(57)【要約】  ナセル（３）を軽量化して建設時の汎用クレーン使用が可能になる風力発電装置を提供する。この風力発電装置は、ヨー駆動装置（１５Ａ）、ヨー旋回輪（１１Ａ）及びヨーブレーキ（２０Ａ）を具備してなり、風向に応じて支柱（２）の上部に設置されたナセル（３）を旋回させるヨーシステム（１０Ａ）を備えている。このヨーシステム（１０Ａ）は、支柱（２）の上部側に配置されている。
2009150715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風向に応じて支柱の上部に設置されたナセルを旋回させるヨーシステムを備えている風力発電装置であって、
ヨー駆動装置、ヨー旋回輪及びヨーブレーキを具備してなる前記ヨーシステムが前記支柱上部側に配置されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
風向に応じて支柱の上部に設置されたナセルを旋回させるヨーシステムを備え、該ヨーシステムがヨー駆動装置、ヨー旋回輪及びヨーブレーキを具備するとともに、前記支柱が長手方向を複数段に分割した柱状部材を連結してなる風力発電装置の建設方法であって、
前記支柱の最上段となる前記柱状部材に前記ヨーシステムの構成要素を取り付ける工程と、
前記柱状部材を連結して前記支柱を立設する工程と、
前記支柱の上端部に前記ナセルを取り付ける工程と、
を備えていることを特徴とする風力発電装置の建設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風向に応じてナセル（風車本体）を旋回させるヨーシステムを備えた風力発電装置及びその建設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力で風車を回し、その回転運動を発電機に伝えて電気を起こす風力発電装置には、風向きに応じてナセルを旋回させる（首を振る）ヨーシステムが設けられている。
従来のヨーシステムは、ヨー駆動装置、ヨー旋回輪及びヨーブレーキにより構成され、主要な構成要素がナセル側に配置されている。すなわち、風車及びその回転力で発電するパワートレインを搭載したナセルが、ヨーシステムの動作によりタワー上部で旋回し、風向に応じた最適の方向を向くようになっている。【０００３】
図４に示す第１従来例のヨーシステム１０では、固定側となる支柱２に対し、転がり軸受を用いたヨー旋回輪１１を介してナセルが旋回可能に取り付けられている。図中の符号１２はナセルを構成するナセル台板であり、このナセル台板１２には、電動機１３及び駆動ギア１４を備えたヨー駆動装置１５が固定設置されている。【０００４】
この場合、図中の符号ＣＬが支柱２の軸中心線を示しているので、ヨー駆動装置１５は支柱２の外側に配置された構成例となる。
このヨー駆動装置１５は、駆動ギア１４が固定側のリングギア１６と噛合しているので、電動機１３の回動に応じて、ヨー旋回輪１１の固定側リング（外輪）１１ａに対して旋回側リング（内輪）１１ｂと一体のナセルを旋回させることができる。なお、リングギア１６は、固定側リング１１ａの外周面に設けられている。【０００５】
上述したヨーシステム１０は、支柱２の内側において、ナセル台板１２に固定して取り付けられたヨ−ブレーキ２０を備えている。
このヨーブレーキ２０は、支柱２の上端フランジ部２ａとヨー旋回輪１１の固定部１１ａとの間に固定支持されているディスク２１と、ナセル台板１２に固定支持されているキャリパー２２とを具備して構成され、キャリパー２２に設けられたブレーキパッド２３によりディスク２１の上下面を挟持してブレーキ力を発生する。（たとえば、特許文献１参照）【０００６】
また、図５に示す第２従来例のヨーシステム１０′は、ヨーブレーキ兼用の滑り軸受３０が採用されている。この滑り軸受３０は、支柱２のフランジ部２ａに固定した固定座３１とブレーキパッド３２とにより構成され、固定座３１が、鍔部３１ａの上下面及び外周面をブレーキパッド３２により摺動可能に支持している。
なお、ヨー駆動装置１５の構成については、上述した第１従来例と実質的に同じである。（たとえば、特許文献２参照）
【特許文献１】特許第３５８６４８０号公報
【特許文献２】特開２００７−５１５８５号公報
【発明の開示】
【０００７】
近年、風力発電装置は益々大型化（大出力化）する傾向にあり、風力発電装置の大型化に伴ってナセル重量も重くなっている。なお、上述した第１従来例１及び２において、建設時におけるナセル側／支柱側の分割面は、支柱２側のフランジ部２ａと、ナセル側のディスク２１または固定座３１との結合面となり、図示しないボルト／ナット等により連結されている。
このため、近年では既存の汎用建設クレーンの能力では不足するようになり、風力発電装置専用のクレーンを開発して対応することも行われている。このような専用クレーンの開発及び使用は、建設コストを上昇させる要因となる。
【０００８】
そこで、ナセルの軽量化により建設に使用するクレーンのキャパシティを下げ、汎用クレーンを使用することができれば、建設コストの低減が可能となる。従って、風力発電装置においては、ナセルの軽量化を達成できる構造が求められ、特に、ヨーシステムの改善による軽量化が望まれる。
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、ナセルを軽量化して建設時の汎用クレーン使用が可能になる風力発電装置及びその建設方法を提供することにある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置は、風向に応じて支柱の上部に設置されたナセルを旋回させるヨーシステムを備えている風力発電装置であって、
ヨー駆動装置、ヨー旋回輪及びヨーブレーキを具備してなる前記ヨーシステムが前記支柱上部側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような風力発電装置によれば、ヨー駆動装置、ヨー旋回輪及びヨーブレーキを具備してなるヨーシステムが支柱の上部側に配置されているので、ナセル側の重量を低減することができる。すなわち、従来ナセル側に取り付けられていたヨーシステムを支柱側へ移動したので、ナセル側の重量をヨーシステム分だけ低減することができる。
【００１１】
本発明に係る風力発電装置の建設方法は、風向に応じて支柱の上部に設置されたナセルを旋回させるヨーシステムを備え、該ヨーシステムがヨー駆動装置、ヨー旋回輪及びヨーブレーキを具備するとともに、前記支柱が長手方向を複数段に分割した柱状部材を連結してなる風力発電装置の建設方法であって、
前記支柱の最上段となる前記柱状部材に前記ヨーシステムの構成要素を取り付ける工程と、前記柱状部材を連結して前記支柱を立設する工程と、前記支柱の上端部に前記ナセルを取り付ける工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような風力発電装置の建設方法によれば、支柱の最上段となる柱状部材にヨーシステムの構成要素を取り付ける工程と、柱状部材を連結して支柱を立設する工程と、支柱の上端部にナセルを取り付ける工程と、を備えているので、ナセルの重量は、ヨーシステムを柱状部材側へ移動させた分だけ減少する。従って、ナセルをクレーンで吊り上げて支柱の上部へ取り付ける作業を実施する際には、クレーンの荷重負担低減により汎用クレーンを使用することができる。
【００１３】
上述した本発明によれば、ヨーシステムを支柱の上部側へ取り付ける構成としたので、ヨーシステム分だけナセル重量を低減して建設時に使用するクレーンのキャパシティを小さくすることができる。この結果、風力発電装置の大型化に伴ってナセル重量が増加しても、ヨーシステムの重量分だけナセル重量の増加が抑制されるので、建設コストが安価になる汎用クレーンを使用して建設可能な範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る風力発電装置及びその建設方法の一実施形態として、支柱の上部及びヨーシステムの構成例を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係る風力発電装置の全体構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る風力発電装置及びその建設方法の他の実施形態として、支柱の上部及びヨーシステムの構成例を示す要部断面図である。
【図４】風力発電装置のヨーシステムに係る第１従来例を示す要部断面図である。
【図５】風力発電装置のヨーシステムに係る第２従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１    風力発電装置
２    支柱
３    ナセル
４    ローターヘッド
１０Ａ，１０Ｂ    ヨーシステム
１１Ａ    ヨー旋回輪
１２    ナセル台板
１４    駆動ギア
１５Ａ    ヨー駆動装置
１６    リングギア
２０Ａ    ヨーブレーキ
３０Ｂ    滑り軸受（ヨー旋回輪）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態を図１及び図２を参照して説明する。
図２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ーヘッド４とを有している。
ローターヘッド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、ローターヘッド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、ローターヘッド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。【００１７】
さて、上述した風力発電装置１は、支柱２の上端に位置するナセル３を旋回させるヨーシステムを備えている。このヨーシステムは、ナセル３を風向に応じた最適の向きとし、ローターヘッド４を効率よく回転させて発電するための装置である。【００１８】
図１に示すヨーシステム１０Ａは、ヨー駆動装置１５Ａ、ヨー旋回輪１１Ａ及びヨーブレーキ２０Ａを具備し、支柱２の上部側に配置されている。
すなわち、固定側となる支柱２に対し、ヨーシステム１０Ａを構成するヨー駆動装置１５Ａ、ヨー旋回輪１１Ａ及びヨーブレーキ２０Ａが固定して取り付けられている。なお、以下では、支柱２の軸中心線がＣＬの場合（図１に実線表示した構成）について説明する。【００１９】
ナセル３は、転がり軸受を用いたヨー旋回輪１１Ａを介して、支柱２の上端部に旋回可能に取り付けられている。なお、図中の符号１２はナセル３を構成するナセル台板である。
支柱２の上端部となる固定支持板６には、電動機１３及び駆動ギア１４を備えたヨー駆動装１５Ａが下面側に固定設置されている。この場合、支柱２の軸中心線がＣＬであることから、ヨー駆動装置１５Ａは支柱２の内側に配設されている。
なお、上述した固定支持板６は、支柱２と一体に設けられたものでもよいし、あるいは、板材を後付けする別体構造としてもよい。【００２０】
ヨー駆動装置１５Ａは、電動機１３により駆動ギア１４を回動させる。この駆動ギア１４は、旋回側のリングギア１６と噛合している。この場合のリングギア１６は、ヨー旋回輪１１の旋回側となる旋回側リング１１ｂの内周面に形成されている。
ヨー旋回輪１１Ａは、外輪側となる固定側リング１１ａと内輪側となる旋回側リング１１ｂとの間に多数の転がり部材（ボール等）を介在させた転がり軸受である。このヨー旋回輪１１Ａは、固定側リング部材１１ａの下端面が固定支持板６上に固定され、旋回側リング部材１１ｂの上端面が後述するディスク２１及び連結リング部材１１ｃを介してナセル台板１２の下面に固定されている。【００２１】
上述したヨーシステム１０Ａは、固定支持板６の上面に固定して取り付けられたヨ−ブレーキ２０Ａを備えている。このヨーブレーキ２０Ａは、ナセル台板１２の下面に固定される連結リング部材１１ｃと、旋回側リング部材１１ｂとの間に固定支持されているディスク２１と、固定支持板６に固定支持されているキャリパー２２とを具備して構成される。
このヨーブレーキ２０Ａは、キャリパー２２に設けられた上下一対のブレーキパッド２３により、ディスク２１の上下面を挟持してナセル３の旋回を停止するブレーキ力を発生させる。【００２２】
上述した風力発電装置１によれば、ヨー駆動装置１５Ａ、ヨー旋回輪１１Ａ及びヨーブレーキ２０Ａを具備してなるヨーシステム１０Ａが、従来構造のナセル３側ではなく、支柱２の上部側となる固定支持板６に配置されているので、ナセル３側の重量をヨーシステム１０Ａ分だけを低減することができる。すなわち、従来ナセル３側に取り付けられていたヨーシステム１０Ａの全てをタワートップ側（支柱２の上端部側）へ移動したので、建設時に必要となるナセル３の吊り上げ重量をヨーシステム１０Ａ分だけ低減することができる。【００２３】
ここで、上述した風力発電装置１について、その建設方法（手順）を説明する。
以下に説明する風力発電装置１は、風向に応じて支柱２の上部に設置されたナセル３を旋回させるヨーシステム１０Ａを備え、このヨーシステム１０Ａがヨー駆動装置１５Ａ、ヨー旋回輪１１Ａ及びヨーブレーキ２０Ａを具備するとともに、支柱２が積み上げ式の分割構造とされる。この分割構造は、支柱２の長手方向を複数段（通常は３段以上）に分割するとともに、この柱状部材をフランジ結合等により連結するものである。【００２４】
すなわち、風力発電装置１の大型化に伴って支柱２の高さが増すので、工場から建設現場までの搬送を容易にするため、支柱２を複数段の柱状部材に分割して建設現場で組み立てる構造及び工法が採用されている。
従って、風力発電装置１の建設方法は、支柱２の最上段となる柱状部材にヨーシステム１０Ａの構成要素を取り付ける工程と、柱状部材を連結して支柱２を立設する工程と、支柱２の上端部にナセル３を取り付ける工程と、を備えたものとなる。【００２５】
最上段の柱状部材にヨーシステム１０Ａを取り付ける工程では、ヨー駆動装置１５Ａ、ヨー旋回輪１１Ａ及びヨーブレーキ２０Ａが、工場または建設現場で柱状部材の所定位置に取り付けられる。この結果、柱状部材の重量はヨーシステム１０Ａ分だけ増加するが、柱状部材の重量は増速機や発電機等を備えたナセル３と比較して桁違いに軽量となる。
このため、柱状部材を連結して支柱２を立設する工程においては、ヨーシステム１０Ａを備えた柱状部材を最上段まで吊り上げるクレーンとして、汎用クレーンを使用することができる。【００２６】
こうして支柱２が完成した後には、支柱２の上端部にナセル３を取り付ける工程に移る。この工程では、ヨーシステム１０Ａがなくなって従来構造より軽量化されたナセル３をクレーンにて吊り上げればよいことになる。この場合、支柱２とナセル３との建設時分割面は、連結リング部材１１ｃの上面とナセル台板１２の下面との接合面となり、連結リング部材１１ｃとナセル台板１２との間はボルト結合等により連結される。
従って、ナセル３を軽量化した分だけクレーンのキャパシティが低減されるので、汎用クレーンを使用して吊り上げ作業を実施できるようになる。この結果、上述した構成及び建設工法を採用した風力発電装置１は、専用クレーンの開発や製造に伴う大幅な建設コストの上昇を防止することができる。【００２７】
このような風力発電装置１の建設方法によれば、支柱２の最上段となる柱状部材にヨーシステム１０Ａの構成要素を取り付ける工程と、柱状部材を連結して支柱２を立設する工程と、支柱２の上端部にナセル３を取り付ける工程と、を備えているので、ナセル３の重量は、ヨーシステム１０Ａを柱状部材側へ移動させた分だけ減少する。従って、ナセル３をクレーンで吊り上げて支柱２の上部へ取り付ける作業を実施する際には、クレーンの荷重負担低減により汎用クレーンを使用することができる。【００２８】
ところで、上述した実施形態では、軸中心線をＣＬとしてヨー駆動装置１５Ａが支柱２の内部に配設された構成を採用しているが、たとえば軸中心線をＣＬ′（図１参照）の位置にして、駆動装置１５Ａを支柱２の外側に配設する構成としてもよい。
また、ヨーブレーキ２０Ａの位置についても、実線で示す実施形態に限定されることはなく、図中に想像線で示す配置としてもよい。この場合、支柱２の軸中心線については、ＣＬ及びＣＬ′のいずれであってもよい。【００２９】
次に、本発明に係る風力発電装置１について、他の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態においても、ヨーシステム１０Ｂは全て支柱２の上端部側に配設されている。この場合のヨーシステム１０Ｂでは、ヨー旋回輪としてヨーブレーキ兼用の滑り軸受３０Ｂが採用されている。【００３０】
この滑り軸受３０Ｂは、支柱２の固定支持板６上に固定した固定座３１Ｂとブレーキパッド３２Ｂとの間に、略Ｌ字状断面形状とした旋回リング３３Ｂの鍔部３３ａを摺動可能に支持するように構成されている。この場合のブレーキパッド３２Ｂは、鍔部３３ａの上下両面及び外周面の３面を摺動可能に支持している。
この場合のヨー駆動装置１５において、駆動ギア１４と噛合するリングギア１６が旋回リング３３Ｂの内周面に形成されている構成以外については、上述した第１従来例と実質的に同じである。【００３１】
このように構成されたヨーシステム１０Ｂを採用した風力発電装置１においても、支柱２の上部側となる固定支持板６に全ての構成要素が配置されているので、ナセル３側の重量をヨーシステム１０Ｂ分だけを低減することができる。すなわち、この場合の建設時分割面は、ナセル台板１２の下面及び旋回リング３３Ｂの上面をボルト結合する際の接合面となるので、建設時に必要となるナセル３の吊り上げ重量をヨーシステム１０Ｂ分だけ低減することができる。【００３２】
また、この実施形態においても、支柱２の軸中心線をＣＬとしてヨー駆動装置１５Ａが支柱２の内部に配設された構成を採用しているが、軸中心線をＣＬ′の位置にして、駆動装置１５Ａを支柱２の外側に配設する構成としてもよい。
また、ヨーブレーキ兼用の滑り軸受３０Ｂについても、図３に示した実施形態に限定されることはなく、たとえば駆動歯車１４との位置関係において反対側（軸中心線ＣＬ側）に配置してもよい。【００３３】
上述したように、本発明の風力発電装置１では、ヨーシステム１０Ａ，１０Ｂを支柱２の上部側へ取り付ける構成としたので、ヨーシステム１０Ａ，１０Ｂ分だけナセル３の重量を低減し、建設時に使用するクレーンのキャパシティを小さくすることができる。従って、風力発電装置１の大型化に伴ってナセル３の重量が増加するような場合であっても、ヨーシステム１０Ａ，１０Ｂの重量分だけナセル３の重量増加を抑制し、建設コストを安価にする汎用クレーンを使用して建設可能な範囲を広げることができる。
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。
【図１】
2009150715.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2009150715.tif 000008
2009150715.tif 000009