JP2007198167A - Horizontal axial windmill - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水平軸風車のヨー回転動作の緩衝機構に関する。 The present invention relates to a buffer mechanism for a yaw rotation operation of a horizontal axis wind turbine.
周知のように、いわゆる水平軸風車が風力発電事業等の商業用に広く実用化されている。一般的な水平軸風車は、図5に示すように少なくとも2枚のブレード1がハブ2から放射状に取り付けられてなるロータ3と、ハブ2に接続されるとともに略水平方向に延在された主軸4を介してこのロータ3を軸支するナセル5と、略鉛直方向に設置されるとともにナセル5をヨー回転自在に支持するタワー6とを有して構成される。
As is well known, so-called horizontal axis wind turbines are widely used for commercial purposes such as wind power generation business. As shown in FIG. 5, a general horizontal axis wind turbine includes a
水平軸風車は、風力利用の効率化や暴風回避等の目的で、ロータを風向に対して所定の角度に制御されることが必要である。そのために、ナセルのヨー回転を駆動制御するヨー駆動装置、ヨー回転を制動するヨーブレーキ等のヨー角制御手段を水平軸風車に設けることが行われている。 The horizontal axis wind turbine needs to control the rotor at a predetermined angle with respect to the wind direction for the purpose of improving the efficiency of wind power use and avoiding storms. For this purpose, yaw angle control means such as a yaw driving device that drives and controls the yaw rotation of the nacelle and a yaw brake that brakes the yaw rotation is provided in the horizontal axis wind turbine.
ヨーブレーキはナセルを固定する時はもちろん、ヨー回転時にも使用される。ヨー回転時のヨーブレーキの使用は、主に急激なヨー回転を避けるためのものである。
例えば、図5に示すように、ヨー軸7の左右で風速の異なる風9がロータ3に吹きあたると、ヨー軸7回りにトルク(ヨートルク8)が発生する。また、風向が変わることによりヨートルク8が発生する。このヨートルク8が比較的大きい場合に、ヨーブレーキによりナセル5のヨー角を固定しておくと、ブレード1、主軸4、タワー6などの構造に対して大きな荷重がかかり、損傷や変形の原因となる。とはいえ、完全にヨーブレーキを開放してしまうと、ナセルが急激に回転したり、過剰な速さで回転したりして、やはりブレード1、主軸4、タワー6などの構造に対して大きな負担をかけることになる。そこで、ナセル5のヨー角を固定しない程度にヨーブレーキを効かせつつヨートルク8に従ってナセル5をヨー回転させる。これにより過剰な回転に入ることなく、また急激に変化するヨートルク8を抑えて構造への負担を軽減する。
また、ヨー駆動装置を使用してヨー回転させる間にも、自然風による急激なヨー回転を避けるためヨーブレーキをかける必要があった。
The yaw brake is used not only for fixing the nacelle but also for yaw rotation. The use of the yaw brake during the yaw rotation is mainly for avoiding a sudden yaw rotation.
For example, as shown in FIG. 5, when wind 9 having different wind speeds on the left and right sides of the
Further, during yaw rotation using the yaw driving device, it is necessary to apply a yaw brake to avoid sudden yaw rotation due to natural wind.
従来、ヨーブレーキとしては、例えば、特許文献1に示すようなディスクをブレーキパッドで挟持する方式のディスクブレーキが使用されていた。
しかし、ヨー回転時にヨーブレーキを使用すると、ブレーキパッドが早期に磨耗するし、ブレーキ鳴りが発生する。また、ヨー回転の速度に関係なくブレーキトルクが一定であり、ヨー駆動時にヨーブレーキをかけるため、ヨーモータの容量を大きくしなくてはならない等の諸問題があった。 However, if the yaw brake is used during the yaw rotation, the brake pad will be worn out early and a brake noise will occur. In addition, since the brake torque is constant regardless of the yaw rotation speed and the yaw brake is applied during the yaw drive, there are various problems such as the capacity of the yaw motor must be increased.
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、タワーに対する
ナセルのヨー回転動作を効果的に緩衝できるヨー回転機構を有した水平軸風車を提供する
ことを課題とする。
The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a horizontal axis windmill having a yaw rotation mechanism that can effectively buffer the yaw rotation operation of the nacelle with respect to the tower.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、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である。
The invention according to
A nacelle that pivotally supports the rotor via a main shaft connected to the hub;
A tower that supports the nacelle in a yaw-rotating manner;
It is a horizontal axis windmill provided with the rotary damper which loads the resistance torque which increases as the rotational speed increases to the yaw rotation of the nacelle.
請求項2記載の発明は、前記ロータリダンパへ回転が伝達される軸にピニオンギアが固定され、前記ナセルのヨー軸と同軸に旋回ギアが配置され、前記ピニオンギアと前記旋回ギアが噛合連結され、前記ロータリダンパ及び前記旋回ギアのうち一方が前記ナセルに固定され、他方が前記タワーに固定されてなる請求項1に記載の水平軸風車である。
According to a second aspect of the present invention, a pinion gear is fixed to a shaft through which rotation is transmitted to the rotary damper, a turning gear is arranged coaxially with the yaw axis of the nacelle, and the pinion gear and the turning gear are meshed and connected. The horizontal axis wind turbine according to
請求項3記載の発明は、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請求項2に記載の水平軸風車である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a transmission for converting the shaft, on which the pinion gear is fixed, to a lower rotational speed with respect to the rotational speed of the output shaft of the rotary damper and interlocking both the shafts. It is a horizontal axis windmill described in 1.
請求項4記載の発明は、前記ロータリダンパはオイルの粘性抵抗により前記抵抗トルクを発生させるオイル粘性方式のダンパであることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載の水平軸風車である。 According to a fourth aspect of the present invention, the rotary damper is an oil viscosity type damper that generates the resistance torque by the viscous resistance of oil, according to any one of the first to third aspects. It is a horizontal axis windmill.
請求項5記載の発明は、前記ナセルをヨー回転自在に前記タワーに接続するベアリングを備え、
前記ロータリダンパは、前記ベアリングを保持する隙間に連続形成された隙間と、この隙間に密閉されたオイルを備え、当該オイルの粘性抵抗により前記抵抗トルクを発生させるオイル粘性方式のダンパであることを特徴とする請求項1に記載の水平軸風車である。
The invention according to
The rotary damper is an oil viscosity type damper that includes a gap continuously formed in a gap holding the bearing and oil sealed in the gap, and generates the resistance torque by the viscous resistance of the oil. It is a horizontal axis windmill of
請求項6記載の発明は、前記ロータリダンパは、前記オイルの温度を計測する温度計と、該オイルを加温する加温装置とを備えることを特徴とする請求項4記載の水平軸風車である。
The invention according to
本発明によれば、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。 According to the present invention, the rotary damper has a characteristic of increasing the resistance torque as the rotational speed increases, and the resistance torque having such characteristics is loaded on the yaw rotation of the nacelle. As a result, the yaw torque generated by the natural wind is suppressed at a higher rate by the resistance torque of the rotary damper, and the kinetic energy of the nacelle yaw rotation is dissipated by the work of rotating the rotary damper. The speed change is alleviated and the yaw rotation speed can be prevented from shifting to a high speed range. Further, since the resistance torque applied to the nacelle from the rotary damper is relatively small in the low speed region, there is an effect that it is possible to drive and control the yaw rotation of the nacelle without imposing a great burden on the drive motor.
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形
態であって本発明を限定するものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態につき、図1、図2、図3及び図5を参照して説明する。
図1は本発明の第1実施形態に係る水平軸風車の主要部を示す側面図である。
本実施形態の水平軸風車は、図5に示すものと同様の3枚のブレードを有する水平軸風
車であり、タワー6と、ナセル5と、主軸4と、ハブ2と、3枚のブレード1を備える。
ナセル5はハブ2に接続された主軸4を介してハブ2とブレード1からなるロータ3を軸
支する。タワー6は、ナセル5をヨー回転自在に支持する。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG.
FIG. 1 is a side view showing a main part of a horizontal axis wind turbine according to a first embodiment of the present invention.
The horizontal axis wind turbine of the present embodiment is a horizontal axis wind turbine having three blades similar to that shown in FIG. 5, and includes a
The
ナセル5の内側には、図示しない増速機、発電機、および主軸ブレーキなどの動力伝達
装置が収納されており、これらの各動力伝達装置には、主軸4が連結されている。
主軸4は、その先端がナセル5の外部に突出しており、この主軸4の先端にはロータ3
が、主軸4とともに回転するように取り付けられている。
ロータ3は、中心部に主軸4と連結されたハブ2を有しており、ハブ2の周面から突出して、3枚のブレード1が放射状に取り付けられている。
Inside the
The
Are attached to rotate together with the
The
図1に示すように、タワー6上端にはリング状の旋回ギア13が配置されている。図1
A部に示すように、ナセル5内に、ロータリダンパ10及びギアボックス11が内装されている。
As shown in FIG. 1, a ring-
As shown in part A, a
図2に図1A部の拡大図を示す。図2に示すように、ギアボックス11がナセル5に固
定されている。ギアボックス11の上部には軸25が突出しており、下部には軸17が突
出している。ロータリダンパ10の出力軸16は、ギアボックス11の上部の軸25にシュリンクフィット15を介して同軸に連結されている。ロータリダンパ10の出力軸16は、ギアボックス11の上部の軸25と一体回転する。ギアボックス11の下部の軸17には、ピニオンギア12が嵌められている。ロータリダンパ10のアウターケース18は、マウントフレーム29を介してギアボックス11に固定されている。ロータリダンパ10のアウターケース18の外面に温度センサ14が付設されている。アウターケース18の温度センサ14を付設していない一部を覆うようにヒータ44が取り付けられている。
ギアボックス11は、上部の軸25の回転速度に対して下部の軸17を低い回転速度に変換して両軸を連動させる変速機であり、内部に変速のためのギア機構が構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged view of the portion shown in FIG. 1A. As shown in FIG. 2, the
The
ナセル5は、ヨー旋回ベアリング19を介してタワー6に対しヨー回転自在に連結され
ている。ヨー旋回ベアリング19の内側円筒20にナセル5が固定され、外側円筒21は
タワー6に固定される。このヨー旋回ベアリング19の回転軸が自ずとナセル5のヨー軸
7となる。外側円筒21の周囲に旋回ギア13が設けられ、旋回ギア13はヨー軸7と同軸に配置される。ギアボックス11の下部の軸17は、ナセルの底部に空けられた孔41を通って外部に突出しており、その突出した先端に嵌められたピニオンギア12が旋回ギア13に噛合連結する。
The
図3にロータリダンパ、シュリンクフィット及びギアボックス上部の断面図を示す。
図3に示すように、アウターケース18の内部にはシリコンオイル42が封入されており、シリコンオイル42に接触して回るロータ22が出力軸16とともに回転自在にベアリング23,24によって軸受け支持されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the rotary damper, the shrink fit, and the upper portion of the gear box.
As shown in FIG. 3,
シリコンオイル42の粘性抵抗により出力軸16に入力されるトルクに対し抵抗トルク
を発生させる。この抵抗トルクは、出力軸16の回転速度の増大に従って増大する。すな
わち、回転速度が上がると抵抗トルクは上がり、回転速度が下がると抵抗トルクも下がる
。シリコンオイル42の粘性は温度により変化し、ダンパの特性も変化する。そのため、温度センサ14により検知したロータリダンパ10の温度に基づき、ヒータ44によりロータリダンパ10を必要量加温し、ロータリダンパ10を年間通して適度な温度範囲に調温する。これによりダンパの特性を適度な範囲に維持する。例えば、寒冷時のヨー回転の不能を回避したり、過剰な抵抗トルクを軽減したりすることができる。
A resistance torque is generated with respect to the torque input to the
図3に示すように、シュリンクフィット15は、メス型テーパ面を有する外筒部品26と、外筒部品26と対になるオス型テーパ面を有す内筒部品27と、外筒部品26と内筒部品27とを軸方向に圧接するボルト28,28とからなる。ギアボックス11上部の軸25に設けられた穴43にロータリダンパ10の出力軸16の先端を挿入し、軸25に外嵌したシュリンクフィット15のボルト28,28を締めることにより、出力軸16及び軸25を共に締め付け連結固定する。このシュリンクフィット15によりロータリダンパ10の交換が容易である。
As shown in FIG. 3, the
以上説明したピニオンギア12、ギアボックス11、シュリンクフィット15及びマウ
ントフレーム29を1組として、同様の組を旋回ギア13の周りに2以上に設ける。そのうちの1又は2以上にロータリダンパを搭載する。上記組をロータリダンパ用に2以上に設けておけば、その後いつでもロータリダンパを増減することが容易にできる。他方、上記組のうちの1又は2以上の組に駆動モータを搭載してヨー駆動装置を構成する。但し、使用する駆動モータに適合するギア比を実現するギアボックス及びピニオンを組み合わせる。
The
以上の第1実施形態によれば、ロータリダンパ10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する。かかる特性の抵抗トルクがナセル5のヨー回転に負荷される。すなわち、ナセル5のヨー回転運動に対してロータリダンパ10が抵抗トルクを発生させる。これによりナセル5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。低速域ではロータリダンパ10からナセル5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。
According to the first embodiment described above, the
ナセル5のヨー回転駆動に用いられる旋回ギア13に噛合連結するピニオンギア12を設け、これをロータリダンパ10へ伝達する構成をとることにより、さらに必要により適切なギア比を有するギアボックス11を介装することにより、汎用のロータリダンパの多種の中から選択することができ、容易に搭載することができる。したがって、風車の仕様や環境条件等の諸条件に適合するロータリダンパを選びやすい。また、ロータリダンパの交換が容易にでき、性能の良いものや安価なものなどへの換装が容易にできる。
By providing a
ロータリダンパ10はオイルの粘性抵抗により前記抵抗トルクを発生させるオイル粘性方式のダンパであるため、静音性に優れ、機械部品の磨耗がなく長寿命である。
Since the
以上の実施形態に拘わらず、旋回ギアをナセルに固定し、ロータリダンパをタワーに固定しても、同様の目的が達成できることは勿論である。 Regardless of the above embodiment, it is a matter of course that the same object can be achieved even if the turning gear is fixed to the nacelle and the rotary damper is fixed to the tower.
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態につき、図4を参照して説明する。図4は本発明の第2実
施形態に係る水平軸風車の主要部を示す断面図である。本実施形態は第1実施形態と異な
るロータリダンパを備えたものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a horizontal axis wind turbine according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is provided with a rotary damper different from the first embodiment.
図4に示すように、ナセル36がヨー旋回ベアリング30を介してタワー40に対しヨ
ー回転自在に接続される。ヨー旋回ベアリング30を保持する外側円筒31がタワー40
に固定される。ヨー旋回ベアリング30を保持する内側円筒32がナセル36に固定され
る。
外側円筒31及び内側円筒32は、ヨー旋回ベアリング30を保持する隙間に連続して
隙間を形成しており、かかる隙間にシリコンオイル33が充填されている。シリコンオイ
ル33が充填された隙間は、シール34,35により密閉されている。
外側円筒31及び内側円筒32は、シリコンオイル33に接触して相対回転するから、
シリコンオイル33の粘性抵抗によりナセル36のヨー回転運動に対する抵抗トルクを発
生させるオイル粘性方式のロータリダンパが構成される。
As shown in FIG. 4, the
Fixed to. An
The
Since the
An oil-viscous rotary damper that generates resistance torque against yaw rotation of the
以上の本実施形態の構成によっても、上記第1実施形態と同様に、ナセル36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、加えて、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。
また、本実施形態によれば、簡素で省スペースなロータリダンパを構成することが
できる。
Even with the configuration of the present embodiment, as in the first embodiment, the rapid yaw rotation speed change of the
Moreover, according to this embodiment, a simple and space-saving rotary damper can be configured.
1 ブレード
2 ハブ
3 ロータ
4 主軸
5 ナセル
6 タワー
7 ヨー軸
8 ヨートルク
10 ロータリダンパ
11 ギアボックス
12 ピニオンギア
13 旋回ギア
16 出力軸
19 ヨー旋回ベアリング
30 ヨー旋回ベアリング
33 シリコンオイル
34,35 シール
36 ナセル
40 タワー
42 シリコンオイル
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 A rotor having a hub and at least two blades;
A nacelle that pivotally supports the rotor via a main shaft connected to the hub;
A tower that supports the nacelle in a yaw-rotating manner;
A horizontal axis wind turbine comprising a rotary damper that loads a resistance torque that increases as the rotational speed increases to the yaw rotation of the nacelle.
前記ロータリダンパは、前記ベアリングを保持する隙間に連続形成された隙間と、この隙間に密閉されたオイルを備え、当該オイルの粘性抵抗により前記抵抗トルクを発生させるオイル粘性方式のダンパであることを特徴とする請求項1に記載の水平軸風車。 A bearing that connects the nacelle to the tower in a yaw-rotatable manner,
The rotary damper is an oil viscosity type damper that includes a gap continuously formed in a gap holding the bearing and oil sealed in the gap, and generates the resistance torque by the viscous resistance of the oil. The horizontal axis wind turbine according to claim 1, wherein the wind turbine is a horizontal axis wind turbine.
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