JP2000205108A - 制振機能を備えた風力発電装置 - Google Patents
制振機能を備えた風力発電装置Info
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- JP2000205108A JP2000205108A JP11008049A JP804999A JP2000205108A JP 2000205108 A JP2000205108 A JP 2000205108A JP 11008049 A JP11008049 A JP 11008049A JP 804999 A JP804999 A JP 804999A JP 2000205108 A JP2000205108 A JP 2000205108A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タワーを制振装置によって積極的に制振する
ことによりブレードとの共振や共振風速による発散振動
を抑制して、発電能力の低下を防止するとともに、タワ
ーの安全性を確保するようにした風力発電装置を提供す
る。 【解決手段】 風力発電装置10を、風力によって回転
するブレード12と、該ブレード12の回転力を駆動源
とする発電機14と、ブレード12を所定高さに支持す
るタワー16とを備えて構成する。タワー16に、これ
の振動を抑制する制振装置18を設ける。
ことによりブレードとの共振や共振風速による発散振動
を抑制して、発電能力の低下を防止するとともに、タワ
ーの安全性を確保するようにした風力発電装置を提供す
る。 【解決手段】 風力発電装置10を、風力によって回転
するブレード12と、該ブレード12の回転力を駆動源
とする発電機14と、ブレード12を所定高さに支持す
るタワー16とを備えて構成する。タワー16に、これ
の振動を抑制する制振装置18を設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力を利用して発
電する風力発電装置に関し、とりわけ、風により回転す
るブレードを所定高さに支持するタワーを積極的に制振
するようにした風力発電装置に関する。
電する風力発電装置に関し、とりわけ、風により回転す
るブレードを所定高さに支持するタワーを積極的に制振
するようにした風力発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自然の風のエネルギーを利用して発電す
る風力発電装置としては、風力により回転するブレード
をタワーの頂部に取り付け、該ブレードの回転力を駆動
源として発電機を作動するようになっている。このよう
な風力発電装置としては、例えば特開平4−24628
1号公報に開示されるものがあり、これは発電機側の振
動がタワー側に伝播されるのを防止するのを目的として
いる。
る風力発電装置としては、風力により回転するブレード
をタワーの頂部に取り付け、該ブレードの回転力を駆動
源として発電機を作動するようになっている。このよう
な風力発電装置としては、例えば特開平4−24628
1号公報に開示されるものがあり、これは発電機側の振
動がタワー側に伝播されるのを防止するのを目的として
いる。
【0003】このような風力発電装置は、従来では比較
的小型で定速型発電装置となったものが一般的であった
が、近年では変化する風の強さや低風速から高風速まで
対応できる大型の風力発電装置へと移行しつつある。例
えば、この大型の風力発電装置では、ブレードの翼長
(回転直径)が40m〜50m以上で可変ピッチ型とし
て構成されるものがあり、この場合、タワーはブレード
の回転を許容するために高さが30m〜40m以上とな
る。
的小型で定速型発電装置となったものが一般的であった
が、近年では変化する風の強さや低風速から高風速まで
対応できる大型の風力発電装置へと移行しつつある。例
えば、この大型の風力発電装置では、ブレードの翼長
(回転直径)が40m〜50m以上で可変ピッチ型とし
て構成されるものがあり、この場合、タワーはブレード
の回転を許容するために高さが30m〜40m以上とな
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の大型化した風力発電装置にあっては、ブレードの
最適回転数における振動数は0.75Hz〜1.5Hz
付近となる。一方、上記タワーは所定の強度を確保する
ため鋼板製として構成されるが、国内で規定される耐震
・耐風設計基準に基づく高さ30m〜40m級のタワー
の一次固有振動は約1.0Hz付近となる。このため、
上述したブレードで発生される振動数の範囲(0.75
Hz〜1.5Hz)にタワーの固有振動数(1.0H
z)が含まれることになり、タワーの固有振動数がブレ
ードの振動数と一致した場合に、両者が共振して所定の
発電性能を発揮できなくなる。
従来の大型化した風力発電装置にあっては、ブレードの
最適回転数における振動数は0.75Hz〜1.5Hz
付近となる。一方、上記タワーは所定の強度を確保する
ため鋼板製として構成されるが、国内で規定される耐震
・耐風設計基準に基づく高さ30m〜40m級のタワー
の一次固有振動は約1.0Hz付近となる。このため、
上述したブレードで発生される振動数の範囲(0.75
Hz〜1.5Hz)にタワーの固有振動数(1.0H
z)が含まれることになり、タワーの固有振動数がブレ
ードの振動数と一致した場合に、両者が共振して所定の
発電性能を発揮できなくなる。
【0005】また、ブレードを可変ピッチ型とすること
により発電風速範囲が広がり、風速が数m/秒の弱風か
ら20数m/秒の強風での発電が可能となる。この場
合、タワーのカルマン渦励振による発散振動を起こす共
振風速が十数m/秒となり、この共振風速は上述した発
電風速許容範囲内に入ってしまう。従って、風力発電装
置が上記発電風速範囲内で運転される場合にあっても、
上記共振風速によりタワーが大きく振動してしまう。と
ころが、鋼鉄製のタワー構造体では振動減衰性が劣るた
め、上記ブレードとの共振や上記共振風速による共振に
対してタワーの安全性が確保できなくなる恐れがあると
いう課題があった。
により発電風速範囲が広がり、風速が数m/秒の弱風か
ら20数m/秒の強風での発電が可能となる。この場
合、タワーのカルマン渦励振による発散振動を起こす共
振風速が十数m/秒となり、この共振風速は上述した発
電風速許容範囲内に入ってしまう。従って、風力発電装
置が上記発電風速範囲内で運転される場合にあっても、
上記共振風速によりタワーが大きく振動してしまう。と
ころが、鋼鉄製のタワー構造体では振動減衰性が劣るた
め、上記ブレードとの共振や上記共振風速による共振に
対してタワーの安全性が確保できなくなる恐れがあると
いう課題があった。
【0006】そこで、本発明はかかる従来の課に鑑みて
成されたもので、タワーを制振装置によって積極的に制
振することによりブレードとの共振や共振風速による発
散振動を抑制して、発電能力の低下を防止するととも
に、タワーの安全性を確保するようにした風力発電装置
を提供することを目的とする。
成されたもので、タワーを制振装置によって積極的に制
振することによりブレードとの共振や共振風速による発
散振動を抑制して、発電能力の低下を防止するととも
に、タワーの安全性を確保するようにした風力発電装置
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の請求項1に示す風力発電装置は、風力によ
って回転するブレードと、該ブレードの回転力を駆動源
とする発電機と、該ブレードを所定高さに支持するタワ
ーと、を備えた風力発電装置において、該タワーに、こ
れの振動を抑制する制振装置を設けたことを特徴とす
る。
めに本発明の請求項1に示す風力発電装置は、風力によ
って回転するブレードと、該ブレードの回転力を駆動源
とする発電機と、該ブレードを所定高さに支持するタワ
ーと、を備えた風力発電装置において、該タワーに、こ
れの振動を抑制する制振装置を設けたことを特徴とす
る。
【0008】この風力発電装置にあっては、タワーの振
動が制振装置によって抑制されるため、風力発電装置が
大型化した場合にもブレードとの共振発生や共振風速に
よってタワーが大きく振動するのを防止できる。従っ
て、ブレードとの共振障害による発電性能の低下を抑制
できるとともに、タワーの安全性を確保することができ
る。また、性能の異なる風力発電装置のタワーを各種設
計する場合にも、制振装置によってタワーの制振を容易
に達成することができるため、それぞれのタワーを個々
に設計する必要が無くなり、タワーの建設費を削減する
とともに、安全性に対しても十分に確保することができ
る。
動が制振装置によって抑制されるため、風力発電装置が
大型化した場合にもブレードとの共振発生や共振風速に
よってタワーが大きく振動するのを防止できる。従っ
て、ブレードとの共振障害による発電性能の低下を抑制
できるとともに、タワーの安全性を確保することができ
る。また、性能の異なる風力発電装置のタワーを各種設
計する場合にも、制振装置によってタワーの制振を容易
に達成することができるため、それぞれのタワーを個々
に設計する必要が無くなり、タワーの建設費を削減する
とともに、安全性に対しても十分に確保することができ
る。
【0009】また、本発明の請求項2に示す風力発電装
置は、上記制振装置を、質量体と、該質量体を揺動自在
に支持し、上記タワーを制振しようとする振動領域で該
質量体が共振するばね力に設定されるばね支承体と、該
質量体と該タワー側との間に設けられて該質量体の移動
に減衰力を付加するダンパー装置と、を備えて構成する
ことが望ましい。
置は、上記制振装置を、質量体と、該質量体を揺動自在
に支持し、上記タワーを制振しようとする振動領域で該
質量体が共振するばね力に設定されるばね支承体と、該
質量体と該タワー側との間に設けられて該質量体の移動
に減衰力を付加するダンパー装置と、を備えて構成する
ことが望ましい。
【0010】この風力発電装置にあっては、質量体をば
ね支承体で支持した振動系では、質量体がタワーを制振
しようとする振動領域で共振し、この質量体の振動でタ
ワーの振動を相殺して制振することができる。従って、
タワーの共振領域で質量体を共振させることにより、ブ
レードとの共振障害や共振風速によるタワーの共振を効
果的に低減することができる。また、振動される質量体
はダンパー装置によりその振動が減衰されていち早く収
束することができる。
ね支承体で支持した振動系では、質量体がタワーを制振
しようとする振動領域で共振し、この質量体の振動でタ
ワーの振動を相殺して制振することができる。従って、
タワーの共振領域で質量体を共振させることにより、ブ
レードとの共振障害や共振風速によるタワーの共振を効
果的に低減することができる。また、振動される質量体
はダンパー装置によりその振動が減衰されていち早く収
束することができる。
【0011】更に、本発明の請求項3に示す風力発電装
置は、上記ダンパー装置を、質量体の下側から突設され
る抵抗体と、上記タワー側に設けられてこれに蓄溜され
る高粘性流体内に該抵抗体が挿入される粘性流体槽と、
これら抵抗体と粘性流体槽との間に設けられ、上記質量
体の所定量の水平移動をもって抵抗体が着座しつつ所定
の摩擦抵抗をもって摺動する着座装置と、を備えて構成
することが望ましい。
置は、上記ダンパー装置を、質量体の下側から突設され
る抵抗体と、上記タワー側に設けられてこれに蓄溜され
る高粘性流体内に該抵抗体が挿入される粘性流体槽と、
これら抵抗体と粘性流体槽との間に設けられ、上記質量
体の所定量の水平移動をもって抵抗体が着座しつつ所定
の摩擦抵抗をもって摺動する着座装置と、を備えて構成
することが望ましい。
【0012】この風力発電装置にあっては、振動による
質量体の移動に伴って抵抗体は粘性流体槽内の高粘性流
体内を移動し、このときの撹拌抵抗により減衰力を得る
ことができるとともに、質量体が更に移動して抵抗体が
着座装置に着座した後は、抵抗体が摺動することにより
発生する摩擦抵抗が加わって更に大きな減衰力を得るこ
とができる。従って、質量体は高粘性流体による撹拌抵
抗、更には着座装置による摩擦抵抗により更に大きな減
衰力を得ることができ、タワーを制振した後に質量体を
より早く収束させることができ、制振装置を迅速に安定
化させることができる。また、抵抗体,粘性流体槽およ
び着座装置からなるダンパー装置は、質量体の下側のス
ペースを有効利用してここに配置できるため、制振装置
の全体的な専有面積を減少してこれを小型化することが
できる。
質量体の移動に伴って抵抗体は粘性流体槽内の高粘性流
体内を移動し、このときの撹拌抵抗により減衰力を得る
ことができるとともに、質量体が更に移動して抵抗体が
着座装置に着座した後は、抵抗体が摺動することにより
発生する摩擦抵抗が加わって更に大きな減衰力を得るこ
とができる。従って、質量体は高粘性流体による撹拌抵
抗、更には着座装置による摩擦抵抗により更に大きな減
衰力を得ることができ、タワーを制振した後に質量体を
より早く収束させることができ、制振装置を迅速に安定
化させることができる。また、抵抗体,粘性流体槽およ
び着座装置からなるダンパー装置は、質量体の下側のス
ペースを有効利用してここに配置できるため、制振装置
の全体的な専有面積を減少してこれを小型化することが
できる。
【0013】さらに、本発明の請求項4に示す風力発電
装置は、上記質量体の移動方向に、当該質量体から適宜
間隔を設けて衝撃緩衝ストッパーを配置することが好ま
しい。
装置は、上記質量体の移動方向に、当該質量体から適宜
間隔を設けて衝撃緩衝ストッパーを配置することが好ま
しい。
【0014】この風力発電装置にあっては、上記質量体
が通常の制振領域を越えて大きく移動した場合には、こ
れが予め設定された許容移動量を移動した時点で衝撃緩
衝ストッパーに衝接して、それ以上の移動を阻止でき
る。このため、質量体のオーバーランにより制振装置が
破壊されるのを防止することができるとともに、作動状
態を見越した制振装置全体の占有スペースを小さくする
ことができる。
が通常の制振領域を越えて大きく移動した場合には、こ
れが予め設定された許容移動量を移動した時点で衝撃緩
衝ストッパーに衝接して、それ以上の移動を阻止でき
る。このため、質量体のオーバーランにより制振装置が
破壊されるのを防止することができるとともに、作動状
態を見越した制振装置全体の占有スペースを小さくする
ことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。図1から図4は本発明の
風力発電装置の一実施形態を示し、図1は風力発電装置
の全体を示す側面図、図2は風力発電装置のブレードの
正面図、図3は風力発電装置に設けられる制振装置の拡
大側面図、図4は同制振装置の拡大平面図である。
面を参照して詳細に説明する。図1から図4は本発明の
風力発電装置の一実施形態を示し、図1は風力発電装置
の全体を示す側面図、図2は風力発電装置のブレードの
正面図、図3は風力発電装置に設けられる制振装置の拡
大側面図、図4は同制振装置の拡大平面図である。
【0016】本発明の風力発電装置10の基本構造は図
1に示すように、風力によって回転するブレード12
と、該ブレード12の回転力を駆動源とする発電機14
と、ブレード12を所定高さに支持するタワー16とを
備えており、タワー16に、これの振動を抑制する制振
装置18を設けて構成される。
1に示すように、風力によって回転するブレード12
と、該ブレード12の回転力を駆動源とする発電機14
と、ブレード12を所定高さに支持するタワー16とを
備えており、タワー16に、これの振動を抑制する制振
装置18を設けて構成される。
【0017】また、制振装置18は図3に示すように、
質量体20と、この質量体20を揺動自在に支持し、タ
ワー16を制振しようとする振動領域で質量体20を共
振するばね力に設定されるばね支承体22と、質量体2
0とタワー16側との間に設けられて質量体20の移動
に減衰力を付加するダンパー装置24と、質量体20の
移動方向に適宜間隔を設けて対向配置される衝撃緩衝ス
トッパー26と、を備えて構成される。
質量体20と、この質量体20を揺動自在に支持し、タ
ワー16を制振しようとする振動領域で質量体20を共
振するばね力に設定されるばね支承体22と、質量体2
0とタワー16側との間に設けられて質量体20の移動
に減衰力を付加するダンパー装置24と、質量体20の
移動方向に適宜間隔を設けて対向配置される衝撃緩衝ス
トッパー26と、を備えて構成される。
【0018】更に、ダンパー装置24は同図に示すよう
に、質量体20の下側から突設される抵抗体28と、タ
ワー16側に設けられてこれに蓄溜される高粘性流体3
0内に抵抗体28を挿入する粘性流体槽32と、これら
抵抗体28と粘性流体槽32との間に設けられ、質量体
20の所定量の水平移動をもって抵抗体28が着座しつ
つ所定の摩擦抵抗をもって摺動する着座装置34と、を
備えて構成される。
に、質量体20の下側から突設される抵抗体28と、タ
ワー16側に設けられてこれに蓄溜される高粘性流体3
0内に抵抗体28を挿入する粘性流体槽32と、これら
抵抗体28と粘性流体槽32との間に設けられ、質量体
20の所定量の水平移動をもって抵抗体28が着座しつ
つ所定の摩擦抵抗をもって摺動する着座装置34と、を
備えて構成される。
【0019】上記ブレード12は、図2に示すように中
心Oに対して周方向に等間隔をもって3枚が設けられ、
各ブレード12は取付け部分で回動可能となる可変ピッ
チ機構を備える。ブレード12の回転は、発電機14内
に組み込まれた減速機を介して発電用ローターに入力さ
れ、このローターの回転によって発電される。ブレード
12は発電機14に一体的に取り付けられ、これら一体
化されたブレード12および発電機14はタワー16に
よって所定高さに支持される。タワー16は鋼板を用い
たS造によって、若干のテーパが付けられた先細りの筒
状として構築され、地面Gに打設された基礎Bから立設
される。
心Oに対して周方向に等間隔をもって3枚が設けられ、
各ブレード12は取付け部分で回動可能となる可変ピッ
チ機構を備える。ブレード12の回転は、発電機14内
に組み込まれた減速機を介して発電用ローターに入力さ
れ、このローターの回転によって発電される。ブレード
12は発電機14に一体的に取り付けられ、これら一体
化されたブレード12および発電機14はタワー16に
よって所定高さに支持される。タワー16は鋼板を用い
たS造によって、若干のテーパが付けられた先細りの筒
状として構築され、地面Gに打設された基礎Bから立設
される。
【0020】本実施形態では、発電機14の発電能力は
500kW、発電風速は2.5m/s〜22.0m/s
に設定され、かつ、可変ピッチ型のブレード12は翼長
が46mとして設定される。また、ブレード12の回転
数は、風速3m/s〜4m/sで45rpm(0.75
Hz)、風速10m以上で90rpm(1.5Hz)と
なり、このときのローター回転数は、風速3m/s〜4
m/sで14rpm(0.25Hz)、風速10m以上
で29rpm(0.5Hz)となる。更に、発電機14
を支持するタワー16の大きさは、高さ34.35m、
外径は底部で2.90m,頂部で2.20mとなり、こ
れの固有振動数は1.05Hzとなる。
500kW、発電風速は2.5m/s〜22.0m/s
に設定され、かつ、可変ピッチ型のブレード12は翼長
が46mとして設定される。また、ブレード12の回転
数は、風速3m/s〜4m/sで45rpm(0.75
Hz)、風速10m以上で90rpm(1.5Hz)と
なり、このときのローター回転数は、風速3m/s〜4
m/sで14rpm(0.25Hz)、風速10m以上
で29rpm(0.5Hz)となる。更に、発電機14
を支持するタワー16の大きさは、高さ34.35m、
外径は底部で2.90m,頂部で2.20mとなり、こ
れの固有振動数は1.05Hzとなる。
【0021】上記制振装置18は、図1に示したように
タワー16の頂部内に設けたステージ36に設置され、
質量体20およびばね支承体22を備えたT. M. D
(Tuned mass damper )として構成される。質量体20
はタワー16を効果的に制振するに必要な重量を備え、
鉄板製またはコンクリート製として形成される。質量体
20は図4に示すように平面形状が正方形に形成され、
その四隅がばね支承体22を介してステージ36に支持
される。ばね支承体22は積層ゴム単体22aを2個直
列配置して構成され、この直列配置によりばね支承体2
2の水平方向のばね力が決定される。即ち、ばね支承体
22のばね力は、このばね支承体22と質量体20とで
構成される振動系が、タワー16を制振しようとする振
動領域、つまり、タワー16の固有振動数で同調するよ
うに設定される。
タワー16の頂部内に設けたステージ36に設置され、
質量体20およびばね支承体22を備えたT. M. D
(Tuned mass damper )として構成される。質量体20
はタワー16を効果的に制振するに必要な重量を備え、
鉄板製またはコンクリート製として形成される。質量体
20は図4に示すように平面形状が正方形に形成され、
その四隅がばね支承体22を介してステージ36に支持
される。ばね支承体22は積層ゴム単体22aを2個直
列配置して構成され、この直列配置によりばね支承体2
2の水平方向のばね力が決定される。即ち、ばね支承体
22のばね力は、このばね支承体22と質量体20とで
構成される振動系が、タワー16を制振しようとする振
動領域、つまり、タワー16の固有振動数で同調するよ
うに設定される。
【0022】上記質量体20の中央部下側とステージ3
6との間にダンパー装置24が設けられ、このダンパー
装置24によって質量体20に移動抵抗、つまり減衰力
が付与される。ダンパー装置24の粘性流体槽32は所
定深さの円形プールとして形成され、この中に高粘性流
体30が充満される。また、高粘性流体30内に挿入さ
れる抵抗体28は円形状の厚鉄板で形成され、この抵抗
体28は質量体20の下側中央部から上下のアジャスタ
機構38を介して垂下され、粘性流体槽32の高粘性流
体30内に挿入される。抵抗体28は質量体20が中立
状態にあるときに粘性流体槽32の中心部に位置するよ
うになっている。本実施形態では高粘性流体30として
100万ストークス高粘性シリコーンが用いられ、これ
の最適同調減衰定数はh=C/CC =0.15として設
定される。
6との間にダンパー装置24が設けられ、このダンパー
装置24によって質量体20に移動抵抗、つまり減衰力
が付与される。ダンパー装置24の粘性流体槽32は所
定深さの円形プールとして形成され、この中に高粘性流
体30が充満される。また、高粘性流体30内に挿入さ
れる抵抗体28は円形状の厚鉄板で形成され、この抵抗
体28は質量体20の下側中央部から上下のアジャスタ
機構38を介して垂下され、粘性流体槽32の高粘性流
体30内に挿入される。抵抗体28は質量体20が中立
状態にあるときに粘性流体槽32の中心部に位置するよ
うになっている。本実施形態では高粘性流体30として
100万ストークス高粘性シリコーンが用いられ、これ
の最適同調減衰定数はh=C/CC =0.15として設
定される。
【0023】アジャスタ機構38は調整ハンドル38a
を備え、これを回転することにより抵抗体28と粘性流
体槽32の底面32aとの間の隙間が微調整されるよう
になっており、これら抵抗体28と粘性流体槽32の底
面32aとの間で着座装置34が構成される。つまり、
この着座装置34は質量体20が水平移動されると、ば
ね支承体22の座屈を伴って質量体20の沈み込みが生
ずる。従って、上記隙間δを適宜調整(約3mm)して
おくことにより、質量体20が所定量移動した時点で抵
抗体28が粘性流体槽32の底面32aに着座される。
そして、この着座時点から更に質量体20が移動する場
合は、抵抗体28は底面32aとの間で摩擦抵抗を発生
しつつ移動することになる。
を備え、これを回転することにより抵抗体28と粘性流
体槽32の底面32aとの間の隙間が微調整されるよう
になっており、これら抵抗体28と粘性流体槽32の底
面32aとの間で着座装置34が構成される。つまり、
この着座装置34は質量体20が水平移動されると、ば
ね支承体22の座屈を伴って質量体20の沈み込みが生
ずる。従って、上記隙間δを適宜調整(約3mm)して
おくことにより、質量体20が所定量移動した時点で抵
抗体28が粘性流体槽32の底面32aに着座される。
そして、この着座時点から更に質量体20が移動する場
合は、抵抗体28は底面32aとの間で摩擦抵抗を発生
しつつ移動することになる。
【0024】上記衝撃緩衝ストッパー26は、図3に示
すようにステージ36から質量体20の下部に重合する
高さをもって立設される支柱26aと、この支柱26a
の上端部の質量体20との対向面に装着されるゴムなど
の緩衝材26bとで構成される。衝撃緩衝ストッパー2
6は図4に示すように、同図中左右方向(X方向)には
所定間隔S1 を設けて質量体20の中央部に対向するよ
うに1対が設けられるとともに、同図中上下方向(Y方
向)には所定間隔S2 を設けて質量体20の両側部にそ
れぞれ対向するように2対が設けられる。衝撃緩衝スト
ッパー26が数多く設けられるY方向は、ブレード12
で受ける風圧による影響を考慮してこれの回転軸方向と
一致させておく。
すようにステージ36から質量体20の下部に重合する
高さをもって立設される支柱26aと、この支柱26a
の上端部の質量体20との対向面に装着されるゴムなど
の緩衝材26bとで構成される。衝撃緩衝ストッパー2
6は図4に示すように、同図中左右方向(X方向)には
所定間隔S1 を設けて質量体20の中央部に対向するよ
うに1対が設けられるとともに、同図中上下方向(Y方
向)には所定間隔S2 を設けて質量体20の両側部にそ
れぞれ対向するように2対が設けられる。衝撃緩衝スト
ッパー26が数多く設けられるY方向は、ブレード12
で受ける風圧による影響を考慮してこれの回転軸方向と
一致させておく。
【0025】以上の構成になる本実施形態の風力発電装
置10にあっては、設定された2.5m/s〜22.0
m/sの発電風速で、ブレード12の回転が変速機を介
して発電機14に入力されることにより発電される。
尚、本実施形態では22.0m/sを越える風速ではカ
ットオフされてブレード12が空回りし、発電が停止さ
れる。
置10にあっては、設定された2.5m/s〜22.0
m/sの発電風速で、ブレード12の回転が変速機を介
して発電機14に入力されることにより発電される。
尚、本実施形態では22.0m/sを越える風速ではカ
ットオフされてブレード12が空回りし、発電が停止さ
れる。
【0026】ここで、発電風速中の通常運転時に、本実
施形態のように翼長が45mとなる大型のブレード12
では、その回転による振動数の範囲(0.75Hz〜
1.5Hz)にタワー16の固有振動数(1.05H
z)が含まれることによる共振現象があり、また、カル
マン渦励振による共振風速を原因とするタワー16の共
振現象がある。即ち、本実施形態ではタワー16の固有
振動数が一次周期で1.05Hzとなるため、上記共振
風速は14.6m/sとなり、上述した通常の発電風速
(2.5m/s〜22.0m/s)に含まれることにな
る。
施形態のように翼長が45mとなる大型のブレード12
では、その回転による振動数の範囲(0.75Hz〜
1.5Hz)にタワー16の固有振動数(1.05H
z)が含まれることによる共振現象があり、また、カル
マン渦励振による共振風速を原因とするタワー16の共
振現象がある。即ち、本実施形態ではタワー16の固有
振動数が一次周期で1.05Hzとなるため、上記共振
風速は14.6m/sとなり、上述した通常の発電風速
(2.5m/s〜22.0m/s)に含まれることにな
る。
【0027】ここで、本実施形態ではタワー16に制振
装置18が設けられるため、上述したようにタワー16
がブレード12の回転による振動数と共振した場合、ま
た、共振風速により発散振動してタワー16の振幅が大
きくなると、制振装置18が作動する。つまり、制振装
置18は質量体20とばね支承体22とで構成される振
動系がタワー16に共振して、質量体20はタワー16
の変位を相殺して振動を抑える方向に移動する。このこ
とによりタワー16の振動を効果的に制振することがで
きる。
装置18が設けられるため、上述したようにタワー16
がブレード12の回転による振動数と共振した場合、ま
た、共振風速により発散振動してタワー16の振幅が大
きくなると、制振装置18が作動する。つまり、制振装
置18は質量体20とばね支承体22とで構成される振
動系がタワー16に共振して、質量体20はタワー16
の変位を相殺して振動を抑える方向に移動する。このこ
とによりタワー16の振動を効果的に制振することがで
きる。
【0028】また、質量体20の移動に伴ってダンパー
装置24が作動するが、質量体20の移動量が着座装置
34の作動を伴わない範囲、つまり、隙間δを約3mm
に設定した抵抗体28が粘性流体槽32の底面32aに
着座しない範囲では、抵抗体28が粘性流体槽32の高
粘性流体30内を移動する際の撹拌抵抗のみが発生さ
れ、この撹拌抵抗が減衰力となって質量体20の振動を
減衰して、タワー16を制振した後にダンパー装置24
を迅速に安定化させることができる。
装置24が作動するが、質量体20の移動量が着座装置
34の作動を伴わない範囲、つまり、隙間δを約3mm
に設定した抵抗体28が粘性流体槽32の底面32aに
着座しない範囲では、抵抗体28が粘性流体槽32の高
粘性流体30内を移動する際の撹拌抵抗のみが発生さ
れ、この撹拌抵抗が減衰力となって質量体20の振動を
減衰して、タワー16を制振した後にダンパー装置24
を迅速に安定化させることができる。
【0029】一方、発電風速を越える強風時には、タワ
ー16の変形量が増大されることから質量体20の移動
量が更に大きくなる。このように質量体20が大きく移
動(本実施形態では水平変位が約50mm程度以上)さ
れると、ばね支承体22は座屈し始めて質量体20は沈
み込みが始まる。この沈み込みが隙間δ分に達すると、
抵抗体28は粘性流体槽32の底面32aに着座して質
量体20の荷重を支持するとともに、この着座状態で抵
抗体28は底面32a上を摺動し、このときに発生する
摩擦抵抗が上記撹拌抵抗に加わって大きな減衰力を発生
する。従って、質量体20の大きな移動に対して大きな
減衰力を発生させることができるため、タワー16が大
きく揺動された場合にも、これを制振しつつダンパー装
置24を迅速に安定化させることができる。
ー16の変形量が増大されることから質量体20の移動
量が更に大きくなる。このように質量体20が大きく移
動(本実施形態では水平変位が約50mm程度以上)さ
れると、ばね支承体22は座屈し始めて質量体20は沈
み込みが始まる。この沈み込みが隙間δ分に達すると、
抵抗体28は粘性流体槽32の底面32aに着座して質
量体20の荷重を支持するとともに、この着座状態で抵
抗体28は底面32a上を摺動し、このときに発生する
摩擦抵抗が上記撹拌抵抗に加わって大きな減衰力を発生
する。従って、質量体20の大きな移動に対して大きな
減衰力を発生させることができるため、タワー16が大
きく揺動された場合にも、これを制振しつつダンパー装
置24を迅速に安定化させることができる。
【0030】このように抵抗体28が底面32aに着座
して着座装置34が作動する際には、これら抵抗体28
と底面32aとの間の摺動による摩擦抵抗を十分に大き
くして、タワー16に対して質量体20は単に重量作用
を及ぼすのみに設定する。即ち、このように摩擦抵抗を
大きくすることにより、質量体20が過剰移動して制振
装置18が暴走するのを防止できる。また、質量体20
は予期しないタワー16の過大振動により、質量体20
が許容量を越えてオーバーランしようとした場合には、
衝撃緩衝ストッパー26により質量体20の移動を確実
に阻止し、制振装置18が破壊されるのを防止すること
ができる。
して着座装置34が作動する際には、これら抵抗体28
と底面32aとの間の摺動による摩擦抵抗を十分に大き
くして、タワー16に対して質量体20は単に重量作用
を及ぼすのみに設定する。即ち、このように摩擦抵抗を
大きくすることにより、質量体20が過剰移動して制振
装置18が暴走するのを防止できる。また、質量体20
は予期しないタワー16の過大振動により、質量体20
が許容量を越えてオーバーランしようとした場合には、
衝撃緩衝ストッパー26により質量体20の移動を確実
に阻止し、制振装置18が破壊されるのを防止すること
ができる。
【0031】このように、本実施形態では風力発電装置
10が大型化した場合にも、タワー16の振動が制振装
置18によって抑制されるため、ブレード12との共振
発生や共振風速によってもタワー16が大きく振動する
のを防止できる。従って、ブレード12との共振障害に
よる発電性能の低下を抑制できるとともに、タワー16
の安全性を確保することができる。また、このように制
振装置18によってタワー16の制振を容易に達成する
ことができるため、性能の異なる風力発電装置10のタ
ワー16を各種設計する場合にも、それぞれのタワー1
6を個々に設計する必要が無くなり、タワー16の建設
費を削減するとともに、安全性に対しても十分に確保す
ることができる。
10が大型化した場合にも、タワー16の振動が制振装
置18によって抑制されるため、ブレード12との共振
発生や共振風速によってもタワー16が大きく振動する
のを防止できる。従って、ブレード12との共振障害に
よる発電性能の低下を抑制できるとともに、タワー16
の安全性を確保することができる。また、このように制
振装置18によってタワー16の制振を容易に達成する
ことができるため、性能の異なる風力発電装置10のタ
ワー16を各種設計する場合にも、それぞれのタワー1
6を個々に設計する必要が無くなり、タワー16の建設
費を削減するとともに、安全性に対しても十分に確保す
ることができる。
【0032】更に、制振装置18に衝撃緩衝ストッパー
26を設けたことにより、質量体20のオーバーランを
防止して制振装置18が破壊されるのを防止することが
できるとともに、作動状態を見越した制振装置18全体
の占有スペースを小さくすることができる。更にまた、
抵抗体28,粘性流体槽32および着座装置34からな
るダンパー装置24は、質量体20の下側に設けられる
スペースを有効利用してここに配置できるため、制振装
置18の全体的な専有面積を減少してこれを小型化する
ことができる。また、性能の異なる風力発電装置10の
タワー16を各種設計する場合にも、制振装置18によ
ってタワー16を容易に制振することができるため、そ
れぞれのタワー16を個々に設計する必要が無くなって
タワー16の共用化を可能とし、タワー16の建設費を
削減するとともに、安全性に対しても十分に確保するこ
とができる。
26を設けたことにより、質量体20のオーバーランを
防止して制振装置18が破壊されるのを防止することが
できるとともに、作動状態を見越した制振装置18全体
の占有スペースを小さくすることができる。更にまた、
抵抗体28,粘性流体槽32および着座装置34からな
るダンパー装置24は、質量体20の下側に設けられる
スペースを有効利用してここに配置できるため、制振装
置18の全体的な専有面積を減少してこれを小型化する
ことができる。また、性能の異なる風力発電装置10の
タワー16を各種設計する場合にも、制振装置18によ
ってタワー16を容易に制振することができるため、そ
れぞれのタワー16を個々に設計する必要が無くなって
タワー16の共用化を可能とし、タワー16の建設費を
削減するとともに、安全性に対しても十分に確保するこ
とができる。
【0033】ところで、本実施形態の風力発電機10に
あっては、タワー16を先細りの筒状に形成した場合を
開示したが、このタワー16構造は特に筒状に限定され
るものではなく、例えば、ラーメン構造やトラス構造に
よって塔状に形成することもできる。また、ブレード1
2は可変ピッチ式とすることなく、固定式としたものに
あっても良く、要するに、本発明はタワー16に制振装
置18を設けて積極的にタワー16を制振するもので、
各種風力発電機10に本発明を適用することができる。
あっては、タワー16を先細りの筒状に形成した場合を
開示したが、このタワー16構造は特に筒状に限定され
るものではなく、例えば、ラーメン構造やトラス構造に
よって塔状に形成することもできる。また、ブレード1
2は可変ピッチ式とすることなく、固定式としたものに
あっても良く、要するに、本発明はタワー16に制振装
置18を設けて積極的にタワー16を制振するもので、
各種風力発電機10に本発明を適用することができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
示す風力発電機にあっては、タワーの振動が制振装置に
よって抑制されるため、風力発電装置が大型化した場合
にもブレードとの共振発生や共振風速によってタワーが
大きく振動するのを防止し、発電性能の低下を抑制でき
るとともに、タワーの安全性を確保することができる。
また、性能の異なる風力発電装置のタワーを各種設計す
る場合にも、制振装置によってタワーの制振を容易に達
成することができるため、それぞれのタワーを個々に設
計する必要が無くなり、タワーの建設費を削減するとと
もに、安全性に対しても十分に確保することができる。
示す風力発電機にあっては、タワーの振動が制振装置に
よって抑制されるため、風力発電装置が大型化した場合
にもブレードとの共振発生や共振風速によってタワーが
大きく振動するのを防止し、発電性能の低下を抑制でき
るとともに、タワーの安全性を確保することができる。
また、性能の異なる風力発電装置のタワーを各種設計す
る場合にも、制振装置によってタワーの制振を容易に達
成することができるため、それぞれのタワーを個々に設
計する必要が無くなり、タワーの建設費を削減するとと
もに、安全性に対しても十分に確保することができる。
【0035】また、本発明の請求項2に示す風力発電装
置にあっては、質量体をばね支承体で支持した振動系
が、タワーを制振しようとする振動領域で同調するよう
にしたので、質量体の振動でタワーの振動を相殺して制
振することができる。従って、タワーの共振領域で質量
体を共振させることにより、ブレードとの共振障害や共
振風速によるタワーの共振を効果的に低減することがで
きる。また、ダンパー装置を設けたので、振動される質
量体はその振動が減衰されていち早く収束させることが
できる。
置にあっては、質量体をばね支承体で支持した振動系
が、タワーを制振しようとする振動領域で同調するよう
にしたので、質量体の振動でタワーの振動を相殺して制
振することができる。従って、タワーの共振領域で質量
体を共振させることにより、ブレードとの共振障害や共
振風速によるタワーの共振を効果的に低減することがで
きる。また、ダンパー装置を設けたので、振動される質
量体はその振動が減衰されていち早く収束させることが
できる。
【0036】更に、本発明の請求項3に示す風力発電装
置にあっては、振動による質量体の移動に伴って抵抗体
は粘性流体槽内の高粘性流体内を移動するようにしたの
で、このときの撹拌抵抗により減衰力を得ることができ
る。また、着座装置を設けたので、質量体は高粘性流体
による撹拌抵抗、更には着座装置による摩擦抵抗により
更に大きな減衰力を得ることができ、タワーを制振した
後に質量体をより早く収束させることができ、制振装置
を迅速に安定化させることができる。また、抵抗体,粘
性流体槽および着座装置からなるダンパー装置は、質量
体の下側のスペースを有効利用してここに配置できるた
め、制振装置の全体的な専有面積を減少してこれを小型
化することができる。
置にあっては、振動による質量体の移動に伴って抵抗体
は粘性流体槽内の高粘性流体内を移動するようにしたの
で、このときの撹拌抵抗により減衰力を得ることができ
る。また、着座装置を設けたので、質量体は高粘性流体
による撹拌抵抗、更には着座装置による摩擦抵抗により
更に大きな減衰力を得ることができ、タワーを制振した
後に質量体をより早く収束させることができ、制振装置
を迅速に安定化させることができる。また、抵抗体,粘
性流体槽および着座装置からなるダンパー装置は、質量
体の下側のスペースを有効利用してここに配置できるた
め、制振装置の全体的な専有面積を減少してこれを小型
化することができる。
【0037】更に、本発明の請求項4に示す風力発電装
置にあっては、上記質量体が通常の制振領域を越えて大
きく移動した場合には、これが予め設定された許容移動
量を移動した時点で衝撃緩衝ストッパーに衝接して、そ
れ以上の移動を阻止できる。このため、質量体のオーバ
ーランにより制振装置が破壊されるのを防止することが
できるとともに、作動状態を見越した制振装置全体の占
有スペースを小さくすることができる。
置にあっては、上記質量体が通常の制振領域を越えて大
きく移動した場合には、これが予め設定された許容移動
量を移動した時点で衝撃緩衝ストッパーに衝接して、そ
れ以上の移動を阻止できる。このため、質量体のオーバ
ーランにより制振装置が破壊されるのを防止することが
できるとともに、作動状態を見越した制振装置全体の占
有スペースを小さくすることができる。
【図1】本発明の一実施形態を示す風力発電装置の全体
側面図である。
側面図である。
【図2】本発明の一実施形態を示す風力発電装置のブレ
ードの正面図である。
ードの正面図である。
【図3】本発明の一実施形態を示す風力発電装置に設け
られる制振装置の拡大側面図である。
られる制振装置の拡大側面図である。
【図4】本発明の一実施形態を示す風力発電装置に設け
られる制振装置の拡大平面図である。
られる制振装置の拡大平面図である。
10 風力発電装置 12 ブレード 14 発電機 16 タワー 18 制振装置 20 質量体 22 ばね支承体 24 ダンパー装置 26 衝撃緩衝ストッパー 28 抵抗体 30 高粘性流体 32 粘性流体槽 34 着座装置
フロントページの続き (72)発明者 水野 勉 東京都港区西新橋3丁目21番8号 岩谷産 業株式会社内 Fターム(参考) 3H078 AA02 AA26 BB15 CC22 CC47
Claims (4)
- 【請求項1】 風力によって回転するブレードと、該ブ
レードの回転力を駆動源とする発電機と、該ブレードを
所定高さに支持するタワーと、を備えた風力発電装置に
おいて、 該タワーに、これの振動を抑制する制振装置を設けたこ
とを特徴とする制振機能を備えた風力発電装置。 - 【請求項2】 上記制振装置は、質量体と、該質量体を
揺動自在に支持し、上記タワーを制振しようとする振動
領域で該質量体が共振するばね力に設定されるばね支承
体と、該質量体と該タワー側との間に設けられて該質量
体の移動に減衰力を付加するダンパー装置と、を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の制振機能を備えた風
力発電装置。 - 【請求項3】 上記ダンパー装置は、質量体の下側から
突設される抵抗体と、上記タワー側に設けられてこれに
蓄溜される高粘性流体内に該抵抗体が挿入される粘性流
体槽と、これら抵抗体と粘性流体槽との間に設けられ、
上記質量体の所定量の水平移動をもって抵抗体が着座し
つつ所定の摩擦抵抗をもって摺動する着座装置と、を備
えたことを特徴とする請求項2に記載の制振機能を備え
た風力発電装置。 - 【請求項4】 上記質量体の移動方向には、当該質量体
から適宜間隔を設けて衝撃緩衝ストッパーが配置される
ことを特徴とする請求項2または3に記載の制振機能を
備えた風力発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11008049A JP2000205108A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 制振機能を備えた風力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11008049A JP2000205108A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 制振機能を備えた風力発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205108A true JP2000205108A (ja) | 2000-07-25 |
Family
ID=11682490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11008049A Pending JP2000205108A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 制振機能を備えた風力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000205108A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006207502A (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Kajima Corp | 風力発電装置の建設方法及び建設装置 |
| US7400055B2 (en) | 2006-02-01 | 2008-07-15 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Wind turbine generator |
| JP2009114977A (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-28 | Shinko Electric Co Ltd | 風力発電装置 |
| US20090148289A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Thomas Edenfeld | Active damper against generator base frame vibrations |
| JP2009150319A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Sinfonia Technology Co Ltd | 風車用制振装置、風車装置 |
| JP2011007122A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Fuji Heavy Ind Ltd | 水平軸風車 |
| CN101571108B (zh) * | 2009-06-09 | 2011-07-27 | 西安工业大学 | 风力发电机二维振动开关装置 |
| US8123484B2 (en) | 2011-02-04 | 2012-02-28 | Vestas Wind Systems A/S | Torsional dynamic damper for a wind turbine and method of using same |
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| JP2024013973A (ja) * | 2022-07-21 | 2024-02-01 | 五洋建設株式会社 | 塔状構造物の制震構造及び制震構造付き塔状構造物の構築方法 |
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-
1999
- 1999-01-14 JP JP11008049A patent/JP2000205108A/ja active Pending
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| KR20130086308A (ko) * | 2012-01-24 | 2013-08-01 | 독쿄키키 가부시키가이샤 | 제진장치를 갖춘 풍력 발전 장치 및 타워상 건조물의 제진장치 |
| JP2013151883A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Tokkyokiki Corp | 制振装置を備えた風力発電装置及びタワー状建造物の制振装置 |
| KR101952663B1 (ko) * | 2012-01-24 | 2019-02-27 | 독쿄키키 가부시키가이샤 | 제진장치를 갖춘 풍력 발전 장치 및 타워상 건조물의 제진장치 |
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