JP5543832B2 - 風車用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、風車に設置され、風車の可動部分における一方の構造体に対して他方の構造体を回転させるように駆動する風車用駆動装置に関する。

従来より、風力発電装置として用いられる風車として、タワーの上部に回転自在に設置されて内部に発電機等が配置されるナセルと、ナセルに設けられたハブ（主軸部）に対して回転自在に設置されたブレード（羽根）とを備えるものが用いられている。このような風車においては、風車の可動部分における一方の構造体に対して他方の構造体を回転させるように駆動する風車用駆動装置として、ヨー駆動装置或いはピッチ駆動装置等が設置されている。ヨー駆動装置は、一方の構造体であるタワーに対して他方の構造体であるナセルを回転させるように駆動し、風向きに応じてナセルを旋回可能に構成されている。ピッチ駆動装置は、一方の構造体であるナセル側のハブに対して他方の構造体であるブレードの軸部を回転させるように駆動し、ブレードのピッチ角を制御可能に構成されている。

特許文献１においては、電動機と、電動機の出力軸に取り付けられて回転駆動力を出力するピニオンとを有し、ピニオンが風車のタワーの上部に固定されたリングギアに噛み合うことでナセルを回転駆動するヨー駆動装置としての風車用駆動装置が開示されている。そして、特許文献１においては、２個の風車用駆動装置の各電動機を互いに反対の回転方向に同時駆動することで各電動機の出力軸を停止させるブレーキ機構が開示されている。

特開２００１−２８９１４９号公報（第４頁、第１−２図）

特許文献１に開示された風車用駆動装置が用いられる場合は、複数設置されたこの風車用駆動装置の作動によってナセルの回転動作が行われる。そして、ブレーキ機構の作動時には、複数の風車用駆動装置における各電動機の出力軸が停止される。一方、風車のナセルに風による外力が作用した場合（風車の可動部分における一方の構造体に外力が作用した場合）、ブレーキ機構が作動した状態であれば電動機の出力軸が停止された状態の風車用駆動装置に力が作用することとなる。また、外力の作用時にナセルが回転動作中であれば、ナセルを回転駆動する方向と逆方向の力が風車用駆動装置に作用する場合もある。このとき、各電動機の出力軸にそれぞれ固定された各ピニオンとリングギアとの噛み合い状態にばらつきがあると、１つの風車用駆動装置のみに対して上述した外力が集中的に作用してしまう状態が発生し易い。しかしながら、特許文献１に開示の風車用駆動装置の場合、外力が１つの風車用駆動装置のみに集中的に作用すると、過大な外力が１つの風車用駆動装置に作用するため、その風車用駆動装置において使用継続が困難で取替えが必要となるような破損が生じ、その風車用駆動装置が破壊されてしまう虞がある。

また、他の可能性として、何らかの不具合により、1つの風車用駆動装置の電動機の出力軸がロックされてしまったり、制御系等の異常により1つの風車用駆動装置のみのブレーキが解除されない場合がある。このように電動機の出力軸が固定されてしまった場合、他の風車用駆動装置の力により、１つの風車用駆動装置に過大な外力が加わり、使用継続が困難で取替えが必要な破損が生じることになる。さらに、1つの風車用駆動装置が破損し過大な外力でもピニオンが回転できない場合、風力発電機のヨー駆動機能を喪失し、発電機能が失われてしまうことになる。尚、上記においては、ヨー駆動装置として設けられた風車用駆動装置の場合について説明したが、ナセル側のハブに対してブレードの軸部を回転させるように駆動するピッチ駆動装置として設けられた風車用駆動装置の場合も同様の問題が生じることになる。

上記のような問題を解決することができ、風車用駆動装置の破壊を防止する機構を提供する観点から、本願発明者のうちの一部の発明者によって、特願２００８−２７２４２０号の出願明細書に記載のナセル旋回機構の発明がなされている。尚、本願出願時において、特願２００８−２７２４２０号の出願は未公開であるとともに、当該出願の明細書に記載されているナセル旋回機構は、公知ではなく、また、実施もされていない。上記出願の明細書に記載のナセル旋回機構においては、風車用駆動装置が複数設置された場合において過大な外力が１つの風車用駆動装置に作用した場合でもその風車用駆動装置が破壊されてしまうことを防止できる機構が設けられることになる。そして、上記ナセル旋回機構における風車用駆動装置の破壊を防止するための機構は、電動機の出力軸からピニオンまでにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構としての切欠部として構成されている。

また、特許文献１においては、電動機の出力軸のピニオンが固定された風車用駆動装置が開示されているが、出力トルクの向上及び構造の小型化が図られるためには、電動機の出力軸とピニオンとの間において回転駆動力を減速して伝達する減速部が設けられることが望ましい。しかしながら、風車用駆動装置の破壊を防止するための機構としての前述の切欠部が駆動力伝達経路に設けられていると、切断機構としての切欠部が作動して切断された場合、切断による破片が減速部の中に侵入してそのまま入り込んでしまう虞がある。そして、破片が減速部における歯車の摺動面やベアリングの転動面を傷付けてしまい、耐久性を低下させてしまう虞がある。また、破片を噛み込むことにより減速部が回転できなくなり、ヨー駆動機能の喪失やリングギアを破損させる虞がある。このため、切欠部の作動後にこの切欠部を交換する際には、減速部に破片が入り込んでいないか否かについて確認する作業が必要となり、更に交換作業の手間を要することになる。よって、風車用駆動装置の破壊を防止するための機構として切欠部を設ける場合には、その切欠部の交換作業を容易に行うことができる構造が実現されることが望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、複数設置されて用いられた場合において過大な外力が１つの風車用駆動装置に作用した場合でもその風車用駆動装置が破壊されてしまうことを防止でき、破壊を防止するための機構としての切欠部を設けた場合においても切欠部の交換作業を容易に行うことができる、風車用駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る風車用駆動装置は、風車の可動部分における一方の構造体に固定されたリングギアに対して噛み合うピニオンと、前記可動部分において前記一方の構造体に対して回転自在に設置される他方の構造体側に対して固定される電動機と、前記電動機の回転駆動力を出力する出力軸と、前記出力軸に連結されて前記電動機からの回転駆動力が入力される入力軸と、前記ピニオンに対して固定された出力部と、前記入力軸及び前記出力部に連結され、前記入力軸に入力された回転駆動力を減速して伝達するとともに前記出力部に対して出力する減速部と、前記入力軸及び前記減速部を収容する本体と、前記出力軸を停止させるブレーキ機構と、を備えている。そして、本発明に係る風車用駆動装置は、前記出力軸から前記ピニオンまでにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに前記駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構として設けられた切欠部と、前記本体の内側に設けられ、前記切欠部と前記減速部との間に配置されて当該切欠部と当該減速部との間の領域を区画する区画部と、を更に備えていることを特徴とする。

風車の可動部分において複数の風車用駆動装置が設置されて用いられた場合において、一方の構造体に対して他方の構造体が回転動作中又は停止中に、各ピニオンとリングギアとの噛み合いにばらつきがある状態で外力が他方の構造体に作用すると、その外力が１つの風車用駆動装置のみに集中的に作用することになる。この場合、本発明の風車用駆動装置においては、駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用すると、切断機構としての切欠部が作動することになる。また、複数の風車用駆動装置が設置されて用いられた場合において、不具合等の発生によっていずれかの風車用駆動装置における電動機の出力軸が固定されてしまうこともある。この場合、本発明によると、電動機の出力軸が固定されてしまった風車用駆動装置においては、他の風車用駆動装置の力によって駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用し、切欠部（切断機構）が作動することになる。このように、本発明によると、過大な外力が作用した風車用駆動装置においては、駆動力伝達経路の連結が切り離されて力が伝達されない状態となる。そして、切欠部により切り離された箇所を境にして、ピニオンに連結されたピニオン側の部分が電動機側の部分に対して空転するように（空回りするように）駆動されることになる。このため、その風車用駆動装置に使用継続が困難で取替えが必要となるような破損が生じることがなく、風車用駆動装置が破壊されてしまうことが防止される。

また、本発明によると、風車用駆動装置の破壊を防止するための機構としての切欠部に加え、本体の内側で切欠部と減速部との間の領域を区画する区画部が設けられている。このため、切欠部が作動して切断された場合、切断による破片が減速部の中に侵入して入り込んでしまうことが区画部によって遮られて防止されることになる。これにより、切欠部の作動により生じた破片が減速部の中に入り込んで歯車の摺動面を傷付けて耐久性の低下を招いてしまうことを防止できる。そして、破片が減速部に入り込んでしまうことを防止できるため、切欠部の作動後にこの切欠部を交換する作業の際に、減速部内に破片が入り込んでいないか否かを確認する作業の省略又はその作業負荷の大幅軽減を図ることができる。よって、切欠部の交換作業を容易に行うことができる構造を実現することができる。

従って、本発明によると、複数設置されて用いられた場合において過大な外力が１つの風車用駆動装置に作用した場合でもその風車用駆動装置が破壊されてしまうことを防止でき、破壊を防止するための機構としての切欠部を設けた場合においても切欠部の交換作業を容易に行うことができる、風車用駆動装置を提供することができる。

本発明に係る風車用駆動装置は、前記切欠部は、前記出力軸又は前記入力軸に設けられ、前記区画部は、前記本体の内側に形成された壁部として設けられて前記入力軸が挿入される孔が形成された内側壁部と、前記孔に配置され、前記入力軸と前記内側壁部との間を封止するシール部材と、を備えていることが好ましい。

この発明によると、区画部が本体の内側壁部とシール部材とを備えて構成され、内側壁部の孔に挿入された入力軸とこの内側壁部との間がシール部材で封止される。このため、出力軸又は入力軸に設けられた切欠部と減速部との間を気密状態若しくはそれに近い状態で区画でき、切欠部の作動の際に生じた破片が減速部の中に侵入してしまうことを更に効率よく防止することができる。

本発明に係る風車用駆動装置は、前記入力軸は、一端側に形成されて前記出力軸と結合されるカップリング部と、他端側に形成されて前記減速部に対して回転駆動力を伝達するインプットギア部と、前記カップリング部と前記インプットギア部との間において形成されて前記シール部材が摺動するシール部と、を有し、前記入力軸における前記カップリング部と前記シール部との間に前記切欠部が形成されていることが好ましい。

この発明によると、入力軸に、出力軸側のカップリング部と、減速部側のインプットギア部と、それらの間でシール部材が摺動するシール部と、カップリング部及びシール部間の切欠部とが設けられる。このため、出力軸に結合するとともに減速部に回転駆動力を伝達する入力軸において、出力軸側と減速部側との間にシール部と切欠部とを直列に配置でき、シール部及び切欠部を簡素な構造で実現することができる。

本発明に係る風車用駆動装置は、前記シール部の外径寸法が前記カップリング部の外径寸法よりも小さいことが好ましい。

この発明によると、シール部がカップリング部の外径寸法よりも小さく形成される。このため、カップリング部の外周でシール部材が摺動するように構成される場合に比して、入力軸の１回転あたりに対するシール部材の摺動距離を短くでき、更に、シール部材と入力軸との間の相対的な摺動速度を低減できる。これにより、シール部材の耐久性を向上させることができる。

本発明に係る風車用駆動装置は、前記入力軸には、前記シール部と前記インプットギア部との間において形成されて、前記インプットギア部が加工される際に工具を逃がすために凹み形成された逃げ部が設けられ、前記切欠部の外径寸法が前記逃げ部の外径寸法よりも小さいことが好ましい。

この発明によると、インプットギア部の加工のために必要となる逃げ部の外径寸法よりも切欠部の外径寸法の方が小さく設定される。このため、過大な外力が作用した際に逃げ部で切断されてしまうことが防止され、破壊を防止するための機能を切欠部にて確実に発揮させることができる。

本発明によると、複数設置されて用いられた場合において過大な外力が１つの風車用駆動装置に作用した場合でもその風車用駆動装置が破壊されてしまうことを防止でき、破壊を防止するための機構としての切欠部を設けた場合においても切欠部の交換作業を容易に行うことができる、風車用駆動装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る風車用駆動装置が適用される風車を示す斜視図である。 図１に示す風車においてタワーに対して回転自在にナセルが設置された部分である風車の可動部分を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る風車用駆動装置を示す正面側から見た断面図である。 図３における一部を拡大した断面図であって、入力軸とその近傍の部分とを示す拡大断面図である。 図３に示す風車用駆動装置における入力軸を示す断面図である。 変形例に係る入力軸を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係る風車用駆動装置は、風車に設置され、風車の可動部分における一方の構造体に対して他方の構造体を回転させるように駆動する風車用駆動装置として広く用いることができる。とくに、本実施形態に係る風車用駆動装置は、風車のタワーに対してナセルを回転させるようにヨー駆動するヨー駆動装置、及びナセル側のハブに対してブレードの軸部を回転させるようにピッチ駆動するピッチ駆動装置として用いることができる。尚、本実施形態では、ヨー駆動装置として用いられる場合を例にとって説明するが、この例に限らず、ピッチ駆動装置を含む他の風車用駆動装置に関して、広く適用することができるものである。

図１は、本発明の一実施の形態に係る風車用駆動装置１が適用される風車１０１を示す斜視図である。図１に示すように、風車１０１は、タワー１０２、ナセル１０３、主軸部であるハブ１０４、ブレード１０５等を備えている。タワー１０２は、地上から鉛直上方に向かって延びるように設置され、ナセル１０３は、タワー１０２の上部に対して回転自在に設置されている。また、ナセル１０３は、後述する風車用駆動装置１によって水平面内で回転（旋回）するように設置され、その内部には、図示しない動力伝達軸や発電機等が配置されている。ハブ１０４は、上記の動力伝達軸に連結され、ナセル１０３に対して回転可能に設けられている。そして、ブレード１０５は、複数枚（本実施形態では、３枚）設けられ、ハブ１０４に対して均等角度に放射状に延びるように取り付けられている。尚、ブレード１０５は、ハブ１０４に設置されている軸部において、その軸心を中心としてハブ１０４に対して回転自在に設置されている。そして、ブレード１０５は、図示しないピッチ駆動装置によって回転駆動されることで、そのピッチ角の変更が行われるように構成されている。

また、図２は、タワー１０２に対して回転自在にナセル１０３が設置された部分である風車１０１の可動部分１１０を拡大して示す断面図である。尚、図２では、風車用駆動装置１について断面図ではなく外形図として図示している。ナセル１０３は、その底部１０３ａにおいて、タワー１０２の上部に対して軸受１０６を介して回転自在に設置されている。そして、タワー１０２の上部には、内周に内歯が形成されたリングギア１０７が固定されている（図２では、リングギア１０７の内歯の各歯の図示を省略している）。尚、リングギア１０７の歯は、内周に設けられているものに限らず、外周に設けられているものであってもよい。

ナセル１０３内においては、複数の風車用駆動装置１が配置され、各風車用駆動装置１の本体１１が底部１０３ａに対してそれぞれ固定されている。各本体１１には、電動機１２がそれぞれ固定されている。また、風車用駆動装置１は、その出力用のピニオン１２がナセル１０３の底部１０３ａに形成された孔から下方に突出してリングギア１０７に噛み合うように配置されている（尚、図２では、ピニオン１２は模式的に図示している）。そして、風車用駆動装置１は、リングギア１０７の内側の周方向に沿って複数個所（例えば、４箇所）に配置されている。可動部分１１０において上記のように各風車用駆動装置１が設置されていることにより、本実施形態では、各ピニオン１３は、可動部分１１０の一方の構造体であるタワー１０２に固定されたリングギア１０７に対して噛み合うように構成されている。そして、各電動機１２は、可動部分１１０において一方の構造体に対して回転自在に設置される他方の構造体であるナセル１０３側に対して固定されている（即ち、電動機１２は、ナセル１０３に対して本体１１を介して固定されている）。

次に、本発明の一実施の形態に係る風車用駆動装置１について詳しく説明する。図３は、風車用駆動装置１を示す正面側から見た断面図である。図２及び図３に示す風車用駆動装置１は、上述のようにナセル１０３をタワー１０２に対して回転させるヨー駆動装置として設けられている。この風車用駆動装置１は、本体１１、電動機１２、ピニオン１３、出力軸１４、ブレーキ機構１５、入力軸１６、減速部１７、出力部１８、切欠部１９、区画部２０等を備えて構成されている。

風車用駆動装置１は、図２及び図３に示すように、上側に配置された一端側において本体１１に対して電動機１２が固定されて取り付けられ、下側に配置された他端側において出力部１８が本体１１から突出するように配置されている。この出力部１８の端部には、ピニオン１３が固定されている。そして、風車用駆動装置１は、電動機１２から入力された回転駆動力を減速して伝達してピニオン１３に出力し、リングギア１０７に噛み合うこのピニオン１３を回転させることで、ナセル１０３を回転させる。尚、以下の説明においては、風車用駆動装置１において、電動機１２が取り付けられる側である入力側を一端側として、ピニオン１３が配置される側である出力側を他端側として説明する。

出力軸１４は、電動機１２の回転駆動力を出力する電動機１２の出力軸部として設けられている。そして、後述する入力軸１６は、出力軸１４に連結されて電動機１２からの回転駆動力が入力される軸部材として設けられている。ブレーキ機構１５は、電動機１２に取り付けられており、出力軸１４を停止させるための摩擦ブレーキとして設けられている。

減速部１７は、入力軸１６及び出力部１８に連結され、入力軸１６から入力された回転駆動力を減速して伝達するとともに、ピニオン１３が固定された出力部１８に対して出力するように構成されている。尚、ピニオン１３は、出力部１８の他端側の端部にスプライン結合を介して取り付けられるとともに、例えば、出力部１８の端部に螺合するリングナットとリング状のプレート部材とを有する固定機構によって出力部１８に固定されている。

また、減速部１７は、平歯車を備えて構成された平歯車減速機、太陽歯車と遊星歯車と遊星枠とを備えて構成された遊星歯車減速機、クランク軸と外歯歯車とキャリアとを備えて構成された偏心型減速機、又は、これらの任意の組み合わせによる減速機等を備えて構成される。この減速部１７としては、例えば、後述する入力軸１６のインプットギア部１６ｂから回転駆動力が入力される遊星歯車減速機１７ａ、遊星歯車減速機１７ａから回転駆動力が入力されるスパーギア１７ｂ、スパーギア１７ｃから回転駆動力が入力されて出力部１８に出力する偏心型減速機１７ｃ、を備えた機構として構成することができる。尚、図３では、偏心型減速機１７ｃについては破線で示し、詳細な図示を省略している。

本体１１は、入力軸１６及び減速部１７を収容するケース１１ａ及びカバー１１ｂを備えて構成されている。尚、出力軸１４、入力軸１６、減速機１７及び出力部１８は、本体１１の内側で、風車用駆動装置１の回転中心線Ｐ（図３において一点鎖線で図示）の方向に沿って直列に配置されている。また、この本体１１は、減速部１４が配置される内部が外部に対して密封され、その内部に潤滑油が封止されている。

ケース１１ａは、両端部が開口した筒状に形成されており、一端側の開口部はカバー１１ｂにより覆われ、他端側の開口部からは出力部１８が突出している。そして、ケース１１ａの他端側における内周には、出力側シール部材（２１、２２）が取り付けられている。出力側シール部材（２１、２２）は、リング状に形成され、そのリップ部が出力部１８及びその周囲に取り付けられたリング状の部材にそれぞれ摺接し、本体１１内の潤滑油を封止している。尚、図３では、本体１１内の潤滑油の図示を省略している。また、ケース１１ａの他端側の端部の内周には軸受２３が取り付けられており、この軸受２３を介して、出力部１８がケース１１ａに対して回転自在に保持されている。

カバー１１ｂは、筒状に形成されるとともにケース１１ａの一端側の開口部を覆うようにケース１１ａに対して取り付けられる筒状部材２４ａと、円盤状に形成されるとともに筒状部材２４ａにおける開口形成された一端側の端部を覆う蓋部材２４ｂと、を備えて構成されている。筒状部材２４ａは、その他端側の端部において、ケース１１ａの一端側の端部に対してボルト（図示せず）により固定されている。蓋部材２４ｂは、筒状部材２４ａの一端側の端部にボルトによって固定されており、中心には、出力軸１４が挿入されて配置される貫通孔が形成されている。この蓋部材２４ｂに電動機１２が固定されている。

図４は、図３における一部を拡大した断面図であって、入力軸１６とその近傍の部分とを示す拡大断面図である。また、図５は、入力軸１６を示す断面図である。図３乃至図５に示すように、入力軸１６は、出力軸１４に連結されて減速部１７に対して回転駆動力を伝達する軸部材として設けられている。そして、この入力軸１６には、カップリング部１６ａと、インプットギア部１６ｂと、シール部１６ｃと、逃げ部１６ｄと、切欠部１９とが設けられている。これらのカップリング部１６ａ、切欠部１９、シール部１６ｃ、逃げ部１６ｄ及びインプットギア部１６ｂは、この順番で一端側から直列に配置されており、一体に形成されている。

カップリング部１６ａは、入力軸１６における一端側の端部に形成され、出力軸１４の他端側の端部に対して結合される部分として設けられている。そして、このカップリング部１６ａは、一端側に向かって開口するとともに出力軸１４の他端側の端部が挿入されるカップリング穴２５が設けられた筒状部分として形成されている。また、カップリング穴２５には、キー溝２５ａが形成されている。このキー溝２５ａに嵌め込まれるキー２６を介して、カップリング穴２５に嵌め込まれるように挿入された出力軸１４の端部と入力軸１６とが、キー結合により固定されて連結される。尚、カバー１１ｂの蓋部材２４ｂの中心に設けられて出力軸１４が挿入されている貫通孔には、その内周に沿って形成された溝に対して、周方向の一部が切り欠かれたように形成されたＣ型形状のスナップリング２８が嵌め込まれている。このスナップリング２８は、上記の貫通孔の溝に対して一旦縮径する方向に弾性変形した後に拡径する方向に弾性回復することで係合して嵌め込まれ、本体１１内に配置されたカップリング部１６ａの一端側の端部と当接可能に配置されている。これにより、入力軸１６が本体１１から蓋部材２４ｂの貫通孔を介して一端側に向かって脱落してしまうことが防止されている。

インプットギア部１６ｂは、入力軸１６における他端側の端部に形成された歯車部分として設けられ、減速部１７に対して回転駆動力を伝達するように構成されている。そして、インプットギア部１６ｂは、減速部１７の遊星歯車減速機１７ａにおいて１つの遊星枠に回転自在に保持された複数の遊星歯車に対して噛み合うように配置されている。尚、入力軸１６は、インプットギア部１６ｂが設けられた他端側の端部において、減速部１７に対して、軸受２９を介して、減速部１７に向かう方向の移動が規制された状態で回転可能に配置されている。

シール部１６ｃは、入力軸１６におけるカップリング部１６ａとインプットギア部１６ｂとの間において円盤状又は円柱状に膨らむように形成された部分として設けられている。そして、このシール部１６ｃは、その外周面が円柱外周面と同様の形状で滑らかに形成され、後述のシール部材２７が摺動するように構成されている。尚、シール部１６ｃの外径寸法（外周の直径寸法）は、カップリング部１６ａの外径寸法（外周の直径寸法）よりも小さくなるように設定されている。

逃げ部（ヌスミ部）１６ｄは、入力軸１６におけるシール部１６ｃとインプットギア部１６ｂとの間において周方向に亘って延びる溝状に形成された部分として設けられている。この逃げ部１６ｄは、インプットギア部１６ｂが加工される際に工具（図示せず）を逃がすために凹み形成された部分として設けられている。

切欠部１９は、入力軸１６におけるカップリング部１６ａとシール部１６ｃとの間において、他の部分よりも小径となるように切り欠かれた部分として形成されている。この切欠部１９は、入力軸１６において、円弧状の形状の断面の溝として周方向に亘って延びるように切り欠かれて形成されている。そして、切欠部１９の外径寸法（外周の直径寸法）が逃げ部１６ｄの外径寸法（外周の直径寸法）よりも小さくなるように設定されている。また、この切欠部１９は、出力軸１４からピニオン１３までにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構として設けられている。即ち、入力軸１６は、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに、小径の部分として形成された切欠部１９において破断することで切断されるように、切欠部１９の径寸法が設定されている。このように、風車用駆動装置１においては、上記の駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構としての切欠部１９が、入力軸１６に設けられている。

区画部２０は、内側壁部２６とシール部材２７とを備えて構成され、本体１１の内側に設けられ、切欠部１９と減速部１７との間に配置されて切欠部１９と減速部１７との間の領域を区画するように設けられている。内側壁部２６は、本体１１におけるカバー１１ｂの内側に形成された壁部として設けられ、入力軸１６が挿入される円形の孔２６ａが貫通形成されている。尚、本実施形態においては、内側壁部２６は、カバー１１ｂにおいて、その内周の沿った壁部から径方向の内側に向かって円盤状に延びるように一体に形成されている。シール部材２７は、リング状に形成され、その外周において、内側壁部２６の孔２６ａに配置され、孔２６ａの内周に対して密着した状態で嵌め込まれて固定されている。そして、シール部材２７は、そのリップ部が、入力軸１６のシール部１６ｃの外周側面に対して全周に亘って密着して摺接する状態で当接するように配置され、入力軸１６と内側壁部２６との間を封止するように構成されている。

上述した風車用駆動装置１は、図示しない制御装置が、例えば風向計（図示せず）の検知結果に基づいて、ナセル１０３の向きを風向きに応じて旋回させる旋回指令を発して電動機１２を運転させることにより、作動する。電動機１００の運転が開始されると、出力軸１４から回転駆動力が入力軸１６に入力され、この回転駆動力が、入力軸１６から減速部１７に伝達される。そして、減速部１７において回転駆動力が減速して伝達され、出力部１８が回転し、この出力部１８に固定されたピニオン１３から大きなトルクが出力されることになる。また、リングギア１０７に対して各風車用駆動装置１の各ピニオン１３が噛み合いながら回転することで、複数の風車用駆動装置１が取り付けられたナセル１０３の回転動作が行われる。また、所望の停止位置までナセル１０３が回転すると、制御装置からの指令に基づいて電動機１２の運転が停止されるとともにブレーキ機構１５が作動し、ナセル１０３が停止することになる。

一方、ナセル１０３の停止中にナセル１０３に対して風による外力が作用した場合、ブレーキ機構１５により出力軸１４が停止した状態の風車用駆動装置１に力が作用することになる。また、ナセル１０３の回転動作中に風による外力がナセル１０３に作用した場合、逆方向の力が風車用駆動装置１に作用する場合もある。このとき、各風車用駆動装置１の各ピニオン１３とリングギア１０７との噛み合い状態にばらつきがあり、１つの風車用駆動装置１のみに対して過大な外力が集中的に作用すると、その風車用駆動装置１における入力軸１６に設けられた切欠部１９に所定の大きさ以上のトルクが作用することになる。この場合、入力軸１６が切欠部１９において破断して切断され、切断機構としての切欠部１９が作動することになる。このため、風車用駆動装置１においては、駆動力伝達経路に設けられた切断機構である切欠部１９のみが切断され、入力軸１６以外の要素については、全て保護されることになる。更に、内側壁部２６及びシール部材２７によって構成された区画部２０によって、切欠部１９が切断された際に生じた破片が減速部１７内に侵入して入り込んでしまうことが防止される。

また、１つの風車用駆動装置１の電動機１２の不具合、もしくは制御系等の異常により、出力軸１４が固定されてしまった場合、他の風車用駆動装置１がリングギア１０３を回転させるためのトルクが１つの風車用駆動装置１に集中し、その風車用駆動装置１における入力軸１６の切欠部１９に所定の大きさ以上のトルクが作用することになる。この場合、入力軸１６が切欠部１９において切断され、切断機構としての切欠部１９が作動することになる。このため、前述の場合と同様に、風車用駆動装置１においては、駆動力伝達経路に設けられた切断機構である切欠部１９のみが切断され、入力軸１６以外の要素については、全て保護されることになる。そして、区画部２０によって、切欠部１９が切断された際に生じた破片が減速部１７内に侵入して入り込んでしまうことが防止される。

以上説明した風車用駆動装置１によると、風車１０１の可動部分１１０において複数の風車用駆動装置１が設置されて用いられた場合において、タワー１０２（一方の構造体）に対してナセル１０３（他方の構造体）が回転動作中又は停止中に、各ピニオン１３とリングギア１０７との噛み合いにばらつきがある状態で外力がナセル１０３に作用すると、その外力が１つの風車用駆動装置１のみに集中的に作用することになる。この場合、風車用駆動装置１においては、駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用すると、切断機構としての切欠部１９が作動することになる。また、複数の風車用駆動装置１が設置されて用いられた場合において、不具合等の発生によっていずれかの風車用駆動装置１における電動機１２の出力軸１４が固定されてしまうこともある。この場合、本実施形態によると、電動機１２の出力軸１４が固定されてしまった風車用駆動装置１においては、他の風車用駆動装置１の力によって駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用し、切欠部１９が作動することになる。このように、本実施形態によると、過大な外力が作用した風車用駆動装置１においては、駆動力伝達経路の連結が切り離されて力が伝達されない状態となる。そして、切欠部１９により切り離された箇所を境にして、ピニオン１３に連結されたピニオン側の部分が電動機１２側の部分に対して空転するように（空回りするように）駆動されることになる。このため、その風車用駆動装置１に使用継続が困難で取替えが必要となるような破損が生じることがなく、風車用駆動装置１が破壊されてしまうことが防止される。

また、本実施形態によると、風車用駆動装置１の破壊を防止するための機構としての切欠部１９に加え、本体１１の内側で切欠部１９と減速部１７との間の領域を区画する区画部２０が設けられている。このため、切欠部１９が作動して切断された場合、切断による破片が減速部１７の中に侵入して入り込んでしまうことが区画部２０によって遮られて防止されることになる。これにより、切欠部１９の作動により生じた破片が減速部１７の中に入り込んで歯車の摺動面を傷付けて耐久性の低下を招いてしまうことを防止できる。そして、破片が減速部１７に入り込んでしまうことを防止できるため、切欠部１９の作動後にこの切欠部１９を交換する作業の際に、減速部１７内に破片が入り込んでいないか否かを確認する作業の省略又はその作業負荷の大幅軽減を図ることができる。よって、切欠部１９の交換作業を容易に行うことができる構造を実現することができる。

従って、本実施形態によると、複数設置されて用いられた場合において過大な外力が１つの風車用駆動装置１に作用した場合でもその風車用駆動装置１が破壊されてしまうことを防止でき、破壊を防止するための機構としての切欠部１９を設けた場合においても切欠部１９の交換作業を容易に行うことができる、風車用駆動装置１を提供することができる。

また、風車用駆動装置１によると、区画部２０が本体１１の内側壁部２６とシール部材２７とを備えて構成され、内側壁部２６の孔２６ａに挿入された入力軸１６とこの内側壁部２６との間がシール部材２７で封止される。このため、入力軸１６に設けられた切欠部１９と減速部１７との間を気密状態若しくはそれに近い状態で区画でき、切欠部１９の作動の際に生じた破片が減速部１７の中に侵入してしまうことを更に効率よく防止することができる。尚、シール部材２７としては、リップ部に加えてダストリップ部が設けられているものを用いることで、破片や異物の侵入をより効率よく防止することができる。

また、風車用駆動装置１によると、入力軸１６に、出力軸１４側のカップリング部１６ａと、減速部１７側のインプットギア部１６ｂと、それらの間でシール部材２７が摺動するシール部１６ｃと、カップリング部１６ａ及びシール部１６ｃ間の切欠部１９とが設けられる。このため、出力軸１４に結合するとともに減速部１７に回転駆動力を伝達する入力軸１６において、出力軸１４側と減速部１７側との間にシール部１６ｃと切欠部１９とを直列に配置でき、シール部１６ｃ及び切欠部１９を簡素な構造で実現することができる。

また、風車用駆動装置１によると、シール部１６ｃがカップリング部１６ａの外径寸法よりも小さく形成される。このため、カップリング部１６ａの外周でシール部材２７が摺動するように構成される場合に比して、入力軸１６の１回転あたりに対するシール部材２７の摺動距離を短くでき、更に、シール部材２７と入力軸１６との間の相対的な摺動速度を低減できる。これにより、シール部材２７の耐久性を向上させることができる。

また、風車用駆動装置１によると、インプットギア部１６ｂの加工のために必要となる逃げ部１６ｄの外径寸法よりも切欠部１９の外径寸法の方が小さく設定される。このため、過大な外力が作用した際に逃げ部１６ｄで切断されてしまうことが防止され、破壊を防止するための機能を切欠部１９にて確実に発揮させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。

（１）上記の実施形態では、ヨー駆動装置として設けられた風車用駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。風車の可動部分における一方の構造体であるナセル側のハブに対して他方の構造体であるブレードを回転させるように駆動するピッチ駆動装置として設けられた風車用駆動装置を実施してもよい。

（２）上記の実施形態では、切断機構としての切欠部が入力軸に設けられている場合を例にとって説明したが、この通りでなくもよい。即ち、切欠部は、駆動力伝達経路における入力軸以外の位置であって、区画部によって減速部との間が区画された位置に設けられる形態であってもよい。例えば、切欠部が、電動機の回転駆動力を出力する出力軸に設けられる形態であってもよい。この場合、電動機の出力軸又は入力軸のカップリング部に対して摺接するように、区画部のシール部材が配置されている形態であってもよい。

（３）上記の実施形態では、入力軸の脱落防止を図るための部材としてのスナップリングが、本体のカバーにおける蓋部材の中心の貫通孔に取り付けられている形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、入力軸の脱落防止を図るための部材が、区画部におけるシール部材の近傍に配置される形態であってもよい。この場合、本体のカバーについて、蓋部材が省略された形態で構成することができる。

（４）上記の実施形態では、区画部が内側壁部とシール部材とによって構成された形態を例にとって説明したが、この通りでなくもよい。例えば、本体の内側において別体に形成された壁部を有して区画部が構成されていてもよい。また、内側壁部が円盤状以外の形状に形成されている形態であってもよい。また、シール部材が設けられていない形態であってもよい。

（５）上記の実施形態では、切欠部が円弧状の形状の断面の溝として周方向に亘って延びるように切り欠かれて形成されている形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、上記の実施形態で例示した形状以外の形状の切欠部が設けられている形態であってもよい。例えば、図６に示す形状の切欠部が設けられる形態であってもよい。図６は、変形例に係る入力軸３０を示す断面図である。図６に示す入力軸３０は、図５に示す入力軸１６と同様に形成され、カップリング部１６ａ、インプットギア部１６ｂ、シール部１６ｃ、逃げ部１６ｄ及び切欠部３１が設けられている。但し、切欠部３１の形状が、入力軸１６の切欠部１９とは異なっている。尚、図６に係る変形例の説明では、図５に示す入力軸１６と同様に形成される部分については、同一の符号を付すことで、説明を省略する。図６に示す入力軸３０に設けられた切断機構としての切欠部３１は、略矩形の断面の溝として周方向に亘って延びるように切り欠かれて形成されている。このように、断面において曲線状ではなく直線状に形成された部分を有する切欠部であっても、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。尚、略矩形断面の溝状の切欠部３１におけるコーナー部分（隅の部分）は、応力集中を避けるため、滑らかな曲面状の部分を有するように形成されている。

本発明は、風車に設置され、風車の可動部分における一方の構造体に対して他方の構造体を回転させるように駆動する風車用駆動装置として、広く適用することができるものである。

１ 風車用駆動装置
１１ 本体
１２ 電動機
１３ ピニオン
１４ 出力軸
１５ ブレーキ機構
１６ 入力軸
１７ 減速部
１８ 出力部
１９ 切欠部
２０ 区画部
１０１ 風車
１０２ タワー（一方の構造体）
１０３ ナセル（他方の構造体）
１１０ 可動部分

Claims (3)

1. 風車の可動部分における一方の構造体に固定されたリングギアに対して噛み合うピニオンと、
   前記可動部分において前記一方の構造体に対して回転自在に設置される他方の構造体側に対して固定される電動機と、
   前記電動機の回転駆動力を出力する出力軸と、
   前記出力軸に連結されて前記電動機からの回転駆動力が入力される入力軸と、
   前記ピニオンに対して固定された出力部と、
   前記入力軸及び前記出力部に連結され、前記入力軸に入力された回転駆動力を減速して伝達するとともに前記出力部に対して出力する減速部と、
   前記入力軸及び前記減速部を収容する本体と、
   前記出力軸を停止させるブレーキ機構と、
   を備えている風車用駆動装置であって、
   前記出力軸から前記ピニオンまでにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに前記駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構として設けられた切欠部と、
   前記本体の内側に設けられ、前記切欠部と前記減速部との間に配置されて当該切欠部と当該減速部との間の領域を区画する区画部と、
   を更に備え、
   前記切欠部は、前記入力軸に設けられ、
   前記区画部は、
   前記本体の内側に形成された壁部として設けられて前記入力軸が挿入される孔が形成された内側壁部と、
   前記孔に配置され、前記入力軸と前記内側壁部との間を封止するシール部材と、
   を備え、
   前記入力軸は、
   一端側に形成されて前記出力軸と結合されるカップリング部と、
   他端側に形成されて前記減速部に対して回転駆動力を伝達するインプットギア部と、
   前記カップリング部と前記インプットギア部との間において形成されて前記シール部材が摺動するシール部と、
   を有し、
   前記入力軸における前記カップリング部と前記シール部との間に前記切欠部が形成され、
   前記カップリング部、前記切欠部、前記シール部及び前記インプットギア部は、この順番で一端側から直列に配置されており、一体に形成されていることを特徴とする、風車用駆動装置。
2. 請求項１に記載の風車用駆動装置であって、
   前記シール部の外径寸法が前記カップリング部の外径寸法よりも小さいことを特徴とする、風車用駆動装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の風車用駆動装置であって、
   前記入力軸には、前記シール部と前記インプットギア部との間において形成されて、前記インプットギア部が加工される際に工具を逃がすために凹み形成された逃げ部が設けられ、
   前記切欠部の外径寸法が前記逃げ部の外径寸法よりも小さいことを特徴とする、風車用駆動装置。
   

Images