JP2018091309A - 風車駆動システム及び風車 - Google Patents

Abstract

【課題】風車の可動部分に過大な負荷が検出された場合の制御を改善することで風車の稼働率を向上させる。
【解決手段】風車駆動システム５は、風車１０１の可動部分における一方の構造体に設置され且つ風車の可動部分における他方の構造体に設置されたリングギア１０７と噛み合う駆動ギア２４ａをそれぞれ有する複数の駆動装置１０と、複数の駆動装置の各々の駆動ギアとリングギアとの間に発生する負荷を、駆動装置毎に監視する状態量検出手段８０と、状態量検出手段８０が負荷異常を検出した場合、負荷を低下させる制御を行う制御手段１１０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、風車の可動部分に用いられる風車駆動システム、並びに、風車に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、風力発電装置として用いられる風車として、タワーの上部に回転自在に設置されて内部に発電機等が配置されるナセルと、ナセルに設けられたロータ（ハブ、主軸部）に対して回転自在に設置されたブレード（羽根）と、を備えるものが知られている。この風車は、風車の可動部分における一方の構造体を他方の構造体に対して回転させる駆動装置として、ヨー駆動装置或いはピッチ駆動装置等を有している。ヨー駆動装置は、風向きに応じて、一方の構造体であるナセルを他方の構造体であるタワーに対して回転させる。ピッチ駆動装置は、一方の構造体であるブレードの軸部を他方の構造体であるナセル側のロータに対して回転させて、ブレードのピッチ角を調節する。多くの場合、一つの可動部分に、複数の駆動装置が設けられている。

ところで、何らかの理由により、駆動装置の出力部をなす駆動ギアおよび駆動ギアと噛み合うリングギアとの噛み合い部に大きな力が発生してしまうことがある。例えば、複数の駆動装置の動作を開始させる際、駆動ギアの歯がリングギアの歯に当接するまでの駆動ギアの回転量は、複数の駆動装置の間で相違し得る。したがって、複数の駆動装置の動作開始時に、駆動ギアの歯がリングギアの歯に当接するまでの駆動ギアの回転量が最も小さくなる駆動装置の噛み合い部で過大な負荷が発生し得る。また、一つの駆動装置の駆動ギアの回転が故障等により規制されている状態で、他の駆動装置から駆動力が出力されると、いずれかの駆動装置の噛み合い部において、過大な負荷が発生し得る。さらに、突風が外力となって、いずれかの駆動装置の噛み合い部に過大な負荷が発生することも想定され得る。

噛み合い部に発生する力が大きくなると、駆動装置またはリングギアが破損する。駆動装置が破損した場合には、当該駆動装置の一部又は全体を取り替える必要が生じる。一方、リングギア又は構造体のリングギア周囲が破損した場合、大規模な修復工事が必要となり、長期間にわたって風車の操業を停止することになる。このような不具合に対処するため、噛み合い部に過大な負荷が生じた場合には、まずは風車での発電を中止して原因の調査を行うことが有効と考えられる。

特開２０１５−１４０７７７号公報

しかしながら、前述した駆動ギアの歯がリングギアの歯に当接するまでに必要となる駆動ギアの回転量のばらつきは、可動部が相対回転を開始することで、消失する。また、環境条件の変化やそれまでの使用状況等によって、制動機構が固着してしまうこともある。この固着は、制動機構を動作させるための制御信号の入切を繰り返すことで、解消されることもある。すなわち、噛み合い部に生じる過大な負荷の原因には、一過性の原因もある。このような場合にまで、風車での発電を停止することは、稼働率を大きく低下させることになる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであって、風車の可動部分に過大な負荷が検出された場合の制御を改良することで風車の稼働率を改善することを目的とする。とりわけ本発明は、一過性の原因に起因した負荷異常に適切に対処することで風車の稼働率を改善することを目的とする。

本発明による風車駆動システムは、
風車の可動部分における一方の構造体に設置され且つ前記風車の可動部分における他方の構造体に設置されたリングギアと噛み合う駆動ギアをそれぞれ有する複数の駆動装置と、
前記複数の駆動装置の各々の前記駆動ギアと前記リングギアとの間に発生する負荷を、前記駆動装置毎に監視する状態量検出手段と、
前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記負荷を低下させる制御を行う制御手段と、を備える。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記複数の駆動装置に含まれる全ての駆動装置の前記駆動ギアから前記リングギアへの出力を停止するよう、前記複数の駆動装置を制御してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、
各駆動装置は、前記駆動ギアに伝達される回転または前記駆動ギアから出力される回転を制動する制動機構を含み、
前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記制動機構が回転制動を行うよう、前記制動機構を制御してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記風車に含まれるブレードのピッチ角を調節してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記複数の駆動装置に含まれる全ての駆動装置の前記駆動ギアから前記リングギアへの出力を停止するよう前記複数の駆動装置を制御し、その後に負荷異常が解消されなかった場合、前記風車に含まれるブレードのピッチ角を調節してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記状態量検出手段が異常を検出した場合、前記制御手段は、前記負荷を低下させる制御をいったん行い、その後、前記複数の駆動装置を同時に又は順に試験動作させる制御を行ってもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記試験動作として前記駆動ギアから前記リングギアへ通常動作時よりも低トルクで駆動力を出力するよう、前記複数の駆動装置を制御してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記制御手段は、同時に試験動作するよう前記複数の駆動装置を制御して、前記一方の構造体および前記他方の構造体が相対動作できたか否かを確認してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記制御手段は、順に試験動作するよう前記複数の駆動装置を制御して、各駆動装置の駆動ギアが当該駆動ギアの歯の１ピッチ未満となる所定量だけ動作できたか否かを確認してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、
各駆動装置は、前記駆動ギアに伝達される回転または前記駆動ギアから出力される回転を制動する制動機構を含み、
前記制御手段は、前記試験動作として前記制動機構が動作するよう、前記複数の駆動装置を制御してもよい。

本発明による風車駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記試験動作として、まず前記制動機構が動作し、その後に前記駆動ギアから前記リングギアへ駆動力を出力するよう、前記複数の駆動装置を制御してもよい。

本発明による風車は、上述した本発明による風車駆動システムのいずれかを備える。

本発明によれば、風車の可動部分に過大な負荷が検出された場合の制御を改良することで、風車の稼働率を改善することできる。

図１は、本発明に一実施の形態を説明するための図であって、風車の斜視図である。 図２は、図１に示された風車のブレードの動作を説明するための図であって、風車の一部分を示す側面図である。 図３は、図１に示された風車のブレードの動作を説明するための図であって、風車の一部分を示す側面図である。 図４は、図１に示された風車のタワー及びナセルの一部を示す断面図である。 図５は、図４に示された可動部分における駆動装置の配置を示す平面図である。 図６は、図４に示された駆動装置を側方から見た図であり、部分的に断面状態が示されている。 図７は、図４に示された駆動装置の据え付け部を示す図であり、部分的に断面状態が示されている。 図８は、図４に示された駆動装置の制動機構を模式的に示す図である。 図９は、制御装置の機能構成を説明するためのブロック図である。 図１０は、制御処理フローの一例を示す図である。 図１１は、図１０の制御処理フローに含まれる負荷低下処理フローの一例示す図である。 図１２は、図１０の制御処理フローに含まれる試験動作処理フローの一例を示す図である。 図１３は、試験動作処理フローの他の例を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図面中には、図示と理解のしやすさの便宜上、縮尺及び寸法比等を、実物のそれらから適宜変更又は誇張されている部分がある。

図１は、風車１０１の斜視図である。図２及び図３は、風車の一部分を示す側面図である。図４は、タワー１０２及びナセル１０３の一部を示す断面図である。なお図４において駆動装置１０は、断面ではなく外形が図示されている。図５は、図４に示す可動部分における駆動装置１０の配置を示す平面図である。図６は、駆動装置１０を側方から見た図であり、部分的に断面状態が示されている。図７は、駆動装置１０の据え付け部を示す図であり、部分的に断面状態が示されている。図８は、駆動装置１０の制動機構を示す図であり、断面状態が示されている。

駆動装置１０は、風車１０１のタワー１０２に対して回転可能に設置されたナセル１０３を駆動し、或いはナセル１０３に取り付けられたロータ１０４に対してピッチ方向に揺動可能に設置されたブレード１０５を駆動することができる。すなわち、駆動装置１０は、タワー１０２に対してナセル１０３を回転させるようにヨー駆動を行うヨー駆動装置として用いることができ、さらにロータ１０４に対してブレード１０５の軸部を回転させるようにピッチ駆動を行うピッチ駆動装置としても用いることができる。以下の説明では駆動装置１０をヨー駆動装置として用いる場合について例示するが、駆動装置１０をピッチ駆動装置として用いる場合についても同様に本発明を適用することが可能である。

図１に示すように、風車１０１は、タワー１０２、ナセル１０３、ロータ１０４及びブレード１０５等を備える。タワー１０２は、地上から鉛直方向上向きに延在する。ナセル１０３は、タワー１０２の上部に対して回転可能に設置される。タワー１０２に対するナセル１０３の回転は、タワー１０２の長手方向を回転中心とするヨー回転である。図示された例において、ナセル１０３は、複数の駆動装置１０によって駆動され、タワー１０２に対して回転する。ナセル１０３の内部には、風力発電に必要な機器類が設置され、例えば動力伝達軸や当該動力伝達軸に接続された発電機等が配置される。ロータ１０４は、動力伝達軸に接続され、ナセル１０３に対して回転可能となっている。ブレード１０５は複数枚（図１に示された例では、３枚）設けられており、各ブレード１０５は、ロータ１０４のナセル１０３に対する回転軸線を中心とする放射方向へ、当該ロータ１０４から延在する。これらの複数のブレード１０５は、相互に等角度で配設されている。

図２及び図３に示すように、各ブレード１０５は、ピッチ方向に回転可能である。すなわち、各ブレード１０５は、その長手方向を中心としてロータ１０４に対して回転可能となっている。各ブレード１０５のロータ１０４との接続箇所は可動部分となっており、各ブレード１０５及びロータ１０４は相対的に回転移動することができる。ブレード１０５は、ピッチ駆動装置として設けられた駆動装置によって回転駆動され、このピッチ駆動装置としての駆動装置は、後述するヨー駆動装置としての駆動装置１０と同様に構成され得る。

図１に示された風車１０１は、発電を行う稼働時に、風速に応じて、ブレード１０５のピッチ角θｐを調節される。風が比較的に弱い場合には、図２に示すように、ブレード１０５が積極的に風力を受けるよう、ピッチ角θｐが大きく設定される。一方、風が強くなると、図３に示すように、ピッチ角θｐを小さく設定し、ロータ１０４の回転速度が速くなり過ぎることを防止する。また、風速が所定値を超える強風時には、ピッチ角θｐが略０°となるフェザリングと呼ばれる姿勢に、ブレード１０５の向きが決定される。なお、図２及び図３に示された例において、ピッチ角θｐは、ロータの回転軸線に対してブレード１０５の面がなす角度としている。このピッチ角θｐが大きくなると、ブレード１０５は風力を効率的に受ける。一方、ピッチ角θｐが小さくなると、ブレード１０５が受ける風力を弱めることができ、フェザリングの状態において、ブレード１０５が受ける風力は最も弱くなる。

また、風車１０１の稼働時には、ロータ１０４が風に正対するようにナセル１０３の位置が決めされる。すなわち、風車１０１の稼働時に、ロータ１０４側が風上を向き且つロータ１０４の回転軸線が風向きに沿うようにして、ナセル１０３が位置決めされる。一方、風車１０１の稼働時に、ブレード１０５が受ける風力は、ナセル１０３を１８０°回転させようとする外力として働く。すなわち、風力は、ロータ１０４側が風下を向き且つロータ１０４の回転軸線が風向きに沿うように、ナセル１０３とタワー１０２との可動部分に作用する。したがって、可動部分に作用する力は、ブレード１０５のピッチ角θｐを小さくすることで、弱めることができる。

ナセル１０３は、図４に示すように、その底部１０３ａにおいて、タワー１０２の上部に対して軸受１０６を介して回転可能に設置されている。タワー１０２の上部には、内周に内歯が形成されたリングギア１０７が固定されている。リングギア１０７の歯は、その内周に設けられた内歯に限らず、その外周に設けられた外歯であってもよい。各図面において、リングギア１０７の各歯の図示は省略されている。

複数の駆動装置１０は、図４及び図５に示すように、相対的に回転移動するナセル１０３（第１構造体）及びタワー１０２（第２構造体）のうち、ナセル１０３に設けられている。各駆動装置１０は、タワー１０２に設けられるリングギア１０７の歯と噛み合う駆動ギア２４ａを有する。各駆動装置１０は、図６に示すように、後述のモータ駆動部及びモータ制動部を含む電動機２３と、当該電動機２３（特にモータ駆動部）からの動力が伝達される減速部２５とを具備する。モータ駆動部は駆動力（回転動力）を出力し、モータ制動部はこのモータ駆動部を制動してモータ駆動部から出力される駆動力（回転動力）を低減することができる。なお、ここで用いる「制動」は広義に解釈され、止まっているものの停止状態を保持すること、及び、動いているものを制止することが、制動の定義に含まれる。

このような構成を有する各駆動装置１０の駆動により、風車１０１の可動部分の一方であるナセル１０３（第１構造体）を、風車１０１の可動部分の他方であるタワー１０２（第２構造体）に対して回転させることができる。特に、風車に含まれる複数の駆動装置１０を同期して動作させることで十分な大きさの駆動力が確保され、重量物であるナセル１０３をタワー１０２に対して適切に回動させることができる。各駆動装置１０は、後述の制御装置１１０（制御手段；図９参照）から電動機２３（モータ駆動部及びモータ制動部）に送られる制御信号に基づいて動作する。なお、この複数の駆動装置１０が、まとまって、駆動装置ユニットを構成している。また、駆動装置ユニット、制御手段１１０及び後述する状態量検出部８０によって、風車駆動システム５が構成されている。

図５に示すように、リングギア１０７は、円周状に形成され、中心軸線Ｃｍを有する。ナセル１０３は、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍを中心として回転する。図示された例において、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍは、タワー１０２の長手方向と一致している。以下では、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍと平行な方向を、単に、「軸方向ｄｌ」とも呼ぶ。

図示された風車１０１では、図５に示すように、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍを中心として回転対称に配置された一対の駆動装置群が設けられている。各駆動装置群は、３つの駆動装置１０を含んでいる。図示された例では、一対の駆動装置群に含まれる合計６つの駆動装置１０が、駆動装置ユニット９を構成している。駆動装置本体２０は、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍを中心とする円周ｃｌ１（図５参照）に沿って配置される。各駆動装置群に含まれる３つの駆動装置１０は、円周ｃｌ１に沿って、一定の間隔をあけて配列されている。

各駆動装置１０は、ナセル１０３に固定された駆動装置本体２０を有する。各駆動装置１０は、図７に示すように、駆動装置本体２０のフランジ２２に形成された貫通孔２２ａを通過するようにして配置される締結具３０を介してナセル１０３（第１構造体）に固定されている。さらに、駆動装置１０は、駆動装置本体２０の異常を発見するための負荷センサ４０（図７参照）を有している。この負荷センサ４０は、後述のように各駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間における負荷（応力）を間接的に検出することができる。この負荷センサ４０の取り付け位置としては、駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間における負荷以外の外乱が作用しない場所或いは作用し難い場所が好ましい。図示された例において、負荷センサ４０は、締結具３０の状態の変化を計測するセンサとして機能する。締結具３０は、各駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間に発生する負荷（応力）に連動して状態を変化させる。図示された負荷センサ４０は、締結具３０に接触するようにして配置されているが、負荷センサ４０が、ケースに配置され、ケースの状態変化を監視するようにしてもよい。

図６に示すように、駆動装置本体２０は、リングギア１０７と噛み合う駆動ギア２４ａを有する出力軸２４と、出力軸２４を回転可能に保持するケース２１と、ケース２１に固定された電動機２３と、を具備する。また駆動装置本体２０は、ケース２１内に収容された減速部２５であって、電動機２３と出力軸２４とを連結する減速部２５をさらに具備する。減速部２５は、電動機２３からの入力（回転動力）を減速しつつトルクを増大して出力軸２４に伝達する。このような減速部２５の具体的な構成は特に限定されないが、典型的には、偏心揺動歯車型の減速機構、遊星歯車型の減速機構、或いは偏心揺動歯車型と遊星歯車型とが組み合わされた減速機構を減速部２５において採用することができる。

減速部２５から離間する側となる出力軸２４の端部はケース２１から延出し、出力軸２４のこの延出部分に駆動ギア２４ａが形成されている。図４及び図７に示すように、出力軸２４は、ナセル１０３の底部１０３ａに形成された貫通穴１０３ｂを貫通し、リングギア１０７と噛み合っている。駆動ギア２４ａはリングギア１０７に応じた形状を有する。一例として、駆動ギア２４ａは、リングギア１０７の内歯と噛み合う外歯を有するピニオンギアとして形成することができる。駆動装置１０は、出力軸２４の回転軸線Ｃｒと一致する長手方向軸線を有する。駆動装置１０がナセル１０３に固定された状態において、出力軸２４の回転軸線Ｃｒは風車１０１の軸方向ｄｌと平行となる。

ケース２１は、図６に示すように筒状に形成され、図７に示すようにその長手方向軸線が回転軸線Ｃｒ上に位置するように配置される。ケース２１は、回転軸線Ｃｒに沿った両端において開口している。出力軸２４の駆動ギア２４ａは、タワー１０２側のケース２１の開口から露出している。タワー１０２とは反対側のケース２１の開口に、電動機２３が取り付けられている。またケース２１はフランジ２２を有し、本例のフランジ２２は、図５に示すように環状に形成され、出力軸２４の回転軸線Ｃｒを中心とする円周ｃｌ３に沿って延在する。図６及び図７に示すように、フランジ２２には、軸方向ｄｌへ延在する貫通孔２２ａが形成されている。貫通孔２２ａは、出力軸２４の回転軸線Ｃｒを中心とする円周ｃｌ３上に多数形成されている。図示された例において、１２個の貫通孔２２ａが形成されている。

締結具３０は、駆動装置本体２０のフランジ２２に形成された貫通孔２２ａを通過して、フランジ２２を貫通している。図７に示す例において、締結具３０は、ボルト３０ａ及びナット３０ｂを有する。ボルト３０ａは、駆動装置本体２０のフランジ２２及びナセル１０３の底部１０３ａを貫通する。ナット３０ｂは、タワー１０２の側からボルト３０ａに螺合する。ボルト３０ａ及びナット３０ｂの組み合わせによって構成される締結具３０は、駆動装置本体２０の貫通孔２２ａ毎に設けられている。図示の例では、各駆動装置本体２０が、１２個の締結具３０によって、１２箇所でナセル１０３に取り付けられている。

なお、締結具３０は図示された例に限られない。例えば、ナット３０ｂを用いることに代えて、ボルト３０ａの雄ねじと螺合可能な雌ねじが、ナセル１０３の貫通穴に形成されていてもよい。この場合、締結具３０はボルト３０ａによって構成され、ボルト３０ａの雄ねじがナセル１０３の貫通穴の雌ねじに噛み合うことで、駆動装置本体２０をナセル１０３に固定することができる。

負荷センサ４０は、締結具３０の状態の変化を計測し、締結具３０に作用する力量を直接的又は間接的に測定することができる。具体的には、負荷センサ４０は、締結具３０に負荷される荷重、締結具３０のナセル１０３に対する変位、及び、締結具３０のナセル１０３に対する相対位置の一以上を計測する既知のセンサによって構成されうる。図示された例では、軸力覚センサが負荷センサ４０として用いられ、締結具３０にかかる特定の方向への荷重（軸力）を計測することができる。その他の例として、磁気センサや光電センサを負荷センサ４０として用いることにより、締結具３０の位置及び変位を非接触にて計測することが可能となる。

締結具３０は、各駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間に発生する負荷（応力）に連動して状態を変化させる。したがって、締結具３０の状態変化を負荷センサ４０によって監視することで、駆動ギア２４ａとリングギア１０７との噛み合い部に発生する負荷（応力）の大きさを評価することができる。

図７に示すように、負荷センサ４０は、治具４９を用いて、可動部分の一方、すなわちナセル１０３に対して固定して保持されている。負荷センサ４０を構成する軸力覚センサは、締結具３０を構成するボルト３０ａの頭部に当接する。ただし、この例に限られず、負荷センサ４０が、図７に二点鎖線で示すようにボルト３０ａの頭部とは逆側の先端部に当接してもよいし、負荷センサ４０がナット３０ｂに当接してもよい。また、負荷センサ４０は、ナセル１０３とケース２１とを締結している締結ボルトにかかる負荷を検出してもよい。

負荷センサ４０は、後述の制御装置１１０（図９参照）に電気的に接続され、負荷センサ４０から出力される計測結果に関する電気信号は、制御装置１１０に送信される。制御装置１１０が、負荷センサ４０から出力される電気信号を監視することにより、締結具３０にかかる荷重の変化や締結具３０の変位を把握することが可能となる。制御装置１１０は、負荷センサ４０での計測結果に基づき、駆動装置１０等の風車１０１の各種の構成要素を制御することができる。

次に、電動機２３について説明する。図示された例において、電動機２３は、モータ駆動部４８及びモータ制動部５０を有している。ここで、図８は、電動機２３の一部断面を模式的に示す図である。モータ制動部５０は、駆動ギア２４ａに伝達される回転を制動する制動機構である。しかしながら、後述するように、駆動装置本体２０は、モータ制動部５０に代えて又はモータ制動部５０に加えて、駆動ギア２４ａに伝達される回転または駆動ギア２４ａから出力される回転を制動可能な種々の形態の制動機構を有することができる。

モータ駆動部４８及びモータ制動部５０を具備する電動機２３は駆動装置１０毎に設けられ、１つのモータ駆動部４８に対して１つのモータ制動部５０が取り付けられる。モータ駆動部４８は、制御装置１１０（図９参照）からの指令に基づいて、駆動軸４８ａの回転数を制御可能な任意の装置によって構成可能である。図示されたモータ制動部５０は、制御装置１１０（図９参照）からの指令に基づいて、モータ駆動部４８の駆動軸４８ａの回転を制動し、或いは、駆動軸４８ａの制動を解除する電磁ブレーキとしての機構を有する。駆動軸４８ａの回転が制動されている状態では、駆動軸４８ａの回転数が低減され、最終的には駆動軸４８ａの回転を完全に停止することができる。一方、駆動軸４８ａの制動が解除されている状態では、駆動軸４８ａは、モータ制動部５０によって制動されることなく、基本的には、モータ駆動部４８に供給される電力に応じた本来の回転数によって回転することができる。モータ駆動部４８の駆動軸４８ａからの駆動力（回転動力）は、減速部２５を介して出力軸２４に伝達される。

本例のモータ制動部５０は、モータ駆動部４８のカバー７２のうち減速部２５とは反対側の端部に取り付けられており、ハウジング５１、摩擦板５６、アーマチャ５７、弾性部材５５、電磁石５３及び第１摩擦板連結部７７等を有する。ハウジング５１は、摩擦板５６、アーマチャ５７、弾性部材５５、電磁石５３及び第１摩擦板連結部７７等を収納する構造体であり、モータ駆動部４８のカバー７２に固定されている。摩擦板５６は、第１摩擦板連結部７７を介してモータ駆動部４８の駆動軸４８ａに連結されている。摩擦板５６の貫通孔には、駆動軸４８ａの一方の端部が貫通した状態で配置されている。

本例の第１摩擦板連結部７７は、スプライン軸７７ａ及びスライド軸７７ｂを有する。スプライン軸７７ａは、キー部材（図示省略）によるキー結合とストッパリング７７ｃによる係合とによって、駆動軸４８ａの一方の端部の外周に対して固定されている。スライド軸７７ｂは軸方向へスライド移動可能にスプライン軸７７ａに対して取り付けられている。また第１摩擦板連結部７７には、スプライン軸７７ａに対するスライド軸７７ｂの軸方向の位置を所定の位置に位置決めするバネ機構（図示省略）が設けられている。スライド軸７７ｂにおけるフランジ状の部分の外周の縁部には摩擦板５６の内周が固定されており、摩擦板５６はスライド軸７７ｂと一体に結合されている。

上記の構成を有するモータ制動部５０において、駆動軸４８ａが回転すると、スプライン軸７７ａ、スライド軸７７ｂ及び摩擦板５６も駆動軸４８ａとともに回転する。後述の電磁石５３が励磁された状態では、駆動軸４８ａ及びスプライン軸７７ａに対して軸方向にスライド移動可能に保持されたスライド軸７７ｂ及び摩擦板５６は、バネ機構により、スプライン軸７７ａの軸方向に関して所定位置に位置決めされている。この所定位置に配置されている摩擦板５６は、後述のアーマチャ５７及び摩擦板５８から離間している。

アーマチャ５７は、摩擦板５６に対して当接可能に設けられ、摩擦板５６に当接することで駆動軸４８ａの回転を制動する制動力を発生させる部材として設けられている。また本例では、モータ駆動部４８のカバー７２の一方の端部のうち摩擦板５６に対向する箇所において、摩擦板５８が設けられている。摩擦板５８は摩擦板５６と当接可能な位置に設置されている。

弾性部材５５は、後述する電磁石５３の電磁石本体５３ａに保持され、アーマチャ５７を電磁石５３側から摩擦板５６側に向かって付勢する。特に本例の複数の弾性部材５５は、電磁石本体５３ａにおいて、駆動軸４８ａを中心とした同心円状に内周側及び外周側の２つの配列で周方向に配置されている。なお、上述の弾性部材５５の配置形態は例示に過ぎず、弾性部材５５は他の配置形態をとってもよい。

電磁石５３は、電磁石本体５３ａ及びコイル部５３ｂを含み、アーマチャ５７を磁力によって引き付けることによりアーマチャ５７を摩擦板５６から離間させる。電磁石本体５３ａは、アーマチャ５７に対向する側とは反対側の端部において、ハウジング５１に固定されている。電磁石本体５３ａには、アーマチャ５７に向かって開口する複数の弾性部材保持穴５３ｃが設けられており、これらの弾性部材保持穴５３ｃの各々に弾性部材５５が配置される。コイル部５３ｂは、電磁石本体５３ａの内部に設置され、電磁石本体５３ａの周方向に配置されている。コイル部５３ｂへの電流の供給及び遮断は、制御装置１１０の指令に基づいて行われる。

例えばモータ制動部５０による駆動軸４８ａの制動の解除が行われる際には、制御装置１１０の指令に基づいて、コイル部５３ｂへ電流が供給されて電磁石５３は通電される。電磁石５３が通電されて励磁された状態になると、電磁石５３において発生した磁力によって、アーマチャ５７がコイル部５３ｂに引き付けられる。このときアーマチャ５７は、複数の弾性部材５５の弾性力（バネ力）に抗して、電磁石５３に引き付けられる。これにより、アーマチャ５７が摩擦板５６から離間し、駆動軸４８ａの制動が解除される。したがって、電磁石５３が励磁されて駆動軸４８ａの制動が解除された状態では、アーマチャ５７は電磁石本体５３ａに当接した状態となる。

一方、モータ制動部５０による駆動軸４８ａの制動が行われる際には、制御装置１１０の指令に基づいて、コイル部５３ｂへの電流の供給が遮断されて電磁石５３は消磁される。電磁石５３が消磁された状態になると、複数の弾性部材５５の弾性力によってアーマチャ５７が摩擦板５６に向かって付勢され、アーマチャ５７が摩擦板５６に当接する。これにより、アーマチャ５７と摩擦板５６との間で摩擦力が生じ、駆動軸４８ａの回転が制動される。なお図８は、電磁石５３が消磁された状態であり、駆動軸４８ａの回転が制動されている状態を示す。

また、電磁石５３が消磁されて駆動軸４８ａが制動された状態では、摩擦板５６は、アーマチャ５７から作用する付勢力によって、摩擦板５８にも当接している。したがって電磁石５３が消磁されると、摩擦板５６は、複数の弾性部材５５からの付勢力によって、アーマチャ５７と摩擦板５８との間で挟み込まれた状態となる。これにより、アーマチャ５７と摩擦板５６との間で生じる摩擦力と、摩擦板５６と摩擦板５８との間で生じる摩擦力とによって、駆動軸４８ａの回転が制動される。

さらに、図示された例において、制動機構の動作を監視する制動機構センサ８３が、設けられている。図８に示された例において、制動機構センサ８３は、アーマチャ５７の軸方向ｄｌに沿った位置を監視する。制動機構センサ８３を用いてアーマチャ５７の軸方向ｄｌに沿った位置を監視することで、モータ制動部５０が、制御装置１１０からの制御に従って、動作しているか否かを判断することができる。

図８に示された制動機構センサ８３は、アーマチャ５７に取り付けられた被検出部８３ｂと、軸方向ｄｌと平行な方向における被検出部８３ｂの位置及び変位量を検出する検出部８３ａと、を有している。本例の被検出部８３ｂは、永久磁石として設けられ、アーマチャ５７に固定されており、特にアーマチャ５７の外周部のうち電磁石５３側部分に取り付けられている。検出部８３ａは、アーマチャ５７とともに変位する被検出部８３ｂの位置及び変位量を検出可能なセンサとして設けられている。すなわち検出部８３ａは、駆動軸４８ａの回転軸線Ｃｒと平行な方向に関する被検出部８３ｂの位置及び変位量を検出することで、駆動軸４８ａの回転軸線Ｃｒと平行な方向におけるアーマチャ５７の位置及び変位量を検知することができる。図示された検出部８３ａは、永久磁石である被検出部８３ｂによってもたらされる磁場（磁界）の強さ及び方向を計測する磁気センサとして設けられ、ハウジング５１の内壁に固定されている。検出部８３ａは、被検出部８３ｂによってもたらされる磁場（磁界）の強さ及び方向を計測することで、被検出部８３ｂの位置及び変位量を検出する。したがって検出部８３ａは、駆動軸４８ａの回転軸線Ｃｒと平行な方向に関し、被検出部８３ｂに対応する位置で、ハウジング５１に固定されることが好ましい。

以上のような構成からなる風車１０１において、何らかの理由により、駆動装置本体２０の駆動ギア２４ａ及びリングギア１０７との噛み合い部に大きな力が発生してしまうことがある。例えば、一つの駆動装置の駆動ギアの回転が故障等により規制されている状態で、他の駆動装置から駆動力が出力されると、当該駆動力がいずれかの駆動装置１０の噛み合い部に外力として作用し、当該噛み合い部に過大な負荷が発生し得る。また、突風が吹いた場合や、駆動装置１０の動作開始時に強風を受けた場合等にも、いずれかの駆動装置１０の噛み合い部に過大な負荷が発生し得る。噛み合い部に生じた過大な負荷は、駆動ギア２４ａや減速部２５等の破損を引き越し、駆動装置本体２０の修理や交換が必要となる。また、噛み合い部への過大な負荷は、リングギア１０７やリングギア１０７周囲の破損も引き起こす。リングギア１０７及びその周囲が破損した場合、大規模な修復工事が必要となり、長期間にわたって風車の操業を停止することになる。このような不具合に対処するため、噛み合い部に過大な負荷が生じた場合には、風車での発電を中止して原因の調査及び修復を行うことも有効と考えられる。

しかしながら、噛み合い部に負荷を生じさせる原因には、一過性とも言える原因も含まれる。例えば、突風のみで過負荷が生じている場合、時間の経過にともなって過負荷は取り除かれる。このような場合、噛み合い部に生じた負荷を低下させる処置を行った方がよいが、風車１０１の操業を停止して調査及び何らかの修復を行う必要性は無い。その一方で、一過性の原因により過負荷が生じている場合にも、風車１０１の操業を停止することは、風車１０１の稼働率を大きく低下させることに繋がる。この点を考慮して、ここで説明する風車駆動システム５では、風車の可動部分に過大な負荷が検出された場合における風車１０１をなす各部への制御を工夫し、駆動装置本体２０及びリングギア１０７の破損を効果的に防止しながら、風車１０１の稼働率を効果的に改善することを可能にした。

以下、駆動装置本体２０及びリングギア１０７の破損を効果的に防止しながら風車１０１の稼働率を効果的に改善することを可能にする制御手法を説明する。

図９は、制御装置１１０の機能構成を説明するためのブロック図である。本例では上述の負荷センサ４０を状態量検出部（状態量検出手段）８０として利用する。制御装置１１０は、複数の駆動装置１０（本例では６個の駆動装置１０）に設けられた負荷センサ４０の各々から検出結果を受信し、各駆動装置１０に設けられたモータ駆動部４８及びモータ制動部（制動機構）５０を制御するための制御信号を出力することができる。なお制御装置１１０の設置位置は特に限定されず、風車１０１を構成する各要素（例えばタワー１０２、ナセル１０３、ロータ１０４或いはブレード１０５等）と一体的に設けられてもよいし、これらの要素とは別体に設けられてもよい。

状態量検出部８０は各駆動装置１０に設けられており、それぞれの状態量検出部８０は、対応の駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間における負荷を直接的又は間接的に検出する。状態量検出部８０は任意のセンサ類によって構成可能であり、本例では上述の負荷センサ４０が状態量検出部８０として機能する。すなわち負荷センサ４０（状態量検出部８０）によって締結具３０に作用する力量を測定することによって「駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間に発生する負荷」が検出され、検出結果がそれぞれの負荷センサ４０から制御装置１１０に送られる。

なお状態量検出部８０は、締結具３０の状態量を検出する負荷センサ４０には限定されず、「駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間に発生する負荷」の大きさに応じて変動する任意の状態量を検出することができるセンサ類によって構成可能である。例えば減速部２５に作用する力量を測定することが可能なセンサ（例えば減速部２５に生じる歪みを検出するセンサ）を各駆動装置１０の減速部２５に設置し、当該センサを状態量検出部８０として利用することで「駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間に発生する負荷」を検出することも可能である。また、状態量検出部８０が、電動機２３の制御電流を監視するセンサを含むようにしてもよい。

一方、制御装置１１０は、ナセル１０３の向きやブレード１０５のピッチ角θｐを調整するための制御を行う。例えばナセル１０３の向きを調整するため、制御装置１１０は、任意の手法で、モータ駆動部４８やモータ制動部５０の動作を制御することが可能となっている。さらに、各駆動装置１０のモータ駆動部４８の駆動軸４８ａが回転している場合、制御装置１１０は、各モータ駆動部４８から出力される回転数やトルクを調整することが可能となっていてもよい。例えば、モータ駆動部４８に供給する電気の周波数や電圧をインバータにより変えることによって、直接的にモータ駆動部４８の回転数やトルクの調整を行うことができる。

次に、制御装置１１０を用いた制御処理フローの一例について説明する。

まず、図１０を参照して、駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間となる噛み合い部に過大な負荷が生じた場合の制御処理フローの概略について説明する。

図１０は、制御処理フローの一例を示す図である。本例では、まず、状態量検出部８０を用いた負荷監視における負荷異常の有無が判断される（図１０のＳ１１）。負荷異常の有無は、種々の方法にて評価され得る。図示された例では、制御装置１１０によって、各状態量検出部８０をなす負荷センサ４０の検出結果から、噛み合い部に発生した負荷が所定の許容範囲内にあるか否かが判定される。「許容範囲」は具体的な装置構成に応じて適宜設定可能であり、各駆動装置１０やリングギア１０７の破損等の不具合を有効に回避することが可能な状態量に基づいて「許容範囲」を個別的に決めることが可能である。

そして、噛み合い部に発生した負荷が所定の許容範囲内であって、負荷異常が存在しないと判断された場合（Ｓ１１の「無」）、制御装置１１０は、負荷低下処理を行わない。この場合、例えば定期的に、状態量検出部８０を用いた負荷監視における負荷異常の有無の判断（図１０のＳ１１）が実施される。

一方、噛み合い部に発生した負荷が所定の許容範囲外であって、負荷異常が存在すると判断された場合（Ｓ１１の「有」）、制御装置１１０は、負荷を低下させる制御（図１０のＳ１２）を行う。負荷異常が生じた状態では、駆動装置１０の駆動ギア２４ａの破損や、リングギア１０７及びその周囲の破損の危険性が存在する。駆動装置１０やリングギア１０７等の破損を回避するため、制御装置１１０での制御により、負荷低下処理を行う。負荷低下処理は、駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との噛み合い部に発生する負荷を減少させる或いは負荷を全く無くすための処理である。負荷低下処理の詳細については、図１１を参照しながら後述する。

なお、上述したように、いずれかの駆動装置１０の駆動ギア２４ａから出力される駆動力が、他の駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との噛み合い部に生じる過負荷の原因となり得る。したがって、いずれか一つの駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との噛み合い部に過負荷が生じた場合、当該駆動装置１０とリングギア１０７を共有する他の駆動装置１０に対しても同様に負荷低下処理が及ぼされることが好ましい。

負荷低下処理により噛み合い部の負荷を低下させることで、駆動装置１０の駆動ギア２４ａの破損やリングギア１０７及びその周囲の破損の危険性が低減される。図１１に示すように、負荷低下処理がなされた後、制御装置１１０は、駆動装置１０を試験動作させる制御を行い、試験動作時における異常の有無を確認する（図１１のＳ１３）。試験動作処理の詳細については、図１２及び図１３を参照しながら後述する。

試験動作時に異常が確認された場合（Ｓ１３の「有」）、一過性では無い問題が生じている可能性がある。この場合には、例えば、風車１０１による発電を停止する等して、問題の特定および問題の解決が実施される。一方、試験動作時に異常が確認されなかった場合（Ｓ１３の「無」）、過負荷の原因が一過性であった可能性がある。そこで、状態量検出部８０を用いた負荷監視における負荷異常の有無の判断（図１０のＳ１１）が再度実施される。

以上の制御処理フローによれば、状態量検出部８０が異常を検出した場合、制御装置１１０は、負荷を低下させる制御をいったん行い、その後、複数の駆動装置１０を試験動作させる制御を行って異常の有無を確認する。すなわち、異常の検出後、即座に、風車１０１の発電を停止しないが、その一方で、負荷低下処理により、駆動装置１０の破損、並びに、リングギア１０７及びその周囲の破損の可能性を低減する。その後、噛み合い部での負荷を低下させる処理を行った状態での駆動装置１０の試験動作により、負荷異常の原因が一過性のものであるか否かを判断することが可能となる。したがって、噛み合い部での破損を効果的に回避しながら、風車の稼働率を効果的に改善することができる。

次に、図１１を参照しながら、制御装置１１０によって実施される負荷低下処理について説明する。負荷低下処理は、状態量検出部８０が噛み合い部の負荷異常を検出した際に実施される処理であり、噛み合い部の負荷を低下または負荷を無くすための処理である。

図１１に示された例では、まず、駆動装置１０が駆動力を出力中であるか否かを判断する（図１１のＳ２１）。言い換えると、駆動装置１０が動作している否かを判断する。図示された例においては、駆動装置１０の電動機２３に電圧印加されているか否かを判断するようにしてもよい。

駆動装置１０が駆動力を出力している場合（図１１のＳ２１の「Ｙ」）には、制御装置１１０は、駆動装置１０の駆動ギア２４ａからリングギア１０７への駆動力の出力を停止するよう、駆動装置１０を制御する（図１１のＳ２２）。例えば、一つの駆動装置１０の駆動ギア２４ａの回転が故障等により規制されている状態で、他の駆動装置から駆動力が出力されると、当該駆動力がいずれかの駆動装置１０の噛み合い部に外力として作用し、当該噛み合い部に過大な負荷が発生し得る。したがって、駆動装置１０の駆動ギア２４ａからリングギア１０７への駆動力の出力を停止することで、いずれかの駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間の噛み合い部に発生した過大な負荷を効果的に削減または取り除くことができる。

また、図示された例では、駆動装置１０が駆動力を出力している場合（図１１のＳ２１の「Ｙ」）、制御手段１１０は、モータ制動部（制動機構）５０が回転制動を行うよう、モータ制動部（制動機構）５０を制御する。言い換えると、制御装置１１０は、モータ制動部５０が制動力を出力するよう、当該モータ制動部５０を制御する。モータ制動部５０が制動力を出力することで、駆動装置１０の駆動ギア２４ａから駆動力が出力されることを効果的に停止することができる。これにより、駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間の噛み合い部に発生する負荷を効果的に削減または取り除くことができる。また、ブレード１０５が受ける風力は、ナセル１０３を回転させるように作用する。そして、突風がナセル１０３を回転させる外力として作用すると、リングギア１０７と駆動ギア２４ａとの噛み合い部に負荷が発生する。モータ制動部（制動機構）５０が制動力を出力してナセル１０３のタワー１０２に対する回転を停止させるように働くことで、噛み合い部に発生する負荷を効果的に低減することができる。

なお、駆動装置１０が駆動力を出力中であるか否かの判断（図１２のＳ２１）、駆動力の出力を停止する制御、及び、制動力を出力する制御は、風車１０１の一つの可動部分に組み込まれる複数の駆動装置１０の全てに対して順に又は同時に実施される。

一方、駆動装置１０が駆動力の出力を停止している場合（図１１のＳ２１の「Ｎ」）には、状態量検出部８０を用いた負荷監視における負荷異常の有無が判断される（図１１のＳ２３）。この処理は、前述した図１０の処理Ｓ１１と同様に実施される。図示された例では、各状態量検出部８０が、対応する駆動装置１０の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との噛み合い部に発生する負荷が許容範囲外となる負荷異常の有無を監視する。

制御装置１１０が、状態量検出部８０での検出結果から負荷異常が存在すると判断した場合（Ｓ２３の「有」）、駆動装置１０が、ブレード１０５のピッチ各θｐを調節する（図１１のＳ２４）。

前述のように、ブレード１０５が受ける風力は、ロータ１０４側が風下を向き且つロータ１０４の回転軸線が風向きに沿うように、ナセル１０３とタワー１０２との可動部分に作用する。その一方で、風車１０１の稼働時に、ロータ１０４側が風上を向き且つロータ１０４の回転軸線が風向きに沿うようにして、ナセル１０３が位置決めされる。すなわち、発電中の風車１０１は、風力からロータ１０４を回転させる外力を受けるとともに、ナセル１０３を１８０°回転させる外力も受ける。

また、図２及び図３に示すように、ロータの回転軸線に対してブレード１０５の面がなす角度をピッチ角θｐとすると、このピッチ角θｐが大きくなると、ブレード１０５は風力を効率的に受ける。一方、ピッチ角θｐが小さくなると、ブレード１０５が受ける風力を弱めることができ、ピッチ角θｐが最小となるフェザリングの状態において、ブレード１０５が受ける風力は最も弱くなる。したがって、ピッチ角θｐが小さくなるようにブレード１０５をロータ１０４に対して回転させることで、ナセル１０３をタワー１０２に対して回転させようとする力が弱くなり、これにともなって、噛み合い部に発生する負荷を効果的に低減させることができる。

図１１に示された例では、ピッチ角を調節した後、再度、状態量検出部８０を用いた負荷監視における負荷異常の有無が判断される（図１１のＳ２３）。駆動装置１０からの駆動力が停止されている場合、ピッチ角θｐが最小となるフェザリング状態まで調節すると、噛み合い部の負荷は、通常であれば十分小さくなり、負荷異常は解消される（Ｓ２３の「無」）。負荷異常が解消されることで、負荷低下処理が終了する。

なお、ピッチ角θｐは、一回の調節において所定の角度だけ減少させ、負荷異常が解消されなければピッチ角θｐを所定角度だけ再度減少させるようにしてもよい。ピッチ角θｐの減少は、負荷の低減という観点からは好ましい反面、ブレード１０５が風力から受ける回転力の減少を引き起こす。すなわち、ピッチ角θｐの減少は、発電効率の低下に繋がる。風車１０１を稼働しながら、ここで説明する制御処理が行われる場合、ピッチ角θｐを所定の角度ずつ減少させていくことで、噛み合い部に生じた負荷を必要以上に低下させることなく、発電を持続することができる。

また、以上に説明した負荷低下処理では、ピッチ角θｐの調節に先立って、駆動装置１０による駆動力の出力停止およびモータ制動部（制動機構）５０による制動力の出力が実施される。つまり、駆動力の出力停止および制動力の出力では、負荷を十分に低減できなかった場合にだけ、発電効率の低下を招くピッチ角θｐの調節を行うことになる。この点からも、噛み合い部に生じた負荷を必要以上に低下させることなく、発電を持続することができる。

なお、図１１に示された例において、負荷低下処理が、駆動装置１０による駆動力の出力停止、モータ制動部（制動機構）５０による制動力の出力、及び、ピッチ角θｐの調節を含んでいる例を示したが、これに限られない。負荷低下処理が、これらの一以上の処理が省略されてもよいし、他の処理を含むようにしてもよい。また、負荷低下処理において、これらの処理を行う順番についても変更可能であり、適宜設定することができる。

次に、図１２及び図１３を参照して、試験動作を行って異常の有無を判断する（図１０のＳ１３）際の制御処理フローの具体例について説明する。なお、図１２及び図１３は、互いに異なる試験動作処理を示している。図１２に示された試験動作処理の例において、制御装置１１０は、一つの可動部分に含まれる複数の駆動装置１０を順に試験動作させて異常の有無を確認している。一方、図１３に示された試験動作処理の例において、制御装置１１０は、一つの可動部分に含まれる複数の駆動装置１０を同時に試験動作させて異常の有無を確認している。

まず、図１２に示された試験動作処理の例について説明する。負荷低下処理（図１０のＳ１２）を実施した後、図１２に示された試験動作処理では、第１の処理として、モータ制動部（制動機構）５０の異常の有無を確認する（図１２のＳ３１）。図示された風車１０１では、制動機構センサ８３の検出結果を用いて、モータ制動部（制動機構）５０の異常の有無を判断することができる。制動機構センサ８３を用いることで、制動機構をなすモータ制動部５０が、アーマチャ５７の固着等の理由により、動作不良を起こしている異常状態を検出することができる。

例えば、制御装置１１０が制動力の出力を停止する制御を行っているにもかかわらず、モータ制動部（制動機構）５０が制動力を出力した状態に維持されることもある。このようなモータ制動部５０の動作異常が生じた場合、当該駆動装置１０の駆動ギア２４ａの回転が拘束される。この結果、リングギア１０７と駆動ギア２４ａとの噛み合いにより、タワー１０２に対するナセル１０３の回転も規制される。このとき、他の駆動装置１０から出力される駆動力や突風が外力となり、リングギア１０７といずれかの駆動ギア２４ａとの噛み合い部に過大な負荷が発生し得る。ただし、このようなモータ制動部５０の異常は、湿度や温度等の環境条件の変化やそれまでの使用状況等によって生じる可動部品の固着を原因とすることもある。そして、この固着は、モータ制動部５０を動作させるための制御信号の入切を繰り返すことで、簡単に解消されることもある。

そこで、モータ制動部（制動機構）５０の動作異常が確認された場合（Ｓ３１の「有」）、制御装置１１０は、モータ制動部５０を動作させるための制御を行う（図１２のＳ３２）。具体的には、制御装置１１０は、モータ制動部５０が制動力を出力する状態から制動力の出力を停止する状態に動作するための制御を行う、或いは、モータ制動部５０が制動力の出力を停止した状態から制動力を出力する状態に動作するための制御を行う。このような試験動作を試みることによって、軽微な固着が解消され、異常が生じていたモータ制動部５０が正常に動作するようになることもある。このため、図１２に示された試験動作処理では、モータ制動部（制動機構）５０を動作させる制御を実施し、その後、モータ制動部（制動機構）５０の動作異常を再度確認する。

また、モータ制動部５０を動作させるための制御を行った後、都度、モータ制動部５０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過しているか否かを確認する（図１２のＳ３３）。モータ制動部５０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過した場合（Ｓ３３の「Ｙ」）、負荷異常を引き起こす何らかの対処すべき異常が存在すると判断する。このとき、非一過性の異常が存在すると判断して何らかの対処が実施される（図１０のＳ１４）。例えば、各駆動装置１０の駆動軸４８ａと駆動ギア２４ａとの連動が、クラッチ等の遮断手段により遮断されるようにしてもよい。

一方、モータ制動部（制動機構）５０の異常が存在しないと判断された場合（Ｓ３１の「無」）、制御装置１１０は、駆動装置１０を動作させるための制御を行う（図１２のＳ３４）。すなわち、制御装置１１０は、試験動作させるように駆動装置１０を制御する。具体的には、制御装置１１０は、駆動装置１０が駆動力の出力を停止した状態から駆動力を出力するように動作するための制御を行う。

なお、駆動装置１０の試験動作を行う際、負荷異常の原因が解消されていない可能性もある。したがって、駆動装置１０の試験動作によって、リングギア１０７と駆動ギア２４ａとの噛み合い部に過大な負荷が発生して駆動装置１０やリングギア１０７が破損することも考えられる。このような不具合を考慮して、制御装置１１０は、駆動ギア２４ａからリングギア１０７へ通常動作時よりも低トルクで駆動力を出力するよう、駆動装置１０を制御してもよい。或いは、制御装置１１０は、駆動ギア２４ａからリングギア１０７へ通常動作時よりも低回転数で駆動力を出力するよう、駆動装置１０を制御してもよい。このような制御により、試験動作を原因として駆動ギア２４ａやリングギア１０７が破損してしまうことを効果的に回避することができる。

駆動装置１０を動作させるための制御を行った後、制御装置１１０は、駆動装置１０の動作異常の有無を確認する（図１２のＳ３５）。例えば、制御装置１１０は、モータ駆動部４８の駆動軸４８ａや駆動ギア２４ａが所定量だけ動作（回転）できたか否かを確認する（図１２のＳ３５）。駆動装置１０の動作異常が確認された場合、駆動装置１０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過しているか否かを確認する（図１２のＳ３６）。駆動装置１０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過していない場合（図１２のＳ３６の「Ｎ」）には、再度、駆動装置１０を動作させるための制御が実施される。一方、駆動装置１０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過した場合（Ｓ３６の「Ｙ」）、負荷異常を引き起こす何らかの対処すべき異常が存在すると判断する。このとき、非一過性の異常が存在すると判断して何らかの対処が実施される（図１０のＳ１４）。

ところで、駆動ギア２４ａの歯とリングギア１０７の歯との間にはバックラッシュ（隙間）が存在する。したがって、複数の駆動装置１０の動作を開始させる際、駆動ギア２４ａの歯がリングギア１０７の歯に当接するまでに必要となる駆動ギア１０の回転量は、複数の駆動装置１０の間で相違し得る。そして、複数の駆動装置１０が動作を開始した直後、駆動ギア２４ａの歯がリングギア１０７の歯に最初に当接する一つの駆動装置１０からリングギア１０７へ動力が伝達され、この噛み合い部において、過大な負荷が発生し得る。このようにして生じ得る過大な負荷は、風車１０１に修復すべき故障等ではなく、複数の駆動装置１０の駆動ギア２４ａの動作ばらつきに起因するものである。複数の駆動装置１０を順に同一方向に少しずつ回転させていき、各駆動ギア２４ａの歯がリングギア１０７の歯に当接した状態としていくことで、負荷超過の原因を排除することができる。この観点から、試験動作時における駆動ギア２４ａの動作量（回転量）は、駆動ギア２４ａの歯の１ピッチ未満、さらには駆動ギア２４ａとリングギア１０７とのバックラッシュ量と同程度とすればよい。

以上のような図１２に示された試験動作処理の例では、制動機構の異常の有無の判断（図１２のＳ３１）及び制動機構を試験動作させる制御（図１２のＳ３２及びＳ３３）は、一つの可動部分に含まれる複数の駆動装置１０の各々に対して、順に実施していってもよいし或いは同時に実施していってもよい。一方、駆動機構を試験動作させる制御および試験動作時の動作異常の確認（図１２のＳ３４〜Ｓ３６）は、他の駆動装置１０の試験動作の影響を受けることから、一つの可動部分に含まれる複数の駆動装置１０の各々に対して、順に行っていく。

そして、一以上の駆動装置１０について、所定回数を超えるモータ制動部（制動機構）５０の試験動作制御の実施によってもモータ制動部（制動機構）５０の異常が解消されない場合（図１２のＳ３３の「Ｙ」）、或いは、所定回数を超える駆動装置１０の試験動作制御の実施によっても駆動装置１０の異常が解消されない場合（図１２のＳ３６の「Ｙ」）、負荷異常を引き起こす何らかの対処すべき異常が存在すると判断する（図１０のＳ１４）。一方、一つの可動部分に含まれる全ての駆動装置１０について、試験動作時に異常が確認されなかった場合（図１２のＳ３５の「無」）、試験動作処理において異常が発見されなかったと判断する（図１０のＳ１３の「Ｎ」）。この場合、それまでに検出された負荷異常の原因は一過性の原因であり既に排除されたもの判断して、再度、状態量検出部８０を用いた負荷監視での負荷異常の有無を確認する（図１０のＳ１１）。

次に、図１３を参照して、試験動作を行って異常の有無を判断する（図１０のＳ１３）際の制御処理フローの別の例について説明する。図１３に示された試験動作処理においても、先に説明した図１２に示された試験動作処理と同様に、制動機構の異常の有無の判断（図１３のＳ４１）、及び、制動機構を試験動作させる制御（図１３のＳ４２及びＳ４３）を実施する。これらの制御処理は、図１２に示された試験動作処理において説明した制動機構の異常の有無の判断（図１２のＳ３１）、及び、制動機構を試験動作させる制御（図１２のＳ３２及びＳ３３）と同様とすることができる。

図１３に示された例において、制動機構の異常の有無の判断（図１３のＳ４１）及び制動機構を試験動作させる制御（図１３のＳ４２及びＳ４３）は、風車１０１の一つの可動部分に含まれる複数の駆動装置１０の各々に対して、順に実施していってもよいし或いは同時に実施してもよい。そして、一以上の駆動装置１０について、所定回数を超えるモータ制動部（制動機構）５０の試験動作制御の実施によってもモータ制動部（制動機構）５０の異常が解消されない場合（図１３のＳ４３の「Ｙ」）、負荷異常を引き起こす何らかの対処すべき異常が存在すると判断する（図１０のＳ１４）。一方、すべての駆動装置１０について、モータ制動部（制動機構）５０の動作異常が存在しないと判断された場合（図１３のＳ４１の「無」）、駆動装置１０の試験動作が実施される。

このとき、制御装置１１０は、駆動装置１０を試験動作させるための制御を行う（図１３のＳ４４）。具体的には、制御装置１１０は、複数の駆動装置１０が駆動力の出力を停止した状態から駆動力を出力するように同時に動作するための制御を行う。この試験動作においても、図１２に示された例と同様に、制御装置１１０は、駆動ギア２４ａからリングギア１０７へ通常動作時よりも低トルクまたは低回転数で駆動力を出力するよう、駆動装置１０を制御してもよい。このような制御により、試験動作を原因として駆動ギア２４ａやリングギア１０７が破損してしまうことを効果的に回避することができる。

制御装置１１０は、複数の駆動装置１０を同時に試験動作させる制御を行った後、ナセル回転時の異常の有無を確認する（図１３のＳ４５）。例えば、制御装置１１０は、ナセル（一方の構造体）１０３がタワー（他方の構造体）１０２に対して所定量だけ動作することができたか否かを確認する。ナセル１０３の動作異常が確認された場合、駆動装置１０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過しているか否かを確認する（図１３のＳ４６）。駆動装置１０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過していない場合（図１３のＳ４６の「Ｎ」）には、再度、駆動装置１０を動作させるための制御が実施される。一方、駆動装置１０を動作させるための制御の実施回数が所定の回数を超過した場合（Ｓ４６の「Ｙ」）、負荷異常を引き起こす何らかの対処すべき異常が存在すると判断する。このとき、非一過性の異常が存在すると判断して何らかの対処が実施される（図１０のＳ１４）。

図１３に示された、複数の駆動装置１０を同時に試験動作によっても、すべての駆動装置１０の駆動ギア２４ａの歯がそれぞれリングギア１０７の歯に当接した状態とすることができる。したがって、複数の駆動装置１０の駆動ギア２４ａの動作ばらつきに起因して生じた負荷異常を、この試験動作によって解消することができる。また、ナセル（一方の構造体）１０３がタワー（他方の構造体）１０２に対して所定量だけ回転できたか否かを確認することで、この一過性の原因が解消されたか否かを判断することができる。このとき、確認すべきタワー１０２およびナセル１０３の相対動作量（回転量）は、駆動ギア２４ａの歯の１ピッチ未満、さらには駆動ギア２４ａとリングギア１０７とのバックラッシュ量と同程度とすることができる。

図１３に示された例において、複数の駆動装置１０の所定回数を超える試験動作制御の実施によっても駆動装置１０の異常が解消されない場合（図１３のＳ４６の「Ｙ」）、負荷異常を引き起こす何らかの対処すべき異常が存在すると判断する（図１０のＳ１４）。一方、複数の駆動装置１０によるナセル１０３の動作に異常が確認されなかった場合（図１３のＳ４５の「無」）、試験動作処理において異常が発見されなかったと判断する（図１０のＳ１３の「Ｎ」）。この場合、それまでに検出された負荷異常の原因は一過性の原因であり既に排除されたもの判断して、再度、状態量検出部８０を用いた負荷監視での負荷異常の有無を確認する（図１０のＳ１１）。

以上に説明してきたように、本実施の形態において、風車駆動システム５は、風車１０１の可動部分における一方の構造体１０３に設置され且つ風車１０１の可動部分における他方の構造体１０２に設置されたリングギア１０７と噛み合う駆動ギア２４ａをそれぞれ有する複数の駆動装置１０と、複数の駆動装置１０の各々の駆動ギア２４ａとリングギア１０７との間に発生する負荷を、駆動装置１０毎に監視する状態量検出手段（状態量検出部）８０と、状態量検出手段８０が負荷異常を検出した場合、負荷を低下させる制御を行う制御手段（制御装置）１１０と、を有している。このような本実施の形態によれば、制御手段１１０は、負荷異常が検出された場合、噛み合い部での負荷を低下させるよう風車１０１を制御する。したがって、異常の検出後、即座に、風車１０１の発電を停止することなく、駆動装置１０の破損、並びに、リングギア１０７及びその周囲の破損を効果的に回避することができる。これにより、風車１０１の稼働率を改善することができる。

また、本実施の形態において、状態量検出手段８０が負荷異常を検出した場合、制御手段１１０は、複数の駆動装置１０に含まれる全ての駆動装置１０の駆動ギア２４ａからリングギア１０７への出力を停止するよう、複数の駆動装置１０を制御する。駆動装置１０の噛み合い部への過大な負荷は、当該駆動装置１０から出力される駆動力や他の駆動装置１０から出力された駆動力を原因として発生することが多くある。例えば、一つの駆動装置１０の駆動ギア２４ａの回転が故障等により規制されている状態で、他の駆動装置１０から駆動力が出力されると、いずれかの駆動装置１０の噛み合い部において、過大な負荷が発生し得る。したがって、負荷異常が検出された際に全ての駆動装置１０の駆動ギア２４ａからリングギア１０７への駆動力の出力を停止することで、噛み合い部に発生した負荷を迅速且つ効果的に低下させることができる。

さらに、本実施の形態において、各駆動装置１０は、駆動ギア２４ａに伝達される回転または駆動ギア２４ａから出力される回転を制動する制動機構（モータ制動部）５０を含んでいる。状態量検出手段８０が負荷異常を検出した場合、制御手段１１０は、制動機構５０が回転制動を行うよう、制動機構５０を制御する。駆動装置１０の噛み合い部への過大な負荷は、他の駆動装置１０から出力された駆動力や突風を原因として発生することが多くある。したがって、制動機構５０が、駆動ギア２４ａに伝達される回転または駆動ギア２４ａから出力される回転を制動することで、噛み合い部に発生した負荷を効果的に低下させることができる。

さらに、本実施の形態において、状態量検出手段８０が負荷異常を検出した場合、制御手段１１０は、風車１０１に含まれるブレード１０５のピッチ角θｐを調節する。駆動装置１０の噛み合い部への過大な負荷は、風車１０１がそのブレード１０５を介して強風を受けたことを原因として発生することが多くある。そして、ブレード１０５のピッチ角θｐを調節することで、風車１０１が強風から受ける力を緩和することができる。したがって、ブレード１０５のピッチ角θｐを調節することで、噛み合い部に発生した負荷を効果的に低下させることができる。

さらに、本実施の形態において、状態量検出手段８０が負荷異常を検出した場合、制御手段１１０は、まず、複数の駆動装置１０に含まれる全ての駆動装置１０の駆動ギア２４ａからリングギア１０７への出力を停止するよう複数の駆動装置１０を制御する。複数の駆動装置１０の駆動ギア２４ａからリングギア１０７への駆動力の出力を停止することで、多くの場合、噛み合い部に発生した負荷を迅速且つ効果的に低下させることができる。その一方で、強風を主たる原因として噛み合い部に過大な負荷が発生している場合には、駆動装置１０からの駆動力停止だけでは、噛み合い部の負荷を十分に減少させることができないこともある。本実施の形態では、駆動ギア２４ａからリングギア１０７への出力停止では負荷異常が解消されなかった場合、制御手段１１０は、次に、風車１０１に含まれるブレード１０５のピッチ角θｐを調節し、噛み合い部に発生した負荷を効果的に低下させることを試みる。すなわち、本実施の形態では、噛み合い部への負荷低下処理として、まず駆動力の出力を停止し、それでも負荷を有効に低減できなかった場合に、発電効率に影響を与え得るピッチ角θｐを調節する。このため、風車１０１の稼働率を効果的に改善しながら、負荷低下による噛み合い部の破損を効果的に防止することができる。

さらに、本実施の形態において、状態量検出手段８０が異常を検出した場合、制御手段１１０は、負荷を低下させる制御をいったん行い、その後、複数の駆動装置１０を同時に又は順に試験動作させるよう制御する。このような本実施の形態によれば、負荷異常が検出された場合に、まず、噛み合い部での負荷を低下させる。そして、噛み合い部での負荷を低下させる操作を行った状態での駆動装置１０の試験動作により、負荷異常の原因が一過性のものであるか否かを判断することができる。この間、噛み合い部での負荷を低下させることで、駆動装置１０の破損、並びに、リングギア１０７及びその周囲の破損を効果的に回避しながら、風車１０１の稼働を維持することも可能となる。したがって、噛み合い部での破損を効果的に回避しながら、風車１０１の稼働率を効果的に改善することができる。

さらに、本実施の形態において、制御手段１１０は、試験動作として通常動作時よりも低トルクで駆動力を出力するよう、複数の駆動装置１０を制御する。駆動装置１０が低トルクで試験運転を行うことにより、噛み合い部に発生する負荷が急激に上昇することを効果的に回避しながら、負荷異常の原因が一過性のものであるか否かを判断することができる。したがって、噛み合い部での破損を効果的に回避しながら、風車１０１の稼働率を効果的に改善することができる。

さらに、本実施の形態において制御手段１１０は、同時に試験動作するよう複数の駆動装置１０を制御して、一方の構造体（ナセル）１０３および他方の構造体（タワー）１０２が、相対動作できたか否かを確認する。例えば低トルクで駆動装置１０を動作させながら、一方の構造体１０３および他方の構造体１０２が相対動作できたか否かを確認することで、過大な負荷を噛み合い部に発生させた原因が一過性であったか否かを判断することができる。したがって、噛み合い部での破損を効果的に回避しながら、風車１０１の稼働率を効果的に改善することができる。

さらに、本実施の形態において、制御手段１１０は、順に試験動作するよう複数の駆動装置１０を制御して、各駆動装置１０の駆動ギア２４ａが当該駆動ギア２４ａの歯の１ピッチ未満となる所定量だけ動作できたか否かを確認する。駆動ギア２４ａの歯とリングギア１０７の歯との間にはバックラッシュ（隙間）が存在する。したがって、複数の駆動装置１０の動作を開始させる際、駆動ギア２４ａの歯がリングギア１０７の歯に当接するまでの駆動ギア２４ａの回転量は、複数の駆動装置１０の間で相違し得る。そして、複数の駆動装置１０が動作を開始した直後、駆動ギア２４ａの歯がリングギア１０７の歯に最初に当接する一つの駆動装置１０からリングギアへ動力が伝達され、この噛み合い部において、過大な負荷が発生し得る。したがって、各駆動装置１０の駆動ギア２４ａが当該駆動ギア２４ａの歯の１ピッチ未満となる所定量だけ、低トルクや低回転速度にて、動作させることができたか否かを確認することで、過大な負荷を噛み合い部に発生させる一過性の原因に対処することができる。したがって、噛み合い部での破損を効果的に回避しながら、風車１０１の稼働率を効果的に改善することができる。

さらに、本実施の形態において、状態量検出手段８０が異常を検出した場合、制御手段１１０は、負荷を低下させる制御をいったん行い、その後、制動機構５０を試験動作させるよう制御する。環境条件の変化やそれまでの使用条件等によって、制動機構５０の動作部分が固着してしまうこともある。制動機構５０が意図せず回転制動を行っている状態で、駆動装置１０が駆動力を出力すると、当該駆動力がいずれかの駆動装置１０の噛み合い部に外力として作用し、過大な負荷を発生させ得る。その一方で、制動機構５０の固着は、制動機構５０を動作させるための制御信号の入切を繰り返すことで、解消されることもある。すなわち、状態量検出手段８０が異常を検出した場合、制御手段１１０が、負荷を低下させる制御をいったん行い、その後、制動機構５０を試験動作させるよう制御することで、噛み合い部に過大な負荷が作用し続けることを効果的に防止しながら、当該過大な負荷と原因となっていたかもしれない制動機構５０の動作不良を正常に戻すことができる。したがって、噛み合い部での破損を効果的に回避しながら、風車１１０の稼働率を効果的に改善することができる。

さらに、本実施の形態において、制御手段１１０は、試験動作として、まず制動機構５０が動作し、その後に駆動ギア２４ａからリングギア１０７へ駆動力を出力するよう、複数の駆動装置１０を制御する。本実施の形態によれば、駆動装置１０が駆動ギア２４ａから駆動力を出力する前に、制動機構５０の一過性の不具合を排除することができる。これにより、駆動装置１０から駆動力を出力することにともなって噛み合い部に発生する負荷が急激に上昇することを効果的に回避することができる。

なお、上述した一実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。以下の説明では、上述した一実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の一実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

例えば、上述した一実施の形態において、図１２及び図１３に示された試験動作処理において、制動機構を試験動作させる制御及び駆動装置を試験動作させる制御の両方を含む例を示したが、この例に限られない、制動機構を試験動作させる制御及び駆動装置を試験動作させる制御のいずれか一以上を省くとともに、他の試験動作を含むようにしてもよい。

また、上述した一実施の形態において、制動機構が、電動機２３に組み込まれモータ駆動部４８の駆動軸４８ａの回転を制動するモータ駆動部４８として構成されている例を示した。しかしながら、この例に限られず、制動機構は、減速部２５に含まれるいずれかの構成要素、出力軸２４および駆動ギア２４ａのうちの一以上の回転を制動する機構であってもよい。

５ 風車駆動システム
１０ 駆動装置
２０ 駆動装置本体
２１ ケース
２２ フランジ
２２ａ 貫通孔
２３ 電動機
２４ａ 駆動ギア
２４ 出力軸
２５ 減速部
３０ 締結具
３０ａ ボルト
３０ｂ ナット
４０ 負荷センサ
４８ モータ駆動部
４８ａ 駆動軸
４９ 治具
５０ モータ制動部
５１ ハウジング
５３ 電磁石
５３ａ 電磁石本体
５３ｂ コイル部
５３ｃ 弾性部材保持穴
５５ 弾性部材
５６ 摩擦板
５７ アーマチャ
５８ 摩擦板
７２ カバー
７７ 第１摩擦板連結部
７７ａ スプライン軸
７７ｂ スライド軸
７７ｃ ストッパリング
８０ 状態量検出部
８３ 制動機構センサ
８３ａ 検出部
８３ｂ 被検出部
１０１ 風車
１０２ タワー
１０３ ナセル
１０３ａ 底部
１０３ｂ 貫通穴
１０４ ロータ
１０５ ブレード
１０６ 軸受
１０７ リングギア
１１０ 制御装置

Claims (12)

1. 風車の可動部分における一方の構造体に設置され且つ前記風車の可動部分における他方の構造体に設置されたリングギアと噛み合う駆動ギアをそれぞれ有する複数の駆動装置と、
   前記複数の駆動装置の各々の前記駆動ギアと前記リングギアとの間に発生する負荷を、前記駆動装置毎に監視する状態量検出手段と、
   前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記負荷を低下させる制御を行う制御手段と、を備える、風車駆動システム。
2. 前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記複数の駆動装置に含まれる全ての駆動装置の前記駆動ギアから前記リングギアへの出力を停止するよう、前記複数の駆動装置を制御する、請求項１に記載の風車駆動システム。
3. 各駆動装置は、前記駆動ギアに伝達される回転または前記駆動ギアから出力される回転を制動する制動機構を含み、
   前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記制動機構が回転制動を行うよう、前記制動機構を制御する、請求項１又は２に記載の風車駆動システム。
4. 前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記風車に含まれるブレードのピッチ角を調節する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の風車駆動システム。
5. 前記状態量検出手段が負荷異常を検出した場合、前記制御手段は、前記複数の駆動装置に含まれる全ての駆動装置の前記駆動ギアから前記リングギアへの出力を停止するよう前記複数の駆動装置を制御し、その後に負荷異常が解消されなかった場合、前記風車に含まれるブレードのピッチ角を調節する、請求項１又は３に記載の風車駆動システム。
6. 前記状態量検出手段が異常を検出した場合、前記制御手段は、前記負荷を低下させる制御をいったん行い、その後、前記複数の駆動装置を同時に又は順に試験動作させる制御を行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の風車駆動システム。
7. 前記制御手段は、前記試験動作として前記駆動ギアから前記リングギアへ通常動作時よりも低トルクで駆動力を出力するよう、前記複数の駆動装置を制御する、請求項６に記載の風車駆動システム。
8. 前記制御手段は、同時に試験動作するよう前記複数の駆動装置を制御して、前記一方の構造体および前記他方の構造体が相対動作できたか否かを確認する、請求項６又は７に記載の風車駆動システム。
9. 前記制御手段は、順に試験動作するよう前記複数の駆動装置を制御して、各駆動装置の駆動ギアが当該駆動ギアの歯の１ピッチ未満となる所定量だけ動作できたか否かを確認する、請求項６又は７に記載の風車駆動システム。
10. 各駆動装置は、前記駆動ギアに伝達される回転または前記駆動ギアから出力される回転を制動する制動機構を含み、
    前記制御手段は、前記試験動作として前記制動機構が動作するよう、前記複数の駆動装置を制御する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の風車駆動システム。
11. 前記制御手段は、前記試験動作として、まず前記制動機構が動作し、その後に前記駆動ギアから前記リングギアへ駆動力を出力するよう、前記複数の駆動装置を制御する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の風車駆動システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の風車駆動システムを備える、風車。

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