(57)【要約】【課題】一方向クラッチにおける外輪及び内輪の被噛み合い面の摩耗状態を把握することができる回転伝達装置を提供する。【解決手段】回転伝達装置１１の一方向クラッチ７は、増速器３の出力軸３５及び発電機４の入力軸４１の一方側に設けられる内輪７１と、他方側に設けられる外輪７２と、内輪７１及び外輪７２の間のくさび状空間Ｓに配置されるころ７３とを備え、出力軸３５の回転速度が、入力軸４１の回転速度を上回る場合に、ころ７３が外輪７２及び内輪７１に噛み合うことにより出力軸３５と入力軸４１とを一体回転可能に接続し、出力軸３５の回転速度が入力軸４１の回転速度を下回る場合に、噛み合いを解除することにより接続を遮断する。そして、回転伝達装置１１は、発電機４の負荷トルクの変化により生じる内輪７１と外輪７２との間の捻れ角を検出する検出機構１２，１３を備える。【選択図】図２
2015036522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力による主軸の回転を増速して出力軸から出力する増速機の前記出力軸と、前記出力軸の回転を入力軸から入力して発電する発電機の前記入力軸との間に設けられる一方向クラッチを有し、前記一方向クラッチが、前記出力軸及び前記入力軸の一方側に設けられる内輪と、他方側に設けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間のくさび状空間に配置されるころとを備え、前記出力軸の回転速度が、前記入力軸の回転速度を上回る場合に、前記ころが前記内輪及び前記外輪に噛み合うことにより前記出力軸と前記入力軸とを一体回転可能に接続し、前記出力軸の回転速度が前記入力軸の回転速度を下回る場合に、前記噛み合いを解除することにより前記接続を遮断する、回転伝達装置であって、
前記発電機の負荷トルクの変化により生じる前記内輪と前記外輪との間の捻れ角を検出する検出機構を備えていることを特徴とする、回転伝達装置。
【請求項２】
前記負荷トルクの変化量に対する前記捻れ角の大きさに基づいて前記一方向クラッチにおける前記内輪及び前記外輪の摩耗状態を判定する判定部をさらに備えている、請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項３】
前記検出機構は、前記内輪の絶対回転角度を検出する第１検出部と、前記外輪の絶対回転角度を検出する第２検出部と、両検出部の検出値の差を求める演算部とを備えている、請求項１又は２に記載の回転伝達装置。
【請求項４】
前記検出機構は、前記内輪と前記外輪との相対回転による角度変化を直接的に検出する検出部を備えている、請求項１又は２に記載の回転伝達装置。
【請求項５】
前記判定部における判定結果を風力発電装置の外部へ送信する送信部を有している、請求項２に記載の回転伝達装置。
【請求項６】
風力による主軸の回転を増速して出力軸から出力する増速機と、前記出力軸の回転を入力軸から入力して発電する発電機と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転伝達装置と、を備えている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、回転伝達装置、及びこれを備えた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブレードにより風力を受けて当該ブレードに接続された主軸を回転させ、その主軸の回転を増速機により増速させて発電機を駆動するようにした風力発電装置が知られている。また、風力の変動等に起因する発電機の慣性トルクの変動を抑制し、増速機にかかる負荷を低減するため、増速機の出力軸と発電機の入力軸との間に一方向クラッチを設ける技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この一方向クラッチは、出力軸及び入力軸の一方側に設けられる内輪と、他方側に設けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に形成されたくさび状空間に配置されるころとを備え、出力軸の回転速度が入力軸の回転速度を上回る場合には、ころがくさび状空間の狭い領域に移動して内輪及び外輪に噛み合うことによって出力軸と入力軸とを一体回転可能に接続し、出力軸の回転速度が入力軸の回転速度を下回る場合には、ころがくさび状空間の広い領域に移動して前記噛み合いを解除することによって出力軸と入力軸の接続を遮断するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風力発電装置の長期間の使用により、ころが噛み合う外輪の内周面及び内輪の外周面（以下、これらを「被噛み合い面」ともいう）が摩耗すると、くさび状空間における内輪と外輪の被噛み合い面がなす角度（くさび角）が次第に大きくなり、外輪及び内輪ところとの間で「すべり」が発生しやすくなる。このような「すべり」は、動力伝達不良の原因になり、発電効率の悪化を招来する。したがって、被噛み合い面の摩耗状態を把握し、発電効率の悪化を未然に防止することが重要となる。
【０００６】
本発明は、以上のような実情に鑑み、一方向クラッチにおける内輪及び外輪の被噛み合い面の摩耗状態を把握することができる回転伝達装置、及びこれを備え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】
【０００７】
（１）  本発明は、風力による主軸の回転を増速して出力軸から出力する増速機の前記出力軸と、前記出力軸の回転を入力軸から入力して発電する発電機の前記入力軸との間に設けられる一方向クラッチを有し、前記一方向クラッチが、前記出力軸及び前記入力軸の一方側に設けられる内輪と、他方側に設けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間のくさび状空間に配置されるころとを備え、前記出力軸の回転速度が、前記入力軸の回転速度を上回る場合に、前記ころが前記内輪及び前記外輪に噛み合うことにより前記出力軸と前記入力軸とを一体回転可能に接続し、前記出力軸の回転速度が前記入力軸の回転速度を下回る場合に、前記噛み合いを解除することにより前記接続を遮断する、回転伝達装置であって、前記発電機の負荷トルクの変化により生じる前記内輪と前記外輪との間の捻れ角を検出する検出機構を備えていることを特徴とする。
【０００８】
一方向クラッチを介して出力軸の回転を入力軸に伝達し、発電機のロータを回転させて発電を行っているとき、当該ロータを回転させるための負荷トルクが増加すると、一方向クラッチのころがくさび状空間のより狭い領域に移動し、その移動の際に内輪と外輪との間に相対回転が生じる。この相対回転の角度である「捻れ角」は、内輪及び外輪の被噛み合い面の摩耗に起因するくさび角の増大に伴って大きくなる。したがって、この捻れ角を検出することによって、内輪及び外輪の被噛み合い面の摩耗状態を把握することができ、発電効率の悪化を招く前に一方向クラッチの交換や修理等の措置を施すことが可能となる。
【０００９】
（２）  前記回転伝達装置は、前記負荷トルクの変化量に対する前記捻れ角の大きさに基づいて前記一方向クラッチにおける前記内輪及び前記外輪の摩耗状態を判定する判定部をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、判定部における判定結果をもとに、一方向クラッチの交換や修理等の措置を施すことができる。
【００１０】
（３）  前記検出機構は、前記内輪の絶対回転角度を検出する第１検出部と、前記外輪の絶対回転角度を検出する第２検出部と、両検出部の検出値の差を求める演算部とを備えていてもよい。
このような構成によって内輪と外輪との間の捻れ角を検出することができる。
【００１１】
（４）  また、前記検出機構は、前記内輪と前記外輪との相対回転による角度変化を直接的に検出する検出部を備えていてもよい。
このような構成によっても内輪と外輪との間の捻れ角を検出することができる。また、検出部の数を少なくすることができるので、検出機構を安価に構成することができる。
【００１２】
（５）  前記判定部における判定結果を風力発電装置の外部へ送信する送信部を有していてもよい。
この構成によれば、例えば、風力発電装置を外部から監視する運転監視装置を備えている場合には、この運転監視装置に判定部の判定結果を送信することで、内輪及び外輪の摩耗状態等を遠隔において把握することができる。
【００１３】
（６）  本発明の風力発電装置は、風力による主軸の回転を増速して出力軸から出力する増速機と、前記出力軸の回転を入力軸から入力して発電する発電機と、上記の回転伝達装置と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一方向クラッチにおける外輪及び内輪の摩耗状態を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置を示す概略側面図である。
【図２】風力発電装置における増速機の出力軸と発電機の入力軸との連結部分を示す断面図である。
【図３】風力発電装置における一方向クラッチを示す断面図である。
【図４】風力発電装置における一方向クラッチの一部を拡大して示す断面図である。
【図５】発電トルクの変化量と捻れ角との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置における増速機の出力軸と発電機の入力軸との連結部分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置を示す概略側面図である。この風力発電装置１は、風力（外力）を受けて回転する主軸２と、この主軸２に連結された増速機３と、この増速機３に連結された発電機４と、この発電機４の運転を制御する制御ユニット９とを備えており、主軸２の回転を増速機３で増速した状態で、発電機４が駆動される。
【００１７】
主軸２の先端部には、例えばブレード（図示省略）が一体回転可能に連結されており、このブレードは風力を受けると主軸２とともに回転するようになっている。
発電機４は、増速機３により増速された回転を入力して回転する駆動軸（入力軸）４１と、発電機４に内蔵されたロータ４２と、図示しないステータ等とを有する。ロータ４２は駆動軸４１に一体回転可能に連結されており、駆動軸４１が回転してロータ４２が駆動することに伴って発電するようになっている。
【００１８】
増速機３は、主軸２の回転を入力してその回転を増速する歯車機構（回転伝達機構）３０を備えている。この歯車機構３０は、遊星歯車機構３１と、この遊星歯車機構３１により増速された回転を入力して、さらにその回転を増速する高速段歯車機構３２とを備えている。
遊星歯車機構３１は、内歯車（リングギヤ）３１ａと、主軸２に一体回転可能に連結された遊星キャリア（図示省略）に保持された複数の遊星歯車３１ｂと、遊星歯車３１ｂに噛み合う太陽歯車３１ｃとを有している。これにより、前記主軸２とともに遊星キャリアが回転すると、遊星歯車３１ｂを介して太陽歯車３１ｃが回転し、その回転が高速段歯車機構３２の低速軸３３に伝達される。
【００１９】
高速段歯車機構３２は、低速ギヤ３３ａを有する前記低速軸３３と、第１中間ギヤ３４ａ及び第２中間ギヤ３４ｂを有する中間軸３４と、高速ギヤ３５ａを有する出力軸３５とを備えている。
低速軸３３は、その直径が例えば約１ｍの大型の回転軸からなり、主軸２と同心上に配置されている。低速軸３３の軸方向両端部はころ軸受３６ａ，３６ｂにより回転自在に支持されている。
【００２０】
中間軸３４は、低速軸３３の上方に配置されており、その軸方向両端部はころ軸受３７ａ，３７ｂにより回転自在に支持されている。中間軸３４の第１中間ギヤ３４ａは低速ギヤ３３ａと噛み合い、第２中間ギヤ３４ｂは高速ギヤ３５ａと噛み合っている。
出力軸３５は、中間軸３４の上方に配置されており、回転トルクを出力するようになっている。出力軸３５の軸方向の一端部３５ｂ及び他端部（出力端部）３５ｃ側は、それぞれころ軸受３８，３９により回転自在に支持されている。
【００２１】
以上の構成により、主軸２の回転は、遊星歯車機構３１のギヤ比、低速ギヤ３３ａと第１中間ギヤ３４ａとのギヤ比、及び第２中間ギヤ３４ｂと高速ギヤ３５ａとのギヤ比により３段階に増速され、出力軸３５の出力端部３５ｃからは回転トルクが出力される。すなわち、風力による主軸２の回転は、増速機３により３段階に増速されて、発電機４を駆動するようになっている。
【００２２】
風力発電装置１は、増速機３の出力軸３５に一体回転可能に設けられた入力回転体５と、発電機４の駆動軸４１に一体回転可能に設けられた出力回転体６と、入力回転体５と出力回転体６との間に配置された一方向クラッチ７と、一方向クラッチ７の軸方向両側に配置された一対の転がり軸受８とを有する回転伝達装置１１をさらに備えている。一方向クラッチ７は、出力軸３５の回転を入力回転体５及び出力回転体６を介して駆動軸４１に伝達するようになっている。なお、本実施形態では、転がり軸受８が一方向クラッチ７の軸方向両側に配置されているが、一方向クラッチ７の軸方向一方側のみに配置されたものであってもよい。
【００２３】
図２は、増速機３の出力軸３５と発電機４の駆動軸４１との連結部分を示す断面図である。図２において、入力回転体５は、出力軸３５と同心上に配置されており、その軸方向一端部（図３の左端部）から軸方向他端部（図３の右端部）に向けて、フランジ部５１、大径部５２及び小径部５３をこの順に有している。
フランジ部５１は、大径部５２の外周面よりも径方向外側に延びて形成されており、出力軸３５の出力端部３５ｃに着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部５１は、前記出力端部３５ｃに形成されたフランジ部３５ｃ１に当接した状態で、図示しないボルト・ナットにより当該フランジ部３５ｃ１に締結固定されている。小径部５３の端面と駆動軸４１のフランジ部４１ａの端面との間には、隙間Ｓ１が形成されている。
【００２４】
出力回転体６は、入力回転体５の径方向外側に同心上に配置されており、円筒部６１と、この円筒部６１の軸方向他端部（図３の右端部）に形成されたフランジ部６２とを有している。
フランジ部６２は、円筒部６１の外周面よりも径方向外側に延びて形成されており、駆動軸４１の一端部に着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部６２は、駆動軸４１の一端部に形成されたフランジ部４１ａに当接した状態で、図示しないボルト・ナットにより当該フランジ部４１ａに締結固定されている。
【００２５】
円筒部６１の内周面は円筒面とされており、円筒部６１の軸方向一端部（図２の左端部）の内周面と、入力回転体５の大径部５２の外周面との隙間には、円筒部６１と入力回転体５の小径部５３との間の環状空間を密封するための環状のシール部材１０が設けられている。円筒部６１の前記一端部側の端面と、この端面に対向する入力回転体５のフランジ部５１の端面との間には、隙間Ｓ２が形成されている。これにより、駆動軸４１から出力回転体６を切り離した状態で、出力回転体６は入力回転体５に対して軸方向両側に移動可能となっている。
【００２６】
図３は、一方向クラッチ７を示す断面図である。図２及び図３において、一方向クラッチ７は、内輪７１及び外輪７２と、この内輪７１の外周面７１ａと外輪７２の内周面７２ａとの間に配置された複数のころ７３とを備えている。
内輪７１は、入力回転体５の小径部５３の軸方向中央部に外嵌して固定されており、小径部５３と一体回転するようになっている。出力回転体６における円筒部６１の軸方向中央部の領域Ｂは、一方向クラッチ７の外輪７２とされている。したがって、円筒部６１の領域Ｂの内周面が、外輪７２の内周面７２ａとされている。ころ７３は、円柱形状であり、本実施形態では周方向に８つ配置されている。
【００２７】
一方向クラッチ７は、各ころ７３を円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器７４と、各ころ７３を一方向に弾性的に付勢する複数の弾性部材７５とをさらに備えている。
保持器７４は、軸方向に対向する一対の円環部７４ａと、両円環部７４ａの間で軸方向に延びかつ周方向等間隔に配列されて当該両円環部７４ａを連結する複数の柱部７４ｂとを有している。両円環部７４ａと隣接する柱部７４ｂとの間には複数のポケット７４ｃが形成されており、各ポケット７４ｃに各ころ７３が個別に収容されている。
弾性部材７５は、圧縮コイルバネからなり、保持器７４の各ポケット７４ｃに個別に収容されて柱部７４ｂに取り付けられている。
【００２８】
図３において、内輪７１の外周面７１ａにはころ７３と同数（８つ）の平坦なカム面７１ａ１が形成されており、外輪７２の内周面７２ａは円筒面とされている。内輪７１のカム面７１ａ１と外輪７２の円筒面との間には、くさび状空間Ｓが周方向に複数（８つ）形成されている。そして、ころ７３は各くさび状空間Ｓに個別に配置されており、弾性部材７５がころ７３をくさび状空間Ｓが狭くなる方向に付勢している。ころ７３の外周面は、内輪７１のカム面７１ａ１及び外輪７２の円筒面に接触する接触面７３ａとなっており、この接触面７３ａは幅方向（軸方向）に真っ直ぐに形成されている。なお、一方向クラッチ７は、内外輪７１，７２間に、基油にエステル、増ちょう剤にウレア系のもの等を用いた温度変化に影響をうけにくい潤滑剤であるグリースが設けられた環境にある。
【００２９】
このように構成された一方向クラッチ７では、入力回転体５が増速回転することにより、入力回転体５の回転速度が、出力回転体６の回転速度を上回る場合には、内輪７１が外輪７２に対して一方向（図３の反時計回り方向）に相対回転しようとする。この場合、弾性部材７５の付勢力により、ころ７３はくさび状空間Ｓが狭くなる方向へ僅かに移動して、ころ７３の接触面７３ａが内輪７１の外周面７１ａ及び外輪７２の内周面７２ａに圧接し、一方向クラッチ７はころ７３が内外輪７１，７２の間に噛み合った状態となる。これにより、内外輪７１，７２は前記一方向に一体回転可能となり、入力回転体５と出力回転体６とを一体回転可能に接続することができる。
【００３０】
また、入力回転体５が増速回転後に一定速回転となり、入力回転体５の回転速度が、出力回転体６の回転速度と同一になった場合には、ころ７３が内外輪７１，７２の間に噛み合った状態で保持される。このため、一方向クラッチ７は、内外輪７１，７２の前記一方向への一体回転を維持し、入力回転体５及び出力回転体６は一体回転し続ける。
【００３１】
一方、入力回転体５が減速回転することにより、入力回転体５の回転速度が、出力回転体６の回転速度を下回る場合には、内輪７１が外輪７２に対して他方向（図３の時計回り方向）に相対回転しようとする。この場合には、弾性部材７５の付勢力に抗して、ころ７３がくさび状空間Ｓが広くなる方向へ僅かに移動することにより、ころ７３と内外輪７１，７２との噛み合いが解除される。このように、ころ７３の噛み合いが解除されることで、入力回転体５と出力回転体６との接続が遮断される。
【００３２】
図２において、一対の転がり軸受８は、入力回転体５の小径部５３と出力回転体６の円筒部６１との間にそれぞれ配置されており、入力回転体５及び出力回転体６を互いに相対回転可能に支持している。また、各転がり軸受８は、その軸方向端部に一方向クラッチ７の保持器７４の軸方向両端面にそれぞれ当接可能に、前記一方向クラッチ７の軸方向両側にそれぞれ隣接して配置されている。
【００３３】
転がり軸受８は、内輪８１及び外輪８２と、内輪８１と外輪８２との間に転動可能に配置された複数の円筒ころ８３とを備えた円筒ころ軸受からなる。
内輪８１は、外周に形成された内輪軌道面８１ａと、この内輪軌道面８１ａの軸方向両側において径方向外側に向かって突出して形成された内輪鍔部８１ｂとを有している。各内輪鍔部８１ｂの内側面には、円筒ころ８３の両端面がそれぞれ摺接するようになっている。また、一方向クラッチ７に隣接する内輪鍔部８１ｂの外側面８１ｂ１は、一方向クラッチ７の保持器７４の軸方向端面である円環部７４ａの外側面が当接する当接面とされている。
【００３４】
出力回転体６における円筒部６１の軸方向両端部の領域Ａ及び領域Ｃは、転がり軸受８の外輪８２とされており、この領域Ａ，Ｃの各内周面に外輪８２の外輪軌道面８２ａが形成されている。この外輪軌道面８２ａと内輪軌道面８１ａとの間には、円筒ころ８３が転動可能に配置されている。
【００３５】
本実施形態の風力発電装置１は、増速機３の出力軸３５とともに一体回転する入力回転体５と、発電機４の駆動軸４１とともに一体回転する出力回転体６との間に配置した一方向クラッチ７により、入力回転体５の回転速度が出力回転体６の回転速度を下回ると、入力回転体５と出力回転体６との接続を遮断することができる。つまり、風力の低下により主軸２を介して出力軸３５の回転速度が急激に低下しても、発電機４のロータ４２の慣性による回転が駆動軸４１を介して出力軸３５に伝達されるのを防止することができる。これにより、出力軸３５を支持しているころ軸受３８に作用するラジアル荷重の減少及びこれに伴うころ軸受３８の円筒ころの自転遅れを抑制することができる。したがって、この状態から風力変化により主軸２の回転速度が急激に増加してころ軸受３８の円筒ころに高荷重がかかったときに、ころ軸受３８の円筒ころが内輪との接触面で滑りにくくなるため、ころ軸受３８にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
【００３６】
また、ロータ４２の慣性による回転が出力軸３５に伝達されるのを防止することにより、増速機３のころ軸受３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８，３９等に作用する負荷を低減することができる。これにより、遊星歯車機構３１の各歯車３１ｂ，３１ｃや、高速段歯車機構３２の各軸３３〜３５及びころ軸受３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８，３９をいずれも小型化することができるため、増速機３を軽量化することができ、かつ低コストで製造することができる。
さらに、入力回転体５と出力回転体６との接続を遮断することにより、発電機４のロータ４２は、急激に減速することなく慣性によって回転し続けるため、ロータ４２の平均回転速度を上げることができる。これにより、発電機４の発電効率を向上させることができる。
【００３７】
また、入力回転体５と出力回転体６との間には、これらを互いに相対回転可能に支持する転がり軸受８が配置されているため、一方向クラッチ７においてころ７３と内外輪７１，７２との噛み合いが解除されることにより、くさび状空間Ｓでころ７３と内外輪７１，７２との間に隙間が発生したときに、転がり軸受８によって入力回転体５及び出力回転体６が互いに径方向に相対移動するのを防止することができる。したがって、風力発電装置１の運転中に、入力回転体５及び出力回転体６が径方向にがたつくのを防止することができる。
【００３８】
図２に示されるように、回転伝達装置１１は、入力回転体５及び内輪７１の回転角度（絶対角度）を検出する入力側検出部（第１検出部）１２と、出力回転体６及び外輪７２の回転角度（絶対角度）を検出する出力側検出部（第２検出部）１３とを含む検出機構を備えている。入力側検出部１２は、磁気式のエンコーダにより構成され、Ｎ極とＳ極とが周方向交互に着磁されたパルサリング１２ａと、このパルサリング１２ａの磁気変化を検出する磁気検出器１２ｂを有している。パルサリング１２ａは、入力回転体５のフランジ部５１の外周面に取り付けられている。また、磁気検出器１２ｂは、パルサリング１２ａの径方向外側に間隔をあけて配置されている。
【００３９】
同様に、出力側検出部１３も磁気式のエンコーダにより構成され、パルサリング１３ａと、磁気検出器１３ｂとを有している。パルサリング１３ａは出力回転体６のフランジ部６２の外周面に取り付けられている。磁気検出器１３ｂは、パルサリング１３ａの径方向外側に間隔をあけて配置されている。
入力側検出部１２及び出力側検出部１３におけるパルサリング１２ａ，１３ａは、それぞれ入力回転体５及び出力回転体６とともに回転する。そして、パルサリング１２ａ、１３ａの回転によって磁気検出器１２ｂ，１３ｂの検出面の近傍をＮ極とＳ極とが交互に通過する。
【００４０】
磁気検出器１２ｂ，１３ｂは、ホール素子等の磁気検出素子を内蔵しており、パルサリング１２ａ，１３ａの回転に伴う磁束の向きの変化を電気信号に変換して出力する。したがって、磁気検出器１２ｂ，１３ｂの出力信号は、入力回転体５及び出力回転体６の回転角度に対応したものとなる。そして、磁気検出器１２ｂ，１３ｂの出力信号は、制御ユニット９（図１参照）に逐次送信される。
【００４１】
図１に示されるように、制御ユニット９は、回転伝達装置１１（又は検出機構）の構成要素として働く機能部として、演算部９１、判定部９２、及び送信部９３を備えている。入力側検出部１２の出力信号と出力側検出部１３の出力信号は演算部９１に入力され、演算部９１は、各出力信号から入力回転体５と出力回転体６との相対回転角度を求める。なお、入力側検出部１２及び出力側検出部１３の出力信号は、有線又は無線により演算部９１へ送信することができる。
【００４２】
入力回転体５と出力回転体６とが同じ回転速度で一体回転している場合、入力側検出部１２と出力側検出部１３との出力信号は同一となる。この状態で、発電機４のロータ４２を回すための発電トルク（負荷トルク）が増加すると、一方向クラッチ７のころ７３は、図４に矢印で示すように、くさび状空間Ｓのより狭い領域へ移動し、その移動の際に入力回転体５の回転に対して出力回転体６の回転に遅れが生じ、両者が僅かに相対回転する。そして、この相対回転の角度、すなわち、入力回転体５と出力回転体６の捻れ角αは、入力側検出部１２の出力信号と出力側検出部１３の出力信号との差により求めることができる。
【００４３】
制御ユニット９の判定部９２には、発電トルクの変化量と、演算部９１で求められた入力回転体５と出力回転体６との捻れ角αとがそれぞれ入力される。発電トルクの変化量は、発電機４の出力電流の変化量から換算することができる。そして、判定部９２は、発電トルクの変化量に対する捻れ角αの大きさに基づいて、ころ７３が噛み合う外輪７２の内周面７２ａや内輪７１のカム面７１ａ１の摩耗、すなわち、外輪７２及び内輪７１における被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗の状態を判定する。
【００４４】
ここで、入力回転体５と出力回転体６との間の捻れ角αは、くさび状空間Ｓのくさび角θ（図４参照）の大きさに応じて変動する。また、くさび角θは、外輪７２及び内輪７１における被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗に伴って大きくなる。そのため、被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗が大きくなると捻れ角αも大きくなると言える。そして、本実施形態では、発電トルクの変化量に対する捻れ角αの大きさを所定の閾値と比較することによって、被噛み合い面７２ａの摩耗状態を判定している。以下、具体例を説明する。
【００４５】
図５は、発電トルクの変化量と捻れ角αとの関係を示すグラフである。このグラフには、閾値を設定する第１の閾値線Ｌ１が設定されている。そして、例えば、発電トルクの変化量がＴである場合、このときの捻れ角αが第１の閾値線Ｌ１よりも低い領域（Ａ）にあれば（捻れ角α１の場合）、判定部９２は、被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗が小さいと判定し、第１の閾値線Ｌ１よりも高い領域（Ｂ）にあれば（捻れ角α２の場合）、判定部９２は被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗が大きいと判定する。例えば、捻れ角αが第１の閾値線Ｌ１よりも上側にあれば、故障の危険性が高いと判断することができる。
【００４６】
制御ユニット９の送信部９３は、判定部９２による判定結果を風力発電装置１の外部に設けられた運転監視装置（運転監視設備）２０へ逐次送信する。この運転監視装置２０は、風力発電装置１の運転状況や不具合の発生有無等を常時監視するものであり、制御ユニット９から送信される判定結果に基づいて一方向クラッチ７の被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗状態も監視する。そして、判定部９２によって、被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗が大きいと判定された場合には、運転監視装置２０を扱う作業員にその旨を報知する。したがって、発電効率の悪化や風力発電装置１の故障を招く前に、風力発電装置１を停止し、一方向クラッチ７の交換や修理等の措置を施すことが可能となる。なお、送信部９３は、無線又は有線により判定結果を送信することができる。また、風力発電装置１の停止は、判定部９２による判定結果に応じて自動制御により行ってもよい。
【００４７】
また、判定部９２の判定結果は、送信部９３や運転監視装置２０から、部品メーカーに設置された通信設備に送信してもよい。この場合、部品メーカーに素早く部品交換が必要である旨の情報を伝えることができるので、部品交換の用意を早めることができ、風力発電装置１の稼働停止期間を短くし、採算性を高めることができる。
【００４８】
また、図５に示されるように、第１の閾値線Ｌ１の他に、第２の閾値線Ｌ２を設定してもよい。この第２の閾値線Ｌ２は、部品交換の準備時期又は準備検討時期を示すものである。そのため、例えば、捻れ角αが第１，第２の閾値線Ｌ１，Ｌ２の間にある場合（捻れ角α３の場合）、被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗状態が、即座に一方向クラッチ７の故障を招くものではないが部品交換を準備するのが好ましい状態であると判断することができる。そして、この判定部９２の判定結果は、送信部９３や運転監視装置２０から風力発電装置１に関連する各種管理事業者や部品メーカーの通信設備等に送信することが好ましい。この場合、例えば、当該判定結果を受けた部品メーカーは、交換部品を発注するか否かを管理事業者等に対して打診することができる。これにより、交換部品の発注作業が円滑になり交換作業も素早く行うことができる。したがって、風力発電装置１の稼働停止期間を短縮することができ、採算性を高めることができる。また、より多くの風力発電装置を管理する場合に、その管理を容易に行うことができる。
【００４９】
〔第２の実施形態〕
図６は、本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置における増速機の出力軸と発電機の入力軸との連結部分を示す断面図である。
本実施形態の回転伝達装置１１は、入力回転体５と出力回転体６との相対回転角度を直接的に検出する１つの検出部１４を有する検出機構を備えている。この検出部１４は、例えば、第１の実施形態と同様にエンコーダにより構成され、入力回転体５に取り付けられる検出器１４ａと、その内周側に対向し、出力回転体６側に取り付けられるパルサリング１４ｂとを有する。そして、検出部１４は、入力回転体５と出力回転体６とが相対回転したときに、その角度（捻れ角）を直接的に検出する。したがって、本実施形態では、検出部の数を減らすことができるとともに、第１の実施形態のように捻れ角を求めるための演算部９１（図１参照）が不要となるため、検出機構を簡素且つ安価に構成することが可能である。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００５０】
なお、本発明は、前記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記の実施形態において、検出機構を構成する検出部１２〜１４は、磁気式のエンコーダに限らず、光学式のエンコーダを用いることができる。また、レゾルバやポテンショメータ等の他の回転角度検出器を適宜選択して用いることができる。
【００５１】
上記各実施形態では、検出部による検出結果や判定部による判定結果を逐次送信する構成とされていたが、データロガー等の記録装置によって情報を蓄積し、定期的に記録装置から情報を取り出すようにしてもよい。
上記実施形態においては、検出機構が、発電機４の発電トルクの変化により生じる捻れ角の大きさを求めていたが、発電機４の発電トルクと回転速度とを同期させ、発電機４のロータの回転を加減速させたときの慣性トルクにより生じる捻れ角の大きさを求めてもよい。また、検出機構による捻れ角の検出は、通常の風力発電装置１の運転中に行ってもよいし、メンテナンス時等に行ってもよい。
【００５２】
また、制御ユニット９の判定部９２は、常時、被噛み合い面７２ａ，７１ａ１の摩耗状態を判定するように構成されていてもよいが、特定の条件を満たした場合に当該摩耗状態を判定するように構成されていてもよい。例えば、風速が回転始動速度でありかつ主軸２の回転が安定している状態等を基準とし、その基準状態から負荷トルクが所定量増大したときの捻れ角に基づいて摩耗状態を判定するように構成されていてもよい。このように特定の条件を満たしたときの負荷トルクの変化量と捻れ角とを用いて摩耗状態の判定を行うことで、条件のばらつきに起因する誤判定を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１：風力発電装置、２：主軸、３：増速機、４：発電機、７：一方向クラッチ、１１：回転伝達装置、１２：入力側検出部（第２検出部）、１３：出力側検出部（第１検出部）、１４：検出部、３５：出力軸、４１：駆動軸（入力軸）、７１：内輪、７１ａ１：カム面（被噛み合い面）、７２：外輪、７２ａ：内周面（被噛み合い面）、９１：演算部、９２：判定部、９３：送信部、Ｓ：くさび状空間、α：捻れ角
【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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