JP2014521859A

JP2014521859A - 再生エネルギー型発電装置

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Publication number: JP2014521859A
Application number: JP2014504884A
Authority: JP
Inventors: 拓郎亀田; 章吾古川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP5836478B2

Abstract

【課題】軸受間の同芯を維持しうるとともに、ナセル内のスペースの有効活用を図ることができる再生エネルギー型発電装置を提供する。
【解決手段】再生エネルギー型発電装置１は、ブレード２と、ブレード２を介して受け取った再生可能エネルギーによってブレード２とともに回転するハブ４と、ハブ４に連結された回転シャフト６と、回転シャフト６を軸支する一対の軸受２０，２２と、各軸受２０，２２の軸受箱２１，２３を下方から支持するナセル台板３０Ａを含むナセル３０と、一対の軸受２０，２２の軸受箱２１，２３の上部を互いに連結する連結フレーム４０とを備える。

Description

本発明は、再生可能エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置に関する。ここで、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生エネルギー型発電装置では、風、潮流、海流又は河流の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。

再生エネルギー型発電装置は、発電効率向上の観点から大型化が進んでおり、ロータに作用する荷重はますます増加する傾向にある。そのため、一対の軸受によりナセルに支持するようにした再生エネルギー型発電装置が提案されている。
例えば、特許文献１〜８記載の風力発電装置では、ハブに近い前方軸受とハブから遠い後方軸受とを含む一対の軸受を介して、ロータがナセル側に支持されている。また、特許文献７及び８には、前方軸受と後方軸受の軸受箱を一体的に設けた構成も開示されている。

欧州特許出願公開第１８７８９１７号明細書米国特許出願公開第２０１１／０２６６８０６号明細書国際公開第２００９／０８０７１２号米国特許第６７５９７５８号明細書米国特許公開第２０１１／０１４３８８０号明細書台湾特許出願公開第２０１１２６０６２号明細書韓国公開特許第１０−２０１１−００７０６２３号公報特開２００９−１９６２５号公報

しかしながら、再生可能エネルギー源からロータへの入力は常に変動し、ロータには曲げ荷重を含む複雑な荷重が作用するから、このような過酷な条件下でロータを軸支する軸受は長期に亘って機能することが求められる。しかも、一対の軸受によりロータをナセル側に支持する場合、ロータに加わる複雑な荷重によって軸受周辺の構造が変形して各軸受の芯がずれてしまうおそれがある。各軸受の芯がずれると、予定しない方向の荷重成分が軸受に加わることになり、軸受寿命の極端な減少を招くおそれがある。よって、一対の軸受間の同芯を維持しうる軸受の支持構造の採用が望まれる。

この点、特許文献７及び８に記載の風力発電装置では、前方軸受と後方軸受の軸受箱が一体的に設けられているため、この軸受箱が前方軸受と後方軸受の同芯維持に寄与し、軸受の所期の寿命を実現できるかもしれない。
ところが、特許文献７及び８に記載の風力発電装置では、一体的に設けられた前方軸受と後方軸受の軸受箱がナセル内の大きなスペースを占めることになり、ナセル内の限られたスペースの有効活用が困難になる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、上述の事情に鑑みて、軸受間の同芯を維持しうるとともに、ナセル内のスペースの有効活用を図ることができる再生エネルギー型発電装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置は、再生可能エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、ブレードと、前記ブレードを介して受け取った前記再生可能エネルギーによって前記ブレードとともに回転するハブと、前記ハブに連結された回転シャフトと、前記回転シャフトを軸支する一対の軸受と、各軸受の軸受箱を下方から支持するナセル台板を含むナセルと、前記一対の軸受の軸受箱の上部を互いに連結する連結フレームとを備える。
なお、再生エネルギー型発電装置は３個以上の軸受を含んでいてもよく、この場合、全軸受から選択された一対の軸受について、各軸受の軸受箱をナセル台板によって下方から支持するとともに、各軸受の軸受箱の上部を連結フレームで互いに連結してもよい。

上記再生エネルギー型発電装置では、回転シャフトを軸支する一対の軸受の軸受箱は、それぞれがナセル台板によって下方から支持されるとともに、それぞれの上部が連結フレームによって互いに連結される。よって、ナセル台板及び連結フレームによって各軸受の軸受箱が拘束されるので、軸受間の同芯を維持することができる。
また、各軸受の軸受箱の上部を互いに連結する連結フレームがナセル内において占めるスペースは、特許文献７及び８のように各軸受の軸受箱を一体化する場合に比べて小さいから、ナセル内のスペースの有効活用を図ることができる。

一実施形態において、再生エネルギー型発電装置は、前記回転シャフトの前記ハブから遠い端部に取り付けられるとともに前記ナセル台板に支持され、前記回転シャフトによって駆動される被駆動装置をさらに備え、前記一対の軸受は、自動調心性を有しないラジアル軸受からなり前記ハブ側に位置する前方軸受と、自動調心性を有しないスラスト軸受からなり前記被駆動装置側に位置する後方軸受とを含んでいてもよい。なお、自動調心性を有しないラジアル軸受としての前記前方軸受は複列円筒ころ軸受であり、自動調心性を有しないスラスト軸受としての前記後方軸受は複列円錐ころ軸受であってもよい。
自動調心性を有する軸受は、軸のたわみなどに起因した外輪と内輪との間の相対的な傾きが生じる場合にも使用でき、ラジアル荷重、両方向のスラスト荷重及びこれらの合成荷重を負荷する能力が大きいので、振動、衝撃荷重を受ける用途に適している。しかし、再生可能エネルギー源から回転シャフトに複雑且つ過大な荷重が入力されると自動調心軸受が有するがたつきのために内輪が外輪に対して相対的に動いて、ロータ系全体や回転シャフトの端部に取り付けられた被駆動装置の振動発生の原因となり得る。よって、上述のように敢えて自動調心性を有しない軸受を採用することで、ロータ系全体や被駆動装置の振動抑制に寄与できる。一方、このように自動調心性を有しない一対の軸受で回転シャフトを軸支する場合、各軸受に調心性がないために、各軸受の芯のずれは許容しがたい。そのため、自動調心性を有しない軸受を採用する場合、上述したナセル台板及び連結フレームを用いて各軸受の軸受箱を拘束することで享受できる軸受寿命の改善効果は、自動調心軸受を採用する場合に比べて顕著になる。
また、回転シャフトを一対の軸受（前方軸受及び後方軸受）で軸支する場合、回転シャフトの軸方向に沿った荷重を負担可能なスラスト軸受を一方の軸受として選択し、回転シャフトの半径方向に沿った荷重を負担可能なラジアル軸受を他方の軸受として選択する設計が考えられる。この場合において、被駆動装置側に位置する後方軸受としてスラスト軸受を採用することで、回転シャフトの伸びの基準となるスラスト軸受から被駆動装置までの距離を縮めて、回転シャフトの伸び（例えば、被駆動装置側からの伝熱や軸受自体の発熱によって昇温された回転シャフトの熱伸び）に起因する被駆動装置とナセル台板との相対変位を小さくできる。これにより、被駆動装置とナセル台板との相対変位によって両者間の支持部や周囲機器との間の配管類に過度な荷重が加わって支持部や配管が損傷する可能性を低減できる。

一実施形態において、前記連結フレームは、前記回転シャフトの上方に設けられて前記一対の軸受の軸受箱の上部同士を連結する連結板部と、前記回転シャフトの両側において前記連結板部を前記ナセル台板に支持するサポート部とを含み、前記連結板部には、搬送対象部品を搬送するための部品昇降機構の前記連結フレームへの取付部が設けられていてもよい。
上記構成の連結フレームを用いれば、一対の軸受の軸受箱の上部同士を連結板部によって連結して軸受間の同芯維持に寄与できるだけでなく、連結板部に設けられた取付部に部品昇降機構を取り付ける場合において部品昇降機構の荷重をサポート部によって支えることができる。

一実施形態において、前記一対の軸受は、前記ハブ側に位置する前方軸受と、該前方軸受よりも前記ハブから遠い位置に設けられる後方軸受とを含み、前記回転シャフトは、前記前方軸受が取り付けられる第１領域と、前記後方軸受が取り付けられる第２領域とを有し、前記第１領域側から前記第２領域側に向かって前記回転シャフトは縮径されており、前記第１領域には前記前方軸受の内輪の前記ハブ側への移動を規制する第１段差部が形成されており、前記第２領域には前記後方軸受の内輪の前記ハブ側への移動を規制する第２段差部が形成されており、前記第２段差部における最大径よりも前記前方軸受の前記内輪の内径のほうが大きくてもよい。
回転シャフトを一対の軸受により軸支する場合、前方軸受の方が後方軸受に比べてハブに近いために大きな荷重が加わることになる。そこで、前方軸受が取り付けられる第１領域側から後方軸受が取り付けられる第２領域側に向かって回転シャフトを縮径させることで、後方軸受よりも大きな体格の前方軸受を採用して、前方軸受の耐久性を向上させることができる。また、第２領域周辺の回転シャフトが比較的小径になり、回転シャフトの重量を軽減するとともに、後方軸受を軽量化・コンパクト化できる。
さらに、前方軸受の内輪のハブ側への移動を規制する第１段差部と、後方軸受の内輪のハブ側への移動を規制する第２段差部とを、それぞれ第１領域及び第２領域に設けるとともに、第２段差部における最大径よりも前方軸受の内輪の内径を大きくすることで、前方軸受、後方軸受の順に、回転シャフトのハブとは反対側の端部から嵌めていく軸受組み付け手法が採用可能になる。これにより、回転シャフトへの前方軸受及び後方軸受の組み付け作業を容易に行うことが可能になる。

一実施形態において、前記ナセル台板は、水平方向に延在する水平板部と、前記水平板部上に設けられた壁部と、前記回転シャフトの軸方向に直交する方向に沿って、前記回転シャフトを挟んで対向する前記壁部の一対の内壁面間に延在するリブとを含み、前記一対の軸受は、前記ハブ側に位置する前方軸受と、該前方軸受よりも前記ハブから遠い位置に設けられる後方軸受とを含み、前記前方軸受の軸受箱は、前記壁部のうち前記ハブ側によって下方から支持されており、前記後方軸受の軸受箱は、前記リブによって下方から支持されていてもよい。
上記構成のナセル台板を用いれば、前方軸受の軸受箱と後方軸受の軸受箱をそれぞれナセル台板の壁部及びリブによって下方から確実に支持することができる。また、水平板部よりも高い位置にて前方軸受及び後方軸受の軸受箱が支持されることになり、回転シャフトとナセル床面の間にスペースを形成することができる。回転シャフト下方のこのスペースは、一実施形態においては、作業員がナセル内機器のメンテナンスを行うためのスペースとして利用可能である。

一実施形態において、再生エネルギー型発電装置は、ヨー旋回座軸受を介して前記ナセルを支持するタワーと、前記ナセル台板の前記水平板部の中央に設けられた台板開口を塞ぐナセルデッキ板とをさらに備え、前記ナセルデッキ板には、前記前方軸受と前記後方軸受の間であり、且つ、前記回転シャフトを避けた領域の少なくとも一部にデッキ開口が形成されており、前記デッキ開口を介して前記ナセル内と前記タワー内とが繋がっていてもよい。
このように、ナセル台板の水平板部の中央に設けた台板開口を塞ぐナセルデッキ板に、ナセル内とタワー内とを繋ぐデッキ開口を設けることで、例えば、ナセル内−タワー内間の搬送対象部品のデッキ開口を介した移動が可能となる。一実施形態においては、比較的スペースに余裕がある回転シャフトよりも上方のナセル内空間を有効活用して搬送作業を効率化する観点から、ナセル内−タワー内間の搬送対象部品の移動は回転シャフトの上方から搬送対象部品を吊った状態で行ってもよい。この際、上述のように、搬送対象部品の通過経路としてのデッキ開口を、前方軸受と後方軸受の間であり、且つ、回転シャフトを避けた領域の少なくとも一部に設けることで、ナセル内とタワー内との間の搬送中における搬送対象部品と回転シャフトや軸受との干渉を防止できる。

一実施形態において、前記連結フレームは、前記デッキ開口の少なくとも一部が前記連結フレームとオーバーラップせずに露出するように、前記デッキ開口の少なくとも一部の上方を避けて配置されてもよい。
これにより、連結フレームの上方から搬送対象部品を吊った状態でナセル内−タワー内間における搬送対象部品のデッキ開口を介した移動を行う際、搬送対象部品と連結フレームとの干渉を防止できる。

一実施形態において、前記回転シャフトは、前記前方軸受が取り付けられる第１領域と、前記後方軸受が取り付けられる第２領域とを有し、前記第１領域側から前記第２領域側に向かって前記回転シャフトは縮径されており、前記回転シャフトは、前記デッキ開口に対応する軸方向位置において、前記第２領域と略同径であってもよい。
このように前方軸受が取り付けられる第１領域側から後方軸受が取り付けられる第２領域側に向かって回転シャフトを縮径させることで、後方軸受よりも大きな体格の前方軸受を採用して、前方軸受の耐久性を向上させることができる。また、第２領域周辺の回転シャフトが比較的小径になり、回転シャフトの重量を軽減するとともに、後方軸受を軽量化・コンパクト化できる。
さらに、デッキ開口に対応する軸方向位置における回転シャフトの直径を第２領域と略同一にすることで、回転シャフトの上方から搬送対象部品を吊った状態での搬送対象部品のナセル内−タワー間の移動に利用できるデッキ開口の面積を比較的大きく確保できる。

一実施形態において、再生エネルギー型発電装置は、ヨー旋回座軸受を介して前記ナセルを支持するタワーをさらに備え、前記ヨー旋回座軸受は内径Ｄが３ｍ以上５ｍ以下であり、前記一対の軸受は、前記ハブ側に位置する前方軸受と、該前方軸受よりも前記ハブから遠い位置に設けられる後方軸受とを含み、前記前方軸受は、前記ヨー旋回座軸受で囲まれた円形領域の外側、且つ、該円形領域と前記ハブとの間に配置され、前記後方軸受は、前記ヨー旋回座軸受の中心軸と、該中心軸から０．２５Ｄの距離だけ前記ハブとは反対側に遠ざった位置との間に配置され、前記ナセル台板は、水平方向に延在する水平板部と該水平板部上に設けられた壁部とを含み、前記ヨー旋回座軸受の前記中心軸における前記回転シャフトの下面から前記水平板部までの鉛直方向の距離は２ｍ以上４ｍ以下であってもよい。
ヨー旋回座軸受の内径Ｄが３〜５ｍ程度の大型の再生エネルギー型発電装置では、各軸受（特に前方軸受）に加わる大きな荷重に耐えるために一対の軸受間の距離をある程度は確保する必要がある。一方、軸受間の距離を過度に大きくすると、回転シャフトやナセル等の重量増加を招き、コスト増大の要因となる。
そこで、ヨー旋回座軸受で囲まれた円形領域の外側、且つ、該円形領域とハブとの間に前方軸受を配置し、ヨー旋回座軸受の中心軸と、該中心軸から０．２５Ｄの距離だけハブとは反対側に遠ざった位置との間に後方軸受を配置することで、軸受（特に前方軸受）の耐久性の確保と回転シャフトやナセル等の重量増加の抑制を両立することができる。また、このような前方軸受と後方軸受の配置を採用することで、数メートル程度の距離が両軸受間に生まれる。そのため、ヨー旋回座軸受の中心軸における回転シャフトの下面から水平板部までの鉛直方向の距離を２ｍ以上４ｍ以下とすれば、前方軸受と後方軸受との間、且つ、回転シャフトと水平板部との間に比較的広いスペースが形成される。このスペースは、例えば作業員によるナセル内機器のメンテナンス作業を行うために利用可能である。また、軸受中心がヨー旋回座軸受の中心軸より後方にずれる事により、ヨー旋回座軸受が受けるハブ重量や風圧によるモーメントを軽減する事ができ、ヨー旋回座軸受をコンパクトに設計することができる。

一実施形態において、前記ハブの中心と前記前方軸受との間の前記回転シャフトの軸方向に沿った距離をＬとしたとき、前記前方軸受と前記後方軸受との間の距離は０．８Ｌ以上１．０Ｌ以下であってもよい。
前方軸受と後方軸受との間の距離を０．８Ｌ以上１．０Ｌ以下にすることで、軸受（特に前方軸受）の耐久性の確保と回転シャフトやナセル等の重量増加の抑制を両立することができる。

一実施形態において、前記ハブの中心と前記前方軸受との間の前記回転シャフトの軸方向に沿った距離をＬとしたとき、前記ハブの中心と前記ヨー旋回座軸受の前記中心軸との距離は１．５５Ｌ以上１．８５Ｌ以下であってもよい。
ハブ中心とヨー旋回座軸受の中心軸との間の距離（オーバーハング量）を１．５５Ｌ以上にすることで、ブレードとタワーとの接触を効果的に防止することができる。また、オーバーハング量を１．８５Ｌ以下にすることで、軸受に作用する荷重を抑制できる。

一実施形態において、再生エネルギー型発電装置は、前記回転シャフトに取り付けられ、前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動される少なくとも一つの油圧モータと、前記少なくとも一つの油圧モータに接続される少なくとも一つの発電機とをさらに備え、前記油圧ポンプは、前記回転シャフトの前記ハブから遠い端部に取り付けられており、前記少なくとも一つの油圧モータ及び前記少なくとも一つの発電機は、前記回転シャフト及び前記油圧ポンプの側方に配置されていてもよい。

また、一実施形態において、前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であってもよい。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ナセル台板及び連結フレームによって各軸受の軸受箱が拘束されるから、軸受間の同芯を維持することができる。また、各軸受の軸受箱の上部を互いに連結する連結フレームがナセル内において占めるスペースは比較的小さいから、ナセル内のスペースの有効活用を図ることができる。

風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。風力発電装置のナセル内部の構成例を示す斜視図である。ナセル台板の構成例を示す斜視図である。図３に示すナセル台板に軸受箱を組み付けた様子を示す斜視図である。図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４におけるＢ方向から視た平面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、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、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下の実施形態では、再生エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明は潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー型発電装置にも適用できる。

図１は風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。図２は風力発電装置のナセル内部の構成例を示す斜視図である。図３は、ナセル台板の構成例を示す斜視図である。図４は、図３に示すナセル台板に軸受箱を組み付けた様子を示す斜視図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６は、図４におけるＢ方向から視た平面図である。

図１に示すように、風力発電装置１は、ブレード２及びハブ４で構成されるロータ３と、ロータ３のハブ４に連結される回転シャフト６と、回転シャフト６を軸支する一対の軸受（前方軸受２０及び後方軸受２２）と、各軸受の軸受箱２１，２３を下方から支持するナセル台板３０Ａを含むナセル３０とを備える。
なお、ハブ４はハブカバー５によって覆われている。またナセル３０は、洋上又は地上に立設されたタワー８の上に設けられる。

一実施形態では、風力発電装置１は、ドライブトレイン１０を介して、回転シャフト６の回転エネルギーを発電機１６に入力し、発電機１６において電力を生成してもよい。
図１に示す例では、ドライブトレイン１０は、回転シャフト６に取り付けられた油圧ポンプ１２と、高圧油ライン１３及び低圧油ライン１５を介して油圧ポンプ１２に接続される油圧モータ１４とを含んでいる。油圧ポンプ１２は、回転シャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ１２の出口は、高圧油ライン１３を介して油圧モータ１４の入口に接続されている。そのため、油圧ポンプ１２で生成された圧油は高圧油ライン１３を介して油圧モータ１４に供給され、この圧油によって油圧モータ１４が駆動される。油圧モータ１４で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１４の出口と油圧ポンプ１２の入口との間に設けられた低圧油ライン１５を経由して、油圧ポンプ１２に再び戻される。また、油圧モータ１４の出力軸は発電機１６の回転シャフトに接続されており、油圧モータ１４の回転が発電機１６に入力されるようになっている。
なお、油圧ポンプ１２、油圧モータ１４及び発電機１６の個数は特に限定されず、それぞれ、少なくとも一つあればよい。

図２に示すように、油圧ポンプ１２は回転シャフト６のハブ４から遠い端部に取り付けられ、油圧モータ１４及び発電機１６は回転シャフト６の両側に配置されていてもよい（ただし、図２には手前側の油圧モータ１４及び発電機１６のみを示している）。図２に示す例では、回転シャフト６の端部に取り付けられた油圧ポンプ１２は、支持アーム２６を介してナセル台板３０Ａに支持される。また回転シャフト６の両側に、一対の機器設置台４６が設けられており（ただし、図２には手前側の機器設置台４６のみ示している。）、各機器設置台４６には一対の油圧モータ１４と一台の発電機１６とが設置されている。機器設置台４６は、ナセル台板３０Ａ及びこれに組み付けたナセルフレーム３０Ｃによって支持されている。
なお、機器設置台４６の下方には、ナセル台板３０Ａの水平板部３２が略水平方向に延在しており、この水平板部３２にヨー旋回機構５２のヨーモータ５２Ａが設けられている。なお、図２では、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４との間の配管（高圧油ライン１３，低圧油ライン１５）は省略している。

ナセル３０は、図１に示すように、ヨー旋回座軸受５０を介してタワー８に支持されており、ナセル台板３０Ａに固定されたヨー旋回機構５２によって駆動されて旋回するようになっている。ヨー旋回機構５２は、少なくとも一つのヨーモータ５２Ａ及びこれに取り付けられた少なくとも一つのピニオンギア５２Ｂで構成されている。また、タワー８には不図示のリングギアが設けられており、このリングギアはピニオンギア５２Ｂと噛み合っている。そのため、ヨーモータ５２Ａによってピニオンギア５２Ｂを回転させると、ナセル台板３０Ａがタワー８に対して旋回する。
なお、図１には、ナセル台板３０Ａにヨー旋回機構５２を固定した例を示したが、ヨー旋回機構５２はタワー８に取り付けてもよい。この場合、ヨー旋回機構５２のピニオンギア５２Ｂは、ナセル台板３０Ａに設けたリングギアと噛み合わせればよい。

図２に示すように、ナセル３０は、各軸受２０，２２が収容される軸受箱２１，２３を下方から支持するナセル台板３０Ａと、ナセル台板３０Ａ上に載置された各種機器を覆うナセルカバー３０Ｂと、ナセルカバー３０Ｂが固定されるナセルフレーム３０Ｃとを含んでいる。ナセル台板３０Ａは例えば球状黒鉛鋳鉄や強靭鋳鉄等の鋳物（ｃａｓｔｉｎｇ）で構成される。

ナセル台板３０Ａの構成は、各軸受２０，２２の軸受箱２１，２３を下方から支持可能であれば特に限定されないが、例えば、図３に示すように、水平方向に延在する水平板部３２と、水平板部３２上に設けられた壁部３４と、回転シャフト６の軸方向に直交する方向に沿って延在するリブ３６とを含むナセル台板３０Ａを用いてもよい。なお、壁部３４及びリブ３６には、作業員が通過するためのマンホール５８を設けてもよい。

図３に示す例では、水平板部３２は、回転シャフト６の両側に位置する壁部３４の側壁部分に沿って外側に張り出しており、ヨー旋回機構５２のヨーモータ５２Ａを保持するための保持穴３３が水平板部３２に設けられている。
水平板部３２には壁部３４の内周に沿って台板開口３１が設けられており、この台板開口３１はナセルデッキ板３８によって塞がれる。ナセルデッキ板３８は、ナセル内機器のメンテナンスを行う際の作業員の足場として用いられる。ナセルデッキ板３８にはデッキ開口３９が形成されており、このデッキ開口３９を介してナセル３０内とタワー８内とが繋がっている。これにより、図１に示すように、ナセル３０内の部品昇降機構５４によるデッキ開口３９を介した搬送対象部品５６の移動が可能になる。デッキ開口３９は必要に応じて開閉自在になっていてもよく、例えばデッキ開口３９を介した搬送対象部品５６の搬送作業時に限ってデッキ開口３９を開くことも可能である。

一実施形態では、ナセルデッキ板３８のデッキ開口３９は、前方軸受２０と後方軸受２２の間であり、且つ、回転シャフト６を避けた領域の少なくとも一部にデッキ開口３９が形成される。言い換えると、ナセル３０の内部を図４の矢印Ｂ方向から視た図６において、デッキ開口３９は、前方軸受２０と後方軸受２２の間に位置し、且つ、回転シャフト６によって完全には覆われておらず、少なくとも一部が露出している。
これにより、比較的スペースに余裕がある回転シャフト６よりも上方のナセル３０内空間を有効活用して、部品昇降機構５４による搬送対象部品５６のナセル３０内−タワー８内間の移動を行うことができる。すなわち、部品昇降機構５４によって回転シャフト６の上方から搬送対象部品５６を吊った状態で、搬送対象部品５６と回転シャフト６や軸受箱２１，２３との干渉を防止しつつ、搬送対象部品５６のナセル３０内−タワー８内間の搬送作業を行うことができる。
また、タワー８内の各フロア７０Ａ〜７０Ｃのフロア開口７２Ａ〜７２Ｃを、ナセル３０の旋回時におけるデッキ開口３９の軌跡に対応する位置に設けておけば、図１に示すように、ナセル３０内の部品昇降機構５４で搬送対象部品５６を吊ったまま、フロア開口７２Ａ〜７２Ｃを介した搬送対象部品５６のタワー８内における移動が可能になる。

図３に示すように、ナセル台板３０Ａの壁部３４のうちハブ４側の部分には凹部３５が設けられており、この凹部３５に前方軸受２０の軸受箱２１の下部が係合するようになっている。同様に、リブ３６には凹部３７が設けられており、この凹部３７に後方軸受２２の軸受箱２３の下部が係合するようになっている。そして、凹部３５，３７に係合した軸受箱２１，２３は、軸受箱２１，２３の両側において、ナセル台板３０Ａ（壁部３４の上面）に締結される。よって、図４〜６に示すように、軸受箱２１は壁部３４によって下方から支持されるとともにナセル台板３０Ａに締結され、軸受箱２３はリブ３６によって下方から支持されるとともにナセル台板３０Ａに締結される。よって、軸受箱２１，２３の下部はナセル台板３０Ａによって拘束される。
一方、各軸受箱２１，２３の上部は連結フレーム４０によって互いに連結され、連結フレーム４０によって拘束される。

こうして、ナセル台板３０Ａ及び連結フレーム４０によって各軸受箱２１，２３が拘束されるので、軸受２０，２２間の同芯を維持することができる。また、連結フレーム４０を採用することで、各軸受２０，２２の軸受箱２１，２３を特許文献７及び８のように一体化する場合に比べてナセル３０内のスペースの有効活用を図ることができる。

連結フレーム４０は、図４〜６に示すように、回転シャフト６の上方に設けられて軸受箱２１，２３の上部同士を連結するとともにクレーン等の部品昇降機構の取付部４３を有する連結板部４２と、回転シャフト６の両側において連結板部４２をナセル台板３０Ａに支持する一対のサポート部４４とを含んでいてもよい。これにより、軸受箱２１，２３の上部同士を連結板部４２によって連結して軸受２０，２２間の同芯維持に寄与できるだけでなく、連結板部４２に設けられた取付部４３に部品昇降機構を取り付ける場合においても部品昇降機構の荷重をサポート部４４によって支えることができる。
なお、取付部４３は、部品昇降機構としてのクレーンのジブを任意の締結部材を用いて固定可能に構成されていてもよい。また、サポート部４４は、図４に示すように、作業員が昇降する際の階段としても機能するようになっていてもよい。

また一実施形態において、連結フレーム４０は、図６に示すように、デッキ開口３９の少なくとも一部が連結フレーム４０とオーバーラップせずに露出するように、デッキ開口３９の少なくとも一部の上方を避けて配置される。
これにより、連結フレーム４０の上方から搬送対象部品５６を吊った状態でナセル３０内−タワー８内間における搬送対象部品５６のデッキ開口３９を介した移動を行う際、搬送対象部品５６と連結フレーム４０との干渉を防止できる。

次に、前方軸受２０及び後方軸受２２の詳細な構成について説明する。

前方軸受２０は、図５に示すように、内輪２０Ａと外輪２０Ｂとの間に転動体２０Ｃが保持された構成を有し、軸受箱２１に収納されている。同様に、後方軸受２２は、内輪２２Ａと外輪２２Ｂとの間に転動体２２Ｃが保持された構成を有し、軸受箱２３に収納されている。
また、同図に示すように、前方軸受２０の軸受箱２１には、回転シャフト６のフランジとの共締めによってハブ４に締結されたブレーキディスク６０を把持することで回転シャフト６を制動するブレーキキャリパ６２が複数取り付けられていてもよい。

前方軸受２０及び後方軸受２２の具体的な構成は回転シャフト６を軸支可能であれば特に限定されず、要求仕様に応じて種々の軸受（ラジアル軸受・スラスト軸受）を適宜組み合わせて用いることができる。
例えば、油圧ポンプ（被駆動装置）１２を回転シャフト６に取り付ける場合、ハブ４側に位置する前方軸受２０と油圧ポンプ１２側に位置する後方軸受２２との両方を自動調心性が実質的に無い軸受で構成してもよい。自動調心性を有する軸受は、内輪と外輪との間の拘束力が弱いため、再生可能エネルギー源としての風から回転シャフト６に複雑な荷重が入力されると内輪が外輪に対して相対的に動いて、回転シャフト６の端部に取り付けられた油圧ポンプ１２の振動発生の原因となり得る。よって、上述のように敢えて自動調心性を有しない軸受を採用することで、油圧ポンプ１２の振動抑制に寄与できる。このことは、油圧ポンプ１２に替えて発電機１６を回転シャフト６の端部に取り付けた場合にも当てはまり、前方軸受２０，２２を自動調心性がない軸受とすることで発電機１６の振動抑制に寄与できる。
また、油圧ポンプ（被駆動装置）１２を回転シャフト６のハブ４から遠い端部に取り付けるとともに被駆動装置２６をナセル３０のナセル台板３０Ａに支持させる場合、ハブ４側に位置する前方軸受２０をラジアル軸受とし、油圧ポンプ１２側に位置する後方軸受２２をスラスト軸受としてもよい。このように、油圧ポンプ１２側に位置する後方軸受２２としてスラスト軸受を採用することで、回転シャフト６の伸びの基準となるスラスト軸受から油圧ポンプ１２までの距離を縮めて、回転シャフト６の伸び（例えば、油圧ポンプ１２側からの伝熱や軸受（２０，２２）自体の発熱によって昇温された回転シャフト６の熱伸び）に起因する油圧ポンプ１２とナセル台板３０Ａとの相対変位を小さくできる。これにより、油圧ポンプ１２とナセル台板３０Ａとの相対変位によって油圧ポンプ１２−ナセル台板３０Ａ間の支持部（支持アーム２６）や配管類（高圧油ライン１３や低圧油ライン１５）に過度な荷重が加わって支持部（支持アーム２６）や配管類が損傷する可能性を低減できる。このことは、油圧ポンプ１２に替えて発電機１６を回転シャフト６の端部に取り付けるとともに支持アーム２６によってナセル台板３０Ａに支持した場合にも当てはまり、後方軸受２２をスラスト軸受とすることで回転シャフト６の伸びに起因する油圧ポンプ１２−ナセル台板３０Ａ間の支持部（支持アーム２６）の損傷の可能性を低減できる。
なお、図５には、自動調心性を有しないラジアル軸受としての前方軸受２０が複列円筒ころ軸受であり、自動調心性を有しないスラスト軸受としての後方軸受２２が複列円錐ころ軸受である例を示している。

回転シャフト６は、図５に示す例では、前方軸受２０が取り付けられる第１領域６Ａと、後方軸受２２が取り付けられる第２領域６Ｂとを有し、第１領域６Ａ側から第２領域６Ｂ側に向かって回転シャフト６は縮径されている。そのため、後方軸受２２よりも大きな体格の前方軸受２０を採用して、前方軸受２０の耐久性を向上させることができる。また、第２領域６Ｂ周辺の回転シャフト６が比較的小径になり、回転シャフト６の重量を軽減するとともに、後方軸受２２を軽量化・コンパクト化できる。
また、第１領域６Ａには内輪２０Ａのハブ４側への移動を規制する第１段差部６４が形成されており、第２領域６Ｂには内輪２２Ａのハブ４側への移動を規制する第２段差部６６が形成されている。そして、前方軸受２０の内輪２０Ａの内径Ｄ_ｉｎは、第２段差部６６における回転シャフト６の最大径Ｄ_２ｍａｘよりも大きくなっている。これにより、前方軸受２０、後方軸受２２の順に、回転シャフト６のハブ４とは反対側の端部から嵌めていく軸受組み付け手法が採用可能になる。よって、回転シャフト６への前方軸受２０及び後方軸受２２の組み付け作業を容易に行うことが可能になる。

さらに、ナセルデッキ板３８のデッキ開口３９に対応する軸方向位置における回転シャフト６の直径は、第２領域６Ｂと略同一としてもよい。これにより、回転シャフト６の上方から搬送対象部品５６を吊った状態での搬送対象部品５６のナセル３０内−タワー８間の移動に利用できるデッキ開口３９の面積を比較的大きく確保できる。

また、ヨー旋回座軸受５０の内径Ｄが３〜５ｍ程度の大型の風力発電装置１では、各軸受（特に前方軸受２０）に加わる大きな荷重に耐えるために軸受２０，２２間の距離をある程度は確保する必要がある。一方、軸受２０，２２間の距離を過度に大きくすると、回転シャフト６やナセル３０等の重量増加を招き、コスト増大の要因となる。
そこで、ヨー旋回座軸受５０の内径Ｄ（図５参照）が３ｍ以上５ｍ以下の場合、前方軸受２０はヨー旋回座軸受５０で囲まれた円形領域の外側、且つ、該円形領域とハブ４との間に配置され、後方軸受２２はヨー旋回座軸受５０の中心軸Ｃと、中心軸Ｃから０．２５Ｄの距離だけハブ４とは反対側に遠ざかった位置Ｐとの間に配置され、中心軸Ｃにおける回転シャフト６の下面から水平板部３２までの鉛直方向の距離Ｈは２ｍ以上４ｍ以下にしてもよい。これにより、軸受（特に前方軸受２０）の耐久性の確保と回転シャフト６やナセル３０等の重量増加の抑制を両立することができる。また、このような前方軸受２０と後方軸受２２の配置を採用することで、数メートル程度の距離が軸受２０，２２間に生まれる。そのため、ヨー旋回座軸受５０の中心軸Ｃにおける回転シャフト６の下面から水平板部３２までの鉛直方向の距離Ｈを２ｍ以上４ｍ以下であることもあり、前方軸受２０と後方軸受２２との間、且つ、回転シャフト６と水平板部３２との間に比較的広いスペースが形成される。このスペースは、例えば作業員によるナセル内機器のメンテナンス作業を行うために利用可能である。

前方軸受２０と後方軸受２２との間の距離は、ハブ４の中心Ｏと前方軸受２０との間の回転シャフト６の軸方向に沿った距離をＬとしたとき、０．８Ｌ以上１．０Ｌ以下であってもよい。これにより、軸受（特に前方軸受２０）の耐久性の確保と回転シャフト６やナセル３０等の重量増加の抑制を両立することができる。

さらに、ハブ４の中心Ｏと前方軸受２０との間の回転シャフト６の軸方向に沿った距離をＬとしたとき、ハブ４の中心Ｏとヨー旋回座軸受５０の中心軸Ｃとの距離は１．５５Ｌ以上１．８５Ｌ以下であってもよい。
ハブ中心Ｏとヨー旋回座軸受５０の中心軸Ｃとの間の距離（オーバーハング量）を１．５５Ｌ以上にすることで、ブレード２とタワー８との接触を効果的に防止することができる。また、オーバーハング量を１．８５Ｌ以下にすることで、軸受２０，２２に作用する荷重を抑制できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば、上述の実施形態では、油圧ポンプ１２が回転シャフト６のハブ４から遠い端部に取り付けられた例について説明したが、油圧ポンプ１２の回転シャフト６への取付け位置はこの例に限定されず、例えば油圧ポンプ１２を軸受２０，２２間に配置してもよい。

また上述の実施形態では、ドライブトレイン１０が油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４を含む例について説明したが、ドライブトレイン１０は、油圧ポンプ１２及び油圧モータ１４に替えて、回転シャフト６と発電機１６との間に設けられる歯車式の増速機を含んでいてもよい。さらに、ドライブトレイン１０を介さずに回転シャフト６の回転エネルギーを発電機１６に直接入力してもよい。この場合、回転シャフト６に発電機１６が直接取り付けられていてもよい。

１風力発電装置
２ブレード
３ロータ
４ハブ
５ハブカバー
６回転シャフト
８タワー
１０ドライブトレイン
１２油圧ポンプ
１３高圧油ライン
１４油圧モータ
１５低圧油ライン
１６発電機
２０前方軸受
２０Ａ内輪
２０Ｂ外輪
２０Ｃ転動体
２１軸受箱
２２後方軸受
２２Ａ内輪
２２Ｂ外輪
２２Ｃ転動体
２３軸受箱
２６支持アーム
３０ナセル
３０Ａナセル台板
３０Ｂナセルカバー
３０Ｃナセルフレーム
３１台板開口
３２水平板部
３３保持穴
３４壁部
３５凹部
３６リブ
３７凹部
３８ナセルデッキ板
３９デッキ開口
４０連結フレーム
４２連結板部
４４サポート部
４６機器設置台
５０ヨー旋回座軸受
５２ヨー旋回機構
５２Ａヨーモータ
５２Ｂピニオンギア
５４部品昇降機構
５６搬送対象部品
５８マンホール
６０ブレーキディスク
６２ブレーキキャリパ
６４第１段差部
６６第２段差部
７０Ａ〜７０Ｃフロア
７２Ａ〜７２Ｃフロア開口

Claims

再生可能エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
ブレードと、
前記ブレードを介して受け取った前記再生可能エネルギーによって前記ブレードとともに回転するハブと、
前記ハブに連結された回転シャフトと、
前記回転シャフトを軸支する一対の軸受と、
各軸受の軸受箱を下方から支持するナセル台板を含むナセルと、
別々に設けられた前記一対の軸受の軸受箱の上部を互いに連結する連結フレームとを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
前記回転シャフトの前記ハブから遠い端部に取り付けられるとともに前記ナセル台板に支持され、前記回転シャフトによって駆動される被駆動装置をさらに備え、
前記一対の軸受は、自動調心性を有しないラジアル軸受からなり前記ハブ側に位置する前方軸受と、自動調心性を有しないスラスト軸受からなり前記被駆動装置側に位置する後方軸受とを含むことを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記前方軸受は複列円筒ころ軸受であり、前記後方軸受は複列円錐ころ軸受であることを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
再生可能エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
ブレードと、
前記ブレードを介して受け取った前記再生可能エネルギーによって前記ブレー
ドとともに回転するハブと、
前記ハブに連結された回転シャフトと、
前記回転シャフトを軸支する一対の軸受と、
各軸受の軸受箱を下方から支持するナセル台板を含むナセルと、
前記一対の軸受の軸受箱の上部を互いに連結する連結フレームとを備え、
前記連結フレームは、前記回転シャフトの上方に設けられて前記一対の軸受の軸受箱の上部同士を連結する連結板部と、前記回転シャフトの両側において前記連結板部を前記ナセル台板に支持するサポート部とを含み、
前記連結板部には、搬送対象部品を搬送するための部品昇降機構の前記連結フレームへの取付部が設けられていることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
前記一対の軸受は、前記ハブ側に位置する前方軸受と、該前方軸受よりも前記ハブから遠い位置に設けられる後方軸受とを含み、
前記回転シャフトは、前記前方軸受が取り付けられる第１領域と、前記後方軸受が取り付けられる第２領域とを有し、前記第１領域側から前記第２領域側に向かって前記回転シャフトは縮径されており、
前記第１領域には前記前方軸受の内輪の前記ハブ側への移動を規制する第１段差部が形成されており、前記第２領域には前記後方軸受の内輪の前記ハブ側への移動を規制する第２段差部が形成されており、
前記第２段差部における最大径よりも前記前方軸受の前記内輪の内径のほうが大きいことを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
再生可能エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
ブレードと、
前記ブレードを介して受け取った前記再生可能エネルギーによって前記ブレー
ドとともに回転するハブと、
前記ハブに連結された回転シャフトと、
前記回転シャフトを軸支する一対の軸受と、
各軸受の軸受箱を下方から支持するナセル台板を含むナセルと、
前記一対の軸受の軸受箱の上部を互いに連結する連結フレームとを備え、
前記ナセル台板は、水平方向に延在する水平板部と、前記水平板部上に設けられた壁部と、前記回転シャフトの軸方向に直交する方向に沿って、前記回転シャフトを挟んで対向する前記壁部の一対の内壁面間に延在するリブとを含み、
前記一対の軸受は、前記ハブ側に位置する前方軸受と、該前方軸受よりも前記ハブから遠い位置に設けられる後方軸受とを含み、
前記前方軸受の軸受箱は、前記壁部のうち前記ハブ側によって下方から支持されており、
前記後方軸受の軸受箱は、前記リブによって下方から支持されていることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
ヨー旋回座軸受を介して前記ナセルを支持するタワーと、
前記ナセル台板の前記水平板部の中央に設けられた台板開口を塞ぐナセルデッキ板とをさらに備え、
前記ナセルデッキ板には、前記前方軸受と前記後方軸受の間であり、且つ、前記回転シャフトを避けた領域の少なくとも一部にデッキ開口が形成されており、
前記デッキ開口を介して前記ナセル内と前記タワー内とが繋がっていることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記連結フレームは、前記デッキ開口の少なくとも一部が前記連結フレームとオーバーラップせずに露出するように、前記デッキ開口の少なくとも一部の上方を避けて配置されることを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記回転シャフトは、前記前方軸受が取り付けられる第１領域と、前記後方軸受が取り付けられる第２領域とを有し、前記第１領域側から前記第２領域側に向かって前記回転シャフトは縮径されており、
前記回転シャフトは、前記デッキ開口に対応する軸方向位置において、前記第２領域と略同径であることを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
ヨー旋回座軸受を介して前記ナセルを支持するタワーをさらに備え、
前記ヨー旋回座軸受は内径Ｄが３ｍ以上５ｍ以下であり、
前記一対の軸受は、前記ハブ側に位置する前方軸受と、該前方軸受よりも前記ハブから遠い位置に設けられる後方軸受とを含み、
前記前方軸受は、前記ヨー旋回座軸受で囲まれた円形領域の外側、且つ、該円形領域と前記ハブとの間に配置され、
前記後方軸受は、前記ヨー旋回座軸受の中心軸と、該中心軸から０．２５Ｄの距離だけ前記ハブとは反対側に遠ざった位置との間に配置され、
前記ナセル台板は、水平方向に延在する水平板部と該水平板部上に設けられた壁部とを含み、
前記ヨー旋回座軸受の前記中心軸における前記回転シャフトの下面から前記水平板部までの鉛直方向の距離は２ｍ以上４ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記ハブの中心と前記前方軸受との間の前記回転シャフトの軸方向に沿った距離をＬとしたとき、前記前方軸受と前記後方軸受との間の距離は０．８Ｌ以上１．０Ｌ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記ハブの中心と前記前方軸受との間の前記回転シャフトの軸方向に沿った距離をＬとしたとき、前記ハブの中心と前記ヨー旋回座軸受の前記中心軸との距離は１．５５Ｌ以上１．８５Ｌ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記回転シャフトに取り付けられ、前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によって駆動される少なくとも一つの油圧モータと、
前記少なくとも一つの油圧モータに接続される少なくとも一つの発電機とをさらに備え、
前記油圧ポンプは、前記回転シャフトの前記ハブから遠い端部に取り付けられており、
前記少なくとも一つの油圧モータ及び前記少なくとも一つの発電機は、前記回転シャフト及び前記油圧ポンプの側方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成する風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。