JP4050441B2 - 風力発電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求項の範囲の請求項１の前文に記載されている特徴を備えた風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近代の風力発電装置に求められているエコロギー面での要求と経済面での要求は、年々高まりつつある。コンパクトで軽量である構成態様のほか、経済的に風力発電装置を設置することや修理すること、監視することが経済の観点に立って求められている。特に、海岸から離れた領域では、例えば、舶用クレーンまたは持ち上げ用のねじ機構が使用されるので、風力発電装置を設置するにあたっては非常にコストがかさむことになる。そのほか、海岸から離れた位置にある風力発電装置の場合、エコロジー面の理由から騒音の発生することを最小限に押さえなければならない。このためには、個々の構成要素を完全に連結状態から解除することができることが要求されている。
【０００３】
公知の風力発電装置（例えば、ＥＰ−ＯＳ６３５６３９号参照）の駆動列（Ａｎｔｒｉｅｂｓｓｔｒａｎｇ）は、ローター・ノーズを備えたローター・ブレイドと、ローターのための軸受を備えたローター・シャフトと、多段の遊星歯車式動力伝動装置と、機械的な制動装置と、カップリングと、発電機とから構成されている。ローター・ブレイドは，ローター・ノーズと接続されていて、ローター・シャフトを駆動している。このローター・シャフトは、マシーン・フレームを介してアジムス・ベヤリング（Ａｚｉｍｕｔｌａｇｅｒ）と接続されている大きなローラー・ベヤリングの中に収容されている。この構成によれば、ローターに作用する風の力は塔体に伝達される。この軸承方式の場合、ローターと動力伝動装置との間にシャフトのための区画を用意することが必要である。さらに、第２のローター・シャフト・ベヤリングが動力伝動装置の中に配置されていて、該動力伝動装置の第２のローター・シャフト・ベヤリングの駆動側の中空のシャフトは、焼き嵌めされたディスクを介してローター・シャフトと接続されている。必要な場合、動力伝動装置は、ダブル・アーム式の回転モーメント支持部を介してマシーン・フレーム上に支承されることになる。動力伝動装置の高速で回転する被駆動シャフトは、ダブル・アーム式のカップリングを介してマシーン・ケーシングの中でフレームの上に設けられている発電機の高速で回転するシャフトと接続されている。さらに、制動装置が、発電機と動力伝動装置との間に付加的に取り付けられている。この公知の風力発電装置は、比較的広いスペースを必要とするので、出力性能の面で制約を受けることになる。その他、従来の風力発電装置を設置したり解体したりするにあたっては、構造が複雑なため高い据え付け費用と解体費用が必要である。
【０００４】
本発明の主たる目的は、構成がコンパクトで、据え付け特性と補修特性と監視特性に優れた風力発電装置を提供することである。
【０００５】
上記の目的を達成するため請求項１の特徴項に記載されている特徴を備えた風力発電装置が本発明に従って提供されたのである。本発明の有利な実施態様については請求項２及び３を参照されたい。
【０００６】
動力伝動装置と発電機とを１つの駆動列モジュール（独語：Ｔｒｉｅｂｓｔｒａｎｇｍｏｄｕｌ 英語：Ｄｒｉｖｅ−ｔｒａｉｎ ｍｏｄｕｌｅ）に組み立てるとともに、この駆動列モジュールとローター・ノーズ（Ｒｏｔｏｒｎａｂｅ）を特別なやり方で接続することにより、構成要素を簡単なやり方でかつ短時間のうちにあらかじめ据え付けられているローター担体に取り付けることができる。その他、この構成によれば、駆動列モジュールをローター担体との連結状態から解除することができる。ローター・ノーズ（ロータ・ハブとも呼ばれる）とローラー・ベヤリングとローター担体により生じた力とモーメントと変形の状態部に作用して力とモーメントと変形状態が動力伝動装置と発電機にはなんら不利な影響を及ぼすことはない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図解した添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【０００８】
風力発電装置のローターのうちローター・ブレイドを収容するために使用される収容開口を備えたローター・ノーズ１が図１に示されている。ローター・ノーズ１は、半径方向に延在しているガイドを備えたアキシヤル・ベヤリングとして設計されている公知の大きなローラー・ベヤリング３の中に軸支されている。このローラー・ベヤリング３は、アジマス・ベヤリング５（Ａｚｉｍｕｔｌａｇｅｒ）を介して塔体（図示せず）と接続されているローター担体４に固定されている。ローター・ブレイドに作用する風の力は、ローター担体４とアジマス・ベヤリングを使用する上記のやり方で塔体に直接導き伝えられる。アジマス・ベヤリング５は、風力発電装置が風を後ろに導く働きをするアジムス駆動装置（Ａｚｉｍｕｔａｎｔｒｉｅｂ）に係着されている。
【０００９】
ローラー・ベヤリング３は、静止した外レース６と回転する内レース７を備えている。外レース６は、ローター担体４と固定状態に接続されている。ローター・ノーズ１は内レース７にねじ止めされている。さらに、内レース７は、振動を吸収する働きをするトウピン（Ｍｉｔｎａｍｅｂｏｌｚｅｎ）８を収容するために使用される多数の穴を備えている。
【００１０】
さらに、風力発電装置は、駆動段９と被駆動段１０を備えた２段式遊星歯車伝動装置として設計されている動力伝動装置を備えている。この種の遊星歯車伝動装置は一般に広く知られているので、本発明を理解するために必要と思われる程度にしか図面には示されていない。遊星歯車動力伝動装置は、太陽歯車と、遊星歯車担体に軸支される遊星歯車とし てのピニオンと、内ば歯車とを各段に備えていて、これらの歯車は互いに噛み合っている。駆動段９の太陽歯車１２は、被駆動段１０の遊星歯車担体と接続されている。被駆動段１０の太陽歯車１２のシャフトは、動力伝動装置の被駆動シャフトの働きをしている。また、被駆動段１０の太陽歯車１２のシャフトは、カップリングを介して発電機１１のシャフトと接続されている。
【００１１】
ローラー・ベヤリング３の内レース７は、トウピン８を介して駆動段９の内ば歯車１３と接続されている。これにより、ローターから取り出された出力は遊星歯車式動力伝動装置に導かれる。駆動段９の内ば歯車１３は、遊星歯車式動力伝動装置の回転状態にある回転ギアケース１５に取り付けられた被駆動段１０の内ば歯車１４と接続されている。回転ギアケース１５は、駆動段９の内ば歯車１３をローラー・ベヤリング３の内レース７と接続することによりローター・ノーズ１と同様に風力発電装置のローラー・ベヤリング３に支承されている。駆動段９の遊星歯車担体１６は、ローター担体４上に支持されていて、回転モーメント支持部として構成されている。さらに、遊星歯車担体１６は、遊星歯車式動力伝動装置から生じた反動モーメントをローター担体４に導く働きをしている。
【００１２】
発電機１１は駆動段９の固定状態にある遊星歯車担体１６にねじ止めされているので、遊星歯車式動力伝動装置と発電機１１は駆動列モジュールに接続されることになる。この駆動列モジュールは振動緩衝装置１７を介してローター担体４と接続されている。このローター担体４は、固定レール１８を備えていて、この固定レール１８を介して駆動列モジュールは摺動することができる。ローラー・ベヤリング３の内レース７の中でトウピン８を介してローター・ノーズ１を遊星歯車式動力伝動装置に接続するともに、遊星歯車式動力伝動装置と発電機１１を振動緩衝装置１７を介してローター担体４に接続することにより、駆動列モジュールに対する風力発電装置の他の部分からの振動等の物理的影響を排除することが可能となる。このようにすれば、駆動列モジュールをより小さく設計することができるので、風力発電装置の重量を大幅に減らすことができる。
【００１３】
風力発電装置を組み立てるさい、まず固定レール１８とローラー・ベヤリング３を備えたローター担体４ならびにローラー・ノーズ１とより成るローター担体ユニットが組み立てられて設置される。ローター担体ユニットを組み立てて据え付けた後、ローター・ノーズ１を開放することによりローター担体４上に組み立てられて据え付けられたクレーンを介してローター・ブレイドが高い位置に持ち上げられて取り付けが行われる。さらに、前記のクレーンを介して遊星歯車式動力伝動装置と発電機１１とより成る前記駆動列モジュールがローター担体４から高く持ち上げられる。補修または点検のため、前記駆動列モジュールは固定レール１８を介してローター・ノーズ１から移動させられ、クレーンを使用して分解される。風力発電装置をモジュール・ベースで組み立てることにより、遊星歯車式動力伝動装置と遊星歯車式動力伝動装置の構成グループと発電機１１は、必要な場合、組み立てて据え付けられたクレーンをしっかり支持した状態で塔体から引き外され新品と交換される。陸から離れた領域では、上述のように風力発電装置をモジュール・ベースで組み立てを行うことにより、据え付けるために必要なコストを大幅に減らすことができる。そのほか、損傷が生じた場合は、前記駆動列・モジュールを新しいものと交換することにより、風力発電装置の休止時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、風力発電装置を長さ方向に部分的に切断した断面図を示すとともに、風力発電装置を手前の方から部分的に目視した斜視図を示している。
【図２】 図２は、図１に示されている風力発電装置のＸ部を目視した拡大された状態の斜視図である。
【図３】 図３は、図１に示されている風力発電装置のＹ部を目視した拡大された状態の斜視図である。
【図４】 図４は、風力発電装置の塔体の頭部の構造を図解した斜視図である。
【図５】 図５は、風力発電装置のローター担体を図解した斜視図である。
【図６】 図６は、風力発電装置の駆動用に使用される駆動列・モジュールを図解した斜視図である。
【符号の説明】
１ ローター・ノーズ
２ 収容開口
３ ローラー・ベヤリング
４ ローター担体
５ アジマス・ベヤリング
６ 外レース
７ 内レース
８ トウピン
９ 駆動段
１０ 被駆動段
１１ 発電機
１２ 太陽歯車
１３ 内ば歯車
１４ 内ば歯車
１５ 回転ギアケース
１６ 遊星歯車担体
１７ 振動緩衝装置
１８ 固定レール

Claims (3)

1. ローターのローター・ノーズ（１）が、ローター担体（４）に配置されたローラー・ベヤリング（３）に支承され、かつ駆動段（９）と被駆動段（１０）を備えた２段の遊星歯車式動力伝動装置の回転部分に取外し可能に接続されているとともに、該伝動装置の被駆動段の出力シャフトがカップリングを介して発電機（１１）に連結されており、該発電機（１１）のハウジングを該遊星歯車式動力伝動装置に取外し可能に接続して単一の駆動列モジュールを構成するとともに、この駆動列モジュールを、ローター担体（４）上に支持してなる風力発電装置において、ローラー・ベヤリング（３）の内レース（７）が、ローター・ノーズ（１）と取外し可能に連結されているとともに、振動を減衰させ得るように構成した複数のトウピン（８）を介して前記伝動装置の駆動段（９）の内ば歯車（１３）と接続されていること、前記駆動段（９）の内ば歯車（１３）と前記被駆動段（１０）の内ば歯車（１４）とが接続されて回転ギアケース（１５）を形成していること、該回転ギアケース（１５）は前記ローラー・ベヤリング（３）に取り付けられていること、及び、前記発電機（１１）は前記駆動段の遊星歯車担体（１６）にねじで取り付けられていることを特徴とする風力発電装置。
2. 駆動段（９）の遊星歯車担体（１６）が、ローター担体（４）上に支持されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
3. 駆動段（９）の遊星歯車担体（１６）が、回転モーメントを支持するとともに、前記遊星歯車式動力伝動装置から前記ローター担体（４）への反動モーメントを除去する部材として構成されていることを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。

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