JP5610858B2 - 水平軸風車 - Google Patents

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Description

本発明は、水平軸風車のヨー回転機構におけるギヤのバックラッシュ防止に関する。
一般に、水平軸風車は１枚又は２枚以上のブレードがハブから放射状に取付けられてなるロータと、ハブに接続されるとともに略水平方向に延在された主軸を介してこのロータを回転自在に軸支するナセルと、ナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを有して構成される。
一般的なヨー回転駆動構成としては、タワーの上部とナセルとがヨー軸を回転軸とするヨーベアリングで連結され、ヨーベアリングのタワー側に固定される内輪部に内歯のリングギヤが取り付けられ、ナセルにヨーモータが設置され、ヨーモータの出力軸に固定されたピニオンギヤが上記リングギヤに噛合し、ヨーモータを回転駆動することにより、ナセルをヨー軸回りに回転させる構成がある。これにより例えば風が来る方向等の所望の方向にナセル、従ってロータが向くようにナセルのヨー角を制御する(例えば、特許文献１参照)。
特開２００１−２８９１４９号公報
風車に対しては、風速の変化だけでなく、突然の横風、下方からの吹き上げ、及び上方からの吹き降ろしなどの乱流が発生し、風車の運転に大きな影響を与えている。
風の乱流によりタワー側のリングギヤとナセル側のヨーギヤとのバックラッシュによるナセルの首振り運動が発生する。ナセルの首振り運動は、ヨーギヤやヨーモータ、ロータなどへダメージを与える原因となり得る。
本発明は以上の従来技術に鑑みてなされたものであって、複数のヨーモータを駆動制御して、ヨー回転機構におけるギヤのバックラッシュを防止することができる水平軸風車を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ブレードとこれを保持するハブとを有するロータと、前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、前記ナセル又は前記タワーのうち一方に設けられた複数のヨーモータと、前記ナセル又は前記タワーのうち他方に設けられ、前記複数のヨーモータの駆動ギヤに噛合するギヤと備えて、前記ナセルをヨー回転駆動する水平軸風車において、
前記複数のヨーモータによる前記ナセルの回転を停止する時に、一部のヨーモータを停止し、これに遅れて他のヨーモータを停止することを特徴とする水平軸風車である。
請求項２記載の発明は、前記一部のヨーモータの停止時に当該一部のヨーモータを回転不能にヨーモータブレーキで保持するとともに、前記他のヨーモータの停止時に当該他のヨーモータを回転不能にヨーモータブレーキで保持することを特徴とする請求項１に記載の水平軸風車である。
請求項３記載の発明は、前記他のヨーモータの停止時に、前記一部のヨーモータの駆動ギヤと、前記他のヨーモータの駆動ギヤとで、前記ギヤを互いに逆回転方向に押圧して当該ギヤを保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平軸風車である。
本発明によれば、複数のヨーモータでナセルのヨー回転を駆動するにあたり、回転を停止する時には、まず、一部のヨーモータを停止し、これに遅れて他のヨーモータを停止するので、一部のヨーモータの駆動ギヤと他のヨーモータの駆動ギヤの互いに逆側の歯面が共通のギヤに当たってバックラッシュの原因となる歯間の隙が排除されることにより、ヨー回転機構におけるギヤのバックラッシュを防止することができるという効果がある。
本発明一実施形態に係る水平軸風車のタワーとナセルの連結部の水平面図である。 図１に示したＡ−Ａ線における断面図である。 比較例に係るナセルのヨー回転停止動作を示した動作状態模式図である。 本発明一実施形態に係るナセルのヨー回転停止動作を示した動作状態模式図である。
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
本実施形態の水平軸風車は、従来の水平軸風車と同様に１枚又は２枚以上のブレードがハブから放射状に取付けられてなるロータと、ハブに接続されるとともに略水平方向に延在された主軸を介してこのロータを回転自在に軸支するナセルと、ナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを有して構成される。
図１及び図２により示すように、本実施形態の水平軸風車は、タワー６の上部にナセル５をヨー回転自在に支持するために、ナセル５とタワー６とはヨーベアリング装置１を介して連結される。
図２に示すように、ヨーベアリング装置１は、ベアリング１ａと、ベアリング１ａを保持する内輪部１ｂ及び外輪部１ｃとを備える。
内輪部１ｂがタワー６に固定され、外輪部１ｃがナセル５に固定されることで、タワー６とナセル５とが回転自在に連結される。ヨーベアリング装置１の回転軸がナセル５のヨー軸となる
内輪部１ｂの内側には、内歯のリングギヤ２がヨー軸を軸として固定されている。
図１に示すように本水平軸風車には４つのヨーモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが設けられる。代表してヨーモータ３ａの装備構造の垂直断面を図２に示した。４つのヨーモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはすべて同じ装備構造である。
すなわち、４つのヨーモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、ナセル５に筐体が固定されて設置される。そして、図２に示すようにヨーモータ３ａ（３ｂ，３ｃ，３ｄ）の駆動ギヤであるピニオンギヤ４ａ（４ｂ，４ｃ，４ｄ）がリングギヤ２に噛合する。ヨーモータ３ａ（３ｂ，３ｃ，３ｄ）とピニオンギヤ４ａ（４ｂ，４ｃ，４ｄ）との間には、減速機７が介装されている。
ヨーモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを同方向に回転駆動することによって、ナセル５をヨー回転させることができる。
ヨーモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには、ヨーモータブレーキが装備されている。
簡略化して２個のヨーモータでナセルのヨー回転を駆動する場合につき、図３、図４を参照して説明する。図３及び図４においては、簡単のためリングギヤ２を直線的に描き、２個のヨーモータのピニオンギヤ４ｍ，４ｎをリングギヤ２と噛合する歯以外を省略して描く。
図３(a)に示すように２個のヨーモータで同時に回転駆動中に、これら２個のヨーモータの回転、従ってピニオンギヤ４ｍ，４ｎの回転を同時に停止しヨーモータブレーキで回転不能に保持すると、図３(b)に示すように、リングギヤ２の同じ方向の歯面にピニオンギヤ４ｍ，４ｎが当たった状態で停止する。当たった歯面と逆側にバックラッシュの原因となる歯間の隙が生じるから、この隙を揺れ動く幅として、図３(c)に示すように外乱によりピニオンギヤ４ｍ，４ｎに対してリングギヤ２が相対的に揺れ動く、すなわち、バックラッシュが発生する。このようにしてヨー回転機構におけるギヤのバックラッシュによるナセルの首振り運動が発生し、ギヤやヨーモータ、ロータ等が損傷するおそれある。
本発明によるナセルのヨー回転停止制御にあっては、以下のように制御する。
図４(a)に示すように２個のヨーモータで同時に回転駆動中に、まず、そのうち１個のヨーモータの回転、従ってピニオンギヤ４ｍの回転を停止しヨーモータブレーキで回転不能に保持する（図４(b)）。この時点では他のヨーモータの駆動回転、従ってピニオンギヤ４ｎの駆動回転は続行される。したがって、時間の経過により図４(c)に示すように、停止しているピニオンギヤ４ｍの歯に、ピニオンギヤ４ｎからの出力を受けて回転するリングギヤ２の歯が当たる。
上記の１個のヨーモータの回転停止時点から遅れて、ピニオンギヤ４ｍ及びピニオンギヤ４ｎがそれぞれリングギヤ２の歯を押圧する程度のタイミングで他の１個のヨーモータの回転、従ってピニオンギヤ４ｎの回転を停止しヨーモータブレーキで回転不能に保持する（図４(d)）。
以上の結果、図４(d)に示すようにピニオンギヤ４ｍの歯面４ｍ１と、リングギヤ２の回転方向に沿って、この歯面４ｍ１と逆向きとなるピニオンギヤ４ｎの歯面４ｎ１とをそれぞれ、リングギヤ２の歯に押圧してリングギヤ２を保持する。すなわち、リングギヤ２は、ピニオンギヤ４ｍとピニオンギヤ４ｎとから互いに逆方向の荷重を受けて保持される。これにより、バックラッシュが防止される。
以上の図４を参照して説明したナセルのヨー回転停止制御を、図１に示した４つのヨーモータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに適用する。ヨーモータ３ａ，３ｃを先に停止し、ヨーモータ３ｂ，３ｄを後に停止するか、又はヨーモータ３ａ，３ｂ先に停止し、ヨーモータ３ｃ，３ｄを後に停止する。これによりバックラッシュが防止される。そのため、バックラッシュに起因したリングギヤ２、ヨーモータ３、ピニオンギヤ４、減速機７、ロータ等の損傷が防がれる。
ヨーモータが偶数の場合、先に停止するヨーモータと後に停止するヨーモータとを同数とすることが好ましい。ヨーモータが奇数の場合、先に停止するヨーモータと後に停止するヨーモータとの個数差を１個とすることが好ましい。保持力を高めるためである。
なお、以上の実施形態においては、ヨーモータをナセルに固定し、ヨーモータの駆動ギヤ（ピニオンギヤ４）に噛合するギヤ（リングギヤ２）をタワーに固定したが、ヨーモータをタワーに固定し、ヨーモータの駆動ギヤに噛合するギヤをナセルに固定することも可能である。後者の構成は、ヨーベアリング装置の内輪部をナセルに固定し、外輪部をタワーに固定すれば実施できる。
１ ヨーベアリング装置
１ａ ベアリング
１ｂ 内輪部
１ｃ 外輪部
２ リングギヤ
３ ヨーモータ
４ ピニオンギヤ
５ ナセル
６ タワー
７ 減速機

Claims (3)

  1. ブレードとこれを保持するハブとを有するロータと、前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、前記ナセル又は前記タワーのうち一方に設けられた複数のヨーモータと、前記ナセル又は前記タワーのうち他方に設けられ、前記複数のヨーモータの駆動ギヤに噛合するギヤと備えて、前記ナセルをヨー回転駆動する水平軸風車において、
    前記複数のヨーモータによる前記ナセルの回転を停止する時に、一部のヨーモータを停止し、これに遅れて他のヨーモータを停止することを特徴とする水平軸風車。
  2. 前記一部のヨーモータの停止時に当該一部のヨーモータを回転不能にヨーモータブレーキで保持するとともに、前記他のヨーモータの停止時に当該他のヨーモータを回転不能にヨーモータブレーキで保持することを特徴とする請求項１に記載の水平軸風車。
  3. 前記他のヨーモータの停止時に、前記一部のヨーモータの駆動ギヤと、前記他のヨーモータの駆動ギヤとで、前記ギヤを互いに逆回転方向に押圧して当該ギヤを保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平軸風車。
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