(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワー上に軸受装置を介在させ、該タワーの軸線回りに旋回可能に設置されたナセルと、該ナセルの先端に取り付けられたロータヘッドと、該ロータヘッドに取り付けられた複数の風車翼とを備えた風力発電装置において、
前記軸受装置は、前記ナセルが前記タワーに対して旋回する際に摺動する摺動面が高分子材料で形成された摺動体を備え、
該摺動体の前記摺動面を加圧して前記ナセルの旋回動作に対し制動力を付加する加圧手段を備えていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記高分子材料よりも摩擦係数の大きい制動部材が設けられ、
前記加圧手段は、前記摺動体及び前記制動部材を加圧することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記摺動体及び前記制動部材の背面を覆うように設けられた均圧板が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記制動部材は、非制動時に前記摺動面よりも退避し、制動時に進出することを特徴とする請求項２または３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、タワーの軸線回りに旋回可能に設置されたナセルを有する風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギーによって発電する装置として、風力に対して水平な回転軸を有し、この回転軸に３枚の風車翼が取り付けられたプロペラ型の風力発電装置が主流となっている。このような風力発電装置には、通常発電時は風向きに対して回転軸が水平となるように、風向きに追従してナセルを旋回させることができる。このため、ナセルは球軸受を介してタワー上に設置されているが、近年の風力発電装置の大型化に伴い、この球軸受に使用されるボールも大型化せざるを得ない。ボールが大型化すると、規格外のボールを使用せざるを得ず、コストが高くなってしまう。
そこで、例えば特許文献１に示すように、ボールが不要となる平軸受を備えた風力発電装置が知られている。
【０００３】
また、ナセル旋回時以外は常時、ナセルを風上に向けた状態で旋回を停止させるためのブレーキ装置がナセルに別途設けられていた。
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５１８５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の風力発電装置は、ブレーキ装置が別途設けられているので、装置構成が複雑化し、さらなるコスト低減を阻んでいた。
また、台風等の強風時においても十分な制動力を発揮する装置が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、旋回するナセルに対して十分な制動力を発揮する風力発電装置を低コストで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】
上記課題を解決するために、本発明にかかる風力発電装置は、タワー上に軸受装置を介在させ、該タワーの軸線回りに旋回可能に設置されたナセルと、該ナセルの先端に取り付けられたロータヘッドと、該ロータヘッドに取り付けられた複数の風車翼とを備えた風力発電装置において、前記軸受装置は、前記ナセルが前記タワーに対して旋回する際に摺動する摺動面が高分子材料で形成された摺動体を備え、前記摺動体の前記摺動面を加圧して前記ナセルに対し制動力を付加する加圧手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、旋回時は摺動体の摺動面でナセルを支持することにより旋回可能とし、制動時は加圧手段により摺動体を加圧することにより、ナセルに制動力を付加することができる。これにより、軸受装置として摺動体を用い、かつブレーキ装置と併用することができるので、構造が簡素化されるととともに部品点数が削減され、コストを低く抑えることができる。また、加圧手段により摺動体の摺動面に対して制動力を付加することにより、強風状態においても確実にナセルの旋回を停止させることができる。
【０００９】
また、本発明にかかる風力発電装置において、前記高分子材料よりも摩擦係数の大きい制動部材が設けられ、前記加圧手段は、前記摺動体及び前記制動部材を加圧することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、摺動体に用いられている高分子材料よりも摩擦係数の大きい制動部材を設けたので、制動時には、摺動体による摩擦力に加えて、制動部材による更に大きな摩擦力をも期待できるので、一層の制動力を得ることができる。
【００１１】
また、本発明にかかる風力発電装置において、前記摺動体及び前記制動部材の背面を覆うように設けられた均圧板が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、摺動体及び制動部材の背面を覆うように均圧板が配置されていることにより、加圧手段による加圧力を摺動体及び制動部材の両者全体に分散させることができる。これにより、ナセルの全周にわたって均一に制動力を付加することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる風力発電装置において、前記制動部材は、非制動時に前記摺動面よりも退避し、制動時に進出することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、摺動体の摺動面が非制動時に退避していることにより、ナセルの旋回に対して抵抗を与えることがない。また、制動時のみに摺動体を加圧することで摺動面を進出させることにより、ナセルに対して制動力を付加することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の風力発電装置によれば、軸受装置に備えられた摺動体によって軸受としての機能を担わせるとともに、この摺動体を加圧する加圧手段によってナセルの旋回に対する制動をも行うことができる。
また、旋回するナセルを停止する制動機能を軸受装置周りに集約したことによって、部品数を低減することができ、コストを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下に、本発明にかかる第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、風力発電装置の概略構成を示す側面図、図２は、本実施形態におけるナセルとタワーとの連結部を示す縦断面図である。また、図３は、図２の軸受装置部分の平面図を示す。
【００１７】
図１において、地上に設置されたタワー１の上部に軸受装置を介してナセル２がタワー１の軸線回りに旋回可能に取り付けられている。このナセル２の一端部にロータヘッド３がナセル２の水平軸線回りに回転可能に取付けられている。このロータヘッド３には、３本の風車翼４が取り付けられており、風車翼４は風向きに対してピッチ角制御可能となっている。
ナセル２内には、図示しない発電機、増速機、油圧ユニット、制御ユニットなどが設置されており、ロータヘッド３からの回転力が回転軸を介して発電機へ伝達されることにより、発電が行われる。
なお、発電機で発電された電力は、タワー１内部に配置された図示しない系統ケーブルを介して地上の電源ユニットに送られる。
【００１８】
次に、タワー１とナセル２との連結部における軸受装置について説明する。
図２において、ナセル２の下端部が軸受装置５を介してタワー１の上端部に取り付けられている。ナセル２は軸線Ｇ回りに旋回可能とされている。
タワー１の上端部には、円筒形の固定座１ａがボルト等の固定手段９により固定されている。固定座１ａの内周側には、中心側に突出する凸部が形成されている。
ナセル２の下端部には、円筒形の回転座２ａがボルト等の固定手段９により固定されている。回転座２ａの外周面には、固定座１ａの凸部を収容して案内する案内凹部が形成されている。
【００１９】
軸受装置５は、ナセル２の回転座２ａに取り付けられており、高分子材料で形成された上側パッド（摺動体）６ａ、下側パッド（摺動体）６ｂ及び内周側パッド（摺動体）６ｃと、上側パッド６ａを加圧する上側油圧シリンダ（加圧手段）７ａ、および下側パッド６ｂを加圧する下側油圧シリンダ（加圧手段）７ｂとを備えている。上側パッド６ａは固定座１ａの上端面側、下側パッド６ｂは固定座１ａの下端面側、及び内周側パッド６ｃは固定座１ａの内周面側にそれぞれ配置されている。これら上下側パッド６ａ、６ｂ、および内周側パッド６ｃにより、固定座１ａの上下端面、及び内周面でナセル２を軸支している。これにより、回転座２ａに配置された上下側パッド６ａ、６ｂ、及び内周側パッド６ｃは、固定座１ａに沿って摺動し、ナセル２の旋回が可能となっている。
なお、上下側パッド６ａ、６ｂ、及び内周側パッド６ｃに用いられる高分子材料としては、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、アセタール、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の摩擦係数の低い高分子材料が用いられる。
【００２０】
上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂは、回転座２ａの上下端部にそれぞれ設けられており、上側油圧シリンダ７ａの可動端が上側パッド６ａに当接し、下側油圧シリンダ７ｂの可動端が、下側パッド６ｂに当接する。上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂへの給油は、ナセル２内に設置された図示しない油圧ユニットから行われる。上下側パッド６ａ、６ｂに対して上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂが接触する面（背面）には、背当てとして均圧板１０が配置されており、上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂの加圧力を上下側パッド６ａ、６ｂ全体に分散させ、上下側パッド６ａ、６ｂ全面で回転座２ａを制動するようになっている。
【００２１】
図３に示すように、上下側パッド６ａ、６ｂ及び内周側パッド６ｃは、固定座１ａ及び／又は回転座２ａに沿って円環状に配置されている。上下側パッド６ａ、６ｂ及び内周側パッド６ｃは、それぞれ円周方向において複数分割して形成してもよく、本実施形態では円周方向において８分割に形成され、等間隔に配置されている。
また、上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂは、それぞれ上下側パッド６ａ、６ｂの中央に配置されている。
【００２２】
次に、本実施形態における作用について図１〜３を用いて説明する。
図１において、風力発電装置は、通常発電時には、風力を大きく受けるように、風向きに追従してナセル２を旋回させる。したがって、図２に示す上下側パッド６ａ、６ｂ及び内周側パッド６ｃの摩擦係数は、ナセル２が旋回可能な程度に設定されている。
軸受装置５は、従来の転がり軸受の場合に比して、固定座１ａと上下側パッド６ａ、６ｂ及び内周側パッド６ｃとの接触面積が大きいため、大きな荷重でも耐えられる。このため、大型の風力発電装置（例えば、出力２ＭＷ以上の風力発電装置）の軸受装置５として、特に好ましい。
【００２３】
また、ナセル旋回時以外は常時、上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂを作動させて上下パッド６ａ、６ｂを加圧する。これにより、パッド６、６ｂが固定座１ａに押し当てられ、加圧力による摩擦抵抗の増大が実現される。したがって、上下パッド６、６ｂの接触面積の増大だけでなく油圧による摩擦力の増大によってナセルの制動力を増大させる。
【００２４】
なお、上下側パッド６ａ、６ｂが摩耗した場合には、均圧板１０ごと上下側パッド６ａ、６ｂを上下側油圧シリンダ７ａ、７ｂの可動端から取り外して交換する。上下側パッド６ａ、６ｂおよび内周側パッド６ｃは分割して形成されているので、交換を要する上下側パッド６ａ、６ｂ以外の上下側パッドに対しては、上下側油圧シリンダ７ａ，７ｂにより加圧してナセル２を停止させた後、交換を要する上下側パッド６ａ、６ｂおよび内周側パッド６ｃを交換する。このようにして交換作業を行うことにより、上下側パッド６ａ、６ｂおよび内周側パッド６ｃにかかる交換作業を安全に行うことができる。
また、均圧板１０と上下パッド６ａ、６ｂを例えばねじ止めにより取り付けている場合は、上下側パッドのみを均圧板１０から取り外すことができる。
【００２５】
このように、軸受装置５の上下側パッド６ａ、６ｂにより制動力を付加できるため、ナセル２の旋回を確実に停止させることができる。これにより、従来のように軸受装置５とは別に設置していたブレーキ装置を用いる必要がなく、部品点数を低減することができる。
また、従来の転がり軸受に替えて摺動体６ａ〜ｃとしたことにより、軸受装置５の構造を簡素化できるとともに大きな荷重を支持することができる。このため、風力発電装置の大型化に適用することができるとともに、装置コストを低減することができる。
【００２６】
［第２実施形態］
次に、図４（ａ）及び（ｂ）を用いて本発明の第２実施形態について説明する。図４（ａ）は、図２の軸受装置部分の平面図を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の軸受装置単体の詳細構造を示す側断面図である。本実施形態は、制動部材を備えている点で第１実施形態と異なる。
【００２７】
図４（ａ）において、円環状の固定座１ａの上端面に対して上側パッド１１ａが円周方向において分割され、均圧板１３が各上側パッド１１ａの上方から背面を覆うように位置している。
各均圧板１３の円周方向における中心部を押圧するように、上側油圧シリンダ７ａが配置されている。つまり、上側油圧シリンダ７ａの可動端には、均圧板１３が取り付けられている（図４（ｂ）参照）。
図４（ｂ）に示すように、均圧板１３は、側断面視してＴ字状に形成されており、固定座１ａの上端面に対して中央部が突出し、両端部が円周方向に延設されている。均圧板１３の両端部は、上側油圧シリンダ７ａの加圧時に上側パッド１１ａの背面に当接する。なお、これら上側パッド１１ａの両端には、回転座２ａを介してナセル２が上方に配置されており、このナセル２の荷重が上側パッド１１ａを介して固定座１ａに加わっている。
均圧板１３の中央部（上側油圧シリンダ７ａの可動端）には、摩擦係数の大きい制動部材１２ａが取り付けられている。この制動部材１２ａとしては、鉄や銅などの金属、セラミック、又はカーボンなどの材料、或いは金属と高分子材との混合材が用いられる。また、制動部材１２ａの固定部１ａと当接する摺動面をブラスト処理などの表面加工が施された粗面としてもよい。
【００２８】
次に、本実施形態における軸受装置５の作用について、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図４（ｂ）において、ナセルを風向きに追従させて旋回させる際、制動部材１２ａは、上側パッド１１ａの摺動面から退避しており、ナセルの旋回に対して回転抵抗を付与しないようになっている。
強風状態のナセルの旋回を強制的に停止させる場合は、上側油圧シリンダ７ａを作動させ、均圧板１３を介して制動部材１２ａ及び上側パッド１１ａを押圧する。このように、均圧板１３の両端部が上側パッド１１ａの背面を押圧するとともに、均圧板１３の中央部が制動部材１２ａを押圧することにより、上側パッド１１ａと制動部材１２ａとが固定座１ａに対して積極的に制動力を付与することとなる。したがって、上側パッド１１ａの接触面積と加圧力とに加え、摩擦抵抗の大きな制動部材１２ａの接触面積と加圧力とにより制動力を付与し、確実にナセルの旋回を停止させることができる。
【００２９】
また、図５に示すように、均圧板１５の両端部に傾斜面１５ａを形成し、この傾斜面１５ａに対向する上側パッド１４ａにも対応する傾斜面を形成することとしても良い。これにより、均圧板１５と上側パッド１４ａとの片当たりを防止し、均一に加圧力を上側パッド１４ａに加えることができる。
【００３０】
なお、上記各実施形態において、軸受装置５は、以下のような制動機能を備えているのが好ましい。
つまり、停電や故障等によって制御不能状態となっても制動動作を自動的に行う制動機能である。
具体的には、油圧シリンダ７ａ，ｂの駆動油圧をサーボバルブによって制御する構成としておき、常態では、制御部からの制御信号によってサーボバルブは油圧シリンダ７ａ，ｂに加圧用の油圧が加わらない作動位置となるようにしておく。そして、停電や故障等によって電源供給が遮断されて制御部による制御が不能となった場合に、サーボバルブは作動位置から非作動位置に自動的に復帰し、油圧シリンダ７ａ，ｂに加圧用の油圧が加わり、制動動作が行われるようにする。
このような制動機能を備えることにより、台風や故障等によって制御不能なった場合でも、安全側に軸受装置５を動作させることにより、ナセル２の回転を確実に停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態における風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるナセルとタワーとの連結部を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における軸受装置を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における軸受装置を示し、（ａ）は摺動体周りを示す平面図、（ｂ）は摺動体周りの側断面図である。
【図５】図４の変形例を示した側断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  タワー
２  ナセル
５  軸受装置
６ａ  上側パッド（摺動体）
６ｂ  下側パッド（摺動体）
６ｃ  内周側パッド（摺動体）
７ａ  上側油圧シリンダ（加圧手段）
７ｂ  下側油圧シリンダ（加圧手段）
１０、１３、１５  鋼板
１１ａ  上側パッド（摺動体）
１１ｂ  下側パッド（摺動体）
１２ａ、１２ｂ  制動部材
１４ａ  上側パッド（摺動体）
１４ｂ  下側パッド（摺動体）
【図１】
0004638298.tif 000002
【図２】
0004638298.tif 000003
【図３】
0004638298.tif 000004
【図４】
0004638298.tif 000005
【図５】
0004638298.tif 000006