JP3574377B2

JP3574377B2 - 風力発電装置

Info

Publication number: JP3574377B2
Application number: JP2000168218A
Authority: JP
Inventors: 健二曽根
Original assignee: 株式会社きんでん
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2020-06-05
Also published as: JP2001342942A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風による回転エネルギを電気エネルギに変換する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電力事業を目的とした大型の風力発電装置は、羽根車である風車の翼部分を除く本体装置だけでも５０トン前後の重量があり、空輸できないので、発電所建設用の道路を建設して重量物運搬車両（トレーラ）によって搬送している。風力発電に必要な風が得られる場所は、山間僻地が多く、搬送が困難であり、また道路を建設することで美しい地球環境を破壊する行為になる。
【０００３】
風力発電所を建設するために新たに道路を建設することは、地球環境を破壊し、景観を損ねる。さらには道路建設のための費用が、高価であるといった問題がある。
【０００４】
典型的な先行技術は、たとえば特開平５−１６４０３７に開示されている。この先行技術の風力発電装置は、山間部および断崖絶壁などのような機材運搬が困難な場所における設置を可能とするための工夫は、存在しない。もしも仮に、風力発電装置を構成する部品をとにかく、ばらばらに分解すれば、そのような小形の部品を、風力発電装置が設置されるべき山間部、断崖絶壁などの場所に空輸することはできるが、そのような設置場所でばらばらになっている部品を組立てようとしたとき、そのような設置場所での高精度の組立ては困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、山間部、断崖絶壁などの機材運搬が困難な場所での建設が可能である風力発電装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、羽根車と、
羽根車が回転自在に支持されるハウジングと、
ハウジングに取付けられ、羽根車の動力が与えられる複数の遊星歯車増速機と、
各遊星歯車増速機によってそれぞれ回転駆動される複数の発電機とを有し、
少なくとも羽根車とハウジングと遊星歯車増速機とが、分割および組立て可能に構成され、
ハウジングには、
羽根車に取外し可能に連結される第１歯車と、
第１歯車の周方向に配置され、第１歯車に噛合い、第１歯車よりも小径であり、遊星歯車増速機に取外し可能に連結される複数の第２歯車とが、収納され、
ハウジングは、第１および第２歯車の回転軸線を含む水平な分割面で上下に分割可能であることを特徴とする風力発電装置である。
【０００７】
本発明に従えば、風力によって回転する風車の翼である羽根車は、ハウジングに回転自在に支持され、羽根車の動力は、ハウジングに取付けられた複数の各遊星歯車増速機によって増速され、各発電機が回転駆動され、電力が得られる。これらの複数の各遊星歯車増速機および発電機は、比較的小形であり、運搬、組立てが容易であり、たとえばヘリコプタなどによる空輸を行うことができる。またこのような比較的小形の遊星歯車増速機および発電機は、商業的に入手可能な既存の汎用品をそのまま利用することができ、コストの低減が図られる。さらに遊星歯車増速機と発電機とを含む組合せ体が複数、用いられるので、そのうちのたとえば１つの組合せ体が故障しても、残余の組合せ体によって発電を行うことができ、確実に電力の供給を行うことができる。各発電機は、たとえば１００ｋＷであってもよく、本件風力発電装置によって、たとえば１０００ｋＷを超える大電力の発電を行うことができる。
【０００８】
特に本発明に従えば、羽根車とハウジングとを取外し可能にして、またハウジングと遊星歯車増速機とを取外し可能にして、分解および組立てを可能にし、これによって前述のように、ヘリコプタなどで空輸することができるようになり、たとえば山間部、断崖絶壁などの機材運搬が困難な場所における風力発電装置の建設が可能である。またこれらの羽根車、ハウジングおよび遊星歯車増速機の組立て作業は、比較的容易であり、しかも高精度で風力発電装置を組立てて完成することができる。遊星歯車増速機と発電機とは、一体的に固定されて構成されてもよいけれども、遊星歯車増速機と発電機とが取外し可能に分割し、建設場所での組立てが可能となるように構成されてもよい。
【０００９】
また羽根車は、ハウジングに設けられた第１歯車にたとえば直結して取外し可能に連結され、この第１歯車の周方向に配置された複数の小径の第２歯車が回転駆動され、各第２歯車によって、遊星歯車増速機が駆動され、この第２歯車と遊星歯車増速機とは取外し可能に連結される。こうして羽根車とハウジングと遊星歯車増速機とが容易に分割、組立て可能に構成される。
さらにハウジングを上下に複数のハウジング部で分割可能とし、水平な分割面で分割し、この分割面は、第１および第２歯車の回転軸線を通る。これによって上下のハウジング部と、第１歯車と第２歯車とを分割して輸送することがさらに容易になる。
【００１０】
また本発明は、第２歯車は、
第１歯車の下方の左右に第１の対を成して、
第１歯車の左右両側方に第２の対を成して、および
第１歯車の上方の左右に第３の対を成して、
それぞれ配置され、
ハウジングは、これらの各対毎の第１および第２歯車の軸線を含む前記水平な分割面で、上下の少なくとも４つのハウジング部に、分割されることを特徴とする。
本発明に従えば、第２歯車は第１歯車の周方向に合計３組の第１〜第３の対を成して配置され、これらの各対毎に、水平な分割面が存在するので、少なくとも合計４つのハウジング部と第１歯車と第２歯車とを分割し、また組立てる作業が良好である。
【００１１】
また本発明は、第２歯車と、遊星歯車増速機と、発電機とは、一直線上に回転軸線を有し、
少なくとも第２歯車と遊星歯車増速機とは、軸線方向に相互に嵌合して回転動力を伝達する軸継手によって連結されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、分割および組立て可能な第２歯車と遊星歯車増速機とは、それらの回転軸線が存在する一直線上に沿って相互に嵌合して回転動力を伝達する軸継手によって連結され、したがって構成の簡略化と組立て、分解の作業性が良好である。
【００１３】
このような軸継手は、たとえばスプライン軸継手であってもよく、またはキー、止めねじなどを用いたいわばソケット形の軸継手などであってもよく、そのほかの構成であってもよい。遊星歯車増速機と発電機もまた同様な軸継手によって連結されてもよい。このような軸継手は、連結作業および連結の解除が容易である。
【００１４】
また本発明は、遊星歯車増速機と発電機との組合せ体は、羽根車の回転軸線方向に沿うハウジングの両側に配置されることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、遊星歯車増速機と発電機との組合せ体が、ハウジングに関して羽根車の軸線方向の両側に配置され、これによって遊星歯車増速機と発電機との組合せ体の数を、できるだけ多くして、遊星歯車増速機と発電機とをさらに小形化し、しかも総発電力を大きくすることが可能である。
【００２０】
また本発明は、遊星歯車増速機は、軸線方向に順次的に、複数段の回転太陽歯車機構が、配置されて構成されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、遊星歯車増速機は、複数段の回転太陽歯車機構すなわち差動遊星歯車機構が、軸線方向に直列に連結されて構成され、したがって風力が弱く、羽根車の回転速度が低い状態であっても、発電機を希望する高速度で回転することが可能であり、しかもこのような遊星歯車増速機の構成を小形化することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の風力発電装置１の一部の斜視図である。風力が安定して容易に得られる山間部または断崖絶壁などの建設場所には、たとえば約１００メートルの高さを有する柱２が立設され、この柱２の上端部には、鉛直軸線まわりに旋回可能な旋回台３が取付けられる。風車の回転翼である羽根車４は、ほぼ水平な回転軸線５を有する。この羽根車４は、ハウジング６に回転自在に支持される。ハウジング６には、羽根車４の回転軸線５に沿う図１の左右両側に遊星歯車増速機７と、この遊星歯車増速機７によって回転駆動される発電機８とを含む組合せ体９が、回転軸線５の各側方に合計６つずつ、取付けられる。ハウジング６と組合せ体９とは、風防カバー１１によって覆われる。ハウジング６は、旋回台３に取外し可能に固定される。風防カバー１１もまた、旋回台３に取外し可能に固定される。羽根車４とハウジング６とが取外し可能であり、またハウジング６と組合せ体９の遊星歯車増速機７とが分割されて組立て可能であり、こうして比較的小形であって小重量の構成要素４，６，９，１１などを、後述の図１５に示されるように、ヘリコプタ１２を用いて、索条１３によって参照符１４で示されるように吊下げて空輸することができる。したがって風力発電装置１を、山間部、断崖絶壁などの建設場所に、建設道路を設けることなく、したがって地球環境を悪化することなく、陸送困難な場所であっても、風力発電装置の建設が可能である。
【００２３】
図２はハウジング６と組合せ体９を示す斜視図であり、図３はハウジング６と組合せ体９とを示す側面図であり、図４はハウジング６と組合せ体９とを示す正面図であり、図５はハウジング６と組合せ体９の一部を示す分解斜視図である。これらの図面を参照して、ハウジング６は基本的に下から上に順に、下ハウジング部１６と中間下ハウジング部１７と中間上ハウジング部１８と帽状の上ハウジング部１９とを含み、これらの各ハウジング部１６〜１９は、水平な横の分割面２１〜２２で上下に分割されることができ、上下に重なるフランジ継手２４〜２６によって取外し可能に連結される。各ハウジング部１６〜１９の水平断面はほぼ長方形であり、中空である。
【００２４】
下ハウジング部１６のフランジ２７は、旋回台３に取外し可能に固定される。下ハウジング部１６の上部に設けられた外向きフランジ２８と中間下ハウジング部１７の下部に設けられた外向きフランジ２９とに、ボルトが挿通されてナットで締付けられることによって、フランジ継手２４が構成される。また同様に、中間下ハウジング部１７の上部に固定されたフランジ３１と中間上ハウジング部１８の下部に固定されたフランジ３２とに、ボルトが挿通されてナットで締付けられることによって、フランジ継手２５が構成される。中間上ハウジング部１８の上部に固定された外向きフランジ３３と上ハウジング部１９の下部に設けられた外向きフランジ３４とに、ボルトが挿通してナットで締付けられることによって、フランジ継手２６が構成される。
【００２５】
羽根車４に取外し可能に固定される回転軸３６は、たとえばキーを用いた軸継手３７を介して取外し可能に回転軸３８に連結される。この回転軸３８には、第１歯車３９が固定される。こうして第１歯車３９は、羽根車４に取外し可能に連結されることになる。
【００２６】
第１歯車３９の周方向には、下から上に順に合計３組の第１〜第３の対４１〜４３を成す第２歯車４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂ；４６ａ，４６ｂが、第１歯車３９の周方向に等間隔をあけて配置される。参照符の添字ａ，ｂを省略して総括的に数字だけで示すことがある。第２歯車４４，４５，４６は、同一構成を有し、第１歯車３９よりも小径である。
【００２７】
図６は、図４の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図である。第１歯車３９の回転軸３８は、軸受４７，４８によって中間下ハウジング部１７、中間上ハウジング部１８に回転自在に支持される。軸受４７，４８は、これらのハウジング部１７，１８に取外し可能である。第２歯車４５の軸線方向両側に延びて固定される回転軸４９は、軸受５１，５２によって中間下ハウジング部１７と中間上ハウジング部１８とに回転自在に設けられる。これらの軸受５１，５２は、ハウジング部１７，１８に取外し可能に取付けられる。残余の第２歯車４４もまた、第２歯車４５と同様に、下ハウジング部１６と中間下ハウジング部１７とに軸受を介して取付けられ、また同様に第２歯車４６も中間上ハウジング部１８と上ハウジング部１９とに取外し可能な軸受を介して取付けられる。
【００２８】
図７は、組合せ体９の遊星歯車増速機７とその付近の拡大断面図である。遊星歯車増速機７のケーシング５４は、フランジ継手５５によって、ボルト５６を用いて取外し自在に中間下ハウジング部１７と中間上ハウジング部１８とに固定される。遊星歯車増速機７は、その軸線５７に沿って複数（この実施の形態ではたとえば２）の回転太陽歯車機構５８，５９が直列に配置されて構成される。第１段の回転太陽歯車機構５８の中空入力軸６１には、第２歯車４５ａの回転軸４９の端部が嵌合し、スプライン軸継手６２によって軸線方向に取外し可能に連結される。入力軸６１は、公転腕である遊星枠６３に連なる。入力軸６１と遊星枠６３とは、軸受６４によって、ケーシング５４に取付けられる。遊星枠６３には、遊星歯車６５が、回転軸６６まわりに回転自在に取付けられる。この遊星歯車６５は、軸線５７のまわりに複数（たとえば３または４など）、配置される。遊星歯車６５は、軸線５７まわりに回転する第１太陽歯車６７に噛合う。
【００２９】
第２段の回転太陽歯車機構５９は、回転太陽歯車機構５８と類似の構成を有し、第１太陽歯車６７の回転軸６８にスプライン軸継手６９によって連結された公転腕である遊星枠７１が、ケーシング５４に軸線５７まわりに回転自在に支持されており、この遊星枠７１には、遊星歯車７２が回転軸７３によって回転自在に取付けられる。この遊星歯車７２は、第１太陽歯車７４に噛合う。ケーシング５４には、各回転太陽歯車機構５８，５９の遊星歯車６５，７２が噛合う内歯歯車である第２太陽歯車７５，７６が固定される。
【００３０】
回転太陽歯車機構５９の第１太陽歯車７４の回転軸７７は、スプライン軸継手７８によって軸線５７方向に嵌合して取外し可能に連結されることができる。このスプライン軸継手７８によって、発電機８の回転軸７９が回転駆動される。発電機８は、組合せ体９の遊星歯車増速機７のケーシング５４に、フランジ継手８１によって取外し可能に取付けられる。回転軸６７，７７には、軸線５７上に凸部９１，９２が形成され、回転軸４９，６７の凹所に相互に回転自在に嵌まり込み、軸線が一直線上に保たれる。
【００３１】
図８〜図１５を参照して、本件風力発電装置１の組立作業の手順を説明する。前述の図１に示されるように、建設場所に立設された柱２の上部に設けられた旋回台３上には、下ハウジング部１６のフランジ２７が固定される。
【００３２】
図８は下ハウジング部１６の斜視図であり、図９は下ハウジング部１６に第１の対４１の第２歯車４４ａ，４４ｂが取付けられた状態を示す斜視図である。旋回台３上に取外し可能に固定された下ハウジング部１６上には、前述の図７に示される軸受５１が設けられた第１の対４１の第２歯車４４ａ，４４ｂが乗載される。この下ハウジング部１６の上部には、軸受５１に対応して上向きの半円形の切欠き８４が設けられ、この切欠きに軸受５１が支持される。
【００３３】
図１０は、中間下ハウジング部１７および第１歯車３９を据付ける状態を示す斜視図である。図９の状態で、中間下ハウジング部１７を下ハウジング部１６上に載せ、フランジ継手２４によって取外し可能に固定し、その上に、第１歯車３９を据付け、軸受４７，４８を、中間下ハウジング部１７の半円形切欠き８５，８６に支持する。第２歯車４４ａ，４４ｂの軸受５１には、中間下ハウジング部１７の下向き半円形の切欠き８７が嵌まり込む。
【００３４】
図１１は、中間下ハウジング部１７上に第１歯車３９と第２の対を構成する第２歯車４５ａ，４５ｂを据付けた状態を示す斜視図である。中間下ハウジング部１７には、図１１（１）に示されるように軸受５１を介して据付ける。こうして第１歯車３９には、第２歯車４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂが噛合った状態となる。
【００３５】
図１２は、中間上ハウジング部１８上に第３の対４３を構成する第２歯車４６ａ，４６ｂを据付けた状態を示す斜視図である。中間下ハウジング部１７には、フランジ継手２５によって中間上ハウジング部１８が取外し可能に連結される。第１歯車３９の軸受４７には、中間上ハウジング部１８の下向きの半円形の切欠き８８が嵌まり込む。残余の第１および第２歯車の軸受も同様にして、取外し可能に各ハウジング部に支持される。
【００３６】
図１３は、中間上ハウジング部１８上に上ハウジング部１９を据付けた状態を示す斜視図である。図１３（１）に示されるように、上ハウジング部１９は、フランジ継手２６によって中間上ハウジング部１８に取外し可能に連結される。こうして図１３（２）に示されるように第１歯車３９は、第２歯車４６ａ，４６ｂに噛合う。
【００３７】
図１４は、図１３の状態においてさらに、組合せ体９を据付ける状態を示す斜視図である。図１４（１）に示されるように、第２歯車４４，４５，４６の各回転軸４９に、遊星歯車増速機７を取外し可能に連結し、さらにその遊星歯車増速機７に発電機８を取外し可能に連結する。本発明の実施の他の形態では、遊星歯車増速機７と発電機８とを先ず連結した状態とし、この状態で遊星歯車増速機７を第２歯車４４の回転軸４９に連結するようにしてもよい。こうして図１４（２）に示されるように組合せ体９は回転軸３８の軸線５の両側に取付けられる。このような図８〜図１４に示される組立時において、図１５に示されるようにヘリコプタ１２から索条１３を介して参照符１４で示される各構成要素が吊上げられて組立作業が行われる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の本発明によれば、山間部、断崖絶壁などの機材運搬が困難な場所における風力発電装置が容易に可能になる。羽根車とハウジングと遊星歯車増速機とは、分割および組立て可能であり、建設場所における高精度の組立て作業が容易に可能である。遊星歯車増速機と発電機とは複数、設けられ、小形化が可能であり、このことによってもまた、運搬が容易であるとともに、既存の汎用品をそのまま利用することができ、原価の低減が可能であり、されに遊星歯車増速機と発電機とを含む複数の組合せ体のうちの１つが故障しても、残余の組合せ体によって発電動作を行わせることができ、運転の続行が可能である。風力発電装置は、たとえば高さ１００メートル程度の高い柱の上部に、たとえば直径５０メートルの羽根車を取付けて構成される大形であり、このような本件風力発電装置であっても、山間部などに輸送の道路を建設する必要がなく、したがって地球環境を悪化することなく、たとえばヘリコプタなどを用いた空輸などによって、分割された各構成要素を運搬することができ、こうして風力を有効に利用することができる山間部、断崖絶壁などで、風力発電装置の建設が可能になる。
また羽根車によって回転駆動される第１歯車の周方向に複数の小径の第２歯車が配置され、各第２歯車によって遊星歯車増速機が駆動され、羽根車と第１歯車とは取外し可能であり、第２歯車と遊星歯車増速機とは取外し可能であり、こうして分割輸送が容易に可能となる。
さらにハウジングを上下の複数のハウジング部に分割し、この水平な分割面が、第１および第２歯車の回転軸線を通る仮想平面とすることによって、ハウジング部と第１歯車と第２歯車との組立て、分解作業を容易に行うことができ、作業性が向上される。
【００３９】
請求項２の本発明によれば、第２歯車は、合計３組の第１〜第３の対を成す合計６つの第２歯車を持ち、これらの第１および第２歯車の軸線を含む上下に合計３つの水平な分割面で、４つのハウジング部に分割可能とし、こうしてハウジング部と第１歯車と第２歯車との組立て作業が容易であり、また分解作業が容易である。
【００４０】
請求項３の本発明によれば、第２歯車と遊星歯車増速機とが軸線方向に相互に嵌合する軸継手によって連結されるので、組立て、分解作業がさらに容易になる。
【００４１】
請求項４の本発明によれば、羽根車の軸線方向に沿って、ハウジングの両側に、前記組合せ体が配置され、したがって多数の組合せ体を用いて発電を行うことができ、これによって遊星歯車増速機と発電機とを小形化し、しかも大電力を得ることが容易に可能になる。
【００４４】
請求項５の本発明によれば、遊星歯車増速機は、複数段の回転太陽歯車機構を直列に同一軸線上に配置して構成され、これによって風力が弱く、したがって羽根車の回転速度が低い状態であっても、発電機を希望する高速度で回転することができ、希望する回転力を得ることができ、また希望する交流周波数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の風力発電装置１の一部の斜視図である。
【図２】ハウジング６と組合せ体９を示す斜視図である。
【図３】ハウジング６と組合せ体９とを示す側面図である。
【図４】ハウジング６と組合せ体９とを示す正面図である。
【図５】ハウジング６と組合せ体９の一部を示す分解斜視図である。
【図６】図４の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図である。
【図７】組合せ体９の遊星歯車増速機７とその付近の拡大断面図である。
【図８】下ハウジング部１６の斜視図である。
【図９】下ハウジング部１６に第１の対４１の第２歯車４４ａ，４４ｂが取付けられた状態を示す斜視図である。
【図１０】中間下ハウジング部１７および第１歯車３９を据付ける状態を示す斜視図である。
【図１１】中間下ハウジング部１７上に第１歯車３９と第２の対を構成する第２歯車４５ａ，４５ｂを据付けた状態を示す斜視図である。
【図１２】中間上ハウジング部１８上に第３の対４３を構成する第２歯車４６ａ，４６ｂを据付けた状態を示す斜視図である。
【図１３】中間上ハウジング部１８上に上ハウジング部１９を据付けた状態を示す斜視図である。
【図１４】図１３の状態においてさらに、組合せ体９を据付ける状態を示す斜視図である。
【図１５】ヘリコプタ１２による各構成要素１４の運搬、組立作業を示す図である。
【符号の説明】
１風力発電装置
２柱
３旋回台
４羽根車
５回転軸線
６ハウジング
７遊星歯車増速機
８発電機
９組合せ体
１６下ハウジング部
１７中間下ハウジング部
１８中間上ハウジング部
１９上ハウジング部
２１，２２，２３分割面
３９第１歯車
４１第１の対
４２第２の対
４３第３の対
４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂ；４６ａ，４６ｂ第２歯車
５４ケーシング
５８，５９回転太陽歯車機構
６１入力軸
６２スプライン軸受
６３，７１遊星枠
６５，７２遊星歯車
６７，７４第１太陽歯車
６９スプライン軸継手
７５，７６第２太陽歯車

Claims

羽根車と、
羽根車が回転自在に支持されるハウジングと、
ハウジングに取付けられ、羽根車の動力が与えられる複数の遊星歯車増速機と、
各遊星歯車増速機によってそれぞれ回転駆動される複数の発電機とを有し、
少なくとも羽根車とハウジングと遊星歯車増速機とが、分割および組立て可能に構成され、
ハウジングには、
羽根車に取外し可能に連結される第１歯車と、
第１歯車の周方向に配置され、第１歯車に噛合い、第１歯車よりも小径であり、遊星歯車増速機に取外し可能に連結される複数の第２歯車とが、収納され、
ハウジングは、第１および第２歯車の回転軸線を通る水平な分割面で上下に分割可能であることを特徴とする風力発電装置。
第２歯車は、
第１歯車の下方の左右に第１の対を成して、
第１歯車の左右両側方に第２の対を成して、および
第１歯車の上方の左右に第３の対を成して、
それぞれ配置され、
ハウジングは、これらの各対毎の第１および第２歯車の軸線を含む前記水平な分割面で、上下の少なくとも４つのハウジング部に、分割されることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
第２歯車と、遊星歯車増速機と、発電機とは、一直線上に回転軸線を有し、
少なくとも第２歯車と遊星歯車増速機とは、軸線方向に相互に嵌合して回転動力を伝達する軸継手によって連結されることを特徴とする請求項１または２記載の風力発電装置。
遊星歯車増速機と発電機との組合せ体は、羽根車の回転軸線方向に沿うハウジングの両側に配置されることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の風力発電装置。
遊星歯車増速機は、軸線方向に順次的に、複数段の回転太陽歯車機構が、配置されて構成されることを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載の風力発電装置。