JP2010270703A

JP2010270703A - 水平軸風車

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Publication number: JP2010270703A
Application number: JP2009124132A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yoshida; 茂雄吉田
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-22
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Abstract

【課題】１つのブレードに対して伝達機構まで独立化した２系統のピッチ駆動装置、又は１つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した２系統のヨー駆動装置を備える水平軸風車を構成し、２系統の駆動装置に新たな利用性を持たせる。
【解決手段】本発明の水平軸風車は、ハブ１及びブレード２の双方に対して該ブレードのピッチ軸回りに回転自在の介在部５ｂ，６ｂ，７を介して該ハブと該ブレードとが連結され、ハブに対して介在部を相対回転させるハブ対介在部駆動装置１０と、介在部に対してブレードを相対回転させるブレード対介在部駆動装置１１とを備える。ハブ対介在部角度センサ、ブレード対介在部角度センサ、ハブ対ブレード角度センサを備え、双方の駆動装置装置を制御してもいずれの駆動装置を制御してもハブに対するブレードのピッチ角を制御可能に構成される。タワーとナセルの間にも同様の連結機構、駆動・制御機構を適用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水平軸風車に係り、特にピッチ駆動制御及びヨー駆動制御の技術に関する。

周知のように、いわゆる水平軸風車が風力発電等の商業用に広く実用化されている。水平軸風車は、１枚又は２枚以上のブレードがハブから放射状に取付けられてなるロータと、ハブに接続されるとともに略水平方向に延在された主軸を介してこのロータを軸支するナセルと、略鉛直方向に設置されるとともにナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを有して構成される。

従来、ブレードのピッチ角を駆動制御するピッチ可変式の水平軸風車も利用されている。
ピッチ可変式の水平軸風車としては、全てのブレードのピッチ角がリンク機構で互いに機械的に連結されていて一斉に操作される連動式のほか、近年では、ブレード毎にピッチ駆動制御システムを有していて、ブレード毎に独立してピッチ角を制御可能な独立ピッチ可変式の水平軸風車も利用されている。
独立ピッチ可変式の水平軸風車にあっては、暴風時にいずれかのブレードのピッチ駆動装置が故障した場合でも、他のブレードの一枚以上或いは全てをフェザーにすることでロータの過回転を防止し安全性を確保することができる。

一方、ヨー制御に関しては、ナセル、従ってロータのヨー回転を自在に駆動制御可能なヨー駆動制御装置、ヨー回転を制動するヨーブレーキを水平軸風車に設けることが従来行われている。

特許文献１には、メインモータのほかにサブモータを設置することでメインモータ又はその制御手段が故障したとき、サブモータを作動して風車ブレードをフェザーまで回動させることで、故障後、強風が吹くようになっても風車を安全にすることができるとする風車ブレードのピッチ角制御装置が記載されている。

特開２００５−３０２６３号公報

しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
特許文献１のピッチ角制御装置にあっては、メインモータとサブモータとで、それの駆動力のブレードへの伝達機構が一部共通している。すなわち、同文献図１等に記載の「減速機（１７）」、その「出力軸（２９）」、「出力軸（２９）」に連結された「外歯車（４５）」、ブレードに設けられ、「外歯車（４５）」と噛合する「内歯車（１２）」は、メインモータとサブモータとで共通の伝達機構である。
したがって、歯車の噛合い部分に異物が挟まるなどして共通の伝達機構が動作不能に陥った場合には、ピッチ制御は不能になってしまい、メインモータも、サブモータも役に立たない。
特許文献１のようなサブモータシステムをナセルのヨー駆動に適用する場合を想定しても、共通の伝達機構が存在する限り、同様の問題が生じる。
また、特許文献１のようなサブモータシステムでは、サブモータをメインモータの故障時であって強風時にブレードをフェザーにするために使用するに止まっており、２つのモータの利用性に欠けている。
さらにまた別の問題として、ブレード、ナセルなどの駆動対象物又はハブ、タワーなどの基礎部分に固定されるリングギア等は、すべての歯が均等に使用されずに、限定された角度範囲にある歯がよく磨耗し、使用寿命が短期化するという問題がある。

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、１つのブレードに対して伝達機構まで独立化した２系統のピッチ駆動装置、又は１つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した２系統のヨー駆動装置を備える水平軸風車を構成し、２系統の駆動装置に新たな利用性を持たせることを課題とする。

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１枚又は２枚以上のブレードとを有するロータと、前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に駆動制御可能なピッチ制御手段とを有して構成される水平軸風車において、
前記ハブ及び前記ブレードの双方に対して該ブレードのピッチ軸回りに回転自在の介在部を介して該ハブと該ブレードとが連結され、
前記ハブに対して前記介在部を相対回転させるハブ対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ブレードを相対回転させるブレード対介在部駆動装置とを備える水平軸風車である。

請求項２記載の発明は、前記ピッチ制御手段が１つのブレードに係る前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項１に記載の水平軸風車である。

請求項３記載の発明は、前記ハブに対する前記介在部の前記ピッチ軸回りの角度を検出するハブ対介在部角度センサと、前記介在部に対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を検出するブレード対介在部角度センサとを備え、
前記ピッチ制御手段は、前記ハブ対介在部角度センサの検出値及び前記ブレード対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項１に記載の水平軸風車である。

請求項４記載の発明は、前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を直接的に検出するハブ対ブレード角度センサを備え、
前記ピッチ制御手段は、前記ハブ対ブレード角度センサの検出値に基づくことにより、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項１又は請求項３に記載の水平軸風車である。

請求項５記載の発明は、前記ハブ対介在部駆動装置又は前記ブレード対介在部駆動装置の伝達機構部分として、前記ピッチ軸を中心軸として配置されて前記ハブ、介在部又はブレードに固定されたリングギアと、これに噛合するギアとを備え、
さらに、前記ハブに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ブレードの相対回転方向とが逆方向になるように、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える請求項１に記載の水平軸風車である。

請求項６記載の発明は、ハブと１枚又は２枚以上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回転自在に軸支するナセルと、前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、前記ナセルのヨー角を駆動制御可能なヨー制御手段とを有して構成される水平軸風車において、
前記タワー及び前記ナセルの双方に対して該ナセルのヨー軸回りに回転自在の介在部を介して該タワーと該ナセルとが連結され、
前記タワーに対して前記介在部を相対回転させるタワー対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ナセルを相対回転させるナセル対介在部駆動装置とを備える水平軸風車である。

請求項７記載の発明は、前記ヨー制御手段が前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項６に記載の水平軸風車である。

請求項８記載の発明は、前記タワーに対する前記介在部の前記ヨー軸回りの角度を検出するタワー対介在部角度センサと、前記介在部に対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を検出するナセル対介在部角度センサとを備え、
前記ヨー制御手段は、前記タワー対介在部角度センサの検出値及び前記ナセル対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項６に記載の水平軸風車である。

請求項９記載の発明は、前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を直接的に検出するタワー対ナセル角度センサを備え、
前記ヨー制御手段は、前記タワー対ナセル角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項６又は請求項８に記載の水平軸風車である。

請求項１０記載の発明は、前記タワー対介在部駆動装置又は前記ナセル対介在部駆動装置の伝達機構部分として、前記ヨー軸を中心軸として配置されて前記タワー、介在部又はナセルに固定されたリングギアと、これに噛合するギアとを備え、
さらに、前記タワーに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ナセルの相対回転方向とが逆方向になるように、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える請求項６に記載の水平軸風車である。

本件請求項１〜５に係る発明によれば、ハブ及びブレードの双方に対して該ブレードのピッチ軸回りに回転自在の介在部を介して該ハブと該ブレードとが連結され、ハブに対して介在部を相対回転させるハブ対介在部駆動装置と、介在部に対してブレードを相対回転させるブレード対介在部駆動装置とを備えるので、１つのブレードに対して伝達機構まで独立化した２系統のピッチ駆動装置が構成される。
したがって、２系統のピッチ駆動装置のうちいずれか一方の駆動源やその制御系に異常が生じた場合のみならず、その駆動力伝達機構に異常が生じて動作不能となっても、他方のピッチ駆動装置によりブレードのピッチ角を駆動制御することができるという効果がある。そのため、一方のピッチ駆動装置が動作不能となっても、ロータに発電等の仕事を行わせる稼動運転動作を継続することもでき、暴風時にブレードをフェザーにする暴風時待機動作を行うこともできる。
また、ハブ対介在部駆動装置及びブレード対介在部駆動装置の双方が健在の場合に、双方を制御してブレードのピッチ角を制御することができる。
また噛合位置制御手段を設ければ、ブレードのピッチ角の制御に影響を与えることなく、リングギアとこれに噛合するギアとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。
適用する角度センサとしては、ハブ対介在部角度センサ及びブレード対介在部角度センサを採用するか、ハブ対ブレード角度センサを採用することが好ましい。ハブ対ブレード角度センサを採用する場合には、ブレードのピッチ角をより正確に検出することができる。また、これら３つの角度センサをすべて採用してもよい。この場合は、一方の系統が故障したときに他方の系統で補いブレードのピッチ角制御を行うことができる。

本件請求項６〜１０に係る発明によれば、タワー及びナセルの双方に対して該ナセルのヨー軸回りに回転自在の介在部を介して該タワーと該ナセルとが連結され、タワーに対して介在部を相対回転させるタワー対介在部駆動装置と、介在部に対してナセルを相対回転させるナセル対介在部駆動装置とを備えるので、１つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した２系統のヨー駆動装置が構成される。
したがって、２系統のヨー駆動装置のうちいずれか一方の駆動源やその制御系に異常が生じた場合のみならず、その駆動力伝達機構に異常が生じて動作不能となっても、他方のヨー駆動装置によりナセルのヨー角を駆動制御することができるという効果がある。そのため、一方のヨー駆動装置が動作不能となっても、ロータに発電等の仕事を行わせる稼動運転動作の時でも、その稼動運転を停止して暴風時に待機する時であっても、ロータを所望の方向（主に風に対して正対方向）に制御することができる。
また、タワー対介在部駆動装置及びナセル対介在部駆動装置の双方が健在の場合に、双方を制御してナセルのヨー角を制御することができる。
また噛合位置制御手段を設ければ、ナセルのヨー角の制御に影響を与えることなく、リングギアとこれに噛合するギアとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。
適用する角度センサとしては、タワー対介在部角度センサ及びナセル対介在部角度センサを採用するか、タワー対ナセル角度センサを採用することが好ましい。タワー対ナセル角度センサを採用する場合には、ナセルのヨー角をより正確に検出することができる。また、これら３つの角度センサをすべて採用してもよい。この場合は、一方の系統が故障したときに他方の系統で補いナセルのヨー角制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る水平軸風車の正面模式図である。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のハブとブレードの連結部分を示す部分拡大図である。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のハブとブレードの連結部分を、ピッチ軸を通る断面で示した部分断面図で、ピッチ駆動装置が示される。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のハブとブレードの連結部分を、ピッチ軸を通る断面で示した部分断面図で、図３とは異なるピッチ駆動装置等の配置形態が示される。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のハブとブレードの連結部分を、ピッチ軸を通る断面で示した部分断面図で、ハブ対介在部角度センサ及びブレード対介在部角度センサが示される。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のハブとブレードの連結部分をピッチ軸に垂直な断面で示した断面模式図である。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のハブとブレードの連結部分を、ピッチ軸を通る断面で示した部分断面図で、ハブ対ブレード角度センサが示される。本発明の一実施形態に係る水平軸風車の一部故障時の暴風待機状態を示した正面模式図である。従来の水平軸風車の一部故障時の暴風待機状態を示した正面模式図である。本発明の一実施形態に係る水平軸風車の側面模式図である。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のタワーとナセルの連結部分を、ヨー軸を通る断面で示した部分断面図で、ヨー駆動装置が示される。本発明の一実施形態に係る水平軸風車のタワーとナセルの連結部分をヨー軸に垂直な断面で示した断面模式図である。

以下に本発明の一実施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。

図１に示すように本実施形態の水平軸風車は、ハブ１とブレード２とを有するロータを備える。本実施形態におけるロータは、３枚のブレード２を有するロータである。本発明を適用可能なロータのブレードの枚数としては、１枚でも２枚以上でもよい。

さらに本実施形態の水平軸風車は、ハブ１に接続された主軸（図示せず）を介してロータを回転自在に軸支するナセル３（図１０参照）と、ナセル３をヨー回転自在に支持するタワー４とを備えて構成される。

以下に、本実施形態のピッチ駆動制御につき説明する。
図２、図３に示すように、ハブ１にベアリング装置５を介して内歯のリングギア８が取り付けられ、ブレード２にベアリング装置６を介して内歯のリングギア９が取り付けられる。ベアリング装置５，６及びリングギア８，９は、ブレード２のピッチ軸ＰＡを中心に同軸に配置される。
ベアリング装置５の外輪部５ａがハブ１に固定され、ベアリング装置６の外輪部６ａがブレード２に固定され、ベアリング装置５の内輪部５ｂとベアリング装置６の内輪部６ｂとがシャンク７を介して固定される。シャンク７は、リング状の接続部品であり、必要により適用する。周知のように、ベアリング装置５（６）の外輪部５ａ（６ａ）と内輪部５ｂ（６ｂ）とは間にベアリングを保持して相対回転する。

以上の説明からわかるように、内輪部５ｂ、内輪部６ｂ及びシャンク７により構成される一体部分は、ハブ１及びブレード２の双方に対してブレード２のピッチ軸ＰＡ回りに回転自在の介在部を構成している。介在部５ｂ，６ｂ，７を介してハブ１とブレード２とが連結されている。

ハブ１に対して介在部５ｂ，６ｂ，７を相対回転させるハブ対介在部駆動装置は、リングギア８、モータ１０等により構成される。リングギア８は、内輪部５ｂの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ１０の本体はハブ１に固定され、モータ１０の出力軸１０ａに装着されたピニオンギア１０ｂが、リングギア８と噛合する。

介在部５ｂ，６ｂ，７に対してブレード２を相対回転させるブレード対介在部駆動装置は、リングギア９、モータ１１等により構成される。リングギア９は、内輪部６ｂの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ１１の本体はブレード２に固定され、モータ１１の出力軸１１ａに装着されたピニオンギア１１ｂが、リングギア９と噛合する。

本実施形態においては、ハブ対介在部駆動装置及びブレード対介在部駆動装置を、図３に示すようにハブ１、ブレード２、ベアリング装置５，６の内側に配置したが、いずれか一方又は双方を外側に配置するなど、他の様々な配置を適用してもよい。図４は、ハブ対介在部駆動装置を外側に配置した例である。図４に示す例では、ベアリング装置５の外輪部５ａとベアリング装置６の内輪部６ｂとシャンク７とが一体化され介在部を構成し、外輪部５ａの外側に外歯のリングギア１２が固定され、リングギア１２とモータ１０のピニオンギア１０ｂとが噛合する。

さらに本実施形態の水平軸風車は、図５に示すように、ハブ１に対する介在部５ｂ，６ｂ，７のピッチ軸ＰＡ回りの角度を検出するハブ対介在部角度センサ１３と、介在部部５ｂ，６ｂ，７に対するブレード２のピッチ軸ＰＡ回りの角度を検出するブレード対介在部角度センサ１４とを備える。
角度センサ１３，１４はそれぞれロータリエンコーダである。角度センサ１３の本体はハブ１に固定される。角度センサ１３の入力軸１３ａに装着されたピニオンギア１３ｂがリングギア８と噛合する。角度センサ１４の本体はブレード２に固定される。角度センサ１４の入力軸１４ａに装着されたピニオンギア１４ｂがリングギア９と噛合する。入力軸１３ａ，１４ｂがリングギア８，９に従動して回転し、角度センサ１３，１４はその回転量に応じた信号を出力する。
なお、モータ１０と角度センサ１３、及びモータ１１と角度センサ１４とは干渉しないように、例えば図６に示すように、異なる角度位置に配置する。

さらに本実施形態の水平軸風車は、図７に示すように、ハブ１に対するブレード２のピッチ軸ＰＡ回りの角度を直接的に検出するハブ対ブレード角度センサ１５を備える。
角度センサ１５はロータリエンコーダである。角度センサ１５の本体はハブ１に固定される。角度センサ１５の入力軸１５ａに装着されたピニオンギア１５ｂがリングギア９と噛合する。入力軸１５ａがリングギア８，９に従動して回転し、角度センサ１５はその回転量に応じた信号を出力する。
なお、角度センサ１５は、モータ１０，１１及び角度センサ１３，１４と干渉しないように、異なる角度位置に配置する。
ハブ対ブレード角度センサ１５は、ハブ対介在部角度センサ１３及びブレード対介在部角度センサ１４に代えて採用してもよいし、これらとともに採用しても良い。

さらに本実施形態の水平軸風車には、図示しない制御装置が搭載される。制御装置はピッチ制御手段、噛合位置制御手段等を構成し、以下の制御動作を実行する。

制御装置はピッチ制御手段として機能する。
制御装置は、ハブ対介在部角度センサ１３の検出値及びブレード対介在部角度センサ１４の検出値に基づき、これらの検出値を加算することにより、ハブ１に対するブレード２のピッチ軸ＰＡ回りの角度、すなわち、ブレード２のピッチ角を算出する。
また制御装置は、ハブ対ブレード角度センサ１５の検出値に基づきブレード２のピッチ角を算出する。
制御装置は、目標のピッチ角にブレード２を変角制御する場合、上記のように算出されるブレード２のピッチ角が目標のピッチ角になるように、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）の双方を制御するか、いずれか一方を制御する。制御装置は、双方を制御する場合は、１：１の分担比で変角量を配分して制御する。制御装置は、いずれか一方を制御する際に、所定の時間間隔又は所定の累積駆動量毎に駆動する方を交替させて、片方ずつ交互に使用する。これらの制御により、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）を平等に使用することができる。
本実施形態にあっては、３つの角度センサ１３，１４，１５を採用するので、角度センサ１３，１４が故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置は角度センサ１５によりブレード２のピッチ角を知ることができ、角度センサ１５が故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置は角度センサ１３，１４によりブレード２のピッチ角を知ることができる。

また制御装置は、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）の双方を制御する制御モードにある時に、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）のうち一方が動作不能となった場合には、動作可能な他方のみを制御してブレード２のピッチ角を制御する制御モードに切り替える。

また制御装置は、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）のみを制御してブレード２のピッチ角を制御する制御モードにある時に、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）が動作不能となった場合には、動作可能なブレード対介在部駆動装置（モータ１１）のみを制御してブレード２のピッチ角を制御する制御モードに切り替える。

また制御装置は、ブレード対介在部駆動装置（モータ１１）のみを制御してブレード２のピッチ角を制御する制御モードにある時に、ブレード対介在部駆動装置（モータ１１）が動作不能となった場合には、動作可能なハブ対介在部駆動装置（モータ１０）のみを制御してブレード２のピッチ角を制御する制御モードに切り替える。

一つの制御形態としては、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）のうちいずれか一方の動作不能が発生した時に、制御装置は、必要に応じて上記のように制御モードを切替え、風車の稼動運転動作を通常通り継続し、待機が必要な暴風時には暴風時待機動作として図８に示すようにブレード２，２，２をフェザーとする。

他の制御形態としては、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）のうちいずれか一方の動作不能が発生した時に、制御装置は、必要に応じて上記のように制御モードを切替え、図８に示すようにブレード２，２，２をフェザーにして、メンテナンス要員により動作不能が解消されるまで待つ。

従来のピッチ駆動制御システムにあっては、風車稼動時に動作不能が発生すると、風車の稼動運転動作を通常通り継続することは、効率低下や荷重増大の点で難しく、また図９に示すようにピッチ駆動制御システムの動作不能が発生したブレード２ｃをフェザーにすることができず、他のブレード２ａ，２ｂをフェザーにして待機させても、風車にかかる荷重が比較的大きく残ってしまう。
一方、本実施形態の場合、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）のうちいずれか一方が動作可能であれば、風車の稼動運転動作を通常通り継続することもできるし、ブレード２，２，２をフェザーにすることもでき、風車の稼働率、保守性を向上することができる。

また制御装置は噛合位置制御手段として機能する。
制御装置は、ハブ１に対する介在部部５ｂ，６ｂ，７の相対回転方向と、介在部部５ｂ，６ｂ，７に対するブレード２の相対回転方向とが逆方向になるように、ハブ対介在部駆動装置（モータ１０）及びブレード対介在部駆動装置（モータ１１）の双方を制御して、その相殺分によりリングギア８とピニオンギア１０ｂとの噛合位置、リングギア９とピニオンギア１１ｂとの噛合位置を変更制御する。
ハブ１に対して介在部部５ｂ，６ｂ，７を相対回転させると同時に、同じ回転量で逆方向に介在部部５ｂ，６ｂ，７に対してブレード２を相対回転させることにより、ハブ１に対するブレード２の相対角、すなわち、ブレード２のピッチ角を変更せずに、介在部部５ｂ，６ｂ，７のみを回転させることができる。
かかる原理により、ブレードのピッチ角の制御に影響を与えることなく、リングギア８，９とこれに噛合するギア１０ｂ，１１ｂとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。

次に、本実施形態のヨー駆動制御につき説明する。
図１０、図１１に示すように、タワー４の上端にベアリング装置２５を介して内歯のリングギア２８が取り付けられ、ナセル３にベアリング装置２６を介して内歯のリングギア２９が取り付けられる。ベアリング装置２５，２６及びリングギア２８，２９は、ナセル３のヨー軸ＹＡを中心に同軸に配置される。
ベアリング装置２５の外輪部２５ａがタワー４に固定され、ベアリング装置２６の外輪部２６ａがナセル３に固定され、ベアリング装置２５の内輪部２５ｂとベアリング装置２６の内輪部２６ｂとがシャンク２７を介して固定される。シャンク２７は、リング状の接続部品であり、必要により適用する。周知のように、ベアリング装置２５（２６）の外輪部２５ａ（２６ａ）と内輪部２５ｂ（２６ｂ）とは間にベアリングを保持して相対回転する。

以上の説明したことからわかるように、内輪部２５ｂ、内輪部２６ｂ及びシャンク２７により構成される一体部分は、タワー４及びナセル３の双方に対してナセル３のヨー軸ＹＡ回りに回転自在の介在部を構成している。介在部２５ｂ，２６ｂ，２７を介してタワー４とナセル３とが連結されている。

タワー４に対して介在部２５ｂ，２６ｂ，２７を相対回転させるタワー対介在部駆動装置は、リングギア２８、モータ３０等により構成される。リングギア２８は、内輪部２５ｂの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ３０の本体はタワー４に固定され、モータ３０の出力軸３０ａに装着されたピニオンギア３０ｂが、リングギア２８と噛合する。

介在部２５ｂ，２６ｂ，２７に対してナセル３を相対回転させるナセル対介在部駆動装置は、リングギア２９、モータ３１等により構成される。リングギア２９は、内輪部２６ｂの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ３１の本体はナセル３に固定され、モータ３１の出力軸３１ａに装着されたピニオンギア３１ｂが、リングギア２９と噛合する。

本実施形態においては、タワー対介在部駆動装置及びナセル対介在部駆動装置を、図１１に示すようにタワー４、ナセル３、ベアリング装置５，６の内側に配置したが、いずれか一方又は双方を外側に配置するなど、他の様々な配置を適用してもよい。図４においてハブ１をタワー４に、ブレード２をナセル３に置き換えて適用し、図４の例に倣ってタワー対介在部駆動装置を外側に配置することもできる。

さらに本実施形態の水平軸風車は、図５に示した構造と同様にして（ハブ１をタワー４に、ブレード２をナセル３に置き換えて適用して）、タワー４に対する介在部２５ｂ，２６ｂ，２７のヨー軸ＹＡ回りの角度を検出するタワー対介在部角度センサ３３と、介在部部２５ｂ，２６ｂ，２７に対するナセル３のヨー軸ＹＡ回りの角度を検出するナセル対介在部角度センサ３４とを備える。
なお、モータ３０と角度センサ３３、及びモータ３１と角度センサ３４とは干渉しないように、例えば図１２に示すように、異なる角度位置に配置する。

さらに本実施形態の水平軸風車は、図７に示した構造と同様にして（ハブ１をタワー４に、ブレード２をナセル３に置き換えて適用して）、タワー４に対するナセル３のヨー軸ＹＡ回りの角度を直接的に検出するタワー対ナセル角度センサ（図示せず）を備える。
なお、タワー対ナセル角度センサは、モータ３０，３１及び角度センサ３３，３４と干渉しないように、異なる角度位置に配置する。
タワー対ナセル角度センサは、タワー対介在部角度センサ３３及びナセル対介在部角度センサ３４に代えて採用してもよいし、これらとともに採用しても良い。

制御装置はヨー制御手段として機能する。
制御装置は、タワー対介在部角度センサ３３の検出値及びナセル対介在部角度センサ３４の検出値に基づき、これらの検出値を加算することにより、タワー４に対するナセル３のヨー軸ＹＡ回りの角度、すなわち、ナセル３のヨー角を算出する。
また制御装置は、タワー対ナセル角度センサの検出値に基づきナセル３のヨー角を算出する。
制御装置は、目標のヨー角にナセル３を変角制御する場合、上記のように算出されるナセル３のヨー角が目標のヨー角になるように、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）及びナセル対介在部駆動装置（モータ３１）の双方を制御するか、いずれか一方を制御する。制御装置は、双方を制御する場合は、１：１の分担比で変角量を配分して制御する。制御装置は、いずれか一方を制御する際に、所定の時間間隔又は所定の累積駆動量毎に駆動する方を交替させて、片方ずつ交互に使用する。これらの制御により、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）及びナセル対介在部駆動装置（モータ３１）を平等に使用することができる。
本実施形態にあっては、３つの角度センサを採用するので、タワー対介在部角度センサ３３やナセル対介在部角度センサ３４が故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置はタワー対ナセル角度センサによりナセル３のヨー角を知ることができ、タワー対ナセル角度センサが故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置はタワー対介在部角度センサ３３及びナセル対介在部角度センサ３４によりナセル３のヨー角を知ることができる。

また制御装置は、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）及びナセル対介在部駆動装置（モータ３１）の双方を制御する制御モードにある時に、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）及びナセル対介在部駆動装置（モータ３１）のうち一方が動作不能となった場合には、動作可能な他方のみを制御してナセル３のヨー角を制御する制御モードに切り替える。

また制御装置は、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）のみを制御してナセル３のヨー角を制御する制御モードにある時に、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）が動作不能となった場合には、動作可能なナセル対介在部駆動装置（モータ３１）のみを制御してナセル３のヨー角を制御する制御モードに切り替える。

また制御装置は、ナセル対介在部駆動装置（モータ３１）のみを制御してナセル３のヨー角を制御する制御モードにある時に、ナセル対介在部駆動装置（モータ３１）が動作不能となった場合には、動作可能なタワー対介在部駆動装置（モータ３０）のみを制御してナセル３のヨー角を制御する制御モードに切り替える。

タワー対介在部駆動装置（モータ３０）及びナセル対介在部駆動装置（モータ３１）のうちいずれか一方の動作不能が発生した時に、制御装置は、必要に応じて上記のように制御モードを切替え、風車の稼動運転動作を通常通り継続したり、待機が必要な暴風時には暴風時待機動作をとったりすることができる。
したがって、風車の稼働率、保守性が向上する。

また制御装置は噛合位置制御手段として機能する。
制御装置は、タワー４に対する介在部部２５ｂ，２６ｂ，２７の相対回転方向と、介在部部２５ｂ，２６ｂ，２７に対するナセル３の相対回転方向とが逆方向になるように、タワー対介在部駆動装置（モータ３０）及びナセル対介在部駆動装置（モータ３１）の双方を制御して、その相殺分によりリングギア２８とピニオンギア３０ｂとの噛合位置、リングギア２９とピニオンギア３１ｂとの噛合位置を変更制御する。
タワー４に対して介在部部２５ｂ，２６ｂ，２７を相対回転させると同時に、同じ回転量で逆方向に介在部部２５ｂ，２６ｂ，２７に対してナセル３を相対回転させることにより、タワー４に対するナセル３の相対角、すなわち、ナセル３のヨー角を変更せずに、介在部部２５ｂ，２６ｂ，２７のみを回転させることができる。
かかる原理により、ナセルのヨー角の制御に影響を与えることなく、リングギア２８，２９とこれに噛合するギア３０ｂ，３１ｂとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。

１ハブ
２ブレード
３ナセル
４タワー
５ベアリング装置
６ベアリング装置
７シャンク
８リングギア
９リングギア
１０モータ
１１モータ
１２リングギア
１３ハブ対介在部角度センサ
１４ブレード対介在部角度センサ
１５ハブ対ブレード角度センサ
２５ベアリング装置
２６ベアリング装置
２７シャンク
２８リングギア
２９リングギア
３０モータ
３１モータ
３３タワー対介在部角度センサ
３４ナセル対介在部角度センサ
ＰＡピッチ軸
ＹＡヨー軸

Claims

ハブと１枚又は２枚以上のブレードとを有するロータと、前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に駆動制御可能なピッチ制御手段とを有して構成される水平軸風車において、
前記ハブ及び前記ブレードの双方に対して該ブレードのピッチ軸回りに回転自在の介在部を介して該ハブと該ブレードとが連結され、
前記ハブに対して前記介在部を相対回転させるハブ対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ブレードを相対回転させるブレード対介在部駆動装置とを備える水平軸風車。
前記ピッチ制御手段が１つのブレードに係る前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項１に記載の水平軸風車。
前記ハブに対する前記介在部の前記ピッチ軸回りの角度を検出するハブ対介在部角度センサと、前記介在部に対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を検出するブレード対介在部角度センサとを備え、
前記ピッチ制御手段は、前記ハブ対介在部角度センサの検出値及び前記ブレード対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項１に記載の水平軸風車。
前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を直接的に検出するハブ対ブレード角度センサを備え、
前記ピッチ制御手段は、前記ハブ対ブレード角度センサの検出値に基づくことにより、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項１又は請求項３に記載の水平軸風車。
前記ハブ対介在部駆動装置又は前記ブレード対介在部駆動装置の伝達機構部分として、前記ピッチ軸を中心軸として配置されて前記ハブ、介在部又はブレードに固定されたリングギアと、これに噛合するギアとを備え、
さらに、前記ハブに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ブレードの相対回転方向とが逆方向になるように、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える請求項１に記載の水平軸風車。
ハブと１枚又は２枚以上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回転自在に軸支するナセルと、前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、前記ナセルのヨー角を駆動制御可能なヨー制御手段とを有して構成される水平軸風車において、
前記タワー及び前記ナセルの双方に対して該ナセルのヨー軸回りに回転自在の介在部を介して該タワーと該ナセルとが連結され、
前記タワーに対して前記介在部を相対回転させるタワー対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ナセルを相対回転させるナセル対介在部駆動装置とを備える水平軸風車。
前記ヨー制御手段が前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項６に記載の水平軸風車。
前記タワーに対する前記介在部の前記ヨー軸回りの角度を検出するタワー対介在部角度センサと、前記介在部に対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を検出するナセル対介在部角度センサとを備え、
前記ヨー制御手段は、前記タワー対介在部角度センサの検出値及び前記ナセル対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された請求項６に記載の水平軸風車。
前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を直接的に検出するタワー対ナセル角度センサを備え、
前記ヨー制御手段は、前記タワー対ナセル角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項６又は請求項８に記載の水平軸風車。
前記タワー対介在部駆動装置又は前記ナセル対介在部駆動装置の伝達機構部分として、前記ヨー軸を中心軸として配置されて前記タワー、介在部又はナセルに固定されたリングギアと、これに噛合するギアとを備え、
さらに、前記タワーに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ナセルの相対回転方向とが逆方向になるように、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える請求項６に記載の水平軸風車。