JP2007107411A

JP2007107411A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2007107411A
Application number: JP2005297073A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hitachi; 純一常陸
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】ナセルの旋回軸を支持する軸受へのグリース注入作業を容易なものとして、メンテナンス性の向上を図る。
【解決手段】風車２と、該風車２の主軸３に連結された発電機４と、該発電機４などを収容するナセル５と、該ナセル５を旋回軸受４２で旋回可能に支持するタワー６を備えた風力発電装置１において、前記旋回軸受４２に対し複数のグリース注入部４２ｄ・４２ｄ・・・を設け、各々のグリース注入部４２ｄ・４２ｄ・・・と一つのグリース注入口１１ｃとをホース４８を介して連通し、該グリース注入口１１ｃをナセル５の左右一側に配置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に風力発電装置に関する。

従来から、風車と、該風車と主軸で直結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回可能に支持するタワーなどを備え、該タワーで風車やナセルを所定の高さに保持して、風車で風力エネルギーを回転動力に変換し、該回転動力を主軸を介して発電機に伝達して、該発電機で回転動力を電気エネルギーに変換するように構成された風力発電装置は公知となっている。

このような風力発電装置においては、タワー側にリングギヤが固設され、ナセル側に前記リングギヤと噛合するピニオンと、該ピニオンを回転駆動する電動モータなどのアクチュエータが設けられて、該アクチュエータによってピニオンを回転駆動させることにより、ナセルがリングギヤに軸受を介して支持される旋回軸を中心として旋回するように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３０３２５５号公報

従来のような風力発電装置においては、軸受にグリースを注入するためのグリース注入口が旋回軸の周囲にわったって複数設けられていたので、この場合グリースをグリース注入口から軸受に注入する際には、ナセルの周囲を回り込みながら複数箇所で注入作業を行わなければならず、しかも高所で作業を行わねばならないため、メンテナンスが手間のかかるものとなっていた。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、風車と、該風車の主軸に連結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回軸受で旋回可能に支持するタワーを備えた風力発電装置において、前記旋回軸受に対し複数のグリース注入部を設けて、各々のグリース注入部と一つのグリース注入口とをホースを介して連通し、該グリース注入口をナセルの左右一側に配置したものである。

請求項２においては、前記主軸を支持する軸受のグリース注入口を、前記旋回軸受のグリース注入口と左右同一側に配置したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、一つのグリース注入口から複数のグリース注入部に一括してグリースを注入することが可能となり、旋回軸受の潤滑作業を簡単に行うことができる。さらに、旋回軸受の潤滑作業をナセルの左右一側から完全に実施することが可能となるため、高所位置での作業も容易となり、メンテナンス性の向上を図ることができる。

請求項２においては、旋回軸受及び主軸を支持する軸受に対し同一側から潤滑作業を行うことができる。したがって、潤滑作業を素早く連続して行うことが可能となり、メンテナンス性を更に向上させることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施例に係る風力発電装置の正面図、図２はナセル内部の構造を示す側面断面図、図３はナセルフレームのタワー支持部の構造を示す側面断面図、図４はナセルフレームのタワー支持部の構造を示す背面断面図、図５はナセルフレームのタワー支持部の構造を示す平面図である。

図１、図２に示すように、風力発電装置１は、風車２と、該風車２と主軸３で直結された発電機４と、該発電機４などを収容するナセル５と、該ナセル５を旋回可能に支持するタワー６などを備え、該タワー６で風車２やナセル５を所定の高さに保持して、風車２で風力エネルギーを回転動力に変換し、該回転動力を主軸３を介して発電機４に伝達して、該発電機４で回転動力を電気エネルギーに変換するように構成されている。

前記風車２はナセル５の前方に配置され、複数のブレード８・８・８をハブ９にシャンク１０を介して所定間隔ごとに連結して構成されている。そして、該ハブ９がナセル５から延出される主軸３の一端（前端）に固定されて、ブレード８・８・８からなる風車２が主軸３を回転中心として回転可能とされている。一方、ナセル５内に配置される主軸３の他端（後端）に発電機４の回転子２４が固設されている。以下、風車２側を前側とし、ナセル５側を後側として説明する。

図２から図５に示すように、前記ナセル５はその底部に配設されたナセルフレーム１１に取り付けられている。ナセルフレーム１１は前後方向に延出された左右の縦フレーム１１ａ・１１ａと、該縦フレーム１１ａ・１１ａ間に横設された前後及び中央の横フレーム１１ｂ・１１ｂ・１１ｂとからなり、これらのフレーム１１ａ・１１ｂを鋳造或いは溶接構造により一体的に井桁状に形成して構成されている。これにより、ナセルフレーム１１の軽量化及び冷却性の向上が図られている。

前記ナセルフレーム１１前部の左右両側には上面が前高後低に傾斜した傾斜フレーム１３・１３が固着され、左右の各傾斜フレーム１３上に主軸ハウジング１５の左右両側に固設されたステー１６がボルトなどで固定されている。主軸ハウジング１５は略円筒状に形成され、その内側に前記風車２と発電機４を直結する主軸３を同心軸上に配置し、ナセル５の前部内側で前後方向に延設されている。そして、該主軸ハウジング１５の前後両端で主軸３が軸受６２・６３を介して回転自在に支持されて、前端が風車２に向かって延出され、後端が発電機ハウジング２１内へ延出されている。

前記発電機ハウジング２１は略円筒状に形成されて、主軸ハウジング１５と同心軸上に配置され、該主軸ハウジング１５の後端に形成されたフランジ１５ａにボルトなどで固定されている。発電機ハウジング２１の内側には、主軸３の後端とともに、コイルからなる環状の固定子２２と、外周に永久磁石２３を備えた略円筒状の回転子２４とが設けられ、該回転子２４が発電機ハウジング２１に相対回転不能に保持された固定子２２の内側に所定間隔をとって配置されている。そして、該回転子２４がその内側に形成されたフランジ２４ａで主軸３の後端にボルトなどで固定されて、主軸３と一体回転するように構成されている。

こうして、風力発電装置１は発電機ハウジング２１内側で発電機４を永久磁石型の同期発電機とし、風車２の回転に伴って主軸３が回転することにより、発電機４で回転子２４を固定子２２に対し相対回転させて、該固定子２２と回転子２４の間にて発電を行うように構成されている。つまり、風力発電装置１は風力エネルギーを風車２により回転動力に変換し、回転動力として発電機４に主軸３を介して伝達することで、該発電機４にて電気エネルギーに変換するように構成されている。

図２に示すように、前記ハブ９やシャンク１０、該ハブ９に固設されたブレーキディスク３１はノーズコーン３２で覆われている。ノーズコーン３２は中空の略円錐状に形成され、その中途部内周面に一体的に設けられた複数のステー３３がハブ９の前端に固設された環状プレート３４に固定されるとともに、その基部がブレーキディスク３１に径方向に突出するように設けられた複数のステー３５に固定されて、基端がナセル５の前端に重複するようにナセル５の側方に配置されている。こうして、ノーズコーン３２が主軸３の回転に伴ってハブ９やブレーキディスク３１と一体回転するように構成されて、ナセル５に対し相対回転可能とされている。

図３、図４、図５に示すように、前記ナセル５を支持するナセルフレーム１１では、その底部に旋回軸受取付部４１が形成され、該旋回軸受取付部４１の底面に旋回軸受４２の内側部分４２ａが固定されている。そしてさらに、該旋回軸受４２の外側部分４２ｂがタワー６の上端部に固設され固定プレート４３上に固定されて、該旋回軸受４２を介してナセルフレーム１１がタワー６に対し回転自在に支持されている。

前記ナセルフレーム１１の旋回軸受取付部４１の後部には、該ナセルフレーム１１をタワー６に対して旋回させるためのアクチュエータが設けられている。本実施例では、アクチュエータとして安価な油圧モータ４５が用いられている。そして、該油圧モータ４５の出力軸にピニオン４６が固設される一方、旋回軸受４２の外側部分４２ｂの外周にギヤ４２ｃが形成されて、該ギヤ４２ｃとピニオン４６とが噛み合わされている。

これにより、前記油圧モータ４５が回転駆動されることで、該油圧モータ４５を固設するナセルフレーム１１の旋回軸受取付部４１が固定プレート４３上に固定された旋回軸受４２の外側部分４２ｂに対し相対回転される。こうして、油圧モータ４５の駆動の入切によりナセルフレーム１１上のナセル５がタワー６上で風車２とともに旋回軸受４２を中心として旋回又は停止されるように構成されている。

また、前記旋回軸受４２の外周に備えられたギヤ４２ｃには回転軸５１の下端に固設されたギヤ５２が噛み合わされている。回転軸５１はその上部にギヤ５３を備えて上下方向に配置され、ナセルフレーム１１の左右一側に突設された支持ステー５４にケース５５を介して回転自在に支持されている。支持ステー５４には回転軸５１と平行に回転軸５６がケース５５を介して回転自在に支持され、該回転軸５６の上部に固設されたギヤ５７が回転軸５１のギヤ５３と噛合されて、回転軸５６が回転軸５１の回転に伴って回転可能とされている。

そして、両回転軸５１・５６にそれぞれポテンショメータなどからなる旋回位置検出センサ５８Ａ・５８Ｂが設けられ、各旋回位置検出センサ５８Ａ・５８Ｂでナセル５の旋回角度が検出されるように構成されている。このように、二つの旋回位置検出センサ５８Ａ・５８Ｂを用いてナセル５の旋回角度を検出することで、ナセル５の過回転の防止が図られるとともに、二つのセンサのうち一つに不具合が生じても旋回角度は検出できるようにして、図示しない制御装置によるナセル５の旋回制御に対する信頼性の向上が図られている。但し、旋回位置検出センサ５８Ａ・５８Ｂは別々に配置して個々に旋回角度を検知する構成とすることもできる。

なお、前記ナセル５はその前下部及び後部に複数の開口部を有し、風力発電装置１が風車２を風上に向けて運転されるときに、風をナセル５前下部の開口部からナセル５内に導入して、図３に示す矢印のようにナセルフレーム１１の縦フレーム１１ａ・１１ａ及び横フレーム１１ｂ・１１ｂの間に形成される空間を通じて後方へ向けて流した後、ナセル５後部の開口部から排出するように構成されている。こうして、ナセル５内では前記油圧モータ４５やその他の油圧機器などが風により冷却可能とされている。

このようにナセル５を旋回可能とした構成において、ナセルフレーム１１をタワー６に対し回転自在に支持する旋回軸受４２は円筒状に形成され、その内側部分４２ａの複数箇所に旋回軸受４２の内側部分４２ａを直径方向に貫通して、一端を内周面に開口する連通孔４２ｄ・４２ｄ・・・を備えて構成されている。各連通孔４２ｄは旋回軸受４２の円周方向に所定間隔ごとに配置され、グリース注入部として旋回軸受４２の各部に潤滑材としてのグリースを供給可能とされている。そして、該旋回軸受４２の各連通孔４２ｄが旋回軸受４２の内周面に沿って配置されたホース４８に接続され、該ホース４８により各々の連通孔４２ｄ・４２ｄ・・・が連通されている。

また、前記ナセルフレーム１１の左右一側側面に開口部１１ｃが設けられ、該開口部１１ｃに旋回軸受４２側から延出するホース４８の一端が接続されて、該開口部１１ｃと旋回軸受４２の各々の連通孔４２ｄ・４２ｄ・・・とがホース４８を介して連通されている。こうして、ナセルフレーム１１の開口部１１ｃがグリース注入口とされ、グリースが該開口部１１ｃから注入されることで、ホース４８と旋回軸受４２の各連通孔４２ｄを通じて旋回軸受４２の各部に供給可能とされている。

以上のように、風車２と、該風車２の主軸３に連結された発電機４と、該発電機４などを収容するナセル５と、該ナセル５を旋回軸受４２で旋回可能に支持するタワー６を備えた風力発電装置１において、前記旋回軸受４２に対し複数のグリース注入部（連通孔４２ｄ・４２ｄ・・・）を設け、各々のグリース注入部と一つのグリース注入口（開口部１１ｃ）とをホース４８を介して連通し、該グリース注入口をナセル５の左右一側に配置したので、左右一側に設けた一つのグリース注入口から複数のグリース注入部に一括してグリースを注入することが可能となり、旋回軸受４２の潤滑作業を簡単に行うことができる。さらに、旋回軸受４２の潤滑作業をナセル５の左右一側から完全に実施することが可能となるため、複数箇所それぞれに注入具を固定しての高所位置での作業も容易となり、注入忘れもなくなりメンテナンス性の向上を図ることができる。

また、図２に示すように、前記主軸３を回転自在に支持する前後一対の軸受６２・６３にもグリースを供給可能とする複数のグリース注入部が備えられている。該軸受６２・６３のグリース注入部は主軸ハウジング１５の左右一側に設けられたグリース注入口となる開口部１５ｂ・１５ｃにそれぞれ連通され、該開口部１５ｂ・１５ｃからグリースが注入可能とされている。そして、該開口部１５ｂ・１５ｃが前記ナセルフレーム１１に設けられた旋回軸受４２のグリース注入口、つまり開口部１１ｃと左右同じ側に配置されている。

このように前記主軸３を支持する軸受６２・６３のグリース注入口（開口部１５ｂ・１５ｃ）を、前記旋回軸受４２のグリース注入口（開口部１１ｃ）と同一側に配置したので、旋回軸受４２及び軸受６２・６３に対し同一側から潤滑作業を行うことができる。したがって、潤滑作業を素早く連続して行うことが可能となり、メンテナンス性を更に向上させることができる。なお、軸受６２・６３のグリース注入口を一つとし、該グリース注入口から注入したグリースをホースなどを用いて各軸受６２・６３に一括して供給可能に構成することも可能である。

本発明の一実施例に係る風力発電装置の正面図。ナセル内部の構造を示す側面断面図。ナセルフレームのタワー支持部の構造を示す側面断面図。ナセルフレームのタワー支持部の構造を示す背面断面図。ナセルフレームのタワー支持部の構造を示す平面図。

符号の説明

１風力発電装置
２風車
３主軸
４発電機
５ナセル
６タワー
１１ナセルフレーム
１１ａ開口部（グリース注入口）
１５主軸ハウジング
１５ｂ開口部（グリース注入口）
１５ｃ開口部（グリース注入口）
４２旋回軸受
４２ａ連通孔
４２ｄ連通孔（グリース注入部）
４８ホース
６２軸受
６３軸受

Claims

風車と、該風車の主軸に連結された発電機と、該発電機などを収容するナセルと、該ナセルを旋回軸受で旋回可能に支持するタワーを備えた風力発電装置において、前記旋回軸受に対し複数のグリース注入部を設けて、各々のグリース注入部と一つのグリース注入口とをホースを介して連通し、該グリース注入口をナセルの左右一側に配置したことを特徴とする風力発電装置。
前記主軸を支持する軸受のグリース注入口を、前記旋回軸受のグリース注入口と左右同一側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。