JP5156028B2 - 風力発電装置のピッチ駆動装置および風力発電装置 - Google Patents
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Description
上述の風車翼のピッチ角を変更させる機構としては、たとえば、特許文献1に示されるように、油圧シリンダにおけるロッドの直線移動を、風車翼の軸線回りの回転に変換する機構が知られている。また、たとえば、特許文献2に示されるように電動操作機を用いてロッドを軸線方向に直線移動させ、その移動により風車翼を軸線回りの回転させるものが提案されている。
また、風力発電装置を現地で組み立てる際、別体で組み立てたナセルとロータヘッドとが合体されることになる。このとき、油圧配管の場合には、ナセル側の油圧配管とロータヘッド側の油圧配管とを接続することになる。この接続作業中に、油圧配管内に異物が混入すると、たとえば、油圧系統のシールが損傷する等によりピッチ駆動機構の長期にわたる信頼性が損なわれる可能性がある。
また、接続作業中に、油が漏れて周囲の環境に影響を与える恐れがある。このため、油圧配管の接続作業は細心の注意を払って行う必要がある。
通常、ロータヘッドの1回転中におけるピッチ角の調整量は微小、たとえば、大きくても±0.5度以内(普通±0.1〜0.2度以内)であるので、歯車とピニオンギアとの噛み合いは歯車1個同士に限られる。このように、微小動作を伴う接触が局所に集中するので、歯面の油膜切れによるフレッチング損傷が発生する恐れがある。
旋回輪の周りに取り付けられた歯車が損傷すると、歯車を交換するために風車翼およびロータヘッドを取り外す必要がある。このため、歯車の強度をピニオンギアよりも強くして損傷がピニオンギア側に起きるように配慮した設計を試みるが、フレッチング損傷はその発生時期および場所等を設計時に予測することが不可能である。
このため、ピッチ駆動機構の長期にわたる信頼性が損なわれる可能性がある。
このため、十分なメンテナンス作業を行わないと、ピッチ駆動機構の長期にわたる信頼性が損なわれる可能性がある。
本発明の第1態様は、翼根元部がロータヘッドに対して翼長方向回りに回動可能に取り付けられた風車翼と、出力軸が前記翼長方向に延在するように設置され、前記出力軸の軸線中心が前記風車翼の軸線中心と離隔した位置に配置された電動駆動部材と、前記出力軸に固定して取り付けられ、前記出力軸に交差する方向に延在するレバーと、前記出力軸に交差する方向に延在するように配置され、前記風車翼の駆動位置および前記レバーを連結するように、それらに対しそれぞれ前記翼長方向回りに回転可能に取り付けられている連結棒と、を備えている風力発電装置のピッチ駆動装置である。
レバーが移動すると、それに取り付けられている連結棒が翼長方向と交差する面内を移動するので、それに伴い連結棒が風車翼の軸線と交差する面内を移動する。
連結棒が移動すると、それが取り付けられている風車翼の駆動位置が移動するので、風車翼は翼長方向回りに回転される。したがって、風車翼のピッチ角を調整することができる。
これらにより、ピッチ駆動装置の長期的な信頼性が損なわれることを防止できる。
これらにより、ピッチ駆動装置の長期的な信頼性が損なわれることを防止できる。
4 ロータヘッド
6 風車翼
7 発電設備
11 ピッチ駆動装置
13 電動モータ
15 レバー
17 連結リンク
19 出力軸
21 基部
39 軸受
L 軸線中心
P 駆動位置
図1は、本実施形態に係る風力発電装置1の全体概略構成を示す側面図である。
風力発電装置1には、基礎B上に立設された支柱2と、支柱2の上端に設置されたナセル3と、略水平な軸線回りに回転可能にしてナセル3に設けられたロータヘッド4と、ロータヘッド4を覆う頭部カプセル5と、ロータヘッド4の回転軸線周りに放射状に取り付けられる複数枚の風車翼6と、ロータヘッド4の回転により発電を行う発電設備7と、が設けられている。
支柱2の最上部には、ナセル3が設けられている。支柱2が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル3が設置されている。
発電設備7としては、主軸8の回転数を増加させる増速機と、ロータヘッド4の回転駆動力が伝達され発電を行う発電機と、発電機により発電された電圧を所定の電圧に変換するトランスと、が設けられているものを挙げることができる。
の風車翼6が取り付けられ、その周囲は頭部カプセル5により覆われている。
これにより、風車翼6にロータヘッド4の回転軸線方向から風が当たると、風車翼6にロータヘッド4を回転軸線周りに回転させる力が発生し、ロータヘッド4が回転駆動される。
ロータヘッド4には、風車翼6の軸線中心(軸線)L回りに風車翼6を回転させて、風車翼6のピッチ角を変更するピッチ駆動装置11が各風車翼6に対応して1対1に設けられている。
旋回輪軸受23は、2列の転がり軸受で構成されている。なお、旋回輪軸受23は、転がり軸受に限定されるものではなく、すべり軸受であってもよい。
基部21は、旋回輪軸受23の内輪25の厚み方向の両端部を一対の駆動板29で挟んで形成されている。駆動板29は、ドーナツ形状(円環状)をし、内輪25よりも内側に突出するように設けられている。すなわち、駆動板29の内径は内輪25の内径以下となるように構成されている。
旋回輪軸受23の外輪27は、ロータヘッド4に固定して取り付けられている。
風車翼6は、旋回輪軸受23の内輪25に固定されているので、ロータヘッド4に対して回動可能となる。
ピッチ駆動装置11には、減速機14と、電動モータ13と、レバー15と、連結リンク(連結棒)17とが備えられている。ここで、支持板31は、ロータヘッド4と同一部材で成型(形成)されたものでもよいし、別部材で形成し、ロータヘッド4にボルト4等で固定するようにしてもよい。
電動モータ13および減速機14は、出力軸19が貫通孔33を通って風車翼6側に位置するように、かつ、その軸線中心Oが風車翼6の軸線中心Lと離隔した位置で略平行となるように配置され、支持板31の貫通孔33の内周側に固定されている。
これらにより、ピッチ駆動装置11の長期的な信頼性が損なわれることを防止できる。
出力軸19の一方は電動モータ13によって支えられ、他方は軸受39によって支えられている。すなわち、出力軸19は両端が支持されている両持ちであるので、安定した回転を行うことができる。
風力発電装置1においては、ロータヘッド4の回転軸線方向から風車翼6に当たった風の力が、ロータヘッド4を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。
ここで、少なくとも発電を行っている間は、風の力を風車翼6に効果的に作用させるため、適宜ナセル3を水平面上で回転させることにより、ロータヘッド4は風上に向けられている。
ロータヘッド4に取り付けられた電動モータ13が作動されると、出力軸19が回転する。
出力軸19が回転すると、レバー15は出力軸19の軸線中心Oを中心として駆動板29の延在する面に沿って回転する。このとき、レバー15および連結リンク17を連結するピンの軸線中心P1は、図2に示されるように軸線中心Oを中心として軌跡K1上を移動する。すなわち、軸線中心P1は円を描くように移動する。
連結リンク17の他端が移動すると、それがリンクピン37を介して駆動板29を押したり、引いたりするので、駆動板29が移動する。このとき、駆動位置Pは軌跡K2に沿って移動する。
駆動板29の駆動位置Pが移動すると、駆動板29と一体である風車翼6は軸線中心O回りに回転される。したがって、風車翼のピッチ角を調整することができる。
駆動位置Pが点Aに位置するとき、軸線中心P1は点Bに位置し、一方、点Cに位置するとき、軸線中心P1は点Dに位置する。
角度AOCが略95度を確保できるように、軸線中心Oの位置、レバー15の長さおよび連結リンク17の長さは選定される。
Claims (3)
- 翼根元部がロータヘッドに対して翼長方向回りに回動可能に取り付けられた風車翼を動かすピッチ駆動装置であって、
出力軸が前記翼長方向に延在するように設置され、前記出力軸の軸線中心が前記風車翼の軸線中心と離隔した位置に配置された電動駆動部材と、
前記出力軸に固定して取り付けられ、前記出力軸に交差する方向に延在するレバーと、
前記出力軸に交差する方向に延在するように配置され、前記レバーおよび前記風車翼の駆動位置を連結するように、それらに対しそれぞれ前記翼長方向回りに回転可能に取り付けられている連結棒と、
を備えている風力発電装置のピッチ駆動装置。 - 前記ロータヘッドに取り付けられ、前記出力軸の自由端を回転可能に支持する支持部材が備えられている請求項1に記載された風力発電装置のピッチ駆動装置。
- 風力を受ける複数の風車翼と、
該風車翼を前記風車翼の軸線回りに回動可能に支持するとともに、前記風車翼により回転駆動されるロータヘッドと、
請求項1または請求項2に記載されたピッチ駆動装置と、
前記ロータヘッドの回転により発電を行う発電設備と、
が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
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