(57)【要約】  簡素、軽量、安価、かつ耐久性の高い構造により、ロータハブを始めとする各部の強度を損なうことなく、風車翼のピッチ角を変更可能にするべく、本発明に係るピッチ駆動装置１５は、ロータハブ１０に設けられ、その支持点３１がロータハブ１０の先端面２２（非軸支側端部）よりも反ロータハブ１０側に位置するシリンダ支持部２７と、風車翼１１の根元側端面１１ｂの偏心位置に設けられた偏心連結点３４と、ロータハブ１０の非軸支側端部２２を貫通するように配設され、その非軸支側端部２２よりも外側に突出した部分に設けられた連結部３８が支持点３１に球面ジョイント３９を介して回動自在に連結され、非軸支側端部２２よりも内側にある連結部４０が偏心連結点３４に球面ジョイント４１を介して回動自在に連結されたシリンダ３５を具備することを特徴とする。
2012111094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナセルに軸支されたロータハブに対して風車翼をその軸線回りに回動駆動させて前記風車翼のピッチ角を変更する風車翼のピッチ駆動装置であって、
前記ロータハブに設けられ、その支持点が前記ロータハブの非軸支側端部よりも反ロータハブ側に位置するシリンダ支持部と、
前記風車翼の根元側端面の偏心位置に設けられた偏心連結点と、
前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設され、前記非軸支側端部よりも外側に突出した部分が前記支持点に回動自在に連結され、前記非軸支側端部よりも内側にある端部が前記偏心連結点に回動自在に連結されたシリンダと、
を具備することを特徴とする風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項２】
前記シリンダの、前記支持点との連結部および前記偏心連結点との連結部は、球面ジョイントを介して連結されることを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項３】
前記シリンダ支持部は、前記支持点を通る軸方向視で、前記ロータハブの前記非軸支側端部から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部の角度が、それぞれ前記シリンダの一方の回動端における軸線と、他方の回動端における軸線とに略平行に合わされていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項４】
前記シリンダ支持部は、前記支持点を通る軸方向視で、前記ロータハブの前記非軸支側端部から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部のうち、前記シリンダから加わる反力が大きい方の脚部の強度が、他方の脚部の強度よりも高められたことを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項５】
前記シリンダに接続される液圧管が、前記シリンダと共に前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項６】
前記シリンダの圧力を蓄圧するアキュームレータは直管状に形成され、該アキュームレータは前記シリンダの近傍、かつ前記シリンダの軸線と平行に配置されて前記シリンダと共に前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項７】
請求項１に記載のピッチ駆動装置を備えたことを特徴とする風車回転翼。
【請求項８】
請求項７に記載の風車回転翼を備えたことを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車翼のピッチ角を変更させるようにした風車翼のピッチ駆動装置、これを備えた風車回転翼、および風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
標準的なプロペラ型の風力発電装置は、回転中心部となるロータハブに複数の風車翼が取り付けられてなる風車回転翼を備えている。この風車回転翼が、タワーの上端にてヨー旋回可能に支持されたナセルの風上側の面に軸支され、風車回転翼の回転により、ナセルの内部に設置された発電機が駆動されて発電が行われるように構成されている。アップウィンド型の風力発電装置の場合、ナセルは、ロータハブ（風車回転翼）の回転中心軸線が常に風上方向に指向して効率良く発電できるように旋回駆動制御される。【０００３】
近年では、特許文献１等に開示されているように、風車回転翼に設けられた各風車翼を、油圧等の駆動源によりロータハブに対して回動させ、各風車翼のピッチ角（迎え角）を変化させるピッチ駆動装置が設けられている。このピッチ駆動装置により風車翼は、風力が弱い時にはピッチ角が大きくなるファイン側に回動され、風力が強い時にはピッチ角が小さくなるフェザー側に回動される。これにより、発電機を所望の回転速度付近で発電させることができる。【０００４】
特許文献１に開示されている風力発電装置では、同文献の図３〜図６に示されるように、風車翼のピッチ角を変更するシリンダの中間部が、ロータハブに設けられたトラニオン軸受に首振り自在に支持されている。そして、このシリンダから伸縮可能に延びるロッドの先端が、風車翼の根元側端面（ハブの内部における風車翼の端面）の、ピッチ回転軸に対して偏心位置に設けられた連結軸に球面軸受（ロッド軸受）を介して回動自在に連結され、ロッドが伸縮することにより風車翼が回動し、ピッチ角が変更されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、シリンダの中間部を、トラニオン軸受を介してロータハブの先端面に支持していたため、ピッチ駆動装置の構造が複雑になるとともに、シリンダ周りの重量が大きくなり、構造簡素化と軽量化を求められる風車回転翼にとっては改善が望まれていた。しかも、構造の複雑なトラニオン軸受は価格が高価で保守性が悪いため、風力発電装置の建造コストおよびランニングコストが嵩む一因ともなっていた。【０００７】
また、トラニオン軸受は、その構造上、外径が太くならざるを得ないため、ロータハブにトラニオン軸受を貫通させるための大きな穴を形成しなければならず、これがロータハブの強度を損なう原因になっていた。【０００８】
シリンダの伸縮力を効率良く風車翼の回動力に変換するためには、シリンダとロッドの軸線が、風車翼の根元側端面に対して平行であることが望ましい。しかし、上述のようにトラニオン軸受が大型であるため、風車翼の根元側端面との干渉を防止するために、トラニオン軸受を風車翼の根元側端面に対して充分に離す必要があった。これにより、前述の如く風車翼の根元側端面においてロッドの先端が連結される連結軸の高さを高くせざるを得ない。このため、ロッドの伸縮力が連結軸の根元に大きな曲げモーメントを付加してしまい、連結軸が破損しやすくなり、ピッチ駆動装置の耐久性が低下するという懸念があった。【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡素、軽量、安価、かつ耐久性の高い構造により、ロータハブを始めとする各部の強度を損なうことなく、風車翼のピッチ角を変更可能にし、効率の高い運転を行うことのできる風車翼のピッチ駆動装置、これを備えた風車回転翼、および風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第１の態様は、ナセルに軸支されたロータハブに対して風車翼をその軸線回りに回動駆動させて前記風車翼のピッチ角を変更する風車翼のピッチ駆動装置であって、前記ロータハブに設けられ、その支持点が前記ロータハブの非軸支側端部よりも反ロータハブ側に位置するシリンダ支持部と、前記風車翼の根元側端面の偏心位置に設けられた偏心連結点と、前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設され、前記非軸支側端部よりも外側に突出した部分が前記支持点に回動自在に連結され、前記非軸支側端部よりも内側にある端部が前記偏心連結点に回動自在に連結されたシリンダと、を具備することを特徴とする。【００１１】
上記構成とした場合、シリンダが、ロータハブの非軸支側端部よりも外側に位置するシリンダ支持部の支持点に連結されるため、従来のようにシリンダの中間部をロータハブに回動自在に保持するトラニオン軸受が不要になり、トラニオン軸受を用いた場合よりも遙かに簡素な構造でシリンダがロータハブに連結される。【００１２】
このため、ピッチ駆動装置の構造の簡素化、およびシリンダ周りの重量低減を図るとともに、高価で保守性が悪いトラニオン軸受を用いずに済むため、コストダウンにも多大に貢献することができる。【００１３】
しかも、ロータハブに外径の大きなトラニオン軸受を貫通させる必要がないため、ロータハブに形成されるシリンダ貫通孔は、シリンダを挿入でき、かつシリンダの伸縮動作に伴う揺動を回避できる程度の小さなもので済む。このため、ロータハブの強度を損なう懸念がない。【００１４】
さらに、外径の太いトラニオン軸受がなくなるため、シリンダから延出するロッドの先端部と風車翼の根元側端面との間の距離を詰めることができ、このため風車翼の根元側端面に設けられた偏心連結点の高さを低くして、この偏心連結点にロッドからの力が加わっても、偏心連結点の根元に大きな曲げモーメントが付加されないようにし、偏心連結点の破損を防止してピッチ駆動装置の耐久性を向上させることができる。【００１５】
また、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記シリンダの、前記支持点との連結部および前記偏心連結点との連結部は、球面ジョイントを介して連結されることを特徴とする。【００１６】
上記構成によれば、支持点に対する偏心連結点の相対位置が、シリンダの揺動方向に対して直角な方向に多少変化しても、この変化分がシリンダと支持点および偏心連結点との連結部において球面ジョイントが回動することにより吸収される。このため、ロータハブに対する風車翼の取付精度が多少低くても問題が起きない。したがって、本発明のピッチ駆動装置の組み立ての際に要求される組み立て公差を緩和し、風車回転翼の製造コストを低くすることができる。【００１７】
また、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第３の態様は、前記第１の態様において、前記シリンダ支持部は、前記支持点を通る軸方向視で、前記ロータハブの前記非軸支側端部から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部の角度が、それぞれ前記シリンダの一方の回動端における軸線と、他方の回動端における軸線とに略平行に合わされていることを特徴とする。【００１８】
上記構成によれば、シリンダがどの回動角にあっても、その反力をシリンダ支持部の２つの脚部で効率良く受け止めることができ、これに伴ってシリンダ支持部の駄肉を落としてピッチ駆動装置および風車回転翼の軽量化を図ることができる。【００１９】
また、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第４の態様は、前記第１の態様において、前記シリンダ支持部は、前記支持点を通る軸方向視で、前記ロータハブの前記非軸支側端部から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部のうち、前記シリンダから加わる反力が大きい方の脚部の強度が、他方の脚部の強度よりも高められたことを特徴とする。【００２０】
上記構成によれば、シリンダ支持部の強度を充分に確保してピッチ駆動装置の耐久性を高めると同時に、シリンダ支持部の不要な肉厚を薄くしてピッチ駆動装置および風車回転翼の軽量化を図ることができる。【００２１】
また、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第５の態様は、前記第１の態様において、前記シリンダに接続される液圧管が、前記シリンダと共に前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設されたことを特徴とする。【００２２】
上記構成によれば、液圧管の配設が容易になるとともに、液圧管の長さの短縮による軽量化、整備性向上、レイアウト性向上、これらによる製造コストダウンが期待できる。【００２３】
また、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第６の態様は、前記第１の態様において、前記シリンダの圧力を蓄圧するアキュームレータは直管状に形成され、該アキュームレータは前記シリンダの近傍、かつ前記シリンダの軸線と平行に配置されて前記シリンダと共に前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設されたことを特徴とする。【００２４】
上記構成によれば、アキュームレータがシリンダと共にロータハブの非軸支側端部を貫通するように配設されるため、アキュームレータを設置するための専用のスペースを割く必要が殆どなくなり、ロータハブの内部あるいは外部におけるスペース利用効率が高まり、ピッチ駆動装置周りの組立性や整備性を向上させて、本発明に係る風車回転翼が使用される風力発電装置等の建造コストおよびランニングコストの削減を図ることができる。【００２５】
また、本発明に係る風車回転翼および風力発電装置は、前記第１の態様の風車翼のピッチ駆動装置を備えたことを特徴とする。これにより、簡素、軽量、安価、かつ耐久性の高い構造により、ロータハブを始めとする各部の強度を損なうことなく、風車翼のピッチ角を変更することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置、これを備えた風車回転翼、および風力発電装置によれば、簡素、軽量、安価、かつ耐久性の高い構造により、ロータハブを始めとする各部の強度を損なうことなく、風車翼のピッチ角を変更可能にし、特に風力発電装置においては、風車翼のピッチ角をスムーズに変更できるようにして、随時変化する風力に応じて風車回転翼を所望の回転速度にさせ、高効率な運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ピッチ駆動装置および風車回転翼を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２】図１に示す風車回転翼のロータハブおよびピッチ駆動装置付近の構成を説明する外観斜視図である。
【図３】図２に示すロータハブ付近のより詳細な斜視図である。
【図４】図３のIV矢視によるロータハブの正面図である。
【図５】図４のV-V線に沿う縦断面により、第１実施形態に係るピッチ駆動装置を示す図である。
【図６】シリンダ貫通孔、シリンダ支持部、シリンダ等を示す拡大斜視図である。
【図７】シリンダ支持部の平面図である。
【図８】ロータハブの先端面、シリンダ貫通孔、シリンダ支持部、シリンダ等を示す平面図である。
【図９】ロータハブの先端面、シリンダ貫通孔、シリンダ支持部、シリンダ等を示す側面図である。
【図１０】ピッチ駆動装置の作動を示す平面図である。
【図１１】ピッチ駆動装置における風車翼の変形の吸収を説明する模式図である。
【図１２】第２実施形態に係るピッチ駆動装置の平面図である。
【図１３】第３実施形態に係るピッチ駆動装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、複数の実施形態について、図１から図１３を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る風車翼のピッチ駆動装置を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置１は、例えば地中に埋設された鉄筋コンクリート製の基礎２の上面に立設されたタワー３と、このタワー３の上端部に設置されたナセル４と、ナセル４に設けられた風車回転翼５と、ナセル４の内部に収容設置されて風車回転翼５の回転により発電を行う発電機６および増速機７を有している。
【００２９】
風車回転翼５は、略水平な横方向の回転軸線周りに回転自在となるようにナセル４に軸支されたロータハブ１０と、このロータハブ１０に取り付けられて放射方向に延びる複数枚（例えば３枚）の風車翼１１と、ロータハブ１０を覆う頭部カプセル１２と、ロータハブ１０の内部に設けられたピッチ駆動装置１５とを備えている。ピッチ駆動装置１５は、風車翼１１をロータハブ１０に対して捩る方向に回動させることにより、風車翼１１のピッチ角を変更する装置である。
【００３０】
ナセル４は、風車回転翼５と共に、タワーの上端において水平方向に旋回することができる。この風力発電装置１は、風車回転翼５が常に風上側を向くようにナセル４の向きが制御されるアップウィンド型であり、風車回転翼５がナセル４の風上側の面に設けられている。風車翼１１に外風が当たると、風車回転翼５（ロータハブ１０）が回転し、この回転が増速機７により増速されて発電機６に伝達され、発電機６が駆動されて発電が行われる。ナセル４は、旋回駆動装置１６と図示しない制御装置により、常に風車回転翼５を風上方向に指向させて効率良く発電できるように制御される。
【００３１】
また、ピッチ駆動装置１５は、周知のように、各風車翼１１を、風況、運転条件に合わせて、ピッチ角が大きくなるファイン側、ピッチ角が小さくなるフェザー側に回動させる。これにより、随時変化する風力に応じて風車回転翼５を所望の回転速度にさせることができる。
【００３２】
図２〜図６に、図１のロータハブ１０およびピッチ駆動装置１５付近の構成を示す。
ロータハブ１０は、金属で一体に形成された、内部が空洞のカプセル状の部品であり、そのナセル４側の面には図１に示す増速機７の回転軸に連結される円孔状の回転軸連結孔１８が形成されている。また、ロータハブ１０の周囲の壁面には風車翼１１を取り付けるための３つの円孔状の風車翼取付孔１９が１２０°間隔で形成されている。図５に示すように、風車翼取付孔１９には風車翼１１の基端部が大径なリング状の翼旋回輪軸受２０を介して取り付けられ、風車翼１１はその軸線１１ａ回りに自由に回動することができる。風車翼１１とロータハブ１０（風車翼取付孔１９）との間には図示しないシール部材が介装され、雨水や塵埃等の侵入が阻止される。ロータハブ１０の非軸支側端部、即ちナセル４に軸支される面（回転軸連結孔１８が形成された面）に対向する端部である先端面２２は平坦に形成され、その中央部に整備作業員が出入りするための整備点検孔２３が設けられている。なお、符号２４はロータハブ１０および風車回転翼５をクレーンで吊り上げるための吊持部である。
【００３３】
ロータハブ１０に設けられているピッチ駆動装置１５は、各風車翼１１に対応して個別に配置されている。ピッチ駆動装置１５は以下のように構成されている。
【００３４】
まず、ロータハブ１０の先端面２２（非軸支側端部）には、整備点検孔２３の周囲を囲むように、３つのシリンダ貫通孔２６が穿設されている。図４に示すように、これらのシリンダ貫通孔２６は長円孔状に形成され、その長軸方向が風車翼取付孔１９の開口面に平行している。そして、このシリンダ貫通孔２６の近傍には、シリンダ貫通孔２６の長手方向に沿い、かつシリンダ貫通孔２６を挟む形で一対のシリンダ支持部２７が設けられている。
【００３５】
このシリンダ支持部２７の構造は以下の通りである。即ち、図６〜図８に示すように、シリンダ支持部２７は、締着基部２８と、この締着基部２８から延びる一対の脚部２９，３０と、これら脚部２９，３０の先端、かつ対向する一対のシリンダ支持部２７の間に架設された支持軸（支持点）３１とを有し、支持軸３１の軸方向視で、ロータハブ１０の先端面２２から起立する略Λ字形状をなしている。締着基部２８は、複数の固定ボルト３２でロータハブ１０の先端面２２に堅固に締結固定される。したがって、シリンダ支持部２７の支持軸３１は、先端面２２よりも反ロータハブ１０側に位置している。
【００３６】
一方、図５および図９、図１０に示すように、風車翼１１の根元側端面１１ｂには、軸線１１ａに対して偏心した位置に支持軸（偏心連結点）３４が突設されている。そして、図２〜図６および図８〜図１０に示すように、シリンダ貫通孔２６を貫通するようにシリンダ３５が配設されている。このシリンダ３５は、例えば油圧シリンダであり、シリンダ本体３６と、このシリンダ本体３６の一端から延出するロッド３７からなる。
【００３７】
シリンダ３５の、シリンダ貫通孔２６よりも外側に突出した部分のいずれか一箇所、例えばシリンダ本体３６の先端部に設けられた連結部３８が、シリンダ支持部２７の支持軸３１に球面ジョイント３９を介して回動自在に連結されている。そして、シリンダ３５のシリンダ貫通孔２６よりも内側にある端部、例えばロッド３７の先端部に設けられた連結部４０が、風車翼１１の支持軸３４に球面ジョイント４１を介して回動自在に連結されている。
【００３８】
図５および図９に示すように、風車翼１１（軸線１１ａ）は、ロータハブ１０の回転軸線１０ａに直交する面１０ｂに対して例えば２度のコーン角θを付与されて前傾しており、強風時に風車翼１１が撓ってタワー３に接触する危険性が回避されている。このため、シリンダ３５は、その軸線３５ａが風車翼１１の軸線１１ａに直交するように、図５中において連結部３８側から連結部４０側に向って緩やかに下降するように角度付けられており、軸線３５ａは風車翼１１の根元側端面１１ｂに平行している。したがって、シリンダ支持部２７の支持軸３１においては、支持軸３１の軸線とシリンダ３５の軸線３５ａとが側面視で直角に交差しない。しかし、シリンダ本体３６の連結部３８が支持軸３１に球面ジョイント３９を介して連結されているため、シリンダ３５の傾斜による無理な力が支持軸３１に加わることはない。
【００３９】
図１０に示すように、シリンダ３５からロッド３７が伸縮することにより、風車翼１１（支持軸３４）は、ピッチ角の大きなファイン位置Ａと、ピッチ角の小さなフェザー位置Ｂとの間を約９０度回動する。ピッチ角、即ちシリンダ３５からのロッド３７の伸縮量は、風況・運転条件に合わせて制御され、３枚の風車翼１１がそれぞれ所望のピッチ角に設定される。シリンダ３５からロッド３７が伸縮して風車翼１１のピッチ角が変更される際には、シリンダ３５の軸線３５ａがシリンダ支持部２７の支持軸３１を中心に回動し、シリンダ３５（シリンダ本体３６）の中間部が長円孔状のシリンダ貫通孔２６の内部を長手方向（図１０中に示す矢印方向）に移動する。
【００４０】
図７および図１０に示すように、シリンダ支持部２７は、その２つの脚部２９，３０の形状および角度が異なる、非対称な形状に造形されている。各々の脚部２９，３０の角度は、それぞれシリンダ３５の回動角度に合わせられている。即ち、風車翼１１がファイン位置Ａとフェザー位置Ｂとの間を回動する間に、シリンダ３５の軸線は図７中に示す一方の回動端αから他方の回動端βまで回動するが、シリンダ支持部２７の脚部２９はファイン位置Ａ寄りの回動端αにおける軸線に略平行し、脚部３０はフェザー位置Ｂ寄りの回動端βにおける軸線に略平行している。
【００４１】
風車翼１１がファイン位置Ａにある時には、風車翼１１の迎え角が大きくなっているため、風車翼１１の根元に加わる曲げモーメントが大きい。このため、このファイン位置Ａ側からフェザー位置Ｂ側に風車翼１１を回動させるには、逆にフェザー位置Ｂ側からファイン位置Ａ側に回動させる時よりも多大な力を要する（図１０のようにシリンダ３５が延びつつある時）。そして、前述のように、シリンダ支持部２７の脚部２９が、上記のように多大な力を発揮している時のシリンダ３５の軸線３５ａ（回動端αにおける軸線）に略平行しているが、この脚部２９には、他方の脚部３０よりもシリンダ３５の反力が大きく加わるため、脚部２９の強度が、脚部３０の強度よりも高められている。例えば、図７に示すように、脚部２９の幅方向の厚み（断面積）ｔ１が、脚部３０の幅方向の厚みｔ２よりも大きく設定されている。なお、厚みや断面積を変える以外の方法で脚部２９の強度を脚部３０の強度より高めてもよい。
【００４２】
図８に示すように、シリンダ３５のシリンダ本体３６には、マニホールドブロック４５が取り付けられている。マニホールドブロック４５は、図示しない油圧ポンプから供給される油圧をシリンダ本体３６の一端または他端に分配してロッド３７を伸縮させる弁装置である。そして、このマニホールドブロック４５から延出してシリンダ本体３６の先端付近に接続される金属パイプ状の油圧管（液圧管）４６が、シリンダ３５と共にロータハブ１０のシリンダ貫通孔２６に挿通され、油圧管４６の他端がシリンダ本体３６の先端部に接続される配管レイアウトとなっている。
【００４３】
また、図２〜図４に示すように、直管状のアキュームレータ４８が、シリンダ３５の近傍に位置するように、ロータハブ１０の先端面２２に取り付けられている。このアキュームレータ４８は、ピッチ駆動装置１５が故障する等して、シリンダ３５への油圧供給が途絶えた時に、シリンダ３５からロッド３７を伸ばすことにより風車翼１１をフェザー位置Ｂ側に回動させて回転風車翼１１を停止させるに足りる油圧を常時蓄圧しておくためのものであり、各シリンダ３５の数に合わせて３本設置されている。このアキュームレータ４８からも図示しない油圧管が延びてシリンダ３５のマニホールドブロック４５に接続されているが、この油圧管を前述の油圧管４６と共にシリンダ貫通孔２６に挿通する配管レイアウトとしてもよい。なお、図５に示すように、ロータハブ１０の先端面２２には、ピッチ駆動装置１５を覆う防水、防塵用のカバー部材５０が設けられている。
【００４４】
ピッチ駆動装置１５は以上のように構成されている。このピッチ駆動装置１５は、前述したように、シリンダ３５のロッド３７をシリンダ本体３６から伸縮させることによって風車翼１１をファイン位置Ａとフェザー位置Ｂとの間で回動させ、風力に見合ったピッチ角を風車翼１１に付与する。
【００４５】
このピッチ駆動装置１５は、シリンダ支持部２７の支持軸３１が、ロータハブ１０の先端面２２よりも反ロータハブ１０側に位置しており、この支持軸３１にシリンダ３５の一端が連結されている。このため、従来のようにシリンダ３５の中間部をトラニオン軸受を介してロータハブ１０の先端面２２に保持する必要がない。このため、トラニオン軸受を用いた場合よりも遙かに簡素な構造でシリンダ３５をロータハブ１０に連結することができる。したがって、ピッチ駆動装置１５の構造の簡素化、およびシリンダ３５周りの重量低減を図るとともに、高価で保守性が悪いトラニオン軸受を用いずに済むことから、コストダウンにも多大に貢献することができる。
【００４６】
しかも、ロータハブ１０の先端面２２に外径の大きなトラニオン軸受を貫通させる必要がないため、ロータハブ１０の先端面２２に形成されるシリンダ貫通孔２６の大きさを、シリンダ３５を挿入でき、かつシリンダ３５の伸縮に伴う揺動を回避できる程度の小さなものにすることができる。このため、シリンダ貫通孔２６を形成することに起因するロータハブ１０の強度低下を最小限に抑えることができる。
【００４７】
さらに、外径の太いトラニオン軸受がなくなるため、シリンダ３５から延出するロッド３７の先端部（連結部４０）と、風車翼１１の根元側端面１１ｂとの間の距離を詰めることができる。このため、根元側端面１１ｂに設けられた支持軸（偏心連結点）３４の高さを低くして、この支持軸３４にロッド３７からの力が加わっても、支持軸３４の根元に大きな曲げモーメントが付加されないようにし、支持軸３４の破損を防止してピッチ駆動装置１５の耐久性を向上させることができる。
【００４８】
強風時のように風車翼１１にかかる負荷が高くなると、風車翼１１の付け根やロータハブ１０等に変形が発生し、図１１に二点鎖線で示すように、風車翼１１の根元側端面１１ｂがロータハブ１０に対して移動または変形する。このような場合でも、シリンダ３５の連結部３８と連結部４０が、それぞれ球面ジョイント３９，４１を介してシリンダ支持部２７の支持軸３１と風車翼１１の支持軸３４に回動自在に連結されているため、上記のような変形や移動による支持軸３１と支持軸３４との間の相対位置変位に追従可能であり、風車翼１１のピッチ角をスムーズに変更することができる。
【００４９】
しかも、支持軸３１に対する支持軸３４の相対位置が、シリンダ３５の揺動方向に対して直角な方向に多少変化しても、この変化分がシリンダ３５と支持軸３１および支持軸３４との連結部３８，４０において球面ジョイント３９，４１が回動することにより吸収されるので、ロータハブ１０に対する風車翼１１の取付精度が多少低くても問題が起きない。したがって、ピッチ駆動装置１５の組み立ての際に要求される組み立て公差を緩和し、風車回転翼５の製造コストを低減させることができる。
【００５０】
一方、図７に示すように、シリンダ支持部２７は、ロータハブ１０の先端面２２から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部２９，３０の角度が、それぞれシリンダ３５の一方の回動端αにおける軸線と、他方の回動端βにおける軸線に略平行に合わされているため、シリンダ３５がどの回動角にあっても、その反力をシリンダ支持部２７の２つの脚部２９，３０で効率良く受け止めることができ、これに伴いシリンダ支持部２７の駄肉を落としてピッチ駆動装置１５の軽量化を図ることができる。
【００５１】
さらに、シリンダ支持部２７の２つの脚部２９，３０うち、シリンダ３５から加わる反力が大きい方の脚部２９の強度が、他方の脚部３０の強度よりも高められているため、シリンダ支持部２７の強度を充分に確保してピッチ駆動装置１５の耐久性を高めると同時に、シリンダ支持部２７の不要な肉厚を薄くしてピッチ駆動装置１５および風車回転翼５の軽量化を図ることができる。
【００５２】
また、シリンダ３５に接続される油圧管４６が、シリンダ３５と共にシリンダ貫通孔２６を通ってロータハブ１０の先端面２２を貫通するように配設されているため、油圧管４６の配設が容易になるとともに、油圧管４６の長さの短縮による軽量化、整備性向上、レイアウト性向上、そしてこれらの効果が総合されることによる製造コストダウンが期待できる。
【００５３】
［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態に係るピッチ駆動装置５５を示すシリンダ３５付近の平面図である。ここでは、アキュームレータ５６およびその配置位置以外は、図８に示す第１実施形態のものと同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
アキュームレータ５６は第１実施形態のアキュームレータ４８と場合と同じく直管状に形成されており、このアキュームレータ５６はシリンダ３５の近傍に、シリンダ３５の軸線と平行に配置されている。アキュームレータ５６とシリンダ３５との間は一対の連結部５７により連結されて一体化されている。
【００５５】
そして、アキュームレータ５６はシリンダ３５と共にシリンダ貫通孔２６を通ってロータハブ１０の先端面２２を貫通するように配設されている。したがって、アキュームレータ５６はシリンダ３５と共に支持軸３１を中心に回動する。シリンダ貫通孔２６は第１実施形態の場合と同様に長円孔状に形成されているが、その長軸方向の寸法が、アキュームレータ５６の貫通する幅の分だけ拡げられている。
【００５６】
上記構成によれば、アキュームレータ５６がシリンダ３５と共にシリンダ貫通孔２６を通ってロータハブ１０の先端面２２を貫通する形で配設されるため、アキュームレータ５６を設置するための専用のスペースを割く必要が殆どなくなり、ロータハブ１０の内部あるいは外部におけるスペース利用効率が高まり、ピッチ駆動装置５５周りの組立性や整備性を向上させて、風車回転翼５が使用される風力発電装置１の建造コストおよびランニングコストの削減を図ることができる。
【００５７】
［第３実施形態］
図１３は、第３実施形態に係るピッチ駆動装置６１を示すシリンダ６２付近の平面図である。ここでは、シリンダ６２とシリンダ支持部６３の形状以外は、図８に示す第１実施形態のものと同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
シリンダ支持部６３の構造は、第１実施形態のシリンダ支持部２７とほぼ同様である。即ち、複数の固定ボルト３２でロータハブ１０の先端面２２に締結固定される締着基部６４と、この締着基部６４から延びる一対の脚部６５，６６と、これら脚部６５，６６の先端、かつ対向する一対のシリンダ支持部６３の間に架設された支持軸（支持点）６７とを有し、支持軸６７の軸方向視で、ロータハブ１０の先端面２２から起立する略Λ字形状をなしている。しかし、第１実施形態のシリンダ支持部２７よりも脚部６５，６６の長さが短く、シリンダ支持部６３が先端面２２から突出する高さＨ１は、シリンダ６２の先端面２２からの突出量Ｈ２と同等以下にされている。
【００５９】
シリンダ６２は、その基本構造は第１実施形態のシリンダ３５と同様であるが、このシリンダ６２の、シリンダ貫通孔２６よりも外側に突出した部分に設けられる連結部６８は、第１実施形態のようにシリンダ６２の先端部ではなく、シリンダ６２の中間部の、ロータハブ１０の先端面２２から突出した範囲に設けられている。そして、この連結部６８が、シリンダ支持部６３の支持軸６７に球面ジョイント６９を介して回動自在に連結されている。シリンダ６２の他端側の連結部７０の構造および風車翼１１への連結構造は第１実施形態と同様である。
【００６０】
このように、シリンダ支持部６３の先端面２２からの高さＨ１を、シリンダ６２の先端面２２からの突出量Ｈ２と同等以下にするとともに、シリンダ６２の先端部ではなく中間部に設けた連結部６８を、シリンダ支持部６３の支持軸６７に球面ジョイント６９を介して回動自在に連結することにより、シリンダ６２の先端に連結部６８を設けなくてもよい分、ロータハブ１０の先端面２２からのシリンダ６２の突出量Ｈ２を小さくすることができる。このため、ピッチ駆動装置６１をコンパクト化することができる。また、シリンダ６２の回動中心点（支持軸６７）がシリンダ貫通孔２６に近づくため、シリンダ貫通孔２６の大きさ（長軸方向の寸法）を小さくし、シリンダ貫通孔２６の形成に伴うロータハブ１０の強度低下をより低減させることができる。
【００６１】
以上のように、本実施形態に係るピッチ駆動装置１５，５５，６１およびこれらのピッチ駆動装置１５，５５，６１を備えた風車回転翼５ならびに風力発電装置１によれば、簡素、軽量、安価、かつ耐久性の高い構造により、ロータハブ１０を始めとする各部の強度を損なうことなく、風車翼１１のピッチ角を変更することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、シリンダ支持部２７，６３の形状は、上記各実施形態の形状に限らず、他の形状にしてもよい。また、上記各実施形態ではナセル４の前面に風車回転翼５が設けられたアップウィンド型の風力発電装置１に本発明を適用した例について説明したが、ナセルの後面に風車回転翼が設けられたダウンウィンド型の風力発電装置に本発明を適用してもよい。なお、言うまでもなく、本発明に係る風車回転翼を風力発電装置以外の風車装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  風力発電装置
５  風車回転翼
１０  ロータハブ
１１  風車翼
１１ａ  風車翼の軸線
１１ｂ  風車翼の根元側端面
１５，５５，６１  ピッチ駆動装置
２２  ロータハブの先端面（非軸支側端部）
２６  シリンダ貫通孔
２７，６３  シリンダ支持部
２９，３０，６５，６６  脚部
３１  支持軸（支持点）
３４  支持軸（偏心連結点）
３５，６２  シリンダ
３８，４０，６８，７０  シリンダの連結部
３９，４１，６９  球面ジョイント
４６  油圧管（液圧管）
４８，５６  アキュームレータ
α，β  シリンダの回動端
【図１】
2012111094.tif 000003
【図２】
2012111094.tif 000004
【図３】
2012111094.tif 000005
【図４】
2012111094.tif 000006
【図５】
2012111094.tif 000007
【図６】
2012111094.tif 000008
【図７】
2012111094.tif 000009
【図８】
2012111094.tif 000010
【図９】
2012111094.tif 000011
【図１０】
2012111094.tif 000012
【図１１】
2012111094.tif 000013
【図１２】
2012111094.tif 000014
【図１３】
2012111094.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月25日(2012.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナセルに軸支されたロータハブに対して風車翼をその軸線回りに回動駆動させて前記風車翼のピッチ角を変更する風車翼のピッチ駆動装置であって、
前記ロータハブに設けられ、その支持点が前記ロータハブの非軸支側端部よりも反ロータハブ側に位置するシリンダ支持部と、
前記風車翼の根元側端面の偏心位置に設けられた偏心連結点と、
前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設され、前記非軸支側端部よりも外側に突出した部分が前記支持点に回動自在に連結され、前記非軸支側端部よりも内側にある端部が前記偏心連結点に回動自在に連結されたシリンダと、
を具備し、
前記シリンダの、前記支持点との連結部および前記偏心連結点との連結部は、球面ジョイントを介して連結されることを特徴とする風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項２】
前記シリンダ支持部は、前記支持点を通る軸方向視で、前記ロータハブの前記非軸支側端部から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部の角度が、それぞれ前記シリンダの一方の回動端における軸線と、他方の回動端における軸線とに略平行に合わされていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項３】
前記シリンダ支持部は、前記支持点を通る軸方向視で、前記ロータハブの前記非軸支側端部から起立する略Λ字形状をなし、その２つの脚部のうち、前記シリンダから加わる反力が大きい方の脚部の強度が、他方の脚部の強度よりも高められたことを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項４】
前記シリンダに接続される液圧管が、前記シリンダと共に前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項５】
前記シリンダの圧力を蓄圧するアキュームレータは直管状に形成され、該アキュームレータは前記シリンダの近傍、かつ前記シリンダの軸線と平行に配置されて前記シリンダと共に前記ロータハブの前記非軸支側端部を貫通するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の風車翼のピッチ駆動装置。
【請求項６】
請求項１に記載のピッチ駆動装置を備えたことを特徴とする風車回転翼。
【請求項７】
請求項６に記載の風車回転翼を備えたことを特徴とする風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明に係る風車翼のピッチ駆動装置の第１の態様において、前記シリンダの、前記支持点との連結部および前記偏心連結点との連結部は、球面ジョイントを介して連結されることを特徴とする。
【国際調査報告】
2012111094.tif 000016
2012111094.tif 000017
2012111094.tif 000018
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2012111094.tif 000020
2012111094.tif 000021
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