JP2004232500A - 風力発電設備のナセル旋回駆動装置、及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナセルの旋回方向のブレーキ容量が大きくても、ナセル静止時の突風等による風車の翼の損傷やタワーの倒壊を防止できる風力発電設備のナセル旋回駆動装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】タワー（２）上部に、ナセル（３）と、該ナセル（３）を略水平面内で旋回自在に減速機（５０）を介して駆動する駆動装置（３１）とを備え、駆動装置（３１）と減速機（５０）との間に、または減速機（５０）内に、クラッチ（４０Ａ）とブレーキ（４０Ｂ）を配設した。上記箇所にクラッチ（４０Ａ）を配設し、駆動装置（３１）を挟んで減速機（５０）と反対側のモータ軸上には軸ブレーキ（７４）を備えてもよい。発電停止時に、風速が所定値を超えたら、クラッチ（４０Ａ）をオフすると共に、該クラッチ（４０Ａ）よりも減速機（５０）側に配設したブレーキ（４０Ｂ）をオフして、ナセル（３）を旋回フリーとする運転方法である。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電設備のナセル旋回駆動装置、及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電設備は一般的に、地上または海上に設置された塔（以下、タワーと言う。）の上端部に旋回座を配設し、同旋回座上に発電室（以下、ナセルと言う。）を略水平方向に旋回自在に配設して構成されており、ナセルの前端外部には風車が、ナセル内部には、前記風車の回転軸に連結された増速機、同増速機に連結された発電機、及びナセルを前記旋回座上で旋回させる駆動装置がそれぞれ配設されている。なお、以下の説明を簡潔にするために、旋回座と駆動装置とを総称してナセル旋回駆動装置と言うこととする。
【０００３】
従来のナセル旋回駆動装置の構成例を、先に本出願人が出願した特許文献１（未公開）により図９〜図１１を参照して説明する。図９はナセル旋回駆動装置を適用した風力発電設備の概略構成図であり、図１０は同ナセル旋回駆動装置の断面側面図で、図９のＰ部説明図であり、また図１１は図１０の要部断面側面図である。
【０００４】
図９において、風力発電設備１は、タワー２の上端部にナセル３が旋回自在（図１０で後述する。）に配設されており、ナセル３の一端側外部には翼を有する風車５が、またナセル３の内部には、前記風車５の回転軸４に連結された増速機６と、該増速機６に連結された発電機７がそれぞれ配設されている。
【０００５】
図１０において、タワー２の上端部に、旋回ベアリング６６のインナレース６８およびアウタレース６７のいずれか一方（図ではインナレース６８）をボルトで締結して固定側とし、他方（図ではアウタレース６７）にナセル３をボルトで締結して旋回側とし、これらにより旋回座が構成されている。なお、旋回ベアリング６６によることなく、円環状のガイドレールと複数のガイドローラ（何れも図示せず。）とによって旋回座を構成した例もあり、それらを含めて、以下旋回座と総称する。
【０００６】
上記で構成された旋回座において、旋回側のナセル３に取着された旋回駆動装置７０の出力軸７５に取り付けたピニオン７３が、固定側のインナレース６８の内周に形成された図示しない内歯ギヤに噛合って公転することによって、ナセル３が略水平方向に旋回するようになっている。
【０００７】
また図１１において、旋回駆動装置７０は電動機７１と、該電動機７１の出力軸に結合された減速機７２（ここでは、遊星歯車減速機）とを備えており、減速機７２の出力軸７５の下端部には前記ピニオン７３がリテーナ７６とボルト７７で着脱可能に取着されている。
【０００８】
また、特許文献１には記載されていないが、ナセル３の方位を固定するために、例えば非特許文献１に記載の在る如く、電動機７１の出力軸と反対側のモータ軸には軸ブレーキ７４が装着されており、さらに、図１０の旋回ベアリング６６の外周部には、インナレース６８とアウタレース６７との間に亘ってディスク式の旋回ブレーキ（図示せず）が装着されている。なお、電動機７１の軸ブレーキ７４および旋回ブレーキは、無通電時に制動がかかる、いわゆるネガティブブレーキで構成されている。この２系統のブレーキによって発電時の風向のゆらぎを止めているが、軸ブレーキ７４のブレーキ容量は、減速機７２の合計減速比が数万もあり大きい為、旋回ブレーキのブレーキ容量に匹敵する容量がある。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００２−１２４７６６号（第８−１０頁、第１−３図）
【非特許文献１】
東芝産業機器システム（株）、製品カタログＣＫＭＧ−１１０４（ブレーキモータ）、［平成１４年１２月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｓｈｉｂａ−ｔｉｐｓ．ｃｏ．ｊｐ／＞
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のナセル旋回駆動装置においては、以下のような問題がある。
通常、発電効率を高めるために、風車５の方向が風向と略一致するように所定の制御周期時間毎にその間の平均風向に基づき旋回駆動装置７０でナセル３を旋回させ、この旋回駆動後に所定位置で停止させるときに前記軸ブレーキ７４および旋回ブレーキで制動をかけ、その停止位置でナセル３の方位を固定する。一方、台風等の直撃を受けて、強風（例えば２５ｍ／ｓｅｃ以上）が吹いているときには、風車５の翼の回転を停止することにより発電を停止し、軸ブレーキ７４および旋回ブレーキで制動をかけた状態として、ナセル３の方位を固定している。このとき、横方向の突風が吹くと、固定されている翼に過負荷がかかり、翼が損傷するという重大な事故が発生する可能性がある。また、旋回方向の過大な外力による負荷が旋回ベアリング６６を介して旋回ブレーキ、及び、減速機７２と電動機７１を介して軸ブレーキ７４の両方に加わることになる。なお、これらのブレーキはその容量以上の負荷がかかったら滑るようになっているので、減速機７２および電動機７１には前記ブレーキの容量までの負荷がかかる。
【００１１】
ところで、風による外力の大きさは非常にばらつきがあり、通常その大きさは小さいが突風の時には非常に大きい場合がある。その最大の外力に耐え得るようなトルク容量のブレーキが装着されているため、翼の損傷やタワー２の倒壊が起る場合がある。
【００１２】
また、風力発電設備１は、９０％程度の稼働率であるが、残りの１０％は強風又は微風のため翼の回転を停止しているが、この強風の時軸ブレーキ７４および旋回ブレーキでナセル３を固定した状態で、風車５が突風等の横風を受けると、風車５の翼の破損またはタワー２の倒壊という重大な損傷を受ける可能性がある。しかも、この場合には交換が非常に困難で、その損失費用が高いという問題もある。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ナセルの旋回方向のブレーキ容量が大きくても、ナセル静止時の突風等による風車の翼の損傷やタワーの倒壊を防止できる風力発電設備のナセル旋回駆動装置及びその運転方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、タワー上部に、ナセルと、該ナセルを略水平面内で旋回自在に減速機を介して駆動する駆動装置とを備えた風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、前記駆動装置と前記減速機との間に、または前記減速機内に、クラッチとブレーキを配設している。
【００１５】
第１発明によると、次の作用及び効果が得られる。
駆動装置と減速機との間に、または減速機内にクラッチとブレーキ（クラッチブレーキ装置）を配設したため、発電停止をするような強風時で突風のあるときにはこのクラッチとブレーキをオフする（ブレーキがクラッチより駆動装置の側に配設されている場合には、少なくともクラッチをオフすればよい。旋回ブレーキを備えている場合には、旋回ブレーキもオフする。）ことによって、減速機を駆動装置およびハウジングから分離して、減速機を回転フリー状態とすることができ、風車を備えたナセル全体が旋回フリー状態となる。これにより、突風時または風向の急変時に翼およびタワーへかかる過大負荷を避けることができ、風車の翼の損傷やタワーの倒壊等の畏れが無い。また、旋回方向の過大な外力による負荷が減速機及び駆動装置に加わるのを無くすことができる。従って、翼、タワー、減速機及び駆動装置の耐用寿命を長期化することができる。さらに、これにより、ブレーキおよびクラッチの容量としては駆動停止時の負荷のみを考慮すればよいので小容量で済み、ナセル旋回駆動装置を小形化できる。
【００１６】
第２発明は、タワー上部に、ナセルと、該ナセルを略水平面内で旋回自在に減速機を介して駆動する駆動装置とを備えた風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、前記駆動装置と前記減速機との間に、または前記減速機内に、クラッチを配設し、前記駆動装置は、該駆動装置を挟んで前記減速機と反対側のモータ軸上に、軸ブレーキを備えている。
【００１７】
第２発明によると、次の作用及び効果が得られる。
駆動装置と減速機との間に、または減速機内にクラッチを配設し、駆動装置を挟んで減速機と反対側のモータ軸上に軸ブレーキを配設したため、上記第１発明における作用及び効果と同様に、発電停止をするような強風時で突風のあるときには少なくともクラッチをオフする（旋回ブレーキを備えている場合には、旋回ブレーキもオフする。）ことによって、突風または風向の急変による翼、タワー、減速機への過大負荷を無くすことができ、これにより、風車の翼の損傷やタワーの倒壊等の畏れが無い。また、翼、タワー、減速機及び駆動装置の耐用寿命を長期化できる。さらに、ブレーキおよびクラッチの容量を小さくでき、ナセル旋回駆動装置を小形化できる。
【００１８】
第３発明は、第１発明又は第２発明による風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、前記駆動装置と減速機との間に、または減速機内に配設されるクラッチ、ブレーキを電磁式としている。
【００１９】
第３発明によると、前記第１又は第２発明における作用及び効果に加えて、次の作用及び効果が得られる。
（１）電磁式のクラッチとブレーキの駆動に必要な部品は、整流器（又は直流電源）とスイッチング機器（電磁開閉器又は半導体スイッチ回路等）であり、これらは、油圧式の場合の油圧ポンプ及び切換弁よりも小形であるから、装置の小形化が図れる。
（２）例えば駆動装置を電動機とした場合に、例えばクラッチオフで電動機を無負荷で起動してからクラッチオンにして電動機で旋回駆動を開始する等の、電動機、クラッチ及びブレーキの３者それぞれのオンオフを所要の順序に組み合わせて制御する所謂シーケンスシャル制御を行うことが容易となる。
【００２０】
（３）同じく例として駆動装置を電動機としてナセルを旋回駆動後停止させる際に、電動機をオンのままで、クラッチ及びブレーキそれぞれに例えば時分割で電圧を附加する所謂チョッパ制御を行うことによって、クラッチ及びブレーキの微操作を行うことが容易となり、これによって、比較的安価な制御手段でナセルを的確に所要位置に停止させことができる。
【００２１】
また、第４発明は、タワー上部に、ナセルと、該ナセルを略水平面内で旋回自在に減速機を介して駆動する駆動装置とを備えた風力発電設備のナセル旋回駆動装置の運転方法において、風力発電設備周囲の風速を計測し、風力発電を停止しているときに、前記計測した風速が所定値を超えたら、前記駆動装置と前記減速機との間に、または前記減速機内に配設したクラッチをオフすると共に、該クラッチよりも前記減速機側に配設したブレーキをオフして、ナセルを旋回フリーとする方法としている。
【００２２】
第４発明によると、発電を停止している時に、所定値を越える強風が吹いているときには、クラッチと、該クラッチよりも減速機側に配設したブレーキとをオフして、ナセル全体を旋回フリー状態とするため、強風により風車の翼が損傷したりタワーが倒壊したりするような過大負荷を受けることが無く、風力発電設備の重大損傷の発生を防止することができる。また、翼、タワー、減速機及び駆動装置の耐用寿命を長期化できる。さらに、ブレーキおよびクラッチの容量を小さくでき、ナセル旋回駆動装置を小形化できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本願発明に係る風力発電設備のナセル旋回駆動装置について、図１〜図８を参照して詳述する。なお、本発明を適用する風力発電設備の構成は、前出の図９と同じとする。
【００２４】
先ず図１〜図５により、第１実施形態の説明をする。
図１は、第１実施形態に係る風力発電設備のナセル旋回駆動装置の部分断面側面図、図２は図１のＲ部部分断面側面図、図３は第１実施形態に係る風力発電設備のナセル旋回駆動装置の部分断面上面図（図１のＱ視図）及びその油圧回路図である。また、図４は旋回駆動装置（図１のＳ部）部分断面側面図、図５は図４のＴ部断面側面図である。なお図３において、１点鎖線は油圧回路を表すものとする。また、これらの図において、前出の図に記載の構成要素と略同一の構成要素には同一の符号を付して以下での説明を省略する。
【００２５】
先ず、図１において、風力発電設備１のナセル旋回駆動装置３０は、タワー２の上端フランジ部２ａに円環状のブレーキディスク１１と旋回ベアリング１２とをボルト１５で締結して旋回座１０を構成しており、同旋回座１０の旋回ベアリング１２のアウタレース１４上に、ナセル３の略円形の第１床板８ａをボルト１６で締結している。これにより、ナセル３はタワー２上に旋回自在に搭載されている。
【００２６】
また、ナセル３の床板８を、旋回座１０の上面に取着した略円形の前記第１床板８ａと、同第１床板８ａの外周縁から下方に延設されて前記ブレーキディスク１１の外方を取巻く円筒部材８ｃと、同円筒部材８ｃの下端部から径方向外方に広がりを有する略円環状の第２床板８ｂとで構成している。前記円筒部材８ｃの外周面に設けた所要個数の穴８ｄにはそれぞれ旋回ブレーキ２０が挿通されて取着されており、各旋回ブレーキ２０の係合部を前記ブレーキディスク１１に係合させている。
【００２７】
ナセル３の床板８を上記のように構成することによって、ナセル３内の、上記円筒部材８ｃ周囲の第２床板８ｂの上部で、旋回ブレーキ２０の着脱または点検整備を行うことができるようにしている。これによって、ナセル旋回駆動装置３０を稼動させた状態での旋回ブレーキ２０の着脱または点検整備（図２〜図３により詳細は後述する）を行う際の、作業場所を実現している。
【００２８】
さらに、ナセル３の旋回中心部の第１床板８ａに、電動機３１を有する旋回駆動装置３０Ａを取着し、同旋回駆動装置３０Ａの出力軸のピニオン５３を、前記旋回ベアリング１２のインナレース１３の内周部に形成した内歯ギヤ１３ａに噛合わせており、同ピニオン５３の自転しながらの公転によってナセル３が旋回駆動されるようになっている。
以上のとおり、ナセル旋回駆動装置３０は前記旋回座１０、所要数の旋回ブレーキ２０、及び旋回駆動装置３０Ａを備えている。
【００２９】
次に図２において、旋回ブレーキ２０は、皿バネ２０ａで常時ピストン２０ｂを下方へ押し下げて、ブレーキパッド２０ｄ，２０ｄでブレーキディスク１１の上下面を挟み付けるようにし、油圧ポート２０ｃへ油圧を附加してピストン２０ｂを上方へ持ち上げた時にのみブレーキが開放されるようにしたネガティブブレーキとしている。さらに、ピストン２０ｂの中央部にネジ穴２０ｅを形成しており、このネジ穴２０ｅにセットボルト２０ｆを螺合し、該セットボルト２０ｆを用いてピストン２０ｂを上方へ引き上げることによりブレーキを開放することを可能としている。
【００３０】
旋回ブレーキ２０の上記構成において、ナセル旋回駆動装置３０の稼動時間の過半を占めるナセル方位固定状態を前記ネガティブ形式の旋回ブレーキ２０で固定することによって、その間の旋回ブレーキ２０への電気エネルギ入力を不要にして、ナセル旋回駆動装置３０の消費エネルギの節減を図り、しかも、旋回ブレーキ２０が損傷した場合でも、ナセル旋回駆動装置３０の稼動を停止させることなく、同損傷した旋回ブレーキ２０のみをセットボルト２０ｆで開放状態にして着脱可能としている。
【００３１】
次に、図３において、ナセル３の床板８の円筒部材８ｃの外周面に配設した所要個数の旋回ブレーキ２０は、相互に独立した２系統の油圧制御回路２７ａ，２７ｂに分配して接続されており、同油圧制御回路２７ａ，２７ｂそれぞれの制御弁２５ａ，２５ｂはそれぞれ電気配線２３ａ，２３ｂでコントローラ２１に接続されている。また、前記旋回駆動装置３０Ａの電動機３１も、電気配線２２によってコントローラ２１に接続されている。これによって、複数の旋回ブレーキ２０はその略半数ずつが電気配線２３ａと電気配線２３ｂを介して、旋回駆動装置３０Ａは電気配線２２を介してそれぞれコントローラ２１により制御される。
【００３２】
さらに、コントローラ２１によって、先ず、旋回ブレーキ２０の２系統の電気配線２３ａ，２３ｂのいずれか一方（ここでは、説明上２３ａとする）を予備側として選択し、予備側の電気配線（２３ａ）に繋がる旋回ブレーキ２０には当該制御弁（２５ａ）で常時油圧を附加して、ネガティブ形式とした旋回ブレーキ２０を常時開放状態としている。使用側として選択した他方の電気配線（ここでは２３ｂ）を介して制御弁２５ｂには、コントローラ２１によって制御指令が出力されており、同様にして、電動機３１は電気配線２２を介してコントローラ２１から駆動指令を受けて位置及び速度が制御されている。これによって、使用側の制御弁２５ｂに接続された旋回ブレーキ２０は、旋回駆動装置３０Ａの駆動及び停止に合せてオンオフ制御がなされる。
【００３３】
上記旋回ブレーキ２０の制御回路において、旋回ブレーキ２０が損傷した時には、先ず、予備側の電気配線２３ａと使用側の電気配線２３ｂとを切り替えてナセル旋回駆動装置の稼動を継続し、次に、新たに予備側（２３ｂ）として油圧で開放された状態にある、前記損傷した旋回ブレーキ２０を含む各旋回ブレーキ２０にセットボルト２０ｆを取着して開放状態にする。その後、制御弁２５ｂで一時的に油圧を抜いて、損傷した旋回ブレーキ２０を新品と交換し、再び制御弁２５ｂで油圧を附加して予備状態に戻してセットボルト２０ｆを取外せばよい。なお、定期点検整備も同様の手順で実施することができる。
【００３４】
次に図４において、旋回駆動装置３０Ａは、電動機３１、減速機５０、及び該電動機３１と減速機５０との間に配設したクラッチブレーキ装置４０を備えており、前記減速機５０は、上部に前記クラッチブレーキ装置４０が接続される入力軸５１を、下部に前記ピニオン５３が装着される出力軸５２をそれぞれ有している。
【００３５】
次に、図５において、クラッチブレーキ装置４０は、電動機３１の出力側端面にハウジング４９を取着し、同ハウジング４９内で、かつ、電動機３１の出力軸３２の軸線上の、同出力軸３２と対向する位置に、減速機５０の入力軸５１を配設している。
また、同じく電動機３１の出力側端面で、かつ出力軸３２の周囲に、円環状ソレノイド４３を配置してボルト４３ｂで電動機３１に締結し、同円環状ソレノイド４３の軸方向外端面に隣接して、円板４１を出力軸３２に取付けている。この円板４１の表側（ソレノイド４３と反対側）表面には、摩擦材（以下、フェーシングと言う。）４１ａを貼着している。
【００３６】
減速機５０の入力軸５１の端部には、円板４２が取付けてあり、該円板４２の表側（電動機３１側）には円環状のクラッチディスク４２ａを、裏側には円環状のブレーキディスク４２ｂをそれぞれ配置している。また、クラッチディスク４２ａとブレーキディスク４２ｂは、前記円板４２を貫通する所要数のピン４２ｃで結合されていて、円板４２と共に回転し、且つピン４２ｃの軸方向に移動可能とされている。前記クラッチディスク４２ａは、前記電動機３１の出力軸３２に取着した円板４１に、所定の隙間を有して対面している。これらのクラッチディスク４２ａと円板４１と円環状ソレノイド４３とでクラッチ４０Ａを構成している。
【００３７】
また、前記ブレーキディスク４２ｂに軸方向に対面して、表面にフェーシング４４ａを貼着した円環状ソレノイド４４を配置し、同円環状ソレノイド４４をボルト４４ｂでハウジング４９に締結している。これらの円環状ソレノイド４４とブレーキディスク４２ｂとでブレーキ４０Ｂを構成している。また、このブレーキ４０Ｂと前記クラッチ４０Ａとによって、クラッチブレーキ装置４０を構成している。
【００３８】
クラッチブレーキ装置４０の上記構成において、円環状ソレノイド４３，４４に通電しない時には、クラッチディスク４２ａとブレーキディスク４２ｂはそれぞれ図中Ｎｃ，Ｎｂの位置にあって、減速機入力軸５１はフリー状態即ちニュートラルとなり、円環状ソレノイド４３に通電するとクラッチディスク４２ａが矢印Ｃ方向に吸引されて円板４１に係合してクラッチオンとなり、減速機入力軸５１は電動機３１の出力軸３２に連結される。また、円環状ソレノイド４４に通電するとブレーキディスク４２ｂが矢印Ｂ方向に吸引されてソレノイド４４のフェーシング４４ａに係合して、ブレーキオンとなる。
【００３９】
本実施例においては、電動機３１の駆動時には、旋回ブレーキ２０およびクラッチブレーキ装置４０のブレーキ４０Ｂにオフ指令が出力され、クラッチ４０Ａにオン指令が出力されるようにしている。また、電動機３１の停止時には、旋回ブレーキ２０およびクラッチブレーキ装置４０のブレーキ４０Ｂにオン指令が出力され、クラッチ４０Ａにオン指令が出力されるようにしている。また、発電を停止してナセルを静止させているときは、通常旋回ブレーキ２０およびクラッチブレーキ装置４０のブレーキ４０Ｂにオン指令が出力され、クラッチ４０Ａにオフ指令が出力される。さらに、上記のナセル静止時で、突風等が吹いている際には、旋回ブレーキ２０およびクラッチブレーキ装置４０のブレーキ４０Ｂにオフ指令が出力され、クラッチ４０Ａにオフ指令が出力されるようにしている。
【００４０】
また、クラッチブレーキ装置４０を備えているため、電動機３１の制御において、例えば、予めクラッチ４０Ａをオフして電動機３１を無負荷で起動し、同電動機３１を所定回転数で駆動したままで、クラッチ４０Ａとブレーキ４０Ｂのオンオフ制御のみでナセル旋回駆動装置の駆動、停止、及びニュートラル（フリーの状態）の各操作を行うことができるようにしている。
【００４１】
なお、上記実施形態において、ブレーキ４０Ｂをクラッチ４０Ａよりも減速機５０側に設けているが、電動機３１側に設けても構わない。また、電動機３１の出力軸３２の軸線上で、かつ出力軸３２と反対側のモータ軸に、前出の図１１で示した軸ブレーキ７４を装着していても構わない。これらの場合、前記クラッチ４０Ａよりも電動機３１側に設けたブレーキ、又は前記軸ブレーキ７４は上記実施形態のブレーキ４０Ｂと略同様に作動させればよいが、発電停止時で強風が吹いているときに、クラッチ４０Ａをオフする場合には、該ブレーキは電動機側にあるため必ずしもオフしなくても構わない。
【００４２】
図１〜図５による第１実施形態の上記構成において得られる作用及び効果を、それらをもたらす構成要素毎に区切って順次説明する。
【００４３】
駆動装置３１と減速機５０との間にクラッチ４０Ａとブレーキ４０Ｂを配設（図４〜図５参照）したことによって、以下の作用及び効果が得られる。
（１）駆動装置３１と減速機５０との間に、クラッチ４０Ａとブレーキ４０Ｂ（クラッチブレーキ装置４０）を設け、風力発電を停止している時で、所定風速以上の強風が吹いているときには、前記クラッチブレーキ装置４０のクラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂを共にオフして減速機５０を駆動装置３１およびハウジング４９から分離し、フリー状態とするようにしたため、減速機５０及び駆動装置３１には突風等による外力の過大な負荷がかかることが無くなる。従って、風車５の翼、タワー２、減速機５０及び駆動装置３１の耐用年数（寿命）を長期化することができる。また、ブレーキおよびクラッチの容量としては駆動停止時の負荷のみを考慮すればよいので、ナセル旋回駆動装置を小形化できる。
【００４４】
（２）風車５の翼の回転を停止させることにより風力発電を停止している時に、所定風速以上の突風等の強風が吹いているときには、前記クラッチブレーキ装置４０のクラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂをオフすると共に、上記実施形態のように旋回ブレーキ２０が装着されている場合には旋回ブレーキ２０もオフすることによって、風車５を備えたナセル３全体が旋回フリー状態となるため、強い横風を受けてもナセル３が風向に向けて自由に旋回して過大な外力の影響を弱めるようにする。これにより、風車５の翼の損傷やタワー２の倒壊等の畏れが無くなる。
【００４５】
（３）ナセル３の旋回駆動を開始する際に、クラッチ４０Ａをオフの状態で電動機３１を無負荷で起動した後にクラッチ４０Ａをオンにして駆動を開始することが可能であり、これによって、電動機３１の起動電流を抑制することができる。また、ナセル３を旋回駆動後停止させる際に、電動機３１をオンのままでクラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂのオン／オフを制御してナセル３を所定位置に停止させることが可能となる。これによって、電動機３１自体をインチング等で小刻みに起動停止させる必要がなく、電動機３１の負荷及び起動電流の大きさと回数を大幅に抑制することができる。
この結果、消費電力を低減することができると共に、電動機３１及びコントローラ２１内の図示しないスイッチング素子（接点や半導体スイッチ等）の耐用年数を大幅に延長させることができる。
【００４６】
次に、電動機３１と減速機５０との間にクラッチ４０Ａとブレーキ４０Ｂを配設（図４、図５参照）し、さらに旋回座１０に旋回ブレーキ２０を配設（図１参照）したことによって、前述のクラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂを備えた構成の効果（１）〜（３）の他に、以下の作用及び効果が得られる。
（１）ナセル３の旋回を停止させるとき、クラッチブレーキ装置４０のブレーキ４０Ｂと旋回ブレーキ２０とを同時に作動させて制動をかけるようにすることにより、制動時の負荷を両ブレーキで分担できるので、それぞれの負荷を低減でき、ブレーキ４０Ｂと旋回ブレーキ２０の耐用寿命を長期化できる。また、ブレーキ４０Ｂ及び旋回ブレーキ２０をそれぞれ小容量で、かつ小形のもので構成できるので、装置全体をコンパクトに構成できる。
【００４７】
（２）周知のとおり、ナセル３の方位は通常十乃至数十秒毎にその間の平均風向に基づいて間欠的に修正されるから、稼動時間の過半はナセル３の方位が固定された状態にある。このナセル３の方位が固定された時間の間は、クラッチ４０Ａをオフすることによって前述のように駆動装置３１と減速機５０の負荷をゼロにすることが可能となる。この結果、駆動装置３１と減速機５０の実稼動時間および負荷がかかる時間が半分以下となるから、その耐用年数を２倍以上にすることができる。
【００４８】
次に、旋回ブレーキ２０をセットボルト２０ｆによってブレーキ開放可能（図２）としたことによって、以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）前述のとおり、ナセル旋回駆動装置の稼動時間の過半はナセルの方位を固定した状態にあるから、同ナセルの方位を固定する旋回ブレーキは油圧または電圧を附加した時にのみ開放されるネガティブブレーキにすれば、消費エネルギの節減を図ることができるが、その場合には、ナセル旋回駆動装置の稼動を継続した状態で旋回ブレーキを着脱することが不可能である。しかしながら、図２による旋回ブレーキ２０の前記構成によって、補修または点検を行う旋回ブレーキ２０を予めセットボルト２０ｆによってブレーキ開放状態にすることができるから、ナセル旋回駆動装置３０の稼動を継続した状態で、同旋回ブレーキ２０を油圧制御回路から遮断して取付け、取外しをすることができる。この結果、旋回ブレーキ２０をネガティブブレーキとしてナセル旋回駆動装置３０の消費エネルギの節減を図り、且つ、次に述べるナセル旋回駆動装置３０の稼動中に旋回ブレーキ２０を着脱する手段を適用することが可能となる。
【００４９】
次に、旋回ブレーキを２個以上とし、それらを相互に独立した２系統以上の制御回路に分配して係合（図３参照）したことによって、以下の作用及び効果が得られる。
（１）２系統以上の制御回路２３ａ，２３ｂの中から任意の１系統（図では２３ａ）に係合された旋回ブレーキ２０を予備側とし、他を使用側として、使用側の旋回ブレーキ２０でナセル３の方位固定の制動を行うことによって、使用側の旋回ブレーキ２０に損傷が発生した場合に、同旋回ブレーキ２０が係合された制御回路（図では２３ｂ）を予備側に、前記予備側とした制御回路（図では２３ａ）を使用側に、瞬時に切り替えることが可能となり、これによって、ナセル旋回駆動装置の稼動を停止させることなく、損傷した旋回ブレーキ２０の補修整備を行うことができる。
【００５０】
（２）また上記（１）と同様に、予備側の制御回路（２３ａ）と使用側の制御回路（２３ｂ）とを切り替えながら、ナセル旋回駆動装置の稼動を停止させることなく、各旋回ブレーキ２０の点検整備を行うことができる。
（３）強風下等で必要な時には、予備側の制御回路（２３ａ）に係合された旋回ブレーキを付加的に使用して、ナセル旋回駆動装置の制動力を高めることもできる。
（４）上記（１）〜（３）によって、旋回ブレーキ２０において極めて良好な保全性を実現することができる。
【００５１】
次に、ナセル３の床板８を、第１床板８ａと円筒部材８ｃと第２床板８ｂとで構成し、円筒部材８ｃ外周面に旋回ブレーキ２０を取着したことによって、以下の作用及び効果が得られる。
（１）ナセル３内で、上記円筒部材８ｃの周囲の第２床板８ｂ上で、旋回ブレーキ２０の着脱または点検整備を行うことができるから、極めて良好な保全性を得ることができる。
（２）上記（１）によって、例えば、円筒部材８ｃの周囲の第２床板８ｂ上に、旋回ブレーキ２０の個数に等しい整備人員を配置することも可能であり、これによって極めて短時間で点検整備を行うことができる。
（３）前述のようにナセル旋回駆動装置３０の稼動を継続したままでの旋回ブレーキ２０の着脱または点検整備を実行する際に、上記（１）、（２）によって、整備員の作業場所を確実に確保することができる。
【００５２】
次に、電動機３１と減速機５０との間に配設されるクラッチ４０Ａとブレーキ４０Ｂを電磁式としたことによって、以下の作用及び効果が得られる。
（１）電磁式のクラッチとブレーキの駆動に必要な部品は、整流器（又は直流電源）とスイッチング機器（電磁開閉器又は半導体スイッチ回路等）であり、これらは、油圧式の場合の油圧ポンプ及び切換弁よりも小形であるから、装置の小形化が図れる。
（２）クラッチ４０Ａをオフの状態で電動機３１を無負荷で起動してからクラッチ４０Ａをオンにして旋回駆動を開始する等の、電動機３１とクラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂの３者それぞれのオンオフを所要の順序に組み合わせて制御する所謂シーケンスシャル制御を行うことが容易となる。
（３）ナセル３を旋回駆動後停止させる際に、電動機３１をオンのままで、クラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂそれぞれに例えば時分割で電圧を附加する所謂チョッパ制御を行うことによって、クラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂの微操作を行うことが容易となり、これによって、比較的安価な制御手段でナセル３を的確に所要位置に停止させることができる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、クラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂを電動機３１と減速機５０との間に配設した例で説明したが、本発明はこれに限定されず、減速機５０内に、すなわち減速機５０内の各段減速ギヤの間に設けても構わない。
また、クラッチ４０Ａ及びブレーキ４０Ｂの構成は上記実施形態に限定されず、例えば多板式でも構わない。
【００５４】
次に、図６及び図７により第２実施形態を説明する。図６は第２実施形態に係る駆動装置及び減速機部の部分断面側面図であり、図７は図６のＵ部断面側面図である。なお、以下では、前出の図面に記載された構成要素と略同一の機能を有する構成には同じ符号を付し、説明を省く。
【００５５】
旋回駆動装置３０Ｂには、出力軸３２と反対側のモータ軸に軸ブレーキ７４を装着した電動機３１Ａを設けている。また、電動機３１Ａの出力軸３２と減速機５０との間にはクラッチ４０Ａが配設されている。他の構成は、第１実施形態の構成と同じなので、説明を省略する。
なお、クラッチ４０Ａの構造はこれに限定されず、多板式でも構わない。また、電動機３１Ａと減速機５０の間にクラッチ４０Ａを設けたが、減速機５０内に設けてもよいことは言うまでもない。
【００５６】
第２実施形態による作動は、第１実施形態のクラッチブレーキ装置４０のブレーキ４０Ｂを電動機３１Ａの軸ブレーキ７４に置き換えれば第１実施形態と略同様である。すなわち、ナセル３の旋回を駆動するときにはクラッチ４０Ａをオンし、軸ブレーキ７４及び旋回ブレーキ２０をオフし、旋回を停止させるとき、または通常発電時でナセル３を静止させるときはクラッチ４０Ａはオンしたまま軸ブレーキ７４及び旋回ブレーキ２０をオンする。また、発電停止時で、強風が吹いているときには、少なくともクラッチ４０Ａ及び旋回ブレーキ２０をオフして、減速機５０側を旋回フリー状態にする。このとき、軸ブレーキ７４は電動機３１Ａ側にあるので、オフまたはオンのいずれでも構わない。
【００５７】
第２実施形態による効果は、第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省く。
【００５８】
次に図８により、第３実施形態の説明をする。
図８は、第３実施形態に係る風力発電設備のナセル旋回駆動装置の部分断面上面図であり、図１のＱ視図である。なお図８において、１点鎖線は油圧回路を表すものとする。また、図１〜図５及び図９〜図１１と同一の構成要素には同一の符号を付して以下での説明を省略する。
【００５９】
図８において、ナセル３の床板８の円筒部材８ｃの外周面に配設した所要数の各旋回ブレーキ２０を、切換弁２９を介して油圧制御回路２８に接続しており、同油圧制御回路２８の制御弁２６は電気配線２４でコントローラ２１に接続されている。また、旋回駆動装置３０Ａの電動機３１も、電気配線２２によってコントローラ２１に接続されている。これらによって、各旋回ブレーキ２０は、旋回駆動装置３０Ａとの間でシーケンス制御がなされると共に、各個にそれぞれの切換弁２９の操作によって油圧制御回路２８から遮断可能とされている。
【００６０】
第３実施形態の構成において、旋回ブレーキ２０を２個以上とし、各旋回ブレーキ２０に、制御回路から遮断可能とする手段を配設したことによって、以下の作用及び効果が得られる。
（１）旋回ブレーキ２０に損傷が発生した場合に、同旋回ブレーキ２０のみを切換弁２９によって油圧制御回路２８から遮断して補修整備を行うことができる。これによって、ナセル旋回駆動装置３０の稼動を停止させることなく、損傷した旋回ブレーキ２０の補修整備を行うことができる。
【００６１】
（２）上記（１）と同様に、旋回ブレーキ２０の１個を切換弁２９によって油圧制御回路２８から遮断して点検整備を行い、これを順次繰返すことによって、ナセル旋回駆動装置３０の稼動を停止させることなく、各旋回ブレーキ２０の点検整備を行うことができる。
（３）複数の旋回ブレーキ２０の中から任意の個数の旋回ブレーキを予備にしておくこともできる。
（４）上記（１）〜（３）は、ナセル旋回駆動装置３０の所定制動力を得るに必要な旋回ブレーキ２０の個数に、余分に１個加えるだけで実施可能であり、よって、極めて良好な保全性を少ない費用で実現することができる。
【００６２】
なお、これまでの実施形態において、クラッチブレーキ装置のクラッチ＆ブレーキを電磁式としたが、本発明の主旨である減速機と駆動装置との間に設けるクラッチブレーキ装置は油圧式でも構わない。
また、旋回ブレーキ２０を６個備え、ディスクブレーキ形式で且つネガティブブレーキとしているが、これらの個数及び形式に限ることはなく、任意の個数でよく、また旋回座１０の外周面に摺接して制動する、いわゆるシュー形式としてもよく、またポジティブブレーキとしてもよい。さらに、油圧式に限定されず、電磁式でも構わない。
【００６３】
また、旋回駆動装置３０Ａを１個とし、駆動装置を電動機３１としているが、これらに限ることなく、旋回駆動装置３０Ａは任意の個数でもよく、駆動装置は油圧モータ等であってもよい。
さらに、旋回ブレーキ２０に油圧を付与する手段としてポンプを用いて示したが、これに限ることなく、例えばアキュムレータを併用した油圧回路として、消費エネルギの節減を図ってよい。
また、第１実施形態において、複数の旋回ブレーキ２０を２系統の油圧制御回路２７ａ，２７ｂで制御しているが、これに限ることなく、２系統以上の油圧制御回路で制御してよい。
【００６４】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果が得られる。
駆動装置と減速機との間に、または減速機内にクラッチ及びブレーキを設け、ナセル静止時には少なくとも該クラッチをオフし、前記ブレーキがクラッチより減速機側にある場合はそのブレーキをオフして、減速機を駆動装置及びハウジングから分離するので、減速機が回転フリー状態となり、ナセル静止時に受ける突風等の外力による負荷を無くすことができる。また、駆動装置もこの外力による負荷の影響を受けなくなる。これにより、減速機及び駆動装置の耐用年数を長期化することができる。
ナセル静止時で、強風が吹いているときに、少なくとも上記クラッチをオフし、上記ブレーキがクラッチより減速機側にある場合はそのブレーキをオフし、旋回ブレーキを備えている場合には旋回ブレーキもオフすることにより、風車を備えたナセル全体が旋回フリー状態となるため、風車の横方向から突風等が吹いたときにはその風向に向けてナセル自体が旋回するので、横風による外力を受け難くなる。これにより、風車の翼の損傷やタワーの倒壊等の畏れが無くなり、本風力発電設備の耐用年数を向上できる。
また、旋回ブレーキを備えている場合、減速機のところに設けた上記クラッチブレーキ装置のブレーキと旋回ブレーキとを併用して、ナセル旋回の制動をかけることにより、両ブレーキで制動時の負荷を分担するので両ブレーキの耐用寿命を長期化できると共に、大きな制動力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るナセル旋回駆動装置の部分断面側面図である。
【図２】図１のＲ部部分断面側面図である。
【図３】第１実施形態に係るナセル旋回駆動装置の部分断面上面図である。
【図４】図１のＳ部部分断面側面図である。
【図５】図４のＴ部断面側面図である。
【図６】第２実施形態に係る要部部分断面側面図である。
【図７】図６のＵ部断面側面図である。
【図８】第３実施形態に係るナセル旋回駆動装置の部分断面上面図である。
【図９】ナセル旋回駆動装置を適用した風力発電設備の概略構成図である。
【図１０】従来技術によるナセル旋回駆動装置の第１例の断面側面図である。
【図１１】図１０の要部断面側面図である。
【符号の説明】
１…風力発電設備、２…タワー、３…ナセル、８…床板、８ａ…第１床板、８ｂ…第２床板、８ｃ…円筒部材、８ｄ…穴、１０…旋回座、１１…ブレーキディスク、１２…旋回ベアリング、１３…インナレース、１４…アウタレース、２０…旋回ブレーキ、２０ｄ…ブレーキパッド、２０ｅ…ネジ穴、２０ｆ…セットボルト、２１…コントローラ、２２，２３ａ，２３ｂ，２４…電気配線、２５ａ，２５ｂ，２６…制御弁、２７ａ，２７ｂ，２８…油圧制御回路、２９…切換弁、３０…ナセル旋回駆動装置、３０Ａ，３０Ｂ…旋回駆動装置、３１，３１Ａ…電動機（駆動装置）、３２…出力軸、４０…クラッチブレーキ装置、４０Ａ…クラッチ、４０Ｂ…ブレーキ、４１，４２…円板、４２ａ…クラッチディスク、４２ｂ…ブレーキディスク、４３…円環状ソレノイド、４４…円環状ソレノイド、４９…ハウジング、５０…減速機、５１…入力軸、５２…出力軸、５３…ピニオン。

Claims (4)

1. タワー（２）上部に、ナセル（３）と、該ナセル（３）を略水平面内で旋回自在に減速機（５０）を介して駆動する駆動装置（３１）とを備えた風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、
   前記駆動装置（３１）と前記減速機（５０）との間に、または前記減速機（５０）内に、クラッチ（４０Ａ）とブレーキ（４０Ｂ）を配設した
   ことを特徴とする風力発電設備のナセル旋回駆動装置。
2. タワー（２）上部に、ナセル（３）と、該ナセル（３）を略水平面内で旋回自在に減速機（５０）を介して駆動する駆動装置（３１）とを備えた風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、
   前記駆動装置（３１）と前記減速機（５０）との間に、または前記減速機（５０）内に、クラッチ（４０Ａ）を配設し、
   前記駆動装置（３１）は、該駆動装置（３１）を挟んで前記減速機（５０）と反対側のモータ軸上に、軸ブレーキ（７４）を備えた
   ことを特徴とする風力発電設備のナセル旋回駆動装置。
3. 請求項１又は２記載の風力発電設備のナセル旋回駆動装置において、
   前記駆動装置（３１）と減速機（５０）との間に、または減速機（５０）内に配設される前記クラッチ（４０Ａ）、ブレーキ（４０Ｂ）を電磁式（４３，４４）とした
   ことを特徴とする風力発電設備のナセル旋回駆動装置。
4. タワー（２）上部に、ナセル（３）と、該ナセル（３）を略水平面内で旋回自在に減速機（５０）を介して駆動する駆動装置（３１）とを備えた風力発電設備のナセル旋回駆動装置の運転方法において、
   風力発電設備周囲の風速を計測し、
   風力発電を停止しているときに、前記計測した風速が所定値を超えたら、前記駆動装置（３１）と前記減速機（５０）との間に、または前記減速機（５０）内に配設したクラッチ（４０Ａ）をオフすると共に、該クラッチ（４０Ａ）よりも前記減速機（５０）側に配設したブレーキ（４０Ｂ）をオフして、ナセル（３）を旋回フリーとする
   ことを特徴とする風力発電設備のナセル旋回駆動装置の運転方法。

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