(57)【要約】【課題】増速機や一方向クラッチにかかる負荷を把握することができ、不具合発生の防止や不具合の早期発見等に役立て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。【解決手段】風力発電装置１における主軸２の回転を増速して出力する増速機３の出力軸３５と、出力軸３５の回転を入力として発電する発電機４の入力軸４１との間に設けられ、出力軸３５の回転速度が入力軸４１の回転速度を上回る状態で、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状態で、出力軸３５と入力軸４１との接続を遮断する一方向クラッチ７を有する回転伝達装置１１であって、一方向クラッチ７に付与される負荷の大きさによって変動する、当該一方向クラッチ７の状態を測定する測定部１３と、測定部１３の測定結果に基づいて一方向クラッチ７に付与される負荷を取得する取得部１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置における主軸の回転を増速して出力する増速機の出力軸と、前記出力軸の回転を入力として発電する発電機の入力軸との間に設けられ、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状態で、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状態で、前記出力軸と前記入力軸との接続を遮断する一方向クラッチを有する回転伝達装置であって、
前記一方向クラッチに付与される負荷の大きさによって変動する、当該一方向クラッチの状態を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記一方向クラッチに付与される負荷を取得する取得部と、を備えていることを特徴とする回転伝達装置。
【請求項２】
前記一方向クラッチは、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の係合子とを有し、前記係合子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、その噛み合いを解除することにより前記接続を遮断するものであり、
前記測定部は、前記係合子の噛み合いによって前記内輪又は前記外輪に生じる歪みを測定するものである、請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項３】
前記一方向クラッチは、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の係合子とを有し、前記係合子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、その噛み合いを解除することにより前記接続を遮断するものであり、
前記測定部は、前記内輪及び前記外輪に噛み合う際の係合子の周方向の移動量を測定するものである、請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項４】
前記一方向クラッチは、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に、前記内輪と前記外輪の間にくさび状空間を形成するためのカム面を有している、請求項２又は３に記載の回転伝達装置。
【請求項５】
前記一方向クラッチは、前記係合子としてのスプラグを有している、請求項３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、この回転伝達装置の取得部によって取得された負荷に応じて前記発電機の電気負荷を調整する調整部とを備えていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項７】
前記一方向クラッチの状態の情報又は前記一方向クラッチに付与される負荷の情報を風力発電装置の外部に送信する送信部を備えている、請求項６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、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかし、増速機と発電機との間に一方向クラッチを設けたとしても、増速機にかかる負荷は依然として大きいため、増速機は不具合が生じ易い装置の一つとなっている。また、増速機に大きな負荷が付与されると、一方向クラッチにも同様に大きな負荷が付与されるため、不具合が生じる可能性が高くなる。そのため、増速機や一方向クラッチに付与される負荷の状態を把握し、不具合の発生を未然に防止することが望まれる。
【０００５】
本発明は、増速機や一方向クラッチに付与される負荷を把握することができ、不具合発生の防止や不具合の早期発見等に役立て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】
【０００６】
本発明は、風力発電装置における主軸の回転を増速して出力する増速機の出力軸と、前記出力軸の回転を入力として発電する発電機の入力軸との間に設けられ、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状態で、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状態で、前記出力軸と前記入力軸との接続を遮断する一方向クラッチを有する回転伝達装置であって、前記一方向クラッチに付与される負荷の大きさによって変動する、当該一方向クラッチの状態を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて前記一方向クラッチに付与される負荷を取得する取得部と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、測定部が一方向クラッチの状態を測定し、取得部が測定部の測定結果に基づき一方向クラッチに付与される負荷を取得するので、一方向クラッチや増速機に付与される負荷の状態を把握することができる。したがって、取得部が過大な負荷を取得した場合には、一方向クラッチや増速機に不具合が生じないような措置を講じることができる。
【０００８】
前記一方向クラッチは、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の係合子とを有し、前記係合子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、その噛み合いを解除することにより前記接続を遮断するものであり、前記測定部は、前記係合子の噛み合いによって前記内輪又は前記外輪に生じる歪みを測定するものであってもよい。
一方向クラッチに付与される周方向の負荷（トルク負荷）の大きさと、内輪又は外輪に生じる歪みの大きさとは相関がある。そのため、この歪みを測定部によって測定することで、一方向クラッチに付与される負荷を取得することが可能となる。
【０００９】
前記一方向クラッチは、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の係合子とを有し、前記係合子が前記内輪及び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、その噛み合いを解除することにより前記接続を遮断するものであり、前記測定部は、前記内輪及び前記外輪に噛み合う際の係合子の周方向の移動量を測定するものであってもよい。
一方向クラッチに付与される周方向の負荷（トルク負荷）の大きさと、内輪及び外輪に噛み合う際の係合子の周方向の移動量とは相関がある。そのため、当該移動量を測定することによって一方向クラッチに付与される負荷を取得することが可能となる。
【００１０】
前記一方向クラッチは、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に、前記内輪と前記外輪の間にくさび状空間を形成するためのカム面を有していてもよい。
この場合、係合子がカム面に噛み合うことによってカム面には法線方向の荷重がかかり、当該荷重に起因する歪みが、カム面が形成された外輪又は内輪に生じる。この荷重や歪みは、一方向クラッチに付与される周方向の負荷が大きいほど大きくなる。したがって、この歪みを測定すれば一方向クラッチに付与される周方向の負荷を取得することが可能となる。
また、係合子はカム面に噛み合う過程で周方向に移動する。この移動量は、一方向クラッチに付与される周方向の負荷が大きいほど大きくなる。したがって、この移動量を測定すれば、一方向クラッチに付与される周方向の負荷を取得することが可能となる。
【００１１】
前記一方向クラッチは、前記係合子としてのスプラグを有していてもよい。
この場合、スプラグはカム面に噛み合う過程で周方向に移動する。この移動量は、一方向クラッチに付与される周方向の負荷が大きいほど大きくなる。したがって、この移動量を測定することで一方向クラッチに付与される周方向の負荷を取得することが可能となる。
【００１２】
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、この回転伝達装置の取得部によって取得された負荷に応じて前記発電機の電気負荷を調整する調整部とを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、一方向クラッチに付与される負荷が大きい場合には、発電機における電気負荷を低減させることによって、一方向クラッチに付与される負荷を小さくし、この一方向クラッチや増速機に生じる不具合を防止することができる。
【００１３】
上記風力発電装置は、前記一方向クラッチの状態の情報又は前記一方向クラッチに付与される負荷の情報を当該風力発電装置の外部に送信する送信部を備えていることが好ましい。
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一方向クラッチの状態や一方向クラッチにかかる負荷を送信することで、一方向クラッチや増速機に対する負荷の状況や、電気負荷調整の状況等を遠隔において把握することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、増速機や一方向クラッチに付与される負荷を把握することができ、不具合の防止や早期発見等に役立てることができる。
【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】本発明の第２の実施形態に係る一方向クラッチを示す断面図である。
【図６】同一方向クラッチの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る一方向クラッチの一部を拡大して示す断面図である。
【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。
〔第１の実施形態〕
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（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。
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。
【００２０】
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段階に増速されて、出力軸３５の出力端部３５ｃから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。
【００２１】
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、本実施形態の風力発電装置１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。
【００２２】
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、円筒部５１と、この円筒部５１の軸方向他端部（図２の左端部）に形成されたフランジ部５２とを有している。
フランジ部５２は、円筒部５１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５２は、出力軸３５の前記出力端部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。前記円筒部５１の内周面は円筒面とされている。
【００２３】
出力回転体６は、入力回転体５の径方向内側に同心上に配置されており、その軸方向一端部（図２の右端部）から軸方向他端部（図２の左端部）に向けて、フランジ部６１、大径部６２及び小径部６３をこの順に有している。
フランジ部６１は、大径部６２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に着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部６１は、駆動軸４１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。なお、小径部６３の端面と出力軸３５のフランジ部３５ｃ１の端面との間には、隙間Ｓ１が形成されている。
【００２４】
入力回転体５の円筒部５１における軸方向一端部（図２の右端部）の内周面と、出力回転体６の大径部６２の外周面との隙間には、当該円筒部５１と大径部６２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。なお、入力回転体５の円筒部５１の前記一端部側の端面と、この端面に対向する出力回転体６のフランジ部６１の端面との間には、隙間Ｓ２が形成されている。この隙間Ｓ２と前記隙間Ｓ１とにより、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に対して軸方向に移動可能となっている。
【００２５】
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、外輪７１及び内輪７２と、この外輪７１の内周面７１ａと内輪７２の外周面７２ａとの間に配置された複数のころ（係合子）７３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（ばね）７５とを備えている。
【００２６】
外輪７１は、入力回転体５の円筒部５１の一部、具体的には軸方向中央部の領域によって構成されている。そして、外輪７１の内周面７１ａには、外輪カム面７１ａ１が形成されている。内輪７２は、出力回転体６における小径部６３の一部、具体的には軸方向中央部の領域Ｂによって構成されている。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。弾性部材７５は、圧縮コイルバネからなり、外輪７１の内周面７１ａに形成された収容凹部７６に収容されている。
【００２７】
図３において、外輪７１の内周面７１ａにはころ７３と同数（８つ）の略平坦な外輪カム面７１ａ１が形成されている。各外輪カム面７１ａ１は外輪７１の内周面の接線Ｌ方向に対して径方向外方へ所定角度Ｘ（例えば７〜１０°）傾斜している。そして、この外輪カム面７１ａ１と内輪７２の外周面７２ａ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。外輪カム面７１ａ１の最大内径寸法ｄ１（接線Ｌに対して径方向外方に最も離れている点における内径寸法）は、入力回転体５の内周面５ａ（後述する転がり軸受８の外輪８１が圧入される面）の内径寸法ｄ２以下に設定されている。
【００２８】
各ころ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、外輪カム面７１ａ１及び内輪外周面７２ａ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７２，７１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】
外輪７１の内周面７１ａに形成された収容凹部７６は、外輪カム面７１ａ１の周方向一端部から連続して形成されている。収容凹部７６は、弾性部材７５の一端部をころ７３に当接させた状態で、弾性部材７５の他端部が当接する当接面７６ａと、この当接面７６ａに当接している弾性部材７５が遠心力によって径方向外方へ移動するのを規制する規制面７６ｂとを有している。そして、弾性部材７５は、その両端部を当接面７６ａところ７３との間に当接した状態で保持される。したがって、この実施形態の一方向クラッチ７は、複数のころ７３の周方向間隔を保持するとともに弾性部材７５を取り付けるための保持器（例えば、第２の実施形態を参照）を備えていない。
【００３０】
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、外輪７１が内輪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の外周面（接触面）７３ａが外輪カム面７１ａ１及び内輪外周面７２ａに圧接し、一方向クラッチ７はころ７３が内外輪７２，７１の間に噛み合った状態となる。これにより、内外輪７２，７１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。
【００３１】
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７２，７１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７２，７１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。
【００３２】
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、外輪７１が内輪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７２，７１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。
【００３３】
図２において、一対の転がり軸受８は、入力回転体５の円筒部５１と出力回転体６の小径部６３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。転がり軸受８は、外輪８１及び内輪８２と、外輪８１と内輪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。
【００３４】
外輪８１は、内周に形成された外輪軌道面８１ａと、この外輪軌道面８１ａの軸方向両側において径方向内側に向かって突出して形成された外輪鍔部８１ｂとを有している。外輪８１の外周面は、入力回転体５の内周面５ａに嵌合されている。各外輪鍔部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。
【００３５】
出力回転体６における小径部６３の軸方向両端部の領域Ａ及び領域Ｃは、転がり軸受８の内輪８２とされており、この領域Ａ，Ｃの各外周面が内輪８２の内輪軌道面８２ａとして構成されている。この内輪軌道面８２ａと外輪軌道面８１ａとの間には、円筒ころ８３が転動可能に配置されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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７２，７１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７２，７１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。
【００３９】
図４は、風力発電装置１における一方向クラッチ７の一部を拡大して示す断面図である。
図３及び図４に示されるように、回転伝達装置１１を構成する一方向クラッチ７には、外輪７１に生じる歪みを検出する歪みセンサ（測定部）１３が設けられている。この歪みセンサ１３は、外輪７１の外周面における４箇所に等間隔に設けられている。また、歪みセンサ１３は、外輪カム面７１ａ１の径方向外側における外輪７１の外周面であって、ころ７３との噛み合いによって直接的に力が作用する領域に設けられている。
【００４０】
より具体的には、外輪カム面７１ａ１と内輪外周面７２ａとに噛み合っていない状態、例えば、外輪７１及び内輪７２が停止して動力伝達がなされていない無負荷の状態におけるころ７３（図４に実線で示す）とカム面７１ａ１との接触点をαとし、一方向クラッチ７にトルク負荷が付与されることによって、ころ７３が外輪カム面７１ａ１と内輪外周面７２ａとに最大に噛み込んだ状態におけるころ７３（図４に２点鎖線で示す）とカム面７１ａ１との接触点をβとしたとき、各接触点α、βからカム面７１ａ１の法線方向に延びる仮想線が外輪７１の外周面に交差する点α’と点β’との間の領域を含むように歪みセンサ１３が設けられている。また、歪みセンサ１３は、図２に示されるように、ころ７３の軸方向中心Ｄに合わせて設けられている。
【００４１】
そして、ころ７３が外輪カム面７１ａ１に噛み合うと、その径方向外側において外輪７１には歪みが生じ、この歪みを歪みセンサ１３が測定する。
各歪みセンサ１３の測定値は、図示しない無線送信機によって制御ユニット９に送信される。この制御ユニット９は、図１に示されるように、一方向クラッチ７のトルク負荷を取得する取得部１５と、このトルク負荷に基づいて、発電機４における電気負荷（発電量）を調整する電気負荷調整部１６と、外輪７１に生じる歪みと外輪７１に付与されるトルク負荷との関係を対応づけたテーブルを格納している記憶部１７と、を備えている。
【００４２】
取得部１５は、各歪みセンサ１３によって測定された歪みを読み込み、これらの平均値や中央値を求め、記憶部１７に記憶されているテーブルを参照することによって、歪みの値に対応するトルク負荷を求める。
また、電気負荷調整部１６は、取得部１５によって取得されたトルク負荷に応じて発電機４における電気負荷を調整する。例えば、電気負荷調整部１６は、取得部１５によって取得されたトルク負荷が大きい場合には、発電機４の出力（発電量）を下げるように電気負荷を調整する。これによって、一方向クラッチ７に付与されるトルク負荷を低下させ、一方向クラッチ７にかかる負担を軽減することによって損傷等の不具合が生じるのを防止することができる。また、増速機３に付与されるトルク負荷も同様に低下させることができるため、増速機３に不具合が生じるのを防止することもできる。なお、発電機４の電気負荷の調整手法は、従来公知の種々の方法を採用することができる（例えば、特開２００８−２７８７２５号公報等参照）。
【００４３】
制御ユニット９は、外輪７１に生じた歪みの測定値や取得されたトルク負荷の情報を、運転監視装置（運転監視設備）２０へ送信する送信部１８をも有している。この運転監視装置２０は、制御ユニット９から送信される歪みの測定値やトルク負荷についての情報等を利用することによって、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。また、運転監視装置２０は、複数の風力発電装置１の運転状況等を一括して監視することができる。
【００４４】
〔第２の実施形態〕
図５は、本発明の第２の実施形態に係る一方向クラッチ７を示す断面図、図６は、同一方向クラッチ７の一部を拡大して示す断面図である。
本実施形態の一方向クラッチ７は、内輪７２の外周面７２ａに略平坦なカム面７２ａ１が形成され、外輪７１の内周面７１ａが円筒面に形成され、両面７２ａ１，７１ａの間にくさび状空間Ｓが形成されたものとなっている。各くさび状空間Ｓには、係合子としてのころ７３が配置されている。内輪７２と外輪７１との間には、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が設けられている。
【００４５】
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。また、ポケット７４ｃには、ころ７３を一方向に弾性的に付勢する弾性部材７５が設けられている。
【００４６】
また、本実施形態では、内輪７２が入力回転体５側に設けられ、外輪７１が出力回転体６側に設けられている。
本実施形態の一方向クラッチ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７２が外輪７１に対して一方向（図５の反時計回り方向）に相対回転しようとするが、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７２のカム面７２ａ１及び外輪７１の内周面７１ａに圧接し、一方向クラッチ７はころ７３が内外輪７２，７１の間に噛み合った状態となる。これにより、内外輪７２，７１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。
【００４７】
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７２，７１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７２，７１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。
【００４８】
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７２が外輪７１に対して他方向（図４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７２，７１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。
【００４９】
図６に示されるように、保持器７４の柱部７４ｂには、ギャップセンサ２１が設けられている。このギャップセンサ２１は、柱部７４ｂにおけるころ７３に対向する側面に取り付けられている。そして、ギャップセンサ２１は、ころ７３との間のギャップ（隙間）ｇを検出する。本実施形態では、図５に示されるように、４個のギャップセンサ２１が、周方向に等間隔をあけて設けられている。つまり、８個のころ７３のうち、１つのおきに配置された４個のころ７３に対応してギャップセンサ２１が設けられている。
【００５０】
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、ころ７３がくさび状空間Ｓ内が狭くなる方向に移動し、当該ころ７３とギャップセンサ２１とのギャップｇが小さくなる。逆に、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、ころ７３がくさび状空間Ｓが広くなる方向に移動し、当該ころ７３とギャップセンサ２１とのギャップｇが大きくなる。
【００５１】
したがって、ころ７３とギャップセンサ２１とのギャップｇを測定することによって、内外輪７２，７１に対するころ７３の噛み合いの程度、すなわち、一方向クラッチ７に付与されるトルク負荷を把握することができる。具体的に、制御ユニット９の記憶部１７には、ギャップセンサ２１の測定値とトルク負荷との関係を対応づけたテーブルが記憶されており、取得部１５は、ギャップセンサ２１の測定値を読み込むとともに、テーブルを参酌することによってトルク負荷を求めるように構成されている。
したがって、本実施形態においても第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５２】
〔第３の実施形態〕
図７は、本発明の第３の実施形態に係る一方向クラッチ７の一部を拡大して示す断面図である。
本実施形態の一方向クラッチ７は、保持器７４にギャップセンサ２１が設けられている点で第２の実施形態と同様であるが、係合子７３としてスプラグが用いられている点が異なっている。また、一方向クラッチ７の内輪７２が、入力回転体５の軸部５３によって構成され、内輪７２の外周面７２ａが軸部５３の外周面５３ａによって構成されている。したがって、内輪７２の外周面７２ａは、第２の実施形態のようなカム面が形成されておらず、円筒面に形成されている。
【００５３】
スプラグ７３は、内輪７２の外周面７２ａに当接する第１当接面７３ｂと、外輪７１の内周面７１ａに当接する第２当接面７３ｃとを備え、第１当接面７３ｂ及び第２当接面７３ｃはそれぞれ凸状かつ略円弧状に形成されている。また、内輪７２の外周面７２ａと外輪７１の内周面７１ａに当接している第１当接面７３ｂと第２当接面７３ｃとの距離は、スプラグ７３の傾きによって変化し、内輪７２が矢印ａ方向に回転したときは、スプラグ７３は矢印ｅ方向に傾き、第１当接面７３ｂと第２当接面７３ｃとの距離が拡大する。逆に、内輪７２が矢印ｂ方向に回転したときは、スプラグ７３は矢印ｅとは反対方向に傾き、第１当接面７３ｂと第２当接面７３ｃとの距離は縮小する。
【００５４】
そして、第１当接面７３ｂと第２当接面７３ｃとの距離が拡大すると、スプラグ７３は内輪７２の外周面７２ａと外輪７１の内周面７１ａとに噛み合い、逆に、第１当接面７３ｂと第２当接面７３ｃとの距離が縮小すると、スプラグ７３と、内輪７２の外周面７２ａ及び外輪７１の内周面７１ａとの噛み合いが解除される。したがって、内輪７２が外輪７１に対して矢印ａ方向に相対回転しようとしたときに、内輪７２と外輪７１とが一体回転可能に接続され、内輪７２が外輪７１に対して矢印ｂ方向に相対回転したときに、内輪７２と外輪７１との接続が遮断されるようになっている。
【００５５】
また、保持器７４の柱部７４ｂに設けられたギャップセンサ２１は、スプラグ７３との間のギャップｇを測定する。そして、スプラグ７３とギャップセンサ２１とのギャップｇを測定することによって、内外輪７２，７１に対するスプラグ７３の噛み合いの程度、すなわち、一方向クラッチ７に付与されるトルク負荷を把握することができる。具体的には、制御ユニット９の記憶部１７には、ギャップセンサ２１の測定値とトルク負荷との関係を対応づけたテーブルが記憶されており、取得部１５は、ギャップセンサ２１の測定値を読み込むとともに、テーブルを参酌することによってトルク負荷を求めるように構成されている。
したがって、本実施形態においても第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
また、本実施形態では、一方向クラッチ７の内輪７２（軸部５３）には、カム面を形成する必要がないので、製造コストを低減することができる。また、内輪７２として軸部５３を用いることができるので、より製造コストを低減することができるとともに、一方向クラッチ７の構造の簡素化及び径方向の小型化を図ることができる。また、スプラグ７３は、ころに比べて剛性を高くしトルク容量を高めやすいため、スプラグ７３自体の径方向及び軸方向の寸法を小さくすることができる。したがって、一方向クラッチ７の径方向及び軸方向の寸法を小さくし、小型化を図ることができる。このように一方向クラッチ７を小型化することによって、回転伝達装置１１全体を径方向及び軸方向に小型化することができる。したがって、増速機３の出力軸３５と発電機４の駆動軸４１との間のスペースが狭い場合でも回転伝達装置１１を好適に配設することができる。
【００５７】
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、一方向クラッチ７の状態を測定する測定部としては、例えば、一方向クラッチ７の温度を測定する温度センサや一方向クラッチ７の振動を測定する振動センサを用いることができる。一方向クラッチ７に対する負荷、例えばトルク負荷が大きくなると一方向クラッチ７において発生する熱エネルギーが大きくなるため、一方向クラッチ７の温度を測定することによって一方向クラッチ７に付与される負荷を把握することが可能となる。同様に、一方向クラッチ７に対する負荷が大きくなると、振動も大きくなるため、一方向クラッチ７に生じる振動を測定することによって一方向クラッチ７に付与される負荷を把握することが可能となる。
【００５８】
上記第２の実施形態では、測定部を構成するセンサがギャップセンサ２１とされていたが、内輪７２の歪みを測定する歪みセンサ１３とされていてもよい。この場合、カム面７２ａ１の径方向内側に対応する位置に歪みセンサ１３を設ければよい。
また、第１の実施形態では、測定部を構成するセンサが歪みセンサ１３とされていたが、第２，第３の実施形態で説明したようなギャップセンサ２１とされていてもよい。
【００５９】
上記各実施形態では、測定部１３，２１により測定した情報を無線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記録し、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。
【符号の説明】
【００６０】
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、１３：歪みセンサ（測定部）、１５：取得部、１６：電気負荷調整部、１８：送信部、２０：運転監視装置、２１：ギャップセンサ（測定部）、３５：出力軸、４１：駆動軸（入力軸）、７１：外輪、７１ａ：内周面、７１ａ１：カム面、７２：内輪、７２ａ：外周面、７２ａ１：カム面、７３：係合子（ころ、スプラグ）、Ｓ：くさび状空間
【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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