JP2013501867A - 風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造および油圧ポンプの組み付け方法 - Google Patents

風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造および油圧ポンプの組み付け方法 Download PDF

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Abstract

【課題】風力発電装置や潮流発電装置の主軸に取り付けられる油圧ポンプを、主軸への組み付け性を向上するような構造とするとともに、簡単な組み付け手順で組み付けを可能にする油圧ポンプ構造および油圧ポンプ組み付け方法を提供することを目的とする。
【解決手段】主軸１２の外周に嵌合する円筒部材４６と、該円筒部材の外周側に設けられる油圧ポンプ本体部７６とによって油圧ポンプをユニット化した油圧ポンプユニット１０を形成し、油圧ポンプ本体部７６が、円筒部材４６の外周に装着されるリング状カム部材５２、ポンプ軸受５４、ポンプハウジング３４、リング状カム部材によって作動する複数のピストン５８、複数のピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダ６０と、を含んで構成され、主軸１２に対して円筒部材４６を介して油圧ポンプユニット１０を挿入固定可能に構成されることを特徴とする。

Description

本発明は、風力発電装置や潮流発電装置の主軸に装着されて、発電用の油圧モータへの駆動油圧を発生させる油圧ポンプ構造、および該油圧ポンプ構造を備えた油圧ポンプを主軸へ組み付ける組み付け方法に関する。
従来から風力発電装置には、風力によってプロペラを回転させ、プロペラの回転を直接発電機、または所定の増速比を有する増速機を介して発電機を回転させて発電させる構造のもの、または、油圧ポンプと油圧モータからなる流体駆動式トランスミッションを増速機として使用するものがあり、この流体駆動式トランスミッションの例として、特許第３８２２１００号公報（特許文献１）が知られている。
また、油圧ポンプと油圧モータからなる流体駆動式トランスミッションを増速機として使用する場合の他の例として、米国特許出願公開第２０１０／００３２９５９号明細書（特許文献２）、および米国特許出願公開第２０１０／００４０４７０号明細書（特許文献３）が知られている。
この特許文献２、３には、風車の主軸に装着される油圧ポンプについて示されており、かかる油圧ポンプの構造は、風車の主軸を中心に半径方向に、且つ周方向に放射状に複数個のシリンダを配置するとともに、主軸の回転とナセル側との間の相対回転速度差によって作動するピストンをシリンダ内に摺動自在に設けて構成されるものである。
特許第３８２２１００号公報 米国特許出願公開第２０１０／００３２９５９号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００４０４７０号明細書
しかしながら、前述した特許文献２、３には、油圧ポンプを構成するリングカムや油圧ピストンやシリンダについては開示されているが、これら部品によって構成される油圧ポンプを風車の主軸に対して、如何にして組み込むか、また如何にして簡単な作業で精度よく組み込めるか、さらに組み込みに適した構造等については具体的に示されていない。
更に、油圧ポンプを主軸に支持するポンプ軸受の配置等の油圧ポンプに関する具体的な構造についても開示されていない。
従って、主軸に対する油圧ポンプの組み付け工数の低減と、組み付け作業を行う設備等のコスト低減のために、簡単な構造でかつ組み付け作業が容易な構造とする改良が必要である。
そこで、本発明はこれら問題に鑑みてなされたもので、風力発電装置または潮流発電装置の主軸に取り付けられる油圧ポンプを、主軸への組み付け性を向上するような構造とするとともに、簡単な組み付け手順で組み付けを可能にする油圧ポンプ構造および油圧ポンプの組み付け方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、第１の発明は、複数の回転翼が取り付けられたハブと、該ハブに連結された主軸と、該主軸に装着された油圧ポンプとを備えてなる風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造において、
前記主軸の外周に嵌合する円筒部材と、該円筒部材の外周側に設けられる油圧ポンプ本体部とを備え、前記円筒部材と油圧ポンプ本体部とによって油圧ポンプをユニット化した油圧ポンプユニットを形成し、前記油圧ポンプ本体部は前記円筒部材の外周に装着されるリング状カム部材と、ポンプ軸受と、該ポンプ軸受けを介して前記円筒部材に対して回転可能で且つ装置本体側に固定されるポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に収納されて主軸の回転によって回転する前記リング状カム部材によって作動するピストンと、該ピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダと、を含んで構成され、
前記油圧ポンプユニットは前記主軸に対して前記円筒部材によって挿入固定可能に構成されることを特徴とする。
第１の発明によれば、該主軸の外周に嵌合する円筒部材を備え、該円筒部材の外周側に油圧ポンプ本体部を設け、該油圧ポンプ本体部が、リング状カム部材と、ポンプ軸受と、該ポンプ軸受けを介して前記円筒部材に対して回転可能で且つ装置本体側に固定されるポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に収納されて前記ポンプ主軸の回転によって回転する前記リング状カム部材によって作動する複数のピストンと、該複数のピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダと、を含んで構成され、前記円筒部材と該円筒部材の外周側に設けられた前記油圧ポンプ本体部とによって油圧ポンプユニットが形成される。
すなわち、円筒部材を含んで油圧ポンプユニットが形成され、主軸に対して円筒部材を介して油圧ポンプユニットが挿入可能になるので、主軸への油圧ポンプ（油圧ポンプユニット）の装着性が向上する。さらに、油圧ポンプの性能をユニット単位として主軸へ組み込む前に確認することができるので、油圧ポンプの性能が確実に確保されるため製品に対する信頼性を向上することができる。
なぜならば、主軸に部品を組み付けながら油圧ポンプを完成される構造であると、完成後においては既に実機として装着されているため油圧ポンプの性能確認試験が限られた試験項目しかできない等のためである。
また、第１の発明において好ましくは、前記主軸には縮径の段差部を有し、該段差部に前記油圧ポンプユニットの円筒部材の先端部が当接して前記油圧ポンプユニットの位置が決められるとよい。
このように、主軸の段差部に円筒部材の先端部が当接して油圧ポンプユニットの位置決めされることによって、油圧ポンプユニットの主軸への圧入作業等における位置出しが容易になり組み付け作業性、および取り付け位置の精度と安定性を向上できる。
また、第１の発明において好ましくは、前記主軸に対して前記円筒部材は、シュリンクディスク接続、フランジカップリング接続、キー接続、またはインボリュートスプライン接続の何れかによって固定されるとよい。
このように、主軸に対する円筒部材の固定を単なる圧入嵌合のような圧入だけでなく、シュリンクディスク接続、フランジカップリング接続、キー接続、またはインボリュートスプライン接続のような接続手段による固定を採用することで、主軸に対する円筒部材の固定をさらに確実にできる。
また、第１の発明において好ましくは、前記円筒部材は、大径部と該大径部の両端部に小径部を有し、大径部の外周側に前記リング状カム部材が設けられ、大径部と小径部との段差部に前記ポンプ軸受がそれぞれ装着されるとよい。
このように、円筒部材を大径部と該大径部の両側に小径部を設けた構造として、ポンプハウジングを円筒部材に回転可能に支持するポンプ軸受が、大径部と小径部とのそれぞれの段差部に装着されるので、ポンプ軸受の位置決めが容易となり、取り付け位置が安定化する。
また、第１の発明において好ましくは、前記ポンプ軸受によって両端壁を有するほぼ円筒形状に形成された前記ポンプハウジングの前記両端壁の内周開口部分が支持されるとよい。
このように、ポンプ軸受が大径部と小径部とによって形成されるそれぞれの段差部に装着され、さらにそのポンプ軸受によって円筒形状の前記ポンプハウジングの両端壁の内周部が支持されるので、ポンプハウジングの両端面が大径部と小径部との段差部を形成するそれぞれの壁面に案内されるように配設されるため、ポンプハウジングが主軸の周りに安定して位置される。
また、第１の発明において好ましくは、前記主軸は中空構造であり、軽量化が図られている。
次に、第２の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の風車の油圧ポンプ構造を備えた風車の油圧ポンプの組み付け方法であって、前記油圧ポンプユニットを予め事前工程によって組み立てておき、前記主軸を装置本体側に回転自在に固定する第１主軸軸受を前記主軸に対して挿入固定し、その後、前記油圧ポンプユニットの前記円筒部材を介して事前工程で組み立てられた前記油圧ポンプユニットを主軸に嵌合し、その後、前記油圧ポンプユニットを主軸に対して固定手段によって固定することを特徴とする。
かかる第２の発明によれば、予め、事前工程によって油圧ポンプユニットを組み立てておく。この油圧ポンプユニットは、前述した油圧ポンプ構造発明において説明したように、主軸の外周に嵌合する円筒部材と、該円筒部材の外周側に設けた油圧ポンプ本体部とによって構成され、該油圧ポンプ本体部は、リング状カム部材と、ポンプ軸受と、該ポンプ軸受けを介して前記円筒部材に対して回転可能で且つ装置本体側に固定されるポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に収納されて前記ポンプ主軸の回転によって回転する前記リング状カム部材によって作動するピストンと、該ピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダと、を含んで構成されるものである。
そして、まず、前記主軸を装置本体側に回転自在に固定する主軸軸受を前記主軸に対して挿入固定し、その後、前記事前工程で組み立てられた油圧ポンプユニットを主軸に嵌合し、さらに、前記油圧ポンプユニットを主軸に対して固定手段によって固定して一体化する。
このように、事前に油圧ポンプを組み立てから、主軸に挿入固定するため、前記装置発明でも説明したように、油圧ポンプの性能をユニット単位として主軸へ組み込む前に確認することができるので、油圧ポンプの性能が確実に確保されるため製品に対する信頼性を向上することができる。
さらに、主軸に油圧ポンプを構成する部品を取り付けながら油圧ポンプを完成させる場合に比べて、別の箇所で、油圧ポンプ単体として組み立てができるため、組み立て設備および検査設備等の制約がなく効率よい作業が可能になる。
また、第２の発明において好ましくは、前記油圧ポンプユニットを挿入固定する前に前記第１主軸軸受を挿入固定し、その後前記油圧ポンプユニットを挿入固定し、その後第２主軸軸受を挿入固定するとよい。
このように、主軸軸受を、油圧ポンプユニットを挿入する前と後で、挿入することで、油圧ポンプユニットの前後位置に主軸軸受を固定でき、主軸軸受の配設位置に応じた組み付けが可能になる。
また、第２の発明において好ましくは、前記油圧ポンプユニットおよび前記主軸軸受を、ハブ側とは反対側から主軸に挿入固定するとよい。
ハブ側とは反対側から挿入固定するため、具体的には、ハブ側を下にして主軸を立てた状態で、油圧ポンプユニットおよび主軸軸受を挿入するため、油圧ポンプユニットの挿入作業が安定して行うことができる。
また、第２の発明において好ましくは、前記主軸に前記主軸軸受および油圧ポンプユニットを組み付けた後に、この組み付けられた状態で主軸を装置本体側であるナセルに固定するとよい。
このように、主軸に対して、主軸軸受を含んで油圧ポンプユニットを固定した後に、装置本体側のナセルに固定するため、ナセルへの油圧ポンプの取り付け作業が容易化し、さらに、主軸に対する油圧ポンプユニットの位置関係が安定するため、油圧ポンプの性能が安定的に得られる。
また、第２の発明において好ましくは、前記主軸を装置本体側であるナセルに固定する時に、ダンピング機能を有するダンパー機構を介してナセルに固定するとよい。
さらに、前記ダンパー機構は、油圧ポンプユニットの前記ポンプハウジングをナセルに軸心を維持しながら、前記ハウジングの変形や組立偏差を防止し、さらに振動に対するダンピング機能を有し、前記ダンパー機構は前記ハウジングの外周に設けられたトルクアームから半径方向両側に張り出したフランジ部に装着されるとよい。
このように、ダンパー機構を介して前記ハウジングがナセルへ固定されるので、前記ハウジングはナセルへ組立てる際に組立変形や組立偏差を防止でき、さらに油圧ポンプ側からの振動に対してもダンピング効果を有する。
次に、第３の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の風車の油圧ポンプ構造を備えた風車の油圧ポンプの組み付け方法であって、前記油圧ポンプユニットを予め事前工程によって組み立てておき、前記主軸を装置本体側に回転自在に固定する第３主軸軸受を前記主軸に対して挿入固定し、さらに第４主軸軸受を前記第３主軸軸受と隣接又は一定の間隔を開けて挿入固定し、その後、前記油圧ポンプユニットの前記円筒部材を介して事前工程で組み立てられた油圧ポンプユニットを主軸に嵌合し、その後、前記油圧ポンプユニットを主軸に対して前記固定手段によって固定することを特徴とする。
かかる第３の発明によれば、油圧ポンプユニットを主軸に嵌合する前に、主軸に対して、第３、第４の２つの主軸軸受けを挿入固定するが、大物の油圧ポンプユニットを挿入前の挿入固定作業であるため、主軸軸受への取付け作業を安定して行うことができる。
また、２つの主軸軸受から自由な状況で油圧ポンプユニットを固定する組み付けが可能となり、油圧ポンプユニットの組み付け性が向上する。その他作用効果は第２の発明と同様である。
また、第３の発明において好ましくは、前記油圧ポンプユニットおよび前記主軸軸受を、ハブ側とは反対側から主軸に挿入固定するとよい。
ハブ側とは反対側から挿入固定するため、具体的には、ハブ側を下にして主軸を立てた状態で、油圧ポンプユニットおよび主軸軸受を挿入するため、油圧ポンプユニットの挿入作業が安定して行うことができる。
また、第３の発明において好ましくは、前記主軸に前記主軸軸受および油圧ポンプユニットを組み付けた後に、この組み付けられた状態で主軸を装置本体側であるナセルに固定するとよい。
このように、主軸に対して、主軸軸受を含んで油圧ポンプユニットを固定した後に、装置本体側のナセルに固定するため、ナセルへの油圧ポンプの取り付け作業が容易化され、さらに主軸に対する油圧ポンプユニットの位置関係が安定するため、油圧ポンプの性能が安定して得られる。
また、第３の発明において好ましくは、ダンピング機能を有するダンパー機構を介してナセルに固定するとよい。
さらに、前記ダンパー機構は、油圧ポンプユニットの前記ポンプハウジングをナセルに軸心を維持しながら、前記ハウジングの変形や組立偏差を防止し、さらに振動に対するダンピング機能を有し、前記ダンパー機構は前記ハウジングの外周に設けられたトルクアームから半径方向両側に張り出したフランジ部に装着されるとよい。
このように、ダンパー機構を介して前記ハウジングがナセルへ固定されるので、前記ハウジングはナセルへ組立てる際に組立変形や組立偏差を防止でき、さらに油圧ポンプ側からの振動に対してもダンピング効果を有する。
第１の発明によれば、主軸の外周に嵌合する円筒部材を備え、該円筒部材の外周側に油圧ポンプ本体部を設け、該油圧ポンプ本体部が、リング状カム部材と、ポンプ軸受と、該ポンプ軸受を介して前記円筒部材に対して回転可能で且つ装置本体側に固定されるポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に収納されて前記ポンプ主軸の回転によって回転する前記リング状カム部材によって作動するピストンと、該ピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダと、を含んで構成され、前記円筒部材と該円筒部材の外周側に設けられた前記油圧ポンプ本体部とによって油圧ポンプユニットが形成されるので、主軸に対して円筒部材を介して油圧ポンプユニットを挿入可能になり、主軸への油圧ポンプの装着性が向上する。
さらに、油圧ポンプの性能をユニット単位として主軸へ組み込む前に確認することができるので、油圧ポンプの性能が確実に確保されるため製品に対する信頼性を向上することができる。
また、第２の発明によれば、予め、事前工程によって油圧ポンプユニットを組み立てておく、そして主軸を装置本体側に回転自在に固定する第１主軸軸受を前記主軸に対して挿入固定した後に、前記事前工程で組み立てられた油圧ポンプユニットを主軸に嵌合し、さらに、前記油圧ポンプユニットを主軸に対して固定手段によって固定して一体化するので、油圧ポンプの性能をユニット単位として主軸へ組み込む前に確認することができ、油圧ポンプの性能が確実に確保されるため製品に対する信頼性を向上することができる。
さらに、主軸に油圧ポンプを構成する部品を取り付けながら油圧ポンプを完成させる場合に比べて、別の箇所で、油圧ポンプ単体として組み立てができるため、組み立て設備および検査設備の設置場所等の制約がなく、組み立て作業や検査作業の効率向上を図ることができる。
また、第３の発明によれば、油圧ポンプユニットを主軸に嵌合する前に、主軸に対して、第３、第４の２つの主軸軸受けを挿入固定するが、複数の主軸軸受を挿入固定しても大物の油圧ポンプユニットの挿入前の作業であるため、主軸軸受の取付け作業を安定して行うことができる。
また、２つの主軸軸受から自由な状況で油圧ポンプユニットを固定する組み付けが可能となるため、油圧ポンプユニットの組み付け性が向上する。
本発明の風力発電装置の概要を示す全体構成図である。 本発明の第１実施形態における油圧ポンプの全体構成図である。 図２の主軸を含むＸＹ平面方向における断面図である。 油圧ポンプの部分の軸方向断面の斜視図である。 油圧ポンプの軸直角方向の要部断面図である。 油圧ポンプの構成部品であるリングカムの形状を示す説明図である。 油圧ポンプの構成部品であるローラ、ピストンの形状を示す説明図である。 第１実施形態における組み付け手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における油圧ポンプの全体構成図である。 第２実施形態の主軸軸受の説明図である。 第３実施形態の主軸軸受の説明図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（第１実施形態）
（全体構成）
図１を参照して、まず、油圧ポンプを用いた風力発電装置の全体構成の概要を説明する。
風力発電装置１は、主として、基礎上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル４と、ナセル４に取り付けられたロータハブ（ハブ）６と、ハブ６に取り付けられた複数枚の回転翼８と、ハブ６に連結し、後述する油圧ポンプ（油圧ポンプユニット）１０に回転力を伝達する主軸１２で構成されている。
また、ナセル４内には油圧ポンプ１０によって発生して油圧を後方側に配置された油圧モータ１４に導く油圧配管１６、さらに油圧モータ１４によって発生した回転力が伝達さる発電機１８が内蔵されている。
図２は、ナセル４内部の油圧ポンプ１０の配置、主軸軸受２０、２１の設置、および、ナセル４のフレーム２２の構造を示している。同図に示すように、油圧ポンプ１０の前後に第１主軸軸受２０と第２主軸軸受２１を配置している。また、フレーム２２は、油圧ポンプ１０を支持して固定する第１フレーム部２２ａと、油圧モータ１４および発電機１８を支持して固定する第２フレーム部２２ｂとからなり、この第１フレーム部２２ａに油圧ポンプ１０、第１主軸軸受２０、および第２主軸軸受２１が配置されている。
また、第１フレーム部２２ａは、主軸１２の軸方向に沿って水平面に対して上方に傾斜して形成されている。
第１主軸軸受２０は、第１主軸軸受けカバー２４によって囲われて、径方向の両側のフランジ部２６によって、第１フレーム部２２ａの長手方向に直角な幅方向両側に主軸方向に沿って形成された支持レール２８上に搭置されように固定され、第２主軸軸受２１も同様に、第２主軸軸受けカバー３０によって囲われて、径方向の両側のフランジ部３２によって、支持レール２８上に搭置されるように固定される。第１主軸軸受２０と第２主軸軸受２１は主軸１２が風力から受ける荷重及び推進力からの半径方向及び軸方向荷重に耐えるように構成されている。
油圧ポンプ１０は、略円筒状に形成されたポンプハウジング３４内に収納され、ポンプハウジング３４の外周部に沿って囲うように上周半分と下周半分とを合わせるようにトルクアーム３６が配設され、その合せ部分にダンパー機構３８を設けて、このダンパー機構３８を介して支持レール２８上に固定している。このように、油圧ポンプ１０、第１主軸軸受２０、第２主軸軸受２１はそれぞれナセル４のフレーム２２の第１フレーム部２２ａに載置されるようにして固定されている。
次に、図２のように主軸１２の軸中心線をＸ方向とし、Ｘ方向に直角な方向をＹ方向として、ＸＹ平面方向における要部断面図を図３に示す。また、図３の油圧ポンプ１０の部分の拡大斜視図及びその構成部品を図４〜７に示す。
図３において、中空状の主軸１２はハブ６側から、ハブ取付け部４０、縮径された第１段差部４２、第２段差部４４を形成している。そして、第１径Ｄ１、第２径Ｄ２、第３径Ｄ３と階段状に縮径されて形成されている。
この第２径Ｄ２の部分に油圧ポンプ１０が取り付けられる。第２径Ｄ２の外周に円筒部材４６が嵌合される。円筒部材４６は、大径部４８と該大径部４８の前後両側に小径部５０、５０を設けている。そして、大径部４８の外周側にリング状カム部材５２が設けられ、大径部４８と小径部５０との段差部にポンプ軸受５４、５４がそれぞれ装着される。
（油圧ポンプ構造）
油圧ポンプ（油圧ポンプユニット）１０の構造の詳細について、図３〜７を参照して説明する。円筒部材４６の大径部４８の外周にはリング状カム部材５２が固定され、リング状カム部材５２は図６に示すようにカム部材片５２ａ、５２ｂ、…を円筒部材４６の大径部４８の外周面にピン５５又はボルト（不図示）によって周方向に複数枚連続して取り付けられて、リング状カム部材５２が形成される。リング状カム部材５２は軸方向に複数列形成してもよい。本実施形態では、リング状カム部材５２を４列配置した例を示しているが、油圧ポンプの容量に応じて列数は適宜設定可能である。
また、リング状カム部材５２のカム面形状については、多数の波型形状のカム面を形成するものに限らず、単一カム面を有してリング状カム部材の中心を主軸１２の中心位置からずらした、いわゆる偏心カムのカム面として形成してもよい。
リング状カム部材５２のカム面に接触するローラ５６と、該ローラ５６を支持するピストン５８とが図７のようにローラ５６を下部にして配置され、ピストン５８がその上に配置され、ピストン５８がシリンダ６０内を摺動して案内するように配置される。また、シリンダ６０は、主軸１２の軸中心に対して径方向に配置され、さらに周方向に複数放射状に配置される。
そして、図５のように、リング状カム部材５２の外周のカム面に沿ってローラ５６が当接し、主軸１２の回転に伴って、ピストン５８がリング状カム部材５２のカム面の形状に沿って上下（内外方向に）移動する。そのときピストン５８の動きに応じて、シリンダ６０内の圧力室６２内へ作動油の流入、および吐出が繰り返される。
また、圧力室６２への流入通路には低圧制御弁６４が設けられて圧力室６２への油の流入の制御をする。また、各低圧制御弁６４はポンプとして作動させるか否かの制御（ピストンストロークが最大値となる点でポンプとして作動させる場合には閉作動し、ポンプとして非作動の場合には開とする）、および、流出量を制御する。また、吐出通路には高圧制御弁６６が設けられて高圧油路６９への流出が制御される。
シリンダ６０内の圧力室６２のこのような吐出作動は、周方向に並んだ複数のシリンダ６０のそれぞれで行われるように構成されている。また、同時に他の列のリング状カム部材５２においても同様に、各リング状カム部材５２に対応したローラ５６、およびピストン５８、さらに、シリンダ６０でも同様の作動が可能なように配置されている。そして、各列における各シリンダ６０の作動、非作動を制御して、シリンダ６０から吐出されて油圧モータ１４へ供給される吐出油圧および吐出油量を制御するコントローラ（不図示）が設置されている。
また、各列のシリンダ６０、６０、６０、６０はそれぞれシリンダ保持部材６８によってポンプハウジング３４内に支持されており、シリンダ保持部材６８には、各シリンダ６０内の圧力室６２へ連通するように流入通路、吐出通路が形成されるとともに、低圧制御弁６４、および高圧制御弁６６が内蔵されている。なお、各シリンダ６０は、シリンダ保持部材６８に直接形成されていてもよい。すなわち、シリンダ保持部材６８にシリンダ６０が形成される構造であってもよい。
また、低圧制御弁６４にはシリンダ保持部材６８の外側に形成された低圧油路６５から作動油が供給されるようになっており、また、高圧制御弁６６からは、圧力室６２で加圧された作動油が高圧油路６９を通って、油圧モータ１４側へと吐出されるようになっている。
ポンプハウジング３４は、前側壁７０と後側壁７２と外周壁７４からなり、ほぼ蓋と底とを有する円筒形状をなして構成されており、後側壁７２には、油圧配管類が接続されて、シリンダ保持部材６８に形成された各通路と接続するようになっている。
また、前側壁７０と後側壁７２の内周部は、円筒部材４６の大径部４８と小径部５０との段差部に装着されたポンプ軸受５４、５４にそれぞれ支持されて、ポンプハウジング３４は、円筒部材４６に対して回転自在に装着されている。また、このポンプハウジング３４の外側には、トルクアーム３６が取り付けられた、該トルクアーム３６を介してナセル４のフレーム２２に固定される。例えば、トルクアーム３６は後側壁７２に係合される。他の実施例では、トルクアーム３６は前側壁７０に係合されてもよい。
このように、ポンプ軸受５４、５４が、大径部４８と小径部５０との前後の段差部にそれぞれ装着されるので、ポンプ軸受５４、５４の位置決めが容易となり、取り付け位置が安定化する。
また、ポンプハウジング３４の前側壁７０および後側壁７２のそれぞれが、大径部４８と小径部５０との段差部の壁面に案内されるように配設されるため、すなわち、大径部４８と小径部５０との段差部の壁面に摺接して沿うように配設されるためポンプハウジング３４が主軸１２の周りに安定配置される。
ポンプハウジング３４は前述したように、トルクアーム３６およびダンパー機構３８を介してナセル４の第１フレーム部２２ａに固定されているため、主軸１２の回転に応じて、ポンプハウジング３４と円筒部材４６との間の相対的な回転速度差を生じて、この回転速度差によって作動する油圧ポンプ機構がポンプハウジング３４内に形成されることになる。
以上説明した円筒部材４６の外周側に、油圧ポンプ本体部７６を設け、この油圧ポンプ本体部７６は、円筒部材４６の外周に装着されるリング状カム部材５２、ポンプ軸受５４、ポンプ軸受５４を介して円筒部材４６に対して回転可能で且つナセル４側に固定されるポンプハウジング３４、ポンプハウジング３４内に収納されて主軸１２の回転によって回転するリング状カム部材５２によって作動するピストン５８、ピストン５８を径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダ６０、さらにシリンダ６０を保持するとともに油圧通路が形成されたシリンダ保持部材６８によって構成されている。そして、円筒部材４６と該円筒部材４６の外周側の油圧ポンプ本体部７６とによって油圧ポンプである油圧ポンプユニット１０が構成されている。
なお、円筒部材４６の先端部は縮径された第１段差部４２に当接して位置決めされ、円筒部材４６を主軸１２に固定するために、シュリンクディスク接続構造８０となっている。
なお、その他のフランジカップリング接続、キー接続、またはインボリュートスプライン接続等の手段によって固定してもよく、これら接続構造によって、主軸１２に対する単なる円筒部材４６の圧入だけでなく、固定をさらに確実にしている。
（組み立て手順）
以上の油圧ポンプユニット１０、主軸１２、第１主軸軸受２０、第２主軸軸受２１の構成において、油圧ポンプユニット１０、および第１主軸軸受２０および第２主軸軸受２１の主軸１２への組み付け手順について図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１において、油圧ポンプユニット１０を予め事前工程によって組み立てる。この油圧ポンプユニット１０とは、前述したように円筒部材４６の外周側に設けられる油圧ポンプ本体部７６が組み込まれて、油圧ポンプ１０として完成した状態のことをいい、主軸１２に組み付ける前に、油圧ポンプ１０として組み上げられた状態にしておく。
次に、ステップＳ２で、主軸１２をナセル４の第１フレーム部２２ａに回転自在に固定する第１主軸軸受２０を主軸１２に挿入し固定する。具体的には、主軸１２を立てて、第１主軸軸受２０を上方より主軸１２の第１径Ｄ１部分に圧入する。
その後に、ステップＳ３では、ステップＳ１で組み立てた油圧ポンプユニット１０の円筒部材４６の内周部を、主軸１２の上方より主軸１２の第２径Ｄ２部分に圧入して嵌合する。このとき、円筒部材４６の先端部は第１段差部４２に当接して位置決めされるので、取り付け位置が正確かつ安定する。
次に、ステップＳ４で、油圧ポンプユニット１０を主軸１２に対して固定手段によって固定して一体化する。円筒部材４６を主軸１２に固定するための手段としては前述したように、シュリンクディスク接続構造８０を用いて締め付け固定を行う。これによって、主軸１２に対する単なる円筒部材４６の圧入固定だけでなくさらに固定が確実になる。
次に、ステップＳ５で、第２主軸軸受２１を主軸１２に挿入し固定する。このとき、第２主軸軸受２１の前端部が第２段差部４４に当接して位置決めされるので、取り付け位置が正確かつ安定する。
次に、ステップＳ６で、ステップＳ２〜Ｓ５で、主軸１２に対して第１主軸軸受２０、第２主軸軸受２１、油圧ポンプユニット１０に組み付け、その組み付けられた状態の主軸１２を、ナセル４に固定する。
この固定の際には、油圧ポンプユニット１０のポンプハウジング３４を装置本体側であるナセル４に軸心を維持しながら、ポンプハウジング３４の変形や組立偏差を防止し振動に対するダンピング効果を有するダンパー機構３８を、ポンプハウジング３４の外周に設けられたトルクアーム３６から半径方向両側に張り出したフランジ部２６に装着して、このダンパー機構３８を介してナセル４に固定している。
従って、ダンパー機構３８を介してポンプハウジング３４がナセル４へ固定されるので、ポンプハウジング３４はナセル４へ組立てる際に組立変形や組立偏差を防止でき、さらに油圧ポンプ側からの振動に対してもダンピング効果を発揮できる。
このように、円筒部材４６を含んで油圧ポンプとしてユニット化された油圧ポンプユニット１０が形成され、主軸１２に対して円筒部材４６を介して挿入可能になるので、主軸１２への油圧ポンプユニット１０の装着性が向上する。
さらに、油圧ポンプの性能をユニット単位として主軸１２へ組み込む前に確認することができるので、油圧ポンプの性能が確実に確保されるため製品に対する信頼性を向上することができる。
なぜならば、主軸に部品を組み付けながら油圧ポンプを完成される構造であると、完成後においては既に実機として装着されているため油圧ポンプの性能確認試験が限られた試験しかできないため、および試験設備等の関係で詳細な確認試験が困難である等のためだからである。
さらに、主軸１２に油圧ポンプ１０を構成する部品を取り付けながら油圧ポンプを完成させる場合に比べて、別の箇所で、油圧ポンプ単体として組み立てて完成できるため、組み立て設備および検査設備等の制約がなく効率よい組み立て作業が可能になる。
（第２実施形態）
次に、主軸軸受の構造及び配置について第１実施形態とは異なる第２実施形態について図９、１０を参照して説明する。
図９のように、第１主軸軸受９０だけで支持して、第１実施形態の第２主軸軸受を省略したものである。主軸軸受をハブ側の１個のみとする構造であり、その第１主軸軸受９０の構造を図１０に示す。
この第１主軸軸受９０は、複列の自動調心ころ軸受を採用する。
また、第１主軸軸受９０は、第１主軸軸受けカバー９２によって囲われて、径方向の両側のフランジ部９４によって、第１フレーム部２２ａの幅方向両側に主軸方向に沿って形成された支持レール２８上に搭置されように固定される。
自動調心ころ軸受構造は、ラジアル負荷能力が大きく、重荷重や衝撃荷重にも耐えられ、且つある程度の両方向のアキシャル荷重も受けられるうえ自動調心性があることから、ハブ側を第１主軸軸受９０の自動調心ころ軸受の１個のみとして、ハブとは反対側は、油圧ポンプユニット１０を構成するポンプ軸受５４、５４を介して、ナセル４に支持されるようになっている。
この第２実施形態のように第１主軸軸受９０のみによって主軸１２を支持する構造であるため、主軸１２への軸受挿入工程が、第１実施形態のように、第１、第２の２つの挿入工程を必要としないため、組み付け作業が簡単化して、組み付け作業の効率向上が得られるとともに、第２主軸軸を省略できるため装置全体を小型、軽量化できる。さらに、主軸１２から軸受を取外すことなく、さらに主軸１２を支持レール２８から取外すことなく、油圧ポンプユニットを主軸から取外すことができる。
（第３実施形態）
次に、主軸軸受の構造及び配置について第２実施形態とは異なる第３実施形態について図１１を参照して説明する。
図１１に示すように、ポンプユニット１０とハブ６との間に主軸１２をナセル４に回転自在に固定する第３主軸軸受１００と第４主軸軸受１０２とを備えたものであり、この第３、４主軸軸受だけで、主軸１２をナセル４側に固定して支持している。
組み付けは、第３主軸軸受１００を主軸１２に対して挿入固定し、さらに第４主軸軸受１０２を第３主軸軸受１００と隣接又は一定の間隔を開けて挿入固定し、その後に、油圧ポンプユニット１０の前記円筒部材を介して事前工程で組み立てられた油圧ポンプユニット１０を主軸に嵌合し、その後、前記油圧ポンプユニット１０を主軸１２に対して固定手段であるシュリンクディスク接続構造８０によって固定して一体化する。
また、第３主軸軸受１００と第４主軸軸受１０２に跨るように、軸受けカバー１０４によって囲われて、径方向の両側のフランジ部１０６（図２参照）によって、第１フレーム部２２ａ（図２参照）の幅方向両側に主軸方向に沿って形成された支持レール２８（図２参照）上に搭置されように固定される。
かかる第３実施形態によれば、油圧ポンプユニット１０を主軸１２に嵌合する前に、主軸１２に対して、第３、第４の２つの主軸軸受１００、１０２を挿入固定するが、つまり複数の主軸軸受を装着するが、大物の油圧ポンプユニット１０を挿入する前の挿入作業であるため、主軸軸受１２への取付け作業を安定して行うことができる。
また、主軸１２の軸端部に油圧ポンプユニット１０が支持されて、ハブ側に２つの主軸軸受をそなえる構造であるため、油圧ポンプユニット１０の挿入移動距離が短くて済むとともに、ユニット化される油圧ポンプユニット１０構造と相俟って簡単に組み込むことができる。
なお、その他の構成及び作用効果については、第１実施形態および第２実施形態と同様である。
第１〜３実施形態で説明した組み付け手順と反対の順番で分解することが可能である。組付又は分解作業は工場内で行ってもいいし、風車設置場所、又は風車を組立てた後でも可能である。
また、以上、第１〜第３実施形態では、本発明を風力発電装置に適用した例について説明したが、本発明は潮流発電装置に適用してもよい。ここでいう「潮流発電装置」は、海、川または湖等に設置され、潮流のエネルギーを利用して発電を行う装置であり、回転翼８が風ではなく潮流を受けて回転する点を除けば上述の風力発電装置１と基本的な構成は共通する。
第１実施形態と共通する構成要素について同一の符号を用いて説明すれば、潮流発電装置の油圧ポンプ構造は、潮流を受けて回転する主軸１２と、主軸１２に装着された油圧ポンプ（油圧ポンプユニット）１０と、発生した油圧が導かれる油圧モータ１４と、電力を発生させる発電機１８とを有して構成され、その油圧ポンプ１０は、ユニット化した油圧ポンプユニットを形成する。
そして、油圧ポンプ（油圧ポンプユニット）１０は、風力発電装置１の油圧ポンプ構造と同様に、主軸１２の外周に嵌合する円筒部材４６と、円筒部材４６の外周側に設けられる油圧ポンプ本体部７６によって構成されて、油圧ポンプユニット１０は主軸１２に対して円筒部材４６を介して挿入して固定できるようになっている。
本発明によれば、風車の主軸に取り付けられる油圧ポンプを、主軸への組み付け性を向上するような構造とするとともに、簡単な組み付け手順で組み付けを可能にするので、風車の油圧ポンプへの利用に適している。
１ 風力発電装置
２ 支柱
４ ナセル（装置本体）
６ ハブ
８ 回転翼
１０ 油圧ポンプ（油圧ポンプユニット）
１２ 主軸
１４ 油圧モータ
１６ 油圧配管
１８ 発電機
２０ 第１主軸軸受
２１ 第２主軸軸受
２２ フレーム
２２ａ 第１フレーム部
２２ｂ 第２フレーム部
２４ 第１主軸軸受けカバー
２６、３２、９４、１０６ フランジ部
２８ 支持レール
３０ 第２主軸軸受けカバー
３４ ポンプハウジング
３６ トルクアーム
３８ ダンパー機構
４０ ハブ取付け部
４２ 第１段差部
４４ 第２段差部
４６ 円筒部材
４８ 大径部
５０ 小径部
５２ リング状カム部材
５４ ポンプ軸受
５６ ローラ
５８ ピストン
６０ シリンダ
６２ 圧力室
６４ 低圧制御弁
６６ 高圧制御弁
６８ シリンダ保持部材
７０ 前側壁
７２ 後側壁
７４ 外周壁
７６ 油圧ポンプ本体部
８０ シュリンクディスク接続構造
９０ 第１主軸軸受
９２ 第１主軸軸受けカバー
１００ 第３主軸軸受
１０２ 第４主軸軸受
１０４ 軸受けカバー
Ｄ１ 第１径
Ｄ２ 第２径
Ｄ３ 第３径
前記課題を解決するため、第１の発明は、複数の回転翼が取り付けられたハブと、該ハブに連結された主軸と、該主軸に装着された油圧ポンプとを備えてなる風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造において、
前記主軸の外周に嵌合する円筒部材と、該円筒部材の外周側に設けられて前記円筒部材を介して前記主軸に取り付けられる油圧ポンプ本体部とを備え、前記円筒部材と油圧ポンプ本体部とをユニット化（unitize）して油圧ポンプユニットを形成し、前記油圧ポンプ本体部は前記円筒部材の外周に装着されるリング状カム部材と、前記円筒部材の外周に取り付けられるポンプ軸受と、該ポンプ軸受けを介して前記円筒部材に対して回転可能に前記円筒部材によって支持されるポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に収納されて主軸の回転によって回転する前記リング状カム部材によって作動するピストンと、該ピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダと、を含んで構成され、
前記油圧ポンプユニットは、前記油圧ポンプ本体とユニット化された前記円筒部材が前記主軸に対して挿入固定可能に構成されることを特徴とする。

Claims (17)

  1. 複数の回転翼が取り付けられたハブと、該ハブに連結された主軸と、該主軸に装着された油圧ポンプとを備えてなる風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造において、
    前記主軸の外周に嵌合する円筒部材と、該円筒部材の外周側に設けられる油圧ポンプ本体部とを備え、前記円筒部材と油圧ポンプ本体部とによって油圧ポンプをユニット化した油圧ポンプユニットを形成し、
    前記油圧ポンプ本体部は前記円筒部材の外周に装着されるリング状カム部材と、ポンプ軸受と、該ポンプ軸受けを介して前記円筒部材に対して回転可能で且つ装置本体側に固定されるポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に収納されて主軸の回転によって回転する前記リング状カム部材によって作動する複数のピストンと、該複数のピストンを径方向に案内しかつ周方向に複数配置されるシリンダと、を含んで構成され、
    前記油圧ポンプユニットは前記主軸に対して前記円筒部材によって挿入固定可能に構成されることを特徴とする風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造。
  2. 前記主軸には縮径の段差部を有し、該段差部に前記油圧ポンプユニットの円筒部材の先端部が当接して前記油圧ポンプユニットの位置が決められることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造。
  3. 前記主軸に対して前記円筒部材は、シュリンクディスク接続、フランジカップリング接続、キー接続、またはインボリュートスプライン接続の何れかによって固定されることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造。
  4. 前記円筒部材は、大径部と該大径部の両端部に小径部を有し、大径部の外周側に前記リング状カム部材が設けられ、大径部と小径部との段差部に前記ポンプ軸受がそれぞれ装着されることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造。
  5. 前記ポンプ軸受によって両端壁を有するほぼ円筒形状に形成された前記ポンプハウジングの前記両端壁の内周開口部分が支持されることを特徴とする請求項４記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造。
  6. 前記主軸は中空構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ構造。
  7. 請求項１〜６の何れかに記載の油圧ポンプ構造を備えた風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプの組み付け方法であって、
    前記油圧ポンプユニットを予め事前工程によって組み立てておき、
    前記主軸を装置本体側に回転自在に固定する第１主軸軸受を前記主軸に対して挿入固定し、
    その後、前記油圧ポンプユニットの前記円筒部材を介して事前工程で組み立てられた前記油圧ポンプユニットを主軸に嵌合し、
    その後、前記油圧ポンプユニットを主軸に対して固定手段によって固定することを特徴とする風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  8. 前記油圧ポンプユニットを挿入固定する前に前記第１主軸軸受を挿入固定し、その後前記油圧ポンプユニットを挿入固定し、その後第２主軸軸受を挿入固定することを特徴とする請求項７記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  9. 前記油圧ポンプユニットおよび前記主軸軸受を、ハブ側とは反対側から主軸に挿入固定することを特徴とする請求項７記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  10. 前記主軸に前記主軸軸受および油圧ポンプユニットを組み付けた後に、この組み付けられた状態で主軸を装置本体側であるナセルに固定することを特徴とする請求項７記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  11. 前記主軸を装置本体側であるナセルに固定する時に、ダンピング機能を有するダンパー機構を介してナセルに固定することを特徴とする請求項１０記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  12. 前記ダンパー機構は、油圧ポンプユニットの前記ポンプハウジングをナセルに軸心を維持しながら、前記ハウジングの変形や組立偏差を防止し、さらに振動に対するダンピング機能を有し、前記ダンパー機構は前記ハウジングの外周に設けられたトルクアームから半径方向両側に張り出したフランジ部に装着されることを特徴とする請求項１１記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  13. 請求項１〜６の何れかに記載の油圧ポンプ構造を備えた風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプの組み付け方法であって、
    前記油圧ポンプユニットを予め事前工程によって組み立てておき、
    前記主軸を装置本体側に回転自在に固定する第３主軸軸受を前記主軸に対して挿入固定し、
    さらに第４主軸軸受を前記第３主軸軸受と隣接又は一定の間隔を開けて挿入固定し、その後、前記油圧ポンプユニットの前記円筒部材を介して事前工程で組み立てられた油圧ポンプユニットを主軸に嵌合し、
    その後、前記油圧ポンプユニットを主軸に対して前記固定手段によって固定することを特徴とする風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  14. 前記油圧ポンプユニットおよび前記主軸軸受を、ハブ側とは反対側から主軸に挿入固定することを特徴とする請求項１３記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  15. 前記主軸に前記主軸軸受および油圧ポンプユニットを組み付けた後に、この組み付けられた状態で主軸を装置本体側であるナセルに固定することを特徴とする請求項１３記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  16. 前記主軸を装置本体側であるナセルに固定する時に、ダンピング機能を有するダンパー機構を介してナセルに固定することを特徴とする請求項１５記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
  17. 前記ダンパー機構は油圧ポンプユニットの前記ポンプハウジングをナセルに軸心を維持しながら、前記ハウジングの変形や組立偏差を防止し、さらに振動に対するダンピング機能を有し、前記ダンパー機構は前記ハウジングの外周に設けられたトルクアームから半径方向両側に張り出したフランジ部に装着されることを特徴とする請求項１６記載の風力発電装置または潮流発電装置の油圧ポンプ組み付け方法。
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