(57)【要約】【課題】ブレードが取り付けられて回転する風車ロータ等の回転体のバランスを的確に調整することができる回転体のバランス調整方法を提供する。【解決手段】ロータ１２の回転軸が上下方向を向くように位置させ、ロータ１２の各ブレード取り付け部２１の先端位置に荷重支持点を配し、それらの荷重支持点でロータ１２の重量を支え、各荷重支持点での荷重をロードセル３４で測定し、各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように、ロータ１２に調整用ウエイトを付加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体のバランスを調整する方法であって、回転体の回転軸が上下方向を向くように位置させ、前記回転体の回転軸から等距離でかつ周方向に等間隔の位置に複数の荷重支持点を配し、前記複数の荷重支持点で回転体の重量を支え、各荷重支持点での荷重を測定し、各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように調整することを特徴とする回転体のバランス調整方法。
【請求項２】
各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように、回転体に調整用ウエイトを付加することを特徴とする請求項１に記載の回転体のバランス調整方法。
【請求項３】
回転体が、風車において複数のブレードを取り付けて回転するロータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転体のバランス調整方法。
【請求項４】
前記荷重支持点が、ブレード取り付け部の近傍であることを特徴とする請求項３に記載の回転体のバランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備の風車においてブレードが取り付けられて回転するロータ等の回転体のバランスを調整する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、風力発電設備に用いられる風車の説明図である。（ａ）に正面図、（ｂ）に側面図を示すように、風車は、地上に立設したタワー１０の上部に搭載されたナセル１１に回転自在に軸支されたロータ１２と、ロータ１２に取り付けられた複数（ここでは３枚）のブレード１３とで構成されている。そして、風力によってブレード１３及びロータ１２が回転し、その回転によってナセル１１に内蔵された発電機が発電するようになっている。
【０００３】
このような風車において、各ブレード１３間で重量や重心位置に差異があったり、ロータ１２の重心位置が回転軸線とずれていたりすると、回転にアンバランスが生じ、タワー１０を含めた風車設備全体が振動し、その振動が大きくなると風車が壊れる恐れがある。
【０００４】
そこで、各ブレード間のバランスを調整する方法として、予めブレード内の空洞部に調整用ウエイトの配設しておき、各ブレード間の重量や重心位置の差異に応じて調整用ウエイトの位置を移動してブレードの重心モーメントを変更し、各ブレード間のバランスを調整することによって、風車の回転時にアンバランスが生じないようにしようとする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、ロータのバランスを調整する方法としては、ロータを回転中心で吊り上げ、水準器で水平を保つようにする方法が用いられている。
【０００６】
通常、回転体の静バランスに関しては、ころがしバランス法と呼ばれる方法、すなわち、平面上で回転体をころがして一番重い角度位置が真下にくることを利用してバランスをとる方法が用いられているが、ブレード取り付け部を有して複雑な形状となっているロータのように、ころがすこと自体が困難な回転体に対しては、ころがしバランス法を適用することはできないからである。
【特許文献１】特開平７−２７９８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記のような、ロータ等の回転体を回転中心で吊り上げ、水準器で水平を保つようにする方法では、回転体のアンバランス状態を定量的に把握することが難しく、回転体のバランスを的確に調整することはできない。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ブレードが取り付けられて回転する風車のロータ等の回転体について、そのバランスを的確に調整することができる回転体のバランス調整方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１０】
［１］回転体のバランスを調整する方法であって、回転体の回転軸が上下方向を向くように位置させ、前記回転体の回転軸から等距離でかつ周方向に等間隔の位置に複数の荷重支持点を配し、前記複数の荷重支持点で回転体の重量を支え、各荷重支持点での荷重を測定し、各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように調整することを特徴とする回転体のバランス調整方法。
【００１１】
［２］各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように、回転体に調整用ウエイトを付加することを特徴とする前記［１］に記載の回転体のバランス調整方法。
【００１２】
［３］回転体が、風車において複数のブレードを取り付けて回転するロータであることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の回転体のバランス調整方法。
【００１３】
［４］前記荷重支持点が、ブレード取り付け部の近傍であることを特徴とする前記［３］に記載の回転体のバランス調整方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、回転体の重量を所定の位置に配した荷重支持点で受け、それらの荷重支持点にかかる荷重が略同一になるように調整しているので、従来のような回転体を吊り上げて水準器等を用いて目視で観察する方法に比べて、回転体のバランスを定量的に把握して的確に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る回転体のバランス調整方法の一実施形態を、風力発電設備における風車のロータのバランスを調整する場合を例にして説明する。
【００１６】
まず、この実施形態におけるロータのバランス調整方法の基本的な考え方を述べる。
【００１７】
図３は、図５に示したロータ１２を、ロータ１２の先端側からみた図である。ロータ１２は、回転中心Ｏを中心にして、周方向に１２０°ピッチで３個のブレード取り付け部２１が設けられている。そして、それぞれのブレード取り付け部２１の先端には、ブレード１３が取り付けられるようになっている。
【００１８】
ここで、ロータ１２の回転軸が上下方向を向くようにして、ロータ１２の回転軸から等距離で周方向に等間隔となる３個所（ここでは、それぞれのブレード取り付け部２１における先端位置Ａ、Ｂ、Ｃの３個所）でロータ１２の重量を支えるようにした状態を考える。
【００１９】
図４は、上記のようにして荷重支持点Ａ、Ｂ、Ｃの３個所でロータ１２を支えた状態におけるモーメントのつり合いを説明するための図である。荷重支持点Ｂを原点にし、荷重支持点Ｃの方向をＸ軸、それと直交する方向をＹ軸としている。そして、荷重支持点Ａの支持荷重をＷA、荷重支持点Ｂの支持荷重をＷB、荷重支持点Ｃの支持荷重をＷCとし、荷重支持点Ｂから荷重支持点Ｃまでの距離をＬとする。
【００２０】
今、ロータ１２のバランスが完全にとれているとして、その場合のモーメントのつり合いを考えてみる。
【００２１】
ロータ１２の重心Ｇが回転中心Ｏに一致しているので、ロータ１２の重心ＧのＸ座標ＸGは、
ＸG＝Ｌ／２
Ｙ軸まわりのモーメントのつり合いから、
（ＷA＋ＷB＋ＷC）×Ｌ／２＝ＷA×Ｌ／２＋ＷC×Ｌ
したがって、
ＷB＝ＷC              ……（１）
また、ロータ１２の重心ＧのＹ座標ＹGと荷重支持点ＡのＹ座標ＹAは、
ＹG＝（Ｌ／２）×ｔａｎ３０°＝（Ｌ／２）×（１／√３）
ＹA＝（Ｌ／２）×ｔａｎ６０°＝（Ｌ／２）×√３
Ｘ軸まわりのモーメントのつり合いから、
（ＷA＋ＷB＋ＷC）×ＹG＝ＷA×Ｙ1
（ＷA＋ＷB＋ＷC）×Ｌ／（２×√３）＝ＷA×Ｌ×（√３／２）
ＷA＋ＷB＋ＷC＝３ＷA
（１）式より、
ＷA＝ＷB              ……（２）
となる。
【００２２】
上記の（１）式と（２）式から、ロータ１２のバランスが完全にとれている場合には、３個所の荷重支持点Ａ、Ｂ、Ｃの支持荷重が同一となることが分かる。
【００２３】
このことから、逆に、３個所の荷重支持点Ａ、Ｂ、Ｃの支持荷重が略同一となるようにすれば、ロータ１２のバランスを的確に調整することが可能となるといえる。
【００２４】
例えば、ＷA＞ＷB、ＷA＞ＷCの状態であれば、目安として、荷重支持点Ｂに（ＷA−ＷB）の調整用ウエイトを、荷重支持点Ｃに（ＷA−ＷC）の調整用ウエイトを、それぞれ付加すればよい。
【００２５】
なお、荷重支持点近傍に調整用ウエイトを付加することが難しい場合には、モーメントアーム比を考慮して調整用ウエイトの微調整をすることが望ましい。
【００２６】
また、荷重支持点は、ロータ１２の回転軸から等距離で周方向に等間隔となる個所であればどこでもよいが、荷重支持点をブレード取り付け部２１近傍に配すれば、荷重支持点間の位置関係が分かり易くなるので好適である。
【００２７】
以上が、この実施形態におけるロータのバランス調整方法の基本的な考え方である。
【００２８】
次に、上記の基本的な考え方に基づいて、具体的にロータのバランスを調整する方法を、図１と図２を参照しながら説明する。図１は平面図、図２はその側面図である。
【００２９】
まず、図１及び図２に示すように、補助架台５１の上に、ロータ１２の回転軸が上下方向を向くようにロータ１２を位置させる。
【００３０】
そして、回転中心Ｏを中心にして周方向に１２０°ピッチで設けられている３個のブレード取り付け部２１のそれぞれに補助部材３１を取り付け、各補助部材３１にロードセル用ブラケット３２を取り付ける。各ロードセル用ブラケット３２には、所定のロードセル設置位置３３にロードセル３４が設置されている。
【００３１】
そして、図２に示すように、ロータ１２の周囲を取り囲むようにして、それぞれの各ロードセル用ブラケット３２に対応する位置に、３台のロードセル架台３５を配置する。
【００３２】
そして、それぞれのロードセル用ブラケット３２に設置されているロードセル３４の下面がロードセル架台３５の上面に当接するようにロータ１２を設置する。その際、ロータ１２は補助架台５１から離れ、ロータ１２の重量は、３個所のロードセル設置位置３３が荷重支持点となってロードセル架台３５によって支えられるようにする。すなわち、ロータ１２の重量を３個所の荷重支持点で支持し、それらの支持荷重をロードセル３４で測定できるようにする。
【００３３】
そして、３個所のロードセル３４によって、３個所の荷重支持点の支持荷重を測定する。
【００３４】
その結果、３個所の荷重支持点の支持荷重が等しいか、あるいは支持荷重間の差異が許容範囲内であれば、ロータ１２のバランスはとれていると判断する。
【００３５】
もし、３個所の荷重支持点の支持荷重が許容範囲を超えて異なっている場合には、３個所の荷重支持点での支持荷重間の差異が許容範囲内になるように、ロータ１２に調整用ウエイトを付与する。ここでは、荷重支持点に近い、ブレード取り付け部２１の先端部に、調整用ウエイト取り付け位置４１を設けている。
【００３６】
なお、場合によっては、３個所の荷重支持点での支持荷重間の差異が許容範囲内になるように、必要な重量をロータから削り取ることでもよい。
【００３７】
以上の手順によって、この実施形態におけるロータ１２のバランス調整作業が完了する。
【００３８】
上記のようにして、この実施形態においては、回転中心Ｏに対して対称となる３個所の荷重支持点でロータ１２の重量を受け、それらの荷重支持点にかかる支持荷重間の差異が許容範囲内になるように、ロータ１２に調整用ウエイトを付与しているので、従来のような回転体を吊り上げて水準器等を用いて目視で観察する方法に比べて、回転体のバランスを定量的に把握して的確に調整することができる。
【００３９】
なお、上記の実施形態においては、風力発電設備における風車のロータのバランスを調整する場合を例にして説明したが、風車のロータ以外の回転体にも適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態における平面図である。
【図２】本発明の一実施形態における側面図である。
【図３】本発明の一実施形態における基本的考え方の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における基本的考え方の説明図である。
【図５】風力発電設備の風車の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  タワー
１１  ナセル
１２  ロータ
１３  ブレード
２１  ブレード取り付け部
３１  補助部材
３２  ロードセル用ブラケット
３３  ロードセル設置位置
３４  ロードセル
３５  ロードセル架台
４１  調整用ウエイト取り付け位置
５１  補助架台
【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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