(57)【要約】【課題】大型化を招くことなく、増速装置及び発電モータの振動に起因する問題点を有効に解決し得る風力発電装置を提供する。【解決手段】風のエネルギを回転動力に変換する風車と、前記風車に作動的に連結された増速装置と、前記増速装置によって増速された回転動力を電気エネルギに変換する発電モータと、前記増速装置及び前記発電装置を収容するナセルと、前記風車からの回転動力を前記増速装置へ入力し得るように軸線回り回転自在に支持された入力軸と、前記増速装置が前記入力軸の軸線回りに揺動することを許容しつつ該増速装置を防振支持する支持機構とを備える。前記発電モータは前記ナセルに対してフリーな状態で前記増速装置に一体的に連結されている。【選択図】    図２
2004239113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風のエネルギを回転動力に変換する風車と、
前記風車に作動的に連結された増速装置と、
前記増速装置によって増速された回転動力を電気エネルギに変換する発電モータと、
前記増速装置及び前記発電装置を収容するナセルと、
前記風車からの回転動力を前記増速装置へ入力し得るように軸線回り回転自在に支持された入力軸と、
前記増速装置が前記入力軸の軸線回りに揺動することを許容しつつ該増速装置を防振支持する支持機構とを備え、
前記発電モータは前記ナセルに対してフリーな状態で前記増速装置に一体的に連結されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記入力軸を軸線回り回転自在に支持する軸受機構をさらに備え、
前記軸受機構は、前記入力軸の軸線位置を自動的に調整する自動調芯式軸受部材を有し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。
【請求項３】
前記軸受機構は、さらに、前記自動調芯軸受部材に対して前記入力軸の軸線方向に離間された軸受部材を有していることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記入力軸は中空軸とされており、
前記風力発電装置は、さらに、前記風車におけるブレードのピッチ角度を調整する為の操作軸であって、前記中空入力軸に挿通される操作軸と、外部操作に基づき前記操作軸を操作する作動装置とを含むピッチ角調整装置を備え、
前記作動装置は、前記ナセルに対してフリーな状態で前記増速装置に連結されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記発電モータは、前記増速装置からの出力を取り出す出力軸を囲繞するように前記増速装置に連結されたフランジ部材を介して、該増速装置に一体的に連結されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記発電モータは、前記増速装置に連結された架台部材を介して、該増速装置に一体的に連結されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車からの回転エネルギを発電モータによって電気エネルギに変換する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車から得られる回転エネルギを遊星歯車機構を用いて増速して発電機に入力し、電気エネルギを得るように構成された風力発電装置は、従来から種々提案されている。
【０００３】
一般的に、風力発電装置は、風車と、該風車の回転動力を取り出す入力軸と、該入力軸を介して回転動力を受ける増速装置と、該増速装置によって増速された回転動力を出力する出力軸と、該出力軸に作動的に連結された発電モータと、前記増速装置及び発電モータを収容するナセルとを備えている。
【０００４】
ところで、前記風力発電装置は、作動中における増速装置の振動がナセルに伝播することを防止する為、該増速装置を防振支持する防振支持機構を備えている（例えば、特許文献１及び２）。
【０００５】
しかしながら、従来の風力発電装置は下記不都合を有している。
即ち、特許文献１に記載の風力発電装置は、発電モータが増速装置とは分離された状態でナセルに支持されている。
斯かる構成においては、発電モータ用の防振支持機構が別途必要となると共に、増速装置から発電モータへ回転動力を伝達する出力軸に撓み吸収機構を備える必要がある。
【０００６】
又、特許文献２に記載の風力発電装置は、発電モータが増速装置を囲繞するように構成されている為、これらを収容するナセルの大型化を招くという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３３１７５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３０４０９４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術に鑑みなされたものであり、大型化を招くことなく、増速装置及び発電モータの振動に起因する問題点を有効に解決し得る風力発電装置の提供を、一の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記一の目的を達成するために、風のエネルギを回転動力に変換する風車と、前記風車に作動的に連結された増速装置と、前記増速装置によって増速された回転動力を電気エネルギに変換する発電モータと、前記増速装置及び前記発電装置を収容するナセルと、前記風車からの回転動力を前記増速装置へ入力し得るように軸線回り回転自在に支持された入力軸と、前記増速装置が前記入力軸の軸線回りに揺動することを許容しつつ該増速装置を防振支持する支持機構とを備え、前記発電モータは前記ナセルに対してフリーな状態で前記増速装置に一体的に連結されている風力発電装置を提供する。
【００１０】
好ましくは、前記入力軸を軸線回り回転自在に支持する軸受機構をさらに備えることができる。
該軸受機構は、前記入力軸の軸線位置を自動的に調整する自動調芯式軸受部材を有し得る。
一態様においては、前記軸受機構は、さらに、前記自動調芯軸受部材に対して前記入力軸の軸線方向に離間された軸受部材を有し得る。
【００１１】
好ましくは、前記入力軸は中空軸とされる。
斯かる態様において、前記風力発電装置は、さらに、前記風車におけるブレードのピッチ角度を調整する為の操作軸であって、前記中空入力軸に挿通される操作軸と、外部操作に基づき前記操作軸を操作する作動装置とを含むピッチ角調整装置を備え得る。
前記作動装置は、前記ナセルに対してフリーな状態で前記増速装置に連結され得る。
【００１２】
例えば、前記発電モータは、前記増速装置からの出力を取り出す出力軸を囲繞するように前記増速装置に連結されたフランジ部材を介して、該増速装置に一体的に連結される。
これに代えて、前記発電モータは、前記増速装置に連結された架台部材を介して、該増速装置に一体的に連結され得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施の形態に係る風力発電装置について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本実施の形態に係る風力発電装置１Ａの外観模式図である。又、図２は該風力発電装置１Ａの縦断展開図、図３は図２におけるＩＩＩ矢視図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように、前記増速装置２０は、風のエネルギを回転動力に変換する風車１０と、前記風車１０に作動的に連結された増速装置２０と、前記増速装置２０によって増速された回転動力を電気エネルギに変換する発電モータ３０と、前記増速装置２０及び前記発電装置３０を収容するナセル４０と、前記風車１０からの回転動力を前記増速装置２０へ入力する入力軸５０と、前記入力軸５０を支持する軸受機構６０と、前記増速装置２０を支持する支持機構７０と、前記増速装置２０からの回転動力を前記発電モータ３０に伝達する出力軸８０とを備えている。
なお、本実施の形態に係る風力発電装置１Ａはタワー９０を備えており、該タワー９０によって前記ナセル４０を所定高さに保持し得るようになっている。
【００１５】
前記入力軸５０は、前端部が前記ナセル４０の外方へ延在し且つ後端部が前記ナセル内に突入するように構成されている。
該入力軸５０は、前端部が前記風車１０における中央回転体１１に連結されており、該風車１０の回転に伴って軸線回りに回転するようになっている。
【００１６】
本実施の形態においては、製造容易性及び組立容易性の観点から、前記入力軸５０を、前記風車１０に連結される駆動側入力軸５１と、前端部が該駆動側入力軸５１に軸線回り相対回転不能に連結され且つ後端部が前記増速装置２０に連結された従動側入力軸５２とを有する分割構造としている。
なお、駆動側入力軸５１及び従動側入力軸５２の連結構造については後述する。
【００１７】
又、本実施の形態においては、前記入力軸５０は中空軸とされ、該中空入力軸５０内に前記風車１０における各ブレード１２のピッチ角度を調整する為の操作軸１１１が挿通される。
即ち、本実施の形態に係る風力発電装置１Ａは、前記各ブレード１２のピッチ角度を調整するピッチ角調整装置１１０を備えている。
【００１８】
該ピッチ角調整装置１１０は、前記中空入力軸５０内に軸線方向摺動自在に挿通される前記操作軸１１１と、外部操作に基づき前記操作軸１１１を軸線方向に摺動させる作動装置１１２と、前記操作軸１１１と前記各ブレード１２とを連動連係するリンク１１３とを有する。
本実施の形態においては、前記作動装置１１２は、前記入力軸５０と同心上に位置するように、前記ナセルに対してフリーな状態で前記増速装置２０に連結されている。
【００１９】
より好ましくは、前記風力発電装置１Ａは、前記風車１０から前記発電モータ３０へ伝達される動力に対して制動力を付加／解除するブレーキ機構１００を備えることができる。
斯かるブレーキ機構１００を備えることにより、所定範囲を越える風速時に、前記発電モータ３０へ過度の回転動力が伝達されることを有効に防止できる。
本実施の形態においては、前記ブレーキ機構１００は、前記従動側入力軸５２に対して制動力を付加し得るように構成されている。
即ち、該ブレーキ機構１００は、前記従動側入力軸５２に相対回転不能に支持されたブレーキディスク１０１と、前記増速装置２０における下記ギヤボックス２５に相対回転不能且つ軸線方向摺動可能に支持されたブレーキシュー１０２十を備えている。
【００２０】
さらに好ましくは、前記風力発電装置１Ａは、前記ナセル４０と前記タワー９０との間に、前記風車１０を風向きに対して直角方向へ向ける為の旋回機構（図示せず）を備えることができる。
該旋回機構は、前記ピッチ角調整装置１１０と共に、風向きに合わせて前記風車１０からの出力回転数を前記発電モータ３０にとって好適な範囲に入れる為に備えられる。
【００２１】
前記軸受機構６０は、前記入力軸５０を軸線回り回転自在に支持するように構成されている。
本実施の形態においては、前記軸受機構６０は、単一の自動調芯式軸受部材６１を有している。
該自動調芯式軸受部材６１は、前記駆動側入力軸５１を軸線回り回転自在且つその軸線位置を自動的に所定の設定位置に調芯し得るように支持している。
さらに、本実施の形態においては、別体とされた前記駆動側入力軸５１及び前記従動側入力軸５２の芯合わせを行いつつ両者を相互連結する為に、該駆動側入力軸５１及び従動側入力軸５２の対向端部の一方を他方に対して嵌入すると共に、両者の連結部分を囲繞するテーパ式軸継手５３を備えている。
【００２２】
図２に示すように、前記増速装置２０は、前記入力軸５０（本実施の形態においては、従動側入力軸５２）に作動的に連結された増速ギヤ機構２１と、該増速ギヤ機構を収容するギヤボックス２５とを備えている。
【００２３】
本実施の形態においては、前記ギヤボックス２５は、一端面が開口とされたボックス本体２６と、前記開口を閉塞するように該ボックス本体２６に連結される蓋体２７とを有している。
詳しくは、前記ボックス本体２６は、後方壁２６ａと、該後方壁２６ａの周縁部から前方へ延びる周壁２６ｂとを有し、前方が開口２６ｃとされている。
なお、前記入力軸５０（本実施の形態においては、従動側入力軸５２）は、前記蓋体２７と前記ボックス本体２６の後方壁２６ａとによって軸線回り回転自在に軸受支持されている。
【００２４】
前記増速ギヤ機構２１は、種々の態様を採用し得る。
本実施の形態においては、前記ギヤ機構２１は、前記入力軸５０（従動側入力軸５２）に相対回転不能に支持された第１駆動側ギヤ２２ａと、該第１駆動側ギヤ２２ａと噛合する第１従動側ギヤ２２ｂと、該第１従動側ギヤ２２ｂを相対回転不能に支持する中間軸２３と、該中間軸２３に相対回転不能に支持された第２駆動側ギヤ２４ａと、該第２駆動側ギヤ２４ａと噛合するように前記出力軸８０に相対回転不能に支持された第２従動側ギヤ２４ｂとを備えている。
【００２５】
前記支持機構７０は、前記増速装置２０が前記入力軸５０の軸線回りに揺動することを許容しつつ該増速装置２０を防振支持するように構成されている。
即ち、前記ギヤボックス２５は、前記風車１０から入力軸５０を介して増速ギヤ機構２１へ動力を伝達する際に反力を受ける。従って、該ギヤボックス２５を前記ナセル４０に対して固定支持すると、前記反力に起因する振動が該ナセル４０に伝播することになる。
【００２６】
斯かる点に鑑み、前記支持機構７０は、記増速装置２０が前記入力軸５０の軸線回りに揺動することを許容しつつ該増速装置２０を防振支持するように構成されている。
具体的には、図３に示すように、前記支持機構７０は、前記ギヤボックス２５に連結される中央部７１ａ及び該中央部から水平方向外方に延びる一対のアーム部７１ｂを有する支持部材７１と、該支持部材７１における一対のアーム部７１ｂのそれぞれとナセル４０の内底面との間に介挿された防振部材７２とを備えている。
【００２７】
ところで、本実施の形態においては、前述の通り、前記駆動側入力軸５１が、軸線方向中央部で前記単一の自動調芯式軸受部材６１によって一点支持された状態で、該駆動側入力軸５１の前端部が風車１０に連結され且つ従動側入力軸５２の後端部が前記増速装置２０に連結されている。
斯かる構成においては、風力の作用によって前記風車１０が揺動すると、前記増速装置２０は入力軸５０の軸線回りに３次元的に揺動する。
【００２８】
本実施の形態に係る風力発電装置１Ａは、斯かる増速装置２０の３次元的な揺動を吸収する為に、前記防振部材７２として、前記一対のアーム部７１ｂのそれぞれに対して逆Ｖ字状に配設された防振ゴム７３ｂを用いている。
【００２９】
即ち、図３に示すように、本実施の形態に係る風力発電装置１Ａは、前記防振部材７２として、前記一対のアーム部７１ｂのそれぞれに設けられたＶ字状の被支持面７３ａと、該Ｖ字状被支持面７３ａに当接するように逆Ｖ字状に配設された防振ゴム７３ｂと、該防振ゴム７３ｂを支持するように構成された基台７３ｃとを備えている。
【００３０】
前記出力軸８０は、前記発電モータ３０に対して回転動力を伝達すべく、少なくとも一端部が前記ギヤボックス２５から外方へ延在された状態で該ギヤボックス２５に回転自在に支持されている。
本実施の形態においては、該出力軸８０は、前記従動側入力軸５２から平行にオフセットされた位置において、後端部がギヤボックス２５から後方へ延在した状態で、前記ギヤボックス２５の蓋体２７及び後方壁２６ａによって回転自在に支持されている。
【００３１】
前記出力軸８０に作動的に連結された前記発電モータ３０は、前記ナセル４０に対してフリーな状態で前記増速装置２０に一体的に連結されている。
本実施の形態に係る風力発電装置１Ａは、前記出力軸８０の後方延在部を囲繞するように前記ギヤボックスに連結されるフランジ部材８５を備えており、前記発電モータ３０は該フランジ部材８５を介して前記ギヤボックス２５に連結されている。
【００３２】
このように、本実施に係る風力発電装置１Ａは、前記発電モータ３０を前記ナセル４０に対してフリーな状態で前記増速装置２０に一体的に連結しており、これにより、以下の効果を奏する。
即ち、発電モータ３０が増速装置２０とは分離された状態でナセル４０に支持されている場合には、発電モータ用の防振支持機構が別途必要となると共に、増速装置２０からの出力を発電モータへ伝達する前記出力軸８０に撓み吸収機構を備える必要がある。
【００３３】
これに対し、本実施の形態においては、前述の通り、前記発電モータ３０を前記ナセル４０に対してフリーな状態で前記増速装置２０に一体的に連結させている。
従って、前記発電モータ用の防振支持機構や出力軸用の撓み吸収機構を備える必要がなく、コストの低廉化及び構造簡略化を図ることができる。
【００３４】
又、本実施の形態においては、前記従動側入力軸５２に対して平行にオフセットされた前記出力軸８０を介して増速装置２０から発電モータ３０へ動力を伝達している。
従って、増速装置を囲繞するように構成されたタイプの発電モータを備える他の従来に比して、風力発電装置全体の小型化及び簡略化を図ることができる。
【００３５】
好ましくは、前記支持機構７０は、前記増速装置２０及び前記発電モータ３０の連結体の重心位置近傍において、該連結体を支持するように構成される。
本実施の形態においては、前記ギヤボックス２５の後方に前記発電モータ３０を支持させている為、前記支持部材７１を該ギヤボックス２５の後方壁２６ａに連結させている。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、前記フランジ部材８５を介して前記発電モータ３０を前記増速装置２０に一体的に連結させたが、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。
即ち、図４及び図５に示すように、前記増速装置２０に連結される架台部材８６を設け、該架台部材８６に前記発電モータ３０を支持させるように構成することも可能である。
【００３７】
又、本実施の形態においては、前記軸受機構６０として単一の自動調芯式軸受部材６１を備えた態様を例に説明したが、当然ながら、他の形態の軸受機構を備えることも可能である。
例えば、図６に示すように、前記軸受機構６０として、前記自動調芯式軸受部材６１に加えて、該自動調芯軸受部材６１に対して前記入力軸５０の軸線方向に離間された他の軸受部材６２を備えることも可能である。
【００３８】
斯かる形態においては、前記駆動側入力軸５１が軸線方向に離間された２点で支持されることになり、従って、該駆動側入力軸５１に連結された従動側入力軸５２及び前記増速装置２０は該駆動側入力軸５１の軸線回りに３次元的な揺動をしなくなる。
従って、該形態においては、前記駆動側入力軸５１及び従動側入力軸５２の連結を一般的なフランジ継手５４で行うことができると共に（図６参照）、支持機構７０として、逆Ｖ字状に配設された前記防振ゴム７３ｂの代わりに、上下方向に伸縮可能に配設されたスプリング７４を備えることができる（図７参照）。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る風力発電装置によれば、出力軸を介して増速装置から回転動力が伝達される発電モータを、ナセルに対してフリーな状態で該増速装置に一体的に連結させているので、大型化を招くことなく、増速装置及び発電モータの振動に起因する問題点を有効に解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る風力発電装置を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す風力発電装置の部分縦断面図である。
【図３】図３は、図２におけるＩＩＩ矢視図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施の形態に係る風力発電装置の部分縦断面図である。
【図５】図５は、図４におけるＶ矢視図である。
【図６】図６は、本発明のさらに他の実施の形態に係る風力発電装置の部分縦断面図である。
【図７】図７は、図６におけるＶＩＩ矢視図である。
【符号の説明】
１Ａ            風力発電装置
１０            風車
２０            増速装置
３０            発電モータ
４０            ナセル
５０            入力軸
６０            軸受機構
６１            自動調芯式軸受部材
６２            軸受部材
７０            支持機構
８０            出力軸
８５            フランジ部材
８６            架台部材
１１０          ピッチ角調整装置
１１１          操作軸
１１２          作動装置
【図１】
2004239113.tif 000003
【図２】
2004239113.tif 000004
【図３】
2004239113.tif 000005
【図４】
2004239113.tif 000006
【図５】
2004239113.tif 000007
【図６】
2004239113.tif 000008
【図７】
2004239113.tif 000009