(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されている風力発電装置において、
前記ナセルをヨー旋回させるヨー駆動装置及び／または前記風車翼のピッチ角を制御するピッチ駆動装置を備え、
内歯または外歯を備えた旋回輪軸受とピニオン歯車との噛合部を具備してなる前記ヨー駆動装置及び/または前記ピッチ駆動装置の駆動機構が、前記噛合部に駆動時最大荷重より大きな入力を受けて滑るクラッチ機構を備え、
前記クラッチ機構において、前記旋回輪軸受の固定側となる内輪部または外輪部が半径方向に分割されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記旋回輪軸受の固定側となる前記内輪部または前記外輪部を分割した接触面間に生じる摩擦力を所望の滑りの開始設定荷重となるように規定した請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記接触面に設けた水平面及び／または傾斜面を鉛直方向に押圧する押圧力調整機構を備えている請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記クラッチ機構は、前記ピニオン歯車のピニオン歯車本体とピニオン軸との結合部をしまりばめ構造にして滑りの開始設定荷重を規定した請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記結合部のしまりばめ構造は、前記ピニオン歯車本体の軸挿入穴及び前記ピニオン軸の挿入部をテーパ面とし、ボルト締込量で調整される前記テーパ面の圧縮力に応じて滑りの開始設定荷重を規定した請求項４に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナセルのヨー駆動装置や風車翼のピッチ駆動装置に転がり軸受の旋回輪軸受を備えている風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置（以下では「風車」とも呼ぶ）１は、たとえば図７〜図９に示すように、風車翼５を備えたロータヘッド４が風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして駆動される発電機により発電する装置である。
このような風力発電装置１において、風車翼５を備えたロータヘッド４は、タワー２の上部に設置されたナセル３内の増速機及び発電機と主軸を介して連結されているので、ロータヘッド４の向きを変動する風向きに合わせる（ロータ回転面を風向に正対させる）ため、たとえばアップウインド型の風力発電装置１では、ナセル３をタワー２上でヨー旋回（略水平面上の旋回）させてロータヘッド４の正面から風を受けることが必要となる。
【０００３】
図８は、ナセル３をヨー旋回させるヨー駆動装置１０の構成例を示している。このヨー駆動装置１０は、ヨーモータ１１の駆動力により大きなナセル３をヨー旋回させ、ロータ回転面が風向に追従して正対するようにヨー旋回を制御する装置である。
なお、図中の符号２はタワー、３はナセル、３ａはナセル台板、１２は駆動歯車（ピニオン歯車）、１３は固定歯車、１４はヨー旋回輪軸受（転がり軸受）、１５はヨーブレーキ装置である。
【０００４】
すなわち、図８の構成例において、ヨー旋回輪軸受１４となる転がり軸受は、外輪１４ａ及び内輪１４ｂの間に転動体１４ｃを挟持した構成とされ、タワー２に固定された外輪１４ａの外径（外周面）に固定歯車１３が形成されている。なお、内輪１４ｂは、ナセル台板３ａに固定されている。
一方、固定歯車１３と噛合する駆動歯車１２は、ナセル台板３ａに固定設置されたヨーモータ１１により回転するので、固定歯車１３の外周を自転しながら公転する駆動歯車１２とともにナセル３が旋回する。
なお、上述したヨー旋回輪軸受１４は、内輪１４ｂを固定側として内径（内周面）に固定歯車１３を形成し、駆動歯車１２が固定歯車１３の内周を自転しながら公転するような構成にしてもよい。
【０００５】
また、各風車翼５は、風車翼５のピッチ角を可変とするため、たとえば図９に示すように、ピッチ駆動装置１６が設けられている。このピッチ駆動装置１６において、風車翼５は翼旋回輪軸受（転がり軸受）１７を介してロータヘッド４に対し旋回可能に支持されている。
従来のピッチ駆動装置においては、翼旋回輪歯車の歯とピニオン歯車の歯との片当たりにより歯が欠損することを防止するため、ピニオン歯車が若干軸方向に移動できるようながたを設けることが行われている。（たとえば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３６４００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ヨー旋回輪軸受１４や翼旋回輪軸受１７には、内周または外周に固定歯車１３を形成した（別部品の歯車を取り付けた構造を含む）転がり軸受が採用され、駆動歯車１２と固定歯車１３との噛合によりナセル３や風車翼５を旋回させる構造が採用されている。
歯車を形成したヨー旋回輪軸受１４や翼旋回輪軸受１７は、修理や交換の作業を行う場合、大型クレーンを必要とするため莫大な費用が発生する。従って、ヨー旋回輪軸受１４や翼旋回輪軸受１７の歯車には、特に高い信頼性や耐久性が求められている。
一方、風力発電装置１は大型化する傾向にあるが、タワー２の負担を軽減するためにも上部構造体（ナセル３等）の軽量化が大きな課題となっている。
【０００８】
このような歯車を用いた旋回駆動機構において、使用する歯車の体格は、衝撃荷重または疲労荷重（荷重＋回転数）により決定される。この場合の衝撃荷重は、風車翼５に作用する突風等の風荷重に起因するものである。特に、歯車が衝撃荷重に耐えられないと、歯が折れて使用不可となり、風力発電装置１の制御ができなくなるため、衝撃荷重に合わせて歯車の体格を決定する場合が多い。
なお、疲労荷重の場合は歯車の金属表面において剥離や磨耗などが発生するものの、一瞬で風力発電装置１の制御ができなくなることはない。
【０００９】
この衝撃荷重を適切に逃がすことができれば、歯車の体格を小さくして重量の低減が可能になる。その場合、ヨー駆動装置１０における歯車の体格は、ロータヘッド４を駆動させて発電したいとき、ヨー駆動装置１０を動作させて歯車に加える駆動時の最大荷重に耐えうるものとする必要がある。
なお、この場合、衝撃荷重、駆動時最大荷重及び疲労荷重の大小関係は、「衝撃荷重＞駆動時最大荷重＞疲労荷重」のようになる。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、内周または外周に形成した固定歯車を備えている転がり軸受をヨー旋回輪軸受や翼旋回輪軸受に用いて駆動歯車と噛合させる場合、必要な強度や耐久性を損なうことなく、駆動時最大荷重レベルで歯車の体格を設計できるようにした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】
【００１１】
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、風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されている風力発電装置において、前記ナセルをヨー旋回させるヨー駆動装置及び／または前記風車翼のピッチ角を制御するピッチ駆動装置を備え、内歯または外歯を備えた旋回輪軸受とピニオン歯車との噛合部を具備してなる前記ヨー駆動装置及び/または前記ピッチ駆動装置の駆動機構が、前記噛合部に駆動時最大荷重よりも大きな荷重の入力を受けて滑るクラッチ機構を備え、前記クラッチ機構において、前記旋回輪軸受の固定側となる内輪部または外輪部が半径方向に分割されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の風力発電装置によれば、ナセルをヨー旋回させるヨー駆動装置及び／または風車翼のピッチ角を制御するピッチ駆動装置を備え、内歯または外歯を備えた旋回輪軸受とピニオン歯車との噛合部を具備してなるヨー駆動装置及びピッチ駆動装置の駆動機構が、噛合部に駆動時最大荷重より大きな入力を受けて滑るクラッチ機構を備え、クラッチ機構において、旋回輪軸受の固定側となる内輪部または外輪部が半径方向に分割されているので、たとえば衝撃荷重のような駆動時最大荷重より大きな荷重入力を受けた場合には、クラッチ機構が作動して滑ることで過大な荷重入力を吸収できる。従って、噛合部の歯車体格を定める場合、噛合部に作用する上限の荷重については、クラッチ機構が作動する駆動時最大荷重を上限と規定することが可能になる。
【００１３】
請求項１の風力発電装置において、前記旋回輪軸受の固定側となる前記内輪部または前記外輪部を分割した接触面間に生じる摩擦力を所望の滑りの開始設定荷重となるように規定することが好ましく、これにより、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重以上の過大な荷重入力があると、固定側の内輪部または外輪部を分割した接触面間においては、接触面間に生じる摩擦力に打ち勝って滑る（空転する）ので、噛合部に作用する過大な荷重入力を吸収できる。
このような風力発電装置においては、前記接触面に設けた水平面及び／または傾斜面を鉛直方向に押圧する押圧力調整機構を備えていることが好ましく、これにより、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重の設定及び調整が容易になる。
【００１４】
請求項１の風力発電装置において、前記クラッチ機構は、前記ピニオン歯車のピニオン歯車本体とピニオン軸との結合部をしまりばめ構造にして滑りの開始設定荷重を規定することが好ましく、これにより、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重以上の過大な荷重入力があると、しまりばめ構造のピニオン本体とピニオン軸との間が滑って空転するので、噛合部に作用する過大な荷重入力を吸収できる。
このような風力発電装置において、前記結合部のしまりばめ構造は、前記ピニオン歯車本体の軸挿入穴及び前記ピニオン軸の挿入部をテーパ面とし、ボルト締込量で調整される前記テーパ面の圧縮力に応じて滑りの開始設定荷重を規定することが好ましく、これにより、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重の設定及び調整が容易になる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明の風力発電装置によれば、内周または外周に形成した固定歯車を備え、ヨー旋回輪軸受や翼旋回輪軸受に用いられる転がり軸受に対し、噛合部に駆動時最大荷重より大きな入力を受けて滑るクラッチ機構を設けたので、クラッチ機構の作動により噛合部の歯車に作用する過大な衝撃荷重を逃がすことができる。従って、ヨー旋回輪軸受や翼旋回輪軸受に用いられる転がり軸受は、必要な強度や耐久性を損なうことなく、駆動時最大荷重レベルで噛合部の歯車体格を設計することが可能になる。
【００１６】
すなわち、本発明の風力発電装置は、所定値以上の過大な荷重が作用した場合に動作して滑るクラッチ機構を設けたので、ヨー旋回輪軸受や翼旋回軸受の噛合部に作用する過大な衝撃荷重を逃がすことによって駆動時最大荷重レベルによる噛合部歯車の車体格設計が可能になる。このため、噛合部歯車の小型化や軽量化により、タワーの上端部に設置されるナセル等の上部構造体の軽量化に貢献するという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の風力発電装置に用いられている旋回輪軸受（転がり軸受）について第１の実施形態を示す図で、（ａ）は旋回輪軸受の固定歯車にクラッチ機構を設けた縦断面図、（ｂ）は（ａ）の押圧力調整機構を拡大した図である。
【図２】図１（ａ）に示した旋回輪軸受（転がり軸受）の第１変形例を示す縦断面図である。
【図３】図１（ａ）に示した旋回輪軸受（転がり軸受）の第２変形例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の風力発電装置に用いられている旋回輪軸受（転がり軸受）について第２の実施形態を示す図で、旋回輪軸受の駆動歯車にしまりばめのクラッチ機構を設けた構成の縦断面図である。
【図５】図４に示した旋回輪軸受（転がり軸受）の駆動歯車にしまりばめのクラッチ機構を設けた構成の第１変形例を示す断面図である。
【図６】しまりばめによるクラッチ機構の説明図であり、（ａ）は駆動歯車の横断面図、（ｂ）は軸の側面図である。
【図７】風力発電装置の概要を示す側面図である。
【図８】従来のヨー駆動装置構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は固定歯車に対する駆動歯車（ピニオン歯車）の動作を示す斜視図である。
【図９】従来のピッチ駆動装置に用いられた旋回輪軸受（転がり軸受）を示すロータヘッドの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
たとえば図７に示すように、風力発電装置１は、基礎Ｂ上に立設されている風車用タワー（以下では「タワー」と呼ぶ）２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル３の前端部側に設けられるロータヘッド４とを有している。
【００１９】
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）の風車翼５が取り付けられ、各風車翼５のピッチ角は不況に応じて調整可能となっている。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。
タワー２の下端部付近には、タワー内へ出入りするためのドアが設けられ、ナセル３の外周面適所（たとえば上部等）には、周辺の風速値を測定する風速計や、風向を測定する風向計等が設置されている。
【００２０】
すなわち、風力発電装置１は、風車翼５に風力を受けて略水平な回転軸線周りに回転するロータヘッド４がナセル３の内部に設置された発電機（不図示）を駆動して発電するとともに、ナセル３が鉄筋コンクリート製の基礎Ｂ上に立設されたタワー２の上端部に設置されてヨー旋回可能とされる。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
以下では、本発明に係る風力発電装置の第１の実施形態として、ヨー駆動装置やピッチ駆動装置の駆動機構に設けられる噛合部のクラッチ機構について、固定歯車側に設けた構成例を図１に基づいて詳細に説明する。
上述した風力発電装置１は、たとえば図８及び図９に示すように、ナセル３をヨー旋回させるヨー駆動装置１０のヨー旋回輪軸受１４及び／または風車翼５のピッチ角を制御するピッチ駆動装置１６の翼旋回輪軸受１７を備えている。本発明の風力発電装置１において、ヨー旋回輪軸受１４及び翼旋回輪軸受１７には、たとえば図１に示すように構成された転がり軸受の旋回輪軸受２０が使用されている。なお、以下の実施形態では、旋回輪軸受２０をヨー駆動装置１０に適用した場合について、すなわちヨー旋回輪軸受１４として使用する場合について説明するが、本実施形態の旋回輪軸受２０は、翼旋回輪軸受１７にも適用可能である。
【００２２】
図示の旋回輪軸受２０は、外輪２１及び内輪２２の間に転動体２３を挟持した構成とされ、外輪２１の外径（外周面）には固定歯車１３を備えている。この場合の固定歯車１３は、外輪２１に直接歯車を形成したものでもよいし、あるいは、別体の歯車を取り付けたものでもよい。
この旋回輪軸受２０を図８に示すヨー旋回輪軸受１４として使用する場合、外輪２１がタワー２に固定され、内輪２２がナセル台板３ａに固定される。従って、旋回輪軸受２０は、外輪２１の外径となる外周面に固定歯車１３を形成し、ナセル３側に固定された駆動歯車１２のピニオン歯車と噛合させることにより、ナセル３をヨー旋回させるヨー駆動装置１０の構成要素として使用可能となる。
【００２３】
このように、旋回輪軸受２０に形成した外歯の固定歯車１３とピニオン歯車の駆動歯車１２との噛合部を具備してなるヨー駆動装置１０及びピッチ駆動装置１６の駆動機構に対し、本実施形態では、噛合部に駆動時最大荷重より大きな入力を受けて滑るクラッチ機構を設けている。
図１に示すクラッチ機構は、旋回輪軸受２０の固定側、すなわちタワー２に固定されて不動の外輪部２１を半径方向に分割し、分割した部材の接触面間に生じる摩擦力を所望の滑りの開始設定荷重となるように規定している。この開始設定荷重は、駆動時最大荷重と略一致する荷重の値であり、一般的には駆動時最大荷重よりも若干大きな荷重の値に設定される。
【００２４】
図１に示すクラッチ機構の構成例では、外輪部２１が、外周側の固定歯車形成部２１１と、転動体２３を挟持する内周側の転動体接触部２１２との２部品に分割されている。そして、固定歯車形成部２１１と転動体接触部２１２との接触面間には、摩擦係数を高めるパッド部材２１３が挟持されている。このパッド部材２１３は、駆動時最大荷重と略一致する滑りの開始設定荷重である荷重入力設定値やパッド部材２１３の摩擦係数など、諸条件に応じて接触面間の一部または全域に適宜設置される。
なお、好適なパッド部材２１３は、たとえばクラッチ装置のクラッチ板やブレーキ装置のブレーキパッド等に使用される薄い板状の部材であり、摩擦係数の高い樹脂製やカーボン製の素材が使用される。
【００２５】
固定歯車形成部２１１と転動体接触部２１２との間には、互いに半径方向へ位置ずれすることを阻止する係止部２１４が形成されている。この係止部２１４は、接触面の水平部分に設けた凹凸の段差であり、外周側の固定歯車形成部２１１に設けた下向きの凸部２１４ａが内周側の転動体接触部２１２に形成した凹部２１４ｂに係止されることで、転動体接触部２１２から位置ずれして半径方向の外周側へ移動しないようにしたものである。
また、このような係止部２１４の形成は、パッド部材２１３を挟持する接触面の増大にも有効であり、従って、摩擦力の調整に利用することもできる。
【００２６】
また、上述した固定歯車形成部２１１及び転動体接触部２１２は、係止部２１４を係合させた状態で、上方から全周にわたって押圧する固定押圧部材２１５を備えている。この固定押圧部材２１５は、下面外周に凸部２１６を備えた略Ｌ字状断面の部材であり、複数の固定ボルト２１７を用いて転動体接触部２１２に固定されている。すなわち、固定歯車形成部２１１と転動体接触部２１２との間は、ボルト等による機械的な連結固定がなされておらず、しかし、固定歯車１３に作用する入力が駆動時最大荷重以下では、接触面間に挟持されたパッド部材２１３の摩擦力により相対的な移動をすることがなく、実質的に一体の外輪部２１として機能している。
なお、図示の構成例では、固定押圧部材２１５と転動体接触部２１２との対向面間に隙間を設けてあるが、この隙間にはなくてもよい。
【００２７】
このようなクラッチ機構を設けたことにより、上述したヨー駆動装置１０の噛合部においては、駆動歯車１２から固定歯車１３に対してナセル駆動装置１０の駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重より大きな荷重入力があると、クラッチ機構が動作して噛合部に作用する過大な荷重入力を吸収できる。すなわち、固定側の外輪部２１を分割した接触面間においては、たとえば衝撃荷重のように開始設定荷重より大きい過大な入力が噛合部に作用すると、接触面間に生じる摩擦力に打ち勝って固定歯車１３を形成した固定歯車形成部２１１が転動体接触部２１２に対して滑る。
【００２８】
この結果、開始設定荷重より大きな大荷重を受けた固定歯車１３は、固定歯車形成部２１１とともに空転するので、この空転により噛合部に作用する過大な荷重入力を吸収することができる。従って、駆動時最大荷重より大きな荷重入力が作用しても、駆動歯車１２及び固定歯車１３の破損により風力発電装置１が使用不能になることを防止できるので、歯車の体格設計については、ナセル駆動装置１０の動作開始時に作用する駆動時最大荷重レベルを基準とすればよい。この駆動時最大荷重レベルを基準として設計した歯車は、衝撃荷重を基準として設計した歯車の体格と比較して、小型軽量化が可能となる。
【００２９】
ところで、上述した風力発電装置１は、図１に示すように、固定押圧部材２１５に対して押圧力調整機構３０を設けることが望ましい。この押圧力調整機構３０は、クラッチ機構の動作で相対的に移動する歯車形成部材２１１側の水平な接触面に対し、鉛直方向に作用する押圧力を変化させてクラッチ機構の摩擦力を調整するための機構である。
図示の押圧力調整機構３０は、固定押圧部材２１５のボルト穴３１に螺合する調整ボルト３２の下端部が弾性部材３３を介して摩擦係数の大きい押圧部材３４を鉛直方向下向きに押圧し、歯車形成部材２１１の水平接触面が相対移動すると摩擦力を生じるように構成されている。この押圧力調整機構３０は、固定押圧部材２１５の円周方向に等ピッチで複数設置されている。
【００３０】
このように構成された押圧力調整機構３０は、ボルト穴３１に対する調整ボルト３２の締込量に応じて弾性部材３３の弾性変形量が変動するので、押圧部材３４に作用する弾性部材３３の付勢力も変化する。この結果、摩擦部材３４を歯車形成部材２１１の接触面に押し付ける押圧力が変化するので、過大な荷重を受けると固定側の固定押圧部材２１５に対して空転する歯車形成部材２１１の接触面に作用する押圧部材３４の摩擦力は、調整ボルト３２の締込量に応じて容易に調整可能となる。
なお、上述した弾性部材３３は、コイルばねなど特に限定されるものではないが、安定した付勢力の維持等を考慮すると皿ばねが好適である。
【００３１】
また、図２に示す第１変形例の旋回輪軸受２０Ａのように、固定歯車形成部２１１Ａと転動体接触部２１２Ａとの間に形成していた係止部２１４を省略し、構造を簡略化してもよい。この場合の固定押圧部材２１５Ａは、下面外周に突出する凸部２１６のない略矩形断面にして構造を簡略化している。
このような旋回輪軸受２０Ａのクラッチ機構においても、必要に応じて適宜押圧力調整機構３０を設けることが望ましい。
【００３２】
また、図３に示す第２変形例の旋回輪軸受２０Ｂは、固定歯車形成部２１１Ｂと転動体接触部２１２Ｂとの間に形成する接触面を下方へ向けて拡径する傾斜面とし、この傾斜面にパッド部材２１３を挟持している。
このような旋回輪軸受２０Ｂのクラッチ機構においても、必要に応じて適宜上述した押圧力調整機構３０を設けてもよいし、あるいは、弾性部材３３がなく単に調整ボルト３２の締込量により押圧部材３４の摩擦力を調節する構造の押圧力調整機構３０Ａを設けてもよい。この場合の押圧力調整機構３０，３０Ａは、固定歯車形成部２１１Ｂと転動体接触部２１２Ｂとの間に形成されている接触面の傾斜面を鉛直方向に押圧して摩擦力を調整するので、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重の設定及び調整が容易になる。
【００３３】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る風力発電装置の第２の実施形態として、ヨー駆動装置やピッチ駆動装置の駆動機構に設けられる噛合部のクラッチ機構について、駆動歯車側に設けた構成例を図４に基づいて詳細に説明する。
本実施形態のクラッチ機構は、駆動歯車１２として用いられるピニオン歯車のピニオン歯車本体１２ａとピニオン軸１２ｂとの結合部をしまりばめ構造とし、滑り面となるしまりばめ部分の摩擦力により滑りの開始設定荷重を規定する。
【００３４】
しまりばめ構造の摩擦力Ｆｐは、図６に示すように、しまりばめ部分の面積Ａと、しまりばめによる面圧Ｐと、しばりばめ部分の摩擦係数μとにより、「Ｆｐ＝μ×Ｐ×Ａ」となる。なお、滑り面となるしまりばめ部分の面積Ａは、円柱形状となるピニオン軸１２ｂがピニオン歯車本体１２ａとしまりばめされている長さをＬｐ、ピニオン軸１２ｂの半径をｒｐとすれば、「Ａ＝２π×ｒｐ×Ｌｐ」となる。
【００３５】
一方、駆動歯車１２に作用する衝撃荷重をＦとし、衝撃荷重Ｆが作用する半径方向位置をｒｇとすれば、駆動歯車１２には衝撃荷重に起因してトルクＴｇ（Ｔｇ＝Ｆ×ｒｇ）が作用する。
従って、摩擦力Ｆｐにより発生するトルクＴｐ（Ｔｐ＝Ｆｐ×ｒｐ）を制御し、トルクＴｐの設定値が衝撃荷重により作用するトルクＴｇ以下（Ｔｐ＜Ｔｇ）とすれば、衝撃荷重を受けたピニオン歯車本体１２ａを空転させることができる。すなわち、トルクＴｐの設定値は滑りを開始するクラッチ機構の開始設定荷重となり、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重以上の過大な荷重入力があると、しまりばめ構造のピニオン本体１２ａとピニオン軸１２ｂとの間が滑って空転するので、噛合部に作用する過大な荷重入力を吸収することができる。
【００３６】
ところで、はめあいには大きく分けて、「ゆるみばめ」及び「しまりばめ」の２種類がある。設計の規格上、両者の中間的な状態になる「中間ばめ」を加えると、合計３種類のタイプがある。
「ゆるみばめ」は最も広く用いられるタイプであり、軸の外径をはめ合う穴の内径より小さく設定するもので、軸受挿入、部品同士の位置決め、心合わせなどに用いられる。
【００３７】
上述した実施形態で採用している「しまりばめ」は、逆に軸の方が穴より大きいため、圧入、焼きばめ、冷やしばめなどの方法により挿入され、挿入後は力をかけないと抜き去ることができない。
「中間ばめ」は、はめあう両部品の加工具合に応じて、「ゆるみばめ」にも「しまりばめ」にもなる。この「中間ばめ」は、キーをキー溝に挿入するような場合に用いられる。はめあいの指定は、通常穴の側を基準に行われ、公差の指定範囲も軸より穴の方が大きくなっている。これは、加工方法の違いから、軸よりも穴の方が精度を出しにくいためである。穴と軸の公差範囲をどのように選ぶかはＪＩＳの規格に定められているので、用途に応じて必要な規格を指定すればよい。
【００３８】
上述したしまりばめ構造のクラッチ機構については、図５に示す第１変形例の構造を採用してもよい。
この変形例において、駆動歯車１２Ａは、ピニオン歯車のピニオン歯車本体１２ａ′とピニオン軸１２ｂ′との結合部にテーパ面が採用されている。すなわち、ピニオン歯車本体１２ａ′の軸挿入穴１２ｃ及びピニオン軸１２ｂ′の挿入部１２ｄをテーパ面とし、ピニオン軸１２ｂ′に対する調整ボルト１２ｅの締込量で滑り面となるテーパ面の圧縮力を調整するように構成されている。なお、図中の符号１２ｆは、テーパ面に圧縮力を付加するための台座であり、調整ボルト１２ｅの締込によりピニオン歯車本体１２ａ′を押し上げて圧縮力を増す部材となる。
【００３９】
このような第１変形例の構造によれば、ピニオン歯車のピニオン歯車本体１２ａ′とピニオン軸１２ｂ′との結合部（滑り面）であるテーパ面に作用する圧縮力は、調整ボルト１２ｅの締込量に応じて調整可能となり、従って、圧縮力に応じて変動する摩擦力についても同様に調整可能となる。この結果、クラッチ機構における滑りの開始設定荷重は、ボルト１２ｅの締込量に応じて規定することができる。すなわち、駆動時最大荷重と略一致する開始設定荷重は、調整ボルト１２ｅの締込量に応じて容易に設定及び調整を行うことが可能になる。
【００４０】
ところで、上述した第１及び第２の実施形態では、外径に固定歯車１３を備えた旋回輪軸受に適用するものとして説明したが、内径（内周面）に固定歯車を設けた旋回輪軸受にも適用可能である。
このように、上述した本実施形態の風力発電装置１は、外周または内周に形成した固定歯車１３を備え、ヨー旋回輪軸受や翼旋回輪軸受に用いられる転がり軸受に対し、噛合部に駆動時最大荷重より大きな入力を受けて滑るクラッチ機構を設けたので、クラッチ機構の作動により噛合部の歯車に作用する過大な衝撃荷重を逃がすことができる。
【００４１】
従って、ヨー旋回輪軸受や翼旋回輪軸受に用いられる転がり軸受は、必要な強度や耐久性を損なうことなく、駆動時最大荷重レベルで噛合部の歯車体格を設計することが可能になる。従って、噛合部歯車の小型化や軽量化により、タワー２の上端部に設置されるナセル３等の上部構造体を軽量化することができる。
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。
【符号の説明】
【００４２】
１    風力発電装置
２    タワー
３    ナセル
４    ロータヘッド
５    風車翼
１０    ヨー駆動装置
１２，１２Ａ    駆動歯車（ピニオン歯車）
１２ａ，１２ａ′    ピニオン歯車本体
１２ｂ，１２ｂ′    ピニオン軸
１２ｃ    軸挿入穴
１２ｄ    挿入部
１２ｅ    調整ボルト
１２ｆ    台座
１３    固定歯車
１４    ヨー旋回輪軸受（転がり軸受）
１６    ピッチ駆動装置
１７    翼旋回輪軸受（転がり軸受）
２０，２０Ａ，２０Ｂ    旋回輪軸受
２１    外輪
２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ    固定歯車形成部
２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ    転動体接触部
２１３    パッド部材
２１４    係止部
２１５，２１５Ａ    固定押圧部材
２１６    凸部
２１７    固定ボルト
２２    内輪
２３    転動体
３０，３０Ａ    押圧力調整機構
３１    ボルト穴
３２    調整ボルト
３３    弾性部材
３４    押圧部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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