JP2012087640A - ブレードピッチ角固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】風車ロータのハブにピッチ角を可変に連結されたブレードのピッチ角を固定するブレードピッチ角固定構造において、作業性良好で、固定構造の高剛性、高強度を容易に実現する。
【解決手段】本構造は、基端周壁部１の周方向に分散した複数部位にバレルナット６が込められたブレードを備え、ハブ３とベアリング装置２の外輪部２ａとが周方向に分散配置されたボルト５ａにより締結され、ベアリング装置の内輪部２ｂとバレルナットとがボルト４ａにより締結されてブレードが固定されてなる風車ロータにおいて、基端周壁部の外周面に露出するバレルナットの端部に雌螺子６ａが設けられ、一又は複数の前記雌螺子とこれに螺合するボルト９とによりブレードに固定される一の固定端部と、ハブと外輪部とを固定するボルトのうち一又は複数のボルトとこれに螺合するナット１０とによりハブに固定される他の固定端部とを有する固定プレート８が適用された構造である。
【選択図】図２

Description

本発明は、風車ロータの可変ピッチ式ブレードのピッチ角を固定するブレードピッチ角固定構造に関する。

一般に、風力発電機として利用される水平軸風車において可変ピッチ式の風車ロータは、ハブと、同ハブにベアリングを介してピッチ角を可変に連結されたブレードと備え、さらにブレードにはピッチ角駆動機構が連結される構造が採用されている。
例えば、特許文献１にあっては、ハブにベアリング装置の外輪部が固定され、ベアリング装置の内輪部に、シャンクの基端部が嵌入されて固定され、ブレードの基端がシャンクの先端のフランジに締結されることで構成されている。

一方、特許文献２には、ピッチ角駆動機構に不具合が生ずる可能性のある過大な負荷が生じた場合には、ブレードのピッチ角を空力出力が減少するフェザー側に制御し、ブレードピッチ角の変動に起因するピッチ角駆動機構の変動荷重を低減させる技術が開示されている。

特表２００７−１３２２９５号公報 特開２００６−２３３９１２号公報

しかし以上の従来技術にあっては以下のような問題があった。
上述のような従来の風車においてピッチ角駆動機構が過大負荷等により故障した場合には、特許文献２に記載のようにピッチ角を制御することはできない。
このような場合には、ブレードのピッチ角を手動で所定のピッチ角に固定する必要がある。
通常、ブレードのピッチ角を固定する構造には、固定角度によっては発生しうる大トルクに耐える為に、十分な剛性と強度が必要である。また、高所作業となるため作業性を良好にすることが望ましい。
ブレードピッチ角固定構造を、ブレードの回りの任意の箇所で連結固定できる構造とすると作業性及び固定構造の強度が良好であり、このような構造が望まれる。

本発明は、風車ロータのハブにピッチ角を可変に連結されたブレードのピッチ角を固定するブレードピッチ角固定構造であって、作業性良好で、固定構造の高剛性、高強度を容易に実現できるブレードピッチ角固定構造を提供す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、風車ロータのハブにベアリング装置を介してピッチ角を可変に連結されたブレードのピッチ角を固定するブレードピッチ角固定構造であって、
前記ブレードの基端周壁部の外周面に露出し当該基端周壁部の周方向に分散した複数部位にそれぞれ第１締結手段が設けられ、
前記ベアリング装置は、周方向に分散した複数部位でそれぞれ第２締結手段により前記ハブに固定され、
一又は複数の前記第１締結手段を適用して前記ブレードに固定される一の固定端部と、一又は複数の前記第２締結手段を適用して前記ハブに固定される他の固定端部とを有する固定プレートが適用されて前記ブレードのピッチ角が固定されるブレードピッチ角固定構造である。

請求項２記載の発明は、前記固定プレートの少なくとも一方の固定端部に締結位置選択用の遊びが設けられ、当該遊びの方向が前記周方向であり、当該遊びの範囲内で締結位置を選択することと、前記締結手段から前記固定プレートの締結に適用するものを選択することとにより、任意のピッチ角で前記ブレードを固定可能に構成された請求項１に記載のブレードピッチ角固定構造である。

請求項３記載の発明は、ハブと、
ベアリングを間に保持する外輪部及び内輪部を有するベアリング装置と、
基端周壁部の周方向に分散した複数部位に形成された孔にそれぞれバレルナットが込められたブレードとを備え、
前記ハブと前記外輪部とが前記ブレードのピッチ軸方向に延在する複数のボルトにより締結され、当該ボルトが周方向に分散して配置され、
前記内輪部と前記バレルナットとが前記ピッチ軸方向に延在するボルトにより締結されて前記ブレードと前記内輪部とが固定されてなる風車ロータにおけるブレードピッチ角固定構造であって、
前記基端周壁部の外周面に露出する前記バレルナットの端部に雌螺子が設けられ、
一又は複数の前記雌螺子とこれに螺合するボルトとにより前記ブレードに固定される一の固定端部と、前記ハブと前記外輪部とを固定する前記ボルトのうち一又は複数の前記ボルトとこれに螺合するナットとにより前記ハブに固定される他の固定端部とを有する固定プレートが適用されて前記ブレードのピッチ角が固定されるブレードピッチ角固定構造である。

請求項４記載の発明は、前記固定プレートの少なくとも一方の固定端部に締結位置選択用の遊びが設けられ、当該遊びの方向が前記周方向であり、当該遊びの範囲内で締結位置を選択することと、前記ハブと前記外輪部とを固定する前記ボルト及び前記雌螺子から前記固定プレートの締結に適用するものを選択することとにより、任意のピッチ角で前記ブレードを固定可能に構成された請求項３に記載のブレードピッチ角固定構造である。

請求項５記載の発明は、前記バレルナットの前記端部に前記基端周壁部の外周面から突出し、先端面に前記雌螺子が開口する突部が形成され、
前記固定プレートの前記一の固定端部に前記突部が挿入される固定用の孔が形成された請求項３又は請求項４に記載のブレードピッチ角固定構造である。

請求項６記載の発明は、共通のナットにより前記外輪部と前記固定プレートとが共締めされてなる請求項３、請求項４又は請求項５に記載のブレードピッチ角固定構造である。

請求項７記載の発明は、前記固定プレートが前記周方向に分散配置されて複数適用された請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のブレードピッチ角固定構造である。

本発明によれば、固定プレートをブレードの基端周壁部と前記ハブとに固定することにより、可変ピッチ式のブレードのピッチ角を固定することができる。このとき、ブレード側の締結手段と、ハブ側の締結手段とはピッチ軸回りの周方向に分散されて複数配置されているので、こられから固定プレートの締結に適用するものを選択することにより、ブレードの回りの任意の箇所で連結固定でき、作業性が良好である。また、固定するピッチ角を選択することも可能である。
また本発明によれば、複数の固定プレートをピッチ軸の周方向の異なる位置に配置して適用することができ、これにより固定構造の高剛性、高強度を容易に実現できる。

本発明一実施形態に係るブレードピッチ角固定構造の適用対象となるブレードとハブとの連結部分のピッチ軸を通る断面を示す断面図である。 本発明一実施形態に係るブレードピッチ角固定構造が適用されたブレードとハブとの連結部分のピッチ軸を通る断面を示す断面図である。 本発明一実施形態に係る固定プレートの斜視図である。 本発明一実施形態に係るブレードピッチ角固定構造の斜視図である。 本発明他の一実施形態に係るブレードピッチ角固定構造が適用されたブレードとハブとの連結部分のピッチ軸を通る断面を示す断面図である。

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。

本実施形態のブレードピッチ角固定構造は、水平軸風車のロータに適用される。
一般に、水平軸風車は、ブレードとこれを保持するハブとを有するロータと、ハブに接続された主軸を介してロータを軸支するナセルと、ナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを備える。

図１に示すようにブレードの基端周壁部１は、ハブ３にベアリング装置２を介してピッチ角を可変に連結される。図１においてＡはピッチ軸である。基端周壁部１はピッチ軸Ａを中心とする円筒形状に形成され、基端周壁部１より先に翼形状が形成されている。

ベアリング装置２は、ベアリングを間に保持する外輪部２ａ及び内輪部２ｂを有する。ベアリング装置２はピッチ軸Ａを回転軸として配置される。
外輪部２ａがハブ３のベアリングマウント部３ａに搭載される。ベアリングマウント部３ａは、外輪部２ａに合わさるフラットな面が円形状に形成されたものである、ベアリングマウント部３ａの内側はハブ３内の空洞に連通する孔となっている。
外輪部２ａにピッチ軸Ａ方向に延在するボルト挿通孔がピッチ軸Ａ回りの周方向に沿って多数均等分散配置されて形成されており、このボルト挿通孔のそれぞれに、ボルト５ａが挿通される。ボルト５ａの一端部はベアリングマウント部３ａにおいてハブ３に固定されている。ボルト５ａの他端部に螺合するナット５ｂが締め上げられることで、ベアリング装置２の外輪部２ａはハブ３に固定される。

ブレードの基端周壁部１は、ベアリング装置２の内輪部２ｂに固定される。基端周壁部１の周方向に分散した複数部位に形成された孔にそれぞれバレルナット６，６，・・・が込められている。バレルナット６，６，・・・は基端周壁部１の周方向に多数均等分散配置されている。
バレルナット６の各設置孔に連通するピッチ軸Ａ方向の孔が、基端周壁部１及び内輪部２ｂに連通して形成されており、これにボルト４ａが挿通され、ボルト４ａの一端部がバレルナット６に、他端部がナット４ｂに螺合して締め上げられることで、基端周壁部１を有するブレードがベアリング装置２の内輪部２ｂに固定される。

以上のようにして基端周壁部１を有したブレードは、ハブにピッチ角が可変に連結される。図示しないピッチ角駆動機構がブレードにピッチ軸Ａ回りの動力を伝達するように連結される。例えば、ピッチ角駆動機構は内輪部２ｂの内側に固定された内歯のリングギアとこれに噛合するピニオンギアとを含んで構成される。

以上の基本構造に対して以下のブレードピッチ角固定構造が構成される。
ブレードの基端周壁部１の外周面に露出し基端周壁部１の周方向に分散した複数部位にそれぞれ第１締結手段が設けられる。本実施形態における第１締結手段は、バレルナット６，６，・・・にぞれぞれ形成された雌螺子６ａである。雌螺子６ａは、基端周壁部１の外周面に露出するバレルナット６の端部に設けられている。バレルナット６の外側面に雌螺子６ａが開口する形で形成される。第２締結手段としては、上述したボルト５ａが適用される。
図２に示すように、Ｌ型の固定プレート８の一端が雌螺子６ａとこれに螺合するボルト９とによりブレードに固定されるとともに、固定プレート８の他端がボルト５ａとこれに螺合するナット１０とによりハブ３に固定される。
以上により、ブレードのピッチ角が固定される。
固定プレート８は、ピッチ軸Ａ回りの周方向に分散配置された複数を適用することが好ましい。固定構造の高剛性、高強度にするためである。固定プレート８を複数適用する場合は、なるべく均等な間隔で配置することが好ましい。

図３に示すように固定プレート８は、ブレードへの固定端部８ａと、ハブへの固定端部８ｂとが直角に繋がった構造を有する。固定端部８ａに１つの固定用の孔部８ｃが丸孔状に形成され、固定端部８ｂに２つの固定用の孔部８ｄ，８ｅが長孔状に形成されている。図２に示す固定構造の場合、孔部８ｃはボルト９の軸部が挿入される程度の大きさにされる。
孔部８ｄ，８ｅが長孔状に形成されているのは、ピッチ軸Ａ回りの周方向に遊びを設けるためである。そのため、孔部８ｄ，８ｅの長手方向に沿った線はピッチ軸Ａを中心として円弧状に形成されている。

図４に示すように、多数周方向に分散配置された雌螺子６ａ，６ａ，・・・の中から固定プレート８の締結に適用するものとし選択された雌螺子６ａに、図３の孔部８ｃに挿通されたボルト９が螺合する。
また、多数周方向に分散配置されたボルト５ａ，５ａ，・・・の中から固定プレート８の締結に適用するものとし選択された２つのボルト５ａ，５ａがそれぞれ孔部８ｄ，８ｅに挿通されナット１０，１０により締結される。
ブレードのピッチ角がどのような角度であっても、選択された雌螺子６ａに対応して孔部８ｄ，８ｅにボルト５ａ，５ａが挿入できるように、孔部８ｄ，８ｅが長孔状に形成されている。したがって、ピッチ角がどのような角度であっても、本固定構造によってピッチ角を固定することができる。すなわち、本固定構造は、任意のピッチ角でブレードを固定可能に構成されている。
このような任意のピッチ角でブレードを固定可能にする構造は、孔部８ｃに遊びを設けても実現してもよいし、孔部８ｃ及び孔部８ｄ，８ｅの双方に遊びを設けても実現してもよいことは勿論である。

以上の固定構造によれば、バレルナット６に雌螺子６ａを設け、固定プレート８を用意しておけば実現でき、簡単な構成で実現できる。
図２に示した固定構造においては、固定プレート８とハブ３との固定に、ベアリング装置の外輪部２ａの固定用のナット５ｂとは別のナット１０を用いたが、図５に示すように、共通のナット５ｂにより外輪部２ａと固定プレート８とを共締めしてもよい。この場合、さらにピッチ固定用の備品を少なくすることができる。

さらに図５に示すように、バレルナット１１の端部に基端周壁部１の外周面から突出し、先端面に雌螺子１１ｂが開口する突部１１ａを形成しておき、固定プレート８の固定端部８ａの孔部８ｃに突部１１ａが挿入される構造にして締結してもよい。但し、この場合、孔部８ｃは突部１１ａが挿入される程度の大きさにされる。本構造によれば、固定プレート８からボルト１２に負荷されるせん断力を低減でき、固定プレート８とブレードとの連結部分を強固にすることができる。

以上のブレードピッチ角固定構造によれば、ピッチ角駆動機構が過大負荷等により故障した場合にも、そのままのピッチ角でも、ブレードのピッチ角を手動で所望のピッチ角に動かした後でもブレードのピッチ角を固定することができる。
以上の実施形態に拘わらず、固定プレート８を複数の雌螺子６ａとこれに螺合するボルトとによりに締結するようにしても良いし、固定プレート８を一のボルト５ａとこれに螺合するナット１０（又は５ｂ）とにより締結するようにしても良い。
また、雌螺子６ａをバレルナット６とは別の部品であって基端周壁部１に固定される部品に設けても良いが、既設のバレルナット６に雌螺子６ａを設けることによって、部品の増加や基端周壁部１の構造変更を避けることができる。
同様に、突部１１ａ及び雌螺子１１ｂをバレルナット１１とは別の部品であって基端周壁部１に固定される部品に設けても良いが、既設のバレルナット１１に突部１１ａ及び雌螺子１１ｂを設けることによって、部品の増加や基端周壁部１の構造変更を避けることができる。

１ ブレードの基端周壁部
２ ベアリング装置
２ａ 外輪部
２ｂ 内輪部
３ ハブ
３ａ ベアリングマウント部
４ａ ボルト
４ｂ ナット
５ａ ボルト
５ｂ ナット
６ バレルナット
６ａ 雌螺子
８ 固定プレート
９ ボルト
１０ ナット
１１ バレルナット
１１ａ 突部
１１ｂ 雌螺子
１２ ボルト

Claims (7)

1. 風車ロータのハブにベアリング装置を介してピッチ角を可変に連結されたブレードのピッチ角を固定するブレードピッチ角固定構造であって、
   前記ブレードの基端周壁部の外周面に露出し当該基端周壁部の周方向に分散した複数部位にそれぞれ第１締結手段が設けられ、
   前記ベアリング装置は、周方向に分散した複数部位でそれぞれ第２締結手段により前記ハブに固定され、
   一又は複数の前記第１締結手段を適用して前記ブレードに固定される一の固定端部と、一又は複数の前記第２締結手段を適用して前記ハブに固定される他の固定端部とを有する固定プレートが適用されて前記ブレードのピッチ角が固定されるブレードピッチ角固定構造。
2. 前記固定プレートの少なくとも一方の固定端部に締結位置選択用の遊びが設けられ、当該遊びの方向が前記周方向であり、当該遊びの範囲内で締結位置を選択することと、前記締結手段から前記固定プレートの締結に適用するものを選択することとにより、任意のピッチ角で前記ブレードを固定可能に構成された請求項１に記載のブレードピッチ角固定構造。
3. ハブと、
   ベアリングを間に保持する外輪部及び内輪部を有するベアリング装置と、
   基端周壁部の周方向に分散した複数部位に形成された孔にそれぞれバレルナットが込められたブレードとを備え、
   前記ハブと前記外輪部とが前記ブレードのピッチ軸方向に延在する複数のボルトにより締結され、当該ボルトが周方向に分散して配置され、
   前記内輪部と前記バレルナットとが前記ピッチ軸方向に延在するボルトにより締結されて前記ブレードと前記内輪部とが固定されてなる風車ロータにおけるブレードピッチ角固定構造であって、
   前記基端周壁部の外周面に露出する前記バレルナットの端部に雌螺子が設けられ、
   一又は複数の前記雌螺子とこれに螺合するボルトとにより前記ブレードに固定される一の固定端部と、前記ハブと前記外輪部とを固定する前記ボルトのうち一又は複数の前記ボルトとこれに螺合するナットとにより前記ハブに固定される他の固定端部とを有する固定プレートが適用されて前記ブレードのピッチ角が固定されるブレードピッチ角固定構造。
4. 前記固定プレートの少なくとも一方の固定端部に締結位置選択用の遊びが設けられ、当該遊びの方向が前記周方向であり、当該遊びの範囲内で締結位置を選択することと、前記ハブと前記外輪部とを固定する前記ボルト及び前記雌螺子から前記固定プレートの締結に適用するものを選択することとにより、任意のピッチ角で前記ブレードを固定可能に構成された請求項３に記載のブレードピッチ角固定構造。
5. 前記バレルナットの前記端部に前記基端周壁部の外周面から突出し、先端面に前記雌螺子が開口する突部が形成され、
   前記固定プレートの前記一の固定端部に前記突部が挿入される固定用の孔が形成された請求項３又は請求項４に記載のブレードピッチ角固定構造。
6. 共通のナットにより前記外輪部と前記固定プレートとが共締めされてなる請求項３、請求項４又は請求項５に記載のブレードピッチ角固定構造。
7. 前記固定プレートが前記周方向に分散配置されて複数適用された請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のブレードピッチ角固定構造。

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