JP5345245B1 - 風車回転翼のターニング装置、これを備えた風力発電装置 - Google Patents

Abstract

簡素かつ安価な構成により、風車回転翼を任意の位置に回動可能にし、しかも突風時に風車回転翼から過大なトルク変動が加わっても故障しないように、ターニング装置３５は、増速機の出力軸２１に回転一体に設けられた従動側摩擦プーリーとしてのブレーキディスク２４と、このブレーキディスク２４の外周面２４ａに摩擦係合する係合位置３６ｂおよびブレーキディスク２４の外周面２４ａから離間した自由位置との間を移動可能に設けられた原動側摩擦プーリー３６と、作業者の人力により、原動側摩擦プーリー３６を自由位置から係合位置３６ｂに移動させてブレーキディスク２４の外周面２４ａに摩擦係合させるプーリー押圧機構３７と、原動側摩擦プーリー３６を回転駆動するプーリー駆動手段（電動モータ等）とを備えたことを特徴とする。過大なトルク変動が加わると、ブレーキディスク２４と原動側摩擦プーリー３６との間の摩擦係合が滑って破損が回避される。

Description

本発明は、風速が低い時に風車回転翼を所望の位置まで回転させる風車回転翼のターニング装置およびこれを備えた風力発電装置に関するものである。

標準的なプロペラ型の風力発電装置は、回転中心部となるロータヘッドに複数の風車翼が取り付けられてなる風車回転翼を備えている。この風車回転翼が、タワーの上端にてヨー旋回可能に支持されたナセルに軸支され、ナセルの内部に増速機と発電機が設けられている。風車回転翼が風を受けて回転すると、その回転が増速機により増速されて発電機に伝達され、発電が行われる。アップウィンド型の風力発電装置の場合、ナセルは、ロータヘッド（風車回転翼）の回転中心軸線が常に風上方向に指向して効率良く発電できるように旋回駆動制御される。

また、風車回転翼に設けられた各風車翼を、油圧等の駆動源によりロータヘッドに対して回動させ、各風車翼のピッチ角（迎え角）を変化させるピッチ駆動装置が設けられている。このピッチ駆動装置により風車翼は、風速が低い時にはピッチ角が大きくなるファイン側に回動され、風速が高い時にはピッチ角が小さくなるフェザー側に回動される。これにより、発電機を所望の回転速度付近で効率良く発電させることができる。

このような風力発電装置において、風車翼やピッチ駆動装置等のメンテナンスは、風車回転翼の回転を任意の位置でロックさせる必要があるため、安全上、風速０〜１５ｍ／ｓ程度の比較的弱い風況下で行われる。その際には、凡そ３ｍ／ｓ程度の風速があれば、ピッチ駆動装置をマニュアル操作することにより、風車回転翼を遊転させて所定の位置でブレーキを掛け、ロックピンを差し込んで風車回転翼の回転をロックすることができる。しかし、全くの無風時においても、風車回転翼を任意の位置まで回動させることができるように、通常は、特許文献１に開示されているように、小型の電動モータ等の動力を用いたターニング装置が装備されている。

特許文献１に開示されているターニング装置は、増速機に小型の電動モータを設置し、この電動モータの動力を減速歯車によって増速機の所定の回転軸に伝達し、風車回転翼を回転（ターニング）させている。詳しくは、増速機の外面に取り付けられているギヤ潤滑用のオイルポンプの軸に、アダプタを介してトルクドライバを連結し、トルクドライバに内蔵されている電動モータの動力を、オイルポンプの主軸および減速歯車を介して増速機の回転軸に伝達し、風車回転翼を回転駆動するようになっている。

米国公開特許公報２００９／０２７８３５９号

しかしながら、特許文献１に開示されているようなターニング装置は、メンテナンスを実行可能な風速範囲（０〜１５ｍ／ｓ程度）の全域で強度が成立するように、電動モータの駆動力を風車回転翼に伝達する駆動力伝達部品（入力軸、減速歯車、軸受等）を比較的高強度に設計していた。

ところが、実際には前述のように凡そ３ｍ／ｓ程度の風速があれば、ピッチ駆動装置をマニュアル操作して風車回転翼を遊転させることができるため、ターニング装置を用いなくて済む場合が多い。このため、ターニング装置は、風力発電装置の運転時間に対する使用頻度が少ない割には高価な装備品となっており、これが風力発電装置の製造コストを高くする一因となっていた。

また、特許文献１のターニング装置では、電動モータの駆動力を、比較的高価な歯車機構を介して増速機の回転軸に伝達していたため、これも製造コストを高くしていた。しかも、電動モータの動力を歯車機構によって風車回転翼側に伝達する構造であると、風速の低い時を見計らって風車回転翼をターニング中に、突風（ガスト）が吹いて風車回転翼から大きなトルク変動が加わった場合に、このトルク変動がそのまま電動モータ側に伝達されてしまい、電動モータや歯車機構等の駆動力伝達部品が破損する懸念があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡素かつ安価な構成により、風車回転翼を任意の位置に簡単に回動させることができ、しかも突風を受けて風車回転翼から大きなトルク変動が加わった場合においても故障することのない風車回転翼のターニング装置、これを備えた風力発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第１の態様は、風車回転翼を任意の位置に回動させる風車回転翼のターニング装置であって、前記風車回転翼の出力軸と一体に回転するように設けられた従動側摩擦プーリーと、前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合する係合位置および前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合していない自由位置との間を移動可能に設けられた原動側摩擦プーリーと、作業者の人力により、前記原動側摩擦プーリーを前記自由位置から前記係合位置に移動させて前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合させるプーリー押圧機構と、前記原動側摩擦プーリーを回転駆動するプーリー駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

上記構成のターニング装置による場合、作業者がプーリー押圧機構を操作して原動側摩擦プーリーを自由位置から係合位置に動かし、原動側摩擦プーリーを従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合させてから、プーリー駆動手段によって原動側摩擦プーリーを回転駆動する。これにより、原動側摩擦プーリーの回転が従動側摩擦プーリーと増速機の出力軸に伝達され、風車回転翼が回転駆動される。このため、風車回転翼を任意の位置に簡単に回動させることができる。

風車回転翼が任意の位置まで回動したら、風車回転翼の動きを制動すると同時に、原動側摩擦プーリーの回転を停止させるか、あるいはプーリー押圧機構を操作して原動側摩擦プーリーを係合位置から自由位置に移動させて原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合を解く。これにより、風車回転翼を任意の位置でロックすることができる。

このターニング装置では、風車回転翼を任意の位置に回動させている最中に突風が吹いて風車回転翼から大きなトルク変動が加わった場合には、原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合が滑り、これによって風車回転翼からの大きなトルク変動がそのままプーリー駆動手段側に伝達されてしまうことが防止される。このため、プーリー駆動手段や、プーリー駆動手段の駆動力を風車回転翼側に伝達する各部品の破損を防止することができる。

また、上記の駆動力伝達部品は、突風時に風車回転翼が発生させる大きなトルク変動に耐えられるような高強度に設計しなくてもよく、しかも摩擦プーリーによる構造が簡素であり、高価な歯車機構を使用しなくてもよいこと、そしてプーリー駆動手段として例えば電動モータを用いる場合には、この電動モータを風速３ｍ／ｓ以下の時に風車回転翼を回動させることができる程度の小出力なものにできること等から、ターニング装置全体を安価に構成し、ひいては風力発電装置の製造コスト低減に貢献することができる。

また、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記従動側摩擦プーリーは、前記出力軸に回転一体に設置されている、該出力軸の回転を制動および／またはロックするための回転規制部材であることを特徴とする。

上記構成によれば、既存の回転規制部材を従動側摩擦プーリーとしてそのまま用いることができるため、新規の部品を用意する必要性を無くし、ターニング装置をより安価なものにすることができる。

また、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第３の態様は、前記第１の態様において、前記プーリー押圧機構は、前記出力軸の軸支部材に設けられた支点と、前記支点に軸支された押圧梃と、を有し、前記押圧梃の作用点に前記原動側摩擦プーリーが設けられ、前記押圧梃の力点に前記作業者が力を加えることによって前記原動側摩擦プーリーが前記係合位置に動かされて前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合される構成であることを特徴とする。

上記構成によれば、非常に簡素で安価な構造により、原動側摩擦プーリーの回転を従動側摩擦プーリーに伝達し、これを駆動することができる。その際、作業者が押圧梃に加える力加減によって原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合力を調整し、従動側摩擦プーリーの回転を簡単に制御することができる。このため、風車回転翼を任意の位置に簡単に回動させることができる。

また、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第４の態様は、前記第１の態様において、前記従動側摩擦プーリーおよび前記原動側摩擦プーリーの少なくとも一方の外周面には、静摩擦係数を高める静摩擦係数向上手段が付与されていることを特徴とする。

上記構成によれば、従動側摩擦プーリーと原動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合力が高まり、両プーリー間の滑り量が小さくなる。このため、回転風車翼を所望の位置に素早く回動させることができる。しかも、原動側摩擦プーリーを従動側摩擦プーリーに摩擦係合させるプーリー押圧機構の構成を簡素かつ安価なものにすることができる。

また、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第５の態様は、前記第４の態様において、前記静摩擦係数は０．５から１．３に設定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、原動側摩擦プーリーの回転を従動側摩擦プーリーに確実に伝達するとともに、突風が吹いて風車回転翼から大きなトルク変動が加わった場合には、原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合を滑らせて上記トルク変動を逃がし、プーリー駆動手段や、プーリー駆動手段の駆動力を風車回転翼側に伝達する部品の破損を防止することができる。

また、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第６の態様は、前記第３の態様において、前記押圧梃には、前記作業者が前記力点に加える力の大きさを表示する入力表示部が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、作業者が押圧梃に加える力量を把握できるため、予め最適な力量を設定しておけば、原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの摩擦係合力を最適な大きさにして、原動側摩擦プーリーの回転を確実に従動側摩擦プーリーに伝達するとともに、突風時には原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合を滑らせてプーリー駆動手段や原動側摩擦プーリー、従動側摩擦プーリー等の破損を防止することができる。

また、本発明に係る風車回転翼のターニング装置の第７の態様は、前記第６の態様において、前記入力表示部は、前記押圧梃の撓り量から前記作業者が加えた力の大きさを検出する構成であることを特徴とする。

上記構成によれば、非常に簡単な構成によって作業者が加えた力の大きさを検出可能になるため、ターニング装置を安価に構成することができる。

また、本発明に係る風力発電装置は、前記第１の態様の風車回転翼のターニング装置を備えたことを特徴とする。これにより、風力発電装置の製造コストを低減させるとともに、風力発電装置のメンテナンス性を向上させることができる。

以上のように、本発明に係る風車回転翼のターニング装置、これを備えた風力発電装置によれば、簡素かつ安価な構成により、風車回転翼を任意の位置に回転させることができ、しかも突風時において風車回転翼から大きなトルク変動が加わった場合には、原動側摩擦プーリーと従動側摩擦プーリーとの間の摩擦係合を滑らせることによって上記トルク変動を逃がしてやり、ターニング装置の健全性を守ることができる。

風車回転翼のターニング装置の実施形態が適用された風力発電装置の一例を示す側面図である。 図１のII矢視により本発明の実施形態を示すターニング装置の斜視図である。 原動側摩擦プーリーが自由位置にある状態を示すプーリー押圧機構の正面図である。 原動側摩擦プーリーが係合位置にある状態を示すプーリー押圧機構の正面図である。 図４のV矢視によるプーリー押圧機構の側面図である。 静摩擦係数向上手段の実施例を示し、(a)はプーリー外周面にローレット加工が施された例を示す縦断面図であり、(b)はプーリー外周面に硬質チップが結合された例を示す縦断面図であり、(c)はプーリー外周面に高摩擦塗膜または弾性膜が施された例を示す縦断面図である。 押圧梃に設けられた入力表示部を歪みゲージとした実施例を示し、(a)は押圧梃に力が加えられていない状態を示し、(b)は押圧梃に力が加えられた状態を示す正面図である。 (a)は押圧梃に設けられた入力表示部を引張計とした実施例を示し、(b)は押圧梃に設けられた入力表示部を圧縮計とした実施例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るターニング装置を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置１は、例えば地中に埋設された鉄筋コンクリート製の基礎２の上面に立設されたタワー３と、このタワー３の上端部に設置されたナセル４と、ナセル４に設けられた風車回転翼５と、ナセル４の内部に収容設置されて風車回転翼５の回転により発電を行う発電機６および増速機７を備えている。

増速機７は、風車回転翼５の主軸を軸支する図示しない主軸受と共に高剛性な鋼製のナセル台板８の内部に収容され、このナセル台板８がタワー３の上端部に旋回自在に軸支されている。また、ナセル台板８の後部に発電機設置架台９が連結され、その上に発電機６が設置されている。そして、ナセル台板８と発電機設置架台９とがナセル４に包まれる構成となっている。

風車回転翼５は、略水平な横方向の回転軸線周りに回転自在となるようにナセル台板８に軸支されたロータヘッド１１と、このロータヘッド１１に取り付けられて放射方向に延びる複数枚（例えば３枚）の風車翼１２と、ロータヘッド１１を覆う頭部カプセル１３と、ロータヘッド１１の内部に設けられたピッチ駆動装置１５とを備えている。ピッチ駆動装置１５は、風車翼１２をロータヘッド１１に対して捩る方向に回動させることにより、風車翼１２のピッチ角を変更する装置である。

ナセル４およびナセル台板８、発電機設置架台９は、風車回転翼５と共にタワー３の上端において水平方向に旋回することができる。この風力発電装置１は、風車回転翼５がナセル４の風上側の面に設けられたアップウィンド型である。風車翼１２に外風が当たると、風車回転翼５（ロータヘッド１１）が回転し、この回転が増速機７により適宜増速されて発電機６に伝達され、発電機６が駆動されて発電が行われる。ナセル４は、旋回駆動装置１６と図示しない制御装置とにより、常に風車回転翼５が風上方向を指向して効率良く発電できるように旋回制御される。

また、ピッチ駆動装置１５は、周知のように、各風車翼１２を、風況、運転条件に合わせて、ピッチ角が大きくなるファイン側、ピッチ角が小さくなるフェザー側に回動させる。これにより、随時変化する風力に応じて風車回転翼５を所望の回転速度にさせることができる。

図２は、図１のII矢視による斜視図である。増速機７は、例えば遊星歯車増速部７Ａと、多段歯車増速部７Ｂとが組み合わされた構成であり、多段歯車増速部７Ｂは入力軸１９と、中間軸２０と、出力軸２１とを備えている。風車回転翼５の回転は、遊星歯車増速部７Ａで増速された後、多段歯車増速部７Ｂにおいてさらに２段階に亘って増速され、出力軸２１から出力される。そして、出力軸２１の回転が図示しない軸継手を介して発電機６に伝達される。

出力軸２１にはブレーキディスク２４が回転一体に設けられている。このブレーキディスク２４は、出力軸２１の回転を制動およびロックするための回転規制部材であるとともに、後述するターニング装置３５の従動側摩擦プーリーとなる部材であり、プーリーとしても使用できる厚みを備えている。ブレーキディスク２４には周方向に等間隔で複数のロックピン貫通孔２５が形成されている。

多段歯車増速部７Ｂ（出力軸２１の軸支部材）の外面には、ブレーキディスク２４の近傍に位置するように平板状のキャリパーブラケット２７が固定され、ここにブレーキキャリパー２８が固定されている。ブレーキキャリパー２８は油圧等の力によりブレーキディスク２４を挟み込み、ブレーキディスク２４および出力軸２１の回転を制動する。

また、キャリパーブラケット２７にはブレーキキャリパー２８と並んでロックピンブラケット２９が固定されている。このロックピンブラケット２９は、ブレーキディスク２４に接触せずにブレーキディスク２４を挟み込む形状であり、ブレーキディスク２４に形成された複数のロックピン貫通孔２５に整合するロックピン挿入孔３０が形成されている。

ブレーキディスク２４のロックピン貫通孔２５とロックピンブラケット２９のロックピン挿入孔３０とを整合させてロックピン３１を挿入することにより、出力軸２１の回転、即ち風車回転翼５の回転をロックすることができる。風車翼１２やピッチ駆動装置１５等のメンテナンス作業は、このように風車回転翼５の回転がロックされた状態で行われる。なお、出力軸２１は最終増速軸であるため、比較的小さな力で風車回転翼５の回転を確実に制動およびロックすることができる。

上記のように風車回転翼５を任意の位置まで回動させるために、この風力発電装置１には、図３〜図５に示すターニング装置３５が装備されている。このターニング装置３５は、増速機７の出力軸２１に回転一体に設けられた、従動側摩擦プーリーとしてのブレーキディスク２４と、原動側摩擦プーリー３６と、プーリー押圧機構３７と、電動モータ３８（プーリー駆動手段）とを備えて構成されている。

まず、プーリー押圧機構３７は、増速機７（多段歯車増速部７Ｂ）に固定された前述のキャリパーブラケット２７の下端付近に設けられた支点４１と、この支点４１に軸支されて上下方向に回動自在な押圧梃４２とを有し、押圧梃４２の作用点４３側に固定された支持プレート４４の上面に、軸受ブラケット４５を介して原動側摩擦プーリー３６が軸支されている。そして、同じく支持プレー４４の上面に電動モータ３８が固定され、その動力が小型減速機４６により減速されて原動側摩擦プーリー３６に伝えられ、原動側摩擦プーリー３６が回転駆動されるようになっている。

なお、原動側摩擦プーリー３６と、プーリー押圧機構３７と、電動モータ３８は、キャリパーブラケット２７の支点４１に対して着脱可能となっている。

図３に示すように、原動側摩擦プーリー３６や電動モータ３８、小型減速機４６等の重量によって押圧梃４２の力点４８側が上方に持ち上がった状態では、原動側摩擦プーリー３６は従動側摩擦プーリーであるブレーキディスク２４の外周面２４ａから離間した自由位置３６ａに置かれる。また、図４に示すように、押圧梃４２の力点４８に所定の力Ｗが加えられることにより、原動側摩擦プーリー３６は持ち上げられてブレーキディスク２４の外周面２４ａに圧接される係合位置３６ｂに移動し、ブレーキディスク２４の外周面２４ａと摩擦係合する。原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間の摩擦係合力は、押圧梃４２の力点４８に加えられる力Ｗの大きさによって調整することができる。

押圧梃４２の力点４８付近には、電動モータ３８の回転方向を前転Ｆ、後転Ｒ、停止Ｓに切り替える切替レバー５１が設けられている。また、押圧梃４２の中間部には、後述するように、作業者が力点４８に加えた力の大きさを表示する入力表示部５８が設けられている。

ブレーキディスク２４および原動側摩擦プーリー３６の少なくとも一方の外周面には、静摩擦係数を高める静摩擦係数向上手段が付与されている。具体的には、ブレーキディスク２４および原動側摩擦プーリー３６の外周面に、図６(a)に示すようにローレット加工５４を施したり、図６(b)に示すように硬質チップ５５を結合させたり、図６(c)に示すように高摩擦塗膜または弾性膜５６を施したりして静摩擦係数が高められている。変形例として、原動側摩擦プーリー３６をゴムローラーとしてもよい。

一般に、滑らかな金属面同士の間の静摩擦係数は０．１５程度であるが、上記のような静摩擦係数向上手段を付与することにより、静摩擦係数を大幅に向上させることができる。このターニング装置３５においては、ブレーキディスク２４および原動側摩擦プーリー３６が、増速機７や他の回転体の軸受等の付近に配置されており、油分が付着する可能性が高いため、静摩擦係数を０．５から１．３程度に高める設定とするのが望ましい。なお、ブレーキディスク２４と原動側摩擦プーリー３６の両方の外周面に静摩擦係数向上手段を付与する場合は、各々の外周面に施す静摩擦係数向上手段を別種のものにしてもよい。

ところで、押圧梃４２の中間部に設けられた入力表示部５８は、押圧梃４２の撓り量から、作業者が押圧梃４２の力点４８に加えた力Ｗの大きさを検出できる構成となっている。例えば、図７(a)，(b)に示す実施例では、入力表示部５８として歪みゲージ５９を使用し、この歪みゲージ５９が押圧梃４２の上面に貼着されている。また、歪みゲージ５９の指示値、即ち作業者が加える力Ｗの大きさが示される力量計６０が付設されている。この力量計６０には、力Ｗの大きさの適合範囲が記入されている。

作業者が押圧梃４２の力点４８に力Ｗを加えると、原動側摩擦プーリー３６がブレーキディスク２４の外周面２４ａに圧接され、さらに力Ｗを加えると、図７(a)から図７(b)に示すように押圧梃４２が下方に撓る。このため、押圧梃４２の上面に貼着された歪みゲージ５９が伸ばされて力量計６０の指示値が変化する。この指示値が、予め力量計６０に記入された適合範囲に入るように作業者は力Ｗを加減すればよい。これにより、原動側摩擦プーリー３６がブレーキディスク２４に圧接される圧力を最適な範囲に保つことができる。

また、図８(a)に示す実施例では、押圧梃４２の中間部に、下方に凹むヒンジ部６３を設けるとともに、このヒンジ部６３を跨ぐように引張計６４を掛け渡してある。引張計６４は押圧梃４２の上面の引張量を検出する。あるいは、図８(b)に示すように、押圧梃４２の中間部に、上方に凸となるヒンジ部６６を設けるとともに、このヒンジ部６６を跨ぐように圧縮計６７を掛け渡してもよい。圧縮計６７は押圧梃４２の下面の圧縮量を検出する。いずれの場合も、図７に示す歪みゲージ５９と同様に力量計６０が付設されている。

図８(a)に示す実施例では、作業者が押圧梃４２の力点４８に力Ｗを加えると、押圧梃４２が下方に撓ることにより、ヒンジ部６３に掛け渡されている引張計６４が引っ張られて力量計６０の指示値が変化する。また、図８(b)に示す実施例では、力Ｗを受けて押圧梃４２が下方に撓ることにより、圧縮計６７が圧縮されて力量計６０の指示値が変化する。いずれの場合も、作業者は力量計６０の指示値が予め記入された適合範囲に入るように力Ｗを加減すれば、原動側摩擦プーリー３６を最適な圧力でブレーキディスク２４に圧接して摩擦係合させることができる。

以上のように構成されたターニング装置３５では、作業者がプーリー押圧機構３７の押圧梃４２に力Ｗを付与して原動側摩擦プーリー３６を自由位置３６ａから係合位置３６ｂに移動させ、原動側摩擦プーリー３６を従動側摩擦プーリーであるブレーキディスク２４の外周面２４ａに圧接して摩擦係合させる。次に、押圧梃４２に設けられた切替レバー５１を操作して電動モータ３８を前転または後転させ、原動側摩擦プーリー３６を回転駆動させる。これにより、原動側摩擦プーリー３６の回転がブレーキディスク２４を経て増速機７の出力軸２１に伝達され、風車回転翼５が回転駆動される。このため、風車回転翼５を任意の位置に簡単に回動させることができる。

風車回転翼５が任意の位置まで回動したなら、図示しないブレーキ操作部を操作してブレーキキャリパー２８によりブレーキディスク２４に制動力を加えると同時に、原動側摩擦プーリー３６の回転を停止させるか、あるいは押圧梃４２を上方に持ち上げて原動側摩擦プーリー３６をブレーキディスク２４から離し、原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間の摩擦係合を断つ。そして、ロックピンブラケット２９のロックピン挿入孔３０とブレーキディスク２４のロックピン貫通孔２５とを整合させ、ロックピン３１を挿入して風車回転翼５の回転をロックする。

このターニング装置３５では、風車回転翼５を任意の位置に回動（ターニング）させている最中に突風が吹いて風車回転翼５が急激に動き、大きなトルク変動が加わった場合には、この急激なトルク変動を受けて原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間の摩擦係合が滑る。したがって、風車回転翼５からの多大なトルク変動がそのまま電動モータ３８側に逆伝達されてしまうことが防止される。このため、電動モータ３８の回転を風車回転翼５側に伝達する原動側摩擦プーリー３６、ブレーキディスク２４、出力軸２１といった駆動力伝達部品の破損を防止することができる。特に、ここでは歯車機構を用いていないため、過大なトルクが加わることによって歯車の歯が破損するといった重大な故障を回避することができる。

また、原動側摩擦プーリー３６、ブレーキディスク２４等の駆動力伝達部品は、突風時に風車回転翼５が発生させる大きなトルク変動に耐えられるような高強度に設計しなくてもよく、しかも原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４が摩擦プーリーであることから構造が非常に簡素であり、高価な歯車機構を使用しなくて済む。これに加えて、原動側摩擦プーリー３６を駆動する電動モータ３８としては、風速３ｍ／ｓ以下の時に風車回転翼５を回動させることができる程度の小出力なものにできる。これらのことから、ターニング装置３５全体を安価に構成し、ひいては風力発電装置１の製造コスト低減に貢献することができる。

しかも、ターニング装置３５を極めて小型、軽量に構成し、その運搬性を向上させることができるため、ターニング装置３５を風力発電装置１内に常設せずに、メンテナンス時にのみ作業者が持ち込むことにすれば、風力発電装置１のコストを一層低減させることができる。

また、ターニング装置３５の従動側摩擦プーリーとして、増速機７の出力軸２１に従来から設置されているブレーキディスク２４を兼用したため、従動側摩擦プーリーとして新規の部品を用意する必要性が無く、これによりターニング装置３５を一層安価なものにすることができる。

ターニング装置３５のプーリー押圧機構３７は、増速機７に設けられた支点４１と、この支点４１に軸支された押圧梃４２とを有し、押圧梃４２の作用点４３に原動側摩擦プーリー３６と電動モータ３８が設けられ、押圧梃４２の力点４８に作業者が力Ｗを加えることによって原動側摩擦プーリー３６をブレーキディスク２４から離れた自由位置３６ａから係合位置３６ｂに動かしてブレーキディスク２４に圧接させる構成である。

このため、非常に簡素で安価な構造により、原動側摩擦プーリー３６の回転をブレーキディスク２４に伝達し、これを確実に駆動することができる。その際、作業者が押圧梃４２に加える力Ｗの力加減によって原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間の摩擦係合力を調整し、ブレーキディスク２４の回転を簡単に制御することができる。このため、風車回転翼５を任意の位置に簡単に回動させることができる。

また、ブレーキディスク２４および原動側摩擦プーリー３６の少なくとも一方の外周面に、静摩擦係数を高める静摩擦係数向上手段（５４，５５，５６）を付与したことにより、ブレーキディスク２４と原動側摩擦プーリー３６との間の摩擦係合力を高めて、両部材２４，３６間の滑り量を小さくすることができる。このため、回転風車翼５を所望の位置に素早く回動させ易くなる。しかも、静摩擦係数が向上することから、原動側摩擦プーリー３６をブレーキディスク２４に押し付ける力Ｗも小さくて済み、作業者の操作が楽になるとともに、押圧梃４２や支点４１等の構造を簡略化してプーリー押圧機構３７の構成を簡素、軽量、かつ安価なものにすることができる。

本実施形態では、ブレーキディスク２４と原動側摩擦プーリー３６との間の静摩擦係数を０．５から１．３に設定したので、原動側摩擦プーリー３６の回転をブレーキディスク２４に確実に伝達するとともに、突風が吹いて風車回転翼５が急激に回動した場合には、原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間の摩擦係合を滑らせて、電動モータ３８や、電動モータ３８の駆動力を風車回転翼５側に伝達する原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４等の破損を防止することができる。

また、作業者が力点４８に加える力Ｗの大きさを表示する入力表示部５８を押圧梃４２に設けたため、作業者が押圧梃４２に加える力量を把握することができる。このため、予め最適な力量を設定しておけば、原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との圧接圧力を最適な大きさに保って、原動側摩擦プーリー３６の回転を確実にブレーキディスク２４に伝達するとともに、突風時には原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間の摩擦係合を滑らせて破壊的なトルクを逃がし、電動モータ３８、原動側摩擦プーリー３６、ブレーキディスク２４等の破損を防止することができる。

さらに、この入力表示部５８は、押圧梃４２の撓り量から作業者が加えた力Ｗの大きさを検出する構成としたため、非常に簡単な構成によって作業者が加えた力Ｗの大きさを検出可能にし、ターニング装置３５を安価に構成することができる。

以上のように構成されたターニング装置３５およびこれを備えた風力発電装置１によれば、簡素かつ安価な構成により、風車回転翼５を任意の位置に簡単に回動させることができ、しかも突風時における安全性を高めることができる。そして、ターニング装置３５自体、ひいては風力発電装置１の製造コストを低減させるとともに、風力発電装置１のメンテナンス性を向上させて、風力発電装置の普及に寄与することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良を加えることが可能であり、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記実施形態では、ターニング装置３５の原動側摩擦プーリー３６を電動モータ３８の動力で回転駆動させているが、電動モータ３８以外の動力や、人力によって原動側摩擦プーリー３６を回転駆動するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、原動側摩擦プーリー３６をブレーキディスク２４に直接圧接することによって原動側摩擦プーリー３６の回転をブレーキディスク２４に伝えているが、例えば原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４との間を離間させて両部材２４，３６の間にベルトを巻装し、ベルトを介して原動側摩擦プーリー３６とブレーキディスク２４を摩擦係合させるようにしてもよい。さらに、押圧梃４２を押し下げるのではなく、引き上げることによって原動側摩擦プーリー３６をブレーキディスク２４に摩擦係合させるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態における風力発電装置１は、風車回転翼５の回転が、遊星歯車増速部７Ａと多段歯車増速部７Ｂとが組み合わされた機械式の増速機７により増速されて発電機６に伝達されるように構成されているが、機械式とは異なる種類の増速機（例えば油圧式の増速機）であってもよい。また、増速機を備えず、風車回転翼の回転が発電機に直接伝達される同期発電機型（ギアレス風車）にも本発明を適用することができる。

ところで、上記実施形態ではナセル４の風上側の面に風車回転翼５が設けられたアップウィンド型の風力発電装置１に本発明を適用した例について説明したが、ナセルの風下側の面に風車回転翼が設けられたダウンウィンド型の風力発電装置に本発明を適用してもよい。なお、言うまでもなく、本発明に係るターニング装置３５を風力発電装置以外の風車装置に適用してもよい。

１ 風力発電装置
５ 風車回転翼
７ 増速機
７Ａ 遊星歯車増速部
７Ｂ 多段歯車増速部（出力軸の軸支部材）
２１ 出力軸
２４ ブレーキディスク（回転規制部材、従動側摩擦プーリー）
２４ａ 従動側摩擦プーリーの外周面
３５ ターニング装置
３６ 原動側摩擦プーリー
３６ｂ 係合位置
３６ａ 自由位置
３７ プーリー押圧機構
３８ 電動モータ（プーリー駆動手段）
４１ 支点
４２ 押圧梃
４３ 作用点
４８ 力点
５４ ローレット加工（静摩擦係数向上手段）
５５ 硬質チップ（静摩擦係数向上手段）
５６ 高摩擦塗膜または弾性膜（静摩擦係数向上手段）
５８ 入力表示部
５９ 歪みゲージ
６０ 力量計
６３，６６ ヒンジ部
６４ 引張計
６７ 圧縮計

Claims (8)

1. 風車回転翼を任意の位置に回動させる風車回転翼のターニング装置であって、
   前記風車回転翼の出力軸と一体に回転するように設けられた従動側摩擦プーリーと、
   前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合する係合位置および前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合していない自由位置との間を移動可能に設けられた原動側摩擦プーリーと、
   作業者の人力により、前記原動側摩擦プーリーを前記自由位置から前記係合位置に移動させて前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合させるプーリー押圧機構と、
   前記原動側摩擦プーリーを回転駆動するプーリー駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする風車回転翼のターニング装置。
2. 前記従動側摩擦プーリーは、前記出力軸に回転一体に設置されている、該出力軸の回転を制動および／またはロックするための回転規制部材であることを特徴とする請求項１に記載の風車回転翼のターニング装置。
3. 前記プーリー押圧機構は、
   前記出力軸の軸支部材に設けられた支点と、
   前記支点に軸支された押圧梃と、
   を有し、
   前記押圧梃の作用点に前記原動側摩擦プーリーが設けられ、
   前記押圧梃の力点に前記作業者が力を加えることによって前記原動側摩擦プーリーが前記係合位置に動かされて前記従動側摩擦プーリーの外周面に摩擦係合される構成であることを特徴とする請求項１に記載の風車回転翼のターニング装置。
4. 前記従動側摩擦プーリーおよび前記原動側摩擦プーリーの少なくとも一方の外周面には、静摩擦係数を高める静摩擦係数向上手段が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の風車回転翼のターニング装置。
5. 前記静摩擦係数は０．５から１．３に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の風車回転翼のターニング装置。
6. 前記押圧梃には、前記作業者が前記力点に加える力の大きさを表示する入力表示部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の風車回転翼のターニング装置。
7. 前記入力表示部は、前記押圧梃の撓り量から前記作業者が加えた力の大きさを検出する構成であることを特徴とする請求項６に記載の風車回転翼のターニング装置。
8. 請求項１に記載の風車回転翼のターニング装置を備えたことを特徴とする風力発電装置。

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