JP6238770B2

JP6238770B2 - 風力発電装置

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Publication number: JP6238770B2
Application number: JP2014015465A
Authority: JP
Inventors: 主鉉柳; 満佐伯; 育男飛永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2017-11-29
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Also published as: TWI547640B; TW201533317A; JP2015140777A; EP2902622A1; KR20150090990A; EP2902622B1; KR101609478B1

Description

本発明は、風力発電装置に関する。

安定したエネルギー資源の確保や地球温暖化防止といった観点から、風力発電の導入が進む一方で、技術面では、設計管理上の問題、トラブルへの対応やメンテナンス対応の問題、また、各々の地域における特異な気象条件に起因する諸問題により、設置場所によっては計画された発電量が得られないという問題が顕在化している。したがって、これらの問題を解決し、風力発電設備の利用可能率（Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）を向上する取り組みがなされている。

風力発電装置の故障・事故発生部位としては、「ブレード」や「制御装置」と並び「ヨー制御」に関するトラブルも多く、ヨーアクチュエータを構成するギアボックス（変速機）やベアリング等の部品に対する信頼性および耐久性の向上が重要な課題となっている。

本技術分野の背景技術として、特開２００７−１９８１６７号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、ハブと少なくとも２枚のブレードとを有するロータと、前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、回転速度の増大に従って増大する抵抗トルクを前記ナセルのヨー回転に負荷するロータリダンパとを備えてなる水平軸風車が開示されている。また、前記ロータリダンパの出力軸の回転速度に対して前記ピニオンギアが固定された軸を低い回転速度に変換して両軸を連動させる変速機を備えてなる水平軸風車に関する記載もある。

上記水平軸風車によれば、ロータリダンパは、回転速度の増大に従って抵抗トルクを増大させる特性を有し、かかる特性の抵抗トルクがナセルのヨー回転に負荷される。これにより自然風により生じるヨートルクは、大きいものほど高い率でロータリダンパの抵抗トルクにより抑えられ、ナセルのヨー回転の運動エネルギーはロータリダンパを回転させる仕事により消散するから、ナセルの急激なヨー回転の速度変化が緩和されるとともに、ヨー回転速度の高速域への移行を防ぐことができるという効果がある。また、低速域ではロータリダンパからナセルに負荷される抵抗トルクは比較的小さいから、駆動モータにあまり大きな負担をかけることなくナセルのヨー回転を駆動制御することができるという効果がある。

特開２００７−１９８１６７号公報

一般的な風力発電装置においては、ロータすなわち複数のブレードとハブが風を最大限に受けるために、タワー頂部とナセルとの連結部にヨー駆動装置を設け、ロータの向きの制御すなわちヨー制御を行っている。ヨー制御は、風向きとロータの向きに偏差が生じた場合、ヨー駆動装置により、ロータ面を風の方向に正対させる制御を行う。ヨー制御は通常、タワー頂部に設けられたヨーベアリングギアとナセルに設けられたヨーアクチュエータのピニオンギアを噛合させ、ヨーアクチュエータを駆動させることにより、タワーに対するナセルおよびロータの位置を変えるよう制御を行う。ヨーアクチュエータは、駆動モータ、ギアボックス（変速機）、ピニオンギア等により構成されるが、図１１に示すように、このピニオンギア１１とヨーベアリングギア９の焼き付きや異物の噛み込み等による固着すなわちヨー駆動装置の固着が生じるとヨー制御が不可能となってしまう。

また、台風来襲時には予期しない力がロータやナセルに加わり、ヨー駆動装置を構成するギアの変形などのトラブルの原因となる場合がある。このような、「ヨー制御」に関するトラブルは、部品の調達に時間が掛かるなど、その修理のための風力発電設備の停止時間が比較的長い上、ダウンウィンドタイプの風車ではフリーヨーによる待機維持ができなくなるなどの風力発電設備の利用可能率向上には大きな課題となっている。

特許文献１の水平軸風車では、駆動モータに負担をかけることなくナセルのヨー回転を駆動制御することができるが、上記のようなピニオンギアとヨーベアリングギアの焼き付きや異物の噛み込み、ギアの変形等によるヨー駆動装置の固着に対するトラブルを回避することはできない。

本発明の目的は、風力発電装置において、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を提供することにある。

本発明は、地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電装置であって、前記タワーと前記ナセルの連結部に設けられ、前記タワーに対する前記ナセルおよび前記ロータの位置を制御するヨー駆動手段を有し、前記ヨー駆動手段は、前記タワーに設けられたヨーベアリングギアと、前記ヨーベアリングギアと噛合するピニオンギアと、前記ピニオンギアに出力軸を介して連結された変速機と、前記変速機を介して前記ピニオンギアと連結された駆動モータと、を備え、前記出力軸と前記ヨーベアリングギアの間のヨー駆動力の伝達を解除する解除手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、風力発電装置において、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る風力発電装置の全体概要を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のタワー頂部近傍を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のタワー頂部近傍を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のギアボックスの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のストッパーを示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のストッパーを示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。従来の風力発電装置のヨーアクチュエータの一部を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１に本発明の一実施例である風力発電装置の全体構成を示す。実施例１における風力発電装置は、図１に示すように、地上または洋上に設置された基礎５および発電機の支柱となるタワー４の上に、増速機６や発電機７などが内蔵されたナセル３が設けられている。ナセル３の一端には、ハブ２および複数のブレード１で構成されるロータが備えられ、ロータは風を受けて回転エネルギーに変換し、その回転エネルギーをロータに連結された増速機６を介して発電機７に伝え電力を発生する。ナセル３内には風力発電装置の制御に必要な制御機器類や計器類を備えた制御盤８等も設置されている。

タワー４とナセル３の連結部分には、ヨーベアリングギア９および複数のヨーアクチュエータ１０が設けられており、タワー４に対するナセル３とロータすなわちハブ２および複数のブレード１の位置を制御するヨー駆動装置（ヨー旋回手段）として機能する。図１は、ナセル３の風下側の端部にハブ２および複数のブレード１からなるロータを設けたダウンウィンド型の風力発電装置の例である。

図２および図３に本発明の一実施例である風力発電装置のタワー４の頂部近傍を示す。図２および図３では、タワー４の頂部近傍の様子が分かりやすいようナセル３を透視した形で図示している。タワー４の頂部にはヨー駆動装置の一部となるヨーベアリングギア９が設けられている。ナセル３にはヨー駆動装置の一部となるヨーアクチュエータ１０が複数設けられている。ヨーアクチュエータ１０の設置数は風力発電装置の種類や規模にもよるが、例えば、発電量（出力）が２ＭＷ程度では４基ほど設置されており、５ＭＷ程度の規模では８基ほどタワー４の頂部を取り巻くように設置される。

ヨーアクチュエータ１０は、図３に示すように、ヨー駆動（ヨー旋回）の動力源となる駆動モータ１３、駆動モータ１３の駆動力をピニオンギア１１に伝達するギアボックス（変速機）１２、ヨーベアリングギア９と噛合するよう設けられるピニオンギア１１が連結して構成されている。

実施例１における風力発電装置は、上記のような構成となっており、ヨーアクチュエータ１０を駆動させ、ロータすなわちハブ２および複数のブレード１が風を最大限に受けるよう、タワー４に対するナセル３およびロータの位置を制御する。また、タワー４に対するナセル３およびロータの位置は、風力発電装置に設置された風向計などのデータに基づき、制御盤８のヨーインバータ等の制御機器により制御される。

図４Ａおよび図４Ｂを用いて、実施例１におけるヨーアクチュエータ１０の作用効果を詳細に説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、ヨーアクチュエータ１０を構成するギアボックス（変速機）１２の一部分を示している。ギアボックス１２は、その内部に複数段のギアの組み合せすなわちギアの噛合部を有しており、図４Ａおよび図４Ｂは、ギアボックス１２内に設けられた複数段のギアの噛合部のうち、ピニオンギア１１とヨーベアリングギア９の噛合部側に近いギアの噛合部の様子を示している。

実施例１のギアボックス１２は、図４Ａに示すように出力軸１４がピニオンギア１１に連結され、ピニオンギア１１がヨーベアリングギア９と噛合している。ギアボックス１２内には出力軸１４を受けるベアリング１５が設けられ、ベアリング１５と接するようにシール材１６が設けられている。ここで、ギアボックス１２の内部はオイルで充填されており、このシール材１６によりオイルがギアボックス１２の外に漏れるのを防いでいる。出力軸１４はピニオンギアと連結する部分の反対側にギア１９を備えており、上述の駆動モータ１３からのヨー駆動力をギア１８から伝達され、出力軸１４を介してピニオンギア１１に伝える。

出力軸１４には、ギアボックス１２内において、支持部１７となる突起が形成されており、ストッパー２０により支持されている。このように出力軸１４に設けられた支持部１７をストッパー２０が支えることにより、ギア１８とギア１９が噛合し、駆動モータ１３からのヨー駆動力を、出力軸１４を介してピニオンギア１１に伝えている。これにより、風向きに応じて、駆動モータ１３を駆動させ、タワー４に対するナセル３およびロータの位置を変えることができる。

ところで、上述のように、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の焼き付きや異物の噛み込み、台風等の暴風によるギアの変形によるヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着が生じた場合、駆動モータ１３のヨー駆動力がピニオンギア１１からヨーベアリングギア９へ上手く伝達できなくなり、ヨー制御が不可能となってしまう。そこで、実施例１の風力発電装置では、図４Ｂに示すように、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着が生じた場合は、ストッパー２０を支持部１７から外れるように移動させることにより、ピニオンギア１１および出力軸１４、ギア１９が自重によりギアボックス１２の下方に落下する。落下の際、シール材１６は支持部１７のクッション材として機能する。これにより、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の噛合は解放され、ピニオンギア１１からヨーベアリングギア９へのヨー駆動力の伝達が解除される。その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。

図５Ａ乃至図５Ｃを用いて、上述のストッパー２０の動作を説明する。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ストッパー２０には開口（切欠き）が設けられており、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着が生じた場合に、例えば、押し棒２１のようなストッパー解除手段をストッパー２０の開口（切欠き）に挿入することにより、ストッパー２０が支持部１７から外れるように移動し、ピニオンギア１１および出力軸１４、ギア１９をギアボックス１２の下方に落下させる。図５Ｂは、図５Ａにおけるａ−ａ’平面図である。また、図５Ｃは、図５Ｂにおけるｂ−ｂ’平面図である。図５Ｃに示すように、ストッパー２０は支持部１７をスムーズに支持できるよう指示部１７との接触面の角部に面取りが施されている。

ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着は、例えば、制御盤８のヨーインバータの電流値の監視等により検出する。ヨーインバータの定格電流を監視したり、ヨーインバータの電流値に所定のインターロック値を設定することにより、ヨーインバータの電流値が定格電流を超えたり、所定のインターロック値を超えた場合、上述の押し棒２１を手動でストッパー２０の開口（切欠き）に挿入し、ストッパー２０による支持部１７の支持を解除する。

実施例１の風力発電装置によれば、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着すなわちヨー駆動装置の固着が発生した場合においても、手動操作でギアボックス１２内のストッパー２０による支持部１７の支持を解除することで、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続することができる。これにより、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

図６Ａおよび図６Ｂに、本発明の他の実施例である風力発電装置におけるヨーアクチュエータ１０の一部を示す。実施例２における風力発電装置については、実施例１で説明した部分と共通する部分について、その詳細な説明を省略して説明する。

実施例２における風力発電装置のヨーアクチュエータ１０を構成するギアボックス１２は、出力軸１４に支持部１７となる突起が設けられている点において、実施例１と同様の構成となっている。また、支持部１７がストッパー２３により支持されることにより、ギア１８およびギア１９が噛合し、駆動モータ１３からのヨー駆動力を、出力軸１４を介してピニオンギア１１に伝えている点でも実施例１と同じである。

実施例２におけるストッパー２３は駆動モータ２２に連結され、ヨー駆動力の伝達を解除する解除手段すなわちストッパー２３を解除手段駆動装置である駆動モータ２２により移動させ、支持部１７の支持を解除する点で実施例１と異なる。ストッパー２３を駆動モータ２２により支持部１７から外れるように移動させることにより、ピニオンギア１１および出力軸１４、ギア１９が自重によりギアボックス１２の下方に落下する。これにより、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の噛合は解放され、ピニオンギア１１からヨーベアリングギア９へのヨー駆動力の伝達が解除される。その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。

駆動モータ２２によるストッパー２３の解除は、実施例１と同様に、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着を検出し、動作させる。実施例１と同様、ヨーインバータの定格電流を監視したり、ヨーインバータの電流値に所定のインターロック値を設定することにより、ヨーインバータの電流値が定格電流を超えたり、所定のインターロック値を超えた場合、駆動モータ２２を動作させ、ストッパー２３による支持部１７の支持を解除する。

実施例２の風力発電装置によれば、実施例１と同様に、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着すなわちヨー駆動装置の固着が発生した場合においても、ヨーインバータの電流値の監視等を連動させ、自動でギアボックス１２内のストッパー２３による支持部１７の支持を解除することで、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続することができる。これにより、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

図７Ａおよび図７Ｂに、本発明の他の実施例である風力発電装置におけるヨーアクチュエータ１０の一部を示す。実施例３における風力発電装置については、実施例１で説明した部分と共通する部分について、その詳細な説明を省略して説明する。

実施例３における風力発電装置のヨーアクチュエータ１０を構成するギアボックス１２は、出力軸１４に支持部１７となる突起が設けられている点において、実施例１と同様の構成となっている。また、支持部１７がストッパー２４により支持されることにより、ギア１８およびギア１９が噛合し、駆動モータ１３からのヨー駆動力を、出力軸１４を介してピニオンギア１１に伝えている点でも実施例１と同じである。

実施例３における支持部１７およびストッパー２４は、ギアボックス１２内において、ピニオンギア１１とヨーベアリングギア９との噛合部側に設けられたギアの噛合部よりもギアボックス１２の中段側に設けられている点で実施例１と異なる。ストッパー２４を、実施例１のように手動操作により、或いは実施例２のように駆動モータにより自動で、支持部１７から外れるように移動させることにより、ピニオンギア１１および出力軸１４、ギア１９が自重によりギアボックス１２の下方に落下する。これにより、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の噛合は解放され、ピニオンギア１１からヨーベアリングギア９へのヨー駆動力の伝達が解除される。その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。これにより、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

図８Ａおよび図８Ｂに、本発明の他の実施例である風力発電装置におけるヨーアクチュエータ１０の一部を示す。実施例４における風力発電装置については、実施例１で説明した部分と共通する部分について、その詳細な説明を省略して説明する。

実施例４における風力発電装置は、ギアボックス１２が、その内部に複数段のギアの噛合を有している点では、実施例１と同様である。実施例４のギアボクス１２はその外部にブラケット２５が設けられ、ブラケット２５に出力軸１４を支持するようにストッパー２６が設けられている。ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合、ギアボックス１２の外部に設けられたストッパー２６を解放することにより、出力軸１４がブラケット２５を突き抜けるようにギアボックス１２の下方に落下し、ピニオンギア１１とヨーベアリングギア９との噛合が解放され、ヨー駆動力の伝達を解除する。その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。

ギアボックス１２の外部に設けられたストッパー２６の解除は、実施例１と同様に、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着を検出し、動作させる。実施例１と同様、ヨーインバータの定格電流を監視したり、ヨーインバータの電流値に所定のインターロック値を設定することにより、ヨーインバータの電流値が定格電流を超えたり、所定のインターロック値を超えた場合、ストッパー２６による出力軸１４の支持を解除する。ストッパー２６の解除は、実施例１のように手動操作により、或いは実施例２のように駆動モータにより自動で解除する。ストッパー２６による出力軸１４の支持の解除により、ピニオンギア１１および出力軸１４、ギア１９が自重によりギアボックス１２の下方に落下する。

これにより、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の噛合は解放され、ピニオンギア１１からヨーベアリングギア９へのヨー駆動力の伝達が解除される。その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。これにより、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

図９Ａおよび図９Ｂに、本発明の他の実施例である風力発電装置におけるヨーアクチュエータ１０の一部を示す。実施例５における風力発電装置については、実施例１で説明した部分と共通する部分について、その詳細な説明を省略して説明する。

実施例５における風力発電装置のヨーアクチュエータ１０を構成するギアボックス１２は、その内部に複数段のギアの噛合を有している点では、実施例１と同様である。実施例５におけるギアボックス１２は、その入力軸３３に支持部１７となる突起およびストッパー３２を設けている点において、他の実施例と異なる。ギアボックス１２内において、駆動モータ３４（図３における駆動モータ１３）の側に設けられたギアの噛合を解放することにより、ヨー駆動力の伝達を解除する。

ストッパー３２を、実施例１のように手動操作により、或いは実施例２のように駆動モータにより自動で、支持部１７から外れるように移動させることにより、出力軸３３、ギア３１が自重により下方に落下する。これにより、ギア３０とギア３１の噛合は解放され、ギア３１からギア３０へのヨー駆動力の伝達が解除される。

ストッパー３２の解除は、実施例１と同様に、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着を検出し、動作させる。実施例１と同様、ヨーインバータの定格電流を監視したり、ヨーインバータの電流値に所定のインターロック値を設定することにより、ヨーインバータの電流値が定格電流を超えたり、所定のインターロック値を超えた場合、ストッパー３２による支持部１７すなわち入力軸３３の支持を解除する。ストッパー３２の解除は、実施例１のように手動操作により、或いは実施例２のように駆動モータにより自動で解除する。ストッパー３２による支持部１７の解除により、入力軸３３、ギア３１が自重により下方に落下する。

これにより、ギア３０とギア３１の噛合は解放され、ギア３１からギア３０へのヨー駆動力の伝達が解除される。その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。これにより、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

図１０Ａおよび図１０Ｂに、本発明の他の実施例である風力発電装置におけるヨーアクチュエータ１０の一部を示す。実施例６における風力発電装置については、実施例１で説明した部分と共通する部分について、その詳細な説明を省略して説明する。

実施例６における風力発電装置のヨーアクチュエータ１０を構成するギアボックス１２は、その内部に複数段のギアの噛合を有している点では、実施例１と同様である。実施例６におけるギアボックス１２は、ギアボックス内において、中段に設けられたギアの噛合を解放することにより、ヨー駆動力の伝達を解除する。

ギアボックス１２の中段に位置するギア３７およびギア４０を連結するシャフト部分に支持部１７となる突起を設け、ストッパー３８で支持している。ストッパー３８の解除は、実施例１のように手動操作により、或いは実施例２のように駆動モータにより自動で、支持部１７から外れるように移動させることにより、ギアボックス１２の中段のギア３７、ギア４０およびそれらを連結するシャフトが自重により下方に落下する。これにより、ギア３６とギア３７、ギア３９とギア４０の噛合は解放され、ギア３９からギア４０へのヨー駆動力の伝達およびギア３７からギア３６へのヨー駆動力の伝達が解除される。

ストッパー３８の解除は、実施例１と同様に、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１の固着を検出し、動作させる。実施例１と同様、ヨーインバータの定格電流を監視したり、ヨーインバータの電流値に所定のインターロック値を設定することにより、ヨーインバータの電流値が定格電流を超えたり、所定のインターロック値を超えた場合、ストッパー３８によるギア３７とギア４０を連結するシャフト部分に設けた支持部１７の支持を解除する。

その結果、ナセル３およびロータが、タワー４に対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態（風見鶏状態）となり、ヨーベアリングギア９とピニオンギア１１に固着が生じた場合であっても、風力による過剰な力がロータやタワー４に加わることなく、風力発電装置の稼動を継続させることができる。これにより、ヨー駆動装置の故障によるヨー制御トラブルの影響を最小限に抑え、利用可能率の高い風力発電装置を実現することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ブレード、２…ハブ、３…ナセル、４…タワー、５…基礎、６…増速機、７…発電機、８…制御盤、９…ヨーベアリングギア、１０…ヨーアクチュエータ、１１…ピニオンギア、１２…ギアボックス、１３，２２，３４…駆動モータ、１４…出力軸、１５…ベアリング、１６…シール材（クッション材）、１７…支持部、１８，１９，２７，２８，３０，３１，３６，３７，３９，４０，４１，４２…ギア、２０，２３，２４，２６，３２，３８…ストッパー、２１…押し棒、２５…ブラケット、２９，３５…シャフト、３３…入力軸、４３…固着部。

Claims

地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、
前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、
前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電装置であって、
前記タワーと前記ナセルの連結部に設けられ、前記タワーに対する前記ナセルおよび前記ロータの位置を制御するヨー駆動手段を有し、
前記ヨー駆動手段は、前記タワーに設けられたヨーベアリングギアと、前記ヨーベアリングギアと噛合するピニオンギアと、前記ピニオンギアに出力軸を介して連結された変速機と、前記変速機を介して前記ピニオンギアと連結された駆動モータと、を備え、
前記出力軸と前記ヨーベアリングギアの間のヨー駆動力の伝達を解除する解除手段を有することを特徴とする風力発電装置。
前記解除手段は、手動操作によりヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記解除手段は、前記解除手段を駆動する解除手段駆動装置により自動でヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記解除手段により前記ヨー駆動手段のヨー駆動力の伝達が解除された場合、前記ナセルおよび前記ロータが、前記タワーに対する位置を風向きに応じて変えるフリーヨー状態となることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風力発電装置。
前記ヨー駆動手段の制御電流が定格値を超えた場合、前記解除手段により前記ヨー駆動手段のヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風力発電装置。
請求項１から５のいずれかに記載の風力発電装置であって、
前記解除手段は前記変速機に設けられることを特徴とする風力発電装置。
前記変速機は、その内部に複数段のギアの噛合を有し、
前記解除手段は、前記変速機内において、前記ピニオンギアと前記ヨーベアリングギアとの噛合部側に設けられたギアの噛合を解放することにより、ヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記解除手段は、前記変速機内において、前記ピニオンギアと前記ヨーベアリングギアとの噛合部側に設けられたギアの噛合部よりも前記変速機の中段側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
前記変速機は、その内部に複数段のギアの噛合を有し、
前記解除手段は、前記変速機内において、前記変速機の中段に設けられたギアの噛合を解放することにより、ヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記変速機は、その内部に複数段のギアの噛合を有し、
前記解除手段は、前記変速機内において、前記駆動モータ側に設けられたギアの噛合を解放することにより、ヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記変速機は、その内部に複数段のギアの噛合を有し、
前記解除手段は、前記変速機の外部に設けられ、前記変速機内において、前記ピニオンギアと前記ヨーベアリングギアとの噛合部側に設けられたギアの噛合を解放することにより、ヨー駆動力の伝達を解除することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。