JP6000375B2

JP6000375B2 - 風力発電装置及びそのロータヘッド回転ロック方法

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Application number: JP2014552823A
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Inventors: ▲高▼柳　和史; 和史 ▲高▼柳; 秀和一瀬
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Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
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Description

本発明は、たとえば洋上に設置される洋上風車等に好適な風車ロータのロック機構を備えた風力発電装置及びそのロータヘッド回転ロック方法に関する。

従来、風力発電装置は、メンテナンス等に対応するため、風車翼と共に回転するロータヘッド（風車ロータ）の回転をロックするロック機構（ロッキング装置）を備えている。
図８に示す歯車増速機式風力発電装置のロック機構１０Ａは、ロータヘッド４と一体に回転する主軸１１に取り付けられたブレーキ機構を利用したものである。このロック機構１０Ａは、ブレーキディスク１２Ａに予めロックピン穴（不図示）を設けておき、このロックピン穴にロックピン１３Ａを挿入して機械的に回転を阻止する装置である。

この場合、図中の符号１４は歯車増速機、１５は歯車増速機１４の出力軸、１６は発電機であり、必要に応じて出力軸１５にもブレーキディスク１２Ａ′及びロックピン１３Ａ′を備えたロック機構１０Ａ′が設けられている。
また、図９に示すダイレクトドライブ方式の風力発電装置には、上述した増速機１４がないため、主軸１１と発電機１６Ａとが直結されている。この場合のロック機構１０Ｂは、上述したロック機構１０Ａと同様に、主軸１１に取り付けたブレーキディスク１２Ｂのロック穴にロックピン１３Ｂを挿入して回転を阻止する構造となっている。

このような従来のロック機構１０Ａ，１０Ａ′，１０Ｂは、いずれの構成においてもナセル内の作業員がロックピン穴の位置を目視で確認しながら手動でロックピン１３Ａ，１３Ａ′，１３Ｂを挿入している。
また、下記の特許文献１及び２には、主軸と共に回転するディスクの開口にピンを挿入する風力発電装置のロッキング装置において、回転位置決定にセンサーを使用することが開示されている。なお、風車ロータの固定にピンを使用することは、下記の特許文献３及び４にも開示されている。

米国特許第７３９７１４５号明細書米国特許出願公開２０１０／０１９４１１４号明細書国際公開第２０１１／１４１５９４号国際公開第２００８／０５９０８８号

ところで、たとえば洋上風車のような風力発電装置においては、通常メンテナンスに加えて、救難・緊急メンテナンスを目的としたヘリコプター等によるアクセスが必要となる。
このとき、風力発電装置に接近したヘリコプターが風車回転翼に衝突することを避けるためには、遠隔操作により風車ロータの回転を停止して確実にロックする必要がある。この場合の遠隔操作は、たとえばタワー下やタワー外のような風力発電装置のタワー近傍位置、ヘリコプターや船舶等のアクセス移動手段、及び陸地等の遠隔地から操作することを意味している。

しかし、遠隔操作により風車ロータの回転を所定位置（アジマス角）で確実にロックするためには、ロックピン穴の位置を自動で判別しながらロックピンの挿入動作を行う必要がある。
同時に、ロックピン穴に対してロックピンが確実に挿入されたことを判別するモニタリング装置や、ロックピンを引き抜くロック機構の解除についても、確実に動作したことを確認するモニタリング装置が必要となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、遠隔操作によって風車ロータを所望のアジマス角で確実にロックして回転を阻止するロック機構を備えた風力発電装置及びそのロータヘッド回転ロック方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、ロック機構の確実な動作を確認できるモニタリング機能を備えた風力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置は、ロータヘッドから発電機に回転を伝達する駆動系に設けられて、ブレーキディスクを備えているブレーキ機構と、前記ブレーキディスクに設けたロックピン穴に、ロックピンを挿入して前記ロータヘッドを固定するロック機構と、前記ロータヘッドを回転させるターニング機構と、少なくとも前記ブレーキ機構、前記ロック機構及び前記ターニング機構の動作を制御する制御部と、前記制御部に前記ロック機構によるロータヘッドロック指令を出力する遠隔操作部と、前記ロックピンの挿入可否判断用となる前記ロックピン穴の現状位置を検出または推定して前記制御部に入力するロックピン穴位置モニタリング装置と、を備え、前記ロック機構は、前記ロックピンの軸方向に前記ロックピンを突出または後退可能とする駆動機構を備え、前記ロックピンの先端が前記ブレーキディスク表面から離間した位置にある非ロック位置と、前記ロックピン穴のターニング回転方向直前近傍位置で前記ロックピンの先端を前記ブレーキディスク表面に当接させて押圧する挿入準備位置と、前記ターニング機構を動作させて所定の挿入位置まで回転移動した前記ロックピン穴に前記ロックピンを挿入して固定するロック位置と、を備えていることを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、ロックピンの挿入可否判断用となるロックピン穴の現状位置を検出または推測して制御部に入力するロックピン穴位置モニタリング装置を備えているので、遠隔操作によりロック機構を操作しても、ロックピン穴の現状位置がロックピン挿入可能か否かを自動で判別でき、従って、ロックピンを確実に挿入してロータヘッドの回転を固定することが可能となる。

また、上記構成により、挿入準備位置の状態でロータヘッドをターニングさせれば、ロック機構のロック位置において、挿入位置まで回転移動したロックピン穴が挿入可能位置にあることで、ブレーキディスク表面に押圧されているロックピンがスムーズかつ確実に挿入される。

上記の風力発電装置は、前記ロック装置の動作状況を検出して前記制御部に入力するロックピン挿入状況モニタリング装置を備えていることが好ましく、これにより、ロックピン穴に対してロックピンが確実に挿入されていることを確認できる。換言すれば、ロックピンの状態が、非ロック位置、挿入準備位置及びロック位置の何れにあるかを正確に判別して認識することができる。

本発明に係る風力発電装置のロータヘッド回転ロック方法は、ロータヘッドと共に回転して発電機を駆動する駆動系に設けられてブレーキディスクを備えているブレーキ機構と、前記ブレーキディスクに設けたピン穴に軸方向へ動作するロックピンを挿入して前記ロータヘッドの回転を固定するロック機構と、前記ロータヘッドを必要に応じて回転させるターニング機構と、前記ブレーキ機構、前記ロック機構及び前記ターニング機構の動作を含む風力発電装置の各種制御を行う制御部と、前記制御部に前記ロック機構によるロータヘッドロック指令を出力する遠隔操作部と、前記ロックピンの挿入可否判断用となる前記ロックピン穴の現状位置を検出して前記制御部に入力するロックピン穴位置モニタリング装置とを備え、前記ロータヘッドロック指令を受けた前記制御部のロック操作が、ピッチフェザリング後に前記ブレーキ機構を作動させ、前記ロータヘッドの回転を固定すると共に固定位置のアジマス角を計測する第１操作段階と、前記ブレーキ機構の作動を解除して所望のアジマス角直前近傍まで前記ロータヘッドをターニングさせる第２操作段階と、前記ブレーキ機構を作動させて前記ロータヘッドを前記アジマス角直前近傍位置に固定する第３操作段階と、前記ブレーキ機構のブレーキ力を低減した状態で、前記ロックピンを、前記ブレーキディスク表面から離間した非ロック位置から前記ロックピン穴のターニング回転方向直前近傍位置で前記ブレーキディスク表面に押圧される挿入準備位置へ移動させる第４操作段階と、前記ターニング機構を動作させて所定の挿入位置まで回転移動した前記ロックピン穴の挿入可否を前記ロックピン穴位置モニタリング装置で判断し、挿入可能と判断された場合にのみ前記ロックピンを挿入して固定すると共に前記ブレーキ機構を作動させて前記ロータヘッドを固定する第５操作段階と、を備えていることを特徴とするものである。

このような風力発電装置のロータヘッド回転ロック方法によれば、遠隔操作によりロック機構を操作すると、ロックピン穴の現状位置がロックピン挿入可能か否かを自動的に判別し、ロックピンを確実に挿入してロータヘッドの回転を固定することができる。

上述した本発明によれば、風力発電装置のロータヘッドを遠隔操作によって所望のアジマス角で確実にロック（固定）して回転を阻止することができるので、ヘリコプター等による風力発電装置へのアクセスを安全に行うことが可能となる。
また、ロックピン挿入状況モニタリング装置を設けることにより、ロック機構の確実な動作を確認することが可能になる。

本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示す制御部によるロータヘッド回転ロックの遠隔操作による制御手順を示すフローチャートである。油圧駆動方式を採用した発電機駆動機構の概要を示す構成図である。ブレーキディスクに設けたロックピン穴の配置例をロータヘッド側から見て示す図である。ロック機構のロックピン動作状況を示す説明図であり、上段から順に非ロック位置、挿入準備位置、ロック位置である。ロックピン動作機構の動作機構に油圧を採用した構成例を示す図で、紙面左側が非ロック位置、紙面右側がロック位置である。風力発電装置の概要を示す正面図である。増速機方式を採用した発電機駆動機構の概要を示す構成図である。ダイレクトドライブ方式を採用した発電機駆動機構の概要を示す構成図である。

以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図７に示す風力発電装置１は、基礎Ｂ上に立設される支柱（「タワー」ともいう。）２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、略水平な回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル３に設けられるロータヘッド４とを有している。なお、風力発電装置１が洋上風車の場合には、浮体式あるいは基礎Ｂを海底に設ける方式の何れでもよい。
ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（たとえば３枚）の風車回転翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼５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ようになっている。

本実施形態の風力発電装置１は、たとえば図１〜６に示すように、ロータヘッド４と共に回転して発電機２５を駆動する駆動系に設けられてブレーキディスク１２を備えているブレーキ機構ＢＳと、ブレーキディスク１２に設けたロックピン穴１７に軸方向へ動作するロックピン１３を挿入してロータヘッド４の回転を固定するロック機構１０と、ロータヘッド４を必要に応じて回転させるターニング機構ＴＳと、ブレーキ機構ＢＳ、ロック機構１０及びターニング機構ＴＳの動作を含む風力発電装置１の各種制御を行う制御部４０と、制御部４０にロック機構１０によるロータヘッドロック指令を出力する遠隔操作部５０と、ロックピン１３の挿入可否判断用となるロックピン穴１７の現状位置を検出して制御部４０に入力するロックピン穴位置モニタリング装置と、を備えている。

上述した風力発電装置１の発電機駆動方式については、上述した図８の歯車増速機方式、図９に示したダイレクトドライブ方式に加えて、図３に示す油圧駆動方式がある。
以下では、図３に示す油圧駆動方式を採用した発電機駆動機構２０、及びこの発電機駆動機構２０に適用されたロック機構１０を備えている風力発電装置１について説明するが、上述した歯車増速機方式やダイレクトドライブ方式の発電機駆動機構を採用した風力発電装置１のロック機構１０Ａ，１０Ａ′，１０Ｂにおいても同様に適用可能である。

図３に示す油圧駆動方式の発電機駆動機構２０では、ロータヘッド４と一体に回転する主軸１１によって油圧ポンプ２１が駆動される。この油圧ポンプ２１は、油圧循環回路を形成する油圧配管２２を介して油圧モータ２３と連結されている。
油圧ポンプ２１で発生した油圧は、油圧配管２２を通って油圧モータ２３に供給され、この油圧によって油圧モータ２３が駆動される。この結果、油圧モータ２３の出力軸２４と連結された発電機２５は、油圧モータ２３を駆動源として発電する。なお、油圧モータ２３を駆動した油圧は、油圧配管２２を通って油圧ポンプ２１に戻される。

このような油圧駆動方式の発電機駆動機構２０においても、ロータヘッド４と一体に回転する主軸１１に取り付けられたブレークディスク１２を備えている。このブレーキディスク１２は、主軸１１と一体に回転する円盤状の部材であり、摩擦力でロータヘッド４及び主軸１１の回転を減速して停止させるブレーキ機構ＢＳを構成している。
ロック機構１０は、ロータヘッド４と共に回転して発電機２５を駆動する駆動系の軸部である主軸１１等の軸部に取り付けられたブレーキ機構ＢＳを利用して回転を機械的に阻止する装置である。この場合のブレーキ機構ＢＳは、機械式ブレーキとの併用または非併用について、特に限定されることはない。

ロック機構１０は、たとえば図４に示すように、ブレーキディスク１２に予めロックピン穴１７を設けておき、このロックピン穴１７に対して主軸１１の軸方向へ動作するロックピン１３を挿入することで、回転を機械的に阻止する装置である。なお、ロックピン１３の先端部側は、テーパ面を形成することでそれ以外の部分よりも小径とすることが望ましい。
また、風車回転翼５とロックピン穴１７とは、常に同じ位置関係となるように組み立てられる。たとえば、風車回転翼５がＹ字で停止した状態にあれば、ロックピン穴は常に４５度，１３５度，２２５度、３１５度の位置となるように組み立てられる。

図４は、ブレーキディスク１２をロータヘッド４側から見た図であり、たとえば同一円周上に９０度ピッチで４つのロックピン穴１７が穿設されている。このブレーキディスク１２は、図中に矢印で示すように、ターニング機構ＴＳによるターニング方向が時計回りとなっている。
なお、ロックピン穴１７の形状についても、ロックピン１３の先端形状に合わせて入口側を大径にした円錐台形状とすることが望ましい。

ロックピン１３を動作させるロックピン動作機構３０の駆動方式は、たとえば図６に示す油圧式の他にも電動式、電磁石式及びばね式等があり、特に限定されることはない。
図６に示すロックピン動作機構３０は、ナセル３内部の適所に固定設置された本体３１のガイド穴３２に沿って、ロックピン１３が動作方向（主軸１１の軸方向）へスライド自在に支持されている。ロックピン１３の内部にはシリンダ室３３が形成され、シリンダ室３３の内部に設置されたピストン３４が本体３１に固定されている。

このロックピン動作機構３０は、ピストン３４を備えた油圧機構であり、シリンダ室３３の内部は、ピストン３４によりロックピン１３先端側の油圧空間３５Ａと，ロックピン１３根本側の油圧空間３５Ｂの二つに分割（分離）されている。そして、油圧空間３５Ａ，３５Ｂは、図示しない油圧供給源と連結されている。
従って、油圧空間３５Ｂに油圧を供給した状態（図５の紙面左側）では、ロックピン１３がガイド穴３２及びピストンロッド３６に沿って本体３１の内部へ後退し、ブレーキディスク１２から離間した状態の非ロック位置にある。一方、油圧空間３５Ａに油圧を供給した状態（図５の紙面右側）では、ロックピン１３がガイド穴３２及びピストンロッド３６に沿って本体３１の外部へ突出し、後述する位置決め等の過程を経てブレーキディスク１２のロックピン穴１７挿入されたロック位置にある。

このようなロックピン１３の非ロック位置及びロック位置は、ロックピン挿入状況モニタリング装置７０により検出される。
図６に示すロックピン挿入状況モニタリング装置７０は、ロックピン１３と一体に動作するロッド部材３７、ロッド部材３７のスライド方向に配置して所定位置に固定された一対のリミットスイッチ（モニタリングセンサー）３８Ａ，３８Ｂを具備した構成とされる。この場合、一対のリミットスイッチ３８Ａ，３８Ｂが共にロッド部材３７を検出した場合に非ロック位置と判断され、ディスクブレーキ１２側に配置されたモニタリングセンサー３８Ａのみがロッド部材３７を検出した場合にロック位置と判断される。

上述したロックピン挿入状況モニタリング装置７０は、非接触式センサーや接触式センサーの中から適宜選択して採用すればよい。
なお、非接触式センサーの具体例としては、たとえばレーザー、赤外線、超音波、画像診断、磁気、光等を利用したものがあり、接触式センサーの具体例としては、検知用ピンやレバー等を設置してリミットスイッチや近接スイッチ等を連動させるものがある。
また、上述したロックピン動作機構３０の油圧空間３５Ａ，３５Ｂは、ロックピン１３の挿入時だけでなく適切な引抜力の設定も必要となるため、共に油圧供給源と連結して両方向に油圧動作するものとしたが、たとえばリターン用のバネと組み合わせて何れか一方の油圧空間にのみ油圧を供給するものでもよい。

ところで、ロックピン穴１７の穴径は、ロックピン１３を挿入する際のガタを小さくするため、ロックピン１３の外径より少し大きい程度に設定される。従って、ロックピン１３を完全に挿入するためには、あるいは、ピン挿入時のカジリ等を回避するためには、回転移動するロックピン穴１７と固定位置にあるロックピン１３との位置を正確に合わせる必要がある。
また、風力発電装置１へのアクセス時及び離脱時には、ロックピン１３の確実な挿入及び引抜を確認する必要があるため、ピン挿入状態のモニタリングが必要になる。

以下では、上述した構成のロック機構１０について、遠隔操作による動作手順、すなわち風力発電装置のロータヘッド回転ロック方法を図２のフローチャートに基づいて説明する。
上述した構成の風力発電装置１において、遠隔操作部５０からロータヘッドロック指令を受けた制御部４０のロック操作（動作手順）は、以下に説明する第１操作段階〜第５操作段階を備えている。

第１操作段階は、遠隔操作スイッチによりピッチフェザリングを行わせた後にブレーキ機構ＢＳを作動させ、ロータヘッド４の回転を固定すると共に固定位置のアジマス角を計測するものである。なお、この第１操作段階は、図２のフローチャートにおいてステップＳ２〜Ｓ４に相当する。
第２操作段階は、ブレーキ機構ＢＳの作動を解除して所望のアジマス角直前近傍までロータヘッド４をターニングさせるものである。なお、この第２操作段階は、図２のフローチャートにおいてステップＳ５及びＳ６に相当する。
第３操作段階は、ブレーキ機構ＢＳを作動させてロータヘッド４をアジマス角直前近傍位置に固定するものである。なお、この第３操作段階は、図２のフローチャートにおいてステップＳ７に相当する。

第４操作段階は、ブレーキ機構ＢＳのブレーキ力を低減した状態で、ロックピン１３を、ブレーキディスク１２の表面から離間した非ロック位置からロックピン挿入穴１７のターニング回転方向直前近傍位置でブレーキディスク１２の表面に押圧される挿入準備位置へ移動させるものである。なお、この第４操作段階は、図２のフローチャートにおいてステップＳ８及びＳ９に相当する。
第５操作段階は、ターニング機構ＴＳを動作させて所定の挿入位置まで回転移動したロックピン挿入穴１７の挿入可否をロックピン穴位置モニタリング装置６０で判断し、挿入可能と判断された場合にのみロックピン１２を挿入して固定すると共にブレーキ機構ＢＳを作動させてロータヘッド４を固定するものである。なお、この第５操作段階は、図２のフローチャートにおいてステップＳ１０〜１４に相当する。

以下では、図２のフローチャートについて詳述する。
最初のステップＳ１では、遠隔操作部５０の遠隔操作スイッチを操作することにより、遠隔操作可能な状態（遠隔操作スイッチＯｎ）とする。この操作は、たとえば緊急メンテナンスを実施するためヘリコプターにより風力発電装置１へアクセスする場合、ヘリコプターから無線の遠隔操作により実施される。なお、事前に陸上から有線で、または、海上から無線による遠隔操作も可能である。

この後、次のステップＳ２に進んでピッチフェザリングが実施される。
このピッチフェザリングは、風車回転翼５のピッチ角を風向と平行なフェザー状態にして、風力によるロータヘッド４の回転力が生じない状態とするものである。

ピッチフェザリングが完了した後には、次のステップＳ３に進んでブレーキ機構ＢＳによるロータ固定を実施する。
すなわち、ブレーキ機構ＢＳを作動させることにより、ブレーキディスク１２に対して最大のブレーキ力（Ｆmax）を作用させてロータヘッド４の回転を停止状態に固定する。以下の説明では、このロータ固定により、ブレーキディスク１２に穿設されたロックピン穴１７の１つは、たとえば図３に図示したロックピン穴１７ａの位置で停止したものとする。

続くステップＳ４では、固定状態にあるロータヘッド４のアジマス角計測が行われる。このアジマス角計測は、一般的な風力発電装置１の運転制御に必要であるため、風力発電装置１が備える既存の計測装置（例えば主軸に設けられたロータリエンコーダ、または、アブソリュートエンコーダ）から必要なデータを入手すればよい。
アジマス角計測後には、次のステップＳ５に進んでブレーキ機構ＢＳの作動を停止（ブレーキＯｆｆ）する。この結果、ロータヘッド４及びブレーキディスク１２は、ブレーキ力が解除されて回転可能な状態となる。

この後、ステップＳ６に進み、ターニング機構ＴＳにより所望のアジマス角直前まで低速回転でターニングを実施する。
この結果、ロックピン穴１７は、たとえば図４に示した１７ａの位置から１７ｂの位置まで回転移動する。この場合、所望のアジマス角は、ロック機構１０によりロータヘッド４の回転を固定する位置のアジマス角であり、具体的には、固定位置にあるロックピン１３と、ロックピン１３を挿入するロックピン穴１７とが一致するアジマス角である。
本実施形態においては、風車回転翼５が１２０度ピッチに３枚設けられており、この場合に好適な所望のアジマス角は、３枚の風車回転翼５の一枚が水平位置で固定される値となる。

また、本実施形態のターニング機構ＴＳは、油圧駆動方式の発電機駆動機構２０を利用した油圧によるモータリング、あるいは、風車回転翼５のピッチ角制御によるモータリングが可能であり、特に上述した低速回転のターニングに限定されることはない。上述した油圧によるモータリングは、サービスポンプからの供給油圧により油圧ポンプ２１を油圧モータとして運転するものである。
なお、上述した増速機方式またはダイレクトドライブ方式の発電機駆動機構を採用した風力発電装置１では、上述した油圧によるモータリングに代えて、発電機１６，１６Ａを電動機とするモータリングを行って低速回転のターニングを実施すればよい。

こうして所望のアジマス角直前までのターニングが完了したら、次のステップＳ７に進んでブレーキ機構ＢＳによるロータ固定を実施する。このステップＳ７においても、ブレーキ機構ＢＳを作動させてブレーキディスク１２に最大のブレーキ力（Ｆmax）を作用させ、ロータヘッド４の回転を停止状態に固定している。

次のステップＳ８では、ブレーキ機構ＢＳのブレーキ力を最大値のＦmaxからＦ１まで低減する。この結果、ロータヘッド４及びブレーキディスク１２は、ブレーキ力の低減によりターニングの回転が可能な状態となる。
この後、ステップＳ９に進むことにより、ロック機構１０を操作して図４の上段に示す非ロック位置の状態からロックピン１３を油圧Ｐ１で風車前方へ突出させ、先端をブレーキディスク１２の表面に押し付けてロック位置に近い図４の中段に示す状態とする。

この場合の油圧Ｐ１は、後述するロックピン１３をロックピン穴１７に挿入する場合の油圧Ｐ２よりも小さな値（Ｐ１＜Ｐ２）に設定される。このため、ブレーキディスク１２の表面に対するロックピン１３の先端押付力はそれほど大きな値にならず、後述するブレーキディスク１２のターニングによる回転を妨げることはない。
なお、ロックピン１３の先端、あるいはロックピン１３の先端が摺動するブレーキディスク１２の表面上には、低摩擦係数や摩耗しやすい材料の摺動パッドを配置し、ロックピン１３やブレーキディスク１２を保護することが望ましい。

次のステップＳ１０では、ステップＳ６と同様のターニング機構ＴＳによりターニングを実施する。このターニングにより、ステップＳ６，Ｓ７で所望のアジマス角直前位置にあるブレーキディスク１２が若干回転することにより、ロックピン穴１７が固定位置にあるロックピン１２に向かって移動する。すなわち、ロックピン１３は、所望のアジマス角に対応する位置でブレーキディスク１２の表面に押し付けられているので、先端部の突出を阻止された状態でターニングによりロックピン穴１７が図３に示す１７ｃの位置まで回転移動してくるのを待っている。

次のステップＳ１１では、ロックピン１３についてロックピン穴１７への挿入可否を判断する。この場合、ロックピン穴位置モニタリング装置６０により、たとえばレーザー、赤外線、超音波、画像診断、磁気、光等を利用した位置検出手段を使用してロックピン穴１７の位置を検知または推定し、固定位置にあるロックピン１３の位置とずれがないことを確認する。
この結果、ロックピン１３及びロックピン穴１７の位置にずれがなく、ロックピン１３の挿入が可能と判断された「ＹＥＳ」の場合には、ターニングの継続により所定のアジマス角位置に到達したロックピン穴１７ｃの位置とロックピン１３の位置とが同一軸線上で一致する。このため、ロックピン１３は、突出を阻止するブレーキディスク１２の壁面がなくなるので、油圧Ｐ１によってロックピン穴１７ｃへ挿入されてロック位置となる。

この後、ステップＳ１２に進んでターニング機構ＴＳを停止し、さらに、次のステップＳ１３へ進み、ブレーキ機構ＢＳによるロータヘッド４及びブレーキディスク１２の固定が行われる。この場合、ブレーキディスク１２にはステップＳ７と同様に最大のブレーキ力（Ｆmax）が作用し、さらに、ロックピン穴１７に挿入されたロックピン１３には上述したステップＳ９の油圧Ｐ１より大きい油圧Ｐ２が作用する。

この結果、ロータヘッド４及びブレーキディスク１２はブレーキ機構により強固に固定されるだけでなく、ロック機構１０のロックピン１３がロックピン穴１７に挿入されて油圧Ｐ２による突出方向の強い押圧力を受けているので、ブレーキディスク１２の回転は、ロック機構１０で機械的に阻止された状態となる。すなわち、ブレーキ機構及びロック機構１０の協働によりロータヘッド４の回転が確実に阻止されたロック状態となる。
こうしてロータヘッド４がロック状態になった後には、次のステップＳ１４に進んでメンテナンス用ナセル方位へのヨーイングが実施される。
従って、次のステップＳ１５では、風力発電装置１に対してヘリコプターによる安全なアクセスが可能となり、必要なメンテナンス等の作業が実施される。

ところで、上述したステップＳ１１の挿入可否判断において、ロックピン１３の挿入が不可能と判断された「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２１に進んでロックピン１３を非ロック位置まで引き戻す。ここでの挿入不可能な状態とは、外径及び内径の寸法差が小さいロックピン１３及びロックピン穴１７の位置ずれは勿論のこと、挿入時にカジリが生じるような位置ずれの状態も包含する。

こうして挿入不可能と判断された場合には、ターニングを中止してステップＳ３へ戻り、ブレーキ機構によるロータ固定を実施する。この後、ブレーキ機構及びロック機構１０が協働して確実に阻止されたロック状態となるまで、ステップＳ４〜１１の過程を再度実施することとなる。

すなわち、本実施形態のロック機構１０は、ロータヘッド４をターニング機構ＴＳにより低速回転させながら、ロックピン穴モニタリング装置６０でロックピン穴１７の位置を検知し、固定側のロックピン１３と適切な位置関係にあることを検知及び確認した上で、ロックピン１３をロックピン穴１７に挿入するとともにブレーキ機構ＢＳを作動させて完全に固定する。
また、ロックピン１３を動作させた状態でロータヘッド４を低速回転させるため、ブレーキディスク１２は、表面にロックピン１３の先端部が当接した状態で回転する。従って、ブレーキディスク１２の方向へ押圧されているロックピン１３は、ロックピン穴１７の位置が一致した時点において、比較的少ない衝撃力で挿入される。

このような本実施形態の風力発電装置１によれば、ロックピン１３の挿入可否判断用にロックピン穴１７の現状位置を検出し、この検出結果を制御部４０に入力するロックピン穴位置モニタリング装置６０を備えているので、遠隔操作によりロック機構１０を操作しても、ロックピン穴１７の現状位置がロックピン挿入可能か否かを自動で正確に判別できる。従って、ロックピン１３をロックピン穴１７へ確実に挿入し、ロータヘッド４の回転を固定することができる。

従って、風力発電装置１のロータヘッド４を遠隔操作によって所望のアジマス角で確実に固定して回転を阻止できるので、ヘリコプター等による風力発電装置への安全なアクセスが可能となる。また、ロックピン挿入状況モニタリング装置７０を設けることにより、ロック機構１０の確実な動作を遠隔で確認することができるので、より一層安全なアクセスが可能になる。

ところで、上述した実施形態では、ロックピン１３の押圧力となる油圧をＰ１，Ｐ２に可変としたが、一定の油圧にして制御ロジックを簡略化してもよい。なお、ロックピン１３の押付力を可変とした場合は、ロックピ１３が当接するブレーキディスク１２の摺動面では摩耗力を軽減でき、さらに、押圧力を複数段または連続的に可変とすれば、ロックピン１３の挿入が不完全な場合の対処（追加押込み）も可能となる。この場合、ロックピン挿入状況モニタリング装置７０との併用が必要となる。

また、ロックピン１３を引き抜く場合には、ロック機構１０が十分な引抜力を有していることが必要である。すなわち、ロック状態においてもロータヘッド４には絶えず荷重がかかっており、従って、ブレーキ機構ＢＳの動作中でもロックピン１３とロックピン穴１７との接触により、引抜には相当な荷重を要するためである。

この引抜時においては、遠隔操作部４０からロータヘッドロック解除指令を与えることにより、ブレーキ機構ＢＳを動作させたままロックピン１３を引き抜く。この場合のピン引抜力は、ロック機構１０の油圧を一定にして制御ロジックを簡素化してもよいし、あるいは、油圧を可変制御してカジリの低減や強引な引抜動作を可能にしてもよい。
また、ロックピン１３がすぐに抜けない場合は、ロック機構１０を損傷させないため、必要に応じて引抜動作のオン／オフを繰り返すことや、正逆両方向に適宜低速のターニングを行い、ロックピン１３とロックピン穴１７との位置関係を積極的に変えて抜けるタイミングを探すことが望ましい。

上述したブレーキディスク１２の設置位置は、ロータヘッド４と共に回転して発電機を駆動する駆動系の軸であればよく、従って、低速軸及び高速軸を問わず特に限定されることはない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１風力発電装置
２タワー
３ナセル
４ロータヘッド
５風車回転翼
１０ロック機構
１１主軸
１２ブレーキディスク
１３ロックピン
１７ロックピン穴
２０発電機駆動機構
２１油圧ポンプ
２２油圧配管
２３油圧モータ
２５発電機
３０ロックピン動作機構
３１本体
３２ガイド穴
３３シリンダ室
３４ピストン
３５Ａ，３５Ｂ油圧空間
３６ピストンロッド
３７ロッド部材
３８Ａ，３８Ｂモニタリングセンサー
４０制御部
５０遠隔操作部
６０ロックピン穴位置モニタリング装置
７０ロックピン挿入状況モニタリング装置
ＢＳブレーキ機構
ＴＳターニング機構

Claims

ロータヘッドから発電機に回転を伝達する駆動系に設けられて、ブレーキディスクを備えているブレーキ機構と、
前記ブレーキディスクに設けたロックピン穴に、ロックピンを挿入して前記ロータヘッドを固定するロック機構と、
前記ロータヘッドを回転させるターニング機構と、
少なくとも前記ブレーキ機構、前記ロック機構及び前記ターニング機構の動作を制御する制御部と、
前記制御部に前記ロック機構によるロータヘッドロック指令を出力する遠隔操作部と、
前記ロックピンの挿入可否判断用となる前記ロックピン穴の現状位置を検出または推定して前記制御部に入力するロックピン穴位置モニタリング装置と、を備え、
前記ロック機構は、前記ロックピンの軸方向に前記ロックピンを突出または後退可能とする駆動機構を備え、前記ロックピンの先端が前記ブレーキディスク表面から離間した位置にある非ロック位置と、前記ロックピン穴のターニング回転方向直前近傍位置で前記ロックピンの先端を前記ブレーキディスク表面に当接させて押圧する挿入準備位置と、前記ターニング機構を動作させて所定の挿入位置まで回転移動した前記ロックピン穴に前記ロックピンを挿入して固定するロック位置と、を備えていることを特徴とする風力発電装置。
前記ロック装置の動作状況を検出して前記制御部に入力するロックピン挿入状況モニタリング装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
ロータヘッドと共に回転して発電機を駆動する駆動系に設けられてブレーキディスクを備えているブレーキ機構と、前記ブレーキディスクに設けたピン穴に軸方向へ動作するロックピンを挿入して前記ロータヘッドの回転を固定するロック機構と、前記ロータヘッドを必要に応じて回転させるターニング機構と、前記ブレーキ機構、前記ロック機構及び前記ターニング機構の動作を含む風力発電装置の各種制御を行う制御部と、前記制御部に前記ロック機構によるロータヘッドロック指令を出力する遠隔操作部と、前記ロックピンの挿入可否判断用となる前記ロックピン穴の現状位置を検出して前記制御部に入力するロックピン穴位置モニタリング装置とを備え、
前記ロータヘッドロック指令を受けた前記制御部のロック操作が、
ピッチフェザリング後に前記ブレーキ機構を作動させ、前記ロータヘッドの回転を固定すると共に固定位置のアジマス角を計測する第１操作段階と、
前記ブレーキ機構の作動を解除して所望のアジマス角直前近傍まで前記ロータヘッドをターニングさせる第２操作段階と、
前記ブレーキ機構を作動させて前記ロータヘッドを前記アジマス角直前近傍位置に固定する第３操作段階と、
前記ブレーキ機構のブレーキ力を低減した状態で、前記ロックピンを、前記ブレーキディスク表面から離間した非ロック位置から前記ロックピン穴のターニング回転方向直前近傍位置で前記ブレーキディスク表面に押圧される挿入準備位置へ移動させる第４操作段階と、
前記ターニング機構を動作させて所定の挿入位置まで回転移動した前記ロックピン穴の挿入可否を前記ロックピン穴位置モニタリング装置で判断し、挿入可能と判断された場合にのみ前記ロックピンを挿入して固定すると共に前記ブレーキ機構を作動させて前記ロータヘッドを固定する第５操作段階と、
を備えていることを特徴とする風力発電装置のロータヘッド回転ロック方法。