(57)【要約】【課題】風力発電装置の大型化を容易にするため、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造を提供すること。【解決手段】増速機と発電機との間を連結して軸トルクの伝達をする風力発電装置の軸カップリング構造において、繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなるリンク部材２０を介してトルク伝達を行う。【選択図】図１
2006250034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増速機と発電機との間を連結して軸トルクの伝達をする風力発電装置の軸カップリング構造であって、
繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなるリンク部材を介してトルク伝達を行うことを特徴とする風力発電装置のカップリング構造。
【請求項２】
前記リンク部材は、繊維材を同一方向に配列した一方向材と、該一方向材の両端連結部に貼り付けたダブルバイアスマット材とにより構成され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のカップリング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に適用される軸カップリング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電装置においては、増速機と発電機との間を連結して軸トルクを伝達するとともに、両軸のミスアライメントを吸収する軸カップリングが用いられている。
このような風力発電装置用の軸カップリングとしては、ステンレス製の薄板を重ね合わせたディスク型カップリングが使用されている。
【０００３】
さらに、近年の風力発電装置においては、風車の大型化に伴い、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の厚板リンク方式を採用した軸カップリング構造もある。
また、軸トルクの伝達に用いられる駆動用カップリングとしては、耐久性を向上させるため、薄板であるラミネートプレートを複数枚重ね合わせて構成されたラミネートカップリングが提案されている。このラミネートカップリングにおいては、板厚の薄いラミネートを複数枚重ね合わせた中間部を、板厚の厚い両端のラミネートプレートで挟んで構成することにより、疲労破壊の防止や共振に対する信頼性が向上するとされる。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平１１−３２４８４５号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年における風力発電装置の大型化に伴い、空力荷重の増加、ナセルの大型化及び軽量化が進み、特に増速機と発電機との間を連結する高速軸でのミスアライメント量が増加する傾向にある。しかしながら、従来のステンレス製薄板を重ね合わせたディスク型カップリングは、増加傾向にあるミスアライメントの吸収量に限界があるので、風力発電装置の大型化を困難にする要因の一つとなっている。
このような背景から、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造の開発が望まれる。
【０００５】
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、風力発電装置の大型化を容易にするため、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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の軸カップリング構造は、増速機と発電機との間を連結して軸トルクの伝達をする風力発電装置の軸カップリング構造であって、繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなるリンク部材を介してトルク伝達を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
このような風力発電装置のカップリング構造によれば、繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなるリンク部材を介してトルク伝達を行うので、ヤング率が小さくフレキシブル性の高いリンク部材により、トルクの伝達を確実に行うとともに、ミスアライメントの吸収量を増加させることができる。
【０００８】
上述した本発明においては、前記リンク部材は、繊維材を同一方向に配列した一方向材と、該一方向材の両端連結部に貼り付けたダブルバイアスマット材とを組み合わせた構成であることが好ましく、これにより、リンク部材に作用する引張応力と略同方向に繊維材を配列して強度特性を最適化することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明によれば、フレキシブル性の高い繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製薄板のリンクを重ね合わせた構成としたので、確実なトルク伝達に加えて、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造を提供することができる。このため、風力発電装置の大型化を妨げている要因の一つであるミスアライメントの問題が解消され、風力発電装置の大型化を容易にするという顕著な効果が得られる。
また、ミスアライメントの吸収量が大きい軸カップリング構造を採用することで、製造工場及び設置現場において増速機と発電機の間で厳密なセンターリングを行う必要がなくなるので、組立作業時の工数低減にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る風力発電装置の軸カップリング構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図８に示す風力発電装置１は、基礎上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能としてナセル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の風車翼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。
【００１１】
ナセル３の内部には、風力で回転する風車翼５及びロータヘッド４の回転数を増速して効率よく発電するため、図示しない増速機及び発電機が収納設置されている。増速機及び発電機の軸間は、カップリングを介して互いに連結し、軸トルクが伝達されるようになっている。
図１に示すように、両機器の入力軸６及び出力軸７を連結する軸間には、ミスアライメントを吸収してトルク伝達を行うため、軸カップリング装置１０が設けられている。この軸カップリング装置１０は、フレキシブル性の高い素材である繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰ）製の薄板を複数枚積層してなるリンク部材２０を介してトルク伝達を行うように構成されている。
【００１２】
図示の軸カップリング装置１０は、図２に示すように、軸部１２の両端部に、すなわち入力軸６と軸部１２との間及び出力軸７と軸部１２との間に、各々４枚のリンク部材２０を配置した構成とされる。
４枚のリンク部材２０は、図２（ａ）に示すように、矩形状の両端部を略半円形状に切り欠いたもので、軸部１２の中心軸（点Ｃ）を中心にして、同一面上の円周方向に９０度ピッチで均等に配置されている。また、各リンク部材２０の長手方向となる軸線Ｌは、軸部１２の中心軸を通り、この中心軸と直交する軸部１２の断面円周方向を９０度に分割する直線Ｄと直交する配置とされる。
【００１３】
各リンク部材２０は、一端が入力軸６側の端部に固着したフランジ６ａにボルト・ナット１３をもって固定され、他端が軸部１２の端部に固着した支持板１４にボルト・ナット１５をもって固定されている。すなわち、各リンク部材２０は、一端が入力軸６側に連結され、他端が軸部１２側に連結された構成となる。なお、リンク部材２０が入力軸６と連結される部分の支持板１４は切り欠かれて存在せず、同様に、リンク部材２０が軸部１２と連結される部分のフランジ６ａには、貫通孔６ｂ（図１参照）が穿設されている。
また、図２（ｂ）に示す出力軸７側については、リンク部材２０等の配置を全体に円周方向へ９０度回転させた構成とし、かつ、リンク部材２０の一端を固定する相手が出力軸７のフランジ７ａとなる以外は、実質的に上述した入力軸６側と同じになる。なお、図１における符号７ｂは、リンク部材２０が軸部１２と連結される部分のフランジ７ａに穿設された貫通孔である。
【００１４】
続いて、上述したリンク部材２０の構成を図３及び図４に基づいて説明する。
リンク部材２０は、薄板積層体２１の両端に連結部２２，２３を設けた構成とされる。連結部２２，２３は、薄板積層体２１を貫通するスリーブ２４の鍔部２４ａと、板状部材２５とにより、薄板積層体２１を両面から挟持した構成とされる。連結部２２，２３は、各々異なる面に鍔部２４ａ及び板状部材２５が配置されている。また、スリーブ２４の貫通孔は、上述したボルト・ナット１３，１５を通す穴となる。
【００１５】
薄板積層体２１は、図４に示すＦＲＰ製薄板３０を複数枚（たとえば７枚）積層したものである。ＦＲＰ製薄板３０は、繊維材を同一方向に配列した一方向材（ＵＤ材）よりなる板材３１と、板材３１の両端部にダブルバイアスマット材（ＤＢＭ材）３２を両面に貼り付けた連結部３３とにより構成される。ここで使用するＦＲＰの一方向材は、繊維材をリンク部材２０の軸線Ｌと同一方向に配列した板材３１とされる。また、ダブルバイアスマット材３２は、複数方向から入力を受ける連結部３３の補強材として機能するように、繊維材を複数方向（たとえば直交する２方向）に配列したＦＲＰ板材である。なお、図中の符号３４は、上述したスリーブ２４を挿入するための貫通孔である。
このように、両端部の両面にダブルバイアスマット材３２を貼り付けたＦＲＰ製薄板３０を複数枚積層した薄板積層体２１は、図示されてはいないものの、実際には隣接する板材３１間に、ダブルバイアスマット材３２を２枚重ねた厚さに相当する微小な隙間が形成されている。
【００１６】
以下、上述した構成の軸カップリング装置１０について、その動作及び作用を図１、図５ないし図７に基づいて説明する。
図５は、入力軸６から出力軸７にトルク伝達を行う場合において、軸カップリング装置１０に作用する接線方向の力Ｆｔを示している。この力Ｆｔは、入力軸６の回転がフランジ６ａを介してボルト・ナット１３に伝達され、さらに、リンク部材２０及びボルト・ナット１５を介して支持板１４に伝達される。このようにして支持板１４と一体である軸部１２に伝達されたトルクは、実質的に上述した入力軸６と同様の方法で出力軸７にトルク伝達が行われる。
【００１７】
このような力Ｆｔを受けると、リンク部材２０においても、図６（ａ）に示すように、同様の力Ｆｔが作用する。このような力Ｆｔを受けることにより、図７に示すように、各板材３１には引張力ｆとして作用するが、この引張力ｆと略同方向に繊維材を配列した一方向材が採用されている。この繊維材は引張応力が大きいため、一方向材の特性を利用することで強度上極めて有利になる。
また、入力軸６及び出力軸７間にミスアライメントが生じた場合、図６（ｂ）に示すような力Ｆｍがリンク部材２０に作用する。この結果、リンク部材２０の薄板積層体２１には引張力ｆが作用するので、各板材３１にも同様の引張力ｆが作用する。従って、この引張力ｆと略同方向に繊維材を配列した一方向材の採用により、リンク材２０がフレキシブルに撓んで広範囲にわたってミスアライメントを吸収するとともに、強度面でも極めて有利になる。
【００１８】
すなわち、上述した風力発電装置のカップリング構造によれば、繊維強化プラスチック製の薄い板材３１を積層してなるリンク部材２０を介してトルク伝達を行うので、ヤング率が小さくフレキシブル性の高いリンク材２０により、トルクの伝達を確実に行うとともに、強度面の向上とともに信頼性が増し、かつ、ミスアライメントの吸収量も増加させることができる。
また、リンク部材２０は、軸線Ｌが中心Ｃを通り円周方向を分割する直線Ｄと直交するように配置され、かつ、繊維材を軸線Ｌと同一方向に配列した一方向材と、この一方向材の両端連結部に貼り付けたダブルバイアスマット材とを組み合わせた構成としたので、リンク部材２０の軸線方向に作用する引張応力と略同方向に繊維材が配列されて強度特性を最適化することができる。
【００１９】
また、リンク部材２０は、左右対称となるよう９０度ピッチに４枚が配置されているので、逆回転方向のトルク伝達にも対応することが可能である。
なお、伝達トルクの大きさによっては、リンク部材２０を３枚とすることも可能である。この場合、逆回転方向のトルク伝達に対しては、リンク部材２０に圧縮力が付加される。  
さらに、図４に示す薄板積層材は、ダブルバイアスマットを両端のスリーブ貫通孔の周囲にのみ配しいているが、伝達トルク及びミスアライメントの大きさによっては、ダブルバイアスマットを薄板積層材の全面に配することも可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば板材３１の積層枚数など、本発明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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る風力発電装置のカップリング構造について、一実施形態を示す断面図である。
【図２】リンク部材の配列を示す図で、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】リンク部材の構成例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部断面正面図である。
【図４】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製薄板の構成例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図２（ｂ）のリンク部材に対し、トルク伝達により作用する力Ｆｔの方向を示す説明図である。
【図６】リンク部材単体に作用する力の方向を示す説明図で、（ａ）はトルク伝達により作用する力Ｆｔの方向を示し、（ｂ）はミスアライメントの吸収により作用する力Ｆｍの方向を示している。
【図７】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製薄板に作用する引張力ｆを示す説明図である。
【図８】風力発電装置の構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    風力発電装置
３    ナセル
６    入力軸
７    出力軸
６ａ，７ａ    フランジ
１０    軸カップリング装置
１２    軸部
１３，１５    ボルト・ナット
１４    支持板
２０    リンク部材
２１    薄板積層体
２４    スリーブ
２４ａ    鍔部
２５    板状部材
３０    ＦＲＰ製薄板
３１    板材（一方向材／ＵＤ材）
３２    ダブルバイアスマット材（ＤＢＭ材）
【図１】
2006250034.tif 000003
【図２】
2006250034.tif 000004
【図３】
2006250034.tif 000005
【図４】
2006250034.tif 000006
【図５】
2006250034.tif 000007
【図６】
2006250034.tif 000008
【図７】
2006250034.tif 000009
【図８】
2006250034.tif 000010