JP4969708B1 - 再生エネルギー型発電装置及び油圧ポンプの取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きなトルクの伝達が可能であり、主軸が大径の場合であっても、容易に且つ低コストで加工が可能な油圧ポンプの固定構造を有する再生エネルギー型発電装置及び油圧ポンプの取付け方法を提供する。
【解決手段】主軸４の外周に設けられた円筒部材１０と係合するように、主軸４の外周に結合部材２０が設けられている。結合部材２０は、固定部２１と、第１スプライン部２２と、第１ピン２３とから構成されている。固定部２１は、主軸４の周方向に沿って設けた複数の第１ピン２３によって、主軸４の外周面に固定されている。固定部２１の後端側の他端部に延設された第１スプライン部２２は、主軸４の外周面との間に隙間Ｓを有し、該隙間Ｓに面する内周面に第１スプライン歯２４が形成されている。この隙間Ｓは、固定部２１の後端側の端部に開口を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを介して、ロータの回転エネルギーを発電機に伝達する再生エネルギー型発電装置及びその油圧ポンプの取付け方法に関する。なお、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生エネルギー型発電装置では、風、潮流、海流又は河流の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。
この種の再生エネルギー型発電装置では、従来、ロータの回転数が発電機の定格回転数に比べて小さいため、ロータと発電機との間に機械式（ギヤ式）の増速機を設けていた。すなわち、ロータの回転数は増速機で発電機の定格回転数まで増速された後、発電機に入力されるようになっていた。
ところが、発電効率の向上を目的として再生エネルギー型発電装置の大型化が進むにつれ、増速機の重量及びコストが増加する傾向にある。このため、機械式の増速機に替えて、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した再生エネルギー型発電装置が注目を浴びている。
例えば、特許文献１及び２には、主軸の周りに取り付けられた油圧ポンプと、油圧ポンプの圧油によって駆動される油圧モータとからなる油圧トランスミッションを備えた風力発電装置が開示されている。この風力発電装置は、主軸の回転により油圧ポンプを駆動させ、その油圧ポンプから送給された圧油で油圧モータを回転させて当該油圧モータの回転により発電機を駆動させるものである。

米国特許出願公開第２０１０／００３２９５９号明細書 欧州特許出願公開第０９１６６５７６号明細書

しかしながら、風力発電装置の主軸のトルクは非常に大きく、この大トルクを主軸から油圧ポンプにいかにして伝達するかが問題になる。一般的に、大きなトルクを伝達する手法の一つとして、スプラインを用いたものが知られている。ところが、風力発電装置の主軸には、例えば直径１．５ｍ程度の大径のものがあり、このような大径の主軸にスプラインを加工することは困難で、かつ、コストもかさむ。
この点、特許文献１及び２には、主軸への油圧ポンプの具体的な固定構造が開示されておらず、油圧トランスミッションを用いた風力発電装置における上記問題の解決策が何ら示されていない。
また、風力発電装置以外の再生エネルギー型発電装置においても、油圧トランスミッションを用いる以上、上記問題を解決する必要が生じる。

そこで、本発明は、大きなトルクの伝達が可能であり、主軸が大径の場合であっても、容易に且つ低コストで加工が可能な油圧ポンプの固定構造を有する再生エネルギー型発電装置及びその油圧ポンプの取付け方法を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決する本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、回転翼が取り付けられたハブと、前記ハブに一端部が連結された主軸と、第１スプライン歯を有し、前記主軸とは別体であり該主軸に固定された結合部材と、前記第１スプライン歯に噛み合う第２スプライン歯を有し、前記主軸の周りに設けられた円筒部材と、前記円筒部材を介して前記主軸に取り付けられる油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機とを備える再生エネルギー型発電装置であって、
前記結合部材の第１スプライン歯と前記円筒部材の第２スプライン歯とを噛み合わせることによって、前記結合部材を介して前記円筒部材を前記主軸に結合することを特徴とする。

上記再生エネルギー型発電装置によれば、主軸に固定された結合部材の第１スプライン歯と油圧ポンプが固定された円筒部材の第２スプライン歯とを噛み合わせるようにしたので、結合部材及び円筒部材を介して大きなトルクを主軸から油圧ポンプに伝達することができる。
また、上記結合部材及び上記円筒部材は、主軸とは別体なので、主軸が大径の場合であっても、結合部材及び円筒部材をそれぞれ容易に且つ低コストでスプライン加工することができる。

また、前記結合部材は、
前記主軸の外周面に固定される固定部と、
前記主軸の外周面との間に隙間を有し該隙間に面する内周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含み、
前記円筒部材は、外周面の一部に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有し、
前記主軸と前記第１スプライン部との間の前記隙間に前記第２スプライン部が挿入されて、前記第１スプライン歯と前記第２スプライン歯とが噛み合っていてもよい。

このように、円筒部材の外周に第２スプライン歯を形成することで、主軸の外周面との間に隙間を有するように円筒部材の内周に第２スプライン歯を形成する場合に比べて、円筒部材（特に第２スプライン部）を薄くすることができる。そのため、円筒部材に取り付けられる油圧ポンプの外径を小さくことができ、油圧ポンプをコンパクト化できる。

また、前記主軸と前記第１スプライン部との間の前記隙間は、前記主軸の軸方向における前記ハブから遠い側の端部において開口しており、
前記第２スプライン部は、前記隙間の開口した前記端部側から前記隙間内に挿入されていてもよい。

このように、結合部材の第１スプライン部の開口をハブから遠い側の端部に設け、該第１スプライン部の開口から主軸と第１スプライン部との隙間に円筒部材の第２スプライン部を挿入する場合、円筒部材及びこれに取り付けられる油圧ポンプは結合部材よりもハブの遠くに位置することになる。
そのため、ハブとは反対側の軸方向に円筒部材を移動させることにより、円筒部材及びこれに取り付けられた油圧ポンプを主軸から取り外すことができる。また、結合部材を主軸に取り付けた状態で、円筒部材をハブ側に移動させることにより、第２スプライン部を隙間内に挿入して第１スプライン部と係合させることができる。
すなわち、結合部材を主軸に取り付けたまま、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプを主軸に対して脱着することができる。

また、前記結合部材の前記固定部は、前記主軸の周方向に沿って設けた複数のピンによって、前記主軸の外周面に固定されていてもよい。

このように複数のピンで結合部材の固定部を主軸に固定することで、大きなトルクを結合部材に伝達することができる。

また、前記結合部材は、
前記主軸の前記ハブに連結された前記一端部とは反対側の他端部に固定される固定部と、外周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含む前記主軸の直径以下の外径を有する円筒状又は円柱状であり、
前記円筒部材は、内周面に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有することとしてもよい。

このように、主軸の直径以下の外径を有する結合部材を、主軸のハブとは反対側の端部（主軸の他端部）に固定することで、円筒部材をハブとは反対側の軸方向に移動させることにより、円筒部材及びこれに取り付けられる油圧ポンプを主軸から取り外すことが可能になる。また、主軸に結合部材を取り付けた状態で、円筒部材をハブ側に移動させることにより、円筒部材の第２スプライン部を第１スプライン部と係合させることができる。
すなわち、結合部材を主軸に取り付けたまま、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプを主軸に対して脱着することができる。

また、前記結合部材の前記固定部は、該固定部と前記主軸の前記他端部との接合面において前記主軸の周方向に沿って設けられた複数のピンと、前記結合部材を貫通するように前記主軸の軸方向に延びる締結部材とによって、前記主軸の前記他端部に固定されていてもよい。

このように、結合部材の固定部と主軸の他端部との接合面に複数のピンを設けることで、大きなトルクを主軸から結合部材に確実に伝達することができる。
また、主軸の回転によってトルクがピンに作用すると、主軸の軸方向に沿った成分を有する力が結合部材に働いて、結合部材はピンによってハブとは反対側に押し出される。そこで、上記締結部材を設けることにより、結合部材を主軸の他端部に確実に固定することができる。

また、前記接合面は、前記主軸から前記結合部材に向かって前記主軸の軸方向に突出する凸部と、前記結合部材から前記主軸に向かって前記主軸の軸方向に陥没する凹部とが前記主軸の周方向に交互に設けられた凹凸形状を有し、
前記複数のピンは、前記主軸の回転方向に沿って前記凸部から前記凹部に移行する前記凸部と前記凹部との境目に設けられていてもよい。

このように、上記ピンを上記凸部と上記凹部との境目に設けて、ピンが主軸又は結合部材に対して押し返す面圧の合力ベクトルを主軸の周方向に向けて傾けることで、ピンが主軸と結合部材とを引き離そうとする主軸軸方向の分力を小さくできる。
また、上記接合面は、上記凸部と上記凹部とが主軸の周方向に交互に設けられた凹凸形状を有しており、上記凸部と上記凹部とが嵌合しているため、主軸のトルクの一部をその嵌合箇所を介して伝達することができる。これによって、ピンで負担すべきトルクを低減することができる。

また、前記結合部材および前記円筒部材にまたがって、前記第１スプライン歯と前記第２スプライン歯との噛み合い部を覆うように前記結合部材および前記円筒部材の前記ハブから遠い側の端部に取り付けられる環状押え板をさらに備え、
前記環状押え板によって、前記結合部材に対する前記円筒部材の前記主軸の軸方向の抜け出しを防止してもよい。

これにより、円筒部材及びこれに取り付けられた油圧ポンプの抜け出しを防止することができる。

また、前記主軸を装置本体側に回転自在に支持する一対の主軸軸受をさらに備え、前記結合部材、前記円筒部材および前記油圧ポンプは、前記一対の主軸軸受の間に配置されていてもよい。

このように、結合部材、円筒部材及び油圧ポンプを一対の主軸軸受の間に配置することで、ハブに近い側の主軸軸受を主軸に付けたままの状態で、主軸軸受よりもメンテナンス頻度の高い油圧ポンプの脱着が可能になる。ハブに近い側の主軸軸受を取り外す手間を省くことで油圧ポンプの脱着作業を短時間で容易に実施することができる。

また、前記主軸を装置本体側に回転自在に支持する一対の主軸軸受をさらに備え、前記結合部材、前記円筒部材および前記油圧ポンプは、前記一対の主軸軸受よりも前記ハブから遠い側に配置されていてもよい。

このように、結合部材、円筒部材及び油圧ポンプを一対の主軸軸受よりもハブから遠い側に配置することで、一対の主軸軸受を主軸に付けたままの状態で、主軸軸受よりもメンテナンス頻度の高い油圧ポンプの脱着が可能になる。主軸軸受を取り外す手間を省くことで油圧ポンプの脱着作業を短時間で容易に実施することができる。

また、前記再生エネルギー型発電装置は、前記回転翼で風を受けて前記主軸を回転させることで前記発電機を駆動する風力発電装置であってもよい。

また、本発明に係る油圧ポンプの取付け方法は、回転翼が取り付けられたハブと、前記ハブに連結された主軸と、前記主軸の周りに設けられる油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機とを備える再生エネルギー型発電装置の油圧ポンプの取付け方法であって、
前記主軸とは別体であり、第１スプライン歯を有する結合部材を前記主軸に固定する工程と、
前記第１スプライン歯に噛み合う第２スプライン歯を有する円筒部材の外周に前記油圧ポンプを組み付ける工程と、
前記結合部材の第１スプライン歯と前記円筒部材の第２スプライン歯とを噛み合わせて、前記結合部材を介して、前記油圧ポンプが外周に組み付けられた前記円筒部材を前記主軸に結合する工程とを備えることを特徴とする。

上記油圧ポンプの取付け方法によれば、主軸に固定された結合部材の第１スプライン歯と油圧ポンプが固定された円筒部材の第２スプライン歯とを噛み合わせるようにしたので、結合部材及び円筒部材を介して大きなトルクを主軸から油圧ポンプに伝達することができる。
また、上記結合部材及び上記円筒部材は、主軸とは別体なので、結合部材及び円筒部材をそれぞれ容易に且つ低コストでスプライン加工することができる。さらに、油圧ポンプを円筒部材の外周に予め組み付けておき、この円筒部材を結合部材を介して主軸に結合することで、油圧ポンプの主軸に対する脱着作業を容易に行うことができる。

また、前記結合部材は、
前記主軸の外周面に固定される固定部と、
前記主軸の外周面との間に隙間を有し該隙間に接する内周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含み、
前記円筒部材は、外周面の一部に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有し、
前記円筒部材を前記主軸に結合する工程では、前記主軸と前記第１スプライン部との間の前記隙間に前記円筒部材の前記第２スプライン部を挿入して、前記第1スプライン歯と前記第２スプライン歯とを噛み合わせてもよい。

このように、円筒部材の外周に第２スプライン歯を形成することで、主軸の外周面との間に隙間を有するように円筒部材の内周に第２スプライン歯を形成する場合に比べて、円筒部材（特に第２スプライン部）を薄くすることができる。そのため、円筒部材に取り付けられる油圧ポンプの外径を小さくことができ、油圧ポンプをコンパクト化できる。

また、前記結合部材は、
前記主軸の前記ハブに連結された前記一端部とは反対側の他端部に固定される固定部と、
外周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含む前記主軸の直径以下の外径を有する円柱状であり、
前記円筒部材は、内周面に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有し、
前記円筒部材を前記主軸に結合する工程では、前記油圧ポンプが外周に組み付けられた前記円筒部材を前記結合部材から前記主軸に向けて前記主軸の軸方向に沿って動かして、該円筒部材を前記結合部材の周りに嵌め込んで、前記第1スプライン歯と前記第２スプライン歯とを噛み合わせてもよい。

上記結合部材は、主軸の一端部とは反対側の他端部に固定されて、主軸の直径以下の外径を有しているので、円筒部材をハブとは反対側の軸方向に移動させることにより、円筒部材及びこれに取り付けられる油圧ポンプを主軸から取り外すことができる。また、主軸に結合部材を取り付けた状態で、円筒部材をハブ側に移動させることにより、円筒部材の第２スプライン部を第１のスプライン部と係合させることができる。すなわち、結合部材を主軸に取り付けたまま、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプを主軸に対して脱着することができる。

本発明によれば、大きなトルクの伝達が可能であり、主軸が大径の場合であっても、容易に且つ低コストで加工が可能な油圧ポンプの固定構造を実現できる。

本発明の第一実施形態に係る風力発電装置の頂部を拡大して示す概略断面図である。 主軸に取り付けられた油圧ポンプの周辺を示す拡大図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 一対の主軸軸受間よりも後端側の主軸の外周に取り付けられた油圧ポンプ、円筒部材及び結合部材を示す概略断面図である。 第二実施形態に係る風力発電装置の油圧ポンプの周辺構造を示す拡大図である。 図５のＢ矢視図である。 図５のＣ矢視図であり、固定部と主軸の後端側の端部との接合面を示している。 図８は、図７のＤ部拡大図である。 主軸の接合面を主軸の後方から矢視した図である。 主軸と結合部材との平坦な接合面に設けた第２ピンの面圧分布を示す図である。 主軸の回転方向に沿って凸部から凹部に移行する境目に設けた第２ピンの面圧分布を示す図である 一対の主軸軸受間の主軸の外周に取り付けられた油圧ポンプ、円筒部材及び結合部材を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る再生エネルギー型発電装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明を風力発電装置に適用した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、本発明は、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む他の種類の再生エネルギー型発電装置にも適用することができる。
また、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の第一実施形態に係る風力発電装置の頂部を拡大して示す概略断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る風力発電装置１は、回転翼２が取り付けられたハブ３と、ハブ３に一端部が連結された主軸４と、主軸４の周りに設けられた油圧ポンプ５と、油圧ポンプ５から供給される圧油によって駆動される油圧モータ６と、油圧モータ６に連結された発電機７とを備えている。なお、主軸４、油圧ポンプ５、油圧モータ６及び発電機７は、タワー１５上に設置されたナセル１６内に設けられる。油圧ポンプ５は、主軸４をナセル１６側に回転自在に支持する一対の主軸軸受８、９の間に配置されている。また、油圧ポンプ５は、主軸４の外周に設けられた円筒部材１０を介して主軸４に取り付けられている。
なお、油圧ポンプ５は、高圧油流路１７Ａ及び低圧油流路１７Ｂを介して油圧モータ６に接続されている。高圧油流路１７Ａは、油圧ポンプ５の吐出側と油圧モータ６の吸込側との間に設けられ、油圧ポンプ５で生成された高圧油が流れる。一方、低圧油流路１７Ｂは、油圧モータ６の吐出側と油圧ポンプ５の吸込側との間に設けられ、油圧モータ６で仕事をした後の低圧油が流れる。

図２は、主軸４に取り付けられた油圧ポンプ５の周辺を示す拡大図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
図２に示すように、主軸４の外周に設けられた円筒部材１０と係合するように、主軸４の外周に結合部材２０が設けられている。
結合部材２０は、主軸４の周りに環状に設けられており、一端に設けられた固定部２１と、他端に設けられた第１スプライン部２２とで構成されている。
固定部２１は、図３に示すように、主軸４の周方向に沿って設けた複数の第１ピン２３によって、主軸４の外周面に固定されている。複数の第１ピン２３で結合部材２０の固定部２１を主軸４に固定しているので、大きなトルクを主軸４から結合部材２０に伝達することができる。
なお、主軸４には第１ピン２３周辺で段差が設けられており、固定部２１も主軸４に対応する段差形状になっている。主軸４の段差と固定部２１の段差とが係合することで、結合部材２０のハブ３側への動きが規制されている。
固定部２１のハブ３とは反対側（以下、後端側という）の端部に延設された第１スプライン部２２は、主軸４の外周面との間に隙間Ｓを有し、該隙間Ｓに面する内周面に第１スプライン歯（内歯）２４が形成されている。この隙間Ｓは、ハブ３とは反対側の端部において開口している。

結合部材２０と係合する円筒部材１０は、本体部１１と、第２スプライン部１２とから構成されている。
本体部１１は、その外周に油圧ポンプ５が取り付けられている。また、本体部１１の後端側には環状のストッパー１３が設けられており、円筒部材１０の後端側に向かう動きが規制されている（すなわち、円筒部材１０の抜け出しが防止されている）。このストッパー１３は、主軸４の段差と固定部２１の段差との上記係合部とあいまって、結合部材２０及び円筒部材１０の主軸４の軸方向の動きを規制する。そのため、円筒部材１０に取り付けられた油圧ポンプ５は、主軸４の軸方向に不動である。
本体部１１のハブ側の端部に延設された第２スプライン部１２は、その外周面に第２スプライン歯（外歯）１４が形成されている。
第２スプライン部１２は、その第２スプライン歯１４と第１スプライン部２２の第１スプライン歯２４とが噛み合うように隙間Ｓ内に挿入されている。そして、第２スプライン歯１４と第１スプライン歯２４とを噛み合わせることによって、円筒部材１０は、結合部材２０を介して主軸４に結合される。

上述した油圧ポンプ５の固定構造の場合、油圧ポンプ５の主軸４への取付けは以下の手順で行う。

まず、第１スプライン歯２４を有する結合部材２０を主軸４の外周に配置して、第１ピン２３で主軸４に固定する。なお、一対の主軸軸受８、９のうち、ハブ３側に配置する主軸軸受８は、結合部材２０を主軸４の外周に装着する前に主軸４に取り付けておく。
一方、円筒部材１０の外周に油圧ポンプ５を予め組み付けて、円筒部材１０と油圧ポンプ５とが一体となった油圧ポンプユニット１８としておく。
次に、油圧ポンプユニット１８（円筒部材１０及び油圧ポンプ５）を主軸４の後端側から主軸４の外周に配置する。続けて、油圧ポンプユニット１８（円筒部材１０及び油圧ポンプ５）をハブ側へ移動させて、円筒部材１０の第２スプライン部１２を隙間Ｓ内に挿入して、第２スプライン歯１４と第１スプライン歯２４とを噛み合わせる。
その後、油圧ポンプユニット１８（円筒部材１０及び油圧ポンプ５）が後端側へ抜け出ないように、ストッパー１３を主軸４の外周に取り付ける。
最後に、一対の主軸軸受８、９のうち、後端側に配置する主軸軸受９を主軸４の外周に取り付ける。

ところで、油圧ポンプ５には、図２に示すように、円筒部材１０の本体部１１の外周に取り付けられたリングカム２５や、このリングカム２５によって作動するピストン２６や、リングカム２５及びピストン２６を収納するケーシング２７、ケーシング２７と円筒部材１０との間に設けられるポンプ軸受２８等の多数の部品で構成されるものもある。このように多数の部品で構成される油圧ポンプ５は、主軸軸受８、９に比べて頻繁にメンテナンスを行う必要がある。
そこで、円筒部材１０及び油圧ポンプ５を一対の主軸軸受８、９間に設けることで、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプ５を含む油圧ポンプユニット１８を脱着する際、後端側に配置された主軸軸受９のみを取り外すだけで、その脱着を行うことが可能になる。すなわち、主軸軸受８及び結合部材２０を付けたまま油圧ポンプユニット１８の脱着を行うことが可能になる。

なお、本実施形態では、一対の主軸軸受８、９間に油圧ポンプ５、円筒部材１０及び結合部材２０を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図４に示すように、一対の主軸軸受８、９間よりも後端側の主軸４の端部に油圧ポンプ５、円筒部材１０及び結合部材２０を設けてもよい。なお、図４において、図２と同じ部分には同一の符号を付して説明を省略する。
かかる場合において、円筒部材１０及び油圧ポンプ５は、一対の主軸軸受８、９よりも後端側に設けられているので、一対の主軸軸受８、９を取り外すことなく、円筒部材１０及び油圧ポンプ５を取り外すことができる。そのため、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプ５を含む油圧ポンプユニット１８の脱着作業を短時間で容易に実施することができる。

上述したように、本実施形態における風力発電装置１によれば、主軸４とは別体の結合部材２０を設けることで、主軸４が大径の場合であっても、大きなトルクを円筒部材１０を介して油圧ポンプ５に伝達することができる。
また、結合部材２０及び円筒部材１０は、主軸４とは別体なので、結合部材２０及び円筒部材１０をそれぞれ容易に且つ低コストでスプライン加工することができる。

そして、円筒部材１０の外周に外歯の第２スプライン歯１４が形成されているので、主軸４の外周面との間に隙間を有するように円筒部材１０の内周に内歯の第２スプライン歯１４を形成する場合よりも、第２スプライン部１２を薄くすることができる。そして、第２スプライン部１２を薄くすることで、円筒部材１０に取り付けられた状態の油圧ポンプ５の高さを低くすることができる。

さらに、第２スプライン部１２は、隙間Ｓの後端側の開口から隙間Ｓ内に挿入されているので、第２スプライン部１２を有する円筒部材１０を後端側へ移動させることにより、油圧ポンプ５を主軸４から取り外すことができる。また、油圧ポンプ５の組み付けられた円筒部材１０を主軸４の後端側から主軸４の外周に取り付けた後、ハブ３側に移動させることにより、第２スプライン部１２を隙間Ｓ内に挿入して第１スプライン部２２と係合させることができる。すなわち、結合部材２０を主軸４に取り付けたまま、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプ５を主軸４に脱着することができる。

次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図５は、第二実施形態に係る風力発電装置の油圧ポンプ５の周辺構造を示す拡大図である。図６は、図５のＢ矢視図である。なお、図６においては、説明を容易にするため、油圧ポンプ５を省略している。
図５及び図６に示すように、本実施形態に係る風力発電装置３１は、主軸４の後端側の端部に設けられた円筒形状の結合部材５０と、この結合部材５０及び主軸４の外周に設けられた円筒部材４０と、円筒部材４０に組み付けられた油圧ポンプ５と、を備えている。

円筒部材４０は、本体部１１と、内周面に第２スプライン歯（内歯）４４が形成された第２スプライン部４２とから構成されている。

また、結合部材５０は、外周面に第１スプライン歯（外歯）５４が形成された第１スプライン部５２と、主軸４の後端側の端部に固定される固定部５１とから構成されている。
第１スプライン歯５４は、円筒部材４０の第２スプライン歯４４と噛み合うように設けられている。また、第１スプライン歯５４と第２スプライン歯４４との噛み合い部を覆うように環状の押え板５５が、結合部材５０の後端側の端面に、結合部材５０及び円筒部材４０に跨るように取り付けられている。この押え板５５によって、円筒部材４０の後端側への抜け出しを防止する。

結合部材５０の固定部５１は、図５及び図６に示すように、主軸４の軸方向に沿って設けられた複数の締結部材５６と、主軸４の周方向に沿って設けられた複数の第２ピン５３とによって、主軸４に固定されている。
締結部材５６は、結合部材５０を貫通して、主軸４の後端側の端部に螺合している。
また、第２ピン５３は、固定部５１と主軸４の後端側の端部との接合面において主軸４の周方向に所定の間隔で設けられている。

円筒状の結合部材５０は、その外径が主軸４の直径以下になるように形成されるのが好ましい。例えば、図５に示すように、結合部材５０の外径は主軸４の直径と同じであってもよい。

図７は、図５のＣ矢視図であり、固定部５１と主軸４の後端側の端部との接合面を示している。また、図８は、図７のＤ部拡大図である。図９は、主軸４の接合面を主軸４の後方から矢視した図である。
図７〜図９に示すように、固定部５１と主軸４の後端側の端部との接合面は、主軸４から結合部材５０に向かって主軸４の軸方向（図７及び図８の上下方向）に突出する凸部５７と、結合部材５０から主軸４に向かって主軸４の軸方向に陥没する凹部５８とが主軸４の周方向に交互に設けられてなる凹凸形状を有している。
第２ピン５３は、主軸４の回転方向に沿って凸部５７から凹部５８に移行する凸部５７と凹部５８との境目に設けられている。このように、第２ピン５３を凸部５７と凹部５８との上記境目に設けることに理由は、以下のとおりである。

図１０は、主軸４と結合部材５０との平坦な接合面に設けた第２ピン５３の面圧分布を示す図である。図１１は、主軸４の回転方向に沿って凸部５７から凹部５８に移行する境目に設けた第２ピン５３の面圧分布を示す図である。

図１０に示すように、接合面ＦＬが平坦である場合、主軸４の回転によって第２ピン５３は主軸４の周方向の力Ｆ１を受け、この力Ｆ１に抗するために第２ピン５３の外周面の法線方向に面圧が生じる。この面圧の合力ベクトルＦ３は、主軸４の周方向の分力が力Ｆ１と釣り合っており、主軸４の軸方向の分力で結合部材５０から引き離す方向に主軸４を押す。また、結合部材５０から受ける反力Ｆ２によっても同様な面圧が発生し、この面圧の合力ベクトルＦ４は、主軸４の周方向の分力が反力Ｆ２と釣り合っており、主軸４の軸方向の分力で主軸４から引き離す方向に結合部材５０を押す。
結果的に、合力ベクトルＦ３の軸方向成分と合力ベクトルＦ４の軸方向成分とが、主軸４と結合部材５０とを引き離そうとする。もちろん、例えば締結部材５６によって結合部材５０を主軸４に固定することで、主軸４と結合部材５０との接合を維持することは可能だが、締結部材５６の本数が増えてしまう。

一方、凹凸形状の接合面の凸部５７と凹部５８との上記境目に第２ピン５３を設ける場合、図１１に示すように、図１０に示した面圧分布に加えてＸ及びＹで示した領域の面圧が発生する。領域Ｘの面圧は、いずれも軸方向成分が結合部材５０に向かう分力であるから、全ての面圧の合力ベクトルＦ３０は、合力ベクトルＦ３（図１０参照）に比べて主軸４の周方向に向かって傾く。言い換えると、合力ベクトルＦ３０の軸方向成分は、合力ベクトルＦ３に比べて小さくなる。同様に、領域Ｙの面圧は、いずれも軸方向成分が主軸４に向かう分力であるから、全ての面圧の合力ベクトルＦ４０は、合力ベクトルＦ４（図１０参照）に比べて主軸４の周方向に向かって傾く。言い換えると、合力ベクトルＦ４０の軸方向成分は、合力ベクトルＦ４に比べて小さくなる。
したがって、凹凸形状の接合面の凸部５７と凹部５８との上記境目に第２ピン５３を設けることで、主軸４と結合部材５０とを引き離そうとする軸方向成分の力を小さくして、締結部材５６の本数を減らすことができる。

なお、図１１に示すように、角度θにおける面圧をＰ_０ｃｏｓθとすると、合力ベクトルＦ３０の角度βは、次のように表される。

数式１

ここで、ｆ（ｘ）：主軸４の周方向の分力、ｆ（ｙ）：主軸４の軸方向の分力である。
これらｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）は、（２）式、（３）式にて表される。

数式２

数式３

上式を用いれば、例えば、α＝０°の場合（すなわち、図１０の場合）にはβ＝３２．５°となるのに対し、α＝５°の場合でβ＝２９．６°となり、α＝１０°の場合でβ＝２６．８°となることが分かる。

上述した油圧ポンプ５の固定構造の場合、油圧ポンプ５の主軸４への取付けは以下の手順で行う。

まず、結合部材５０を第２ピン５３及び締結部材５６で主軸４の後端側の端部に固定する（図５参照）。なお、一対の主軸軸受８、９は、結合部材５０を主軸４に固定する前に主軸４の外周に取り付けておく。
一方、円筒部材４０の外周に油圧ポンプ５を予め組み付けて、円筒部材４０と油圧ポンプ５とが一体となった油圧ポンプユニット１８としておく。
次に、油圧ポンプユニット１８（円筒部材４０及び油圧ポンプ５）を主軸４の後端側から主軸４の外周に取り付ける。このとき、円筒部材４０の第２スプライン歯４４を結合部材５０の第１スプライン歯５４に噛み合わせながら円筒部材４０を主軸４の外周に取り付ける。
最後に、油圧ポンプユニット１８（円筒部材１０及び油圧ポンプ５）が後端側へ抜け出ないように、押え板５５を取り付ける。

なお、油圧ポンプユニット１８（円筒部材４０及び油圧ポンプ５）は、一対の主軸軸受８、９よりも後端側に設けられているので、油圧ポンプユニット１８を脱着する際、一対の主軸軸受８、９を取り外す必要がない。
さらに、結合部材５０の外径が主軸４の直径以下であるため、結合部材５０を主軸４に取り付けたままの状態で、主軸４に取り付けられる主軸軸受８、９を脱着することができる。よって、主軸軸受８、９のメンテナンス時であっても、結合部材５０は主軸４から取り外す必要がない。

なお、本実施形態では、一対の主軸軸受８、９よりも後端側に油圧ポンプ５、円筒部材４０及び結合部材５０を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１２に示すように、一対の主軸軸受８、９間に油圧ポンプ５、円筒部材４０及び結合部材５０を設けてもよい。なお、図１２において、図５と同じ部分には同一の符号を付して説明を省略する。この場合において、円筒部材４０及び油圧ポンプ５は、一対の主軸軸受８、９間に設けられているので、円筒部材４０及び油圧ポンプ５を取り外す際は、後端側に配置された主軸軸受９のみを取り外すだけで、これらの取り外しが可能になる。

上述したように、本実施形態における風力発電装置３１によれば、主軸４とは別体の結合部材５０を設けることで、主軸４が大径の場合であっても、大きなトルクを円筒部材４０を介して油圧ポンプ５に伝達することができる。
また、結合部材５０及び円筒部材４０は、主軸４とは別体なので、結合部材５０及び円筒部材４０をそれぞれ容易に且つ低コストでスプライン加工することができる。

そして、結合部材５０は、主軸４の後端側の端部に固定されて、主軸４の直径以下の直径を有しているので、円筒部材４０を後端側に移動させることにより、油圧ポンプ５を主軸４から取り外すことができる。また、油圧ポンプ５の組み付けられた円筒部材４０を主軸４及び結合部材５０の外周に取り付けることにより、円筒部材４０の第２スプライン歯４４を結合部材５０の第１スプライン歯５４に噛み合わせることができる。すなわち、結合部材５０を主軸４に取り付けたまま、メンテナンス頻度の高い油圧ポンプ５を主軸４に脱着することができる。

さらに、複数の第２ピン５３が、結合部材５０と主軸４との接合面に設けられているので、大きなトルクを結合部材５０に伝達し、その結合部材５０を主軸４と一体化して回転させることができる。
主軸４の回転によってトルクが第２ピン５３に作用すると、この第２ピン５３が結合部材５０に押し付けられる位置（すなわち、結合部材５０から第２ピン５３に対して反力が作用する位置）に第２ピン５３を介して主軸４の軸方向への力が作用するため、第２ピン５３が結合部材５０を押し出すこととなり、第２ピン５３を設けただけでは結合部材５０が主軸４から外れてしまう。しかし、締結部材５６を設けているので、結合部材５０を主軸４に固定することができる。

また、第２ピン５３を凸部５７と凹部５８との境目に設けて、主軸４から第２ピン５３に作用する力と結合部材５０から第２ピン５３に作用する反力との作用位置を主軸４の軸方向にずらすことにより、第２ピン５３が結合部材５０に押し付けられる位置に作用する主軸４の軸方向への力の向きを主軸４の周方向へ傾けることができる。これによって、主軸４の軸方向に作用する力を低減して、第２ピン５３が結合部材５０を押し出す力を小さくすることができる。
そして、接合面は、凸部５７と凹部５８とが主軸４の周方向に交互に設けられた凹凸形状を有しており、凸部５７と凹部５８とが嵌合しているため、主軸４のトルクの一部をその嵌合箇所を介して伝達することができる。これによって、第２ピン５３に作用するトルクを低減することができる。

また、環状の押え板５５を備えているので、円筒部材４０の抜け出しを防止することができる。これにより、油圧ポンプ５の抜け出しを防止できる。

さらに、上述の実施形態では、再生エネルギー型発電装置の具体例として風力発電装置１、３１について説明したが、本発明は、風力発電装置１、３１以外の再生エネルギー型発電装置にも適用できる。
例えば、潮流、海流又は河流を利用した発電装置であって、タワー１５が海中又は水中に沈められており、回転翼２によって潮流、海流又は河流を受けることで主軸４が回転するような発電装置に本発明を適用してもよい。

１ 風力発電装置
２ 回転翼
３ ハブ
４ 主軸
５ 油圧ポンプ
６ 油圧モータ
７ 発電機
８ 主軸軸受
９ 主軸軸受
１０ 円筒部材
１１ 本体部
１２ 第２スプライン部
１３ ストッパー
１４ 第２スプライン歯
１５ タワー
１６ ナセル
１７Ａ 高圧油流路
１７Ｂ 低圧油流路
１８ 油圧ポンプユニット
２０ 結合部材
２１ 固定部
２２ 第１スプライン部
２３ 第１ピン
２４ 第１スプライン歯
２５ リングカム
２６ ピストン
２７ ケーシング
２８ ポンプ軸受
３１ 風力発電装置
４０ 円筒部材
４２ 第２スプライン部
４４ 第２スプライン歯
５０ 結合部材
５１ 固定部
５２ 第１スプライン部
５３ 第２ピン
５４ 第１スプライン歯
５５ 押え板
５６ 締結部材
５７ 凸部
５８ 凹部
Ｓ 隙間
ＦＬ 接合面

Claims (14)

1. 回転翼が取り付けられたハブと、
   前記ハブに一端部が連結された主軸と、
   第１スプライン歯を有し、前記主軸とは別体であり該主軸に固定された結合部材と、
   前記第１スプライン歯に噛み合う第２スプライン歯を有し、前記主軸の周りに設けられた円筒部材と、
   前記円筒部材を介して前記主軸に取り付けられる油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
   前記油圧モータに連結された発電機とを備える再生エネルギー型発電装置であって、
   前記結合部材の第１スプライン歯と前記円筒部材の第２スプライン歯とを噛み合わせることによって、前記結合部材を介して前記円筒部材を前記主軸に結合することを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
2. 前記結合部材は、
   前記主軸の外周面に固定される固定部と、
   前記主軸の外周面との間に隙間を有し該隙間に面する内周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含み、
   前記円筒部材は、外周面の一部に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有し、
   前記主軸と前記第１スプライン部との間の前記隙間に前記第２スプライン部が挿入されて、前記第１スプライン歯と前記第２スプライン歯とが噛み合っていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
3. 前記主軸と前記第１スプライン部との間の前記隙間は、前記主軸の軸方向における前記ハブから遠い側の端部において開口しており、
   前記第２スプライン部は、前記隙間の開口した前記端部側から前記隙間内に挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
4. 前記結合部材の前記固定部は、前記主軸の周方向に沿って設けた複数のピンによって、前記主軸の外周面に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
5. 前記結合部材は、
   前記主軸の前記ハブに連結された前記一端部とは反対側の他端部に固定される固定部と、
   外周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含む前記主軸の直径以下の直径を有する円筒状又は円柱状であり、
   前記円筒部材は、内周面に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有することを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
6. 前記結合部材の前記固定部は、該固定部と前記主軸の前記他端部との接合面において前記主軸の周方向に沿って設けられた複数のピンと、前記結合部材を貫通するように前記主軸の軸方向に延びる締結部材とによって、前記主軸の前記他端部に固定されることを特徴とする請求項５に記載の再生エネルギー型発電装置。
7. 前記接合面は、前記主軸から前記結合部材に向かって前記主軸の軸方向に突出する凸部と、前記結合部材から前記主軸に向かって前記主軸の軸方向に陥没する凹部とが前記主軸の周方向に交互に設けられた凹凸形状を有し、
   前記複数のピンは、前記主軸の回転方向に沿って前記凸部から前記凹部に移行する前記凸部と前記凹部との境目に設けられることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。
8. 前記結合部材および前記円筒部材にまたがって、前記第１スプライン歯と前記第２スプライン歯との噛み合い部を覆うように前記結合部材および前記円筒部材の前記ハブから遠い側の端部に取り付けられる環状押え板をさらに備え、
   前記環状押え板によって、前記結合部材に対する前記円筒部材の前記主軸の軸方向の抜け出しを防止することを特徴とする請求項５に記載の再生エネルギー型発電装置。
9. 前記主軸を装置本体側に回転自在に支持する一対の主軸軸受をさらに備え、
   前記結合部材、前記円筒部材および前記油圧ポンプは、前記一対の主軸軸受の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
10. 前記主軸を装置本体側に回転自在に支持する一対の主軸軸受をさらに備え、
    前記結合部材、前記円筒部材および前記油圧ポンプは、前記一対の主軸軸受よりも前記ハブから遠い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
11. 前記再生エネルギー型発電装置は、
    前記回転翼で風を受けて前記主軸を回転させることで前記発電機を駆動する風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
12. 回転翼が取り付けられたハブと、前記ハブに連結された主軸と、前記主軸の周りに設けられる油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機とを備える再生エネルギー型発電装置の油圧ポンプの取付け方法であって、
    前記主軸とは別体であり、第１スプライン歯を有する結合部材を前記主軸に固定する工程と、
    前記第１スプライン歯に噛み合う第２スプライン歯を有する円筒部材の外周に前記油圧ポンプを組み付ける工程と、
    前記結合部材の第１スプライン歯と前記円筒部材の第２スプライン歯とを噛み合わせて、前記結合部材を介して、前記油圧ポンプが外周に組み付けられた前記円筒部材を前記主軸に結合する工程とを備えることを特徴とする油圧ポンプの取付け方法。
13. 前記結合部材は、
    前記主軸の外周面に固定される固定部と、
    前記主軸の外周面との間に隙間を有し該隙間に接する内周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含み、
    前記円筒部材は、外周面の一部に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有し、
    前記円筒部材を前記主軸に結合する工程では、前記主軸と前記第１スプライン部との間の前記隙間に前記円筒部材の前記第２スプライン部を挿入して、前記第1スプライン歯と前記第２スプライン歯とを噛み合わせることを特徴とする請求項１２に記載の油圧ポンプの取付け方法。
14. 前記結合部材は、
    前記主軸の前記ハブに連結された前記一端部とは反対側の他端部に固定される固定部と、
    外周面に前記第１スプライン歯が形成された第１スプライン部とを含む前記主軸の直径以下の直径を有する円筒状又は円柱状であり、
    前記円筒部材は、内周面に前記第２スプライン歯が形成された第２スプライン部を有し、
    前記円筒部材を前記主軸に結合する工程では、前記油圧ポンプが外周に組み付けられた前記円筒部材を前記結合部材から前記主軸に向けて前記主軸の軸方向に沿って動かして、該円筒部材を前記結合部材の周りに嵌め込んで、前記第1スプライン歯と前記第２スプライン歯とを噛み合わせることを特徴とする請求項１２に記載の油圧ポンプの取付け方法。

Images