JP2022150502A

JP2022150502A - Wind power generation equipment

Info

Publication number: JP2022150502A
Application number: JP2021053133A
Authority: JP
Inventors: 隆之奥田; Takayuki Okuda
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-10-07

Abstract

To suppress cost increase of wind power generation equipment.SOLUTION: Wind power generation equipment 100 comprises: a tower 1; a nacelle 2 provided in an upper part of the tower 1, and turnably attached to the tower 1; a hub 3 rotatably provided at one end of the nacelle 2; a plurality of blades 4 each of their one ends being supported by the hub 3, and rotating together with the hub 3 by receiving wind; rotating electric machine 5 generating power by the rotational power of the hub 3; a pitch angle control mechanism P controlling a pitch angle of the blades 4; and a yaw angle control mechanism Y controlling the yaw angle of the nacelle 2. The pitch angle control mechanism P has a gear mechanism G1 changing the pitch angle of the blade 4 by converting the driving force generated by the rotating electrical machine 5, the yaw angle control mechanism Y provides a gear mechanism G2 turning the nacelle 2 by converting driving force generated by the rotating electrical machine 5 and a first brake 2a halting the turn of the nacelle 2 with respect to the tower 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine generator.

特許文献１には、サーボモータによってブレードのピッチ角を制御する風力発電装置が開示されている。 Patent Literature 1 discloses a wind turbine generator that controls the pitch angle of blades with a servomotor.

特許文献２には、モータによってナセルのヨー角を制御する風力発電装置が開示されている。 Patent Literature 2 discloses a wind turbine generator that controls the yaw angle of a nacelle by a motor.

特開２００１－９９０４５号公報JP-A-2001-99045 特開２０１１－１２７５５１号公報JP 2011-127551 A

これらの風力発電装置では、ピッチ角やヨー角を制御するためにそれぞれ個別のモータを設けているため、その分コストが上昇してしまう。 Since these wind turbine generators are provided with separate motors for controlling the pitch angle and the yaw angle, the cost increases accordingly.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、風力発電装置においてコストの上昇を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to suppress an increase in cost in a wind turbine generator.

本発明のある態様の風力発電装置は、支柱と、支柱の上部に設けられ、支柱に対して旋回自在に取り付けられたナセルと、ナセルの一端に回転自在に設けられたハブと、一端がハブに支持され、風を受けてハブとともに回転する複数のブレードと、ハブの回転動力によって発電する回転電機と、ブレードのピッチ角を制御するピッチ角制御機構と、ナセルのヨー角を制御するヨー角制御機構と、を備え、ピッチ角制御機構は、回転電機による駆動力を変換してブレードのピッチ角を変更する第１動力変換機構を有し、ヨー角制御機構は、回転電機による駆動力を変換してナセルを旋回させる第２動力変換機構と、支柱に対するナセルの旋回を停止させる第１ブレーキと、を有する。 A wind turbine generator according to one aspect of the present invention comprises a column, a nacelle provided on the upper part of the column and rotatably attached to the column, a hub rotatably provided at one end of the nacelle, and a hub at one end. A plurality of blades that are supported by and rotate with the hub in response to the wind, a rotating electric machine that generates electricity by the rotational power of the hub, a pitch angle control mechanism that controls the pitch angle of the blades, and a yaw angle that controls the yaw angle of the nacelle. a control mechanism, wherein the pitch angle control mechanism has a first power conversion mechanism that converts the driving force of the rotating electrical machine to change the pitch angle of the blade; and the yaw angle control mechanism converts the driving force of the rotating electrical machine. It has a second power conversion mechanism that converts to turn the nacelle, and a first brake that stops the turning of the nacelle with respect to the strut.

この態様によれば、ピッチ角やヨー角を制御するモータをそれぞれ個別に設ける必要がないので、風力発電装置のコストの上昇を抑制できる。 According to this aspect, since it is not necessary to separately provide motors for controlling the pitch angle and the yaw angle, it is possible to suppress an increase in the cost of the wind turbine generator.

図１は、本実施形態に係る風力発電装置の主要部に係る概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the main part of the wind turbine generator according to this embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

風力発電装置１００は、支柱としてのタワー１と、タワー１の上部に設けられタワー１に対して旋回自在に取り付けられたナセル２と、ナセル２に回転自在に取り付けられたハブ３と、一端がハブ３に支持され風を受けてハブ３とともに回転する複数のブレード４と、ハブ３の回転動力によって発電する回転電機５と、ブレード４のピッチ角を制御するピッチ角制御機構Ｐと、ナセル２のヨー角を制御するヨー角制御機構Ｙと、を備える。 The wind turbine generator 100 includes a tower 1 as a support, a nacelle 2 provided on the upper part of the tower 1 and rotatably attached to the tower 1, a hub 3 rotatably attached to the nacelle 2, and a A plurality of blades 4 that are supported by the hub 3 and receive wind and rotate together with the hub 3, a rotating electrical machine 5 that generates electricity by the rotational power of the hub 3, a pitch angle control mechanism P that controls the pitch angle of the blades 4, and a nacelle 2. and a yaw angle control mechanism Y that controls the yaw angle of the

タワー１は、例えば、中空円筒状の鋼材により形成される。タワー１は、例えば、地面に設けられたコンクリート製の基礎上に設置される。 The tower 1 is made of hollow cylindrical steel, for example. The tower 1 is installed, for example, on a concrete foundation provided on the ground.

ナセル２は、タワー１の上部に設けられた軸受２ｂ上に、垂直方向に延びる軸Ｏ１を中心として旋回可能に取り付けられる。タワー１には、ナセル２の旋回を停止させる第１ブレーキ２ａが設けられる。第１ブレーキ２ａは、図示しない油圧制御装置から供給される油圧によって作動する。 The nacelle 2 is mounted on bearings 2b provided at the top of the tower 1 so as to be pivotable about a vertically extending axis O1. The tower 1 is provided with a first brake 2a that stops the nacelle 2 from turning. The first brake 2a is operated by hydraulic pressure supplied from a hydraulic control device (not shown).

ハブ３は、水平方向に延びる軸Ｏ２を中心にしてナセル２に回転自在に支持される。ハブ３内には、第１動力伝達機構としての歯車機構Ｇ１が収容される。 The hub 3 is rotatably supported by the nacelle 2 around a horizontally extending axis O2. A gear mechanism G<b>1 as a first power transmission mechanism is accommodated in the hub 3 .

ブレード４は、例えば、炭素繊維強化プラスチックによって形成される。ブレード４は、例えば、３枚設けられる。なお、ブレード４の枚数はこれに限らず、２枚、あるいは、４枚以上であってもよい。 The blade 4 is made of carbon fiber reinforced plastic, for example. For example, three blades 4 are provided. The number of blades 4 is not limited to this, and may be two or four or more.

歯車機構Ｇ１は、ブレード４の一端に取り付けられたピニオンギア６ａと、ナセル２に支持された回転軸９ａと、回転軸９ａに取り付けられピニオンギア６ａに噛合する第１サイドギア６ｂと、第１サイドギア６ｂと相対回転可能に設けられ、ピニオンギア６ａに噛合する第２サイドギア６ｃと、第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転を規制する第１クラッチ７と、第２サイドギア６ｃの回転を停止させる第２ブレーキ８と、を有する。歯車機構Ｇ１は、ブレード４のピッチ角を制御するピッチ角制御機構Ｐの一部として機能する。 The gear mechanism G1 includes a pinion gear 6a attached to one end of the blade 4, a rotating shaft 9a supported by the nacelle 2, a first side gear 6b attached to the rotating shaft 9a and meshing with the pinion gear 6a, and a first side gear. 6b, a second side gear 6c that meshes with the pinion gear 6a, a first clutch 7 that regulates relative rotation between the first side gear 6b and the second side gear 6c, and a rotation of the second side gear 6c. and a second brake 8 for stopping. The gear mechanism G1 functions as part of a pitch angle control mechanism P that controls the pitch angle of the blades 4. As shown in FIG.

ピニオンギア６ａは、ブレード４の一端に設けられたシャフト４ａに取り付けられる。ピニオンギア６ａは、本実施形態では、かさ歯車によって構成される。シャフト４ａは、図示しない軸受によってハブ３に回動可能に支持される。 The pinion gear 6 a is attached to a shaft 4 a provided at one end of the blade 4 . The pinion gear 6a is configured by a bevel gear in this embodiment. The shaft 4a is rotatably supported on the hub 3 by bearings (not shown).

第１サイドギア６ｂは、本実施形態では、かさ歯車によって構成される。回転軸９ａは、ナセル２内に設けられた軸受１０ａ，１０ｂによって回転可能に支持される。回転軸９ａはその軸心が軸Ｏ２上に位置するように設けられる。 The first side gear 6b is configured by a bevel gear in this embodiment. The rotating shaft 9 a is rotatably supported by bearings 10 a and 10 b provided inside the nacelle 2 . The rotating shaft 9a is provided so that its axis is located on the axis O2.

第２サイドギア６ｃは、本実施形態では、かさ歯車によって構成される。第２サイドギア６ｃは、ナセル２に支持された回転軸９ｂに取り付けられる。回転軸９ｂは、ナセル２内に設けられた軸受１０ｃによって回転可能に支持される。回転軸９ｂは、円筒状に形成され、その内部には、回転軸９ａが挿通する。回転軸９ｂはその軸心が軸Ｏ２上に位置するように設けられる。 The second side gear 6c is configured by a bevel gear in this embodiment. The second side gear 6c is attached to the rotating shaft 9b supported by the nacelle 2. As shown in FIG. The rotating shaft 9b is rotatably supported by a bearing 10c provided inside the nacelle 2. As shown in FIG. The rotating shaft 9b is formed in a cylindrical shape, and the rotating shaft 9a is inserted therein. The rotating shaft 9b is provided so that its axis is located on the axis O2.

第１クラッチ７は、回転軸９ａに取り付けられた第１クラッチ板７ａと、回転軸９ｂに取り付けられた第２クラッチ板７ｂと、を有する。第１クラッチ７は、図示しない油圧制御装置から供給される油圧を制御することによって締結または解放される。第１クラッチ７が解放されている状態では、回転軸９ａと回転軸９ｂとの相対回転、すなわち、第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転が許容される。これに対し、第１クラッチ７が締結されている状態では、回転軸９ａと回転軸９ｂとの相対回転、すなわち、第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転が規制され、第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとが一体的に回転する。 The first clutch 7 has a first clutch plate 7a attached to the rotating shaft 9a and a second clutch plate 7b attached to the rotating shaft 9b. The first clutch 7 is engaged or released by controlling hydraulic pressure supplied from a hydraulic control device (not shown). When the first clutch 7 is released, relative rotation between the rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b, that is, relative rotation between the first side gear 6b and the second side gear 6c is permitted. On the other hand, when the first clutch 7 is engaged, the relative rotation between the rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b, that is, the relative rotation between the first side gear 6b and the second side gear 6c is restricted, and the first side gear is restricted. 6b and the second side gear 6c rotate integrally.

第２ブレーキ８は、図示しない油圧制御装置から供給される油圧によって第２クラッチ板７ｂを挟持することにより、回転軸９ｂの回転を停止させる。第２ブレーキ８を作動させることにより、回転軸９ｂに取り付けられた第２サイドギア６ｃの回転は停止される。なお、第２ブレーキ８は、第２クラッチ板７ｂではなく、回転軸９ｂに別途取り付けたブレーキディスクを挟持するなど、回転軸９ｂの回転を停止することができるものであれば、どのような形式のものであってもよい。 The second brake 8 stops the rotation of the rotating shaft 9b by clamping the second clutch plate 7b with hydraulic pressure supplied from a hydraulic control device (not shown). By operating the second brake 8, the rotation of the second side gear 6c attached to the rotating shaft 9b is stopped. The second brake 8 may be of any type as long as it can stop the rotation of the rotating shaft 9b, such as by clamping a brake disc separately attached to the rotating shaft 9b instead of the second clutch plate 7b. may be of

風力発電装置１００は、回転軸９ａの回転速度を増速するための増速機構２０と、増速機構２０から出力された回転を回転電機５に伝達するための第２動力伝達機構としての歯車機構Ｇ２と、をさらに備える。 The wind turbine generator 100 includes a speed increasing mechanism 20 for increasing the rotational speed of the rotating shaft 9 a and a gear as a second power transmission mechanism for transmitting the rotation output from the speed increasing mechanism 20 to the rotating electrical machine 5 . and a mechanism G2.

増速機構２０は、複数の歯車２０ａ～２０ｄを組み合わせることによって構成され、回転軸９ａの回転速度を増速して、回転軸１１に出力する。回転軸１１は、その軸心が軸Ｏ２上に位置するように設けられ、ナセル２内に設けられた軸受１０ｄ，１０ｅによって回転可能に支持される。 The speed increasing mechanism 20 is configured by combining a plurality of gears 20 a to 20 d to increase the rotational speed of the rotating shaft 9 a and output it to the rotating shaft 11 . Rotating shaft 11 is provided such that its axis is positioned on axis O2, and is rotatably supported by bearings 10d and 10e provided inside nacelle 2. As shown in FIG.

歯車機構Ｇ２は、タワー１の軸方向に沿ってタワー１からナセル２内に延び、タワー１に回転自在に支持される第２回転軸としての回転軸１２と、ナセル２内に設けられ回転軸１２の先端に取り付けられた第１歯車としてのかさ歯車１２ａと、かさ歯車１２ａに噛み合い、回転軸１１に取り付けられた第２歯車としてのかさ歯車１２ｂと、を有する。 The gear mechanism G2 extends from the tower 1 into the nacelle 2 along the axial direction of the tower 1, and includes a rotation shaft 12 as a second rotation shaft rotatably supported by the tower 1, and a rotation shaft provided in the nacelle 2. 12, and a bevel gear 12b as a second gear that meshes with the bevel gear 12a and is attached to the rotating shaft 11.

歯車機構Ｇ２は、軸Ｏ２を中心とする回転軸１１の回転を軸Ｏ２を中心とする回転軸１２の回転に変換する。歯車機構Ｇ２は、回転電機５による駆動力を変換してナセル２を旋回させるヨー角制御機構Ｙの一部として機能する。また、歯車機構Ｇ２は、回転軸１１の回転速度を増速して回転軸１２に伝達する増速機としても機能する。 The gear mechanism G2 converts rotation of the rotating shaft 11 about the axis O2 into rotation of the rotating shaft 12 about the axis O2. The gear mechanism G2 functions as part of a yaw angle control mechanism Y that converts the driving force of the rotating electric machine 5 to turn the nacelle 2. As shown in FIG. The gear mechanism G2 also functions as a gearbox that increases the rotational speed of the rotating shaft 11 and transmits it to the rotating shaft 12 .

本実施形態では、回転軸１２は、回転電機５のロータ（図示せず）の回転軸である。なお、回転軸１２と回転電機５の回転軸との間に、増速機構などを設けるようにしてもよい。この場合、回転軸１２は、回転電機５のロータ（図示せず）の回転軸ではなくなる。 In this embodiment, the rotating shaft 12 is the rotating shaft of the rotor (not shown) of the rotating electric machine 5 . A speed increasing mechanism or the like may be provided between the rotating shaft 12 and the rotating shaft of the rotating electric machine 5 . In this case, the rotary shaft 12 is no longer the rotary shaft of the rotor (not shown) of the rotary electric machine 5 .

次に、風力発電装置１００において、回転電機５によって発電させる場合の制御について説明する。 Next, in the wind turbine generator 100, the control when the electric rotating machine 5 is used to generate power will be described.

回転電機５によって発電させる場合には、第１ブレーキ２ａを作動させてナセル２の旋回を停止させるとともに、第１クラッチ７を締結させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転（回転軸９ａと回転軸９ｂとの相対回転）を規制する。なお、このとき、第２ブレーキ８は非作動状態にする。 When the electric rotating machine 5 is used to generate electricity, the first brake 2a is operated to stop the turning of the nacelle 2, and the first clutch 7 is engaged to engage the first side gear 6b and the second side gear 6c to rotate relative to each other. relative rotation between the shaft 9a and the rotating shaft 9b). At this time, the second brake 8 is put into a non-operating state.

この状態で、ブレード４が風を受けた場合には、第１クラッチ７が締結されているので、第１サイドギア６ｂ（回転軸９ａ）、第２サイドギア６ｃ（回転軸９ｂ）及びハブ３が一体的に回転する。これにより、ブレード４が風を受けることによって生じたハブ３の回転動力が、回転軸９ａ、増速機構２０、回転軸１１、歯車機構Ｇ２及び回転軸１２を通じて回転電機５に伝達され、回転電機５が発電する。 In this state, when the blades 4 are exposed to the wind, the first side gear 6b (rotating shaft 9a), the second side gear 6c (rotating shaft 9b) and the hub 3 are integrated because the first clutch 7 is engaged. rotates. As a result, the rotational power of the hub 3 generated by the blades 4 receiving the wind is transmitted to the rotating electrical machine 5 through the rotating shaft 9a, the speed increasing mechanism 20, the rotating shaft 11, the gear mechanism G2, and the rotating shaft 12. 5 generates electricity.

次に、風力発電装置１００におけるナセル２のヨー角を制御するヨー制御について説明する。 Next, yaw control for controlling the yaw angle of the nacelle 2 in the wind turbine generator 100 will be described.

ヨー角とは、ナセル２の旋回する方向における基準となる位置からのタワー１に対するナセル２の回転角度である。風力発電装置１００では、図示しない風向計からの風向データに応じて、図示しないコンピュータによってナセル２のヨー角が制御される。 The yaw angle is the rotation angle of the nacelle 2 with respect to the tower 1 from a reference position in the turning direction of the nacelle 2 . In the wind turbine generator 100, the yaw angle of the nacelle 2 is controlled by a computer (not shown) according to wind direction data from an anemoscope (not shown).

ヨー制御では、まず、第１ブレーキ２ａを非作動状態にしてタワー１に対するナセル２の旋回を許容する。また、第１クラッチ７を締結させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転（回転軸９ａと回転軸９ｂとの相対回転）を規制するとともに、第２ブレーキ８を作動させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの回転（回転軸９ａと回転軸９ｂとの回転）を停止させる。 In the yaw control, first, the first brake 2 a is deactivated to allow the nacelle 2 to turn with respect to the tower 1 . Also, the first clutch 7 is engaged to regulate the relative rotation between the first side gear 6b and the second side gear 6c (relative rotation between the rotary shaft 9a and the rotary shaft 9b), and the second brake 8 is operated to operate the second side gear 6c. The rotation of the first side gear 6b and the second side gear 6c (the rotation of the rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b) is stopped.

この状態で回転電機５を駆動させると、回転電機５の駆動力が回転軸１２及び歯車機構Ｇ２を通じて回転軸１１に伝達される。このとき、上述のように、第１クラッチ７が締結されるとともに第２ブレーキ８が作動しているので、回転軸９ａの回転、さらには、増速機構２０及び回転軸１１の回転が規制される。これにより、回転電機５から回転軸１２を通じて回転軸１１に駆動力が伝達されても、回転軸１１は回転しない。この結果、回転電機５の駆動力が、歯車機構Ｇ２によってナセル２を旋回させる回転力に変換される。これにより、ナセル２が軸Ｏ１を中心にして旋回し、ヨー角が変化する。 When the rotary electric machine 5 is driven in this state, the driving force of the rotary electric machine 5 is transmitted to the rotary shaft 11 through the rotary shaft 12 and the gear mechanism G2. At this time, as described above, since the first clutch 7 is engaged and the second brake 8 is operated, the rotation of the rotating shaft 9a and further the rotation of the speed increasing mechanism 20 and the rotating shaft 11 are restricted. be. Accordingly, even if the driving force is transmitted from the rotary electric machine 5 to the rotating shaft 11 through the rotating shaft 12, the rotating shaft 11 does not rotate. As a result, the driving force of the rotary electric machine 5 is converted into a rotational force for rotating the nacelle 2 by the gear mechanism G2. As a result, the nacelle 2 turns around the axis O1, and the yaw angle changes.

次に、風力発電装置１００におけるブレード４のピッチ角を制御するピッチ制御について説明する。 Next, pitch control for controlling the pitch angle of the blades 4 in the wind turbine generator 100 will be described.

ピッチ角とは、ブレード４の回転軸に対するブレード４の角度のことである。風力発電装置１００では、図示しない風向計からの風向データ及び求められる発電量などに応じて、図示しないコンピュータによってブレード４のピッチ角が制御される。 The pitch angle is the angle of the blades 4 with respect to the axis of rotation of the blades 4 . In the wind turbine generator 100, the pitch angle of the blades 4 is controlled by a computer (not shown) in accordance with wind direction data from an anemoscope (not shown) and a required power generation amount.

ピッチ角制御では、まず、第１ブレーキ２ａを作動させてナセル２の旋回を停止させる。また、第２ブレーキ８を作動させて第２サイドギア６ｃの回転（回転軸９ｂの回転）を停止させるとともに、第１クラッチ７を解放させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転（回転軸９ａと回転軸９ｂとの相対回転）を許容する。 In the pitch angle control, first, the first brake 2a is operated to stop the nacelle 2 from turning. In addition, the second brake 8 is operated to stop the rotation of the second side gear 6c (rotation of the rotating shaft 9b), and the first clutch 7 is released to rotate the first side gear 6b and the second side gear 6c relative to each other ( relative rotation between the rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b).

この状態で回転電機５を駆動させると、回転電機５の駆動力は、回転軸１２、歯車機構Ｇ２、回転軸１１及び増速機構２０を通じて、回転軸９ａ及び第１サイドギア６ｂに伝達される。このとき、第２ブレーキ８が作動し、第１クラッチ７が解放しているので、第２サイドギア６ｃが停止した状態で、第１サイドギア６ｂが回転する。この結果、ハブ３は回転せずに、第１サイドギア６ｂの回転によってピニオンギア６ａが回転し、ピッチ角が変化する。 When the rotating electric machine 5 is driven in this state, the driving force of the rotating electric machine 5 is transmitted through the rotating shaft 12, the gear mechanism G2, the rotating shaft 11 and the speed increasing mechanism 20 to the rotating shaft 9a and the first side gear 6b. At this time, the second brake 8 is actuated and the first clutch 7 is released, so the first side gear 6b rotates while the second side gear 6c is stopped. As a result, the hub 3 does not rotate, and the rotation of the first side gear 6b rotates the pinion gear 6a, thereby changing the pitch angle.

このように、風力発電装置１００では、第１ブレーキ２ａ、第１クラッチ７、及び第２ブレーキ８を制御することにより、ピッチ角やヨー角を制御する装置をそれぞれ個別に設けることなく、ピッチ角やヨー角を制御することができる。 In this way, in the wind turbine generator 100, by controlling the first brake 2a, the first clutch 7, and the second brake 8, the pitch angle can be adjusted without providing individual devices for controlling the pitch angle and the yaw angle. and yaw angle can be controlled.

なお、風力発電装置１００を停止させる場合には、第１ブレーキ２ａ及び第２ブレーキ８を作動させるとともに、第１クラッチ７を締結させる。これにより、ナセル２の回転が規制されるとともに、回転軸９ａ及び回転軸９ｂの回転が規制されることで、ハブ３のハブ３の回転も規制される。 When stopping the wind turbine generator 100, the first brake 2a and the second brake 8 are operated and the first clutch 7 is engaged. As a result, the rotation of the nacelle 2 is restricted, and the rotation of the rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b is restricted, so that the rotation of the hub 3 of the hub 3 is also restricted.

このように構成された風力発電装置１００によれば、以下の効果を奏する。 The wind turbine generator 100 configured in this manner has the following effects.

風力発電装置１００では、ピッチ角やヨー角を制御するモータをそれぞれ個別に設ける必要がないので、コストの上昇を抑制できる。 Since the wind turbine generator 100 does not require separate motors for controlling the pitch angle and the yaw angle, it is possible to suppress cost increases.

また、風力発電装置１００では、ピッチ角やヨー角を制御する際には、第１ブレーキ２ａ、第１クラッチ７、及び第２ブレーキ８を制御したうえで、回転電機５を制御するだけでよいので、簡単な制御でピッチ角やヨー角を変更することができる。 Further, in the wind turbine generator 100, when controlling the pitch angle and the yaw angle, it is only necessary to control the first brake 2a, the first clutch 7, and the second brake 8, and then control the rotating electric machine 5. Therefore, the pitch angle and yaw angle can be changed with simple control.

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。 The configuration, action, and effect of the embodiment of the present invention configured as described above will be collectively described.

（１）風力発電装置１００は、支柱（タワー１）と、支柱（タワー１）の上部に設けられ、支柱（タワー１）に対して旋回自在に取り付けられたナセル２と、ナセル２の一端に回転自在に設けられたハブ３と、一端がハブ３に支持され、風を受けてハブ３とともに回転する複数のブレード４と、ハブ３の回転動力によって発電する回転電機５と、ブレード４のピッチ角を制御するピッチ角制御機構Ｐと、ナセル２のヨー角を制御するヨー角制御機構Ｙと、を備える。 (1) The wind turbine generator 100 includes a support (tower 1), a nacelle 2 provided on the upper part of the support (tower 1) and rotatably attached to the support (tower 1), and one end of the nacelle 2. A rotatably provided hub 3, a plurality of blades 4 whose one end is supported by the hub 3 and receives wind and rotates together with the hub 3, a rotating electrical machine 5 that generates electricity by the rotational power of the hub 3, and the pitch of the blades 4 A pitch angle control mechanism P that controls the angle and a yaw angle control mechanism Y that controls the yaw angle of the nacelle 2 are provided.

ピッチ角制御機構Ｐは、回転電機５による駆動力を変換してブレード４のピッチ角を変更する第１動力変換機構（歯車機構Ｇ１）を有し、ヨー角制御機構Ｙは、回転電機５による駆動力を変換してナセル２を旋回させる第２動力変換機構（歯車機構Ｇ２）と、支柱（タワー１）に対するナセル２の旋回を停止させる第１ブレーキ２ａと、を有する。 The pitch angle control mechanism P has a first power conversion mechanism (gear mechanism G1) that converts the driving force of the rotating electric machine 5 to change the pitch angle of the blades 4, and the yaw angle control mechanism Y is driven by the rotating electric machine 5. It has a second power conversion mechanism (gear mechanism G2) that converts driving force to turn the nacelle 2, and a first brake 2a that stops the turning of the nacelle 2 with respect to the column (tower 1).

この構成では、回転電機５による駆動力をピッチ角制御機構Ｐ及びヨー角制御機構Ｙによって変換することでピッチ角やヨー角を制御することができる。これにより、ピッチ角やヨー角を制御するためのモータをそれぞれ個別に設ける必要がないので、コストの上昇を抑制できる。 In this configuration, the pitch angle and the yaw angle can be controlled by converting the driving force of the rotary electric machine 5 by the pitch angle control mechanism P and the yaw angle control mechanism Y. FIG. As a result, there is no need to separately provide motors for controlling the pitch angle and the yaw angle, thereby suppressing an increase in cost.

また、この構成では、ピッチ角やヨー角を制御する際には、第１ブレーキ２ａ、第１クラッチ７、及び第２ブレーキ８を制御したうえで、回転電機５を制御するだけでよいので、簡単な制御でピッチ角やヨー角を変更することができる。 In addition, in this configuration, when controlling the pitch angle and the yaw angle, it is only necessary to control the first brake 2a, the first clutch 7, and the second brake 8, and then control the rotating electric machine 5. The pitch angle and yaw angle can be changed with simple control.

（２）風力発電装置１００では、第１動力変換機構（歯車機構Ｇ１）は、ブレード４に取り付けられたピニオンギア６ａと、ナセル２に支持された第１回転軸（回転軸９ａ）に取り付けられ、ピニオンギア６ａに噛合する第１サイドギア６ｂと、第１サイドギア６ｂと相対回転可能に設けられ、ピニオンギア６ａに噛合する第２サイドギア６ｃと、第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転を規制する第１クラッチ７と、第２サイドギア６ｃの回転を停止させる第２ブレーキ８と、を有する。 (2) In the wind turbine generator 100, the first power conversion mechanism (gear mechanism G1) is attached to the pinion gear 6a attached to the blades 4 and the first rotation shaft (rotation shaft 9a) supported by the nacelle 2. , a first side gear 6b that meshes with the pinion gear 6a, a second side gear 6c that is provided rotatably relative to the first side gear 6b and meshes with the pinion gear 6a, and relative rotation between the first side gear 6b and the second side gear 6c. and a second brake 8 for stopping the rotation of the second side gear 6c.

この構成では、複数のギアを組み合わせて、回転電機５による駆動力を変換してブレード４のピッチ角を変更するピッチ角制御機構Ｐを構成しているので、構造を簡単にすることができる。 In this configuration, a plurality of gears are combined to constitute the pitch angle control mechanism P that changes the pitch angle of the blades 4 by converting the driving force of the rotary electric machine 5, so the structure can be simplified.

（３）風力発電装置１００では、第２動力変換機構（歯車機構Ｇ２）は、支柱（タワー１）の軸方向に沿って支柱（タワー１）からナセル２内に延び、支柱（タワー１）に回転自在に支持される第２回転軸（回転軸１２）と、ナセル２内に設けられ第２回転軸（回転軸１２）に取り付けられた第１歯車（かさ歯車１２ａ）と、第１歯車（かさ歯車１２ａ）に噛み合い、ハブ３の回転が伝達される第３回転軸（回転軸１１）に取り付けられた第２歯車（かさ歯車１２ｂ）と、を有し、回転電機５は、第２回転軸（回転軸１２）に接続される。 (3) In the wind turbine generator 100, the second power conversion mechanism (gear mechanism G2) extends from the column (tower 1) into the nacelle 2 along the axial direction of the column (tower 1), and extends to the column (tower 1). A second rotating shaft (rotating shaft 12) rotatably supported, a first gear (bevel gear 12a) provided in the nacelle 2 and attached to the second rotating shaft (rotating shaft 12), and a first gear ( and a second gear (bevel gear 12b) that meshes with the bevel gear 12a) and is attached to a third rotating shaft (rotating shaft 11) to which the rotation of the hub 3 is transmitted. It is connected to the shaft (rotating shaft 12).

この構成では、複数のギアを組み合わせて、回転電機５による駆動力を変換してブレード４のヨー角を変更するヨー角制御機構Ｙを構成しているので、構造を簡単にすることができる。 In this configuration, a plurality of gears are combined to form the yaw angle control mechanism Y that changes the yaw angle of the blades 4 by converting the driving force of the rotary electric machine 5, so the structure can be simplified.

（４）風力発電装置１００では、ナセル２のヨー角を制御するときには、第１ブレーキ２ａを非作動状態としてナセル２の旋回を許容し、第１クラッチ７を締結させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転を規制し、第２ブレーキ８を作動させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの回転を停止させて、回転電機５を駆動する。 (4) In the wind turbine generator 100, when controlling the yaw angle of the nacelle 2, the first brake 2a is deactivated to allow the nacelle 2 to turn, and the first clutch 7 is engaged to engage the first side gear 6b and the first side gear 6b. The rotating electric machine 5 is driven by restricting the relative rotation with the second side gear 6c and operating the second brake 8 to stop the rotation of the first side gear 6b and the second side gear 6c.

この構成では、回転電機５の駆動力によってブレード４のヨー角を制御することができる。 With this configuration, the yaw angle of the blades 4 can be controlled by the driving force of the rotating electric machine 5 .

（５）風力発電装置１００では、ブレード４のピッチ角を制御するときには、第１ブレーキ２ａを作動させてナセル２の旋回を停止させ、第１クラッチ７を解放させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転を許容し、第２ブレーキ８を作動させて第２サイドギア６ｃの回転を停止させ、回転電機５を駆動する。 (5) In the wind turbine generator 100, when controlling the pitch angle of the blades 4, the first brake 2a is operated to stop the turning of the nacelle 2, and the first clutch 7 is released to release the first side gear 6b and the second side gear 6b. Relative rotation with the side gear 6c is permitted, the second brake 8 is operated to stop the rotation of the second side gear 6c, and the rotary electric machine 5 is driven.

この構成では、回転電機５の駆動力によってブレード４のピッチ角を制御することができる。 With this configuration, the pitch angle of the blades 4 can be controlled by the driving force of the rotating electric machine 5 .

（６）風力発電装置１００では、回転電機５によって発電を行うときには、第１ブレーキ２ａを作動させてナセル２の旋回を停止させ、第１クラッチ７を締結させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転を規制し、回転電機５を回転させる。 (6) In the wind turbine generator 100, when the rotating electric machine 5 generates power, the first brake 2a is operated to stop the turning of the nacelle 2, and the first clutch 7 is engaged to engage the first side gear 6b and the second side gear. 6c, and rotates the electric rotating machine 5. As shown in FIG.

この構成では、第１クラッチ７を締結させて第１サイドギア６ｂと第２サイドギア６ｃとの相対回転を規制することで、回転電機５によって発電させることができる。 In this configuration, by engaging the first clutch 7 and restricting the relative rotation between the first side gear 6b and the second side gear 6c, the electric rotating machine 5 can generate power.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the specific configurations of the above embodiments. do not have.

風力発電装置１００は、アップウィンド型に限らず、ダウンウィンド型であってもよい。 The wind turbine generator 100 is not limited to an upwind type, and may be a downwind type.

第１歯車（かさ歯車１２ａ）と回転電機５の間に増速機構を設けるようにしてもよい。また、風力発電装置１００として、増速機構２０を備えた場合を例に説明したが、これに限らず、増速機構２０を備えていなくてもよい。 A speed increasing mechanism may be provided between the first gear (bevel gear 12 a ) and the rotating electric machine 5 . In addition, although the wind turbine generator 100 includes the speed increasing mechanism 20 as an example, the present invention is not limited to this, and the speed increasing mechanism 20 may not be provided.

上記実施形態では、第１ブレーキ２ａ、第１クラッチ７、第２ブレーキ８が油圧で作動する場合を例に説明したが、これに限らず、モータ、あるいは空気圧などによって作動するものであってもよい。 In the above embodiment, the case where the first brake 2a, the first clutch 7, and the second brake 8 are hydraulically actuated has been described as an example. good.

第１動力伝達機構及び第２動力伝達機構として、かさ歯車を用いた歯車機構Ｇ１,Ｇ２を例に説明したが、これに限らず、他の歯車機構（ウォームギアや冠歯車）や、他の動力伝達機構を採用してもよい。 As the first power transmission mechanism and the second power transmission mechanism, the gear mechanisms G1 and G2 using bevel gears have been described as an example. A transmission mechanism may be employed.

１００風力発電装置
１タワー（支柱）
２ナセル
２ａ第１ブレーキ
３ハブ
４ブレード
５回転電機
６ａピニオンギア
６ｂ第１サイドギア
６ｃ第２サイドギア
７第１クラッチ
８第２ブレーキ
９ａ回転軸（第１回転軸）
９ｂ回転軸
１１回転軸（第３回転軸）
１２回転軸（第２回転軸）
１２ａかさ歯車（第１歯車）
１２ｂかさ歯車（第２歯車）
２０増速機構
Ｇ１歯車機構（第１動力変換機構）
Ｇ２歯車機構（第２動力変換機構） 100 wind turbine generator 1 tower (post)
2 nacelle 2a first brake 3 hub 4 blade 5 rotary electric machine 6a pinion gear 6b first side gear 6c second side gear 7 first clutch 8 second brake 9a rotating shaft (first rotating shaft)
9b rotating shaft 11 rotating shaft (third rotating shaft)
12 rotating shaft (second rotating shaft)
12a bevel gear (first gear)
12b bevel gear (second gear)
20 speed increasing mechanism G1 gear mechanism (first power conversion mechanism)
G2 gear mechanism (second power conversion mechanism)

Claims

a stanchion;
a nacelle provided on the upper part of the strut and rotatably attached to the strut;
a hub rotatably provided at one end of the nacelle;
a plurality of blades having one end supported by the hub and rotating together with the hub in response to wind;
a rotating electrical machine that generates power by rotating power of the hub;
a pitch angle control mechanism for controlling the pitch angle of the blade;
a yaw angle control mechanism that controls the yaw angle of the nacelle,
The pitch angle control mechanism is
a first power conversion mechanism that converts the driving force of the rotating electric machine to change the pitch angle of the blades;
The yaw angle control mechanism is
a second power conversion mechanism that converts the driving force of the rotating electric machine to turn the nacelle;
a first brake that stops turning of the nacelle with respect to the strut.

In the wind power generator according to claim 1,
The first power conversion mechanism is
a pinion gear attached to the blade;
a first side gear attached to a first rotating shaft supported by the nacelle and meshing with the pinion gear;
a second side gear provided rotatably relative to the first side gear and meshing with the pinion gear;
a first clutch that regulates relative rotation between the first side gear and the second side gear;
and a second brake that stops rotation of the second side gear.

In the wind power generator according to claim 2,
The second power conversion mechanism is
a second rotating shaft extending from the strut into the nacelle along the axial direction of the strut and rotatably supported by the strut;
a first gear provided within the nacelle and attached to the second rotating shaft;
a second gear meshing with the first gear and attached to a third rotating shaft to which rotation of the hub is transmitted;
The rotating electric machine is a wind turbine generator connected to the second rotating shaft.

In the wind turbine generator according to claim 3,
When controlling the yaw angle of the nacelle,
allowing the nacelle to turn by deactivating the first brake;
engaging the first clutch to restrict relative rotation between the first side gear and the second side gear;
operating the second brake to stop the rotation of the first side gear and the second side gear;
A wind power generator that drives the rotating electric machine.

In the wind turbine generator according to claim 3,
When controlling the pitch angle of the blade,
actuating the first brake to stop the turning of the nacelle;
disengaging the first clutch to allow relative rotation between the first side gear and the second side gear;
actuating the second brake to stop the rotation of the second side gear;
A wind power generator that drives the rotating electric machine.

In the wind turbine generator according to claim 3,
When power is generated by the rotating electric machine,
actuating the first brake to stop the turning of the nacelle;
engaging the first clutch to restrict relative rotation between the first side gear and the second side gear;
A wind power generator that rotates the rotating electric machine.