(57)【要約】  再生エネルギー型発電装置は、少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する円筒部材と、前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記ハブを前記円筒部材に回転自在に支持する少なくとも一つの主軸受と、前記円筒部材を支持するナセル台板を含むナセルと、前記ハブを挟んで前記ナセルとは反対側に配置され、前記ハブに固定されるロータ部と、前記円筒部材に固定されるステータ部とを含む油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、前記円筒部材を貫通するように前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられる油配管と、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機とを備える。
2014097428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する円筒部材と、
前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記ハブを前記円筒部材に回転自在に支持する少なくとも一つの主軸受と、
前記円筒部材を支持するナセル台板を含むナセルと、
前記ハブを挟んで前記ナセルとは反対側に配置され、前記ハブに固定されるロータ部と、前記円筒部材に固定されるステータ部とを含む油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記円筒部材を貫通するように前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられる油配管と、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機とを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項２】
前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記少なくとも一つの主軸受の単独による前記ハブの支持が可能な荷重を超える大荷重が前記ハブに作用したときに限って前記少なくとも一つの主軸受を補助して前記ハブを前記円筒部材に支持するように構成された少なくとも一つの補助軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項３】
前記少なくとも一つの補助軸受は、前記ハブに作用する荷重が前記大荷重以下であるとき前記ハブおよび前記円筒部材の一方とは非接触状態にあり、前記大荷重が前記ハブに作用したときに限って前記ハブおよび前記円筒部材の前記一方に接触するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの補助軸受における摺動面は、低摩擦材料または耐摩耗性材料で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項５】
前記ハブは、前記円筒部材が貫通する第１貫通穴及び第２貫通穴を、それぞれ、前記油圧ポンプ側と前記ナセル側とに有し、
前記少なくとも一つの主軸受は、前記第１貫通穴の内周面と、該第１貫通穴の内周面に対向する前記円筒部材の外周面との間に設けられ、
前記少なくとも一つの補助軸受は、前記第２貫通穴の内周面と、該第２貫通穴の内周面に対向する前記円筒部材の外周面との間に設けられることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項６】
前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部には、前記ナセルに向かって凹んだ陥没部が設けられており、該陥没部に前記第１貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項７】
前記陥没部は、前記ロータの重心に対応する軸方向位置に前記少なくとも一つの主軸受が配置されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項８】
前記少なくとも一つの主軸受は、転動体としての円錐ころの中心軸が前記少なくとも一つの主軸受の軸方向に対してなす角度が４０度以上５０度以下である１個の複列円錐ころ軸受であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項９】
前記円筒部材は、前記ナセル台板と一体成形された鋳物で構成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１０】
前記ロータ部は、内周側に空洞部を有する円筒形状であり、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部に固定され、該端部を起点として前記ハブから離れる方向に前記円筒部材の軸方向に沿って延在しており、
前記ステータ部は、前記ロータ部の周りに配置されて前記ロータ部とともに圧油生成機構が収容されるポンプ内部空間を形成するステータ本体部と、前記ロータ部の内周側の前記空洞部内を通って前記円筒部材の前記ナセルとは反対側の端部に前記ステータ本体部を支持するステータ支持部とを含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１１】
前記圧油生成機構は、
周方向に並ぶ多数の凹凸を有し、前記ロータ部の外周面上に設けられて前記ロータ部とともに回転するように構成された少なくとも一つのリングカムと、
前記ステータ部側に設けられ、前記少なくとも一つのリングカムの周りに放射状に配置される複数のシリンダと、
前記少なくとも一つのリングカムの前記凹凸によって駆動されて各シリンダ内に摺動するように構成された複数のピストンと、
各シリンダと該シリンダ内に設けられるピストンとで画定される油圧室に対して作動油を供給および排出するための低圧弁および高圧弁とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１２】
前記ロータ部は、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部に固定され、該端部を起点として前記ハブから離れる方向に前記円筒部材の軸方向に沿って延在しており、
前記ステータ部は、前記ロータ部の内周側に配置されて前記ロータ部とともに圧油生成機構が収容されるポンプ内部空間を形成するとともに、前記円筒部材の前記ナセルとは反対側の端部に支持されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１３】
前記圧油生成機構は、
周方向に並ぶ多数の凹凸を有し、前記ロータ部の内周面上に設けられて前記ロータ部とともに回転するように構成された少なくとも一つのリングカムと、
前記ステータ部側に設けられ、前記少なくとも一つのリングカムの内周側に放射状に配置される複数のシリンダと、
前記少なくとも一つのリングカムの前記凹凸によって駆動されて各シリンダ内に摺動するように構成された複数のピストンと、
各シリンダと該シリンダ内に設けられるピストンとで画定される油圧室に対して作動油を供給および排出するための低圧弁および高圧弁とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１４】
前記ハブと前記ロータ部の間に設けられ、前記ハブから前記ロータ部に作用する荷重のうち、前記ロータ部の回転軸まわりのモーメントを選択的に前記ロータ部に伝達するトルク伝達部を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１５】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する固定軸と、
前記ハブと前記固定軸との間に設けられ、前記ハブを前記固定軸に回転自在に支持する一対の主軸受と、
前記固定軸を支持するナセル台板を含むナセルと、
前記ハブに固定されるロータ部と、該ロータ部の内周側又は外周側に配置されるステータ部とを含む被駆動部とを備え、
前記ハブは、前記固定軸が貫通する第１貫通穴及び第２貫通穴を有し、前記第１貫通穴は前記第２貫通穴よりも前記ナセルから遠くに位置し、
前記一対の主軸受は、
前記第１貫通穴の内周面と、該第１貫通穴の内周面に対向する前記固定軸の外周面との間に設けられる第１主軸受と、
前記第２貫通穴の内周面と、該第２貫通穴の内周面に対向する前記固定軸の外周面との間に設けられる第２主軸受とを含むことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一本のブレードが再生エネルギー源としての風から受け取った風力エネルギーを利用して前記発電機にて電力を生成する風力発電装置であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、再生エネルギー型発電装置に関する。なお、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりから、再生エネルギー型発電装置として風力発電装置が注目されている。風力発電装置は、一般に、複数のブレードがハブに取り付けられたロータを有する。ロータは、陸上又は洋上に立設されたタワー上に位置するナセルに搭載される。この種の風力発電装置では、ブレードが風を受けてロータが回転し、ロータの回転がドライブトレインパート（Drive Train Part）によってナセル内に収納された発電機に伝達され、発電機において電力が生成されるようになっている。【０００３】
特許文献１には、ドライブトレインパートとして油圧ポンプ及び油圧モータを用いた風力発電装置が開示されている。この風力発電装置では、ロータによって油圧ポンプを駆動して圧油を生成し、該圧油によって油圧モータを駆動するようになっている。そして、油圧モータに連結された発電機において、油圧モータから入力された回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電している。【０００４】
また、ドライブトレインパートとしての油圧ポンプ及び油圧モータを備えた風力発電装置に関するものではないが、特許文献２〜４には、ハブ周辺の風力発電装置の典型的な構造例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開２０１０／００３２９５９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開１０２００８０６３８７４号明細書
【特許文献３】特開２００９−１６２３８０号公報
【特許文献４】特許第４５３３６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、風力発電装置に代表される再生エネルギー型発電装置は発電量向上の観点から大型化が進んでおり、再生エネルギー型発電装置のドライブトレインパートは、大トルクを伝達するためにサイズ及び重量が大きくなる傾向にある。そのため、ドライブトレインパートを支持するナセル台板が大型化し、ナセル重量増加に伴い、再生エネルギー型発電装置の製造コストが嵩むという問題が生じる。【０００７】
また、一般的な再生エネルギー型発電装置では、ハブの回転エネルギーを伝達するためのドライブトレインパートが、ブレードの曲げモーメントに起因した荷重をナセル台板に伝達するためのロードキャリパート（Load Carry Part）と分離されていない。そのため、各々のパートの構造設計を最適化しようとすると、互いに影響を及ぼし合ってしまう。よって、各々のパートの最適軽量化が妨げられ、ナセル重量を軽減することが難しい。【０００８】
この点、特許文献１には、ナセルを軽量化するためのドライブトレインパート及びロードキャリパートの構成について何ら開示がない。また、特許文献２〜４は、そもそも油圧ポンプ及び油圧モータを含むドライブトレインパートを備えた風力発電装置に関するものではない。【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、ナセルの重量を軽減しうる再生エネルギー型発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の少なくとも一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置は、
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する円筒部材と、
前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記ハブを前記円筒部材に回転自在に支持する少なくとも一つの主軸受と、
前記円筒部材を支持するナセル台板を含むナセルと、
前記ハブを挟んで前記ナセルとは反対側に配置され、前記ハブに固定されるロータ部と、
前記円筒部材に固定されるステータ部とを含む油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記円筒部材を貫通するように前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられる油配管と、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機とを備えることを特徴とする。【００１１】
上記再生エネルギー型発電装置では、ドライブトレインパートを構成する油圧ポンプと油圧モータを分離し、ハブを挟んでナセルとは反対側に油圧ポンプを配置している。そのため、ナセル内部に油圧ポンプの設置スペースを設ける必要がなく、ナセルを小型化してナセル重量を軽減できる。なお、こうした油圧ポンプの配置が可能であるのは、ハブを貫通する円筒部材を介して油圧ポンプのステータ部をナセル台板に支持させるとともに、油圧ポンプと油圧モータとの間の油配管を円筒部材の内部を貫通するように設けたためである。【００１２】
また、上記再生エネルギー型発電装置では、ブレードの曲げモーメントに起因した荷重は、ハブ、主軸受、円筒部材、ナセル台板の順に伝達される。すなわち、上記再生エネルギー型発電装置におけるロードキャリパートは、ハブ、主軸受、円筒部材及びナセル台板を含んで構成される。これに対し、ハブの回転エネルギーは、ハブ、油圧ポンプ、油配管、油圧モータの順に発電機側に伝達される。すなわち、上記再生エネルギー型発電装置におけるドライブトレインパートは、ハブ、油圧ポンプ、油配管及び油圧モータを含んで構成される。このように、ドライブトレインパートとロードキャリパートという役割が異なる２つのパートを分離したことで、各々のパートの最適軽量化が可能になり、ナセル重量をさらに軽減できる。なお、各々のパートの分離が可能であるのは、ドライブトレインパートの一部である油圧ポンプにおいてハブの回転エネルギーを一旦油圧エネルギーに変換し、ロードキャリパートの一部である円筒部材を貫通する油配管を介して油圧エネルギーを油圧モータに供給するようにしたためである。【００１３】
さらに、ハブを挟んでナセルとは反対側に配置される油圧ポンプは、ナセル台板のような取り外し困難な干渉物が下方に存在しないため、クレーンでの搬送作業が容易になる。よって、油圧ポンプのメンテナンス性が向上する。【００１４】
幾つかの実施形態において、前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記少なくとも一つの主軸受の単独による前記ハブの支持が可能な荷重を超える大荷重が前記ハブに作用したときに限って前記少なくとも一つの主軸受を補助して前記ハブを前記円筒部材に支持するように構成された少なくとも一つの補助軸受をさらに備える。【００１５】
これにより、例えば翼の曲げモーメントに起因して突発的に生じた大荷重がハブに作用しても、補助軸受が主軸受を補助してハブを支持することができる。そのため、基本的には、主としてロータの自重に起因した疲労荷重のみを考慮して主軸受を設計することができ、主軸受を小型化することができる。【００１６】
幾つかの実施形態において、前記少なくとも一つの補助軸受は、前記ハブに作用する荷重が大荷重以下であるとき前記ハブおよび前記円筒部材の一方とは非接触状態にあり、前記大荷重が前記ハブに作用したときに限って前記ハブおよび前記円筒部材の前記一方に接触するように構成されている。【００１７】
これにより、主としてロータの自重に起因した疲労荷重のみがロータに作用しているとき、補助軸受はハブ及び円筒部材の一方と非接触状態にあり、補助軸受における摩擦損失は生じない。よって、補助軸受の追加による再生エネルギー型発電装置の運転効率低下を回避できる。【００１８】
幾つかの実施形態において、前記少なくとも一つの補助軸受における摺動面は、低摩擦材料または耐摩耗性材料で形成されている。これにより、補助軸受はさらに大きな荷重を支持することができる。【００１９】
幾つかの実施形態において、前記ハブは、前記円筒部材が貫通する第１貫通穴及び第２貫通穴を、それぞれ、前記油圧ポンプ側と前記ナセル側とに有し、前記少なくとも一つの主軸受は、前記第１貫通穴の内周面と、該第１貫通穴の内周面に対向する前記円筒部材の外周面との間に設けられ、前記少なくとも一つの補助軸受は、前記第２貫通穴の内周面と、該第２貫通穴の内周面に対向する前記円筒部材の外周面との間に設けられる。【００２０】
再生エネルギー型発電装置のブレードはコーン角が設定されたものが多く、この場合、ロータ全体としての重心は第２貫通穴に比べて第１貫通穴の近くに位置する。また、上述のように、ハブを挟んでナセルとは反対側に油圧ポンプを配置する場合、ロータ全体としての重心はさらに第１貫通穴に近づく。そこで、ロータ全体としての重心に近い第１貫通穴に主軸受を配置することで、ロータの自重に起因した主軸受の疲労荷重を軽減し、主軸受の小型化を図ることができる。【００２１】
幾つかの実施形態において、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部には、前記ナセルに向かって凹んだ陥没部が設けられており、該陥没部に前記第１貫通穴が形成されている。【００２２】
これにより、主軸受が、ブレードとハブにより構成されるロータの重心に近づくため、主軸受の疲労荷重を効果的に軽減し、主軸受の小型化をより一層図ることができる。【００２３】
幾つかの実施形態において、前記陥没部は、前記ロータの重心に対応する軸方向位置に前記少なくとも一つの主軸受が配置されるように構成されている。【００２４】
これにより、主軸受の疲労荷重を概ね最小化することができる。【００２５】
幾つかの実施形態において、前記少なくとも一つの主軸受は、転動体としての円錐ころの中心軸が前記少なくとも一つの主軸受の軸方向に対してなす角度接触角が４０度以上５０度以下である１個の複列円錐ころ軸受である。【００２６】
これにより、主軸受（複列円錐ころ軸受）からずれた軸方向位置に加わった外力に起因した曲げモーメント（回転力）に対抗し、複列円錐ころ軸受によってハブを円筒部材に支持できる。【００２７】
幾つかの実施形態において、前記円筒部材は、前記ナセル台板と一体成形された鋳物で構成される。【００２８】
幾つかの実施形態において、前記ロータ部は、内周側に空洞部を有する円筒形状であり、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部に固定され、該端部を起点として前記ハブから離れる方向に前記円筒部材の軸方向に沿って延在しており、前記ステータ部は、前記ロータ部の周りに配置されて前記ロータ部とともに圧油生成機構が収容されるポンプ内部空間を形成するステータ本体部と、前記ロータ部の内周側の前記空洞部内を通って前記円筒部材の前記ナセルとは反対側の端部に前記ステータ本体部を支持するステータ支持部とを含む。【００２９】
幾つかの実施形態において、前記圧油生成機構は、周方向に並ぶ多数の凹凸を有し、前記ロータ部の外周面上に設けられて前記ロータ部とともに回転するように構成された少なくとも一つのリングカムと、前記ステータ部側に設けられ、前記少なくとも一つのリングカムの周りに放射状に配置される複数のシリンダと、前記少なくとも一つのリングカムの前記凹凸によって駆動されて各シリンダ内に摺動するように構成された複数のピストンと、各シリンダと該シリンダ内に設けられるピストンとで画定される油圧室に対して作動油を供給および排出するための低圧弁および高圧弁とを含む。【００３０】
幾つかの実施形態において、前記ロータ部は、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部に固定され、該端部を起点として前記ハブから離れる方向に前記円筒部材の軸方向に沿って延在しており、前記ステータ部は、前記ロータ部の内周側に配置されて前記ロータ部とともに圧油生成機構が収容されるポンプ内部空間を形成するとともに、前記円筒部材の前記ナセルとは反対側の端部に支持される。【００３１】
幾つかの実施形態において、前記圧油生成機構は、周方向に並ぶ多数の凹凸を有し、前記ロータ部の内周面上に設けられて前記ロータ部とともに回転するように構成された少なくとも一つのリングカムと、前記ステータ部側に設けられ、前記少なくとも一つのリングカムの内周側に放射状に配置される複数のシリンダと、前記少なくとも一つのリングカムの前記凹凸によって駆動されて各シリンダ内に摺動するように構成された複数のピストンと、各シリンダと該シリンダ内に設けられるピストンとで画定される油圧室に対して作動油を供給および排出するための低圧弁および高圧弁とを含む。【００３２】
幾つかの実施形態において、前記再生エネルギー型発電装置は、前記ハブと前記ロータ部の間に設けられ、前記ハブから前記ロータ部に作用する荷重のうち、前記ロータ部の回転軸まわりのモーメントを選択的に前記ロータ部に伝達するトルク伝達部を含む。【００３３】
これにより、ドライブトレインパートの一部としての油圧ポンプのロータ部にハブから前記ロータ部に作用する荷重のうち、前記ロータ部の回転軸まわりのトルクのみを選択的に伝達することができるから、油圧ポンプの構造設計が容易になり、油圧ポンプを軽量化することができる。【００３４】
また、本発明の少なくとも一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置は、
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する固定軸と、
前記ハブと前記固定軸との間に設けられ、前記ハブを前記固定軸に回転自在に支持する一対の主軸受と、
前記固定軸を支持するナセル台板を含むナセルと、
前記ハブに固定されるロータ部と、該ロータ部の内周側又は外周側に配置されるステータ部とを含む被駆動部とを備え、
前記ハブは、前記固定軸が貫通する第１貫通穴及び第２貫通穴を有し、前記第１貫通穴は前記第２貫通穴よりも前記ナセルから遠くに位置し、
前記一対の主軸受は、
前記第１貫通穴の内周面と、該第１貫通穴の内周面に対向する前記固定軸の外周面との間に設けられる第１主軸受と、
前記第２貫通穴の内周面と、該第２貫通穴の内周面に対向する前記固定軸の外周面との間に設けられる第２主軸受とを含むことを特徴とする。【００３５】
上記再生エネルギー型発電装置によれば、ハブの第１貫通穴及び第２貫通穴の位置に第１主軸受及び第２主軸受が設けられるので、ロータに対する荷重（ロータの自重に起因した重力荷重や風荷重）が作用する荷重負荷点の両側に第１主軸受と第２主軸受が位置することになる。よって、軸受荷重が低減され、軸受のコンパクト化及び軽量化が可能となる。【００３６】
また、上記再生エネルギー型発電装置では、ブレードの曲げモーメントに起因した荷重は、ハブ、主軸受、固定軸、ナセル台板の順に伝達される。すなわち、上記再生エネルギー型発電装置におけるロードキャリパートは、ハブ、主軸受、固定軸及びナセル台板を含んで構成される。これに対し、ハブの回転エネルギーは、ハブ、被駆動部の順に伝達される。すなわち、上記再生エネルギー型発電装置におけるドライブトレインパートは、ハブ及び被駆動部を含んで構成される。このように、ドライブトレインパートとロードキャリパートという役割が異なる２つのパートを分離したことで、各々のパートの最適軽量化が可能になり、ナセル重量を軽減できる。【００３７】
幾つかの実施形態において、前記再生エネルギー型発電装置は、前記少なくとも一本のブレードが再生エネルギー源としての風から受け取った風力エネルギーを利用して前記発電機にて電力を生成する風力発電装置である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ドライブトレインパートを構成する油圧ポンプと油圧モータを分離し、ハブを挟んでナセルとは反対側に油圧ポンプを配置したので、ナセル内部に油圧ポンプの設置スペースを設ける必要がなく、ナセルを小型化してナセル重量を軽減できる。【００３９】
また、ハブ、主軸受、円筒部材及びナセル台板を含んで構成されるロードキャリパートと、ハブ、油圧ポンプ、油配管及び油圧モータを含んで構成されるドライブトレインパートという役割が異なる２つのパートを互いに分離したことで、各々のパートの最適軽量化が可能になり、ナセル重量をさらに軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一実施形態に係る風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。
【図２】一実施形態に係る風力発電装置の油圧ポンプとハブの構成例を示す断面図である。
【図３】図２に示す風力発電装置の油圧ポンプの軸方向に沿った油圧ポンプ周辺の断面図である。
【図４】図２に示す風力発電装置の油圧ポンプの半径方向に沿った油圧ポンプ周辺の断面図である。
【図５】一実施形態に係る風力発電装置の油圧ポンプとハブの構成例を示す断面図である。
【図６】図５に示す風力発電装置の油圧ポンプの軸方向に沿った油圧ポンプ周辺の断面図である。
【図７】図５に示す風力発電装置の油圧ポンプの半径方向に沿った油圧ポンプ周辺の断面図である。
【図８】トルクに対する油圧式サポートの動作原理を説明する図である。
【図９】直交方向の荷重に対する油圧式サポートの動作原理を説明する図である。
【図１０】一実施形態に係るハブ及び油圧ポンプの断面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】一実施形態に係るハブ及び油圧ポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４２】
まず、一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置について説明する。なお、ここでは、再生エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について述べるが、本発明の実施形態に係る軸系の組立て方法は潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー型発電装置にも適用できる。
【００４３】
図１は、一実施形態に係る風力発電装置２の全体構成の概略を示す図である。同図に示すように、風力発電装置２は、主として、風力エネルギーによって回転するロータ７と、電力を生成する発電機３０と、ロータ７の回転エネルギーを発電機３０に伝えるドライブトレインパート９とを備える。なお、発電機３０は、ナセル１４内に配置されていてもよい。
【００４４】
ロータ７は、少なくとも一本のブレード４と、ブレード４が取り付けられるハブ６とで構成される。ブレード４は、ハブ６を中心として放射状に延在するようにハブ６に取り付けられる。
【００４５】
ドライブトレインパート９は、ハブ６の回転によって駆動される油圧ポンプ２０と、油圧ポンプ２０で生成される圧油によって駆動される油圧モータ２２と、油圧ポンプ２０と油圧モータ２２との間に設けられる油配管（高圧油配管２４及び低圧油配管２６）とを含む。
【００４６】
図２は、一実施形態に係る風力発電装置２の油圧ポンプ２０とハブ６の構成例を示す断面図である。同図に示すように、風力発電装置２はさらに、ロータ７の回転面に対する直交方向に沿ってハブ６を貫通してナセル１４の外部に延在している円筒部材８と、ハブ６と円筒部材８の間に設けられる少なくとも一つの主軸受１０とを含む。
【００４７】
一実施形態では、ハブ６を円筒部材８に回転自在に支持するための少なくとも一つの主軸受１０は、転動体としての円錐ころ４０の中心軸が主軸受１０の軸方向に対してなす角度が４０度以上５０度以下（例えば４５度）である１個の複列円錐ころ軸受を含む。
【００４８】
一般的に、軸受が一つのみでは、軸受からずれた軸方向位置に加わった外力に起因した曲げモーメント（回転力）を支持することが難しい。しかし、円錐ころ４０の中心軸が主軸受１０の軸方向に対してなす角度が４０度以上５０度以下であるような１個の複列円錐ころ軸受を主軸受１０として用いれば、主軸受（複列円錐ころ軸受）１０からずれた軸方向位置に加わった外力に起因した曲げモーメント（回転力）に対抗でき、複列円錐ころ軸受１０によってハブ６を円筒部材８に支持することが可能となる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、風力発電装置２は、ハブ６と円筒部材８との間に設けられる補助軸受３２をさらに備える。補助軸受３２は、主軸受１０単独によるハブ６の支持が可能な荷重を超える大荷重がハブ６に作用したときに限って、主軸受１０を補助してハブ６を円筒部材８に支持するように構成されている。
【００５０】
これにより、例えば翼の曲げモーメントに起因して突発的に生じた大荷重がハブ６に作用しても、補助軸受３２が主軸受１０を補助してハブ６を支持することができる。そのため、基本的には、主軸受１０の設計は、主としてロータ７の自重に起因した疲労荷重のみを考慮して行うことができ、主軸受１０を小型化することができる。
【００５１】
一実施形態では、補助軸受３２は、ハブ６に作用する荷重が大荷重以下であるときハブ６および円筒部材８の一方とは非接触状態にあり、大荷重が前記ハブ６に作用したときに限ってハブ６および円筒部材８の前記一方に接触するように構成されている。
【００５２】
これにより、主としてロータ７の自重に起因した疲労荷重のみがロータ７に作用しているとき、補助軸受３２はハブ６及び円筒部材８の一方と非接触状態にあり、補助軸受３２における摩擦損失は生じない。よって、補助軸受３２の追加による再生エネルギー型発電装置の運転効率低下を回避できる。
【００５３】
一実施形態では、補助軸受３２は、図２に示すように、ハブ６に取り付けられており、上記大荷重がハブ６に作用したときに円筒部材８の外周面と接触する摺動面（軸受面）３２Ａを有する。他の実施形態では、補助軸受３２は、円筒部材８に取り付けられ、上記大荷重がハブ６に作用したときにハブ６と接触する摺動面（軸受面）を有する。
【００５４】
なお、補助軸受３２は、円筒部材８の全周に亘って連続した環状部材であってもよいし、円筒部材８の周りに配置される複数の断面円弧形状の部材であってもよい。なお、補助軸受３２における摺動面３２Ａは、低摩擦材料または耐摩耗性材料で形成されていてもよい。さらに別の実施形態では、補助軸受３２は、玉やころ等の転動体を有する転がり軸受であってもよい。
【００５５】
図２に示すように、ハブ６は円筒部材８が貫通する第１貫通穴３４及び第２貫通穴３６を、それぞれ、油圧ポンプ２０側とナセル１４側とに有している。一実施形態では、主軸受１０は、第１貫通穴３４の内周面と、第１貫通穴３４の内周面に対向する円筒部材８の外周面との間に設けられ、補助軸受３２は、第２貫通穴３６の内周面と、第２貫通穴３６の内周面に対向する円筒部材８の外周面との間に設けられている。
【００５６】
風力発電装置２のブレード４はコーン角が設定されたものが多く、この場合、ロータ７全体としての重心Ｇは第２貫通穴３６に比べて第１貫通穴３４の近くに位置する。また、後述のように、ハブ６を挟んでナセル１４とは反対側に油圧ポンプ２０を配置する場合、ロータ７全体としての重心Ｇはさらに第１貫通穴３４に近づく。
【００５７】
そこで、ロータ７全体としての重心Ｇにより近い第１貫通穴３４に主軸受１０を配置することで、ロータ７の自重に起因した主軸受１０の疲労荷重を軽減し、主軸受１０の小型化を図ることができる。
【００５８】
一実施形態では、ハブ６の油圧ポンプ２０側の端部には、ナセル１４に向かって凹んだ陥没部３８が設けられており、陥没部３８に第１貫通穴３４が形成される。これにより、主軸受１０が、ブレード４とハブ６により構成されるロータ７の重心Ｇに近づくため、主軸受１０の疲労荷重を効果的に軽減し、主軸受１０の小型化をより一層図ることができる。
【００５９】
なお、陥没部３８は、ロータ７の重心Ｇに対応する軸方向位置（Ｘ方向位置）に主軸受１０が配置されるように構成してもよい。すなわち、ロータ７の重心Ｇと主軸受１０との軸方向位置（Ｘ方向位置）が一致するように、陥没部３８の陥没深さを決定してもよい。これにより、主軸受１０の疲労荷重を概ね最小化することができる。
【００６０】
また、図２に示すように、油圧ポンプ２０は、ハブ６を挟んでナセル１４と反対側（ナセル１４の外部）に配設され、ハブ６に固定されるロータ部１６と、円筒部材８に固定されるステータ部１８とを含む。
【００６１】
ナセル１４は円筒部材８を支持するナセル台板１２を含み、円筒部材８はナセル台板１２と一体成形された鋳物で構成されていてもよい。この場合、図１に示すように、円筒部材８とナセル台板１２との間に湾曲部を介在させてもよい。すなわち、円筒部材８の油圧ポンプ２０とは反対側の端部とナセル台板１２との間には、エルボ状の湾曲部を設けてもよい。
【００６２】
なお、図１に示すように、ナセル１４はタワー３の上に配設されており、ナセル台板１２とタワー３の間にヨー旋回座軸受７８が配設されている。ヨーモータ（不図示）にはピニオンギア（不図示）が取り付けており、このピニオンギアに噛み合うリンクギア（不図示）がタワー３に設けられている。ヨーモータを駆動してピニオンギアを回転させると、ヨー旋回座軸受７８を介してタワー３に支持されたナセル台板１２を旋回することができる。
【００６３】
図３と図４はそれぞれ、図２に示す風力発電装置２の油圧ポンプ２０の軸方向に沿った油圧ポンプ２０周辺の断面図及び図２に示す風力発電装置２の油圧ポンプ２０の半径方向に沿った油圧ポンプ２０周辺の断面図である。両図に示すように、一実施形態に係る風力発電装置２では、ロータ部１６は、内周側に空洞部を有する円筒形状であり、ハブ６の油圧ポンプ２０側の端部に固定され、該端部を起点としてハブ６から離れる方向に円筒部材８の軸方向に沿って延在している。なお、ロータ部１６の円筒形状は、おおよそ円筒とみなせる部分を有していれば足り、必ずしも幾何学的な意味において“円筒”である必要はない。
【００６４】
ステータ部１８は、ステータ本体部１８Ａ及びステータ支持部１８Ｂを含む。ステータ本体部１８Ａは、ロータ部１６の周りに配置され、圧油生成機構４２が収容される油圧ポンプ２０の内部空間をロータ部１６とともに形成する。すなわち、油圧ポンプ２０の内部空間が、ステータ本体部１８Ａとロータ部１６との間に形成される。ステータ支持部１８Ｂは、ロータ部１６の内周側の空洞部内を通ってステータ本体部１８Ａを円筒部材８に支持するように構成されている。
【００６５】
一実施形態では、圧油生成機構４２は、リングカム４８、複数のシリンダ５０、複数のピストン５２、低圧弁５６及び高圧弁５８を含む。リングカム４８は、周方向に並ぶ多数の凹凸（ローブ）を有し、ロータ部１６の外周面上に設けられてロータ部１６とともに回転するように構成されている。複数のシリンダ５０は、ステータ本体部１８Ａ側に設けられ、リングカム４８の周りに放射状に配置されている。
【００６６】
複数のピストン５２は、リングカム４８の凹凸によって駆動されて各シリンダ５０内を摺動するように構成されている。各シリンダ５０とシリンダ５０内に設けられるピストン５２とにより作動室５４（油圧室）が画定されている。ピストン５２はピストン本体５３とローラ６０を含む。作動室５４に対して作動油を供給および排出するための低圧弁５６及び高圧弁５８が作動室５４に連通可能に設けられている。
【００６７】
図４に示すように、各作動室５４は、シリンダブロック８２の内部に設けられた高圧連通路７６を介して高圧油配管２４に接続されるとともに、シリンダブロック８２の外周に設けられた低圧連通路６２を介して低圧油配管２６に接続されている。
【００６８】
なお、図３に示すように、一対のエンドプレート６６，６８がシリンダブロック８２の両端面を覆うようにステータ部１８の両端に設けられている。ハブ６から遠い第１エンドプレート６６は、第１ポンプ軸受７２を介して、ロータ部１６の外周に支持されている。ハブ６に近い第２エンドプレート６８は、第２ポンプ軸受７４を介して、ロータ部１６の外周に支持されている。また、第１エンドプレート６６と第２エンドプレート６８とは、シリンダブロック８２を貫通するダイボルト６４によって互いに締結されている。
【００６９】
第１エンドプレート６６には、作動室５４で生成された高圧油が高圧油配管２４に向かって流れる内部流路７０が設けられている。内部流路７０は、高圧連通路７６を介して作動室５４に連通している。
【００７０】
風がブレード４に当たると、ブレード４に加わる揚力によってＸ軸周りのモーメント成分（トルク）が生じ、このモーメント成分がブレード４を回転させる作用をする（図１参照）。ブレード４が回転すると、ブレード４が取り付けられたハブ６も回転する。ハブ６の回転により、ハブ６に取り付けられた油圧ポンプ２０のロータ部１６が回転する（図３参照）。ロータ部１６の回転により、ロータ部１６の外周面に取り付けられたリングカム４８が回転する。
【００７１】
リングカム４８が回転することにより、リングカム４８の多数の凹凸（ローブ）によってローラ６０が押圧され、ピストン本体５３がシリンダ５０の軸方向に往復運動を繰り返す。
【００７２】
ピストン本体５３の往復運動により、ピストン本体５３とシリンダ５０により形成される作動室５４の容積が周期的に変化する。作動室５４の容積が減少するとき、作動室５４の中の作動油が圧縮され、圧縮された作動油が高圧油になって、高圧油配管２４に吐出される（圧縮工程）。作動室５４の容積が増大するとき、作動室５４の中に作動油が吸入される（吸入工程）。
【００７３】
円筒部材８の内部を貫通するように配設された高圧油配管２４に高圧油が吐出されると、高圧油は高圧油配管２４を介して、油圧モータ２２に供給される。高圧油の油圧により油圧モータ２２が駆動されて、油圧モータ２２の出力軸２３は回転する。油圧モータ２２の出力軸２３の回転が発電機３０の回転シャフトに伝達され、発電機３０の回転シャフトが回転する。発電機３０は回転シャフトの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、電力を生成する。
【００７４】
高圧油は油圧モータ２２に対して仕事をすると、油圧が低下し低圧油となる。低圧油は円筒部材８の内部を貫通するように配設された低圧油配管２６を介して、油圧モータ２２から油圧ポンプ２０に供給される。油圧ポンプ２０に供給された低圧油は油圧ポンプ２０により、再度油圧が高められ高圧油となって、再び油圧モータ２２に供給される。
【００７５】
一方、ロータ７に作用する荷重のうち、Ｘ軸周りのモーメント成分（トルク）以外の成分は発電に寄与せず、それらの荷重は、ハブ６、主軸受１０、円筒部材８、ナセル台板１２、タワー３の順に伝達される。
【００７６】
次に、他の一実施形態に係る風力発電装置２について説明する。図５は、一実施形態に係る風力発電装置２の油圧ポンプ２０とハブ６の構成例を示す断面図である。図２に示す例示的な実施形態に係る風力発電装置２と構成が共通する部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、主として一実施形態に係る風力発電装置２と構成が異なる部分について以下説明する。
【００７７】
円筒部材８にステータ部１８の一端が取り付けられており、ステータ部１８の内部（ステータ部１８の他の一端の近傍）に内部流路７０が配設されている。内部流路７０の位置に対応するステータ部１８の内周面上には、内部流路７０と連通する高圧油配管２４が接続されるポートが設けられている。一方、ステータ部１８の中央部の内周面上には、低圧連通路６２に連通する低圧油配管２６が接続されるポートが設けられている。
【００７８】
ステータ部１８の両端の外周面上に第１ポンプ軸受７２と第２ポンプ軸受７４が配設されている。第１ポンプ軸受７２と第２ポンプ軸受７４を介して、ロータ部１６がステータ部１８に支持されている。ステータ部１８とロータ部１６の間に一対のシール部材８６が配設されている。
【００７９】
つまり、図２に示した例示的な実施形態ではロータ部１６がステータ部１８（ステータ本体部１８Ａ）の内周側に位置するのに対し、図５に示す例示的な実施形態ではロータ部１６はステータ部１８の外周側に位置する。
【００８０】
図６及び図７はそれぞれ、図５に示す風力発電装置２の油圧ポンプ２０の軸方向に沿った油圧ポンプ２０周辺の断面図及び図５に示す風力発電装置２の油圧ポンプ２０の半径方向に沿った油圧ポンプ２０周辺の断面図である。
【００８１】
両図に示すように、他の実施形態に係る風力発電装置２では、ロータ部１６は、ハブ６の油圧ポンプ２０側の端部に固定され、該端部を起点としてハブ６から離れる方向に円筒部材８の軸方向に沿って延在するように構成されている。ステータ部１８は、ロータ部１６の内周側に配置され、円筒部材８に支持されるように構成されている。ステータ部１８とロータ部１６により圧油生成機構４２が収容される油圧ポンプ２０の内部空間が形成される。
【００８２】
一実施形態では、圧油生成機構４２は、リングカム４８、シリンダ５０、ピストン５２、低圧弁５６及び高圧弁５８を含む。リングカム４８は周方向に並ぶ多数の凹凸（ローブ）を有し、ロータ部１６の内周面上に設けられてロータ部１６とともに回転するように構成されている。
【００８３】
シリンダ５０はステータ部１８側に設けられ、リングカム４８の内周側に放射状に配置されている。ピストン５２はリングカム４８の凹凸によって駆動されて各シリンダ５０内を摺動するように構成されている。ピストン５２はピストン本体５３とローラ６０を含む。
【００８４】
シリンダ５０とシリンダ５０内に設けられるピストン５２により作動室５４（油圧室）が画定されている。作動室５４に対して作動油を供給および排出するための低圧弁５６および高圧弁５８が作動室５４に連通可能に設けられている（図７参照）。
【００８５】
風がブレード４に当たると、ブレード４に加わる揚力によってＸ軸周りのモーメント成分（トルク）が生じ、このモーメント成分がブレード４を回転させる作用をする。ブレード４が回転すると、ブレード４が取り付けられたハブ６も回転する。ハブ６の回転により、ハブ６に取り付けられた油圧ポンプ２０のロータ部１６が回転する（図６参照）。ロータ部１６の回転により、ロータ部１６の内周面に取り付けられたリングカム４８が回転する。
【００８６】
リングカム４８が回転することにより、リングカム４８の多数の凹凸（ローブ）によってローラ６０が押圧され、ピストン本体５３がシリンダ５０の軸方向に往復運動を繰り返す（図７参照）。
【００８７】
ピストン本体５３の往復運動により、ピストン本体５３とシリンダ５０により形成される作動室５４の容積が周期的に変化する。作動室５４の容積が減少するとき、作動室５４の中の作動油が圧縮され、圧縮された作動油が高圧油になって、高圧油配管２４に吐出される（圧縮工程）。作動室５４の容積が増大するとき、作動室５４の中に作動油が吸入される（吸入工程）。
【００８８】
円筒部材８の内部を貫通するように配設された高圧油配管２４に高圧油が吐出されると、高圧油は高圧油配管２４を介して、油圧モータ２２に供給される。高圧油の油圧により油圧モータ２２が駆動されて、油圧モータ２２の出力軸２３は回転する。油圧モータ２２の出力軸２３の回転が発電機３０の回転シャフトに伝達され、発電機３０の回転シャフトが回転する。発電機３０は回転シャフトの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、電力を生成する。
【００８９】
高圧油は油圧モータ２２に対して仕事をすると、油圧が低下し低圧油となる。低圧油は円筒部材８の内部を貫通するように配設された低圧油配管２６を介して、油圧モータ２２から油圧ポンプ２０に供給される。油圧ポンプ２０に供給された低圧油は油圧ポンプ２０により、再度油圧が高められ、高圧油となって、再び油圧モータ２２に供給される。
【００９０】
一方、ロータ７に作用する荷重のうち、Ｘ軸周りのモーメント成分（トルク）以外の成分は発電に寄与せず、それらの荷重は、ハブ６、主軸受１０、円筒部材８、ナセル台板１２、タワー３の順に伝達される。
【００９１】
幾つかの実施形態では、ハブ６とロータ部１６の間に、ハブ６からロータ部１６に作用する荷重のうち、ロータ部１６の回転軸まわりのモーメントを選択的にロータ部１６に伝達するトルク伝達部を設ける。これにより、ドライブトレインパート９の一部としての油圧ポンプ２０のロータ部１６にハブ６からのトルクのみを選択的に伝達することができるから、油圧ポンプ２０の構造設計が容易になり、油圧ポンプ２０を軽量化することができる。トルク伝達部として、後述する油圧式サポート８８やギヤカップリングなどを用いることができる。
【００９２】
図８は、トルクに対する油圧式サポート８８の動作原理を説明する図である。同図に示すように、油圧ポンプ２０のロータ部１６に、第１アーム部９０Ａと第２アーム部９０Ｂが設けられている。なお、風力発電装置２が２枚翼風車である場合、第１アーム部９０Ａ及び第２アーム部９０Ｂは、互いに対向して配置される一対のブレード４が設けられていない角度位置（アジマス角）に設けられていてもよい。
【００９３】
油圧式サポート８８は、第１アーム部９０Ａを挟んでその上下に設けられた第１油室９１および第２油室９２と、第２アーム部９０Ｂを挟んでその上下に設けられた第３油室９３および第４油室９４と、第１油室９１と第４油室９４とを接続する第１配管９６と、第２油室９２および第３油室９３を接続する第２配管９８とからなる。これらの油室および配管は、非圧縮性流体であるオイル（油）で満たされている。各油室９１〜９４は、第１、第２アーム部９０Ａ、９０Ｂの上下方向位置によって容積が変化するようになっている。
【００９４】
図中矢印ａ方向のトルクがハブ６からロータ部１６に加えられると、第１アーム部９０Ａから第２油室９２へ矢印ｂ方向の荷重が加わり、第２アーム部９０Ｂから第３油室９３へ矢印ｃ方向の荷重が加わる。
【００９５】
これにより、第２配管９８で連通する第２油室９２および第３油室９３内の油はいずれも加圧される。そして、加圧された油によって、第１アーム部９０Ａには矢印ｂ方向の反対方向に、第２アーム部９０Ｂには矢印ｃ方向の反対方向に、それぞれ反力が与えられる。よって、ハブ６からロータ部１６に作用する荷重のうち、ロータ部１６の回転軸まわりのモーメント（トルク）は油圧式サポート８８を介してロータ部１６に伝達される。
【００９６】
図９は、直交方向の荷重に対する油圧式サポート８８の動作原理を説明する図である。同図に示すように、ロータ部１６を直交方向に変位させる力（図中矢印ｄ方向）がロータ部１６に加えられると、第１アーム部９０Ａから第１油室９１へ矢印ｅ方向の荷重が加わり、第２アーム部９０Ｂから第３油室９３へ矢印ｆ方向の荷重が加わる。
【００９７】
これにより、第１油室９１内のオイルは、第１アーム部９０Ａの上方への移動量に応じた分だけ押し出され、第１配管９６を介して第４油室９４に流れ込む。同様に、第３油室９３内のオイルは、第２アーム部９０Ｂの上方への移動量に応じた分だけ押し出され、第２配管９８を介して第２油室９２に流れ込む。
【００９８】
このように、ロータ部１６を直交方向に変位させる力（図中矢印ｄ方向）がロータ部１６に加えられた場合、各配管９６，９８を介して連通する油室間でオイルが移動する。よって、ハブ６からロータ部１６に作用する荷重のうち、ロータ部１６の回転軸まわりのモーメント（トルク）以外の荷重成分（ここではｄ方向の力）は、基本的には油圧式サポート８８の作用によってロータ部１６に伝達されない。なお、油圧ポンプ２０のロータ部１６に伝達されない荷重成分は、主軸受１０を介して円筒部材８に伝達される。
【００９９】
上述のように、油圧式サポート８８を設けることにより、ハブ６からロータ部１６に作用する荷重のうち、ロータ部１６の回転軸まわりのモーメントを選択的にロータ部１６に伝達することができる。
【０１００】
なお、油圧式サポート８８とともに、あるいは油圧式サポート８８に替えて、ギヤカップリングを用いてもよい。
【０１０１】
以上説明したように、上記再生可能エネルギー型発電装置では、ドライブトレインパート９を構成する油圧ポンプ２０と油圧モータ２２を分離し、ハブ６を挟んでナセル１４とは反対側に油圧ポンプ２０を配置している。そのため、ナセル１４内部に油圧ポンプ２０の設置スペースを設ける必要がなく、ナセル１４を小型化してナセル重量を軽減できる。なお、こうした油圧ポンプ２０の配置が可能であるのは、ハブ６を貫通する円筒部材８を介して油圧ポンプ２０のステータ部１８をナセル台板１２に支持させるとともに、油圧ポンプ２０と油圧モータ２２との間の油配管２４、２６を円筒部材８の内部を貫通するように設けたためである。
【０１０２】
また、上記再生エネルギー型発電装置では、ブレード４の曲げモーメントに起因した荷重は、ハブ６、主軸受１０、円筒部材８、ナセル台板１２の順に伝達される。すなわち、上記再生エネルギー型発電装置におけるロードキャリパート１１（図１参照）は、ハブ６、主軸受１０、円筒部材８及びナセル台板１２を含んで構成される。
【０１０３】
これに対し、ハブ６の回転エネルギーは、ハブ６、油圧ポンプ２０、油配管２４，２６、油圧モータ２２の順に発電機３０側に伝達される。すなわち、上記再生エネルギー型発電装置におけるドライブトレインパート９は、ハブ６、油圧ポンプ２０、油配管２４，２６及び油圧モータ２２を含んで構成される。
【０１０４】
このように、ドライブトレインパート９とロードキャリパート１１という役割が異なる２つのパートを分離したことで、各々のパートの最適軽量化が可能になり、ナセル重量をさらに軽減できる。なお、各々のパートの分離が可能であるのは、ドライブトレインパート９の一部である油圧ポンプ２０においてハブ６の回転エネルギーを油圧エネルギーに変換し、ロードキャリパート１１の一部である円筒部材８を貫通する油配管２４、２６を介して油圧エネルギーを油圧モータ２２に供給するようにしたためである。
【０１０５】
さらに、上記再生エネルギー型発電装置では、ハブ６を挟んでナセル１４とは反対側に配置される油圧ポンプ２０は、ナセル台板１２のような取り外し困難な干渉物が下方に存在しないため、クレーンでの搬送作業が容易になる。よって、油圧ポンプ２０のメンテナンス性が向上する。
【０１０６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。上述した実施形態のうち複数を適宜組み合わせてもよい。
【０１０７】
例えば、図２及び５に示す例示的な実施形態では、ドライブトレインパート９の一部を構成する油圧ポンプ２０がハブ６を挟んでナセル１４の反対側に配置されるが、他の実施形態では、油圧ポンプ２０はナセル１４側に配置される。
【０１０８】
図１０は、一実施形態に係るハブ６及び油圧ポンプ２０の断面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ断面図である。図１２は、他の実施形態に係るハブ６及び油圧ポンプ２０の断面図である。
【０１０９】
図１０及び１２に示すように、幾つかの実施形態では、ハブ６及びハブ６に取り付けられるブレード４で構成されるロータ７（図１参照）の回転面に対する直交方向に沿って、ハブ６を貫通して延在する固定軸１００が設けられる。固定軸１００は、ナセル１４のナセル台板１２によって支持される。一実施形態では、固定軸１００は、湾曲部１０２を有し、固定軸１００のうちハブ６とは反対側の端部１０４まで連続している。固定軸１００の端部１０４は、ナセル台板１２に立設される。固定軸１００は、中空構造であってもよいし、中実構造であってもよい。固定軸１００とハブ６との間には、ハブ６を固定軸１００に回転自在に支持するための一対の主軸受１１０Ａ，１１０Ｂが設けられる。
【０１１０】
ハブ６には、固定軸１００が貫通する第１貫通穴３４及び第２貫通穴３６が形成されている。第１貫通穴３４は、第２貫通穴３６よりもナセル１４から遠くに位置する。主軸受１１０Ａは、第１貫通穴３４の内周面と、該内周面に対向する固定軸１００の外周面との間に設けられる。同様に、主軸受１１０Ｂは、第２貫通穴３６の内周面と、該内周面に対向する固定軸１００の外周面との間に設けられる。
【０１１１】
ハブ６には、油圧ポンプ２０のロータ部１６が固定される。また、ロータ部１６の内周側又は外周側には、油圧ポンプ２０のステータ部１８が配置される。
【０１１２】
図１０に示す例示的な実施形態では、固定軸１００に固定されてシリンダブロック８２を含むステータ部１８が、ハブ６に固定されてカム（リングカム４８）を含むロータ部１６の内周側に配置される。これに対し、図１２に示す例示的な実施形態では、固定軸１００又はナセル台板１２に固定されてシリンダブロック８２を含むステータ部１８が、ハブ６に固定されてカム（リングカム４８）を含むロータ部１６の外周側に配置される。なお、図１２には、ステータ部１８が、第１サポート部材１０６を介してナセル台板１２に固定され、且つ、第２サポート部材１０８を介して固定軸１００に固定された例を示している。
【０１１３】
図１０及び１１に示すように、幾つかの実施形態では、シリンダブロック８２は固定軸１００の外周に設けられ、シリンダブロック８２に設けられた複数のシリンダ５０内をピストン５２のピストン本体５３が摺動するようになっている。ピストン５２は、ピストン本体５３に取り付けられたローラ６０を介してリングカム４８によって押圧され、シリンダ５０によって案内されながらシリンダ５０の軸方向に往復運動する。リングカム４８の内周面には複数のローブ（凹凸）が設けられており、リングカム４８の内周面にローラ６０が当接するようになっている。シリンダブロック８２を含むステータ部１８と、リングカム４８を含むロータ部１６との間にはポンプ軸受７２，７４が設けられており、ステータ部１８に対するロータ部１６の相対的な回転運動が可能になっている。なお、第２貫通穴３６に位置する主軸受１１０Ｂと、この主軸受１１０Ｂに近いポンプ軸受７２とを共通化し、１個の軸受としてもよい。図１０及び１１に示す実施形態では、シリンダブロック８２が固定された固定軸１００をナセル台板１２に支持するようにしたので、油圧ポンプ２０の支持構造が簡素化される。
【０１１４】
他の実施形態では、図１２に示すように、シリンダブロック８２は、リングカム４８を含むロータ部１６の外周側に設けられ、シリンダブロック８２に設けられた複数のシリンダ５０内をピストン５２のピストン本体５３が摺動するようになっている。ピストン５２は、ピストン本体５３に取り付けられたローラ６０を介してリングカム４８によって押圧され、シリンダ５０によって案内されながら往復運動する。リングカム４８の外周面には複数のローブ（凹凸）が設けられており、リングカム４８の外周面にローラ６０が当接するようになっている。シリンダブロック８２を含むステータ部１８と、リングカム４８を含むロータ部１６との間にはポンプ軸受７２，７４が設けられており、ステータ部１８に対するロータ部１６の相対的な回転運動が可能になっている。
【０１１５】
図１０及び１２に示す実施形態によれば、ハブ６の第１貫通穴３４及び第２貫通穴３６の位置に第１主軸受１１０Ａ及び第２主軸受１１０Ｂがそれぞれ設けられるので、ロータ７に対する荷重（ロータ７の自重に起因した重力荷重や風荷重）が作用する荷重負荷点２００の両側に第１主軸受１１０Ａと第２主軸受１１０Ｂが位置することになる。よって、軸受荷重が低減され、主軸受１１０Ａ，１１０Ｂのコンパクト化及び軽量化が可能となる。主軸受１１０Ａ，１１０Ｂは、製造設備及び製造技術に関する制約上、製造可能な軸受のサイズに限界がある。よって、主軸受１１０Ａ，１１０Ｂのコンパクト化は、発電量がより一層大きい再生エネルギー型発電装置の実現を可能にするために有益である。
【０１１６】
また、ブレード４の曲げモーメントに起因した荷重は、ハブ６、主軸受１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）、固定軸１００、ナセル台板１２の順に伝達される。すなわち、図１０及び１２において、ロードキャリパートは、ハブ６、主軸受１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）、固定軸１００及びナセル台板１２を含んで構成される。これに対し、ハブ６の回転エネルギーは、ハブ６、油圧ポンプ２０の順に伝達される。すなわち、図１０及び１２において、ドライブトレインパートは、ハブ６及び油圧ポンプ２０を含んで構成される。このように、ドライブトレインパートとロードキャリパートという役割が異なる２つのパートを分離したことで、各々のパートの最適軽量化が可能になり、ナセル重量をさらに軽減できる。
【０１１７】
なお、図１０〜１２に示す例示的な実施形態では、ハブ６に固定されるロータ部１６と、ロータ部１８の外周側又は内周側に配置されるステータ部１８とを含む油圧ポンプ２０が設けられるが、他の実施形態では、油圧ポンプ２０に替えて、ハブ６によって駆動される任意の被駆動部が設けられる。被駆動部は、ハブ６によって駆動される発電機であってもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
２  風力発電装置（再生エネルギー型発電装置）
３  タワー
４  ブレード
５  ハブカバー
６  ハブ
７  ロータ
８  円筒部材
９  ドライブトレインパート
１０  主軸受
１１  ロードキャリパート
１２  ナセル台板
１４  ナセル
１６  ロータ部
１８  ステータ部
１８Ａ  ステータ本体部
１８Ｂ  ステータ支持部
２０  油圧ポンプ
２２  油圧モータ
２４  高圧油配管
２６  低圧油配管
３０  発電機
３２  補助軸受
３２Ａ  摺動面
３４  第１貫通穴
３６  第２貫通穴
３８  陥没部
４０  円錐ころ軸受
４２  圧油生成機構
４８  リングカム
５０  シリンダ
５２  ピストン
５３  ピストン本体
５４  作動室(油圧室)
５６  低圧弁
５８  高圧弁
６０  ローラ
６２  低圧連通路
６４  ダイボルト
６６  第１エンドプレート
６６Ａ  外周部
６６Ｂ  内周部
６８  第２エンドプレート
７０  内部流路
７２  第１ポンプ軸受
７４  第２ポンプ軸受
７６  高圧連通路
７８  ヨー旋回座軸受
８２  シリンダブロック
８６  シール部材
８８  油圧式サポート
９０Ａ  第１アーム部
９０Ｂ  第２アーム部
９１  第１油室
９２  第２油室
９３  第３油室
９４  第４油室
９６  第１配管
９８  第２配管
１００  固定軸
１０２  湾曲部
１０４  端部
１１０Ａ  第１主軸受
１１０Ｂ  第２主軸受
２００  荷重負荷点
Ｇ    重心
【図１】
2014097428.tif 000003
【図２】
2014097428.tif 000004
【図３】
2014097428.tif 000005
【図４】
2014097428.tif 000006
【図５】
2014097428.tif 000007
【図６】
2014097428.tif 000008
【図７】
2014097428.tif 000009
【図８】
2014097428.tif 000010
【図９】
2014097428.tif 000011
【図１０】
2014097428.tif 000012
【図１１】
2014097428.tif 000013
【図１２】
2014097428.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月19日(2016.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する円筒部材と、
前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記ハブを前記円筒部材に回転自在に支持する少なくとも一つの主軸受と、
前記円筒部材を支持するナセル台板を含むナセルと、
前記ハブを挟んで前記ナセルとは反対側に配置され、前記ハブに固定されるロータ部と、前記円筒部材に固定されるステータ部とを含む油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記円筒部材を貫通するように前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられる油配管と、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機とを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項２】
前記ハブと前記円筒部材との間に設けられ、前記少なくとも一つの主軸受の単独による前記ハブの支持が可能な荷重を超える大荷重が前記ハブに作用したときに限って前記少なくとも一つの主軸受を補助して前記ハブを前記円筒部材に支持するように構成された少なくとも一つの補助軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項３】
前記少なくとも一つの補助軸受は、前記ハブに作用する荷重が前記大荷重以下であるとき前記ハブおよび前記円筒部材の一方とは非接触状態にあり、前記大荷重が前記ハブに作用したときに限って前記ハブおよび前記円筒部材の前記一方に接触するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの補助軸受における摺動面は、低摩擦材料または耐摩耗性材料で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項５】
前記ハブは、前記円筒部材が貫通する第１貫通穴及び第２貫通穴を、それぞれ、前記油圧ポンプ側と前記ナセル側とに有し、
前記少なくとも一つの主軸受は、前記第１貫通穴の内周面と、該第１貫通穴の内周面に対向する前記円筒部材の外周面との間に設けられ、
前記少なくとも一つの補助軸受は、前記第２貫通穴の内周面と、該第２貫通穴の内周面に対向する前記円筒部材の外周面との間に設けられることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項６】
前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部には、前記ナセルに向かって凹んだ陥没部が設けられており、該陥没部に前記第１貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項７】
前記陥没部は、前記ロータの重心に対応する軸方向位置に前記少なくとも一つの主軸受が配置されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項８】
前記少なくとも一つの主軸受は、転動体としての円錐ころの中心軸が前記少なくとも一つの主軸受の軸方向に対してなす角度が４０度以上５０度以下である１個の複列円錐ころ軸受であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項９】
前記円筒部材は、前記ナセル台板と一体成形された鋳物で構成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１０】
前記ロータ部は、内周側に空洞部を有する円筒形状であり、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部に固定され、該端部を起点として前記ハブから離れる方向に前記円筒部材の軸方向に沿って延在しており、
前記ステータ部は、前記ロータ部の周りに配置されて前記ロータ部とともに圧油生成機構が収容されるポンプ内部空間を形成するステータ本体部と、前記ロータ部の内周側の前記空洞部内を通って前記円筒部材の前記ナセルとは反対側の端部に前記ステータ本体部を支持するステータ支持部とを含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１１】
前記圧油生成機構は、
周方向に並ぶ多数の凹凸を有し、前記ロータ部の外周面上に設けられて前記ロータ部とともに回転するように構成された少なくとも一つのリングカムと、
前記ステータ部側に設けられ、前記少なくとも一つのリングカムの周りに放射状に配置される複数のシリンダと、
前記少なくとも一つのリングカムの前記凹凸によって駆動されて各シリンダ内に摺動するように構成された複数のピストンと、
各シリンダと該シリンダ内に設けられるピストンとで画定される油圧室に対して作動油を供給および排出するための低圧弁および高圧弁とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１２】
前記ロータ部は、前記ハブの前記油圧ポンプ側の端部に固定され、該端部を起点として前記ハブから離れる方向に前記円筒部材の軸方向に沿って延在しており、
前記ステータ部は、前記ロータ部の内周側に配置されて前記ロータ部とともに圧油生成機構が収容されるポンプ内部空間を形成するとともに、前記円筒部材の前記ナセルとは反対側の端部に支持されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１３】
前記圧油生成機構は、
周方向に並ぶ多数の凹凸を有し、前記ロータ部の内周面上に設けられて前記ロータ部とともに回転するように構成された少なくとも一つのリングカムと、
前記ステータ部側に設けられ、前記少なくとも一つのリングカムの内周側に放射状に配置される複数のシリンダと、
前記少なくとも一つのリングカムの前記凹凸によって駆動されて各シリンダ内に摺動するように構成された複数のピストンと、
各シリンダと該シリンダ内に設けられるピストンとで画定される油圧室に対して作動油を供給および排出するための低圧弁および高圧弁とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１４】
前記ハブと前記ロータ部の間に設けられ、前記ハブから前記ロータ部に作用する荷重のうち、前記ロータ部の回転軸まわりのモーメントを選択的に前記ロータ部に伝達するトルク伝達部を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【請求項１５】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記少なくとも一本のブレード及び前記ハブで構成されるロータの回転面に対する直交方向に沿って、前記ハブを貫通して延在する固定軸と、
前記ハブと前記固定軸との間に設けられ、前記ハブを前記固定軸に回転自在に支持する一対の主軸受と、
前記固定軸を支持するナセル台板を含むナセルと、
前記ハブに固定されるロータ部と、該ロータ部の内周側又は外周側に配置されるステータ部とを含む被駆動部とを備え、
前記ハブは、前記固定軸が貫通する第１貫通穴及び第２貫通穴を有し、前記第１貫通穴は前記第２貫通穴よりも前記ナセルから遠くに位置し、
前記一対の主軸受は、
前記第１貫通穴の内周面と、該第１貫通穴の内周面に対向する前記固定軸の外周面との間に設けられる第１主軸受と、
前記第２貫通穴の内周面と、該第２貫通穴の内周面に対向する前記固定軸の外周面との間に設けられる第２主軸受とを含み、
前記固定軸は、
前記ハブ側に位置する第１端部と、
前記ハブとは反対側に位置し、前記ナセル台板に立設される第２端部と、
前記第１端部と前記第２端部との間に設けられた湾曲部と、
を含むとともに、
前記固定軸は、前記第１端部から前記第２端部まで連続して延在した中空構造を有する
ことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一本のブレードが再生エネルギー源としての風から受け取った風力エネルギーを利用して前記発電機にて電力を生成する風力発電装置であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
【国際調査報告】
2014097428.tif 000015
2014097428.tif 000016
2014097428.tif 000017
2014097428.tif 000018
2014097428.tif 000019
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2014097428.tif 000021
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