JP6376772B2 - 切替ユニット、油圧機械及び発電装置 - Google Patents

Description

本開示は、油圧機械に用いられ圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるための切替ユニットに関する。

従来、油圧ポンプや油圧モータ等によって構成される油圧機械において、油圧制御を行うためにスプールバルブが用いられる場合がある。
特許文献１では、ベーンポンプの吐出量を調節するためのコントロールバルブとして、スプールバルブが用いられている。このスプールバルブにおけるスプールの一端側受圧面はバネ付勢されており、その一端側受圧面に作用するバネの付勢力と油圧による力の合計と、スプールの他端側受圧面に作用する油圧による力との大小関係がベーンポンプの回転数に応じて切り替わることで、スプールが軸方向に移動するよう構成されている。

特開２０１０−１６８８９９号公報

上述の特許文献１においては、スプールの一端側のバルブ高圧室は可変ダンパーオリフィスを介してベーンポンプの吐出ポートに接続されており、スプールの他端側のバルブ中圧室はメータリングオリフィスを介してベーンポンプの吐出ポートに接続されている。そのため、スプールの一端側受圧面（高圧室側受圧面）に作用する油圧と他端側受圧面（中圧室側受圧面）に作用する油圧とは、各オリフィスによる圧力損失を利用して互いに異なる油圧に制御されており、スプールを作動させるために比較的複雑な油圧回路を用いている。

本発明の幾つかの実施形態は、スプールの各受圧面に作用する油圧の少なくとも一部を共通化した簡易な構成で切り替え可能なスプールバルブを有する切替ユニットを提供することを目的としている。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係る切替ユニットは、
圧力切替対象チャンバーと、高圧油ラインと、低圧油ラインとを備える油圧機械に用いられ、圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるための切替ユニットであって、
第１チャンバーと、
第２チャンバーと、
前記第１チャンバーの油圧を受けるよう形成された第１受圧面と、前記第２チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第１受圧面よりも面積が小さい第２受圧面と、を有するスプールと、
を含むスプールバルブを備え、
前記スプールバルブは、前記第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力よりも大きい圧力Ｐ_２に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ_２よりも小さい圧力Ｐ_１と前記圧力Ｐ_２とで切り替えることにより、前記スプールを移動させて前記圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるよう構成される。

上記（１）に記載の切替ユニットによれば、第１スプールの第２受圧面の面積が第１受圧面の面積よりも小さいため、第１受圧面と第２受圧面のそれぞれに圧力Ｐ_２を作用させた場合、第１受圧面が受ける力は第２受圧面が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面に圧力Ｐ_２を作用させた状態で第１受圧面に圧力Ｐ_２よりも小さい圧力Ｐ_１を作用させた場合、圧力Ｐ_１を適切に設定すれば第１受圧面が受ける力を第２受圧面が受ける力よりも小さくすることができる。したがって、第２チャンバーの油圧を圧力Ｐ_２に維持しながら第１チャンバーの油圧を圧力Ｐ_２よりも小さい圧力Ｐ_１と圧力Ｐ_２とで切り替えれば、第１受圧面に作用する油圧のうち１つと第２受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、圧力切替対象チャンバーの油圧を切り替えることができる。また、第１受圧面と第２受圧面とに作用する共通圧力Ｐ_２を低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、スプールの移動及びそれにともなう圧力切替対象チャンバーの油圧切り替えを高速化することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の切替ユニットにおいて、
前記スプールバルブは、前記圧力Ｐ_１を有する第１油圧ラインに連通する低圧ポートと、前記圧力Ｐ_２を有する第２油圧ラインに連通する高圧ポートと、圧力切替対象チャンバーに連通する出力ポートとを備えており、前記出力ポートに連通するポートを前記高圧ポートと前記低圧ポートとで切り換えることにより、前記圧力切替対象チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ_１と前記圧力Ｐ_２とで切り替えるよう構成される。

上記（２）に記載の切替ユニットによれば、スプールを移動させるための圧力（Ｐ_１及びＰ_２）と圧力切替対象チャンバーにおいて切り替えられる圧力（Ｐ_１及びＰ_２）とが共通化され、簡易な構成で圧力切替対象チャンバーの圧力を切り換えることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の切替ユニットにおいて、
前記第１油圧ラインは前記低圧油ライン又は前記油圧機械が備えるドレインラインであり、
前記第２油圧ラインは前記高圧油ラインである。

上記（３）に記載の切替ユニットによれば、第１受圧面及び第２受圧面に作用する圧力として、油圧機械が本来的に備える低圧油ライン又はドレインラインの圧力と高圧油ラインの圧力とを利用した簡易な構成によって、油圧切替対象チャンバーの油圧を切り替えることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の切替ユニットにおいて、
前記第１チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ１と前記圧力Ｐ２とで切り替えるための２ポートソレノイドバルブを備える。

スプールバルブにおいて油圧（パイロット圧）によってスプールを移動させる場合、スプールの一端面に作用させる圧力と他端面に作用させる圧力とを３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブを用いてそれぞれ変化させる構成が考えられる。３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブにおいては、ポート間においてランド部が摺動する仕切り長に応じてストロークが大きくなりやすく、応答性の向上が困難である。
これに対し、上記（１）に記載の切替ユニットでは、２ポートソレノイドバルブの開閉によって第１チャンバーの油圧のみを切り替えることでスプールを移動させることができる。これにより、３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブを用いてスプールを移動させる上記構成と比較して、ソレノイドバルブの切替に要するストローク（弁体を含む可動部分のストローク）を容易に小さくすることができる。したがって、ソレノイドバルブの応答性向上とそれにともなう油圧切替対象チャンバーの油圧切替の高速化を実現することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の切替ユニットにおいて、
前記２ポートソレノイドバルブは、弁座及び該弁座に対して垂直方向に移動するポペットを備え、前記ポペットの移動に伴う当該２ポートソレノイドバルブの開閉によって、前記第１チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ１と前記圧力Ｐ２とで切り替えるように構成される。

上記（５）に記載の切替ユニットによれば、２ポートソレノイドバルブの開閉を弁座に対するポペットの垂直方向の移動により行うため、ソレノイドバルブの弁体を含む可動部分のストロークを更に小さくすることができる。これにより、ソレノイドバルブの応答性を更に向上し、油圧切替対象チャンバーの油圧切替を更に高速化することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の切替ユニットにおいて、
前記スプールバルブは、前記高圧ポートと前記第１チャンバーとを連通するための第１流路部と、前記高圧ポートと前記第２チャンバーを連通するための第２流路部とを有し、
前記第１流路部には絞り部が設けられている。

上記（６）に記載の切替ユニットによれば、高圧ポートと第１チャンバーとを連通するための第１流路部に絞り部が設けられているため、高圧ポートと第１チャンバーとの間に圧力差が生じた場合、絞り部の流路面積に応じた流量の高圧油を高圧ポートから第１チャンバーに供給することができる。したがって、絞り部の流路面積を適切に設定すれば、簡易な構成で第１チャンバーの油圧切替タイミングを調節することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の切替ユニットにおいて、
前記第１流路部と前記第２流路部とは前記スプールの内部に設けられ、前記高圧ポートに連通する流路から分岐して前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとにそれぞれ接続される。

上記（７）に記載の切替ユニットによれば、高圧ポート、第１チャンバー及び第２チャンバーの連通状態を簡易な流路構成で実現することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（４）〜（７）のいずれか１項に記載の切替ユニットにおいて、
前記切替ユニットは、前記油圧機械が備えるドレインライン又は前記低圧油ラインへ前記第１チャンバー内の高圧油を排出するための排出ポートを備え、
前記２ポートソレノイドバルブは前記第１チャンバーと前記排出ポートとの間の流路に設けられ、
前記排出ポートの油圧は前記圧力Ｐ_１であり、
前記スプールバルブは、
前記２ポートソレノイドバルブが開放されると前記第１チャンバー内の高圧油が前記排出ポートから排出されることで前記第１チャンバーの油圧が前記圧力Ｐ_２から前記圧力Ｐ_１に向けて低下し、
前記２ポートソレノイドバルブが閉鎖されると前記絞り部から前記第１チャンバーへ流入した高圧油によって前記第１チャンバーの油圧が前記圧力Ｐ_１から前記圧力Ｐ_２に向けて上昇するよう構成される。

上記（８）に記載の切替ユニットによれば、簡易な構成を用いて２ポートソレノイドバルブの開閉動作のみによって第１チャンバーの油圧を高速で切り替えることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（４）〜（８）のいずれか１項に記載の切替ユニットにおいて、
前記２ポートソレノイドバルブが備えるソレノイドコイルへの通電を開始してから前記スプールの移動が完了するまでの時間をＡ、前記ソレノイドコイルへの通電を停止してから前記スプールの移動が完了するまでの時間をＢとすると、
０．７≦Ａ／Ｂ≦１．３
を満たすよう構成される。

上記（９）に記載の切替ユニットによれば、圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替える間隔を均等にすることが可能となる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の切替ユニットにおいて、
前記第１受圧面の面積をＳ１、前記第２受圧面の面積をＳ２とすると、
前記スプールバルブは、

を満たすよう構成される。

上記（１０）に記載の切替ユニットによれば、スプールが第１チャンバーの油圧によって受ける力と第２チャンバーの油圧によって受ける力との合力の大きさが、第１受圧面に圧力Ｐ_１を作用させた時と圧力Ｐ_２を作用させた時とで略等しくなる（該合力の向きは逆である）。これにより、第１チャンバーの油圧をＰ_１からＰ_２に切り替える場合とＰ_２からＰ_１に切り替える場合とでスプールの応答性を略同等にすることができる。

（１１）幾つかの実施形態に係る油圧機械は、
圧力切替対象チャンバーと、高圧油ラインと、低圧油ラインと、圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるための切替ユニットと、を有する油圧機械であって、
前記切替ユニットが上記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の切替ユニットである。

上記（１１）に記載の油圧機械によれば、第１受圧面に作用する油圧のうち１つと第２受圧面に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、圧力切替対象チャンバーの油圧を切り替えることができる。また、第１受圧面と第２受圧面とに作用する共通圧力Ｐ_２を低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、スプールの移動及びそれにともなう圧力切替対象チャンバーの油圧切り替えを高速化することができる。

（１２）幾つかの実施形態に係る発電装置は、再生可能エネルギーから電力を生成するための発電装置であって、
再生可能エネルギーを利用して回転するように構成された主軸と、
前記主軸の回転によって駆動されるよう構成された油圧機械と、
前記油圧機械によって駆動されるよう構成された発電機と、を備え、
前記油圧機械が上記（１１）に記載の油圧機械である。

上記（１１）に記載の油圧機械は簡易な構成によって油圧切替対象チャンバーの油圧を高速で切り替え可能であるため、高速回転を行う発電機の駆動に好適に用いることができる。したがって、上記（１２）に記載の発電装置によれば、簡易な構成の油圧機械を好適に用いて再生可能エネルギーから電力を生成することができる。

（１３）幾つかの実施形態に係る発電装置は、
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で受けた再生可能エネルギーによって回転するよう構成された主軸と、
前記主軸の回転によって駆動されるよう構成された油圧機械と、
前記油圧機械によって駆動されるよう構成された発電機と、を備え、
前記油圧機械が上記（１１）に記載の油圧機械である。

上記（１１）に記載の油圧機械は簡易な構成によって油圧切替対象チャンバーの油圧を高速で切り替え可能であるため、高速回転を行う発電機の駆動に好適に用いることができる。したがって、上記（１３）に記載の発電装置によれば、簡易な構成の油圧機械を好適に用いてブレードで受けた再生可能エネルギーから電力を生成することができる。

（１４）幾つかの実施形態に係る発電装置は、上記（１３）に記載の発電装置であって、前記再生可能エネルギーは風力エネルギーである。

上記（１４）に記載の発電装置によれば、簡易な構成の油圧機械を好適に用いて風力エネルギーから電力を生成することができる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、スプールの各受圧面に作用する油圧の少なくとも一部を共通化した簡易な構成で、スプールバルブの切り替えを行うことができる。また、各受圧面に作用する共通の圧力を低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、スプールの移動及びそれにともなう圧力切替対象チャンバーの油圧切り替えを高速化することができる。

幾つかの実施形態に係る風力発電装置の構成を示す概略図である。 幾つかの実施形態に係る油圧モータの構成を示す概略図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の油圧回路図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 （Ａ）は幾つかの実施形態に係る第１スプールの概略斜視図であり、（Ｂ）は、幾つかの実施形態に係るスリーブの概略斜視図である。 （Ａ）は第１エンドウォールの概略斜視図であり、（Ｂ）は第２エンドウォールの概略斜視図である。 幾つかの実施形態に係る切替バルブの概略断面図である。 幾つかの実施形態に係る切替バルブの概略断面図である。 （ａ）は、２ポートソレノイドバルブが閉じた状態から開いた状態へ移行する際の、切替バルブの各部の動作フローを説明するための図であり、（ｂ）は、２ポートソレノイドバルブが開いた状態から閉じた状態へ移行する際の、切替バルブの各部の動作フローを説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の油圧回路図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の油圧回路図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。 幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体の概略断面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、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、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下の実施形態では、本発明の幾つかの実施形態に係る発電装置について、再生可能エネルギーとしての風力エネルギーから電力を生成する風力発電装置を例に挙げて説明する。ただし、発電装置としては、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー発電装置にも適用可能である。

（風力発電装置）
図１は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置の概略図である。図１に示す風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４で構成されるロータ３を備える。ロータ３及びロータ３に連結された回転シャフト６（主軸）は、ブレード２で受けた風力エネルギーによって回転するよう構成される。

図１に示す風力発電装置のロータ３には、回転シャフト６を介して油圧ポンプ８が連結される。油圧ポンプ８には、低圧油ライン１４及び高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０が接続される。具体的には、油圧ポンプ８の出口が高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０の入口に接続され、油圧ポンプ８の入口が低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０の出口に接続される。油圧ポンプ８は、回転シャフト６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８で生成された圧油は高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１０の出口と油圧ポンプ８の入口との間に設けられた低圧油ライン１４を経由して、油圧ポンプ８に再び戻される。

油圧モータ１０には発電機１６が連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。

なお、回転シャフト６の少なくとも一部は、タワー１９上に設置されたナセル１８によって覆われている。一実施形態では、油圧ポンプ８、油圧モータ１０及び発電機１６は、ナセル１８の内部に設置される。

図１に示す風力発電装置１では、ロータ３の回転エネルギーは、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０を含む油圧機械としての油圧トランスミッション６４を介して発電機１６に入力され、発電機１６において電力が生成されるようになっている。
風力発電装置１の各機器の動作は、制御部２００によって制御される。

図２は、油圧モータ１０の構成を説明するための概略図である。

油圧モータ１０は、図２に示すように、シリンダ２０及びピストン２２により形成される複数の油圧室２４と、ピストン２２に当接するカム曲面を有するカム２６と、各油圧室２４に対して設けられたスプールバルブ組立体３０と、高圧油ライン１２と、低圧油ライン１４とを有している。

ピストン２２は、ピストン２２の上下動をカム２６の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ２０内を摺動するピストン本体部２２Ａと、該ピストン本体部２２Ａに取り付けられ、カム２６のカム曲面に当接するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。なお図２には、ピストン２２がピストン本体部２２Ａとピストンローラー２２Ｂとからなる例を示した。

カム２６は、発電機１６に接続される油圧モータ１０の回転軸（クランクシャフト）３２の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン２２が上下動を一回行う間に、カム２６及びカム２６が取り付けられた回転軸３２は一回転するようになっている。
他の実施形態では、カム２６は、複数のローブ（凸部）を有する環状のマルチローブドカム（リングカム）であり、この場合には、カム２６及びカム２６が取り付けられた回転軸３２は一回転する間に、ピストン２２は上下動をローブの数だけ行うようになっている。

スプールバルブ組立体３０は、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する第１状態と、油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する第２状態と、を切り替えることにより、油圧室２４の圧力を高圧油ライン１２の圧力と低圧油ライン１４の圧力とに切り替えるよう構成されている。すなわち、スプールバルブ組立体３０は、圧力切替対象チャンバーとしての油圧室２４の圧力を切り替えるための切替ユニットとして機能する。

（スプールバルブ組立体）
次に、図３〜５を用いて、幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体３０の構成例について説明する。図３は、幾つかの実施形態に係るスプールバルブ組立体３０の模式的な油圧回路図である。図４は、図３に示したスプールバルブ組立体３０の具体的構成例を示す概略断面図であり、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する第１状態を示している。図５は、図４に示したスプールバルブ組立体３０における、油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する第２状態を示している。

図３〜５に示すスプールバルブ組立体３０は、第１チャンバー３４と、第２チャンバー３６と、大スプール３８とを含む大スプールバルブ４０を有する。大スプール３８は、第１チャンバー３４の油圧を受けるよう形成された第１受圧面４２と、第２チャンバー３６の油圧を受けるよう形成され第１受圧面４２よりも面積が小さい第２受圧面４４と、を含む。

この大スプールバルブ４０は、第２チャンバー３６の油圧を低圧油ライン１４の圧力よりも大きい圧力Ｐ_２ａに維持しながら第１チャンバー３４の油圧を圧力Ｐ_２ａと圧力Ｐ_２ａよりも小さい圧力Ｐ_１ａとで切り替えることにより、大スプール３８を移動させて上記第１状態と上記第２状態とを切り替える（圧力切替対象チャンバーとしての油圧室２４の圧力を切り替える）よう構成される。

このように大スプール３８の第２受圧面４４の面積が第１受圧面４２の面積よりも小さいため、第１受圧面４２と第２受圧面４４のそれぞれに共通圧力Ｐ_２ａを作用させた場合、第１受圧面４２が受ける力は第２受圧面４４が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面４４に圧力Ｐ_２ａを作用させた状態で第１受圧面４２に圧力Ｐ_２ａよりも小さい圧力Ｐ_１ａを作用させた場合、圧力Ｐ_２ａと圧力Ｐ_１ａとの圧力差が十分に大きければ第１受圧面４２が受ける力を第２受圧面４４が受ける力よりも小さくすることができる。

したがって、第２チャンバー３６の油圧を圧力Ｐ_２ａに維持しながら第１チャンバー３４の油圧を圧力Ｐ_２ａと圧力Ｐ_２ａよりも小さい圧力Ｐ_１ａとで切り替えれば、第１受圧面４２に作用する油圧のうち１つと第２受圧面４４に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する上記第１状態と油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する上記第２状態とを切り替えることができる（圧力切替対象チャンバーとしての油圧室２４の圧力を切り替えることができる）。また、第１受圧面４２と第２受圧面４４とに作用する共通圧力Ｐ_２ａを低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、大スプール３８の移動及びそれにともなう油圧室２４の油圧切り替えを高速化することができる。

なお、図３〜図５に示すスプールバルブ組立体３０は、後述するように、油圧機械が本来的に備える高圧油ライン１２の圧力を第１受圧面４２及び第２受圧面４４のための共通油圧Ｐ_２ａとして利用し、低圧油ライン１４の圧力を上記圧力Ｐ_１ａとして利用している。これにより、簡易な構成によって上記第１状態と上記第２状態とを切り替えることができる。

なお、上述のように第１受圧面４２が受ける力を第２受圧面４４が受ける力より小さくするためには、例えば、第１受圧面４２の面積と圧力Ｐ_１ａとの積が第２受圧面４４の面積と圧力Ｐ_２ａとの積よりも小さくなるように、各受圧面４２、４４の面積と、圧力Ｐ_１ａ、Ｐ_２ａとを設定すればよい。

ここで、図４に示した大スプール３８における第１受圧面４２の面積をＳ_１ａ、第２受圧面４４の面積をＳ_２ａとすると、
大スプールバルブ４０は、

を満たすよう構成することが望ましい。

これにより、大スプール３８が第１チャンバー３４の油圧によって受ける力と第２チャンバー３６の油圧によって受ける力との合力の大きさが、第１受圧面４２に圧力Ｐ_１ａを作用させた時と圧力Ｐ_２ａを作用させた時とで略等しくなる（該合力の向きは逆である）。したがって、第１チャンバー３４の油圧をＰ_１ａからＰ_２ａに切り替える場合とＰ_２ａからＰ_１ａに切り替える場合とで大スプール３８の応答性を略同等にすることができる。

幾つかの実施形態では、油圧に起因する正味の力のみを利用して大スプール３８を動かすことができる。他の実施形態では、油圧に起因する正味の力に加えて、バネ等による他の力も利用することができる。この場合、例えば、第１受圧面４２が第１チャンバー３４から受ける圧力に抗する方向に第２受圧面４４を不図示のバネで付勢した上で、第１受圧面４２の面積と圧力Ｐ_１ａとの積が、第２受圧面４４の面積と圧力Ｐ_２ａとの積とこのバネ付勢の力とを合計した力よりも小さくなるように、各受圧面の面積、圧力Ｐ_１ａ、Ｐ_２ａ及びバネ設定圧を決めてもよい。

図４に示す大スプールバルブ４０は、大スプール３８を収容するスリーブ５２を備える。ここで、この大スプール３８及びスリーブ５２の詳細構成について、図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて説明する。

図６（Ａ）は大スプール３８の概略斜視図であり、図６（Ｂ）は、スリーブ５２の概略斜視図である。

図６（Ａ）に示すように、大スプール３８は、環状溝部５４と、第１ランド部５６と、第２ランド部５８と、第１ピストン部６０と、第２ピストン部６２とを有し、一体的に構成されている。環状溝部５４は、大スプール３８の軸方向Ｌ（以下、単に軸方向と記載する場合は大スプール３８の軸方向Ｌ、すなわちスリーブ５２の軸方向Ｌを表す）において大スプール３８の中央部に設けられ、第１、第２ランド部５６，５８は、環状溝部５４を挟むように環状溝部５４に隣接して設けられている。大スプール３８は、スリーブ５２の内周面６５（図６（Ｂ）参照）に対して各ランド部５６，５８が軸方向に摺動するよう構成されている。
なお、前述の第１受圧面４２は第１ピストン部６０の端面であり、第２受圧面４４は第２ピストン部６２の端面である。大スプール３８の第１、第２ピストン部６０，６２は略円柱形であり、第２受圧面４４の面積を第１受圧面４２の面積よりも小さくするために、第２ピストン部６２の外径が第１ピストン部６０の外径よりも小さくなるよう大スプール３８が構成されている。

図６（Ｂ）に示すように、スリーブ５２は、油圧室２４（図４参照）と連通する複数の油圧室ポート６６（出力ポート）と、高圧油ライン１２（図４参照）と連通する複数の高圧ポート６８と、低圧油ライン１４（図４参照）と連通する複数の低圧ポート７０とを有する。複数の油圧室ポート６６は、軸方向における同一位置において周方向Ｃ（以下、単に周方向と記載する場合はスリーブの周方向Ｃ、すなわち大スプール３８の周方向Ｃを表す）に等間隔に形成される。また、複数の高圧ポート６８は、軸方向における同一位置において周方向に等間隔に形成される。同様に、複数の低圧ポート７０は、軸方向における同一位置において周方向に等間隔に形成される。複数の高圧ポート６８の周方向位置は複数の低圧ポート７０の周方向位置とは同位置であり、複数の油圧室ポート６６の周方向位置は、複数の高圧ポート６８の周方向位置及び複数の低圧ポート７０の周方向位置に対してずれている。

図４に示したスプールバルブ組立体３０の状態は、高圧ポート６８が環状溝部５４を介して油圧室ポート６６と連通することで高圧油ライン１２と油圧室２４とが連通した第１状態である。これに対し、図５に示すスプールバルブ組立体３０の状態は、低圧ポート７０が環状溝部５４を介して油圧室ポート６６と連通することで低圧油ライン１４と油圧室２４とが連通した第２状態である。

幾つかの実施形態では、大スプールバルブ４０は、図４に示すようにスリーブ５２を収容するケーシング７２を含む。
図４に示すケーシング７２は、高圧ポート６８と高圧油ライン１２とを連通するよう構成された高圧連通路７４と、低圧ポート７０と低圧油ライン１４とを連通するよう構成された低圧連通路７６と、油圧室ポート６６と油圧室２４とを連通するよう構成された油圧室連通路７８と、を含む。
したがって、図４に示した上述の第１状態は、高圧油ライン１２と油圧室２４との間に、高圧連通路７４、高圧ポート６８、環状溝部５４、油圧室ポート６６、及び油圧室連通路７８によって流路が形成されることで実現される。また、図５に示した上述の第２状態は、低圧油ライン１４と油圧室２４との間に、低圧連通路７６、低圧ポート７０、環状溝部５４、油圧室ポート６６、及び油圧室連通路７８によって流路が形成されることで実現される。

図４に示す大スプールバルブ４０は、軸方向における大スプール３８の一端側に第１ドレイン室８０を、他端側に第２ドレイン室８２を有し、第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とは、ケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４を介して連通している。

このように、第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とがケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４を介して連通しているので、大スプール３８の位置によらず第１ドレイン室８０の圧力と第２ドレイン室８２の圧力とが常に等しくなる。したがって、第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２との間には圧力差は生じず、当該圧力差によって大スプール３８の運動及び位置が影響を受けることはない。よって、大スプール３８の動作を、第１チャンバー３４の油圧及び第２チャンバー３６の油圧によってより確実に制御することができる。

なお、図４に示す高圧連通路７４が第１ドレイン流路８４を避けるようにスリーブ５２の径方向に対して傾斜した斜め孔部８６を有しているのは、高圧連通路７４とドレイン流路８４との干渉を防止しながら、コンパクトな大スプールバルブ４０を実現すべく高圧油ライン１２に対して高圧ポート６８を軸方向中央に寄せるためである。
一方、低圧連通路７６は、低圧油ライン１４の圧力がドレイン流路８４と同一圧力である場合には低圧油ライン１４とドレイン流路８４とが連通しても構わないため、スリーブ５２の径方向に延びるシンプルな縦孔部８８を有している。そして、コンパクトな大スプールバルブ４０を実現すべく低圧ポート７０を低圧油ライン１４に対して軸方向中央に寄せるため、低圧連通路７６のスリーブ側開口部９０（環状流路）の軸方向長さが高圧連通路７４のスリーブ側開口部９１（環状流路）の軸方向長さより長くなるように、低圧連通路７６が形成されている。

図４に示す大スプールバルブ４０は、スリーブ５２の一端側に設けられた第１エンドウォール９２と、スリーブの他端側に設けられた第２エンドウォール９４とを有する。図７（Ａ）は第１エンドウォール９２の概略斜視図であり、図７（Ｂ）は第２エンドウォール９４の概略斜視図である。

図４及び図７（Ａ）に示す第１エンドウォール９２は、第１エンドウォール流路９６を内部に備える。第１エンドウォール流路９６は、後述する切替バルブ４６の切り替えに伴って、上記圧力Ｐ_２ａを有する油圧ラインとしての高圧油ライン１２と、上記圧力Ｐ_１ａを有する油圧ラインとしての低圧油ライン１４とに選択的に連通する。第１エンドウォール流路９６は、軸方向に沿って設けられた第１チャンバー３４を有しており、大スプール３８に含まれる第１ピストン部６０が第１チャンバー３４の内周面に対して摺動するよう構成されている。第１エンドウォール９２には、複数の切欠き１００が周方向に等間隔に形成されている。

図４及び図７（Ｂ）に示す第２エンドウォール９４は、高圧油ライン１２と常に連通するよう構成された第２エンドウォール流路１０４を内部に備える。第２エンドウォール流路１０４は、軸方向に沿って設けられた第２チャンバー３６を有し、大スプール３８に含まれる第２ピストン部６２が第２チャンバー３６の内周面に対して摺動するよう構成されている。第２エンドウォール９４には、複数の切欠き１０８が周方向に等間隔に形成されている。

図４に示す第１ドレイン室８０は第１エンドウォール９２と大スプール３８との間に形成され、第２ドレイン室８２は第２エンドウォール９４と大スプール３８との間に形成される。上記第１状態において第１ドレイン室８０は第１エンドウォール９２とスリーブ５２と大スプール３８とに囲まれて形成され、第２ドレイン室８２は上記第２状態において第２エンドウォール９４とスリーブ５２と大スプール３８とに囲まれて形成される。図４に示す第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とは、第１エンドウォール９２の切欠き１００と、ケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４と、第２エンドウォール９４の切欠き１０８とを介して連通している。また、この第１ドレイン流路８４は、低圧油ライン１４と連通している。このように、軸方向におけるスリーブ５２の一端側に配された第１エンドウォール９２によって大スプールバルブ４０の油の密封性を高めつつ、切欠き１００を設けたことによって簡易な構成で第１ドレイン室８０と第１ドレイン流路８４とを連通することができる。また、軸方向におけるスリーブ５２の他端側に配された第２エンドウォール９４によって大スプールバルブ４０の油の密封性を高めつつ、切欠き１０８を設けたことによって簡易な構成で第２ドレイン室８２と第１ドレイン流路８４とを連通することができる。

図４に示す大スプールバルブ４０は、軸方向における大スプール３８の変位を検出するためのセンサ１１０を有する。センサ１１０は第１チャンバー３４に設けられている。このように、大スプール３８の変位を検出するセンサ１１０を、第２受圧面４４よりも面積が大きな第１受圧面４２に対応して比較的広い空間を確保しやすい第１チャンバー３４に設けることで、センサ１１０のレイアウトが容易になる。

なお、センサ１１０としては例えば渦電流式の変位センサを用いることができる。この場合、センサ１１０はコイルセンサであり、センサ１１０には数ＭＨｚ程度の高周波信号が不図示の発振回路から供給される。センサ１１０に高周波信号が供給されている間に図４に示すターゲット金属としての銅製チューブ１１２とセンサ１１０との距離が変化すると、その距離の変化に応じて銅製チューブ１１２の表面の渦電流が変化するため、この渦電流の変化に起因するセンサ１１０のインピーダンス変化から大スプール３８の変位を検出することができる。

図４に示すスプールバルブ組立体３０は、リリーフバルブ１１４を備える。リリーフバルブ１１４は、スプリング１１６及びスプリング１１６によって付勢されるポペットバルブ１１８を備え、油圧室２４の圧力が高圧油ライン１２の圧力以上の設定圧を超えたときにポペットバルブ１１８が開いて油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通するよう構成される。油に含まれる粉体等（例えば金属粉）が大スプールバルブ４０内で詰まって大スプール３８が作動しなくなった場合に、油圧室２４が高圧油ライン１２とも低圧油ライン１４とも連通していないような位置に大スプール３８が存在すると、油圧室２４の圧力がピストン２２の上昇に伴って非常に高くなってしまう恐れがある。そこで、リリーフバルブ１１４を設ければ、このように大スプール３８が作動しない場合であっても、油圧室２４の圧力を設定圧以内に維持することができる。

なお、図４に示すケーシング７２は環状流路８９を有している。環状流路８９は、大スプール３８の軸方向における油圧室ポート６６と同位置（油圧室連通路７８と同位置）において、スリーブ５２の周り（環状溝部５４の周り）に形成されている。また、環状流路８９は、大スプール３８の位置によらず環状溝部５４と常に連通するような位置に設けられている。これにより、環状溝部５４及び環状流路８９を介したリリーフバルブ１１４と油圧室２４との良好な連通状態を実現することができる。

なお、ラジアルピストン式の油圧モータ１０の軸方向に沿って複数の油圧室２４を並べる場合、複数のスプールバルブ組立体３０も油圧モータ１０の軸方向に沿って並ぶことになる。この場合、油圧モータ１０の軸方向に隣接する複数のスプールバルブ組立体３０間の干渉を防止する観点から、リリーフバルブ１１４及び切替バルブ４６は、図４に示すように大スプールバルブ４０に対して油圧モータ１０のラジアル方向外側に設けることが望ましい。

図４に示すケーシング７２は、高圧油ライン１２から切替バルブ４６の高圧ポート１２０に上記圧力Ｐ_２ａの高圧油を供給するために第２エンドウォール流路１０４と高圧ポート１２０との間に形成された高圧供給路１２２と、切替バルブ４６の出力ポート１２４から第１チャンバー３４に上記圧力Ｐ_２ａの高圧油と上記圧力Ｐ_１ａの低圧油とを選択的に供給又は回収するために切替バルブ４６の出力ポート１２４と第１エンドウォール流路９６との間に形成された選択的供給路１２６と、低圧油ライン１４から切替バルブ４６の低圧ポート１２８に上記圧力Ｐ_１ａの低圧油を供給するために低圧連通路７６と低圧ポート１２８との間に形成された低圧供給路１３０と、後述する切替バルブ４６の排出ポート１３２と油圧トランスミッション６４が備えるドレインライン１３４（図３参照）とを連通する連通路１３５とを有する。なお、図３に示すドレインライン１３４は、油圧トランスミッション６４がドレインタンク１３３に連通しており、排出ポート１３２から排出された高圧油は、連通路１３５、ドレインライン１３４を通ってドレインタンク１３３に導かれる。

（切替バルブ）
次に、切替バルブ４６について主に図３及び図８を用いて説明する。図８は、幾つかの実施形態に係る切替バルブ４６の概略断面図である。

切替バルブ４６は、圧力調整対象チャンバーとしての上記第１チャンバー３４（図３及び図４参照）の油圧を上記圧力Ｐ_２ａと上記圧力Ｐ_１ａとで切り替えるための切替ユニットとして機能する。

切替バルブ４６は、小スプールバルブ４８と、小スプールバルブ４８を動作させるための２ポートソレノイドバルブ５０とを含む。
これにより、小スプールバルブ４８を用いずにソレノイドバルブのみによって大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧を圧力Ｐ_２ａと圧力Ｐ_１ａとで切り替える構成と比較して、切り替えに利用可能な油の流量を増加させることができる。
なお、図１に示す風力発電装置１においては、同期発電機１６の高速回転に合わせてスプールバルブ組立体３０の上記第１状態と上記第２状態を高速で切り替える必要がある。この場合において、小スプールバルブ４８及び２ポートソレノイドバルブ５０を用いて切り替えに利用可能な油の流量を増加させることで、上記第１状態と上記第２状態の高速切り替えを実現することができる。

図３及び図８に示す小スプールバルブ４８は、低圧油ライン１４に連通する低圧ポート１２８と、高圧油ライン１２に連通する高圧ポート１２０と、圧力切替対象チャンバーとしての第１チャンバー３４に連通する出力ポート１２４とを備えており、出力ポート１２４に連通するポートを高圧ポート１２０と低圧ポート１２８とで切り換えることにより、大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧を圧力Ｐ_１ａと圧力Ｐ_２ａとで切り替えるよう構成されている。

小スプールバルブ４８は、第１チャンバー１４０と、第２チャンバー１４２と、小スプール１４４とを含み、小スプール１４４は、第１チャンバー１４０の油圧を受けるよう形成された第１受圧面１４６と、第２チャンバー１４２の油圧を受けるよう形成され第１受圧面１４６よりも面積が小さい第２受圧面１４８と、を含む。
小スプールバルブ４８は、第２チャンバー１４２の油圧を低圧油ライン１４の圧力よりも大きい圧力Ｐ_２ｂに維持しながら第１チャンバー１４０の油圧を圧力Ｐ_２ｂと圧力Ｐ_２ｂよりも小さい圧力Ｐ_１ｂとで切り替えることにより、小スプール１４４を移動させて圧力切替対象チャンバーとしての第１チャンバー３４（図４参照）の油圧を上記圧力Ｐ_１ａと上記圧力Ｐ_２ａとで切り替えるよう構成される。

このように、小スプール１４４の第２受圧面１４８の面積が第１受圧面１４６の面積よりも小さいため、第１受圧面１４６と第２受圧面１４８のそれぞれに共通圧力Ｐ_２ｂを作用させた場合、第１受圧面１４６が受ける力は第２受圧面１４８が受ける力よりも大きくなる。一方、第２受圧面１４８に上記圧力Ｐ_２ｂを作用させた状態で第１受圧面１４６に圧力Ｐ_２ｂよりも小さい圧力Ｐ_１ｂを作用させた場合、圧力Ｐ_１ｂを適切に設定すれば第１受圧面１４６が受ける力を第２受圧面１４８が受ける力よりも小さくすることができる。

したがって、第２チャンバー１４２の油圧を圧力Ｐ_２ｂに維持しながら第１チャンバー１４０の油圧を圧力Ｐ_２ｂと圧力Ｐ_２ｂよりも小さい圧力Ｐ_１ｂとで切り替えれば、第１受圧面１４６に作用する油圧のうち１つと第２受圧面１４８に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（圧力調整対象チャンバー）の油圧を切り替えることができる。また、油圧機械としての油圧トランスミッション６４が本来的に備える高圧油ライン１２の圧力を第１受圧面１４６及び第２受圧面１４８に作用する共通油圧Ｐ_２ｂとして利用することにより、簡易な構成によって大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧を切り替えることができる。また、第１受圧面１４６と第２受圧面１４８とに作用する共通圧力Ｐ_２ｂを低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、小スプール１４４の移動及びそれにともなう大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧切り替えを高速化することができる。

なお、主に図３及び図８に示す切替バルブ４６は、油圧トランスミッション６４が本来的に備える高圧油ライン１２の圧力を第１受圧面１４６及び第２受圧面１４８のための共通油圧Ｐ_２ｂとして利用し、ドレインタンク１３３に連通するドレインライン１３４の圧力（略大気圧）を上記圧力Ｐ_１ｂとして利用している。これにより、簡易な構成によって、大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の圧力切り替え及びそれに伴う上記第１状態と上記第２状態との切り替えを実現することができる。なお、ここでの共通油圧Ｐ_２ｂは、高圧油ライン１２の圧力であり、上記圧力Ｐ_２ａと等しい圧力である。

また、図８における第１受圧面１４６は、小スプール１４４の軸方向における小スプール１４４の端面のうち第１チャンバー１４０に面する全ての面のことを指している。また、図８における第２受圧面１４８は、小スプール１４４の軸方向における小スプール１４４の端面のうち第２チャンバー１４２に面する全ての面のことを指している。

また、上述のように第１受圧面１４６が受ける力を第２受圧面１４８が受ける力より小さくするためには、例えば、第１受圧面１４６の面積と上記圧力Ｐ_１ｂとの積が第２受圧面１４８の面積と上記圧力Ｐ_２ｂとの積よりも小さくなるように各受圧面１４６，１４８の面積及び上記圧力Ｐ_１ｂ、Ｐ_２ｂを設定すればよい。

ここで、図８に示した小スプール１４４における第１受圧面１４６の面積をＳ_１ｂ、第２受圧面１４８の面積をＳ_２ｂとすると、
小スプールバルブ４８は、

を満たすよう構成することが望ましい。

これにより、小スプール１４４が第１チャンバー１４０の油圧によって受ける力と第２チャンバー１４２の油圧によって受ける力との合力の大きさが、第１受圧面１４６に圧力Ｐ_１ｂを作用させた時と圧力Ｐ_２ｂを作用させた時とで略等しくなる（該合力の向きは逆である）。したがって、第１チャンバー１４０の油圧をＰ_１ｂからＰ_２ｂに切り替える場合とＰ_２ｂからＰ_１ｂに切り替える場合とで小スプール１４４の応答性を略同等にすることができる。

幾つかの実施形態では、油圧に起因する正味の力のみを利用して小スプール１４４を動かすことができる。他の実施形態では、油圧に起因する正味の力に加えて、バネ等による他の力も利用することができる。この場合、例えば、第１受圧面１４６が受ける力に抗する方向に第２受圧面１４８を不図示のバネで付勢した上で、第１受圧面１４６の面積と上記圧力Ｐ_１ｂとの積が、第２受圧面１４８の面積と上記圧力Ｐ_２ｂとの積とこのバネ付勢の力とを合計した力よりも小さくなるように、各受圧面１４６，１４８の面積、圧力Ｐ_１ｂ、Ｐ_２ｂ及びバネ付勢の力を設定してもよい。

図８に示す小スプールバルブ４８は、高圧ポート１２０と第１チャンバー１４０とを連通するための第１流路部１４９と、高圧ポート１２０と第２チャンバー１４２とを連通するための第２流路部１５０とを有し、第１流路部１４９には絞り部１５２が設けられている。第１流路部１４９と第２流路部１５０とは小スプール１４４の内部に設けられ、高圧ポート１２０に連通する流路１５１から分岐して第１チャンバー１４０と第２チャンバー１４２とにそれぞれ接続される。
切替バルブ４６は、第１チャンバー内の高圧油を油圧トランスミッション６４が備えるドレインライン１３４へ排出するための排出ポート１３２を備えており、排出ポート１３２の油圧は上記圧力Ｐ_１ｂ（ここではドレインライン１３４の圧力）である。２ポートソレノイドバルブ５０は、第１チャンバー１４０と排出ポート１３２との間の流路（ライン１５３、１５５）に設けられている。第１チャンバー１４０と排出ポート１３２とは、２ポートソレノイドバルブ５０が開いたときにライン１５３、１５５を介して連通状態となり、２ポートソレノイドバルブ５０が閉じた時に非連通状態となる。第２チャンバー１４２は、高圧ポート１２０と常に連通して圧力Ｐ_２ｂに維持されている。

図８に示す２ポートソレノイドバルブ５０はスプリング１５４とポペット１５６と弁座１５７とソレノイドコイル１５８とアーマチュア１６１とを含む。図８に示す２ポートソレノイドバルブ５０は、ノーマルクローズ式である。ソレノイドコイル１５８に通電するとアーマチュア１６１が吸引され、スプリング１５４の付勢力に抗してポペット１５６が弁座１５７に対して垂直方向に移動することで２ポートソレノイドバルブ５０が開く。なお、２ポートソレノイドバルブ５０はノーマルオープン式のものを用いてもよい。図８に示す第１チャンバーの油圧は、２ポートソレノイドバルブ５０が開閉することによって圧力Ｐ_１ｂと圧力Ｐ_２ｂとで切り替わる。

図８に示す切替バルブ４６の状態は、２ポートソレノイドバルブ５０が閉じた状態であり、第１チャンバー１４０の圧力と第２チャンバー１４２の圧力が、上記圧力Ｐ_２ｂすなわち高圧油ライン１２の圧力と一致している状態である。この状態は、小スプールバルブ４８の低圧ポート１２８と出力ポート１２４とが小スプール１４４の環状溝部１６０を介して連通した状態、すなわち大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（図４参照）が低圧油ライン１４と連通した状態である。この状態においては、第１チャンバー３４の圧力は上記圧力Ｐ_１ａすなわち低圧油ライン１４の圧力に一致する。

この状態から２ポートソレノイドバルブ５０が開放されると、排出ポート１３２と第１チャンバー１４０とが連通して、第１チャンバー１４０内の高圧油が排出ポート１３２から排出される。これにより、第１チャンバー１４０の油圧が上記圧力Ｐ_２ｂ（ここでは高圧油ライン１２の圧力）から上記圧力Ｐ_１ｂ（ここではドレインライン１３４の圧力）に向けて低下し、第１流路部１４９における絞り部１５２の両側に圧力差が発生する。第１チャンバー１４０の圧力低下にともなって、小スプール１４４の位置は図８に示す位置から軸方向に移動して図９に示す位置となる。図９に示す切替バルブ４６の状態は、高圧ポート１２０と出力ポート１２４とが小スプール１４４の環状溝部１６０を介して連通した状態、すなわち大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（図４参照）が高圧油ライン１２と連通した状態、すなわち、第１チャンバー３４の油圧が上記圧力Ｐ_２ａ（ここでは高圧油ライン１２の圧力）に一致する。

この状態から２ポートソレノイドバルブ５０が閉鎖されると、小スプールバルブ４８の第１流路部１４９における絞り部１５２から第１チャンバー１４０へ流入した高圧油によって第１チャンバー１４０の油圧が上記圧力Ｐ_１ｂ（ここではドレインライン１３４の圧力）から上記圧力Ｐ_２ｂ（ここでは高圧油ライン１２の圧力）に向けて上昇する。第１チャンバー１４０の圧力上昇に伴って、小スプール１４４の位置は図９に示す位置から軸方向に移動して図８に示す位置となる。

図８及び図９に示す切替バルブ４６によれば、２ポートソレノイドバルブ５０の開閉によって第１チャンバー１４０の油圧のみを切り替えることで小スプール１４４を移動可能なため、３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブを用いてスプールの両端面に作用する油圧をそれぞれ変化させることでスプールを移動させるような構成と比較して、ソレノイドバルブの弁体を含む可動部分のストロークを容易に小さくすることができる。これにより、ソレノイドバルブ５０の応答性向上とそれにともなう第１チャンバー３４の油圧切替の高速化を実現することができる。

また、２ポートソレノイドバルブ５０の開閉を弁座１５７に対するポペット１５６の垂直方向の移動により行うため、上記３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブを用いる構成と比較して、ソレノイドバルブの弁体を含む可動部分のストロークを更に小さくすることができる。これにより、ソレノイドバルブ５０の応答性を更に向上し、第１チャンバー３４の油圧切替を更に高速化することができる。

また、高圧ポート１２０と第１チャンバー１４０とを連通するための第１流路部１４９に絞り部１５２が設けられているため、高圧ポート１２０と第１チャンバー１４０との間に圧力差が生じた場合、絞り部１５２の流路面積に応じた流量の高圧油を高圧ポート１２０から第１チャンバー１４０に供給することができる。したがって、絞り部１５２の流路面積を適切に設定すれば、簡易な構成で第１チャンバー１４０の油圧切替タイミングを調節することができる。
なお、図８に示す切替バルブ４６には、２ポートソレノイドバルブ５０を閉じる際に背圧が立たないように、ドレインタンク１３３（図３参照）と連通する連通路１５９が設けられている。

次に、図１０を用いて、２ポートソレノイドバルブ５０の開閉時における切替バルブ４６の各部のより詳細な動作フローを説明する。
図１０（ａ）は、２ポートソレノイドバルブ５０が閉じた状態（図８）から開いた状態（図９）へ移行する際の、切替バルブ４６の各部の動作フローを説明するための図である。図１０（ａ）において、まず、Ｓ１１でソレノイドコイル１５８への通電を開始する。Ｓ１２で、スプリング１５４の付勢力を含むポペット１５６を弁座１５７に押しつける方向の力に対してソレノイドコイル１５８によるアーマチュア１６１の吸引力が上回り、ポペット１５６が弁座１５７から離れ始め、これにより小スプールバルブ４８の第１チャンバー１４０の圧力が低下し始める。Ｓ１３で、小スプール１４４の第１受圧面１４６が第１チャンバー１４０の油圧によって受ける力が第２受圧面１４８が第２チャンバー１４２の油圧によって受ける力を下回り、小スプール１４４が軸方向における第１受圧面１４６側へ移動し始める。Ｓ１４で、小スプール１４４が第１チャンバー１４０の壁面に突き当たって移動を完了する（図９の状態）。

次に、図１０（ｂ）を用いて、２ポートソレノイドバルブ５０が開いた状態（図９）から閉じた状態（図８）へ移行する際の、切替バルブ４６の各部の動作フローを説明する。
図１０（ｂ）において、まず、Ｓ２１でソレノイドコイル１５８への通電を停止する。Ｓ２２で、ソレノイドコイル１５８の残留磁気に起因したアーマチュア１６１の吸引力に対してスプリング１５４の付勢力が一定量以上上回り、ポペット１５６が弁座に向かって移動を始める。Ｓ２３で、小スプール１４４の第１受圧面１４６が第１チャンバー１４０の油圧によって受ける力が第２受圧面１４８が第２チャンバー１４２の油圧によって受ける力を上回り、小スプール１４４が軸方向における第２受圧面１４８側へ移動し始める。Ｓ１４で、小スプール１４４が第２チャンバー１４２の壁面に突き当たって移動を完了する（図８の状態）。

ここで、上記Ｓ１１でソレノイドコイル１５８への通電を開始してからＳ１４で小スプール１４４の移動が完了するまでの時間をＡ、Ｓ２１でソレノイドコイル１５８への通電を停止してからＳ２４で小スプール１４４の移動が完了するまでの時間をＢとすると、
切替バルブ４６は、
０．７≦Ａ／Ｂ≦１．３
を満たすよう構成される。

これにより、大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（圧力切替対象チャンバー）の圧力を切り替える間隔を均等にすることが可能となる。したがって、油圧室２４の圧力を切り替える間隔も均等にすることが可能となる。
なお、上記のＡ／Ｂは、例えば上記絞り部１５２の径を調節することにより調整可能である。図８に示す切替バルブ４６においては、絞り部１５２の径を大きくするにつれてＢは短くなるとともにＡは長くなり、Ａ／Ｂは大きくなる。一方、絞り部１５２の径を小さくするにつれてＢは長くなるとともにＡは短くなり、Ａ／Ｂは小さくなる。

なお、主に図３〜図５を用いて説明したスプールバルブ組立体３０においては、上記圧力Ｐ_１ａとして低圧油ライン１４の圧力を用い、上記圧力Ｐ_２ａとして高圧油ライン１２の圧力を用いる構成を採用したが、スプールバルブ組立体３０の構成はこれに限らない。

例えば、上記圧力Ｐ_１ａとして、ドレインライン１３４の圧力（略大気圧）を用い、上記圧力Ｐ_２ａとして、低圧油ライン１４の圧力よりも大きな圧力であって高圧油ライン１２の圧力とは異なる圧力を有する油圧ライン１３の圧力を用いる構成を採用してもよい。この場合、例えば図１１に示すように、大スプールバルブ４０の第２チャンバー３６が油圧ライン１３に連通し、切替バルブ４６の高圧ポート１２０が油圧ライン１３に連通し、低圧ポート１２８がドレインライン１３４に連通するようスプールバルブ組立体３０を構成してもよい。図１１に示すスプールバルブ組立体３０は、切替バルブ４６の出力ポート１２４に連通するポートを高圧ポート１２０と低圧ポート１２８とで切り替えることにより、大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧を圧力Ｐ_１ａ（ここではドレインライン１３４の圧力）と圧力Ｐ_２ａ（ここでは油圧ライン１３の圧力）とで切り替えるよう構成されている。

図１１に示すスプールバルブ組立体３０においても、第１受圧面４２に作用する油圧のうち１つと第２受圧面４４に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、油圧室２４と高圧油ライン１２とが連通する上記第１状態と油圧室２４と低圧油ライン１４とが連通する上記第２状態とを切り替えることができる（圧力切替対象チャンバーとしての油圧室２４の圧力を切り替えることができる）。また、第１受圧面４２と第２受圧面４４とに作用する共通圧力Ｐ_２ａを低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、大スプール３８の移動及びそれにともなう油圧室２４の油圧切り替えを高速化することができる。

また、主に図３及び図８を用いて説明した切替バルブ４６においては、上記圧力Ｐ_１ｂとしてドレインライン１３４の圧力を用い、上記圧力Ｐ_２ｂとして高圧油ライン１２の圧力を用いる構成を採用したが、切替バルブ４６の構成はこれに限らない。

例えば、上記圧力Ｐ_１ｂとして、低圧油ライン１４の圧力を用い、上記圧力Ｐ_２ｂとして、低圧油ライン１４の圧力よりも大きな圧力であって高圧油ライン１２の圧力とは異なる圧力を有する油圧ライン１３の圧力を用いる構成を採用してもよい。この場合、例えば図１１に示すように、切替バルブ４６の高圧ポート１２０が油圧ライン１３に連通し、排出ポート１３２が低圧油ライン１４に連通するよう切替バルブ４６を構成してもよい。図１１に示す切替バルブ４６において、排出ポート１３２は、小スプールバルブ４８の第１チャンバー１４０の高圧油を低圧油ライン１４に排出するために設けられており、２ポートソレノイドバルブ５０は、排出ポート１３２と第１チャンバー１４０との間の流路に設けられている。図１１に示す切替バルブ４６において、２ポートソレノイドバルブ５０が開放されると第１チャンバー１４０の高圧油が排出ポート１３２から排出されることで第１チャンバー１４０の油圧が圧力Ｐ_２ｂ（ここでは油圧ライン１３の圧力）から圧力Ｐ_１ｂ（ここでは低圧油ライン１４の圧力）に向けて低下する。２ポートソレノイドバルブ５０が閉鎖されると、油圧ライン１３から絞り部１５２を介して第１チャンバー１４０へ流入した高圧油によって第１チャンバー１４０の油圧が圧力Ｐ_１ｂ（ここでは低圧油ライン１４の圧力）から圧力Ｐ_２ｂ（ここでは油圧ライン１３の圧力）に向けて上昇する。

また、他の実施形態では、図３に示した絞り部１５２と２ポートソレノイドバルブ５０の配置を図１２に示すように変更してもよい。すなわち、高圧ポート１２０と第１チャンバー１４０との間の流路に２ポートソレノイドバルブ５０を設けるとともに、第１チャンバー１４０と排出ポート１３２との間の流路に絞り部１５２を設けてもよい。

図１２に示す切替バルブ４６において、２ポートソレノイドバルブ５０が開放されると、高圧油ライン１２から第１チャンバー１４０へ流入した高圧油によって第１チャンバー１４０の油圧が圧力Ｐ_１ｂ（ここではドレインライン１３４の圧力）から圧力Ｐ_２ｂ（ここでは高圧油ライン１２の圧力）に向けて上昇する。２ポートソレノイドバルブ５０が閉鎖されると、第１チャンバーへの高圧油の供給がとまるため、第１チャンバー１４０の高圧油が絞り部１５２を介して排出ポート１３２から排出されることにともなって、第１チャンバー１４０の油圧が圧力Ｐ_２ｂ（ここでは高圧油ライン１２の圧力）から圧力Ｐ_１ｂ（ここではドレインライン１３４の圧力）に向けて低下する。

図１１に示す切替バルブ４６及び図１２に示す切替バルブ４６の何れにおいても、第１受圧面１４６に作用する油圧のうち１つと第２受圧面１４８に作用する油圧とを共通化した簡易な構成で、大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４（圧力調整対象チャンバー）の油圧を切り替えることができる。また、第１受圧面１４６と第２受圧面１４８とに作用する共通圧力Ｐ_２ｂを低圧油ラインの圧力よりも大きくすることにより、小スプール１４４の移動及びそれにともなう大スプールバルブ４０の第１チャンバー３４の油圧切り替えを高速化することができる。
また、図１１に示す切替バルブ４６及び図１２に示す切替バルブ４６の何れにおいても、２ポートソレノイドバルブ５０の開閉によって第１チャンバー１４０の圧力のみを切り替えることで小スプール１４４を移動可能なため、３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブを用いてスプールの両端面に作用する油圧をそれぞれ変化させることでスプールを移動させる構成と比較して、ソレノイドバルブの切替に要するストロークを容易に小さくすることができる。これにより、ソレノイドバルブ５０の応答性向上とそれにともなう第１チャンバー３４の油圧切替の高速化を実現することができる。また、２ポートソレノイドバルブ５０の開閉を弁座１５７に対するポペット１５６の垂直方向の移動により行う（図８、図９参照）ため、上記３ポートあるいは４ポートのソレノイドバルブを用いる構成と比較して、ソレノイドバルブの切替に要するストロークを更に小さくすることができる。これにより、ソレノイドバルブ５０の応答性を更に向上し、第１チャンバー３４の油圧切替を更に高速化することができる。

なお、主に図４を用いて説明した大スプールバルブ４０の第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とは、ケーシング７２に設けられた第１ドレイン流路８４を介して連通するよう構成している。これに対し、他の実施形態では、図１３に示すように、大スプール３８内に設けられた第２ドレイン流路８５を介して連通するよう構成してもよい。これにより、大スプール３８の移動時に第１ドレイン室８０及び第２ドレイン室８２の油から受ける抵抗を低減することができる。また、大スプール３８の重量を低減できるため、大スプールバルブ４０の応答性を向上することができる（すなわち、スプールバルブ組立体３０の応答性を向上することができる）。第２ドレイン流路８５は、図１３に示すように複数設けてもよい。また、第１ドレイン流路８４を設けずに、第２ドレイン流路のみを介して第１ドレイン室８０と第２ドレイン室８２とを連通させてもよい。

なお、主に図４を用いて説明した大スプールバルブ４０において大スプール３８とケーシング７２の間にスリーブ５２を設けたメリットとしては、主に以下の２点を挙げることができる。１点目は、大スプール３８の摺動に起因する摩耗の影響がケーシング７２に及ばない（大スプール３８、スリーブ５２、第１及び第２エンドウォール９２，９４にのみ及ぶ）ため、摩耗に起因して大スプール３８等を交換する際に、ケーシング７２を交換する必要がない点である。２点目は、第１スプールバルブの摺接部を構成するスリーブ５２をケーシング７２とは別体として設け、スリーブ５２の材料選択や表面硬化処理等によってスリーブ５２に高い硬度又は良好な耐腐食性を持たせれば、コストを低減できる点である。

ただし、他の実施形態では、図１４に示すように、大スプールバルブ４０は、図４におけるスリーブ５２を用いない構成を採用することも可能である。この場合、大スプール３８の第１ランド部５６と第２ランド部５８とは、ケーシング７２の内周面に対して直接摺動するよう構成される。

図１４に示す大スプールバルブ４０においても、高圧連通路７４が環状溝部５４を介して油圧室連通路７８と連通することで、高圧油ライン１２と油圧室２４とが連通する第１状態（図１４に示す状態）となり、低圧連通路７６が環状溝部５４を介して油圧室連通路７８と連通することで、低圧油ライン１４と油圧室２４とが連通する第２状態（図１５に示す状態）となる。この場合の第１状態と第２状態の切替方法は、主に図４を用いて説明した方法（第１チャンバー３４と第２チャンバー３６の圧力を利用して大スプール３８を大スプール３８の軸方向に移動させる切替方法）と同様である。

なお、図１４に示すケーシング７２は環状流路８９を有している。環状流路８９は、大スプール３８の軸方向における油圧室連通路７８と同位置において、環状溝部５４の周りに形成されている。また、環状流路８９は、大スプール３８の位置によらず環状溝部５４と常に連通するような位置に設けられている。これにより、環状溝部５４及び環状流路８９を介したリリーフバルブ１１４と油圧室２４との良好な連通状態を実現することができる。

また、図１４に示す大スプールバルブ４０では、図４に示したスリーブ５２を大スプール３８とケーシング７２との間に介さない。このように、圧力損失の要因となりがちな各ポート６６，６８，７０を有するスリーブ５２を省略することで、スプールバルブ組立体３０の動力損失を低減できる。また、高圧油ライン１２と油圧室２４との間を通過する流量と、低圧油ライン１４と油圧室２４との間を通過する流量とを容易に確保することができる。

また、図４に示す大スプールバルブ４０では、スリーブ５２、ケーシング７２、第１エンドウォール９２および第２エンドウォール９４の間には、圧力が異なる流路間の連通を遮るために不図示のシール部材（Ｏリング等）が設けられるが、図１４に示す大スプールバルブ４０では、スリーブ５２に対応するシール部材が不要である。したがって、図１４に示す大スプールバルブ４０は、図４に示す構成と比較して、部品点数を低減することができ、これによるコスト低減及び組立性向上が期待できる。

１ 風力発電装置
２ ブレード
３ ロータ
４ ハブ
６ 回転シャフト
８ 油圧ポンプ
１０ 油圧モータ
１２ 高圧油ライン
１４ 低圧油ライン
１６ 発電機
１８ ナセル
１９ タワー
２０ シリンダ
２２ ピストン
２２Ａ ピストン本体部
２２Ｂ ピストンローラ
２４ 油圧室
２６ カム
３０ スプールバルブ組立体
３２ 回転軸
３４ 大スプールバルブの第１チャンバー
３６ 大スプールバルブの第２チャンバー
３８ 大スプール
４０ 大スプールバルブ
４２ 大スプールの第１受圧面
４４ 大スプールの第２受圧面
４６ 切替バルブ
４８ 小スプールバルブ
５０ ２ポートソレノイドバルブ
５２ スリーブ
５４ 環状溝部
５６ 第１ランド部
５８ 第２ランド部
６０ 第１ピストン部
６２ 第２ピストン部
６４ 油圧トランスミッション
６５ スリーブの内周面
６６ 油圧室ポート
６８ 大スプールバルブの高圧ポート
７０ 大スプールバルブの低圧ポート
７２ ケーシング
７４ 高圧連通路
７６ 低圧連通路
７８ 油圧室連通路
８０ 第１ドレイン室
８２ 第２ドレイン室
８４ 第１ドレイン流路
８５ 第２ドレイン流路
８６ 斜め孔部
８８ 縦孔部
９０ 低圧連通路のスリーブ側開口部
９１ 高圧連通路のスリーブ側開口部
９２ 第１エンドウォール
９４ 第２エンドウォール
９６ 第１エンドウォール流路
１００ 切欠き
１０４ 第２エンドウォール流路
１０８ 切欠き
１１０ センサ
１１２ 銅製チューブ
１１４ リリーフバルブ
１１６ スプリング
１１８ ポペットバルブ
１２０ 切替バルブの高圧ポート
１２２ 高圧供給路
１２４ 切替バルブの出力ポート
１２６ 選択的供給路
１２８ 切替バルブの低圧ポート
１３０ 低圧供給路
１３２ 切替バルブの排出ポート
１３３ ドレインタンク
１３４ ドレインライン
１３５ 連通路
１４０ 小スプールバルブの第１チャンバー
１４２ 小スプールバルブの第２チャンバー
１４４ 小スプール
１４６ 小スプールの第１受圧面
１４８ 小スプールの第２受圧面
１４９ 第１流路部
１５０ 第２流路部
１５１ 流路
１５２ 絞り部
１５３ ライン
１５４ スプリング
１５５ ライン
１５６ ポペット
１５７ 弁座
１５８ ソレノイドコイル
１５９ ドレインタンクと連通する連通路
１６０ 環状溝部
１６１ アーマチュア
２００ 制御部

Claims (12)

1. 圧力切替対象チャンバーと、高圧油ラインと、低圧油ラインとを備える油圧機械に用いられ、圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるための切替ユニットであって、
   第１チャンバーと、
   第２チャンバーと、
   前記第１チャンバーの油圧を受けるよう形成された第１受圧面と、前記第２チャンバーの油圧を受けるよう形成され前記第１受圧面よりも面積が小さい第２受圧面と、を有するスプールと、
   を含むスプールバルブを備え、
   前記スプールバルブは、前記第２チャンバーの油圧を低圧油ラインの圧力よりも大きい圧力Ｐ_２に維持しながら前記第１チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ_２と前記圧力Ｐ_２よりも小さい圧力Ｐ_１とで切り替えることにより、前記スプールを移動させて前記圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるよう構成され、
   前記スプールバルブは、前記圧力Ｐ _１ を有する第１油圧ラインに連通する低圧ポートと、前記圧力Ｐ _２ を有する第２油圧ラインに連通する高圧ポートと、圧力切替対象チャンバーに連通する出力ポートとを備えており、前記出力ポートに連通するポートを前記高圧ポートと前記低圧ポートとで切り換えることにより、前記圧力切替対象チャンバーの圧力を前記圧力Ｐ _１ と前記圧力Ｐ _２ とで切り替えるよう構成され、
   前記第１受圧面の面積をＳ _１ 、前記第２受圧面の面積をＳ _２ とすると、
   前記スプールバルブは、
   

   

   を満たすよう構成された
   切替ユニット。
2. 前記第１油圧ラインは前記低圧油ライン又は前記油圧機械が備えるドレインラインであり、
   前記第２油圧ラインは前記高圧油ラインである請求項１に記載の切替ユニット。
3. 前記第１チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ_１と前記圧力Ｐ_２とで切り替えるための２ポートソレノイドバルブを備えた請求項１又は２に記載の切替ユニット。
4. 前記２ポートソレノイドバルブは、弁座及び該弁座に対して垂直方向に移動するポペットを備え、前記ポペットの移動に伴う当該２ポートソレノイドバルブの開閉によって、前記第１チャンバーの油圧を前記圧力Ｐ_１と前記圧力Ｐ_２とで切り替えるように構成された請求項３に記載の切替ユニット。
5. 前記スプールバルブは、前記高圧ポートと前記第１チャンバーとを連通するための第１流路部と、前記高圧ポートと前記第２チャンバーを連通するための第２流路部とを有し、
   前記第１流路部には絞り部が設けられている請求項３又は４に記載の切替ユニット。
6. 前記第１流路部と前記第２流路部とは前記スプールの内部に設けられ、前記高圧ポートに連通する流路から分岐して前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとにそれぞれ接続される請求項５に記載の切替ユニット。
7. 前記切替ユニットは、前記油圧機械が備えるドレインライン又は前記低圧油ラインへ前記第１チャンバー内の高圧油を排出するための排出ポートを備え、
   前記２ポートソレノイドバルブは前記第１チャンバーと前記排出ポートとの間の流路に設けられ、
   前記排出ポートの油圧は前記圧力Ｐ_１であり、
   前記スプールバルブは、
   前記２ポートソレノイドバルブが開放されると前記第１チャンバー内の高圧油が前記排出ポートから排出されることで前記第１チャンバーの油圧が前記圧力Ｐ_２から前記圧力Ｐ_１に向けて低下し、
   前記２ポートソレノイドバルブが閉鎖されると前記絞り部から前記第１チャンバーへ流入した高圧油によって前記第１チャンバーの油圧が前記圧力Ｐ_１から前記圧力Ｐ_２に向けて上昇するよう構成された請求項５又は６に記載の切替ユニット。
8. 前記２ポートソレノイドバルブが備えるソレノイドコイルへの通電を開始してから前記スプールの移動が完了するまでの時間をＡ、前記ソレノイドコイルへの通電を停止してから前記スプールの移動が完了するまでの時間をＢとすると、
   ０．７≦Ａ／Ｂ≦１．３
   を満たすよう構成された請求項３〜７のいずれか１項に記載の切替ユニット。
9. 圧力切替対象チャンバーと、高圧油ラインと、低圧油ラインと、圧力切替対象チャンバーの圧力を切り替えるための切替ユニットと、を有する油圧機械であって、
   前記切替ユニットが請求項１〜８のいずれか１項に記載の切替ユニットである油圧機械。
10. 再生可能エネルギーから電力を生成するための発電装置であって、
    再生可能エネルギーを利用して回転するように構成された主軸と、
    前記主軸の回転によって駆動されるよう構成された油圧機械と、
    前記油圧機械によって駆動されるよう構成された発電機と、を備え、
    前記油圧機械が請求項９に記載の油圧機械である発電装置。
11. 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で受けた再生可能エネルギーによって回転するよう構成された主軸と、
    前記主軸の回転によって駆動されるよう構成された油圧機械と、
    前記油圧機械によって駆動されるよう構成された発電機と、を備え、
    前記油圧機械が請求項９に記載の油圧機械である発電装置。
12. 前記再生可能エネルギーは風力エネルギーであることを特徴とする請求項１１に記載の発電装置。

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