JP2013185487A - 風力発電設備のヨー駆動システムおよびヨー駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨー駆動装置をいたずらに大きくすることなく、ヨー駆動装置の破損を大幅に低減することができる風力発電設備のヨー駆動システムを得る。
【解決手段】風力発電設備のタワー１１側に設けられる旋回歯車２８と、該タワー１１に対して旋回するナセル１２に設けられ、旋回歯車２８と噛み合う出力ピニオン２４が出力軸５０に設けられた複数のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４と、を備えた風力発電設備１０のヨー駆動システム１４であって、前記タワー１１側に一体的に設けられ、旋回歯車２８と同軸に形成された第１当接面５８Ａを有するギヤリング（第１部材）５８を備え、複数のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ、ギヤリング５８の第１当接面５８Ａに当接し、旋回歯車２８と出力ピニオン２４との心間距離のずれを規制する第２当接面６４Ａを有するピニオンリング（第２部材）６４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電設備のヨー駆動システムおよびヨー駆動装置に関する。

特許文献１に、風力発電設備のナセルを水平面内で旋回させるためのヨー駆動システムが開示されている。

この特許文献１に係るヨー駆動システムでは、風力発電設備のタワー（円筒支柱）側に旋回歯車が１個設けられ、ナセル側にはブレーキ機構及び減速機を備えたヨー駆動装置が複数（開示例では２個）据え付けられている。各ヨー駆動装置の出力軸には出力ピニオンが設けられている。出力ピニオンは、前記旋回歯車に同時に噛合しており、出力ピニオンが旋回歯車と噛合したときに旋回歯車側から受ける反作用によって、（ヨー駆動装置が据え付けられた）ナセルが旋回するようになっている。

ナセル全体をタワーに対して旋回させることにより、ナセルの先端の向きを所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。また、複数のヨー駆動装置の各出力ピニオンを旋回歯車に同時に噛合させる構成とすることにより、１個１個のヨー駆動装置の大きさを小さく抑えることができ、地上から高い位置にある狭いナセル内で据え付ける際の取り扱い性等を向上させることができる。

特開２００５−３２０８９１号公報（段落［００２０］、［００２１］、図１、図２）

しかしながら、風力発電設備は、自然環境下に設置される設備であるため、ときに乱れた風や突風等の強風を受けたりすることがある。このような強風が風車ブレードやナセル自体に作用すると、旋回歯車側から風力負荷トルクがヨー駆動装置内に入力されてくる「動力の逆流現象」が発生する。

当該旋回歯車側から入力されてきた風力負荷トルクは、ヨー駆動装置内の各要素に掛かることになり、ヨー駆動装置は、非常に過酷な状態に置かれる。この結果、甚だしいときには破損に至ることもあるという問題が生じていた。

この問題に対処するためにヨー駆動装置全体の大きさを大きくするのは、狭いナセル内に設置する機器として大きなデメリットとなる。また、せっかく複数のヨー駆動装置に分けて小型化したメリットも減殺されてしまう。何よりも、自然相手の設備であるため、どの程度の大きさまで大きくすれば破壊されない、という明確な指標自体がないため、闇雲にヨー駆動装置の大きさを拡大することにも限界がある。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、ヨー駆動装置をいたずらに大きくすることなく、ヨー駆動装置の破損を大幅に低減することができる風力発電設備のヨー駆動システム、および当該ヨー駆動装置を提供することをその本来の課題としている。

本発明は、風力発電設備のタワー側に設けられる旋回歯車と、該タワーに対して旋回するナセルに設けられ、前記旋回歯車と噛み合う出力ピニオンが出力軸に設けられた複数のヨー駆動装置と、を備えた風力発電設備のヨー駆動システムであって、前記タワー側に一体的に設けられ、前記旋回歯車と同軸に形成された第１当接面を有する第１部材を備え、前記複数のヨー駆動装置は、前記第１当接面に当接し、前記旋回歯車と前記出力ピニオンとの心間距離のずれを規制する第２当接面を有する第２部材を、それぞれ備えている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

ナセルは、タワー側に対して、ヨーベアリングを介して水平回転可能に支持されているが、巨大な風車ブレードが組み付けられているナセルは、強力な風圧を受けることにより、ナセルの構造体自体が変形したり、ナセル全体がタワーの軸心に対して（一時的に）ずれたりする現象が発生する。

すなわち、旋回歯車は、タワー側に固定されており、一方、ヨー駆動装置は、ナセル側に取り付けられている。したがって、このような現象が発生すると、旋回歯車の軸心とそれぞれのヨー駆動装置の出力ピニオンの軸心との本来的な位置関係がずれ、旋回歯車により接近したヨー駆動装置の旋回歯車に対する出力ピニオンのバックラッシは詰められ、一方、旋回歯車に対してより離反したヨー駆動装置のバックラッシは拡大してしまう。そのため、最初にバックラッシの詰まったヨー駆動装置に旋回歯車側から入力されてきた風力負荷トルクが集中してしまっていたと推定される。

本発明は、旋回歯車と出力ピニオンの心間距離のずれを規制することにより、この「特定のヨー駆動装置のみに風力負荷トルクが掛かってしまう現象」を解消し、より多くのヨー駆動装置によって旋回歯車側からの風力負荷トルクを分散して受けることができるように構成している。これにより、ヨー駆動装置をいたずらに大きくすることなく、ヨー駆動装置が破損するという故障を大幅に低減することができる。

なお、本発明は、ヨー駆動装置自体に着目するならば、風力発電設備のタワー側に設けられる旋回歯車と、該タワーに対して旋回するナセルに設けられ、前記旋回歯車と噛み合う出力ピニオンが出力軸に設けられた複数のヨー駆動装置と、を備えた風力発電設備のヨー駆動システムの前記ヨー駆動装置であって、前記タワー側に前記旋回歯車と同軸に形成された第１当接面と当接することにより、前記旋回歯車と前記出力ピニオンとの心間距離のずれを規制する第２当接面を有する第２部材を備えたことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動装置に係る発明と捉えることもできる。

本発明によれば、ヨー駆動装置をいたずらに大きくすることなく、ヨー駆動装置の破損を大幅に低減することができる風力発電設備のヨー駆動システム、および当該ヨー駆動装置を得ることができる。

本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムの要部構成を示す断面図 図１の要部拡大断面図 上記ヨー駆動システムが適用される風力発電設備の正面図 上記ヨー駆動システムにおけるナセルに、上記ヨー駆動装置が組み込まれている様子を模式的に示す斜視図 上記ヨー駆動システムの旋回歯車に４個のヨー駆動装置の出力ピニオンが噛合している状態を示す平面図 本発明の他の実施形態の一例に係る図２相当の断面図 本発明の更に他の実施形態の一例に係る図２相当の断面図 図７の旋回歯車に４個のヨー駆動装置の出力ピニオンが噛合している状態を示す平面図 本発明の更に他の実施形態の一例に係る要部断面図 図９の実施形態に係る図８相当の平面図 図９の実施形態の変形例を示す断面図

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムの構成について詳細に説明する。

図１〜図４、特に、図３、図４を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱で構成されるタワー１１の最上部にナセル（発電室）１２を備える。ナセル１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動システム１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動システム１６が組み込まれている。ヨー駆動システム１４は、タワー１１に対するナセル１２全体の旋回角を制御するためのものであり、ピッチ駆動システム１６は、ノーズコーン１８に取り付けられる３枚の風車ブレード２０のピッチ角を制御するためのものである。

このヨー駆動システム１４は、タワー１１側に設けられる１個の旋回歯車２８と、複数（この例では４個）のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４を備えている。各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、タワー１１に対して旋回するナセル１２に設けられ、該旋回歯車２８と噛み合う出力ピニオン２４がそれぞれの出力軸５０に設けられている。この実施形態では、旋回歯車２８は、内歯２８Ａを有する内歯歯車で構成されており、出力ピニオン２４は旋回歯車２８に内接している。

図５に示されるように、この実施形態では、複数のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれの出力ピニオン２４が、旋回歯車（タワー側に設けられる歯車）２８と周方向で等間隔ではない位置にて内接噛合している。これは、狭いナセル１２内にヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４を配置しようとした場合に、現実にはヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４を円周方向において均等に配置するのが困難であることから、このように等間隔でない配置の方がメリットが大きいという事情に基づいている。なお、この図５の配置例は一例であり、現実には実際のナセル内の状況に応じて適宜の配置に変更されてよく、勿論、円周方向に等間隔であっても良い。

図１に示されるように、このヨー駆動システム１４のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、ボルト２９を介してそれぞれナセル１２の構造体１２Ａ側の所定の位置に固定されている。一方、旋回歯車２８は、ボルト（ボルト孔のみ図示）３１によってタワー１１側の部材１１Ａに固定され、ナセル１２をタワー１１に対して旋回させるためのヨーベアリング３０の「内輪」を構成している。ヨーベアリング３０の外輪３０Ａは、ボルト（ボルト孔のみ図示）３５を介してナセル１２の構造体１２Ａ側に固定されている。内輪を構成しているタワー１１側の旋回歯車２８とナセル１２側に固定された外輪３０Ａは、転動体３０Ｃを介して相対回転可能である。

なお、図１の符号２５はヨー駆動システム１４のブレーキ機構である。このブレーキ機構２５は、ヨー駆動システム１４を意図的に制動するために備えられているものであるが、本実施形態では、モータ２２にブレーキ機構２３が設けられているため、なくてもよい。

この構成により、各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によってそれぞれの出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が旋回歯車２８の内歯２８Ａに内接噛合しながら該旋回歯車２８の軸心３６（図４参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２全体をタワー１１に固定されている旋回歯車２８の軸心３６の周りで旋回させることができる。これにより、ノーズコーン１８を所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。

前記ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここではヨー駆動装置Ｇ１について説明する。

主に図１、図２を参照して、ヨー駆動装置Ｇ１は前記モータ２２、ハイポイドギヤセットで構成される直交歯車減速機構４０、スパーギヤセットで構成される平行軸減速機構４２、及び偏心揺動型と称される遊星歯車減速機構４４を備えている。偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４は、内歯歯車４６に外歯歯車４８が内接噛合するときに生じる両歯車４６、４８の相対回転を出力として取り出すもので、遊星歯車減速機構４４の出力軸５０が本ヨー駆動装置Ｇ１の出力軸を構成している。

なお、本発明においては、ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の具体的な減速機構を、どのような構成で実現するかについては、特に限定されない。換言するならば、ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の減速機構は、どのような構成とされていてもよい。

出力軸５０は、玉軸受５２と自動調心ころ軸受５４とによってケーシング５６に回転自在に支持されている。出力軸５０の先端には、前出の出力ピニオン２４が連結されている。すなわち、出力軸５０には、雄スプライン５０Ａが形成されており、一方、出力ピニオン２４の内周には、該雄スプライン５０Ａと噛み合う雌スプライン２４Ａが形成されている。この出力ピニオン２４が、既に説明した旋回歯車２８と噛合する。

以下、出力ピニオン２４と旋回歯車２８との具体的な噛合構成について、詳細に説明する。

この実施形態に係るヨー駆動システム１４は、タワー１１と一体的に設けられたギヤリング（第１部材）５８、６０を備えている。ギヤリング５８、６０は、旋回歯車２８と同軸に形成された第１当接面５８Ａ、６０Ａを備えている。この実施形態では、このギヤリング５８、６０は、タワー１１側に固定されている旋回歯車２８の軸方向両側部に対称に一体化（一体形成）されている。

ギヤリング５８、６０の第１当接面５８Ａ、６０Ａは、旋回歯車２８の軸心３６（図４）と出力ピニオン２４の軸心２７との「心間距離」の各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４毎のずれを規制するための基準となるものである。この実施形態では、この心間距離のずれを、出力ピニオン２４の軸心２７から旋回歯車２８と一体化されているギヤリング５８の第１当接面５８Ａまでの距離Ｌ１のずれと捉え、該距離Ｌ１を規制する（一定に維持する）ようにしている。それは、この捉え方の方が、旋回歯車２８と出力ピニオン２４のバックラッシに着目した場合の心間距離のずれを、むしろより直接的に規制できるからである。

なお、この実施形態では、２つある第１当接面５８Ａ、６０Ａのうち、軸方向先端側の第１当接面５８Ａのみを本発明に係る「第１当接面」として活用している。片側しか使用しないにも拘らず、旋回歯車２８の軸方向反対側にも対称に第１当接面６０Ａを有しているのは、重量物である旋回歯車２８の「表裏」をなくすことで、組み付け時の利便性を図るようにしたためである。

なお、この実施形態では、ギヤリング５８、６０は、旋回歯車２８と初めから一体化されているが、ギヤリング５８、６０は、要は、タワー側に設けられ、旋回歯車と同軸に形成された第１当接面を有していればよく、必ずしも旋回歯車２８と同一の部材で構成されている必要はなく、また、そもそも旋回歯車２８自体に連結されている必要もない。すなわち、ギヤリング（第１部材）は、例えば、旋回歯車とは別部材で構成され、ボルト等で旋回歯車やタワー側の部材と一体的に連結した構成であってもよい（後述）。

一方、出力ピニオン２４の軸方向側面（具体的には軸方向先端側（反減速機構側）の側面）には、円板状のピニオンリング（第２部材）６４が配置されている。このピニオンリング６４は、ギヤリング（第１部材）５８の第１当接面５８Ａに当接し、出力ピニオン２４と旋回歯車２８の心間距離（の指標）となる距離Ｌ１のずれを規制する第２当接面６４Ａを備えている。すなわち、ピニオンリング６４の外周は、この条件を満たす距離Ｌ１相当の半径ｒ１を有している。なお、このピニオンリング（第２部材）６４を出力ピニオン２４の軸方向先端側の側面に配置するようにしたのは、先端側の方が出力ピニオン２４の変形が大きいため、ピニオンリング６４を配置することによる効果が大きく、また、先端側の方が組み付け性も向上するためである。

なお、この旋回歯車２８の第１当接面５８Ａとピニオンリング６４の第２当接面６４Ａの当接は、基本的には、「隙間がない接触」であるが、多少の荷重が加わった程度では離反しないように、「与圧を与えた接触」となるようにピニオンリング６４の半径ｒ１を設定するのが好ましい。

ピニオンリング６４は、スプラインの形成されていない（単なる）貫通孔６４Ｂを有している。つまり、ピニオンリング６４の貫通孔６４Ｂには雄スプラインは形成されていない（出力軸５０の雄スプライン５０Ａと係合する雌スプラインを有していない）。具体的には、ピニオンリング６４は、出力軸５０の雄スプライン５０Ａの歯先に当接した状態で該出力軸５０の外周に嵌合している。

出力軸５０の軸方向先端には、押さえボルト６５を介して円板状の押さえ体６６が固定され、出力軸５０と、軸方向、径方向、および周方向に一体化されている。出力ピニオン２４およびピニオンリング６４は、スペーサ６８とともに前記自動調心ころ軸受５４と押さえ体６６とで挟持されることにより、出力軸５０に対する軸方向の位置決めがなされている。また、押さえ体６６からは、ピニオンリング６４および出力ピニオン２４に向けてボルト７０がねじ込まれている。

次に、この風力発電設備のヨー駆動システムの作用を説明する。

再び図１を参照して、モータ２２の回転は、直交歯車減速機構４０によって初段減速され、同時に回転軸の方向が９０度変更されて平行軸減速機構４２に伝達される。その後、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４によってさらに減速され、出力軸５０の回転として取り出される。

出力軸５０の回転は、雄スプライン５０Ａと雌スプライン２４Ａを介して出力ピニオン２４に伝達される。出力ピニオン２４は旋回歯車２８と噛合しており、且つ、該旋回歯車２８は、タワー１１に固定されている。そのため、反作用によって、出力ピニオン２４は、自転しながら旋回歯車２８の軸心３６に対して公転する。

ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、ナセル１２に固定されているため、結局、該タワー１１側の旋回歯車２８の軸心３６に対してナセル１２が水平方向に回転（旋回）する。

ここで、例えば、突風等による巨大な風圧が、風車ブレード２０やナセル１２に作用したとする。この場合、この巨大な風圧は、ヨー駆動システム１４を逆から駆動し、ヨー駆動装置Ｇ１の出力ピニオン２４を回転させようとする。この風圧による逆駆動が発生したときの問題あるいは課題は、公知の課題ではないため、以下、より具体的に説明する。

もとよりヨー駆動システム１４を複数のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４にて構成する場合、該複数のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４が同一のバックラッシで均等に旋回歯車と噛合し、全ヨー駆動装置が同一の伝達トルクを受け持つように配備される必要がある。

従来のヨー駆動システム１４でも、モータ２２によって駆動された複数のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の出力を１個の旋回歯車２８に作用させる「通常の駆動時」の場合は、各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の出力が均等になるように制御するのは比較的容易である。それは、（たとえ各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の機械的なバックラッシが不均一であったとしても）各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４に実際に流れる電流を制御することで、それぞれのヨー駆動装置の発生トルクを均一にすることが、ある程度可能だからである。

しかし、風力負荷トルクによって旋回歯車２８側から逆駆動されるときは、この「電流の制御による等配制御」を活用することができない。そのため、従来のヨー駆動システム１４では、強風でナセル１２が動くことによってバックラッシが最初に詰められたヨー駆動装置（便宜上、第１のヨー駆動装置Ｇ１とする）が大きな負担を強いられることを余儀なくされていた。

一般に強い風が吹いているときには、モータ２２の反負荷側に設けられたブレーキ機構２３によって（あるいはウォーム減速機構の逆転防止機能によって）ヨー駆動システム１４の各回転要素は回転不能の状態とされ、ナセル１２が強い風によって無制御状態で旋回してしまうのを防止している。そのため、従来のヨー駆動システム１４では、ナセル１２が動くことによってバックラッシが最初に詰められたヨー駆動装置Ｇ１が、該風力負荷トルクを先ず受けることになる。しかし、この段階で、他のヨー駆動装置Ｇ２〜Ｇ４の出力ピニオン２４は、旋回歯車２８とのバックラッシが詰められない状態のままとなってしまい（旋回歯車に対して遊んだ状態のままとなってしまい）、旋回歯車２８側から風力負荷トルクの反力を受けることができなくなってしまう。このような状況に陥ると、最初にバックラッシが詰められた「特定の１個のヨー駆動装置Ｇ１」のみに風力負荷トルクが完全に集中してしまうことになる。そして、この最初にバックラッシが詰められた特定の１個のヨー駆動装置Ｇ１が破損すると、今度は残ったヨー駆動装置Ｇ２〜Ｇ４のうち、バックラッシが最初に詰められた第２のヨー駆動装置が同様な状態となり、次々に連鎖的に破損してしまうのではないかと考えられる。

特に、ナセル１２が強風を受けることによって、ナセル１２の構造体１２Ａ自体が変形したり、あるいは、ナセル１２全体がタワー１１の軸心３６に対してずれる現象が発生した場合には、旋回歯車２８の軸心３６とそれぞれのヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４の軸心２７との本来的な位置関係がずれる。つまり、旋回歯車２８に接近したヨー駆動装置（Ｇ１〜Ｇ４のいずれか１台〜２台）は、旋回歯車２８に対する出力ピニオン２４のバックラッシが詰められ、旋回歯車２８側からの風力負荷トルク（の反力）を受け得るが、旋回歯車２８に対して離反する方向にずれたヨー駆動装置（Ｇ１〜Ｇ４のうちの残りの２台〜３台）は、旋回歯車２８に対する出力ピニオン２４のバックラッシが増大し、事実上旋回歯車２８側から風力負荷トルク（の反力）を受けることができなくなる。

結局、さまざまな要因により、結果として、１台〜２台程度のヨー駆動装置のみで、全風力負荷を受けざるを得ない状況となってしまうことが推察される。

しかしながら、本実施形態によれば、各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４の軸心２７は、それぞれ、旋回歯車２８の軸心３６（より具体的には旋回歯車２８と一体化されたギヤリング５８の第１当接面５８Ａ）に対して、ピニオンリング６４の半径ｒ１に相当する距離Ｌ１以上に近づくことが許されない。すなわち、例えば、タワー１１側の旋回歯車２８に対してより接近しようとするヨー駆動装置（Ｇ１〜Ｇ４のいずれか）は、（従来ならば、より早く詰まってしまうところであった）バックラッシが、該ギヤリング５８の第１当接面５８Ａとピニオンリング６４の第２当接面６４Ａの当接によってそのまま詰められずに維持されることになる（図５参照）。また、ナセル１２全体のずれ量が、その分小さくなるため、旋回歯車２８から離反しようとするヨー駆動装置（Ｇ１〜Ｇ４の残り）のバックラッシがより大きくなるのを抑制することもできる。

したがって、旋回歯車２８に対して距離的に対等な関係が維持される４個のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４は、より均等に風力負荷トルクを分担し易くなり、特定のヨー駆動装置だけに過度の負担が集中するのを防止することができる。よって、例えば、組み付け時に４個のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の旋回歯車２８に対する出力ピニオン２４のバックラッシを適正に調整した場合には、その調整された効果を強風時においても、より確実に維持することができる。

これは、要するならば、例えば、本実施形態のように４個のヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４によってヨー駆動システム１４が構成されている場合には、実質的に（従来と比べて）風力負荷トルクを、最大効果でほぼ１／４に減じた（或いは、耐風力負荷トルク特性をほぼ４倍に拡充した）ことと同様な作用効果を得ることができることを意味している。この結果、従来と同程度の大きさのヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４を使用しながら、各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の破損（特に連鎖的な破損）を極めて効果的に防止することができる。

とりわけ、この実施形態のように、旋回歯車２８の円周方向にヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４が等間隔に配置されないヨー駆動システムの場合には、強風時の各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４に風力負荷トルクを等配させるのが特に難しい。このため、搭載されているヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４がより均等に風力負荷を受けられるメリットは、極めて大きい。

図６に上記実施形態の変形例を示す。

先の実施形態においては、出力軸５０の雄スプライン５０Ａの歯先（外周）に当接するような内径を有するピニオンリング６４が第２部材として採用されていた。また、ピニオンリング６４は、ボルト７０を介して出力ピニオン２４および押さえ体６６に固定されていた。

この図６の変形例（実施形態）においては、出力軸５０の軸方向先端部の雄スプライン５０Ａを切削して該出力軸５０の外周に単純な（スプラインの形成されていない）円柱面５０Ｂを形成し、この円柱面５０Ｂに直接ピニオンリング７４の内周面７４Ａを係合させている。また、押さえ体７６は、スペーサ７８とともに出力ピニオン２４およびピニオンリング７４を軸方向において挟持し、これらを軸方向に位置決めする機能のみを備える。

この構成によれば、（先の実施形態における）ボルト７０がない分、部品点数が少なくなり、構成が簡素化されてより低コスト化が図れる。また、ピニオンリング７４の内周面７４Ａが出力軸５０の（スプラインの形成されていない）円柱面５０Ｂに密着しているため、位置決めの精度が高く、かつ、旋回歯車２８−ギヤリング５８の第１当接面５８Ａ−ピニオンリング７４の第２当接面７４Ｂ−ピニオンリング７４の内周面７４Ａ−出力軸５０の円柱面５０Ｂで構成される位置決め系の強度も、より高く維持することができる。

また、図７、図８の変形例（実施形態）においては、別の第１部材として、内接ギヤリング８２（図８参照）を、ピニオンリング７４の内側（旋回歯車２８の径方向における内側）に、該旋回歯車２８の歯面２８Ｇに対向させるようにして立設させている。

内接ギヤリング８２は、タワー１１側の部材１１Ａと一体化され、かつ旋回歯車２８とは別体で構成されている。そして、該ピニオンリング７４を、先の実施形態におけるギヤリング５８の第１当接面５８Ａのほか、この内接ギヤリング８２の内接第１当接面８２Ａ（内接ギヤリング８２の外周面）とも当接させるようにしている。

すなわち、この図７、図８の変形例においては、出力ピニオン２４が旋回歯車２８に内接しており、（ギヤリング５８とは別の）第１部材たる内接ギヤリング８２が、第２部材たるピニオンリング７４に内接していることになる。

また、図７から明らかなように、この変形例では、さらに、出力ピニオン２４の軸方向減速機構側の側部にも（ピニオンリング７４とは別の）第２部材であるピニオンリング８６を配置するようにし、該ピニオンリング８６の第２当接面８６Ａを、（先の実施形態では特に活用されていなかった）ギヤリング６０の第１当接面６０Ａと当接させるようにしている。

この結果、先の実施形態では、旋回歯車２８から離反しようとするヨー駆動装置（Ｇ１〜Ｇ４）の出力ピニオン（２４）については、直接的には当該離反を阻止することはできなかったが（すなわち、バックラッシの拡大を直接的には阻止できなかったが）、本実施形態によれば、旋回歯車２８に接近しようとする出力ピニオン（２４）のみならず、離反しようとする出力ピニオン（２４）に対しても、内接第１当接面８２Ａと第２当接面７４Ｂ（および８６Ａ）との当接により、直接的に当該離反を阻止することができるようになる。

すなわち、より接近しようとする出力ピニオン（２４）の接近を直接的に阻止するとともに、離反しようとする出力ピニオン（２４）の離反をも直接的に阻止することができるようになる。その結果、各ヨー駆動装置Ｇ１〜Ｇ４の旋回歯車２８に対する出力ピニオン（２４）の相対位置をより完全に維持することができる。しかも、第２部材としてのピニオンリング８６が追加・配置されているため、出力軸５０および出力ピニオン２４の位置決めもより確実に行うことができる。

なお、このように、第１部材を、旋回歯車２８と別体の部材で構成する場合には、（該第１部材たる内接ギヤリング８２自体が極めて大きな重量物となってしまい易いことから）ナセル１２にまで運び上げること自体が大変になり、かつ、設置自体も非常に困難となってしまい易い。そのため、該内接ギヤリング８２を単一の部材で構成せずに、円周方向に分割された複数の部材で構成するようにするようにするとよい。

例えば、図８に示されるように、この例では、円周方向において８個に分割された部材８２ｄを連結することにより、１個の内接ギヤリング８２を構成するようにしている。円周方向に分割された部材にて第１部材を構成する手法は、既にナセルに旋回歯車が組み付けられている場合に、後付で第１部材を組み込む場合に特に有効である。

ところで、風力発電設備のヨー駆動システムには、上述したような、ヨー駆動装置の出力ピニオンが旋回（内歯）歯車に内接するタイプのほか、旋回（外歯）歯車に外接するタイプも知られている。本発明は、出力ピニオンが旋回（外歯）歯車に外接するタイプのヨー駆動システムにも同様に適用可能である。

この例を、図９に示す。

このヨー駆動システム８８は、図７の構成の「外接タイプ」に相当している。しかし、このヨー駆動システム８８においては、旋回歯車９１は、外歯歯車で構成されている。旋回歯車９１は、タワー１１側の部材１１Ａにボルト（ボルト孔のみ図示）９２を介して固定され、ヨーベアリング９４の「外輪」を構成している。ヨーベアリング９４の内輪９４Ａは、ボルト（ボルト孔のみ図示）９６を介してナセル１２の構造体１２Ａ側に固定されている。外輪を構成しているタワー１１側の旋回歯車９１とナセル１２側に固定された内輪９４Ａは、転動体９４Ｂを介して相対回転可能である。

このヨー駆動システム８８も、タワー１１と一体的に設けられたギヤリング（第１部材）９８、１００を備えている。このギヤリング９８、１００は、タワー１１側に固定されている旋回歯車９１の軸方向両側部に対称に一体化（一体形成）されている。ギヤリング９８、１００の第１当接面９８Ａ、１００Ａは、旋回歯車９０と出力ピニオン２４との心間距離のずれを規制するための距離Ｌ３の基準面となる。一方、出力ピニオン２４の軸方向側面には、円板状のピニオンリング（第２部材）１０２、１０４が配置されている。このピニオンリング１０２、１０４は、前記ギヤリング９８、１００の第１当接面９８Ａ、１００Ａに当接する第２当接面１０２Ａ、１０４Ａを備えている。

また、図１０に示されるように、この実施形態においては、タワー１１側の部材と一体化され、かつ旋回歯車９１とは別体の外接ギヤリング１１０を、別の第１部材として、ピニオンリング１０２、１０４の外側（旋回歯車９０の径方向における外側）に、該旋回歯車９１の歯面９１Ｇに対向させるようにして立設させている。外接ギヤリング１１０は、第１当接面１１０Ａを有し、ピニオンリング１０２、１０４の第２当接面１０２Ａ、１０４Ａと当接している。旋回歯車９１側の第１当接面９８Ａ、１００Ａも、ピニオンリング１０２、１０４の第２当接面１０２Ａ、１０４Ａと当接しているため、この構成により、結局、旋回歯車９１に対して出力ピニオン２４が接近しようとするときも、また離反しようとするときも、当該接近または離反を直接的に阻止することができる。

また、この実施形態においても、出力ピニオン２４の軸方向両側にピニオンリング１０２、１０４を配置するようにしているため、高い位置決め効果と強度が得られている。尤も、外接噛合タイプのヨー駆動システムにおいても、第１部材と第２部材は、最低限「１ペア」存在していれば、本発明に係る最低限の効果は来ることが可能である。その他の構成は、先の図７の実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

なお、この実施形態においても、先の図１の実施形態と同様に、押さえ体１１４、ピニオンリング１０２および出力ピニオン２４を一体化するボルト（図１の符号７０に相当するボルト）を使用するようにしてもよい。図１１に、当該ボルト１１６を使用した更なる変形例を示す。

この実施形態は、図１を用いて説明した実施形態の「外接タイプ」であるが、さらに、図１では２つの部材で構成されていたピニオンリング６４と押さえ体６６を一体化し、押さえ体１１８がピニオンリング６４の機能を兼ねるようにしたものである。その他のピニオンリング６４の周辺の構成は、基本的に、図１を用いて説明した「内接タイプ」のピニオンリング６４の周辺の構成と同様であり、ヨーベアリング９４の周辺の構成は図９のヨーベアリング９４の周辺の構成を同様である。

本発明は、種々のバリエーションが考えられる。

例えば、上記実施形態においては、ピニオンリング（第２部材）を１個のみ有する例と２個有する例とがそれぞれ示されていたが、全ての実施形態において、いずれの構成を採用してもよい。また、３個以上有していてもよい。

また、上記実施形態においては、押さえ体とピニオンリングとを、別体とする例と、一体化する例とがそれぞれ示されていたが、全ての実施形態においていずれの構成を採用することもできる。

また、上記実施形態においては、ギヤリング（第１部材）が旋回歯車（タワー側に設けられた歯車）の片側のみに設けられる例と、両側に設けられる例とがそれぞれが示されていたが、これも適宜に選択可能である。

また、上記実施形態においては、ギヤリングが、ピニオンリングの（旋回歯車における）径方向の外側のみに設けられる例、内側のみに設けられる例、および内側及び外側の両方に設けられる例が、それぞれ示されていたが、これも適宜に選択可能である。

また、上記実施形態においては、ピニオンリングを押さえ体や出力ピニオン（タワー側の歯車と噛み合うピニオン）と固定する例と、固定しない例とが、それぞれ示されていたが、これも適宜に選択可能である。固定する場合の固定方法もボルトによる固定に限定されない。

また、上記実施形態においては、出力軸と出力ピニオンは、スプラインを介して連結されていたが、出力軸と出力ピニオンは一体化するようにしてもよい。この場合、出力軸と出力ピニオンとの「がた」が全くなくなるため、一層高い位置決め精度、および一層高い強度を得ることができる。

また、上記実施形態においては、効率を重視して第２部材が第１部材に対して「転動」できるように、該第２部材を円板状の部材で構成するようにしていたが、本発明においては、第２部材の形状は、必ずしも円板状である必要はなく、例えば、第１部材の第１当接面とほぼ同径の第２当接面を有する平面視で扇型や矩形の形状とされ、第２当接面が第１当接面に対して「摺動」するような構成としてもよい。

さらに、上記実施形態においては、ヨー駆動装置を４個有する構成例が示されていたが、ヨー駆動装置の個数も、複数であれば（２個以上であれば）４個に限定されない。

１０…風力発電設備
１１…タワー
１２…ナセル
２４…出力ピニオン
２８…旋回歯車
５８…ギヤリング
５８Ａ…第１当接面
６４…ピニオンリング
６４Ａ…第２当接面
Ｇ１〜Ｇ４…ヨー駆動装置

Claims (10)

1. 風力発電設備のタワー側に設けられる旋回歯車と、該タワーに対して旋回するナセルに設けられ、前記旋回歯車と噛み合う出力ピニオンが出力軸に設けられた複数のヨー駆動装置と、を備えた風力発電設備のヨー駆動システムであって、
   前記タワー側に一体的に設けられ、前記旋回歯車と同軸に形成された第１当接面を有する第１部材を備え、
   前記複数のヨー駆動装置は、前記第１当接面に当接し、前記旋回歯車と前記出力ピニオンとの心間距離のずれを規制する第２当接面を有する第２部材を、それぞれ備えている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
2. 請求項１において、
   前記第１部材は、前記旋回歯車と別体の部材で構成されている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
3. 請求項２において、
   前記第１部材は、周方向に分割されている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
4. 請求項２または３において、
   前記出力ピニオンが、前記旋回歯車に内接しており、
   前記第１部材が、前記第２部材に内接している
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
5. 請求項２または３において、
   前記出力ピニオンが、前記旋回歯車に外接しており、
   前記第１部材が、前記第２部材に外接している
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
6. 請求項１において、
   前記第１部材は、前記旋回歯車と一体的に形成されている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記第２部材は、前記ピニオンの軸方向先端側の側面に配置されている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記第２部材は、その径方向中央に貫通孔を有し、該貫通孔が前記出力軸の外周に当接した状態で、該出力軸と嵌合している
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
9. 請求項８において、
   前記第２部材は、前記出力軸に対して軸方向の動きが規制されており、かつ、周方向には、前記出力軸とも前記出力ピニオンとも固定されていない
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
10. 風力発電設備のタワー側に設けられる旋回歯車と、該タワーに対して旋回するナセルに設けられ、前記旋回歯車と噛み合う出力ピニオンが出力軸に設けられた複数のヨー駆動装置と、を備えた風力発電設備のヨー駆動システムの前記ヨー駆動装置であって、
    前記タワー側に前記旋回歯車と同軸に形成された第１当接面と当接することにより、前記旋回歯車と前記出力ピニオンとの心間距離のずれを規制する第２当接面を有する第２部材を備えた
    ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動装置。

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