JP2020002805A - 風力発電設備及びそのメンテナンス方法 - Google Patents
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Abstract
Description
少なくとも一の風車翼を含む風車ロータ、前記風車ロータを回転可能に支持するナセル、前記ナセルを旋回可能に支持するタワー及び前記風車翼のピッチ角又は前記ナセルのヨー角を変化させるための電動の駆動部を備えた風力発電設備のメンテナンス方法であって、
前記駆動部を駆動して当該駆動部のピニオンギヤに噛合するホイールギヤを1以上の整数回回転させるステップを備え、
前記ホイールギヤの歯数Nwが前記ピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されている。
この点、上記(1)の方法によれば、風力発電設備のメンテナンスの際、風車翼のピッチ角又はナセルのヨー角を変化させるための電動の駆動部が駆動され、該駆動部のピニオンギヤに噛合するホイールギヤが1以上の整数回回転される。その際、ホイールギヤの歯数Nwがピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されていることにより、回転後におけるホイールギヤとピニオンギヤとの噛み合いを回転前に比べて少なくとも1以上の歯数分ずらすことができる。すなわち、仮に該駆動部のピニオンギヤに噛合するホイールギヤの歯数がピニオンギヤの歯数で割り切れる場合は、ホイールギヤを回転させても該ホイールギヤとピニオンギヤとの噛み合いを変更することはできないが、上記(1)の方法によれば簡易な方法で互いの噛み合いをずらすことができる。これにより、ギヤ全体を交換することなく簡易な方法で駆動部のギヤの疲労寿命を延長することができる。
前記歯数Nw及び前記歯数Npは、M及びNdをそれぞれ任意の整数として、Nw=Np×M+Nd(ここで、Nd<Np)を満たしてもよい。
前記整数Ndが、0.02≦Nd/Nw≦0.04を満たしてもよい。
前記駆動部は前記ピッチ角を変化させるためのピッチ駆動部を含み、
前記ホイールギヤは前記風車翼の翼根部に配置されており、
前記回転させるステップでは、前記ピッチ駆動部の前記ピニオンギヤと噛合する前記ホイールギヤを回転させてもよい。
風力発電設備のメンテナンス方法は、
前記駆動部から前記ホイールギヤを介して反対側に延在するケーブルを取り外すステップを備えていてもよい。
この点、上記(5)の方法によれば、駆動部からホイールギヤを介して反対側に延在するケーブルを取り外すことにより、風力発電設備のメンテナンスの際にホイールギヤを回転させても各種センサの配線や通信ケーブルが捩じれたり絡まったり断線したりすることを効果的に防止することができる。
前記ピニオンギヤの表面硬度が前記ホイールギヤの表面硬度より低く設定されていてもよい。
この点、上記(6)の方法によれば、ピニオンギヤの表面硬度がホイールギヤの表面硬度より低く設定されることにより、ホイールギヤに先行してピニオンギヤの摩耗が進行する。よって、ホイールギヤとピニオンギヤとの噛み合いにおける歯の摩耗に伴うメンテナンスの際は、主としてピニオンギヤを交換することでメンテナンスを完了することができる。これにより、簡易な方法で駆動部のギヤの疲労寿命を延長することができる。
前記ピニオンギヤの表面粗さが前記ホイールギヤの表面粗さより粗く設定されていてもよい。
少なくとも一の風車翼を含む風車ロータと、
前記風車ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを旋回可能に支持するタワーと、
前記風車翼のピッチ角又は前記ナセルのヨー角を変化させるための電動の駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、
モータと、
前記モータの駆動力を伝達する減速機と、
前記減速機の出力軸に取り付けられたピニオンギヤと、を含み、
前記ピニオンギヤに噛合するホイールギヤの歯数Nwが前記ピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されている。
前記歯数Nw及び前記歯数Npは、M及びNdをそれぞれ任意の整数として、Nw=Np×M+Nd(ここで、Nd<Np)を満たしてもよい。
前記駆動部は前記風車翼のピッチ角を変化させるためのピッチ駆動部を含み、
前記ホイールギヤは前記風車翼の翼根部に配置されていてもよい。
前記ピニオンギヤは、少なくとも2つに分割されて前記出力軸に対して当該出力軸の軸方向と垂直な方向に着脱可能に構成されていてもよい。
前記ピニオンギヤは、前記ホイールギヤとの噛合頻度が低い部位において軸方向に沿って分割可能に構成されていてもよい。
前記ピニオンギヤは、キー及びキー溝を介して前記出力軸に取り付けられていてもよい。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は本開示の少なくとも一実施形態における風力発電設備の構成例を示す概略図である。図2は幾つかの実施形態における駆動部(ピッチ駆動部又はヨー駆動部)の構成例を示す概略図である。
図1及び図2に非限定的に例示するように、に本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備(以下、風車1とする)は、少なくとも一の風車翼2を含む風車ロータ4と、該風車ロータ4を回転可能に支持するナセル7と、該ナセル7を旋回可能に支持するタワー8と、風車翼2のピッチ角又はナセル7のヨー角を変化させるための電動の駆動部20と、を備えている。
風車ロータ4は、例えば3枚の風車翼2及び該風車翼2が取り付けられるハブ3を含み、当該風車ロータ4と一体回転可能に連結された主軸5A及び増速機5Bを含むドライブトレイン5を介してナセル7に回転自在に支持されている。ドライブトレイン5の回転エネルギーは発電機6で電気エネルギーに変換することで電力が生成される。
ナセル7は後述するヨー駆動部20Bによりタワー8に水平旋回可能に支持されている。タワー8はベース9上に立設されている。
そして、本開示における駆動部20は、風車翼2のピッチ角を変化させるためのピッチ駆動部20A(電動ピッチ駆動部)と、ナセル7のヨー角を変化させるための電動のヨー駆動部20Bとを含み、各々、モータ21(ピッチモータ21A、ヨーモータ21B)と、該モータ21の駆動力を伝達する減速機22と、減速機22の出力軸23に取り付けられたピニオンギヤ24Aと、を含んでおり、ピニオンギヤ24Aに噛合する被駆動部(例えば風車翼2又はナセル7)のホイールギヤ24Bの歯数Nwがピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されている。
ピニオンギヤ24Aには、その外周の全周に亘り、等間隔に離れて放射状に歯25Aが設けられている。
ホイールギヤ24B(リングギヤとも称する)は、その内周においてピニオンギヤ24Aと噛合するように構成されており、内周の全周に亘って等間隔に離れて歯25Bが設けられている(なお、図2では説明の簡略化のため歯25Bの一部のみを示している)。
この点、本発明者らの鋭意研究により得られた上記構成によれば、ホイールギヤ24Bの歯数Nwがピニオンギヤ24Aの歯数Npで割り切れない値に設定されていることにより、例えば風車1のメンテナンスの際、駆動部20のピニオンギヤ24Aに噛合するホイールギヤ24Bを1以上の整数回回転することで、回転後におけるホイールギヤ24Bとピニオンギヤ24Aとの噛み合いを回転前に比べて少なくとも1以上の歯数分ずらすことができる。すなわち、仮に該駆動部20のピニオンギヤ24Aに噛合するホイールギヤ24Bの歯数がピニオンギヤ24Aの歯数で割り切れる場合は、ホイールギヤ24Bを回転させても該ホイールギヤ24Bとピニオンギヤ24Aとの噛み合いを変更することはできないが、上記構成によれば簡易な構成で互いの噛み合いをずらすことができる。これにより、ギヤ24全体を交換することなく簡易な構成で駆動部20のギヤ24の疲労寿命を延長することができるのである。
このようにすれば、駆動部20のピニオンギヤ24Aに噛合するホイールギヤ24Bを1以上の整数回回転させることにより、回転前に比べてホイールギヤ24Bとピニオンギヤ24Aとの噛み合いを整数Nd分ずらすことができる。よって、Ndを任意の値に設定し、ギヤ24全体を交換することなく簡易な構成で駆動部20のギヤ24の疲労寿命を延長することができる。
例えば図3は一実施形態に係る風力発電設備及びそのメンテナンス方法におけるピニオンギヤ及びホイールギヤの噛み合わせを示す表であり、(a)はホイールギヤ回転前、(b)は一回転後、(c)は2回転後をそれぞれ示す。
図3に非限定的に示す例では、ホイールギヤ24Bの歯数Nw(=101)は、ピニオンギヤ24Aの歯数Np(=10)で割り切れない数に設定されている。この例では、上記M、Ndが夫々M=10、Nd=1となる。このような場合、回転前の噛み合わせ(図3(a)参照)に対して、ホイールギヤ24Bが一回転(図3(b)参照)すると歯数が一つ分ずれ、さらに一回転(計2回転)すると歯数がもう一つ(計2つ)分ずれることになる(図3(c)参照)。
このように、風車翼2のピッチ角を変化させるピッチ駆動部20Aのピニオンギヤ24Aとこれに噛合する翼根部2Aのホイールギヤ24Bとの噛み合いにおいて、本開示の上述した利益を享受することができる。
なお、図3では、説明の簡略化のため、ピッチ制御において主に使用頻度の高いフェザーからファインに相当する角度に位置する歯のみを例示している。
例えば他の実施形態における駆動部20(ヨー駆動部20B)の構成例において、ヨー駆動部20Bは、モータ21(ヨーモータ21B)と、該モータ21の駆動力を伝達する減速機22と、減速機22の出力軸23に取り付けられたピニオンギヤ24Aと、を含んでおり(図4参照)、ピニオンギヤ24Aに噛合する被駆動部(例えばナセル7)のホイールギヤ24Bの歯数Nwがピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されている。
ピニオンギヤ24Aは、その外周の全周に亘り、等間隔に離れて放射状に歯25Aが設けられている。
ホイールギヤ24B(リングギヤとも称する)は、その内周においてピニオンギヤ24Aと噛合するように構成されており、内周の全周に亘って等間隔に離れて歯25Bが設けられている。
図5に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態において、ピニオンギヤ24Aは、少なくとも2つに分割されて出力軸23に対して当該出力軸23の軸方向と垂直な方向に着脱可能に構成されていてもよい。このようにすれば、ピニオンギヤ24Aを少なくとも2つに分割し、出力軸23に対して当該出力軸23の軸方向と垂直な方向に着脱することができる。これにより、例えば風車1のメンテナンスに際してピニオンギヤ24Aを交換する際、ピニオンギヤ24Aを軸方向に取り外すことなく上記軸方向と垂直な方向から着脱することができる。従って、軸方向のクリアランスや作業スペースが狭い場合であっても、ピニオンギヤ24Aの交換作業を容易に行うことができる。
噛合頻度の低い部位は、例えば、風車1の運転中に主に負荷を受ける歯25を除く部位であってもよく、ピニオンギヤ24Aにおいて比較的他の部位よりも低荷重の部分であってもよい。
このような構成によれば、ホイールギヤ24Bとの噛合頻度が低い部位、つまり、ピニオンギヤ24Aへの荷重が小さい部位においてピニオンギヤ24Aを軸方向に沿って分割することができる。よって、ホイールギヤ24Bとの噛合頻度が高い部位に分割面34が位置することがなく、ホイールギヤ24Bとピニオンギヤ24Aとを適切に噛み合わせることができる。
図6(a)は一実施形態に係る風力発電設備のメンテナンス方法を示すフローチャートである。
図6(a)に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備のメンテナンス方法は、少なくとも一の風車翼2を含む風車ロータ4、該風車ロータ4を回転可能に支持するナセル7、該ナセル7を旋回可能に支持するタワー8及び風車翼2のピッチ角又はナセル7のヨー角を変化させるための電動の駆動部20を備えた風力発電設備のメンテナンス方法であって、駆動部20を駆動して当該駆動部20のピニオンギヤ24Aに噛合するホイールギヤ24Bを1以上の整数回回転させるステップ(ステップS10)を備えている。
そして、ホイールギヤ24Bの歯数Nwはピニオンギヤ24Aの歯数Npで割り切れない値に設定されている。
このようにすれば、一回転でずれる歯数Ndが例えばホイールギヤ24Bの8〜12°程度に相当(例えば図3参照)するから、ピッチ角制御やヨー角制御で特に使用頻度の高い歯25の噛合い領域を、ホイールギヤ24Bの1回転により回転前の噛合い領域と完全にずらすことができる。これにより、最小の回転数(ホイールギヤ一回転)でピニオンギヤ24A側の使用頻度の高い歯25を全てずらすことができるから、メンテナンスに要する時間を大幅に短縮することができる。
図6(b)に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態において、風車1のメンテナンス方法は、駆動部20からホイールギヤ24Bを介して反対側に延在するケーブル28を取り外すステップ(ステップS1)を備えていてもよい。
この点、上記方法によれば、駆動部20からホイールギヤ24Bを介して反対側に延在するケーブル28を取り外すことにより、風車1のメンテナンスの際にホイールギヤ24Bを回転させてもケーブル28(例えば各種センサの配線や通信ケーブル等)が捩じれたり絡まったり断線したりすることを効果的に防止することができる。
一般に、ピニオンギヤ24Aと噛み合うホイールギヤ24Bは、ピニオンギヤ24Aに比べて寸法や重量が大きく、ピニオンギヤ24Aに比べて交換作業に手間がかかる。
この点、上記のようにピニオンギヤ24Aの表面硬度がホイールギヤ24Bの表面硬度より低く設定されることにより、ホイールギヤ24Bに先行してピニオンギヤ24Aの摩耗が進行する。よって、ホイールギヤ24Bとピニオンギヤ24Aとの噛み合いにおける歯25の摩耗に伴うメンテナンスの際は、主としてピニオンギヤ24Aを交換することでメンテナンスを完了することができる。これにより、簡易な方法で駆動部20のギヤ24の疲労寿命を延長することができる。
このようにすれば、上述した様に、ピニオンギヤ24Aの表面粗さがホイールギヤ24Bの表面粗さより粗く設定されることにより、ホイールギヤ24Bに先行してピニオンギヤ24Aの摩耗が進行する。よって、ホイールギヤ24Bとピニオンギヤ24Aとの噛み合いにおける歯25の摩耗に伴うメンテナンスの際は、主としてピニオンギヤ24Aを交換することでメンテナンスを完了することができる。これにより、簡易な方法で駆動部20のギヤ24の疲労寿命を延長することができる。
2 風車翼
2A 翼根部
3 ハブ
4 風車ロータ
5 ドライブトレイン
5A 主軸
5B 増速機
6 発電機
7 ナセル
8 タワー
9 ベース
20 駆動部
20A ピッチ駆動部(電動)
20B ヨー駆動部(電動)
21 モータ
21A ピッチモータ
21B ヨーモータ
22 減速機
23 出力軸
24 ギヤ
24A ピニオンギヤ
24B ホイールギヤ
25A 歯(ピニオンギヤ)
25B 歯(ホイールギヤ)
26 センサ(ピッチ角センサ)
28 ケーブル
30 キー
32 キー溝
34 分割面
Claims (13)
- 少なくとも一の風車翼を含む風車ロータ、前記風車ロータを回転可能に支持するナセル、前記ナセルを旋回可能に支持するタワー及び前記風車翼のピッチ角又は前記ナセルのヨー角を変化させるための電動の駆動部を備えた風力発電設備のメンテナンス方法であって、
前記駆動部を駆動して当該駆動部のピニオンギヤに噛合するホイールギヤを1以上の整数回回転させるステップを備え、
前記ホイールギヤの歯数Nwが前記ピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されている
ことを特徴とするメンテナンス方法。 - 前記歯数Nw及び前記歯数Npは、M及びNdをそれぞれ任意の整数として、Nw=Np×M+Nd(ここで、Nd<Np)を満たす
請求項1に記載のメンテナンス方法。 - 前記整数Ndが、0.02≦Nd/Nw≦0.04を満たす
請求項2に記載のメンテナンス方法。 - 前記駆動部は前記ピッチ角を変化させるためのピッチ駆動部を含み、
前記ホイールギヤは前記風車翼の翼根部に配置されており、
前記回転させるステップでは、前記ピッチ駆動部の前記ピニオンギヤと噛合する前記ホイールギヤを回転させる
請求項1〜3の何れか一項に記載のメンテナンス方法。 - 前記駆動部から前記ホイールギヤを介して反対側に延在するケーブルを取り外すステップを備えた
請求項1〜4の何れか一項に記載のメンテナンス方法。 - 前記ピニオンギヤの表面硬度が前記ホイールギヤの表面硬度より低く設定されている
請求項1〜5の何れか一項に記載のメンテナンス方法。 - 前記ピニオンギヤの表面粗さが前記ホイールギヤの表面粗さより粗く設定されている
請求項1〜6の何れか一項に記載のメンテナンス方法。 - 少なくとも一の風車翼を含む風車ロータと、
前記風車ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを旋回可能に支持するタワーと、
前記風車翼のピッチ角又は前記ナセルのヨー角を変化させるための電動の駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、
モータと、
前記モータの駆動力を伝達する減速機と、
前記減速機の出力軸に取り付けられたピニオンギヤと、を含み、
前記ピニオンギヤに噛合するホイールギヤの歯数Nwが前記ピニオンギヤの歯数Npで割り切れない値に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備。 - 前記歯数Nw及び前記歯数Npは、M及びNdをそれぞれ任意の整数として、Nw=Np×M+Nd(ここで、Nd<Np)を満たす
請求項8に記載の風力発電設備。 - 前記駆動部は前記風車翼のピッチ角を変化させるためのピッチ駆動部を含み、
前記ホイールギヤは前記風車翼の翼根部に配置されている
請求項8又は9に記載の風力発電設備。 - 前記ピニオンギヤは、少なくとも2つに分割されて前記出力軸に対して当該出力軸の軸方向と垂直な方向に着脱可能に構成されている
請求項8〜10の何れか一項に記載の風力発電設備。 - 前記ピニオンギヤは、前記ホイールギヤとの噛合頻度が低い部位において軸方向に沿って分割可能に構成されている
請求項8〜11の何れか一項に記載の風力発電設備。 - 前記ピニオンギヤは、キー及びキー溝を介して前記出力軸に取り付けられている
請求項8〜12の何れか一項に記載の風力発電設備。
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