればよい。

複数のシリンダスリーブ６４の配列（複数のシリンダ列Ｒで構成されるシリンダ配列）は、油圧機械４０の軸方向に配置される仮想シリンダ列Ｒ_０が複数列設けられた仮想配列に対して、各々の仮想シリンダ列Ｒ_０に属する仮想シリンダの周方向位置を互いに異ならしめた配列に従って形成される。なお、仮想配列は、油圧機械４０の軸方向に平行に並んだｍ個（ただしｍは２以上の整数）の仮想シリンダにより形成される仮想シリンダ列Ｒ_０が周方向にｎ列（ただしｎは２以上の整数）並んだ規則的な配列である。

一実施形態では、図１４に示すように、仮想シリンダ列Ｒ_０を油圧機械の軸方向に対して一定の角度ｃで傾斜させた配列に従って複数のシリンダスリーブ６４（及びそれらに設けられたシリンダボア４２）が配置される。その結果、シリンダブロック４８内において油圧機械２０の軸方向に沿って並ぶｍ個のシリンダボア４２の周方向位置が互いに異なる。従って、ピストン４４の往復運動に、軸方向で位相差をもうけることができる。なお、この配列のしかたは一例であって、別な配列であってもよい。例えば、部分的に２つ以上の異なる角度で傾斜させた仮想シリンダＲ_０の配列に従って、シリンダ列Ｒを配置してもよい。

油圧機械４０が油圧ポンプ２２である場合、高圧油路２４からの高圧油の吐出を時系列的に均等化することで、回転シャフト５０の回転を円滑に行うことができる。そのため、ピストン４４の往復運動に、軸方向で位相差をもうけることが望ましい。これを目的として、通常、カム５２のカム面に、軸方向に配置されたシリンダ列毎に位相差をもうけているが、これではカム面の形状が複雑となり、カム面の加工が高コストとなる。そこで、本実施形態によれば、シリンダブロック４８内において油圧機械２０の軸方向に沿って並ぶｍ個のシリンダボア４２の周方向位置が互いに異なるので、カム面の形状に位相差をもうけなくても、高圧油の吐出を均等化できる。そのため、カム面の加工が容易かつ低コストになる。

なお、本実施形態において、油圧機械４０が油圧モータ２８である場合、発電機３０の回転軸に直接リングカム５２Ｆを取り付けるようにする。これによって、油圧ポンプ２２の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、シリンダ列Ｒを仮想シリンダＲ_０の配列に従って配置させることで、発電機３０の出力軸を円滑に回転できる。そのため、本実施形態は油圧モータ２８にも適用可能である。

本発明によれば、ラジアルピストン式油圧機械に装着されたリングカムのカム面の段差をなくし、これによって、ローラとリングカムとの接触部に生じる面圧を低減することで、ローラやリングカムの摩耗を摩耗をなくし、これらの寿命を伸ばすことができる。

１０ 風力発電装置
１２ ロータ
１４ ブレード
１６ ハブ
１８ ハブカバー
２０ ロータシャフト
２２ 油圧ポンプ
２４ 高圧油路
２６ 低圧油路
２８ 油圧モータ
３０ 発電機
３２ ナセル
３４ タワー
４０ 油圧機械
４２ シリンダボア
４４ ピストン
４６ 当接部
４８ シリンダブロック
５０ 回転シャフト
５２、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅ，５２Ｆ リングカム
５４ａ、５４ｂ 軸受
５６，５６ａ、５６ｂ 内部油路
５８，５８ａ、５８ｂ 環状集合油路
６０ エンドプレート
６２，６２ａ、６２ｂ 外部配管
６４ シリンダスリーブ
６６ シリンダブロック本体
６６ａ スリーブ孔
７０ａ、７０ｂ 分枝油路
７２ａ、７２ｂ 開閉弁
８０ａ 山部（ローブ）
８０ｂ 谷部
８２ キー
８４ａ〜８４ｄ、８８ａ〜８８ｄ、９６ａ〜９６ｆ 台座
８６ａ〜８６ｄ、９０ａ〜９０ｄ、９８ａ〜９８ｆ、１００ａ〜１００ｄ 環状セグメント
９２ 台板
９４ 円筒部
１０２ 長尺ボルト
１０４ 環状体
１０４ａ センター孔
ｒ 油圧室
Ｒ シリンダ列
Ｒ_０ 仮想シリンダ列

Claims (12)

1. ラジアルピストン式の油圧機械であって、
   前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、
   前記複数のピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、
   前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、
   前記複数のローラに当接するように構成されて、前記油圧機械の周方向に沿って並ぶ複数のローブを有するとともに、前記複数のピストンに対向して配置され、前記複数のピストンに対して相対的に前記周方向に前記ローブが移動するように回転可能に構成されたリングカムとを備え、
   前記リングカムは、前記周方向に連続した環状体であり、前記ローラとの当接面は前記周方向において段差のない無段差曲面であることを特徴とするラジアルピストン式油圧機械。
2. 前記リングカムが締り嵌めにより取り付けられる回転シャフトをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のラジアルピストン式油圧機械。
3. 前記回転シャフトと前記リングカムとの間に設けられ、前記回転シャフトに対する前記リングカムの前記周方向における相対的な滑りを防止するための滑り防止部材をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のラジアルピストン式油圧機械。
4. 前記リングカムは、前記回転シャフトの外周面上に嵌合されており、前記油圧機械の軸方向に並ぶ互いに内径が異なる複数の環状セグメントを含み、
   前記複数の環状セグメントは、前記内径が最大の環状セグメントから前記軸方向に離れるにつれて前記内径が小さくなるように配置されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
5. 前記リングカムは、前記回転シャフトの内周面上に嵌合されており、前記油圧機械の軸方向に並ぶ互いに外径が異なる複数の環状セグメントを含み、
   前記複数の環状セグメントは、前記外径が最小の環状セグメントから前記軸方向に離れるにつれて前記外径が大きくなるように配置されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のラジアルピストン式油圧機械。
6. 前記リングカムは、前記軸方向において前記油圧機械の入力軸又は出力軸に隣接して配置され、前記入力軸又は前記出力軸に直接的に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のラジアルピストン式油圧機械。
7. 前記複数のシリンダは、前記油圧機械の軸方向に分布しており、
   前記複数のローブは、それぞれ、前記複数のシリンダが分布する前記軸方向の位置範囲に亘って、前記軸方向に直線的に延在していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のラジアルピストン式油圧機械。
8. 前記軸方向に配置されるｍ個（ただしｍは２以上の整数）の仮想シリンダによって形成される仮想シリンダ列が前記周方向にｎ列（ただしｎは２以上の整数）設けられた仮想配列に対して、各々の前記仮想シリンダ列に属する前記ｍ個の仮想シリンダの前記周方向の位置を互いに異ならしめた配列に従って前記複数のシリンダが前記シリンダブロック内に配置されたことを特徴とする請求項７に記載のラジアルピストン式油圧機械。
9. 油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、前記複数のローラに当接するように構成されて前記周方向に沿って並ぶ複数のローブを有し、前記油圧機械の周方向に連続した環状体であり、前記ローラとの当接面は前記周方向において段差のない無段差曲面であるリングカムと、前記リングカムが取り付けられる回転シャフトとを含むラジアルピストン式油圧機械の組立て方法であって、
   前記リングカムを前記回転シャフトに締り嵌めによって取り付けるカム取付ステップを備えることを特徴とするラジアルピストン式油圧機械の組立て方法。
10. 前記リングカムは、前記回転シャフトの外周面上に嵌合される内径が互いに異なる複数の環状セグメントを含み、前記複数の環状セグメントは、前記内径が最大の環状セグメントから前記油圧機械の軸方向に離れるにつれて前記内径が小さくなるように前記軸方向に配置され、
    前記カム取付ステップでは、前記内径が最大の環状セグメントから前記軸方向に遠ざかる順で前記環状セグメントの前記回転シャフトの外周面への締り嵌めを行うことを特徴とする請求項９に記載のラジアルピストン式油圧機械の組立て方法。
11. 前記リングカムは、前記回転シャフトの内周面上に嵌合される外径が互いに異なる複数の環状セグメントを含み、前記複数の環状セグメントは、前記外径が最小の環状セグメントから前記油圧機械の軸方向に離れるにつれて前記外径が大きくなるように前記軸方向に配置され、
    前記カム取付ステップでは、前記外径が最小の環状セグメントから前記軸方向に遠ざかる順で前記環状セグメントの前記回転シャフトの内周面への締り嵌めを行うことを特徴とする請求項９に記載のラジアルピストン式油圧機械の組立て方法。
12. 少なくとも一本のブレードと、
    前記少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、
    前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
    前記油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、
    前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
    前記油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回動自在に設けられた複数のローラと、前記半径方向に沿って往復運動可能に前記複数のピストンをそれぞれ案内するための複数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、前記複数のローラに当接するように構成されて前記周方向に沿って並ぶ複数のローブを有するとともに、前記複数のピストンに対向して配置され、前記複数のピストンに対して相対的に前記周方向に前記ローブが移動するように回転可能に構成されたリングカムとを含み、
    前記リングカムは、前記周方向に連続した環状体であり、前記ローラとの当接面は前記周方向において段差のない無段差曲面であることを特徴とする風力発電装置。

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