(57)【要約】  【課題】      構造が簡単で安価に製作できるにも拘わらず、メンテナンスを容易とする。  【解決手段】    減速機31の出力ケース37を風車ブレード11に内方フランジ50を介して一体的に回転するよう連結しているが、この出力ケース37はクランク軸33、減速部47を周囲から囲むもので比較的大径であるため、高強度であり、回転力伝達時における撓みが低減される。しかも、この出力ケース37は風車ブレード11と同軸であることから、減速部47に横力が作用することはなく、減速部47の歯同士（ピニオン36の外歯と内歯ピン38）の接触・摩耗は歯幅全体に亘ってほぼ均一となり、長寿命となる。【選択図】    図１
2005069073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向内端部がロータヘッドに回転可能に連結された複数の風車ブレードをそれぞれ回転させることでピッチ角を制御するようにした風車ブレードのピッチ角制御装置であって、駆動モータと、風車ブレードの半径方向内端部に遊嵌され、前記駆動モータの駆動回転力を減速して風車ブレードに伝達する減速機とを備え、前記減速機は、ロータヘッドに固定された固定部と、駆動モータから付与された駆動回転力により回転する入力部と、入力部に入力された駆動回転を減速して出力する減速部と、前記減速部からの出力により低速回転するとともに、前記風車ブレードの半径方向内端部に同軸関係を保って一体回転するよう連結され、前記入力部、減速部を周囲から囲む略円筒状の出力ケースとを有することを特徴とする風車ブレードのピッチ角制御装置。
【請求項２】
前記減速機は偏心揺動型歯車減速機である請求項１記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
【請求項３】
前記減速機は遊星歯車減速機である請求項１記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
【請求項４】
前記風車ブレードの半径方向内端部と前記出力ケースとを風車ブレードの回転軸線に垂直な鍔状の連結プレートを介して連結した請求項１〜３のいずれかに記載の風車ブレードのピッチ角制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電に使用される風車における風車ブレードのピッチ角を制御する風車ブレードのピッチ角制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の風車ブレードのピッチ角制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
【特許文献１】特開２００３−５６４４８号公報
【０００３】
このものは、ロータヘッドにベアリングを介して回転可能に支持され、風車ブレードの半径方向内端部が取付けられた大径のリングギアと、前記リングギアの内歯に噛み合う外歯を外周に有する小径のピニオンと、出力軸の先端に前記ピニオンが取付けられ、該ピニオンを正逆回転させることができる減速機付きアクチュエータとを備え、アクチュエータからの回転を減速機により減速した後、ピニオンに伝達して該ピニオンを駆動回転するとともに、このピニオンの回転をリングギアを介して風車ブレードに伝達し、これにより、風車ブレードを回転させてそのピッチ角を制御するようにしたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の風車ブレードのピッチ角制御装置にあっては、リングギアに噛み合っているピニオンはリングギアの回転軸線から半径方向にオフセットした位置に配置され、しかも、ピニオンに連結されている出力軸はピニオンより小径であるため、回転力伝達時に前記出力軸に横力が作用して撓み等が発生し、この結果、ピニオンの外歯とリングギアの内歯とが部分的に接触してしまう。これにより、これら外、内歯が部分的に早期摩耗してリングギア、ピニオンを頻繁に交換する必要が生じ、この結果、メンテナンスが面倒になるという課題があった。しかも、大径のリングギア、ピニオンが必要であるため、構造が複雑になるとともに、高価となってしまうという課題もあった。
【０００５】
この発明は、構造が簡単で安価に製作できるにも拘わらず、メンテナンスを容易とすることができる風車ブレードのピッチ角制御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】
このような目的は、半径方向内端部がロータヘッドに回転可能に連結された複数の風車ブレードをそれぞれ回転させることでピッチ角を制御するようにした風車ブレードのピッチ角制御装置であって、駆動モータと、風車ブレードの半径方向内端部に遊嵌され、前記駆動モータの駆動回転力を減速して風車ブレードに伝達する減速機とを備え、前記減速機は、ロータヘッドに固定された固定部と、駆動モータから付与された駆動回転力により回転する入力部と、入力部に入力された駆動回転を減速して出力する減速部と、前記減速部からの出力により低速回転するとともに、前記風車ブレードの半径方向内端部に同軸関係を保って一体回転するよう連結され、前記入力部、減速部を周囲から囲む略円筒状の出力ケースとを有する風車ブレードのピッチ角制御装置により、達成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、減速機の出力ケースを風車ブレードの半径方向内端部に一体的に回転するよう連結しているが、この出力ケースは入力部、減速部を周囲から囲むもので比較的大径であるため、高強度であり、回転力伝達時における撓みが低減される。しかも、この出力ケースは風車ブレードと同軸であることから、減速部に横力が作用することはない。このようなことから回転力伝達時における減速部の歯同士の接触・摩耗は歯幅全体に亘ってほぼ均一となり、この結果、長寿命となって頻繁に減速部を交換する必要がなくなり、メンテナンスが容易となる。しかも、大径のリングギア、ピニオンは不要であるため、構造が簡単となり、製作費も安価とすることができる。
【０００８】
また、請求項２、３に記載のような歯車減速機を用いれば、小型でありながら容易に大減速比を得ることができ、装置全体を小型で安価とすることができる。  さらに、請求項４に記載のように構成すれば、風車ブレードと出力ケースとを簡単かつ安価に一体回転できるよう連結することができる。
【実施例１】
【０００９】
図１において、11は半径方向に延びるとともに周方向に等角度離れた複数の風車ブレードであり、これら風車ブレード11の半径方向内端部は円筒状を呈するとともに、風車本体に回転可能に支持された中空状のロータヘッド12にピッチ角制御装置13を介して回転可能に連結されている。そして、前記ロータヘッド12は図示していない増速機および発電機に連結されており、この結果、風車ブレード11、ロータヘッド12が該ロータヘッド12の回転軸線回りに回転すると、発電機は（風力）発電する。また、各ピッチ角制御装置13は対応する風車ブレード11をそれぞれ回転させることでそのピッチ角、即ちロータヘッド12に対する風車ブレード11の取付け角度を制御する。
【００１０】
前記ピッチ角制御装置13は駆動モータとしての流体サーボモータ17を有し、この流体サーボモータ17は、ここでは斜板式流体モータから構成されている。この流体サーボモータ17は複数のボルト18によってロータヘッド12に取付けられたモータケース19を有し、このモータケース19には出力軸20が回転可能に支持されている。前記出力軸20の外側には円筒状のシリンダブロック21が結合され、このシリンダブロック21には一端（先端）にシュー22が連結された複数のプランジャ23が摺動可能に挿入されている。
【００１１】
26は略リング状の斜板であり、この斜板26の傾斜した他端面には前記シュー22が摺接している。そして、前記シリンダブロック21内に高圧流体が供給されると、プランジャ23が斜板26に向かって突出し、シリンダブロック21、出力軸20が一体回転する。前述したモータケース19、出力軸20、シリンダブロック21、シュー22、プランジャ23、斜板26は全体として、前記流体サーボモータ17を構成する。
【００１２】
31は前記流体サーボモータ17の一側に設置された減速機、ここでは偏心揺動型歯車減速機であり、この減速機31は前記風車ブレード11の半径方向内端部に同軸関係を保って遊嵌されている。前記減速機31は固定部としてのキャリア32を有し、このキャリア32は前記モータケース19に連結されており、この結果、キャリア32は流体サーボモータ17（モータケース19）を介してロータヘッド12に固定されていることになる。このキャリア32には周方向に等距離離れた複数、ここでは３本の入力部としてのクランク軸33が回転可能に支持され、各クランク軸33の軸方向中央部には軸方向に離れた２個の偏心部が形成されている。
【００１３】
36は外周に外歯が形成された複数、ここでは２個のピニオンであり、これらピニオン36は軸方向に並列配置されている。そして、これらピニオン36には前記クランク軸33の偏心部がそれぞれ挿入されている。37は前記キャリア32に回転可能に支持された略円筒状の出力ケースであり、この出力ケース37は前記クランク軸33、ピニオン36を周囲（半径方向外側）から囲むよう配置されている。
【００１４】
また、この出力ケース37の内周には内歯としての多数の内歯ピン38が設けられているが、これら内歯ピン38の数は前記ピニオン36の外歯の歯数より若干多い。そして、この出力ケース37の内歯ピン38にはピニオン36の外歯が隣接するピニオン36において 180度だけ位相がずれた状態で噛み合っている。なお、39は出力ケース37の一端に取付けられ、該出力ケース37の一端開口を閉止するキャップである。
【００１５】
42は前記出力軸20の一端部に連結された伝達軸であり、この伝達軸42の一端部には外歯車43が取付けられている。44は各クランク軸33の一端部に取付けられた外歯車であり、これらの外歯車44は前記外歯車43に噛み合っている。この結果、流体サーボモータ17が作動して出力軸20が回転すると、この出力軸20の回転は伝達軸42、外歯車43、44を介してクランク軸33に伝達され、クランク軸33を同期回転させる。前述した伝達軸42、外歯車43、44は全体として、流体サーボモータ17からの駆動回転力をクランク軸33に伝達付与し、該クランク軸33を同期回転させる伝達手段45を構成する。
【００１６】
そして、前述のようにしてクランク軸33が同一方向に同期回転すると、偏心部によりピニオン36が偏心回転（公転）するが、このとき、キャリア32が静止しており、また、内歯ピン38の数がピニオン36の外歯の歯数より若干多いので、出力ケース37は低速で回転する。前述したクランク軸33の偏心部、ピニオン36、内歯ピン38は全体として、クランク軸33に入力された駆動回転を減速して出力ケース37に出力する減速部47を構成する。
【００１７】
50は風車ブレード11の半径方向内端から該風車ブレード11の回転軸線に向かって延在し鍔状を呈する連結プレートとしての内方フランジであり、この内方フランジ50は風車ブレード11の回転軸線に垂直に延びている。そして、この内方フランジ50の内端部はボルト51により出力ケース37の他端部に連結されており、この結果、前記出力軸20の回転は減速機31により減速された後、風車ブレード11に伝達され、該風車ブレード11を回転させる。このように風車ブレード11の半径方向内端部と出力ケース37とを風車ブレード11の回転軸線に垂直な鍔状の内方フランジ50を介して連結するようにすれば、風車ブレード11と出力ケース37とを簡単かつ安価に一体回転できるよう連結することができる。
【００１８】
前述したキャリア32、クランク軸33、出力ケース37、減速部47は全体として、風車ブレード11の半径方向内端部に遊嵌され、流体サーボモータ17の駆動回転力を減速して風車ブレード11に伝達する前記減速機31を構成するが、この減速機31として前述の偏心揺動型歯車減速機を用いるようにすれば、小型でありながら容易に大減速比を得ることができ、装置全体を小型で安価とすることができる。
【００１９】
54は流体サーボモータ17の他側面に固定された制御ブロックであり、この制御ブロック54内には前記流体サーボモータ17に流体を給排する通路（図示していない）が形成されるとともに、該流体サーボモータ17を機械的にサーボ制御する機械式サーボ制御手段55が内蔵されている。
【００２０】
次に、前記実施例１の作用について説明する。
前述した風車ブレード11のピッチ角を風速の変化に応じて変更する場合には、まず、前記風速の変化に応じた操作信号がサーボ制御手段55に入力されるが、このとき、サーボ制御手段55はサーボ制御弁（図示していない）を切換えて流体サーボモータ17に対して高圧流体を供給する。このようにして流体サーボモータ17に高圧流体が導かれると、プランジャ23が斜板26に押し付けらるが、この押圧力の周方向分力によりプランジャ23、シリンダブロック21、出力軸20が一体的に正方向あるいは逆方向に回転する。
【００２１】
ここで、前述した出力軸20の回転は伝達手段45を介してクランク軸33に伝達され、該クランク軸33を同期回転させる。このとき、キャリア32が静止しており、また、内歯ピン38の数がピニオン36の外歯の歯数より若干多いので、前記クランク軸33の回転は減速部47により減速されて出力ケース37に出力され、該出力ケース37を低速で回転させる。このとき、前記出力ケース37には内方フランジ50を有する風車ブレード11の半径方向内端部が連結されているので、該風車ブレード11はいずれかの方向に回転し、そのピッチ角が変更される。そして、前記サーボ制御手段55はサーボ制御弁、流体サーボモータ17をサーボ制御しながら風車ブレード11を操作信号に応じた位置まで、即ち風速に応じた位置まで回転させる。
【００２２】
ここで、前記風車ブレード11のピッチ角は、通常の運転時には、10〜30度の範囲内で制御されており、風が弱くなった場合には、ピッチ角が小さくなるよう風車ブレード11を回転させてロータヘッドの回転を増速させ、一方、風が強くなった場合には、ピッチ角が大きくなるよう風車ブレード11を回転させてロータヘッドの回転を減速させ、強風時の危険を回避しながら、発電効率を向上させるようにしている。
【００２３】
また、この実施例１においては、減速機31の出力ケース37を風車ブレード11の半径方向内端部に一体的に回転するよう連結しているが、この出力ケース37はクランク軸33、減速部47を周囲から囲むもので比較的大径であるため、高強度であり、回転力伝達時における撓みが低減される。しかも、この出力ケース37は風車ブレード11と同軸であることから、減速部47に横力が作用することもない。このようなことから回転力伝達時における減速部47の歯同士、ここではピニオン36の外歯と内歯ピン38の接触・摩耗は歯幅全体に亘ってほぼ均一となり、この結果、減速部47の歯が長寿命となって頻繁に減速部47を交換する必要がなくなり、メンテナンスが容易となる。しかも、従来必要としていた大径のリングギア、ピニオンは不要であるため、構造が簡単となり、製作費も安価とすることができる。
【実施例２】
【００２４】
図２はこの発明の実施例２を示す図である。この実施例においては、風車ブレード11の半径方向内端部とロータヘッド12との間に軸受58を介装し、風車ブレード11に作用する外力（風負荷等）を軸受58を介してロータヘッド12により受けるようにしている。このようにすれば、風車ブレード11が大型のものであっても、該風車ブレード11を円滑に回転させることができる。なお、他の構成、作用は前記実施例１と同様である。
【実施例３】
【００２５】
図３はこの発明の実施例３を示す図である。この実施例においては、減速機31として遊星歯車減速機を用いている。この減速機31は流体サーボモータ17のモータケース19に連結された固定部としての支持ブロック61を有し、この支持ブロック61および前記モータケース19には出力ケース37が回転可能に支持されている。そして、前記支持ブロック61には出力軸20に一体的に連結された入力部としての伝達軸62が挿入されている。63は前記伝達軸62の外側に回転可能に支持された円筒状の中間歯車であり、この中間歯車63の一端部外側にはキャリア64が該中間歯車63と一体回転するよう嵌合されている。
【００２６】
65は前記伝達軸62の一端部に形成された太陽歯車であり、この太陽歯車65には前記キャリア64に回転可能に支持された複数の遊星歯車66に噛み合い、また、これら遊星歯車66は出力ケース37の内周に形成された内歯67に噛み合っている。68は遊星歯車66の他側において支持ブロック61に回転可能に支持された複数の外歯車であり、これらの外歯車68は中間歯車63の他側部および出力ケース37の内歯67の双方に噛み合っている。前述した中間歯車63、キャリア64、太陽歯車65、遊星歯車66、内歯67は全体として、減速部69を構成する。
【００２７】
そして、この減速機31においては、流体サーボモータ17により伝達軸62、太陽歯車65が駆動回転されると、遊星歯車66が前記太陽歯車65の周囲を公転しながら自転するが、この遊星歯車66の減速された公転はキャリア64を介して中間歯車63に伝達される。その後、この中間歯車63の回転は外歯車68、内歯67により減速されて出力ケース37に伝達され、該出力ケース37を低速回転させる。これにより、風車ブレード11は出力ケース37と共に回転し、そのピッチ角が制御される。このように減速機31として遊星歯車減速機を用いるようにすれば、小型でありながら容易に大減速比を得ることができ、装置全体を小型で安価とすることができる。なお、他の構成、作用は前記実施例１と同様である。
【実施例４】
【００２８】
図４はこの発明の実施例４を示す図である。この実施例においては、風車ブレード11の半径方向内端部とロータヘッド12との間に軸受70を介装し、風車ブレード11に作用する外力（風負荷等）を軸受70を介してロータヘッド12により受けるようにしている。このようにすれば、前記実施例２と同様に、風車ブレード11が大型のものであっても、該風車ブレード11を円滑に回転させることができる。なお、他の構成、作用は前記実施例３と同様である。
【００２９】
なお、前述の実施例においては、駆動モータとして斜板式の流体サーボモータ17を用いたが、この発明においは、斜軸式等の他形式の流体サーボモータあるいはサーボ制御されない流体モータを用いてもよく、電動モータであってもよい。また、前述の実施例においては、入力部としてのクランク軸33を減速機31の中心軸から半径方向に等距離離れた位置に配置したが、この発明においては、入力部としてのクランク軸を減速機の中心軸上に配置するとともに、該クランク軸の偏心部をピニオンの中心部に挿入するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、前述の実施例においては、連結プレートを風車ブレード11の半径方向内端部に一体形成された内方フランジ50から構成したが、この発明においては、連結プレートを出力ケースの外周に一体形成された外方フランジから構成してもよく、あるいは、風車ブレード、出力ケースとは別体の鍔状体から構成してもよい。また、前述の実施例においては、減速機31のキャリア（固定部）32を流体サーボモータ17を介してロータヘッド12に固定するようにしたが、この発明においては、減速機の固定部を直接ロータヘッドに固定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明は、風力発電に使用される風車の産業分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施例１を示す正面断面図である。
【図２】この発明の実施例２を示す正面断面図である。
【図３】この発明の実施例３を示す正面断面図である。
【図４】この発明の実施例４を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
11…風車ブレード           12…ロータヘッド
13…ピッチ角制御装置       17…駆動モータ
31…減速機                 32…固定部
33…入力部                 37…出力ケース
47…減速部                 50…連結プレート
【図１】
2005069073.tif 000003
【図２】
2005069073.tif 000004
【図３】
2005069073.tif 000005
【図４】
2005069073.tif 000006