WO2011021287A1 - 風車及び風車翼の除氷方法 - Google Patents

風車及び風車翼の除氷方法 Download PDF

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blade
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wind turbine
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満也 馬場
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三菱重工業株式会社
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine and a method for deicing wind turbine blades.
  • US Patent Publication No. 2006/0018752 discloses a method for deicing a wind turbine blade by flowing air heated by a heater through a flow path provided in the wind turbine blade, and a method for detecting ice adhering to the wind turbine blade. is doing.
  • a thermography system is used to detect ice.
  • U.S. Pat. No. 6,890,152 discloses a method for detecting ice adhesion on a windmill blade and shaking at least a part of the windmill blade to shake off ice from the windmill blade.
  • a vibrator provided in the wind turbine blade generates a sound wave to vibrate the wind turbine blade.
  • the frequency of the sound wave is 5 to 500 Hz.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-84527 discloses a wind turbine ice adhesion prevention operation control device.
  • the rotor of the windmill includes wings with variable pitch angles.
  • the ice adhesion prevention operation control device sets the pitch angle of the blades to a predetermined pitch when the air temperature is equal to or lower than a predetermined threshold, the humidity is equal to or higher than the predetermined threshold, the wind speed is equal to or lower than the predetermined threshold, and the windmill is stopped or idling. Give instructions to reduce to an angle.
  • the ice adhesion prevention operation control device issues an operation instruction for a main shaft brake connected to the rotor when the rotation speed of the rotor exceeds a predetermined threshold after issuing the instruction.
  • An object of the present invention is to provide a windmill and a method for deicing a windmill blade in which the scattering of ice is suppressed when the windmill blade is deiced.
  • the windmill according to the first aspect of the present invention includes a rotor having a plurality of blades and a deicing unit.
  • the deicing unit performs a deicing operation only on a blade having an azimuth angle within a predetermined range among the plurality of blades.
  • the predetermined range is included in a range of 90 degrees to 270 degrees and includes 180 degrees.
  • the deicing unit includes a pitch angle control unit that independently controls rotation of each of the plurality of blades around the pitch axis. In the deicing operation, the pitch angle control unit applies rotational vibration about the pitch axis of the blade to the blade.
  • the pitch angle control unit preferably controls the rotational vibration so that the frequency of the rotational vibration is an integer multiple of 1 or more of the resonance frequency of the vibration in the flap direction of the blade.
  • the deicing unit preferably includes an azimuth angle detection unit.
  • the plurality of wings includes a first wing.
  • the azimuth angle detection unit detects a first azimuth angle of the first wing.
  • the pitch angle control unit applies rotational vibration about the pitch axis of the first blade to the first blade when the first azimuth angle is included in the predetermined range. When the first azimuth angle is not included in the predetermined range, the pitch angle of the first blade is kept constant.
  • the deicing unit includes a pitch angle control unit that independently controls rotation of each of the plurality of blades around the pitch axis, and an acoustic generator provided on a tower that supports the rotor.
  • the pitch angle control unit holds the wing in a fine state or an inverted state where the pitch angle is 180 degrees different from the fine state, and the sound generator outputs sound waves to the wing.
  • the deicing unit preferably includes an azimuth angle detection unit that detects the azimuth angle of each of the plurality of blades.
  • the plurality of wings includes a first wing.
  • the pitch angle control unit holds the first blade in a fine state or an inverted state in which the pitch angle is 180 degrees different from the fine state when the first azimuth angle of the first blade is included in the predetermined range.
  • the first wing is in a feather state, a state between a fine state and a feather state, or a state between an inverted state and a feather state in which the fine angle and the pitch angle are 180 degrees apart. Hold on.
  • the acoustic generator does not output a sound wave when the azimuth angle of any of the plurality of blades is not included in the predetermined range.
  • the frequency of the sound wave is preferably an integer multiple of 1 or more than the resonance frequency of the wing.
  • the deicing part preferably includes an icing detection part.
  • the deicing unit performs the deicing operation when the icing detection unit detects icing of the rotor.
  • the deicing unit stops the execution of the deicing operation when the icing detection unit stops detecting icing of the rotor.
  • the deicing unit includes a weather condition detection unit.
  • the deicing unit performs the deicing operation when the weather condition detection unit detects a predetermined weather condition.
  • the deicing unit periodically performs the deicing operation.
  • the wind turbine blade deicing method includes performing a deicing operation only on a blade having an azimuth angle within a predetermined range among a plurality of blades provided in the rotor of the wind turbine.
  • the predetermined range is included in a range of 90 degrees to 270 degrees and includes 180 degrees.
  • performing the deicing operation includes applying rotational vibration about the pitch axis of the blade to the blade.
  • the wind turbine blade deicing method detects the first azimuth angle of the first blade of the plurality of blades during rotation of the rotor, and the first azimuth angle is included in the predetermined range. Applying rotational vibration about the pitch axis of the first blade to one blade, and maintaining the pitch angle of the first blade constant when the first azimuth angle is not included in the predetermined range. It is preferable to comprise.
  • Executing the deicing operation means that a sound generator provided on a tower that supports the rotor is caused to generate sound waves on the blades while holding the blades in a fine state or an inverted state in which the pitch angle is 180 degrees different from the fine state. Is preferably included.
  • the wind turbine blade deicing method detects the first azimuth angle of the first blade of the plurality of blades during rotation of the rotor, and the first azimuth angle is included in the predetermined range.
  • One blade is held in a fine state or in an inverted state where the pitch angle is 180 degrees different from the fine state, and when the first azimuth angle is not included in the predetermined range, the first blade is in a feather state, a fine state, and a feather state. It is preferable to further hold a state between the inversion state and the feather state that are 180 degrees different from each other in the fine state and the pitch angle by 180 degrees.
  • the acoustic generator does not output a sound wave when the azimuth angle of any of the plurality of blades is not included in the predetermined range.
  • the deicing operation is performed with the rotor stopped.
  • the deicing operation is preferably executed when icing of the rotor is detected.
  • the wind turbine blade deicing method further includes stopping execution of the deicing operation when icing of the rotor is no longer detected.
  • the deicing operation is preferably executed when a predetermined weather condition is detected.
  • the deicing operation is performed periodically.
  • FIG. 1 is a front view of a wind turbine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the relationship between the pitch axis of the blade, the edge direction, the blade thickness direction, rotational vibration about the pitch axis, and flap direction vibration.
  • FIG. 3 is a block diagram of the deicing unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing a waveform of a pitch angle control signal output to the pitch angle actuator by the control unit of the deicing unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a side view of a wind turbine according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of a deicing unit according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of a deicing unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a windmill 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the windmill 100 includes a tower 11, a nacelle 12, and a rotor 13.
  • the nacelle 12 is attached to the upper end of the tower 11.
  • the nacelle 12 supports the rotor 13 rotatably. Therefore, the rotor 13 is supported by the tower 11 via the nacelle 12.
  • the rotation axis of the rotor 13 is horizontal or almost horizontal.
  • the rotor 13 includes a hub 14 and blades 15A to 15C.
  • the hub 14 is located on the rotation axis of the rotor 13.
  • the wings 15A to 15C are arranged around the hub 14 at equal intervals.
  • the base end portions of the blades 15A to 15C are attached to the hub 14.
  • the hub 14 includes pitch angle actuators 16A to 16C.
  • the pitch angle actuators 16A to 16C rotate the blades 15A to 15C around the pitch shafts 17A to 17C, respectively. That is, the pitch angle actuators 16A to 16C control the pitch angles of the blades 15A to 15C, respectively.
  • the rotor 13 receives the wind and rotates in the direction of the arrow in FIG.
  • the windmill 100 generates power using the rotation of the rotor 13.
  • the azimuth angles of the blades 15A to 15C change.
  • the wing 15A is positioned directly above the hub 14, the azimuth angle of the wing 15A is 0 degree.
  • the rotor 13 rotates 90 degrees in the direction of the arrow from the state where the azimuth angle of the blade 15A is 0 degree, the azimuth angle of the blade 15A becomes 90 degrees.
  • the azimuth angle of the blade 15A becomes 180 degrees.
  • the blade 15 ⁇ / b> A When the azimuth angle of the blade 15 ⁇ / b> A is 180 degrees, the blade 15 ⁇ / b> A is located directly below the hub 14, and the blade 15 ⁇ / b> A and the tower 11 overlap when viewed from the rotation axis direction of the rotor 13.
  • the azimuth angle of the blade 15A becomes 270 degrees.
  • the azimuth angle of the blade 15A returns to 0 degrees.
  • the azimuth angle of the wings 15B and 15C is defined in the same manner as the azimuth angle of the wing 15A.
  • FIG. 2 shows the relationship between the pitch axis 17A of the blade 15A, the edge direction 52, the blade thickness direction 53, rotational vibration around the pitch axis, and flap direction vibration.
  • the pitch axis 17A, the edge direction 52, and the blade thickness direction 53 are perpendicular to each other.
  • the edge direction 52 is the chord direction of the wing 15A.
  • the blade thickness direction 53 is the thickness direction of the blade 15A.
  • the rotation vibration around the pitch axis is rotation vibration around the pitch axis 17A of the blade 15A.
  • the flap direction vibration is vibration of the blade 15A in a plane extending by the pitch axis 17A and the blade thickness direction 53.
  • the edge direction, the blade thickness direction, rotational vibration about the pitch axis, and flap direction vibration are defined.
  • the windmill 100 includes a deicing unit 200.
  • the deicing unit 200 includes an azimuth angle detection unit 21, an icing detection unit 22, a control unit 23, a pitch angle control unit 16, and blades 15A to 15C.
  • the pitch angle control unit 16 includes pitch angle actuators 16A to 16C. Since the pitch angle actuators 16A to 16C are provided corresponding to the blades 15A to 15C, the pitch angle control unit 16 can independently control the rotation of the blades 15A to 15C around the pitch axes 17A to 17C. Is possible.
  • the azimuth angle detection unit 21 outputs an azimuth angle signal 30A indicating the azimuth angle of the blade 15A, an azimuth angle signal 30B indicating the azimuth angle of the blade 15B, and an azimuth angle signal 30C indicating the azimuth angle of the blade 15C to the control unit 23.
  • the azimuth angle detection unit 21 includes a sensor that detects the azimuth angle of the blade 15A, a sensor that detects the azimuth angle of the blade 15B, and a sensor that detects the azimuth angle of the blade 15C.
  • the azimuth angle detection unit 21 includes a sensor that detects the azimuth angle of a predetermined part of the rotor 13 and a calculation unit that detects the azimuth angles of the blades 15A to 15C by calculation based on the azimuth angle of the predetermined part. Prepare.
  • the icing detection unit 22 detects icing of the wings 15A to 15C based on, for example, images of the wings 15A to 15C.
  • the icing detection unit 22 detects the icing of the wings 15A to 15C based on the load applied to the wings, the imbalance of the load on each wing, or the deviation of the actual output from the estimated output at a predetermined wind speed and pitch angle. It may be detected.
  • the control unit 23 outputs the pitch angle control signal 40A to the pitch angle actuator 16A, outputs the pitch angle control signal 40B to the pitch angle actuator 16B, and outputs the pitch angle control signal 40C to the pitch angle actuator 16C.
  • the pitch angle actuator 16A changes or keeps the pitch angle of the blade 15A constant based on the pitch angle control signal 40A.
  • the pitch angle actuator 16B changes or keeps the pitch angle of the blade 15B constant based on the pitch angle control signal 40B.
  • the pitch angle actuator 16C changes the pitch angle of the blade 15C based on the pitch angle control signal 40C or holds it constant.
  • a predetermined range ⁇ of the azimuth angle is set. As shown in FIG. 1, the predetermined range ⁇ is not less than ⁇ degrees and not more than ⁇ degrees. ⁇ degree is 90 degrees or more and 180 degrees or less. ⁇ degree is 180 degrees or more and 270 degrees or less. Therefore, the predetermined range ⁇ of the azimuth angle is included in the range of 90 degrees or more and 270 degrees or less, and includes 180 degrees.
  • the deicing unit 200 performs the following operation when the icing detection unit 22 detects any icing of the blades 15A to 15C. The following operation is executed while the rotor 13 is rotating.
  • the deicing unit 200 performs the deicing operation only on the wings 15A to 15C whose azimuth angle is included in the predetermined range ⁇ .
  • executing the deicing operation includes the pitch angle control unit 16 applying rotational vibration about the pitch axis of the blade to the blade.
  • the control unit 23 monitors the azimuth angles of the blades 15A to 15C based on the azimuth angle signals 30A to 30C.
  • the control unit 23 When the azimuth angle of the blade 15A is included in the predetermined range ⁇ , the control unit 23 outputs a pitch angle control signal 40A indicating the waveform of the pitch angular velocity ⁇ shown in FIG. 4 to the pitch angle actuator 16A.
  • the pitch angular velocity ⁇ is alternately constant at ⁇ 0 during time T / 2 and is constant at ⁇ 0 during time T / 2.
  • the pitch angle actuator 16A applies rotational vibration around the pitch axis 17A to the blade 15A based on the pitch angle control signal 40A showing the waveform of FIG. As a result, the wing 15A vibrates and ice is shaken off from the wing 15A.
  • the operation when the azimuth angle of the blade 15B is included in the predetermined range ⁇ and the operation when the azimuth angle of the blade 15C is included in the predetermined range ⁇ are when the azimuth angle of the blade 15A is included in the predetermined range ⁇ . This is the same as the above operation.
  • the control unit 23 When the azimuth angle of the blade 15A is not included in the predetermined range ⁇ , the control unit 23 outputs a pitch angle control signal 40A indicating a constant pitch angle to the pitch angle actuator 16A.
  • the fixed pitch angle is a pitch angle in a feather state or a pitch angle in a state close to a feather state.
  • the pitch angle actuator 16A keeps the pitch angle of the blade 15A constant based on a pitch angle control signal 40A indicating a constant pitch angle.
  • the operation when the azimuth angle of the blade 15B is not included in the predetermined range ⁇ and the operation when the azimuth angle of the blade 15C is not included in the predetermined range ⁇ are the azimuth angle of the blade 15A within the predetermined range ⁇ . It is the same as the above operation when not included.
  • the deicing unit 200 stops performing the above operation when the icing detection unit 22 stops detecting icing of the blades 15A to 15C.
  • the deicing operation is performed only on the wing having an azimuth angle in the range of 90 degrees to 270 degrees. Therefore, it is possible to prevent the ice shaken off from the wing by the deicing operation from being scattered in a wide range.
  • the nacelle 12 can be prevented from being damaged by the ice shaken off from the wings by the deicing operation.
  • the rotor 13 is prevented from rotating rapidly. Accordingly, the time required for each blade to pass through the predetermined range ⁇ of the azimuth angle becomes longer, and the blade can be vibrated greatly.
  • the deicing operation is stopped when the wings 15A to 15C have no ice by stopping the execution of the deicing operation. Is prevented.
  • the pitch angle actuators 16A to 16C control the rotational vibration so that the frequency of the rotational vibration applied to the blades 15A to 15C is an integer multiple of 1 or more of the resonance frequency of the blades 15A to 15C.
  • 15C can be vibrated greatly.
  • the resonance frequency is also called natural frequency.
  • the resonance frequency of the blades 15A to 15C is, for example, the resonance frequency of the torsional vibration of the blades 15A to 15C or the resonance frequency of the vibration in the flap direction of the blades 15A to 15C.
  • the pitch angle actuators 16A to 16C reciprocally rotate the blades 15A to 15C around the pitch shafts 17A to 17C, so that impacts (large acceleration) are periodically applied to the blades 15A to 15C. Due to this impact, ice peels off the wings 15A to 15C.
  • the waveform of the pitch angular velocity ⁇ is not limited to the rectangular waveform shown in FIG. If it is possible to give a sufficiently large pitch angular acceleration to the blades 15A to 15C, the pitch angle actuators 16A to 16C move the blades 15A to 15C around the pitch axes 17A to 17C so that the pitch angular velocity changes sinusoidally. You may make it reciprocately rotate.
  • the deicing unit 200 performs the following operation when the icing detection unit 22 detects icing of the blades 15A to 15C.
  • the control unit 23 outputs a pitch angle control signal 40A having the waveform of FIG. 4 to the pitch angle actuator 16A in a state where the rotor 13 is stopped at a position where the azimuth angle of the blade 15A is 180 degrees.
  • the pitch angle actuator 16A applies rotational vibration around the pitch axis 17A to the blade 15A based on the pitch angle control signal 40A showing the waveform of FIG. As a result, the wing 15A vibrates and ice is shaken off from the wing 15A.
  • the deicing unit 200 performs deicing on the wings 15B and 15C as in the case of the wings 15A.
  • the deicing unit 200 stops performing the above operation when the icing detection unit 22 stops detecting icing of the blades 15A to 15C.
  • the pitch angle actuators 16A to 16C rotate so that the frequency of rotational vibration applied to the blades 15A to 15C is an integer multiple of 1 or more of the resonance frequency of the blades 15A to 15C. By controlling the vibration, the blades 15A to 15C can be vibrated greatly.
  • FIG. 5 shows a windmill 110 according to the second embodiment of the present invention.
  • the windmill 110 is obtained by adding a sound generator 24 to the windmill 100 according to the first embodiment.
  • the sound generator 24 is provided in the tower 11.
  • the windmill 110 includes a deicing unit 210.
  • the deicing unit 210 is obtained by adding the sound generator 24 to the deicing unit 200.
  • the deicing unit 210 performs the following operation when the icing detection unit 22 detects icing of the blades 15A to 15C. The following operation is executed while the rotor 13 is rotating.
  • the deicing unit 210 performs the deicing operation only on the wings 15A to 15C whose azimuth angle is included in the predetermined range ⁇ .
  • executing the deicing operation means that the pitch angle control unit 16 holds the blade in a fine state or an inverted state in which the pitch angle is 180 degrees different from the fine state, and the sound generator 24 generates sound waves on the blade. Output.
  • the control unit 23 monitors the azimuth angles of the blades 15A to 15C based on the azimuth angle signals 30A to 30C.
  • the control unit 23 keeps the sound generator 24 outputting sound waves. Since the sound generator 24 is provided in the tower 11, the sound generator 24 gives strong vibrational energy to the wing at the position where the azimuth angle is 180 degrees or in the vicinity thereof, but from the position where the azimuth angle is 180 degrees. Almost no vibration energy is given to wings far away.
  • the control unit 23 When the azimuth angle of the blade 15A is included in the predetermined range ⁇ , the control unit 23 outputs a pitch angle control signal 40A indicating the fine or inverted pitch angle to the pitch angle actuator 16A.
  • the pitch angle actuator 16A holds the blade 15A in the fine state or the reverse state based on the pitch angle control signal 40A indicating the pitch angle in the fine state or the reverse state.
  • the wing 15A receives the sound wave from the acoustic generator 24 and vibrates, and ice is shaken off from the wing 15A. Since the wing 15A is in the fine state or the inverted state, the wing 15A receives sound waves over a wide area.
  • the operation when the azimuth angle of the blade 15B is included in the predetermined range ⁇ and the operation when the azimuth angle of the blade 15C is included in the predetermined range ⁇ are when the azimuth angle of the blade 15A is included in the predetermined range ⁇ . This is the same as the above operation.
  • the control unit 23 When the azimuth angle of the blade 15A is not included in the predetermined range ⁇ , the control unit 23 outputs a pitch angle control signal 40A indicating a constant pitch angle to the pitch angle actuator 16A.
  • the fixed pitch angle is a pitch angle in a feather state or a pitch angle in a state close to a feather state.
  • the state close to the feather state is a state between the feather state and the fine state, or a state between the feather state and the inverted state.
  • the pitch angle actuator 16A holds the blade 15A in a feather state or a state close to a feather state based on a pitch angle control signal 40A indicating a constant pitch angle. Since the wing 15A is in a feather state or a state close to the feather state, and the azimuth angle is at a position far from the position of 180 degrees, the wing 15A does not vibrate due to the sound wave from the sound generator 24.
  • the operation when the azimuth angle of the blade 15B is not included in the predetermined range ⁇ and the operation when the azimuth angle of the blade 15C is not included in the predetermined range ⁇ are the azimuth angle of the blade 15A within the predetermined range ⁇ . It is the same as the above operation when not included.
  • the deicing unit 210 stops performing the above operation when the icing detection unit 22 no longer detects icing of the blades 15A to 15C.
  • the deicing operation is performed only on the wing at the position where the azimuth angle is 180 degrees or in the vicinity thereof. Therefore, it is possible to prevent the ice shaken off from the wing by the deicing operation from being scattered in a wide range.
  • the nacelle 12 can be prevented from being damaged by the ice shaken off from the wings by the deicing operation.
  • the rotor 13 is prevented from rotating rapidly. Accordingly, the time required for each blade to pass through the predetermined range ⁇ of the azimuth angle becomes longer, and the blade can be vibrated greatly.
  • the deicing operation is stopped when the wings 15A to 15C have no ice by stopping the execution of the deicing operation. Is prevented.
  • the blades 15A to 15C can be vibrated greatly.
  • the resonance frequency of the blades 15A to 15C is, for example, the resonance frequency of the torsional vibration of the blades 15A to 15C or the resonance frequency of the vibration in the flap direction of the blades 15A to 15C.
  • the control unit 23 does not cause the sound generator 24 to output a sound wave. In this case, energy for generating sound waves is reduced.
  • the deicing unit 210 performs the following operation when the icing detection unit 22 detects icing of the blades 15A to 15C.
  • the control unit 23 outputs a pitch angle control signal 40A indicating the fine or inverted pitch angle to the pitch angle actuator 16A in a state where the rotor 13 is stopped at the position where the azimuth angle of the blade 15A is 180 degrees, and generates sound.
  • the sound wave is output to the device 24.
  • the pitch angle actuator 16A holds the blade 15A in the fine state or the reverse state based on the pitch angle control signal 40A indicating the pitch angle in the fine state or the reverse state.
  • the wing 15A receives the sound wave from the sound generator 24 and vibrates, and ice is shaken off from the wing 15A.
  • the deicing unit 210 performs deicing on the wings 15B and 15C as in the case of the wing 15A.
  • the deicing unit 210 stops performing the above operation when the icing detection unit 22 no longer detects icing of the blades 15A to 15C.
  • the blades 15A to 15C are vibrated greatly by setting the frequency of the sound wave output from the sound generator 24 to an integer multiple of 1 or more of the resonance frequency of the blades 15A to 15C. Can do.
  • the wind turbine according to the third embodiment of the present invention is obtained by replacing the deicing unit 200 of the wind turbine 100 according to the first embodiment with a deicing unit 220.
  • the deicing unit 220 is obtained by replacing the icing detection unit 22 of the deicing unit 200 with a weather condition detection unit 25.
  • the deicing unit 220 When the weather condition detection unit 25 detects a predetermined weather condition, the deicing unit 220 operates the deicing unit 200 according to the first embodiment or the deicing unit 200 according to the modification of the first embodiment. Perform the action.
  • the predetermined weather condition indicates a weather condition in which icing is likely to occur, and includes, for example, that the temperature is equal to or lower than a predetermined threshold and that the humidity is equal to or higher than the predetermined threshold.
  • the icing detection unit 22 can be replaced with a weather condition detection unit 25.
  • the deicing unit 210 provided with the weather condition detection unit 25 is an operation of the deicing unit 210 according to the second embodiment or a modification of the second embodiment when the weather condition detection unit 25 detects a predetermined weather condition. The operation of the deicing unit 210 is executed.
  • the operation of the deicing unit 200 according to the first embodiment or the operation of the deicing unit 200 according to the modification of the first embodiment may be periodically executed, and the deicing unit according to the second embodiment may be performed.
  • the operation of the ice part 210 or the operation of the deicing part 210 according to the modification of the second embodiment may be periodically executed.
  • control unit 23 detects the rotational speed of the rotor 13 based on the azimuth angle change of the blades 15A to 15C, and the deicing operation is executed when the rotational speed of the rotor 13 is equal to or less than a predetermined threshold value. As is done, changes can be made.

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Abstract

　風車は、複数翼を備えるロータと、除氷部とを具備する。除氷部は、複数翼のうちアジマス角が所定の範囲に含まれる翼のみに対して除氷動作を実行する。所定の範囲は、９０度以上２７０度以下の範囲に含まれ、且つ、１８０度を含む。したがって、風車翼の除氷をしたときに氷の飛散が抑制される。

Description

風車及び風車翼の除氷方法
　本発明は、風車及び風車翼の除氷方法に関する。
　氷の付着による風車の性能低下を防止するため、様々な除氷方法が開発されてきた。
　米国特許公開第２００６／００１８７５２号公報は、風車翼に設けられた流路にヒータで加熱した空気を流して風車翼を除氷する方法と、風車翼に付着した氷を検知する方法とを開示している。サーモグラフィシステムが氷の検知に利用される。
　米国特許第６８９０１５２号公報は、風車翼の氷付着を検出し、風車翼の少なくとも一部を振動させて風車翼から氷を振り落とす方法を開示している。例えば、風車翼内に設けられた振動器が音波を生成して風車翼を振動させる。その音波の周波数は、５～５００Ｈｚである。
　特開２００４－８４５２７号公報は、風車の氷付着防止運転制御装置を開示している。風車のロータは、ピッチ角度が可変の翼を備える。氷付着防止運転制御装置は、気温が所定の閾値以下、湿度が所定の閾値以上、風速が所定の閾値以下、且つ、風車が停止中又はアイドリング待機中のとき、翼のピッチ角度を所定のピッチ角度まで小さくするように指示を出す。氷付着防止運転制御装置は、指示を出した後にロータの回転速度が所定の閾値以上になるとロータに接続する主軸ブレーキの作動指示を出す。
米国特許公開第２００６／００１８７５２号公報 米国特許第６８９０１５２号公報 特開２００４－８４５２７号公報
　本発明の目的は、風車翼の除氷をしたときに氷の飛散が抑制される風車及び風車翼の除氷方法を提供することである。
　本発明の第１の観点による風車は、複数翼を備えるロータと、除氷部とを具備する。前記除氷部は、前記複数翼のうちアジマス角が所定の範囲に含まれる翼のみに対して除氷動作を実行する。前記所定の範囲は、９０度以上２７０度以下の範囲に含まれ、且つ、１８０度を含む。
　前記除氷部は、前記複数翼のそれぞれのピッチ軸まわりの回転を独立に制御するピッチ角制御部を備えることが好ましい。前記除氷動作において、前記ピッチ角制御部は前記翼に対して前記翼のピッチ軸まわりの回転振動を加える。
　前記ピッチ角制御部は、前記回転振動の周波数が前記翼のフラップ方向の振動の共振周波数の１以上の整数倍になるように前記回転振動を制御することが好ましい。
　前記除氷部はアジマス角検知部を備えることが好ましい。前記複数翼は第１翼を含む。前記アジマス角検知部は前記第１翼の第１アジマス角を検知する。前記ピッチ角制御部は、前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼に対して前記第１翼のピッチ軸まわりの回転振動を加える。前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼のピッチ角を一定に保持する。
　前記除氷部は、前記複数翼のそれぞれのピッチ軸まわりの回転を独立に制御するピッチ角制御部と、前記ロータを支持するタワーに設けられた音響発生器とを備えることが好ましい。前記除氷動作において、前記ピッチ角制御部は前記翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持し、前記音響発生器は前記翼に対して音波を出力する。
　前記除氷部は、前記複数翼のそれぞれのアジマス角を検知するアジマス角検知部を備えることが好ましい。前記複数翼は第１翼を含む。前記ピッチ角制御部は、前記第１翼の第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持し、前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼をフェザー状態、ファイン状態とフェザー状態の間の状態、又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態とフェザー状態の間の状態で保持する。
　前記音響発生器は、前記複数翼のいずれの翼のアジマス角も前記所定の範囲に含まれない場合、音波を出力しないことが好ましい。
　前記音波の周波数は、前記翼の共振周波数の１以上の整数倍であることが好ましい。
　前記除氷部は着氷検知部を備えることが好ましい。前記除氷部は、前記着氷検知部が前記ロータの着氷を検知した場合に前記除氷動作を実行する。
　前記除氷部は、前記着氷検知部が前記ロータの着氷を検知しなくなった場合に前記除氷動作の実行を停止することが好ましい。
　前記除氷部は気象条件検知部を備えることが好ましい。前記除氷部は、前記気象条件検知部が所定の気象条件を検知した場合に前記除氷動作を実行する。
　前記除氷部は、前記除氷動作を定期的に実行することが好ましい。
　本発明の第２の観点による風車翼の除氷方法は、風車のロータが備える複数翼のうちアジマス角が所定の範囲に含まれる翼のみに対して除氷動作を実行することを具備する。前記所定の範囲は、９０度以上２７０度以下の範囲に含まれ、且つ、１８０度を含む。
　前記除氷動作を実行することは、前記翼に対して前記翼のピッチ軸まわりの回転振動を加えることを含むことが好ましい。
　上記風車翼の除氷方法は、前記ロータの回転中に前記複数翼のうちの第１翼の第１アジマス角を検知すること、前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼に対して前記第１翼のピッチ軸まわりの回転振動を加えること、前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼のピッチ角を一定に保持することを更に具備することが好ましい。
　前記除氷動作を実行することは、前記翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持しながら、前記ロータを支持するタワーに設けられた音響発生器が前記翼に音波を出力することを含むことが好ましい。
　上記風車翼の除氷方法は、前記ロータの回転中に前記複数翼のうちの第１翼の第１アジマス角を検知すること、前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持すること、前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼をフェザー状態、ファイン状態とフェザー状態の間の状態、又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態とフェザー状態の間の状態で保持することを更に具備することが好ましい。
　前記音響発生器は、前記複数翼のいずれの翼のアジマス角も前記所定の範囲に含まれない場合、音波を出力しないことが好ましい。
　前記除氷動作は前記ロータが停止した状態で実行されることが好ましい。
　前記除氷動作は、前記ロータの着氷が検知された場合に実行されることが好ましい。
　上記風車翼の除氷方法は、前記ロータの着氷が検知されなくなった場合に前記除氷動作の実行を停止することを更に具備することが好ましい。
　前記除氷動作は、所定の気象条件が検知された場合に実行されることが好ましい。
　前記除氷動作は、定期的に実行されることが好ましい。
　本発明によれば、風車翼の除氷をしたときに氷の飛散が抑制される風車及び風車翼の除氷方法が提供される。
　本発明の上記目的、他の目的、効果、及び特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る風車の正面図である。 図２は、翼のピッチ軸、エッジ方向、翼厚方向、ピッチ軸まわり回転振動、及びフラップ方向振動の関係を示す。 図３は、第１の実施形態に係る除氷部のブロック図である。 図４は、第１の実施形態に係る除氷部の制御部がピッチ角アクチュエータに出力するピッチ角制御信号の波形を示すグラフである。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る風車の側面図である。 図６は、第２の実施形態に係る除氷部のブロック図である。 図７は、本発明の第３の実施形態に係る除氷部のブロック図である。
　添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る風車及び風車翼の除氷方法を以下に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る風車１００を示す。風車１００は、タワー１１と、ナセル１２と、ロータ１３を備える。ナセル１２は、タワー１１の上端に取り付けられている。ナセル１２は、ロータ１３を回転可能に支持する。したがって、ロータ１３はナセル１２を介してタワー１１に支持される。ロータ１３の回転軸は水平又は概水平である。ロータ１３は、ハブ１４と、翼１５Ａ～１５Ｃを備える。ハブ１４は、ロータ１３の回転軸上に位置する。翼１５Ａ～１５Ｃは、ハブ１４の周囲に等間隔で配置されている。ここではロータ１３が備える翼の数が３の場合について説明するが、翼の数は２又は４以上であってもよい。翼１５Ａ～１５Ｃの基端部がハブ１４に取り付けられている。ハブ１４は、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃを備える。ピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃは、それぞれ翼１５Ａ～１５Ｃをピッチ軸１７Ａ～１７Ｃまわりに回転駆動する。すなわち、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃは、それぞれ翼１５Ａ～１５Ｃのピッチ角を制御する。
　ロータ１３は風を受けて図１の矢印の向きに回転する。風車１００は、ロータ１３の回転を利用して発電する。ロータ１３が回転すると翼１５Ａ～１５Ｃのそれぞれのアジマス角が変化する。翼１５Ａがハブ１４の真上に位置するとき、翼１５Ａのアジマス角は０度である。翼１５Ａのアジマス角が０度の状態からロータ１３が矢印の向きに９０度回転すると、翼１５Ａのアジマス角は９０度になる。翼１５Ａのアジマス角が９０度の状態からロータ１３が矢印の向きに９０度回転すると、翼１５Ａのアジマス角は１８０度になる。翼１５Ａのアジマス角が１８０度のとき、翼１５Ａはハブ１４の真下に位置し、ロータ１３の回転軸方向から見ると翼１５Ａとタワー１１とが重なる。翼１５Ａのアジマス角が１８０度の状態からロータ１３が矢印の向きに９０度回転すると、翼１５Ａのアジマス角は２７０度になる。翼１５Ａのアジマス角が２７０度の状態からロータ１３が矢印の向きに９０度回転すると、翼１５Ａのアジマス角は０度に戻る。翼１５Ｂ及び１５Ｃのアジマス角も翼１５Ａのアジマス角と同様に定義される。
　図２は、翼１５Ａのピッチ軸１７Ａ、エッジ方向５２、翼厚方向５３、ピッチ軸まわり回転振動、及びフラップ方向振動の関係を示している。ピッチ軸１７Ａ、エッジ方向５２、及び翼厚方向５３は、互いに垂直である。エッジ方向５２は翼１５Ａの翼弦方向である。翼厚方向５３は、翼１５Ａの厚さ方向である。ピッチ軸まわり回転振動は、翼１５Ａのピッチ軸１７Ａまわりの回転振動である。フラップ方向振動は、ピッチ軸１７Ａと翼厚方向５３が張る平面内の翼１５Ａの振動である。翼１５Ｂ及び１５Ｃについても翼１５Ａと同様に、エッジ方向、翼厚方向、ピッチ軸まわり回転振動、及びフラップ方向振動が定義される。
　図３を参照して、風車１００は、除氷部２００を備える。除氷部２００は、アジマス角検知部２１と、着氷検知部２２と、制御部２３と、ピッチ角制御部１６と、翼１５Ａ～１５Ｃを備える。ピッチ角制御部１６は、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃを備える。翼１５Ａ～１５Ｃにそれぞれ対応してピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃが設けられているため、ピッチ角制御部１６は翼１５Ａ～１５Ｃのそれぞれのピッチ軸１７Ａ～１７Ｃまわりの回転を独立に制御することが可能である。
　アジマス角検知部２１は、翼１５Ａのアジマス角を示すアジマス角信号３０Ａ、翼１５Ｂのアジマス角を示すアジマス角信号３０Ｂ、及び翼１５Ｃのアジマス角を示すアジマス角信号３０Ｃを制御部２３に出力する。例えば、アジマス角検知部２１は、翼１５Ａのアジマス角を検知するセンサと、翼１５Ｂのアジマス角を検知するセンサと、翼１５Ｃのアジマス角を検知するセンサとを備える。または、アジマス角検知部２１は、ロータ１３の所定の部位のアジマス角を検知するセンサと、所定の部位のアジマス角に基づいて翼１５Ａ乃至１５Ｃのそれぞれのアジマス角を演算により検知する演算部を備える。
　着氷検知部２２は、例えば、翼１５Ａ～１５Ｃの画像に基づいて、翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知する。着氷検知部２２は、翼にかかる荷重、各翼での荷重のアンバランス、又は所定の風速及びピッチ角での推定出力からの実出力の乖離に基づいて、翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知してもよい。
　制御部２３は、ピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力し、ピッチ角制御信号４０Ｂをピッチ角アクチュエータ１６Ｂに出力し、ピッチ角制御信号４０Ｃをピッチ角アクチュエータ１６Ｃに出力する。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、ピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａのピッチ角を変化させ、又は、一定に保持する。ピッチ角アクチュエータ１６Ｂは、ピッチ角制御信号４０Ｂに基づいて、翼１５Ｂのピッチ角を変化させ、又は、一定に保持する。ピッチ角アクチュエータ１６Ｃは、ピッチ角制御信号４０Ｃに基づいて、翼１５Ｃのピッチ角を変化させ、又は、一定に保持する。
　制御部２３において、アジマス角の所定の範囲θが設定されている。図１に示すように所定の範囲θは、α度以上β度以下である。α度は９０度以上１８０度以下である。β度は１８０度以上２７０度以下である。したがって、アジマス角の所定の範囲θは、９０度以上２７０度以下の範囲に含まれ、且つ、１８０度を含む。
　以下、第１の実施形態に係る風車翼の除氷方法を説明する。
　除氷部２００は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃのいずれかの着氷を検知した場合、下記の動作を実行する。下記の動作は、ロータ１３が回転している状態で実行される。
　除氷部２００は、翼１５Ａ乃至１５Ｃのうちアジマス角が所定の範囲θに含まれる翼のみに対して除氷動作を実行する。ここで、除氷動作を実行することは、ピッチ角制御部１６がその翼に対してその翼のピッチ軸まわりの回転振動を加えることを含む。
　以下、詳細に説明する。
　制御部２３は、アジマス角信号３０Ａ～３０Ｃに基づいて翼１５Ａ乃至１５Ｃのそれぞれのアジマス角を監視する。
　翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれるとき、制御部２３は、図４に示されるピッチ角速度ωの波形を示すピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力する。図４の波形によれば、ピッチ角速度ωは、時間Ｔ／２の間ω０で一定であることと、時間Ｔ／２の間―ω０で一定であることとを交互に繰り返す。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、図４の波形を示すピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａにピッチ軸１７Ａまわりの回転振動を加える。これにより翼１５Ａが振動し、翼１５Ａから氷が振り落とされる。
　翼１５Ｂのアジマス角が所定の範囲θに含まれるときの動作と、翼１５Ｃのアジマス角が所定の範囲θに含まれるときの動作は、翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれるときの上記動作と同様である。
　翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれないとき、制御部２３は、一定のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力する。ここで、一定のピッチ角は、フェザー状態のピッチ角、又はフェザー状態に近い状態のピッチ角である。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、一定のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａのピッチ角を一定に保持する。
　翼１５Ｂのアジマス角が所定の範囲θに含まれないときの動作と、翼１５Ｃのアジマス角が所定の範囲θに含まれないときの動作とは、翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれないときの上記動作と同様である。
　除氷部２００は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知しなくなった場合、上記の動作の実行を停止する。
　本実施形態によれば、アジマス角が９０度以上２７０度の範囲にある翼に対してのみ除氷動作が実行される。したがって、除氷動作により翼から振り落とされた氷が広い範囲に飛散することが抑制される。特に、ナセル１２より高い位置にある翼に対して除氷動作が実行されないため、除氷動作により翼から振り落とされた氷によりナセル１２が破損することが防がれる。
　更に、除氷動作が実行されていない翼がフェザー状態又はフェザー状態に近い状態に保持されるため、ロータ１３が速く回転することが防がれる。したがって、各翼がアジマス角の所定の範囲θを通過するために要する時間が長くなり、翼を大きく振動させることが可能になる。
　着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知しなくなった場合に除氷動作の実行を停止することで、翼１５Ａ～１５Ｃに氷が無い状態で除氷動作を無駄に実行することが防がれる。
　更に、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ乃至１６Ｃが、翼１５Ａ～１５Ｃに加える回転振動の周波数が翼１５Ａ～１５Ｃの共振周波数の１以上の整数倍になるようにその回転振動を制御することで、翼１５Ａ～１５Ｃを大きく振動させることができる。共振周波数は固有振動数ともいわれる。翼１５Ａ～１５Ｃの共振周波数は、例えば、翼１５Ａ～１５Ｃのねじれ振動の共振周波数又は翼１５Ａ～１５Ｃのフラップ方向の振動の共振周波数である。
　本実施形態によれば、ヒータのような除氷専用の装置を設けなくて翼１５Ａ～１５Ｃの除氷が可能である。
　本実施形態によれば、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃが翼１５Ａ～１５Ｃをピッチ軸１７Ａ～１７Ｃまわりに往復回転運動させることにより、翼１５Ａ～１５Ｃに衝撃（大きな加速度）が周期的に加えられる。この衝撃により翼１５Ａ～１５Ｃから氷が剥がれる。なお、ピッチ角速度ωの波形は図４に示される矩形波形に限定されない。翼１５Ａ～１５Ｃに十分大きなピッチ角加速度を与えることが可能であれば、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ～１６Ｃは、ピッチ角速度が正弦波状に変化するように、翼１５Ａ～１５Ｃをピッチ軸１７Ａ～１７Ｃまわりに往復回転運動させてもよい。
　以下、第１の実施形態の変形例に係る風車翼の除氷方法を説明する。
　除氷部２００は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知した場合、下記の動作を実行する。
　制御部２３は、翼１５Ａのアジマス角が１８０度の位置でロータ１３が停止した状態で、図４の波形を示すピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力する。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、図４の波形を示すピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａにピッチ軸１７Ａまわりの回転振動を加える。これにより翼１５Ａが振動し、翼１５Ａから氷が振り落とされる。
　除氷部２００は、翼１５Ｂ及び１５Ｃについても、翼１５Ａの場合と同様に除氷を行う。
　除氷部２００は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知しなくなった場合、上記の動作の実行を停止する。
　第１の実施形態の変形例の場合も、ピッチ角アクチュエータ１６Ａ乃至１６Ｃが、翼１５Ａ～１５Ｃに加える回転振動の周波数が翼１５Ａ～１５Ｃの共振周波数の１以上の整数倍になるようにその回転振動を制御することで、翼１５Ａ～１５Ｃを大きく振動させることができる。
　（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態に係る風車１１０を示す。風車１１０は、第１の実施形態に係る風車１００に音響発生器２４が追加されたものである。音響発生器２４は、タワー１１に設けられる。
　図６を参照して、風車１１０は、除氷部２１０を備える。除氷部２１０は、除氷部２００に音響発生器２４が追加されたものである。
　以下、第２の実施形態に係る風車翼の除氷方法を説明する。
　除氷部２１０は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知した場合、下記の動作を実行する。下記の動作は、ロータ１３が回転している状態で実行される。
　除氷部２１０は、翼１５Ａ乃至１５Ｃのうちアジマス角が所定の範囲θに含まれる翼のみに対して除氷動作を実行する。ここで、除氷動作を実行することは、ピッチ角制御部１６がその翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持し、音響発生器２４がその翼に対して音波を出力することを含む。
　以下、詳細に説明する。
　制御部２３は、アジマス角信号３０Ａ～３０Ｃに基づいて翼１５Ａ乃至１５Ｃのそれぞれのアジマス角を監視する。制御部２３は、音響発生器２４に音波を出力させ続ける。音響発生器２４がタワー１１に設けられているため、音響発生器２４はアジマス角が１８０度の位置又はその近傍の位置にある翼に強い振動エネルギーを与えるが、アジマス角が１８０度の位置から遠く離れた位置にある翼には振動エネルギーをほとんど与えない。
　翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれるとき、制御部２３は、ファイン状態又は反転状態のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力する。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、ファイン状態又は反転状態のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａをファイン状態又は反転状態に保持する。翼１５Ａは、音響発生器２４からの音波を受けて振動し、翼１５Ａから氷が振り落とされる。翼１５Ａがファイン状態又は反転状態であるため、翼１５Ａは広い面積で音波を受ける。
　翼１５Ｂのアジマス角が所定の範囲θに含まれるときの動作と、翼１５Ｃのアジマス角が所定の範囲θに含まれるときの動作は、翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれるときの上記動作と同様である。
　翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれないとき、制御部２３は、一定のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力する。ここで、一定のピッチ角は、フェザー状態のピッチ角、又はフェザー状態に近い状態のピッチ角である。フェザー状態に近い状態は、フェザー状態とファイン状態の間の状態、又は、フェザー状態と反転状態の間の状態である。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、一定のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａをフェザー状態又はフェザー状態に近い状態に保持する。翼１５Ａがフェザー状態又はフェザー状態に近い状態であり、且つ、アジマス角が１８０度の位置から遠い位置にあるため、翼１５Ａは音響発生器２４からの音波によって振動しない。
　翼１５Ｂのアジマス角が所定の範囲θに含まれないときの動作と、翼１５Ｃのアジマス角が所定の範囲θに含まれないときの動作とは、翼１５Ａのアジマス角が所定の範囲θに含まれないときの上記動作と同様である。
　除氷部２１０は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知しなくなった場合、上記の動作の実行を停止する。
　本実施形態によれば、アジマス角が１８０度の位置又はその近傍の位置にある翼に対してのみ除氷動作が実行される。したがって、除氷動作により翼から振り落とされた氷が広い範囲に飛散することが抑制される。特に、ナセル１２より高い位置にある翼に対して除氷動作が実行されないため、除氷動作により翼から振り落とされた氷によりナセル１２が破損することが防がれる。
　更に、除氷動作が実行されていない翼がフェザー状態又はフェザー状態に近い状態に保持されるため、ロータ１３が速く回転することが防がれる。したがって、各翼がアジマス角の所定の範囲θを通過するために要する時間が長くなり、翼を大きく振動させることが可能になる。
　着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知しなくなった場合に除氷動作の実行を停止することで、翼１５Ａ～１５Ｃに氷が無い状態で除氷動作を無駄に実行することが防がれる。
　更に、音響発生器２４が出力する音波の周波数を翼１５Ａ～１５Ｃの共振周波数の１以上の整数倍にすることで、翼１５Ａ～１５Ｃを大きく振動させることができる。翼１５Ａ～１５Ｃの共振周波数は、例えば、翼１５Ａ～１５Ｃのねじれ振動の共振周波数又は翼１５Ａ～１５Ｃのフラップ方向の振動の共振周波数である。
　なお、翼１５Ａ乃至１５Ｃのいずれの翼のアジマス角も所定の範囲θに含まれない場合、制御部２３は音響発生器２４に音波を出力させないことが好ましい。この場合、音波発生のためのエネルギーが削減される。
　以下、第２の実施形態の変形例に係る風車翼の除氷方法を説明する。
　除氷部２１０は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知した場合、下記の動作を実行する。
　制御部２３は、翼１５Ａのアジマス角が１８０度の位置でロータ１３が停止した状態で、ファイン状態又は反転状態のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａをピッチ角アクチュエータ１６Ａに出力し、音響発生器２４に音波を出力させる。ピッチ角アクチュエータ１６Ａは、ファイン状態又は反転状態のピッチ角を示すピッチ角制御信号４０Ａに基づいて、翼１５Ａをファイン状態又は反転状態に保持する。翼１５Ａは、音響発生器２４からの音波を受けて振動し、翼１５Ａから氷が振り落とされる。
　除氷部２１０は、翼１５Ｂ及び１５Ｃについても、翼１５Ａの場合と同様に除氷を行う。
　除氷部２１０は、着氷検知部２２が翼１５Ａ～１５Ｃの着氷を検知しなくなった場合、上記の動作の実行を停止する。
　第２の実施形態の変形例の場合も、音響発生器２４が出力する音波の周波数を翼１５Ａ～１５Ｃの共振周波数の１以上の整数倍にすることで、翼１５Ａ～１５Ｃを大きく振動させることができる。
　（第３の実施形態）
　図７を参照して、本発明の第３の実施形態に係る風車は、第１の実施形態に係る風車１００の除氷部２００が除氷部２２０で置き換えられたものである。除氷部２２０は、除氷部２００の着氷検知部２２が気象条件検知部２５で置き換えられたものである。
　除氷部２２０は、気象条件検知部２５が所定の気象条件を検知した場合、第１の実施形態に係る除氷部２００の動作又は第１の実施形態の変形例に係る除氷部２００の動作を実行する。ここで、所定の気象条件は、着氷が発生しやすい気象条件を示し、例えば、気温が所定の閾値以下であることと、湿度が所定の閾値以上であることとを含む。
　第２の実施形態に係る除氷部２１０において、着氷検知部２２を気象条件検知部２５で置き換えることも可能である。気象条件検知部２５を備える除氷部２１０は、気象条件検知部２５が所定の気象条件を検知した場合、第２の実施形態に係る除氷部２１０の動作又は第２の実施形態の変形例に係る除氷部２１０の動作を実行する。
　更に、第１の実施形態に係る除氷部２００の動作又は第１の実施形態の変形例に係る除氷部２００の動作を定期的に実行してもよく、第２の実施形態に係る除氷部２１０の動作又は第２の実施形態の変形例に係る除氷部２１０の動作を定期的に実行してもよい。
　上記各実施形態に対して、制御部２３が翼１５Ａ～１５Ｃのアジマス角変化に基づいてロータ１３の回転速度を検知し、ロータ１３の回転速度が所定の閾値以下のときに除氷動作が実行されるように、変更を加えることが可能である。
　以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に様々な変更を行ったり、上記実施の形態どうしを互いに組み合わせたりすることが可能である。

Claims (23)

  1. 　複数翼を備えるロータと、
    　除氷部と
    を具備し、
    　前記除氷部は、前記複数翼のうちアジマス角が所定の範囲に含まれる翼のみに対して除氷動作を実行し、
    　前記所定の範囲は、９０度以上２７０度以下の範囲に含まれ、且つ、１８０度を含む
    　風車。
  2. 　前記除氷部は、前記複数翼のそれぞれのピッチ軸まわりの回転を独立に制御するピッチ角制御部を備え、
    　前記除氷動作において、前記ピッチ角制御部は前記翼に対して前記翼のピッチ軸まわりの回転振動を加える
    　請求の範囲１の風車。
  3. 　前記ピッチ角制御部は、前記回転振動の周波数が前記翼のフラップ方向の振動の共振周波数の１以上の整数倍になるように前記回転振動を制御する
    　請求の範囲２の風車。
  4. 　前記除氷部はアジマス角検知部を備え、
    　前記複数翼は第１翼を含み、
    　前記アジマス角検知部は前記第１翼の第１アジマス角を検知し、
    　前記ピッチ角制御部は、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼に対して前記第１翼のピッチ軸まわりの回転振動を加え、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼のピッチ角を一定に保持する
    　請求の範囲２又は３の風車。
  5. 　前記除氷部は、
    　前記複数翼のそれぞれのピッチ軸まわりの回転を独立に制御するピッチ角制御部と、
    　前記ロータを支持するタワーに設けられた音響発生器と
    を備え、
    　前記除氷動作において、
    　前記ピッチ角制御部は前記翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持し、
    　前記音響発生器は前記翼に対して音波を出力する
    　請求の範囲１の風車。
  6. 　前記除氷部は、前記複数翼のそれぞれのアジマス角を検知するアジマス角検知部を備え、
    　前記複数翼は第１翼を含み、
    　前記ピッチ角制御部は、
    　前記第１翼の第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持し、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼をフェザー状態、ファイン状態とフェザー状態の間の状態、又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態とフェザー状態の間の状態で保持する
    　請求の範囲５の風車。
  7. 　前記音響発生器は、前記複数翼のいずれの翼のアジマス角も前記所定の範囲に含まれない場合、音波を出力しない
    　請求の範囲５又は６の風車。
  8. 　前記音波の周波数は、前記翼の共振周波数の１以上の整数倍である
    　請求の範囲５乃至７のいずれかに記載の風車。
  9. 　前記除氷部は着氷検知部を備え、
    　前記除氷部は、前記着氷検知部が前記ロータの着氷を検知した場合に前記除氷動作を実行する
    　請求の範囲１乃至８のいずれかに記載の風車。
  10. 　前記除氷部は、前記着氷検知部が前記ロータの着氷を検知しなくなった場合に前記除氷動作の実行を停止する
    　請求の範囲９の風車。
  11. 　前記除氷部は気象条件検知部を備え、
    　前記除氷部は、前記気象条件検知部が所定の気象条件を検知した場合に前記除氷動作を実行する
    　請求の範囲１乃至８のいずれかに記載の風車。
  12. 　前記除氷部は、前記除氷動作を定期的に実行する
    　請求の範囲１乃至８のいずれかに記載の風車。
  13. 　風車のロータが備える複数翼のうちアジマス角が所定の範囲に含まれる翼のみに対して除氷動作を実行することを具備し、
    　前記所定の範囲は、９０度以上２７０度以下の範囲に含まれ、且つ、１８０度を含む
    　風車翼の除氷方法。
  14. 　前記除氷動作を実行することは、前記翼に対して前記翼のピッチ軸まわりの回転振動を加えることを含む
    　請求の範囲１３の風車翼の除氷方法。
  15. 　前記ロータの回転中に前記複数翼のうちの第１翼の第１アジマス角を検知すること、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼に対して前記第１翼のピッチ軸まわりの回転振動を加えること、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼のピッチ角を一定に保持すること
    を更に具備する
    　請求の範囲１４の風車翼の除氷方法。
  16. 　前記除氷動作を実行することは、前記翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持しながら、前記ロータを支持するタワーに設けられた音響発生器が前記翼に音波を出力することを含む
    　請求の範囲１３の風車翼の除氷方法。
  17. 　前記ロータの回転中に前記複数翼のうちの第１翼の第１アジマス角を検知すること、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれるとき前記第１翼をファイン状態又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態で保持すること、
    　前記第１アジマス角が前記所定の範囲に含まれないとき前記第１翼をフェザー状態、ファイン状態とフェザー状態の間の状態、又はファイン状態とピッチ角が１８０度異なる反転状態とフェザー状態の間の状態で保持すること
    を更に具備する
    　請求の範囲１６の風車翼の除氷方法。
  18. 　前記音響発生器は、前記複数翼のいずれの翼のアジマス角も前記所定の範囲に含まれない場合、音波を出力しない
    　請求の範囲１６又は１７の風車翼の除氷方法。
  19. 　前記除氷動作は前記ロータが停止した状態で実行される
    　請求の範囲１３、１４及び１６のいずれかに記載の風車翼の除氷方法。
  20. 　前記除氷動作は、前記ロータの着氷が検知された場合に実行される
    　請求の範囲１３乃至１９のいずれかに記載の風車翼の除氷方法。
  21. 　前記ロータの着氷が検知されなくなった場合に前記除氷動作の実行を停止することを更に具備する
    　請求の範囲２０の風車翼の除氷方法。
  22. 　前記除氷動作は、所定の気象条件が検知された場合に実行される
    　請求の範囲１３乃至１９のいずれかに記載の風車翼の除氷方法。
  23. 　前記除氷動作は、定期的に実行される
    　請求の範囲１３乃至１９のいずれかに記載の風車翼の除氷方法。
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