JP2020537081A - 風車、風車用の回転機械及びその損傷防止方法 - Google Patents

Abstract

風車用の回転機械は、風車の構成機器である回転機械であって、ロータと、ロータを収容するとともに、回転機械のステータを構成するようにベース部に支持されるケーシングと、を備える。ケーシングの少なくとも一部は、閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、ベース部に対する相対的な回動が許容されてロータとともに回転可能に構成される。【選択図】図３

Description

本開示は、風車、風車用の回転機械及びその損傷防止方法に関する。

従来、風車の回転部分にトルクリミッタを設けて一定以上の荷重を逃がす構成が知られている。例えば、米国特許公開第２０１１／０１４０４３９号明細書（以下、特許文献１）には、ヨー旋回用のリングギアに駆動力を付与するピニオンと、該ピニオンにトルクを伝達するヨードライブシャフトとの間に、中空円錐状のトルクリミッタを設けた構成が記載されている。

米国特許公開第２０１１／０１４０４３９号明細書

しかし、上記特許文献１において、通常運転時にピニオン及びドライブシャフト間で設計上十分なトルクを伝達するにはトルクリミッタを高剛性にする必要があり、通常よりも体積を増した大きいサイズのピニオンが必要となる。また、ピニオンとリングギアとのギヤ比を低く設定した場合はヨードライブの数又はサイズを増加する必要がある。

さらに、ギアボックスでは一般に低速段に比べて高速段での歯こぼれや固着が生じ易いが、低速段（例えばピニオンとドライブシャフト）でも固着が生じる可能性があり得る。このように低速段で固着が生じた場合や、シャフト及び歯車等を含めた回転系（ロータ）とこれらを収容する固定系（ステータ）との間で固着が生じた場合等の想定外の事象に対しては、特に、機械的強度が比較的低く交換やメンテナンスにも多大な労力を要する部位を保護することが望ましい。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の少なくとも一つの実施形態は、過負荷の際に回転機械を損傷から保護することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車用の回転機械は、
風車の構成機器である回転機械であって、
ロータと、
前記ロータを収容するとともに、前記回転機械のステータを構成するようにベース部に支持されるケーシングと、を備え、
前記ケーシングの少なくとも一部は、閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ベース部に対する相対的な回動が許容されて前記ロータとともに回転可能に構成されたことを特徴とする。

従来のトルクリミッタは、回転系の要素とこれに接する回転系の要素（つまり回転系同士）との間のトルク伝達を遮断するように構成されていたのに対し、本開示に示す構成では、固定系の一部を回転系とともに回転させることができる。つまり上述した一実施形態に係る風車用の回転機械によれば、固定系の一部を、所定の閾値トルクを境にして固定系として振る舞う場合と回転系として振る舞う場合とに切り替えることが可能となる。

上記構成によれば、風車の通常運転の際はロータ等の回転系を内部に収容する固定系のステータとして設置されるケーシングの少なくとも一部が、ロータに閾値以上のトルクが作用した際にはベース部に対する相対的な回転が許容されてロータとともに回転する。つまり、風車の通常運転の際は、ケーシングの上記少なくとも一部がベース部と一体のステータとして機能するため、内部に収容するロータの円滑な動作を確保することができる。一方、閾値トルク以上の回動力がロータに加わったときには、ケーシングの上記少なくとも一部がベース部に対して相対的に回転可能となり、ロータとともに回転することができる。よって、過負荷の際に回転機械に作用する負荷を緩和して回転機械を損傷から保護することができる。

また、従来は、例えばボルト等を貫通させて該ボルト及びナット等で締結固定されていた固定系のインターフェースを、上記のように常時はブレーキをかけた状態で保持しつつ、閾値以上のトルクで回転可能とすることにより、回転機械内部における歯車の噛み込み、固着、或いは過大なトルクの印加の際に、作業員による操作や処置等の対応を必要とせず、回転機械及びその周辺の要素を適切に保護することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記回転機械は、
前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられた摩擦締結要素を備え、
前記摩擦締結要素は、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動を許容するように構成されていてもよい。

このように摩擦締結要素を備えた構成によれば、ベース部に対するケーシングの相対的な回動が許容され得る閾値トルクを任意に設定することができるので、回転機械を損傷から適切に保護することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記摩擦締結要素は、
前記ベース部と前記ケーシングの少なくとも一部との間に設けられた摩擦パッドを含んでいてもよい。

この構成によれば、閾値トルクに応じた適切な摩擦係数、摩耗性、及び厚さ等を有する摩擦材を、ケーシングとベース部との対向面に適合する形状に加工して摩擦パッドを形成することにより、本開示の幾つかの実施形態に示す効果を簡易な構成で達成することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記摩擦締結要素は、
前記ベース部側に設けられた第１楔部材と、
前記第１楔部材に対向して、前記ケーシングの少なくとも一部側に設けられた第２楔部材と、
を含んでいてもよい。

この構成によれば、ナセルやタワー内の作業スペースやメンテナンス性を考慮して、締結作業の締め付け方向の設計の自由度を向上させることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れか一つの構成において、
前記閾値トルクを調節するように構成された閾値トルク調節部をさらに備えていてもよい。

このように構成すれば、風車に回転機械を組み込む際又はその後において、閾値トルクを適切に調節することができる。これにより、例えば、ケーシングとベース部とに設計誤差や組み込み誤差がある場合、又は、風車の使用状況や経年変化に応じて初期の組み付け状態や閾値トルクが変化した場合であっても、閾値トルク調節部を調整することで、ベース部に対するケーシングの少なくとも一部の相対回転を許容する閾値トルクを適切に設定することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記回転機械は、
前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられた摩擦締結要素を備え、
前記閾値トルク調節部は、前記摩擦締結要素による摩擦締結力を調節可能に構成されていてもよい。

このように構成すれば、閾値トルク調節部として、摩擦締結要素による摩擦締結力を調整可能であり、かつ、調整された締結力を一定に保持することができる種々の部材又は装置を採用し得る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記回転機械は、
前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられたクラッチを備え、
前記クラッチは、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動を許容するように構成されていてもよい。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータに加わったとき、ケーシングの少なくとも一部のベース部に対する相対的な回動を許容するように構成されたクラッチにより、本開示の幾つかの実施形態と同様の効果を得ることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記回転機械は、
前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられたラッチ要素を備え、
前記ラッチ要素は、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動を許容するように構成されていてもよい。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータに加わったとき、ケーシングの少なくとも一部のベース部に対する相対的な回動を許容するように構成されたラッチにより、本開示の幾つかの実施形態と同様の効果を得ることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れか一つの構成において、
前記回転機械は、
前記回転機械又は該回転機械の状態を監視するためのセンサと、前記ベース部側のケーブル接続端との間に設けられ、前記センサと前記ケーブル接続端とを接続するケーブルを備え、
前記ケーブルは、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動時において、前記センサと前記ケーブル接続端との間の接続状態が解除されるように構成されていてもよい。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータに加わり、ケーシングの少なくとも一部がベース部に対して相対的に回動した際に、センサとケーブル接続端との間の接続状態が解除される。よって、上記相対的な回動によるケーブル等の配線の捩れによってケーブル自体が切断されたり、ケーブルに引かれたセンサやケーブル接続端が外れたりして回転機械が損傷することを効果的に防止することができる。また、復旧の際には、ケーブルの再接続を容易に行うことができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れか一つの構成において、
前記回転機械は、
前記回転機械又は該回転機械の状態を監視するためのセンサと、
前記ベース部側のケーブル接続端との間に設けられる第１ケーブルおよび第２ケーブルと、
前記第１ケーブルと前記第２ケーブルとの間に設けられるスリップリングと、を備えていてもよい。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータに加わり、ケーシングの少なくとも一部がベース部に対して相対的に回動した際に、センサとケーブル接続端との間の第１ケーブル及び第２ケーブルが捩れても、その捩れをスリップリングが吸収又は解消して電気的接続を維持することができる。よって、上記相対的な回動によるケーブル等の配線の捩れによって第１ケーブル又は第２ケーブルが切断されたり、ケーブルにそれぞれ接続されたセンサやケーブル接続端が外れたりして回転機械が損傷することを効果的に防止することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１０）の何れか一つの構成において、
前記回転機械は、減速機を含むモータであり、
少なくとも、前記ケーシングのうち前記減速機を覆う歯車ケーシングは、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ベース部に対する相対的な回動が許容されるように構成されていてもよい。

このように、減速機とモータとの組み合わせに回転機械を適用し、ケーシングのうち歯車ケーシングをベース部に対して相対回転可能に構成することにより、風車の構成要素のうちモータと減速機とを含む多くの駆動部において、本開示に示す有利な効果を享受することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１１）の何れか一つの構成において、
前記回転機械は、前記風車のヨー角を調節するためのヨードライブであり、
前記ヨードライブは、
モータと、
前記モータの上方に位置する減速機と、
前記減速機の上方に位置し、前記減速機の出力軸に連結されたピニオンと、を含んでもよい。

上記のようにヨードライブを回転機械として適用した構成によれば、風車のヨー旋回を行うヨードライブにおいて、本開示の幾つかの実施形態に示す作用及び効果の利益を享受することができる。特に、回転系の構成要素の中でも比較的大きな部材であるリングギアは、焼き入れ及び焼き戻し等の熱処理における大きさ制限等の理由により、他の部材と比較して機械的強度を強くし難い傾向にあり、交換やメンテナンスにも多大な労力を要する。よって、該リングギアにピニオンを介して歯合するヨードライブのケーシングの少なくとも一部を、上記のようモータや減速機等のロータとともに一体的に回動可能とすることにより、モータや減速機の中のどこに噛み込みや固着が生じても、リングギアからのトルクを逃がすことができる。よって、回動機械及びその周辺の要素を過負荷から適切かつ効果的に保護することができるのである。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１２）の何れか一つの構成において、
前記回転機械は、前記風車のヨー角又は翼ピッチ角を調節するためのモータ、前記風車のドライブトレイン構成機器、又は前記風車の発電機の何れかであってもよい。

すなわち、回転機械は、モータ単体にも適用することができ、モータ又はモータ各々における内部のロータとケーシングとの関係において、本開示に示す有利な効果を享受することができる。また、例えば、ドライブトレイン構成機器や発電機における増速機等においても、過負荷の際にはこれらの回転機械を損傷から保護することができる。

（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車は、上記（１）〜（１３）の何れか一つの構成に記載の回転機械を備える。

（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車用の回転機械の損傷防止方法は、
風車の構成機器である回転機械の損傷防止方法であって、
前記回転機械のロータに閾値以上の回動力が加わったとき、前記回転機械が搭載されるベース部に対する前記回転機械のケーシングの少なくとも一部の相対的な回動が許容されて前記ロータとともに前記ケーシングの前記少なくとも一部が回転するように、前記ケーシングの前記少なくとも一部と前記ベース部との固定状態を解除するステップ
を備えることを特徴とする。

一実施形態に係る風車の構造を示す概略図である。 一実施形態に係る風車用の回転機械の構造を示す概略斜視図である。 一実施形態に係る風車用の回転機械の構造を示す縦断面図である。 他の実施形態に係る風車用の回転機械の構造を示す縦断面図である。 一実施形態に係る風車用の回転機械における閾値トルク調節部（弾性部材とボルト）を示す図である。 一実施形態に係る風車用の回転機械における閾値トルク調節部（楔部材とボルト）を示す図である。 一実施形態における回転機械の配線状態を示す概略図である。 他の実施形態における回転機械の配線状態を示す概略図である。 他の実施形態に係る風車用の回転機械を示す概略図である。

以下に、本発明の少なくとも一実施形態に係る風車用の回転機械について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

まず、図１から図４を参照して、本発明の少なくとも一実施形態に係る風車用の回転機械の構造について説明する。風車用の回転機械１０は、風車１の構成機器であって、陸上又は洋上に設置される風車１に適用され得る。

図１に示すように、風車１は、複数の風車翼２及び該風車翼２が取り付けられるハブ３で構成される風車ロータ４と、風車ロータ４を主軸及び主軸受を含むドライブトレイン構成機器５を介して回転自在に支持するナセル７と、主軸の回転力を受けて駆動される発電機６と、ナセル７を水平旋回可能に支持するタワー８と、タワー８が設置されるプラットフォーム９と、備えている。風車翼２は、ハブ３に設置されたモータ５０Ａの回転によりピッチ角を調節可能に構成されている。そして、風車１は、風車翼２で風を受けるとロータ４が回転し、ロータ４に連結された発電機６で電力が生成されるようになっている。風車１は、モータ５０の回転により風車１のヨー角を調整可能に構成されている。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風車用の回転機械１０は、例えば図２〜図４に非限定的に例示するように、ロータ１４と、該ロータ１４を収容するとともに当該回転機械１０のステータ１６を構成するようにベース部１８に支持されるケーシング１２と、を備えている。

ケーシング１２は、その外表面に段部又はフランジを含んでいてもよく、少なくとも一部がベース部１８に対向するように構成され得る。

ロータ１４は、ステータ１６に対して相対回転可能に構成されており、ステータ１６に直接的又は間接的に支持されて駆動される。このロータ１４は、主として回転により風車１の運転や姿勢変更のための動力伝達に寄与する部位であり得る。本開示では、風車１の様々な部位に適用され得るロータ１４を総称して回転系とも称することがある。

ステータ１６は、主として構造体としての風車１の躯体、及び該躯体に固定されて他の構成要素を支持する部位を含み得る。本開示では、風車１の様々な部位に適用され得るステータ１６を総称して固定系とも称することがある。上述したように、ケーシング１２は、ベース部１８に支持されることでステータ１６を構成し得る。

そして、ケーシング１２の少なくとも一部は、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ベース部１８に対する相対的な回動が許容されてロータ１４とともに回転可能に構成されている。

閾値トルクは、例えば、回転機械１０の構成要素、又は、回転機械１０と直接的又は間接的に動力伝達を行う機械要素のうち、機械的強度が低く、保護すべき要素の損傷を防止することを考慮して設定してもよい。

従来のトルクリミッタは、回転系の要素とこれに接する回転系の要素（つまり回転系同士）との間のトルク伝達を遮断するように構成されていたのに対し、本開示に示す構成では、固定系の一部を回転系とともに回転させることができる。つまり上述した一実施形態に係る風車１用の回転機械１０によれば、固定系の一部を、所定の閾値トルクを境にして固定系として振る舞う場合と回転系として振る舞う場合とに切り替えることが可能となる。

上記構成によれば、ケーシング１２の少なくとも一部は、風車１の通常運転の際にはロータ１４等の回転系を内部に収容する固定系のステータ１６として設置され、ロータ１４に閾値以上のトルクが作用した際にはベース部１８に対する相対的な回転が許容されてロータ１４とともに回転する。つまり、風車１の通常運転の際は、ケーシング１２の上記少なくとも一部がベース部１８と一体のステータ１６として機能するため、内部に収容するロータ１４の円滑な動作を確保することができる。一方、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったときには、ケーシング１２の上記少なくとも一部がベース部１８に対して相対的に回転可能となり、ロータ１４とともに回転することができる。よって、過負荷の際に回転機械１０に作用する負荷を緩和して回転機械１０を損傷から保護することができる。

また、従来は、例えばボルト等を貫通させて該ボルト及びナット等で締結固定されていた固定系のインターフェースを、上記のように常時はブレーキをかけた状態で保持しつつ、閾値以上のトルクで回転可能とすることにより、回転機械１０内部における歯車の噛み込み、固着、或いは過大なトルクの印加の際に、作業員による操作や処置等の対応を必要とせず、回転機械１０及びその周辺の要素を適切に保護することができる。

幾つかの実施形態において、回転機械１０は、風車１のヨー角を調節するためのヨードライブ１０Ａであってもよい。ヨードライブ１０Ａは、１機の風車１について一又は複数台配置されていてもよい。図２〜図４に非限定的に示す例では、１機の風車１に複数台（例えば４〜１０台）のヨードライブ１０Ａを配置した構成を示している。各ヨードライブ１０Ａは、例えば、中空円筒状のブラケット１３を介してベース部１８（ナセルベース又はベースフレーム）に対して相対的に回転可能に構成されていてもよい。すなわち、ベース部１８は、当該ベース部１８に対してヨードライブ１０Ａを相対回転可能に支持するブラケット１３を含み得る。

ヨードライブ１０Ａは、モータ５０と、該モータ５０とヨー旋回用のリングギア５４との間に配置された減速機５６と、該減速機５６とリングギア５４との間に配置され、減速機５６の出力軸たるドライブシャフト５８に連結されたピニオン５２と、を含んでもよい。すなわち、ヨードライブ１０Ａは、例えば、風荷重等の外力が、リングギア５４を介してピニオン５２、減速機５６、モータ５０の順に作用する配置で構成され得る。

ブラケット１３は、円筒の軸方向における一端部（例えば上端部）１３Ａ側においてベース部１８に固着され、他端部（例えば下端部）１３Ｂ側に設けたフランジ１３Ｃにおいてヨードライブ１０Ａのケーシング１２を相対回転可能に支持するように構成され得る。フランジ１３Ｃは、例えば、環状又は円弧状の内フランジであってもよい（図３及び図４参照）。

モータ５０は、風車１の図示しないコントローラ及び／又は電源端子と電気的に接続されており、該コントローラから送信される制御信号及び／又は電力に応じて回転駆動され得る。

減速機５６は、多段階（複数段）又は無段階の変速機構を含んでいてもよく、例えば４〜５段又はそれ以上の歯車機構（例えば遊星歯車等）を含み得る。

上記ヨードライブ１０Ａにおけるロータ１４は、例えば、モータ５０自体の出力軸を含む内部ロータ、該モータ５０の出力軸に連結された減速機５６、減速機５６に連結されたヨードライブ１０Ａの出力軸であるドライブシャフト５８、該ドライブシャフト５８に連結されるとともにヨー旋回用のリングギア５４に歯合されるピニオン５２を含み得る。

上記のようにヨードライブ１０Ａを回転機械１０として適用した構成によれば、風車１のヨー旋回を行うヨードライブ１０Ａにおいて、本開示の幾つかの実施形態に示す作用及び効果の利益を享受することができる。特に、回転系の構成要素の中でも比較的大きな部材であるリングギア５４は、焼き入れ及び焼き戻し等の熱処理における大きさ制限等の理由により、他の部材と比較して機械的強度を強くし難い傾向にあり、交換やメンテナンスにも多大な労力を要する。よって、該リングギア５４にピニオン５２を介して歯合するヨードライブ１０Ａのケーシング１２の少なくとも一部を、上記のようにモータ５０や減速機５６等のロータ１４とともに一体的に回動可能とすることにより、モータ５０や減速機５６の中のどこに噛み込みや固着が生じても、リングギア５４からのトルクを逃がすことができる。よって、回動機械１０及びその周辺の要素を過負荷から適切かつ効果的に保護することができるのである。

なお、モータ５０は、リングギア５４に対して下方に配置されてもよく、この場合は、モータ５０の上方に減速機５６が配置され、減速機５６の上方にピニオン５２が配置され得る（図２〜図４参照）。また、モータ５０は、リングギア５４に対して上方に配置されてもよく、この場合はモータ５０の下方に減速機５６が配置され、減速機５６の下方にピニオン５２が配置され得る。
また、ヨードライブ１０Ａを回転機械１０として適用した場合の閾値トルクは、例えば、リングギア５４の損傷を防止し得る値に設定してもよい。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、回転機械１０は、ケーシング１２の少なくとも一部とベース部１８との間に設けられた摩擦締結要素２０を備えていてもよい（図３参照）。摩擦締結要素２０は、ケーシング１２の少なくとも一部とベース部１８とが対向する箇所に少なくとも一つ以上配置されていてもよい。

上記摩擦締結要素２０の摩擦面は、例えば車両等のディスクブレーキのように、ロータ１４（例えばヨーギア等の変速機）の回転軸に直交する配置（すなわちディスク状面内配置）であってもよい（例えば図３参照）。この場合、摩擦締結要素２０は、ロータ１４の回転軸の軸方向において複数の位置に配置されてもよく、ケーシング１２及びベース部１８の少なくとも一方をサンドイッチ状に挟み込むように配置されてもよい。また、摩擦締結要素２０は、例えば車両等のドラムブレーキのように、ロータ１４の回転軸と極座標平行（すなわち円筒面配置）であってもよい（例えば図４参照）。さらに、摩擦締結要素２０は、ケーシング１２の少なくとも一部とベース部１８との対向面の形状に合わせて形成されていてもよく、例えば、環状又は円弧状であってもよい。

そして、摩擦締結要素２０は、上記閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ケーシング１２の少なくとも一部のベース部１８に対する相対的な回動を許容するように構成されていてもよい。このような摩擦締結要素２０を配置した場合の閾値トルクは、ケーシング１２、ベース部１８、摩擦締結要素２０夫々の材質、表面の摩擦係数、当該摩擦締結要素２０を挟み込む締結力を適切に設定することで任意の値に設定し得る。上記のような摩擦締結要素２０として、例えば、静摩擦係数の値と動摩擦係数の値とが近い材料を採用してもよい。

例えば、金属系、プラスチック系、カーボン系等、車両等のブレーキパッドとして用いられる材料を摩擦締結要素２０として採用してもよい。

このように摩擦締結要素２０を備えた構成によれば、ベース部１８に対するケーシング１２の相対的な回動が許容され得る閾値トルクを任意に設定することができるので、回転機械１０を損傷から適切に保護することができる。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、摩擦締結要素２０は、ベース部１８とケーシング１２の少なくとも一部との間に設けられた摩擦パッド２２を含んでいてもよい（例えば図３及び図４参照）。この構成によれば、閾値トルクに応じた適切な摩擦係数、摩耗性、及び厚さ等を有する摩擦材を、ケーシング１２とベース部１８との対向面に適合する形状に加工して摩擦パッド２２を形成することにより、本開示の幾つかの実施形態に示す効果を簡易な構成で達成することができる。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、上記閾値トルクを調節するように構成された閾値トルク調節部２３をさらに備えていてもよい。このように構成すれば、風車１に回転機械１０を組み込む際又はその後において、閾値トルクを適切に調節することができる。これにより、例えば、ケーシング１２とベース部１８とに設計誤差や組み込み誤差がある場合、又は、風車１の使用状況や経年変化に応じて初期の組み付け状態や閾値トルクが変化した場合であっても、閾値トルク調節部２３を調整することで、ベース部１８に対するケーシング１２の少なくとも一部の相対回転を許容する閾値トルクを適切に設定することができる。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、閾値トルク調節部２３は、摩擦締結要素２０による摩擦締結力を調節可能に構成されていてもよい。

このように構成すれば、閾値トルク調節部２３として、摩擦締結要素２０による摩擦締結力を調整可能であり、かつ、調整された締結力を一定に保持することができる種々の部材又は装置を採用し得る。このような部材又は装置としては、例えば、ばね（コイルばね等）やゴム等の弾性部材２４とボルト２５等の締結要素とを用いた構造を採用してもよい（図５Ａ参照）。幾つかの実施形態では、ケーシング１２とベース部１８との対向面と交差（例えば図５Ａでは直交）する方向、すなわち摩擦締結要素２０の加圧方向にボルト２５を進退移動させることで上記摩擦締結力を調節するように構成し得る。さらに、図示は省略するが、閾値トルク調節部２３として、アキュムレータ及びシリンダを含む油圧システムや、電磁ソレノイド、或いは、マグネット等を採用してもよい。油圧方式を採用した場合は、油圧を調節することで摩擦締結力の調節機能を達成し得る。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、摩擦締結要素２０は、ベース部１８側に設けられた第１楔部材２６と、該第１楔部材２６に対向して、ケーシング１２の少なくとも一部側に設けられた第２楔部材２７と、を含んでいてもよい（例えば図５Ｂ参照）。

第１楔部材２６及び第２楔部材２７は、互いが接する対向面が摩擦締結要素２０の加圧方向に関して傾斜したテーパ状であってもよく、該傾斜面に沿って一方を他方に対してスライドさせることにより、ケーシング１２とベース部１８との締結力を調節可能に構成され得る。例えば、摩擦締結要素２０は、図５Ｂに非限定的に例示するボルト２５等によってケーシング１２とベース部１８との対向面と平行な方向に第１楔部材２６を進退移動させることで、該移動方向と直交する方向への圧力（摩擦締結力）を調節するように構成され得る。

この構成によれば、ナセル７やタワー８内の作業スペースやメンテナンス性を考慮して、締結作業の締め付け方向の設計の自由度を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、回転機械１０は、ベース部１８と、ケーシング１２の少なくとも一部と、の間に設けられたクラッチ(図示省略)を備え、該クラッチは、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ケーシング１２の少なくとも一部のベース部１８に対する相対的な回動を許容するように構成されていてもよい。

クラッチは、例えば、２つの部材間を、相対的に回動不能な状態と相対的に回動可能な状態とに切替え可能とする機械要素全般を含み得る。例えば、クラッチは、２つの部材の爪同士が嵌合する噛み合いクラッチや摩擦クラッチ等の機械的クラッチを含み得る。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ケーシング１２の少なくとも一部のベース部１８に対する相対的な回動を許容するように構成されたクラッチにより、本開示の幾つかの実施形態と同様の効果を得ることができる。

幾つかの実施形態において、回転機械１０は、ベース部１８と、ケーシング１２の少なくとも一部と、の間に設けられたラッチ要素（図示省略）を備えていてもよく、該ラッチ要素は、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ケーシング１２の少なくとも一部のベース部１８に対する相対的な回動を許容するように構成されていてもよい。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ケーシング１２の少なくとも一部のベース部１８に対する相対的な回動を許容するように構成されたラッチ要素により、本開示の幾つかの実施形態と同様の効果を得ることができる。

幾つかの実施形態において、回転機械１０は、該回転機械１０又は該回転機械１０の状態を監視するためのセンサ（又は電源端子）３８と、ベース部１８側のケーブル接続端４６との間に設けられ、センサ３８とケーブル接続端４６とを接続するケーブル４０を備えていてもよい（例えば図６参照）。そして、ケーブル４０は、ケーシング１２の少なくとも一部のベース部１８に対する相対的な回動時において、センサ３８とケーブル接続端４６との間の接続状態が解除されるように構成されていてもよい。

センサ３８は、例えば、モータの回転角や回転数を検知するエンコーダ等でもよい。

上記センサ３８とケーブル接続端４６との間の接続は、例えば、圧入式のコネクタ等を用いて達成されてもよい。この場合、ロック機能がなく一定以上の引張り力で接続状態が解除され得る状態でセンサ３８とケーブル接続端４６とを接続してもよい。また、ケーブル４０とは別にコネクタ本体に別途ワイヤー等を繋ぐことにより、ケーブル４０自体に引張り力が付加されないように構成してもよいし、ケーブル４０自体が引張耐性を有する構成としてもよい。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わり、ケーシング１２の少なくとも一部がベース部１８に対して相対的に回動した際に、センサ３８とケーブル接続端４６との間の接続状態が解除される。よって、上記相対的な回動によるケーブル４０等の配線の捩れによってケーブル４０自体が切断されたり、ケーブル４０に引かれたセンサ３８やケーブル接続端４６が外れたりして回転機械１０が損傷することを効果的に防止することができる。また、復旧の際には、ケーブル４０の再接続を容易に行うことができるため、メンテナンス性の向上を図ることができる。

なお、他の実施形態において、ケーブル４０は、電気、又は、制御信号や検出信号等の情報を、電気的又はその他の方法（例えば光ファイバを介した光等）で伝達するケーブルであってもよい。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、回転機械１０又は該回転機械１０の状態を監視するためのセンサ（又は電源端子）３８と、ベース部１８側のケーブル接続端４６との間に設けられる第１ケーブル４２および第２ケーブル４４と、第１ケーブル４２と第２ケーブル４４との間に設けられるスリップリング４８と、を備えていてもよい（例えば図７参照）。

この構成によれば、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わり、ケーシング１２の少なくとも一部がベース部１８に対して相対的に回動した際に、センサ３８とケーブル接続端４６との間の第１ケーブル４２及び第２ケーブル４４が捩れても、その捩れをスリップリング４８が吸収又は解消して電気的接続を維持することができる。よって、上記相対的な回動によるケーブル４０等の配線の捩れによって第１ケーブル４２又は第２ケーブル４４が切断されたり、ケーブル４２，４４にそれぞれ接続されたセンサ３８やケーブル接続端４６が外れたりして回転機械１０が損傷することを効果的に防止することができる。

幾つかの実施形態において、回転機械１０は、減速機（例えば減速機５６）とモータ（例えばモータ５０）との組み合わせであってもよい。この場合、少なくとも、ケーシング１２のうち減速機５６を覆う歯車ケーシング１２Ａ（ギアボックス）は、閾値トルク以上の回動力がロータ１４に加わったとき、ベース部１８に対する相対的な回動が許容されるように構成されていてもよい（例えば図８参照）。

このように、減速機５６とモータ５０との組み合わせに回転機械１０を適用し、ケーシング１２のうち歯車ケーシング１２Ａをベース部１８に対して相対回転可能に構成することにより、風車１の構成要素のうちモータと減速機とを含む多くの駆動部において、本開示に示す有利な効果を享受することができる。

幾つかの実施形態では、上記の構成において、回転機械１０は、風車１のヨー角を調節するためのモータ５０又は翼ピッチ角を調節するためのモータ５０Ａ、風車１のドライブトレイン構成機器５、及び／又は風車１の発電機６の何れかであってもよい。

すなわち、回転機械１０は、モータ単体にも適用することができ、モータ５０又はモータ５０Ａ各々における内部のロータとケーシングとの関係において、本開示に示す有利な効果を享受することができる。また、例えば、ドライブトレイン構成機器５や発電機６における増速機等においても、過負荷の際にはこれらの回転機械１０を損傷から保護することができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風車用の回転機械の損傷防止方法は、風車１の構成機器である回転機械１０の損傷防止方法であって、回転機械１０のロータ１４に閾値以上の回動力が加わったとき、回転機械１０が搭載されるベース部１８に対する回転機械１０のケーシング１２の一部の相対的な回動が許容されてロータ１４とともにケーシング１２の一部が回転するように、ケーシング１２の一部とベース部１８との固定状態を解除するステップを備える。このように、過負荷を逃がす方法を採用することにより、回転機械１０を過負荷から適切に保護することができる。

本発明の少なくとも一実施形態は、風車、風車用の回転機械及びその損傷防止方法の分野において過負荷の際に回転機械を損傷から保護することに利用できる。

Claims (15)

1. 風車の構成機器である回転機械であって、
   ロータと、
   前記ロータを収容するとともに、前記回転機械のステータを構成するようにベース部に支持されるケーシングと、を備え、
   前記ケーシングの少なくとも一部は、閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ベース部に対する相対的な回動が許容されて前記ロータとともに回転可能に構成されたことを特徴とする風車用の回転機械。
2. 前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられた摩擦締結要素を備え、
   前記摩擦締結要素は、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動を許容するように構成された
   請求項１に記載の風車用の回転機械。
3. 前記摩擦締結要素は、
   前記ベース部と前記ケーシングの少なくとも一部との間に設けられた摩擦パッドを含む
   請求項２に記載の風車用の回転機械。
4. 前記摩擦締結要素は、
   前記ベース部側に設けられた第１楔部材と、
   前記第１楔部材に対向して、前記ケーシングの少なくとも一部側に設けられた第２楔部材と、
   を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の風車用の回転機械。
5. 前記閾値トルクを調節するように構成された閾値トルク調節部をさらに備える
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の風車用の回転機械。
6. 前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられた摩擦締結要素を備え、
   前記閾値トルク調節部は、前記摩擦締結要素による摩擦締結力を調節可能に構成された
   請求項５に記載の風車用の回転機械。
7. 前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられたクラッチを備え、
   前記クラッチは、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動を許容するように構成された
   請求項１に記載の風車用の回転機械。
8. 前記ベース部と、前記ケーシングの前記少なくとも一部と、の間に設けられたラッチ要素を備え、
   前記ラッチ要素は、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動を許容するように構成された
   請求項１に記載の風車用の回転機械。
9. 前記回転機械又は該回転機械の状態を監視するためのセンサと、前記ベース部側のケーブル接続端との間に設けられ、前記センサと前記ケーブル接続端とを接続するケーブルを備え、
   前記ケーブルは、前記ケーシングの少なくとも一部の前記ベース部に対する相対的な回動時において、前記センサと前記ケーブル接続端との間の接続状態が解除されるように構成された
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車用の回転機械。
10. 前記回転機械又は該回転機械の状態を監視するためのセンサと、前記ベース部側のケーブル接続端との間に設けられる第１ケーブルおよび第２ケーブルと、
    前記第１ケーブルと前記第２ケーブルとの間に設けられるスリップリングと、を備える請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車用の回転機械。
11. 前記回転機械は、減速機を含むモータであり、
    少なくとも、前記ケーシングのうち前記減速機を覆う歯車ケーシングは、前記閾値トルク以上の回動力が前記ロータに加わったとき、前記ベース部に対する相対的な回動が許容されるように構成された
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載の風車用の回転機械。
12. 前記回転機械は、前記風車のヨー角を調節するためのヨードライブであり、
    前記ヨードライブは、
    モータと、
    前記モータの上方に位置する減速機と、
    前記減速機の上方に位置し、前記減速機の出力軸に連結されたピニオンと、
    を含む
    請求項１乃至１１の何れか一項に記載の風車用の回転機械。
13. 前記回転機械は、前記風車のヨー角又は翼ピッチ角を調節するためのモータ、前記風車のドライブトレイン構成機器、又は前記風車の発電機の何れかである
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の風車用の回転機械。
14. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の回転機械を備える風車。
15. 風車の構成機器である回転機械の損傷防止方法であって、
    前記回転機械のロータに閾値以上の回動力が加わったとき、前記回転機械が搭載されるベース部に対する前記回転機械のケーシングの少なくとも一部の相対的な回動が許容されて前記ロータとともに前記ケーシングの前記少なくとも一部が回転するように、前記ケーシングの前記少なくとも一部と前記ベース部との固定状態を解除するステップ
    を備えることを特徴とする風車用の回転機械の損傷防止方法。

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