JP4142548B2 - Wind power generator - Google Patents

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Description

本発明は、風のエネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine generator that converts wind energy into electrical energy.

従来、風力発電装置として、風のエネルギーを風車により回転動力に変換し、この回転動力を風車と連結される発電機に伝達して、伝達された回転動力を発電機により電気エネルギーに変換するものが知られている。   Conventionally, as a wind power generator, wind energy is converted into rotational power by a windmill, this rotational power is transmitted to a generator connected to the windmill, and the transmitted rotational power is converted into electric energy by a generator. It has been known.

このような風力発電装置には、風車の回転を、例えば、歯車機構を用いた増速装置により増速して発電を行う増速タイプのものと、風車の回転を増速せずに、そのまま伝達して発電を行うダイレクトタイプのものとがある。後者は、前者と比べて、大型（大径）の発電機が必要ではあるものの、複雑な機構の増速装置が不要となる点で優れている。また、風力発電装置には、可変ピッチ機構を備えるタイプのものがあり、可変ピッチ機構により、風車を構成するブレードのピッチ角度を変更して、風速に合わせて風車の回転数を発電機にとって好適な回転数に調節するようにしたものが知られている。このようなダイレクトタイプで、可変ピッチ機構を備える風力発電装置としては、例えば特許文献１に示すようなものが知られている。   In such a wind turbine generator, the rotation speed of the windmill is increased, for example, by a speed increasing device using a gear mechanism to generate power, and the rotation speed of the wind turbine is not increased. There is a direct type that generates electricity by transmitting. The latter is superior to the former in that it requires a large-sized (large-diameter) generator, but does not require a speed increasing device with a complicated mechanism. In addition, there are types of wind turbine generators that are equipped with a variable pitch mechanism. By using the variable pitch mechanism, the pitch angle of the blades constituting the windmill is changed, and the number of rotations of the windmill is suitable for the generator according to the wind speed. What is adjusted to a proper rotation speed is known. As such a direct type wind turbine generator having a variable pitch mechanism, for example, the one shown in Patent Document 1 is known.

特開２００２−３１０３１号公報JP 2002-31031 A

しかし、従来の風力発電装置においては、次のような問題点があった。ブレードが取り付けられる部分（ロータヘッド、あるいはハブと呼ばれる部分）と、発電機の回転子が取り付けられる主軸とが別体として構成されていたため、部品点数や組立工数が多くなり、コストもかかるという問題点があった。また、可変ピッチ機構を構成し、ブレードのピッチ角度を変更駆動するためのアクチュエータ、例えば、油圧シリンダー等が、主軸の外部に備えられる構成となっていたため、動力伝達機構等を設ける必要があり、その分だけ部品点数が増大するとともに大型化するという問題点があった。さらには、風力発電装置は、風車や発電機等の重量物を所定の高さのタワー上に保持する構造であるため、風力発電装置の軽量化をできる限り図ることが本来的に要請される。   However, the conventional wind power generator has the following problems. Since the part to which the blade is attached (the part called the rotor head or hub) and the main shaft to which the rotor of the generator is attached are configured separately, the number of parts and assembly man-hours increase, and the cost increases. There was a point. In addition, since the actuator for changing and driving the pitch angle of the blade, such as a hydraulic cylinder, is configured outside the main shaft, it is necessary to provide a power transmission mechanism and the like. There is a problem that the number of parts increases and the size increases accordingly. Furthermore, since the wind power generator has a structure for holding a heavy object such as a windmill or a generator on a tower having a predetermined height, it is inherently required to reduce the weight of the wind power generator as much as possible. .

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
請求項１においては、風のエネルギーを風車（２）により回転動力に変換し、この回転動力を該風車（２）と直結する発電機（１１）に伝達して、伝達された回転動力を該発電機（１１）により電気エネルギーに変換する風力発電装置（１）であって、前記発電機（１１）を、風車（２）の回転軸である主軸（１０）に取り付けられる回転子（１２）と、該回転子（１２）に対向配置される固定子（１３）とにより構成し、前記主軸（１０）を、外周に風車（２）を構成する複数のブレード（３）が取り付けられる部分と、前記回転子（１２）が取り付けられる部分とにより構成し、両部分を同一部品で筒状に一体形成すると共に、タワー（７）の上端に旋回可能に支持する架台（６）に、前記固定子（１３）を内面に固定したハウジング（２０）を支持固定し、前記主軸（１０）は、該ハウジング（２０）との間に介装された軸受を介して、ハウジング（２０）に対して、相対回転可能に支持し、前記ハウジング（２０）と固定子（１３）は、該主軸（１０）の外周に取り付けられた回転子（１２）を被覆する構成とし、前記ハウジング（２０）の後面に固定した取付ケース（２１）に、前記ブレード（３）のピッチ角度を変更する為のアクチュエータを固定し、該アクチュエータは主軸（１０）後端側から、主軸（１０）の内部空間に突出して取り付け、該主軸（１０）の内部に該アクチュエータを収納したものである。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
In Claim 1, wind energy is converted into rotational power by a windmill (2), and this rotational power is transmitted to a generator (11) directly connected to the windmill (2), and the transmitted rotational power is transmitted to the windmill (2). A wind power generator (1) that converts electrical energy into electric energy by a generator (11), the rotor (12) being attached to a main shaft (10) that is a rotating shaft of the wind turbine (2). And a stator (13) disposed to face the rotor (12), the main shaft (10), and a portion to which a plurality of blades (3) constituting the wind turbine (2) are attached to the outer periphery. The rotor (12) is attached to a part, and both parts are integrally formed in a cylindrical shape with the same parts, and fixed to the pedestal (6) that is pivotally supported on the upper end of the tower (7). Housing (13) with a child (13) fixed to the inner surface 0), the main shaft (10) is supported so as to be relatively rotatable with respect to the housing (20) via a bearing interposed between the main shaft (10) and the housing (20). 20) and the stator (13) are configured to cover the rotor (12) attached to the outer periphery of the main shaft (10), and the mounting case (21) fixed to the rear surface of the housing (20) An actuator for changing the pitch angle of the blade (3) is fixed. The actuator protrudes from the rear end side of the main shaft (10) into the inner space of the main shaft (10) and is mounted inside the main shaft (10). The actuator is housed .

請求項２においては、前記アクチュエータをシリンダーとし、該シリンダーを、前記主軸の軸心に沿って配置したものである。   According to a second aspect of the present invention, the actuator is a cylinder, and the cylinder is disposed along the axis of the main shaft.

請求項３においては、前記主軸は、鋳物として形成されるものである。   According to a third aspect of the present invention, the main shaft is formed as a casting.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に記載の如く、風のエネルギーを風車（２）により回転動力に変換し、この回転動力を該風車（２）と直結する発電機（１１）に伝達して、伝達された回転動力を該発電機（１１）により電気エネルギーに変換する風力発電装置（１）であって、前記発電機（１１）を、風車（２）の回転軸である主軸（１０）に取り付けられる回転子（１２）と、該回転子（１２）に対向配置される固定子（１３）とにより構成し、前記主軸（１０）を、外周に風車（２）を構成する複数のブレード（３）が取り付けられる部分と、前記回転子（１２）が取り付けられる部分とにより構成し、両部分を同一部品で筒状に一体形成すると共に、タワー（７）の上端に旋回可能に支持する架台（６）に、前記固定子（１３）を内面に固定したハウジング（２０）を支持固定し、前記主軸（１０）は、該ハウジング（２０）との間に介装された軸受を介して、ハウジング（２０）に対して、相対回転可能に支持し、前記ハウジング（２０）と固定子（１３）は、該主軸（１０）の外周に取り付けられた回転子（１２）を被覆する構成とし、前記ハウジング（２０）の後面に固定した取付ケース（２１）に、前記ブレード（３）のピッチ角度を変更する為のアクチュエータを固定し、該アクチュエータは主軸（１０）後端側から、主軸（１０）の内部空間に突出して取り付け、該主軸（１０）の内部に該アクチュエータを収納したので、風力発電装置の主軸部分の組立工数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。また、主軸の内部にブレードのピッチ角度を変更するためのアクチュエータを収容して、主軸の内部の空間を有効に活用することにより、主軸および発電機を収容するナセル部分のコンパクト化を図ることができる。さらに、そのアクチュエータへの動力伝達機構等の部品点数を削減することができる。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
That is, as described in claim 1, wind energy is converted into rotational power by the windmill (2), and this rotational power is transmitted to the generator (11) directly connected to the windmill (2). A wind power generator (1) for converting rotational power into electrical energy by the generator (11), wherein the generator (11) is attached to a main shaft (10) which is a rotating shaft of the windmill (2). The rotor (12) and the stator (13) arranged to face the rotor (12) are configured, and the main shaft (10) is formed on the outer periphery, and a plurality of blades (3) configuring a windmill (2) is provided on the outer periphery. The mount (6) is composed of a part to be attached and a part to which the rotor (12) is attached, and both parts are integrally formed in a cylindrical shape with the same parts, and are supported pivotably on the upper end of the tower (7). The stator (13) was fixed to the inner surface A uzing (20) is supported and fixed, and the main shaft (10) is supported so as to be relatively rotatable with respect to the housing (20) via a bearing interposed between the housing (20) and the housing (20). The housing (20) and the stator (13) cover the rotor (12) attached to the outer periphery of the main shaft (10), and are attached to an attachment case (21) fixed to the rear surface of the housing (20). , An actuator for changing the pitch angle of the blade (3) is fixed, and the actuator projects from the rear end side of the main shaft (10) into the inner space of the main shaft (10), and is attached to the inner portion of the main shaft (10). Since the actuator is housed in this manner , the number of assembling steps of the main shaft portion of the wind turbine generator can be reduced, and the cost can be reduced. In addition, by accommodating an actuator for changing the pitch angle of the blade inside the main shaft and effectively utilizing the space inside the main shaft, the nacelle portion that houses the main shaft and the generator can be made compact. it can. Furthermore, the number of parts such as a power transmission mechanism to the actuator can be reduced.

請求項２に示すような風力発電装置によれば、主軸の内部にシリンダーを効率良く配置して、主軸内の空間を有効に活用してコンパクト化を図ることができる。また、固定子、回転子、主軸、シリンダーを同一軸心上に配置することができて、構造が簡単となり、組み立て等も容易にできる。   According to the wind power generator as set forth in claim 2, the cylinder can be efficiently arranged inside the main shaft, and the space in the main shaft can be effectively utilized to achieve compactness. Further, the stator, the rotor, the main shaft, and the cylinder can be arranged on the same axis, the structure becomes simple, and the assembly and the like can be facilitated.

請求項３に示すような風力発電装置によれば、鋼管の溶接による一体構造と比べると、溶接による歪み等が発生しないため、精度の高い主軸が得られる。そして、主軸の肉厚を容易に低減することができ、軽量化を図ることができる。また、鋳物なので製造が簡単に行え、低コスト化を図ることができる。   According to the wind power generator as set forth in claim 3, since a distortion or the like due to welding does not occur as compared with an integrated structure by welding of steel pipes, a highly accurate spindle can be obtained. And the thickness of a main axis | shaft can be reduced easily and weight reduction can be achieved. Moreover, since it is a casting, manufacture can be performed easily and cost reduction can be achieved.

次に、発明を実施するための最良の形態を添付の図面を用いて説明する。図１は本発明を適用する風力発電装置の一実施例を示す正面図、図２は風力発電装置の上部の構造を示す側面図、図３は風力発電装置のナセル内部の構造を示す断面図である。   Next, the best mode for carrying out the invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a wind power generator to which the present invention is applied, FIG. 2 is a side view showing an upper structure of the wind power generator, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure inside a nacelle of the wind generator. It is.

風力発電装置１の概略構成について、図１、図２を用いて説明する。本実施例の風力発電装置１は、風のエネルギーを風車２により回転動力に変換して、該風車２と直結する発電機１１に伝達し、該発電機１１により伝達された回転動力を電気エネルギーに変換する装置である。風力発電装置１は、風のエネルギーを回転動力に変換する風車２と、該風車２の回転軸である主軸１０、風車２の回転動力を電気エネルギーに変換する発電機１１、主軸１０および発電機１１を収容するナセル５、該ナセル５を所定の高さに保持するタワー７等により構成される。   A schematic configuration of the wind turbine generator 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The wind power generator 1 of the present embodiment converts wind energy into rotational power by the windmill 2 and transmits it to the generator 11 directly connected to the windmill 2, and the rotational power transmitted by the generator 11 is converted into electric energy. It is a device to convert to. The wind turbine generator 1 includes a windmill 2 that converts wind energy into rotational power, a main shaft 10 that is a rotational shaft of the windmill 2, a generator 11, a main shaft 10, and a power generator that convert rotational power of the windmill 2 into electrical energy. 11 includes a nacelle 5 that houses 11 and a tower 7 that holds the nacelle 5 at a predetermined height.

風車２は、複数枚（本実施例の図１では、３枚）のブレード３・３・・・からなり、該ブレード３・３・・・が主軸１０に取り付けられて形成されている。ブレード３は、樹脂（例えば、繊維強化プラスチック）等の材質からなる。風力発電装置１には、ブレード３の取付基部に可変ピッチ装置３０が連結され、該可変ピッチ装置３０によりブレード３のピッチ角度を変更する。この可変ピッチ装置３０については、後述する。   The windmill 2 is composed of a plurality of blades 3 (3 in FIG. 1 in the present embodiment), which are attached to the main shaft 10. The blade 3 is made of a material such as resin (for example, fiber reinforced plastic). In the wind power generator 1, a variable pitch device 30 is connected to a mounting base portion of the blade 3, and the pitch angle of the blade 3 is changed by the variable pitch device 30. The variable pitch device 30 will be described later.

また、風力発電装置１には、ナセル５の旋回装置６０が備えられ、該旋回装置６０によりナセル５を旋回させて風車２を風向きに対して直角方向へ向ける。旋回装置６０は、図示しないアクチュエータを介して架台６が軸受６１を介してタワー７上端に旋回可能に支持されることによって構成される。架台６上には、発電機１１の固定子１３が取り付けられるハウジング２０、可変ピッチ装置３０の駆動手段となるアクチュエータとしての油圧シリンダー３４およびブレーキ装置７０を作動するための油圧ユニット６２等が設置されている。なお、前記アクチュエータは油圧シリンダーに限定するものではなく、電動シリンダーやエアシリンダーやソレノイド等であってもよく、直動型のアクチュエータであればよい。   Further, the wind power generator 1 is provided with a turning device 60 for the nacelle 5, and the turning device 60 turns the nacelle 5 to direct the windmill 2 in a direction perpendicular to the wind direction. The swivel device 60 is configured by the gantry 6 being pivotally supported on the upper end of the tower 7 via a bearing 61 via an actuator (not shown). On the gantry 6, a housing 20 to which the stator 13 of the generator 11 is attached, a hydraulic cylinder 34 as an actuator serving as a driving unit of the variable pitch device 30, a hydraulic unit 62 for operating the brake device 70, and the like are installed. ing. The actuator is not limited to a hydraulic cylinder, and may be an electric cylinder, an air cylinder, a solenoid, or the like, as long as it is a direct acting actuator.

次に、ナセル５内部の構造について、図３を用いて説明する。ナセル５内部には、主軸１０、発電機１１に加えて、ハウジング２０、ブレーキ装置７０等が収容されている。そして、主軸１０には、前方から順にブレード３、ブレーキディスク７１、発電機１１を収容するハウジング２０が取り付けられている。発電機１１には、主軸１０に固定される回転子１２と、該回転子１２の外側方に所定の間隔を隔てて対向配置される固定子１３とが備えられている。回転子１２には永久磁石１４が挿入されており、固定子１３はコイルで構成され、発電機１１は永久磁石型の同期発電機として構成される。なお、回転子１２に永久磁石１４を挿入する構成に替えて、回転子１２をコイルで構成してもよい。   Next, the internal structure of the nacelle 5 will be described with reference to FIG. In the nacelle 5, in addition to the main shaft 10 and the generator 11, a housing 20, a brake device 70, and the like are accommodated. A housing 20 that houses the blade 3, the brake disk 71, and the generator 11 is attached to the main shaft 10 in order from the front. The generator 11 includes a rotor 12 that is fixed to the main shaft 10 and a stator 13 that is disposed to face the outer side of the rotor 12 with a predetermined interval. A permanent magnet 14 is inserted into the rotor 12, the stator 13 is configured by a coil, and the generator 11 is configured as a permanent magnet type synchronous generator. In addition, it may replace with the structure which inserts the permanent magnet 14 in the rotor 12, and the rotor 12 may be comprised with a coil.

主軸１０の中途部外周に、回転子１２がキー等により固定されている。このため、回転子１２は、主軸１０に対して相対回転不能となっており、風車２の回転により主軸１０とともに回転する。一方、固定子１３はハウジング２０内面に固定されている。ハウジング２０は、前述したように架台６に支持されて固定されており、風車２が回転してもハウジング２０自体は回転しない。したがって、風車２が回転しても固定子１３は回転しない。   A rotor 12 is fixed to the outer periphery of the middle portion of the main shaft 10 with a key or the like. For this reason, the rotor 12 is not rotatable relative to the main shaft 10, and rotates together with the main shaft 10 by the rotation of the windmill 2. On the other hand, the stator 13 is fixed to the inner surface of the housing 20. The housing 20 is supported and fixed on the gantry 6 as described above, and the housing 20 itself does not rotate even if the windmill 2 rotates. Therefore, even if the windmill 2 rotates, the stator 13 does not rotate.

ハウジング２０は、主軸１０に取り付けられる回転子１２を覆うように、主軸１０に相対回転可能に取り付けられる。主軸１０とハウジング２０との間には、前部軸受１５、後部軸受１６等が介装されている。主軸１０は段付き円筒状に形成されている。これに対し、ハウジング２０は分割して形成されている。ハウジング２０は、７つのハウジング部材２０ａ・２０ｂ・２０ｃ・２０ｄ・２０ｅ・２０ｆ・２０ｇから構成されて、全体として主軸１０の回転軸（軸心）に関して対称的な形状となっている。なお、この場合、ハウジング２０に取り付けられる固定子１３が主軸１０の軸心に関して対称的であればよく、ハウジング２０の形状自体は特に対称的である必要はない。   The housing 20 is attached to the main shaft 10 so as to be relatively rotatable so as to cover the rotor 12 attached to the main shaft 10. A front bearing 15 and a rear bearing 16 are interposed between the main shaft 10 and the housing 20. The main shaft 10 is formed in a stepped cylindrical shape. On the other hand, the housing 20 is divided and formed. The housing 20 is composed of seven housing members 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, and 20g, and has a symmetrical shape as a whole with respect to the rotation axis (axial center) of the main shaft 10. In this case, the stator 13 attached to the housing 20 only needs to be symmetric with respect to the axis of the main shaft 10, and the shape of the housing 20 itself does not need to be symmetric.

取付ケース２１は、主軸１０後端側から取り付けられ、該主軸１０内部の空間へ突出して配置されている。この場合、主軸１０後端と取付ケース２１との間には若干の隙間が形成されている。この取付ケース２１により油圧シリンダー３４を固定する。なお、隣接するハウジング部材間は、ボルトにより固定される。また、取付ケース２１はハウジング部材２０ｇに、ボルトにより固定される。   The attachment case 21 is attached from the rear end side of the main shaft 10 and is disposed so as to protrude into the space inside the main shaft 10. In this case, a slight gap is formed between the rear end of the main shaft 10 and the mounting case 21. The hydraulic cylinder 34 is fixed by the mounting case 21. Note that adjacent housing members are fixed by bolts. The mounting case 21 is fixed to the housing member 20g with bolts.

主軸１０は、嵌め込まれる各ハウジング部材のサイズに合わせて段付き形状として形成されている。この場合、後方ほど主軸１０の外径が小さくなるように形成されている。主軸１０と各ハウジング部材とにより形成される空間２２・２２・・・には、グリスが充填される。このため、シール部材２３・２３・・・が主軸１０と各ハウジング部材との間に介装されている。そして、ハウジング２０の補強用のリブ２４・２４がハウジング部材２０ｂ・２０ｆにそれぞれ取り付けられている。また、放熱用のフィン２５がハウジング部材２０ｄの外周より多数突出されている。   The main shaft 10 is formed as a stepped shape in accordance with the size of each housing member to be fitted. In this case, the outer diameter of the main shaft 10 is reduced toward the rear. The spaces 22, 22... Formed by the main shaft 10 and the housing members are filled with grease. For this reason, seal members 23, 23... Are interposed between the main shaft 10 and each housing member. The reinforcing ribs 24 and 24 of the housing 20 are attached to the housing members 20b and 20f, respectively. A number of fins 25 for heat dissipation protrude from the outer periphery of the housing member 20d.

以上のような構成で、主軸１０はハウジング２０を貫通するように取り付けられるとともに、該ハウジング２０の前後（軸心方向）両側で前部軸受１５と後部軸受１６を介して支持し、更に、主軸１０は従来よりも大径で構成することができたので、風車２を支持するための剛性もアップできたのである。また、ハウジング２０に対して主軸１０は相対回転可能となっている。このため、風力発電装置１において、風を受けると風車２が回転し、これに伴い主軸１０が回転する。これにより、主軸１０に固定された回転子１２が、ハウジング２０に固定された固定子１３に対して回転し、回転子１２と固定子１３との間で発電が行われる。つまり、風車２により変換された風のエネルギーが回転動力として主軸１０に伝達され、この回転動力が発電機１１により電気エネルギーに変換される。   With the configuration as described above, the main shaft 10 is attached so as to penetrate the housing 20, and is supported on both the front and rear (axial direction) sides of the housing 20 via the front bearing 15 and the rear bearing 16. Since 10 could be configured with a larger diameter than before, the rigidity for supporting the wind turbine 2 could be improved. Further, the main shaft 10 is rotatable relative to the housing 20. For this reason, in the wind power generator 1, when the wind is received, the windmill 2 rotates, and the main shaft 10 rotates accordingly. Thereby, the rotor 12 fixed to the main shaft 10 rotates with respect to the stator 13 fixed to the housing 20, and power generation is performed between the rotor 12 and the stator 13. That is, the wind energy converted by the windmill 2 is transmitted to the main shaft 10 as rotational power, and the rotational power is converted into electrical energy by the generator 11.

主軸１０のハウジング２０よりも前方側には、ブレーキ装置７０を構成するブレーキディスク７１が固定されている。ブレーキ装置７０は主軸１０の回転を制動するために設けられており、該ブレーキ装置７０には、ブレーキディスク７１と、該ブレーキディスク７１の両側面を挟んでその回転を制動するブレーキパッド７２とが備えられている。ブレーキ装置７０は油圧ユニット６２により作動される。   A brake disc 71 constituting the brake device 70 is fixed on the front side of the housing 20 of the main shaft 10. The brake device 70 is provided to brake the rotation of the main shaft 10. The brake device 70 includes a brake disk 71 and brake pads 72 that brake the rotation across both side surfaces of the brake disk 71. Is provided. The brake device 70 is operated by the hydraulic unit 62.

次に、主軸１０内部の構造について説明する。本実施例では、風車２の回転を、歯車機構を用いた増速装置等により増速せずに、主軸１０に伝えて発電するようにしている。このため、発電機１１は低速タイプとなり、大径となるため、主軸１０の径は、増速装置を備える場合に比べて大きなものとなっている。このように、主軸１０を大径化することにより、主軸１０の肉厚を薄くしても、その強度を保つことができる。この主軸１０の薄肉化により主軸１０の軽量化を図ることができる。そして、主軸１０の薄肉化により形成される主軸１０の内部の空間を、以下のように有効的に活用することとしている。   Next, the structure inside the main shaft 10 will be described. In the present embodiment, the rotation of the wind turbine 2 is transmitted to the main shaft 10 without being increased by a speed increasing device using a gear mechanism or the like to generate power. For this reason, since the generator 11 becomes a low speed type and becomes a large diameter, the diameter of the main axis | shaft 10 is large compared with the case where a speed increasing apparatus is provided. In this manner, by increasing the diameter of the main shaft 10, the strength can be maintained even if the thickness of the main shaft 10 is reduced. By reducing the thickness of the main shaft 10, the weight of the main shaft 10 can be reduced. The space inside the main shaft 10 formed by the thinning of the main shaft 10 is effectively utilized as follows.

前述したように、主軸１０は、内部に空間を有する段付き円筒状となっており、この空間内に、可変ピッチ装置３０を構成する油圧シリンダー３４、アーム３１、リンク３２、ロッド軸受ケース３３等を収容して、形成された内部空間の有効活用を図ることとしている。なお、主軸１０の前端側には、加工・組み立ておよびメンテナンス用の開口部１０ａが形成されている。   As described above, the main shaft 10 has a stepped cylindrical shape having a space inside, and in this space, the hydraulic cylinder 34, the arm 31, the link 32, the rod bearing case 33, etc. that constitute the variable pitch device 30. The internal space formed is to be used effectively. An opening 10a for processing / assembly and maintenance is formed on the front end side of the main shaft 10.

主軸１０の前部には、複数枚のブレード３・３・・・が取り付けられる。このため、主軸１０の前部には、ブレード３・３・・・を取り付けるための複数（ブレード３の枚数と同数）の開口部１０ｂ・１０ｂ・・・が形成されている。この開口部１０ｂに、主軸１０とブレード３とを接続するシャンク４が挿入され、該シャンク４が軸受４１を介して主軸１０に回動可能に支持されている。そして、シャンク４の一端側（主軸１０から外方へ突出した側）にブレード３が連結されている。このように、シャンク４が主軸１０に回動可能に取り付けられているため、ブレード３が主軸１０に対して回動可能となっている。これにより、シャンク４を回動させることで、ブレード３のピッチ角度を変更できる。   A plurality of blades 3, 3... Are attached to the front portion of the main shaft 10. For this reason, a plurality of openings 10b, 10b,... For attaching the blades 3, 3,. A shank 4 that connects the main shaft 10 and the blade 3 is inserted into the opening 10b, and the shank 4 is rotatably supported by the main shaft 10 via a bearing 41. The blade 3 is connected to one end side of the shank 4 (side protruding outward from the main shaft 10). Thus, since the shank 4 is rotatably attached to the main shaft 10, the blade 3 is rotatable with respect to the main shaft 10. Thereby, the pitch angle of the blade 3 can be changed by rotating the shank 4.

このようなブレード３のピッチ角度の変更は、可変ピッチ装置３０によって行われる。可変ピッチ装置３０はブレード３のピッチ角度を変更して、風速に合わせて風車２の回転数を発電機１１にとって好適な回転数に調節するために設けられており、該可変ピッチ装置３０には、アーム３１と、リンク３２と、ロッド軸受ケース３３と、油圧シリンダー３４とが備えられている。可変ピッチ装置３０は油圧ユニット６２により作動される。   Such a change in the pitch angle of the blade 3 is performed by the variable pitch device 30. The variable pitch device 30 is provided for changing the pitch angle of the blade 3 to adjust the rotation speed of the windmill 2 to a rotation speed suitable for the generator 11 according to the wind speed. The arm 31, the link 32, the rod bearing case 33, and the hydraulic cylinder 34 are provided. The variable pitch device 30 is operated by a hydraulic unit 62.

可変ピッチ装置３０によるブレード３のピッチ角度の変更について説明する。前記シャンク４の他端側（主軸１０の空間内に突出した側、基部側）にはアーム３１の一端側がシャンク４の回転軸心から偏心した位置に連結固定されており、該アーム３１の他端側はリンク３２の一端側に枢結されている。さらに、リンク３２の他端側はロッド軸受ケース３３の外面に回動自在に枢支されている。なお、リンク３２にターンバックル等を取り付けて長さ調節可能に構成としてもよい。   The change of the pitch angle of the blade 3 by the variable pitch device 30 will be described. The other end side of the shank 4 (the side projecting into the space of the main shaft 10, the base side) is connected and fixed to a position where one end side of the arm 31 is eccentric from the rotational axis of the shank 4. The end side is pivotally connected to one end side of the link 32. Further, the other end side of the link 32 is pivotally supported on the outer surface of the rod bearing case 33. Note that a turnbuckle or the like may be attached to the link 32 so that the length can be adjusted.

ロッド軸受ケース３３には、油圧シリンダー３４のロッド３４ａの先端部が挿入される。ロッド軸受ケース３３内には軸受（スラストベアリング）が収容されており、該軸受がロッド３４ａの先端部に取り付けられている。そして、ロッド軸受ケース３３は、ロッド３４ａに対して相対回転可能で、軸心方向に移動できるように取り付けられている。   The rod bearing case 33 is inserted with the tip of the rod 34 a of the hydraulic cylinder 34. A bearing (thrust bearing) is accommodated in the rod bearing case 33, and the bearing is attached to the tip of the rod 34a. The rod bearing case 33 is attached so that it can rotate relative to the rod 34a and can move in the axial direction.

油圧シリンダー３４は、主軸１０の空間内で、該主軸１０の軸心に沿って配設されている。つまり、固定子１３、回転子１２、主軸１０、油圧シリンダー３４を同一軸心上に配置している。該油圧シリンダー３４は、その後部が前述した取付ケース２１に固定されており、該取付ケース２１を介してハウジング２０に取り付けられている。したがって、風車２が回転しても油圧シリンダー３４およびロッド３４ａは回転しない。これに対して、ロッド軸受ケース３３、リンク３２、アーム３１は、風車２の回転とともに回転する。   The hydraulic cylinder 34 is disposed along the axis of the main shaft 10 in the space of the main shaft 10. That is, the stator 13, the rotor 12, the main shaft 10, and the hydraulic cylinder 34 are arranged on the same axis. The hydraulic cylinder 34 has a rear portion fixed to the mounting case 21 described above, and is attached to the housing 20 via the mounting case 21. Therefore, even if the windmill 2 rotates, the hydraulic cylinder 34 and the rod 34a do not rotate. In contrast, the rod bearing case 33, the link 32, and the arm 31 rotate with the rotation of the windmill 2.

このような構成で、油圧シリンダー３４が伸縮すると、これに伴ってロッド軸受ケース３３が、油圧シリンダー３４の軸方向（主軸１０の軸心）に沿って移動する。これにより、ロッド軸受ケース３３に枢支されているリンク３２とともに、アーム３１が回動する。この結果、シャンク４とともにブレード３が主軸１０に対して回動する。なお、主軸１０の軸心方向中途部内面に鍔部１０ｃを設け、該鍔部１０ｃにロッドガイド３６が固定され、該ロッドガイド３６によりロッド３４ａの移動を案内するように設けられている。   With this configuration, when the hydraulic cylinder 34 expands and contracts, the rod bearing case 33 moves along the axial direction of the hydraulic cylinder 34 (the axis of the main shaft 10). Thereby, the arm 31 rotates together with the link 32 pivotally supported by the rod bearing case 33. As a result, the blade 3 rotates with respect to the main shaft 10 together with the shank 4. A flange portion 10c is provided on the inner surface in the axial direction of the main shaft 10, a rod guide 36 is fixed to the flange portion 10c, and the rod guide 36 is provided to guide the movement of the rod 34a.

以上のようなナセル５内部においては、主軸１０、回転子１２、アーム３１、リンク３２、ロッド軸受ケース３３、ブレーキディスク７１は、風車２の回転とともに回転する。一方、ハウジング２０、固定子１３、取付ケース２１、油圧シリンダー３４およびロッド３４ａは、風車２が回転しても回転しない。そして、主軸１０の軸心に関して対称的に固定子１３が配置され、また、この軸心に沿って油圧シリンダー３４が配置されている。   In the nacelle 5 as described above, the main shaft 10, the rotor 12, the arm 31, the link 32, the rod bearing case 33, and the brake disk 71 rotate as the windmill 2 rotates. On the other hand, the housing 20, the stator 13, the mounting case 21, the hydraulic cylinder 34, and the rod 34a do not rotate even when the windmill 2 rotates. And the stator 13 is arrange | positioned symmetrically about the axial center of the main axis | shaft 10, and the hydraulic cylinder 34 is arrange | positioned along this axial center.

従来では、回転子が取り付けられる主軸と、ブレードが取り付けられるハブと呼ばれる部分とが、一体的には構成されていなかった。また、可変ピッチ装置のアクチュエータ（油圧シリンダー等）および動力伝達機構は、主軸の外部に備えられる構成となっていた。本実施例では、主軸１０は、ブレード３（シャンク４）が取り付けられる部分（ハブ）と、発電機１１の回転子１２が取り付けられる部分とが一体的に形成された構造となっている。これにより、風力発電装置１の組立工数を削減することができ、剛性もアップし、また、低コスト化を図ることができる。そして、主軸１０を一体的に形成し、該主軸１０内部に形成される空間に油圧シリンダー３４等の可変ピッチ装置３０を収納することとしている。これにより、風力発電装置１において、主軸１０および発電機１１を収容するナセル５のコンパクト化を図ることができる。   Conventionally, a main shaft to which a rotor is attached and a portion called a hub to which a blade is attached have not been integrally formed. Further, the actuator (hydraulic cylinder or the like) and the power transmission mechanism of the variable pitch device are configured to be provided outside the main shaft. In the present embodiment, the main shaft 10 has a structure in which a portion (hub) to which the blade 3 (shank 4) is attached and a portion to which the rotor 12 of the generator 11 is attached are integrally formed. Thereby, the assembly man-hour of the wind power generator 1 can be reduced, rigidity can be improved, and cost reduction can be achieved. The main shaft 10 is integrally formed, and the variable pitch device 30 such as the hydraulic cylinder 34 is accommodated in a space formed inside the main shaft 10. Thereby, in the wind power generator 1, the nacelle 5 that accommodates the main shaft 10 and the generator 11 can be made compact.

そして、主軸１０は、本実施例では鋳物で構成している。即ち、鉄等の金属を溶融し、鋳型に流し込んで鋳物として筒状に形成している。このように鋳物により主軸１０を構成することで、次のような利点がある。まず、主軸１０を、ハブと一体化でき、また、前述したような段付き円筒状の形状に容易に形成できる。また、主軸１０の肉厚の低減も容易に行うことができ、軽量化を図ることができる。そして、溶接による歪みが発生しないため、精度の高い製品が得られる。これにより、低コスト化を図ることができる。但し、鋳物の代わりに、鋼管を溶接した一体構造としたり、鋼管を絞り加工したりハイドロフォーム等を施した構造とすることも可能である。   And the main axis | shaft 10 is comprised with the casting in the present Example. That is, a metal such as iron is melted, poured into a mold, and formed into a cylindrical shape as a casting. Thus, by forming the main shaft 10 by casting, there are the following advantages. First, the main shaft 10 can be integrated with the hub, and can be easily formed into a stepped cylindrical shape as described above. Further, the thickness of the main shaft 10 can be easily reduced, and the weight can be reduced. And since the distortion by welding does not generate | occur | produce, a highly accurate product is obtained. Thereby, cost reduction can be achieved. However, instead of casting, it is also possible to have an integrated structure in which a steel pipe is welded, or a structure in which the steel pipe is drawn or hydroformed.

本発明を適用する風力発電装置の一実施例を示す正面図。The front view which shows one Example of the wind power generator to which this invention is applied. 風力発電装置の上部の構造を示す側面図。The side view which shows the structure of the upper part of a wind power generator. 風力発電装置のナセル内部の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure inside the nacelle of a wind power generator.

符号の説明Explanation of symbols

１ 風力発電装置
２ 風車
３ ブレード
１０ 主軸
１１ 発電機
１２ 回転子
１３ 固定子
３４ 油圧シリンダー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator 2 Windmill 3 Blade 10 Main shaft 11 Generator 12 Rotor 13 Stator 34 Hydraulic cylinder

Claims (3)

風のエネルギーを風車（２）により回転動力に変換し、この回転動力を該風車（２）と直結する発電機（１１）に伝達して、伝達された回転動力を該発電機（１１）により電気エネルギーに変換する風力発電装置であって、前記発電機（１１）を、風車（２）の回転軸である主軸（１０）に取り付けられる回転子（１２）と、該回転子（１２）に対向配置される固定子（１３）とにより構成し、前記主軸（１０）を、外周に風車（２）を構成する複数のブレード（３）が取り付けられる部分と、前記回転子（１２）が取り付けられる部分とにより構成し、両部分を同一部品で筒状に一体形成すると共に、タワー（７）の上端に旋回可能に支持する架台（６）に、前記固定子（１３）を内面に固定したハウジング（２０）を支持固定し、前記主軸（１０）は、該ハウジング（２０）との間に介装された軸受を介して、ハウジング（２０）に対して、相対回転可能に支持し、前記ハウジング（２０）と固定子（１３）は、該主軸（１０）の外周に取り付けられた回転子（１２）を被覆する構成とし、前記ハウジング（２０）の後面に固定した取付ケース（２１）に、前記ブレード（３）のピッチ角度を変更する為のアクチュエータを固定し、該アクチュエータは主軸（１０）後端側から、主軸（１０）の内部空間に突出して取り付け、該主軸（１０）の内部に該アクチュエータを収納したことを特徴とする風力発電装置。 Wind energy is converted into rotational power by the windmill (2), this rotational power is transmitted to the generator (11) directly connected to the windmill (2), and the transmitted rotational power is transmitted by the generator (11). A wind power generator for converting to electric energy, wherein the generator (11) is attached to a rotor (12) attached to a main shaft (10) which is a rotating shaft of a windmill (2), and the rotor (12). A stator (13) arranged oppositely, and the main shaft (10) is attached to a portion where a plurality of blades (3) constituting a windmill (2) are attached to the outer periphery, and the rotor (12) is attached. The stator (13) is fixed to the inner surface of a pedestal (6) that is pivotally supported on the upper end of the tower (7). The housing (20) is supported and fixed, and the main (10) is supported so as to be rotatable relative to the housing (20) via a bearing interposed between the housing (20), and the housing (20) and the stator (13) The pitch angle of the blade (3) is changed to a mounting case (21) fixed to the rear surface of the housing (20) so as to cover the rotor (12) attached to the outer periphery of the main shaft (10). The actuator is fixed to the main shaft (10) so as to protrude from the rear end side of the main shaft (10) into the inner space of the main shaft (10), and the actuator is housed in the main shaft (10). Wind power generator. 前記アクチュエータをシリンダーとし、該シリンダーを、前記主軸（１０）の軸心に沿って配置したことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。   The wind power generator according to claim 1, wherein the actuator is a cylinder, and the cylinder is arranged along an axis of the main shaft (10). 前記主軸（１０）は、鋳物として形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to claim 1 or 2, wherein the main shaft (10) is formed as a casting.
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