JP5411821B2

JP5411821B2 - 風力発電装置

Info

Publication number: JP5411821B2
Application number: JP2010198827A
Authority: JP
Inventors: 信興杉
Original assignee: 杉信興
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012057484A

Description

本発明は、風を受けて回動するブレード（回転翼），ブレードの回転によって発電するナセルおよびこれらを支持するタワーを含む風力発電装置に関する。

この種の風力発電装置は、強風によるブレードの損壊が多く、また、タワーが折れたり倒れたりすることもある。大型の風力発電装置ではタワーが高くブレードが長いので、ブレードの交換が大変である。特許文献１に記載の風車回転翼の取り付け方法は、地上のウインチからワイヤを繰り出してナセル筐体の後尾からナセルを通してブレード側に導いて、ブレード側の回転軸の延びる方向に移動可能な滑車で支持して、ブレードの端部(元部)を吊下げて、ブレードを、ウインチの巻上げでナセルの回転軸に連結したロータヘッドの位置に引き上げ、あるいはウインチの巻き下ろしで地上に降ろす。

特開２００９−２２０６号公報

上記風車回転翼の取り付け方法を用いると、タワー上端部にあるナセルの回転軸（入力軸）の先端にあるロータヘッドに対するブレードの着，脱時のブレードの昇，降を容易に行うことができる。強風によってブレードが破損した場合のブレードの取替え作業に有効である。しかし、これはブレードの装着あるいは回収の作業に用いるものである。

本発明は、強風によるブレード損傷の可能性を低減できる風力発電装置を提供することを第１の目的とし、ブレードの交換を容易にすることを第２の目的とする。

（１）タワー(1)でナセルを支持しナセルの回転軸(2)に連結したロータヘッド(3)に複数個ｎのブレード(4a,4b,4c)を該回転軸(2)の回転方向に角度差θ＝360°／ｎで取り付ける風力発電装置において、
前記回転方向に角度差θ(120°)で分布して隣り合うものが、前記回転方向に相互に係合し前記回転軸が延びる方向には相対的に摺動可能であって、該回転方向の回転中心を中心とする軸部材であって一つの軸部材を他の軸部材が貫通するｎ重の軸構造となる軸部材(5a,5b,5c)をそれぞれが有し、それぞれに各ブレード(4a,4b,4c)が装着される複数個ｎの分割ブロック(3a,3b,3c)、でなるロータヘッド(3)；および、
分割ブロック(3b,3a)を、前記軸部材が延びる方向の、前記係合の位置から係合が外れる分離位置にまたその逆に駆動する分離機構(6,7)；を備え、
前記ｎ重の軸構造で最も内側となる軸部材(5a)を前記ナセルの回転軸(2)に連結した；
ことを特徴とする風力発電装置。

なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、例示として参考までに付記した。

ｎ＝３の場合を説明する。例えば強風の発生が予想されると、前記ｎ重の軸構造で最も外側となる軸部材(5c)を有する分割ブロック(3c)が支持するブレード(4c)が地上に向けて垂れ下がる吊下げ姿勢（図８）になったときに、該分割ブロック(3c)を係合位置から分離位置に駆動して該ブレード(4c)を吊下げ姿勢に留め、次のブレード(4b)が吊下げ姿勢になると該ブレード(4b)を支持する分割ブロック(3b)を係合位置から分離位置に駆動して該ブレード(4b)を吊下げ姿勢（図１１）に留める。最後のブレード(4a)が吊下げ姿勢になると、そこでナセルの回転軸(2)を停止拘束して最後のブレード(4a)も吊下げ姿勢（図１４）に留める。これにより、全ブレードが吊下げ姿勢(図１３，図１４)になる。この姿勢では、ブレードの背後にタワーがあるので、全ブレードに対する風当りが弱く、ブレードが強風によって破損する可能性が低減する。

強風がなくなると、ナセルの回転軸(2)の停止拘束を解除して、前記ｎ重の軸構造で最も内側となる軸部材(5a)を有する分割ブロック(3a)が支持するブレード(4a)が角度差θ(120°)分回転する毎に分離機構(6,7)によって順次に、吊下げ姿勢のブレード(4b,4c)を支持する分割ブロック(3b,3c)を係合位置に駆動することにより、ｎ個のブレード(4a,4b,4c)が角度差θ(120°)で分布して一体結合した形態（図２，図１）となる。

（２）各分割ブロック(3a,3b,3c)には、前記軸部材(5a,5b,5c)と一体かつ同心の基部(8a,8b,8c)および該基部から半径方向に突出し角度差θの拡がりがあって前記係合をするカム部(9a,9b,9c)があって、該カム部に、前記ブレードを固着するブレード支持部(10a,10b,10c)がある；上記（１）に記載の風力発電装置。

（３）各分割ブロックの、前記基部(8a,8b,8c)は前記カム部(9a,9b,9c)との連続部分を除く部分が円形であって前記軸部材(5a,5b,5c)の延びる方向の幅が同一であり、前記カム部(9a,9b,9c)の幅も同一で前記基部のｎ倍程度であって、前記ブレードが角度差θ(120°)で分布し全分割ブックの隣り合うものが前記係合をしているとき、各基部が全カム部の内側に位置する；上記（２）に記載の風力発電装置。

（４）全分割ブロックの集合体は、全ブレードが前記吊下げ姿勢であるとき隣り合う分割ブロックを相互に回転方向で係止する係合突起(11a,11b)およびそれが嵌り込む係合溝(12b,12c)を有する；上記（３）に記載の風力発電装置。

（５）タワー(1)でナセルを支持しナセルの回転軸(2)に連結したロータヘッド(13)に複数個ｎのブレード(4a,4b,4c)を該回転軸(2)の回転方向に角度差θ＝360°／ｎで取り付ける風力発電装置において、
前記回転軸(2)が延びる方向に分布し該方向に相対的に摺動可能であって、隣り合うものが、前記角度差θで分布する、該方向に突出する凸部(21a,21b)とこれを受け入れる凹部(22b,22c)を有し、該回転方向の回転中心を中心とする軸部材であって一つの軸部材を他の軸部材が貫通するｎ重の軸構造となる軸部材(15a,15b,15c)をそれぞれが有し、それぞれに各ブレード(4a,4b,4c)が装着される複数個ｎの分割ブロック(13a,13b,13c)、でなるロータヘッド(13)；および、
分割ブロック(13b,13a)を、前記軸部材が延びる方向の、前記凸部(21a,21b)が凹部(22b,22c)の外に外れる分離位置にまたその逆に駆動する分離機構(16,17)；を備え、
前記ｎ重の軸構造で最も内側となる軸部材(15a)を前記ナセルの回転軸(2)に連結した；
ことを特徴とする風力発電装置。

例えばｎ＝３の場合、強風の発生が予想されると、前記ｎ重の軸構造で最も外側となる軸部材(15c)を有する第１分割ブロック(13c)が支持する第１ブレード(4c)が地上に向けて垂れ下がる吊下げ姿勢（図８）になったときに、第２，第３分割ブロック(13b,13c)を前記凸部(21a,21b)が凹部(22b,22c)に嵌り込む係合位置から分離位置に駆動して、第１ブレード(4c)に加えて第２ブレード(4b)が吊下げ姿勢になると第２分割ブロック(13b)を係合位置に戻し（図１１）、第３ブレード(4a)が吊下げ姿勢になるとナセルの回転軸(2)を停止拘束し、該ブレード(4a)を支持する第３分割ブロック(13a)を分離位置から係合位置に駆動して吊下げ姿勢（図１３）に留める。これにより、全ブレードが吊下げ姿勢(図１３，図３４)になる。この姿勢では、ブレードの背後にタワーがあるので、全ブレードに対する風当りが弱く、ブレードが強風によって破損する可能性が低減する。

強風がなくなると、第２，第３ブレード(4b,4a)を支持する第２，第３分割ブロック(13b,13c)を分離位置に駆動しナセルの回転軸(2)の停止拘束を解除して、第２，第３ブレード(4b,4a)が吊下げ姿勢の第１ブレード(4c)から角度差θ＝120°回転したときに第２分割ブロック(13b)を係合位置に駆動し、さらに角度差θ＝120°回転したときに第３分割ブロック(13a)を係合位置に駆動することにより、３個のブレード(4c,4b,4a)が角度差θ＝120°で分布して一体結合した形態（図１）となる。

（６）タワー(1)に、すべて吊下げ姿勢となったｎ個のブレードを保持するブレード保持装置(24)を装備した、上記（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の風力発電装置。この保持により、吊下げ姿勢となったブレードの耐風保護機能が向上し、強風によりブレードが損傷する可能性が低減する。

（７）前記ブレード保持装置(24)は、吊下げ姿勢となったブレードの最下端の下方で前記タワー(1,23)で支持されたフレーム(20)，該フレーム(20)で支持された昇降機構(25)、および、該昇降機構(25)で支持され前記ブレードの最下端より下方の退避位置から上方の吊下げ姿勢のｎ個のブレードを保持する保持位置に駆動されるブレード保持部材(26)、を備える；上記（６）に記載の風力発電装置。これによれば、比較的に簡単な構造の簡易な昇降駆動で吊下げ姿勢となったブレードを保持することができる。

（８）前記フレーム(20)を、それが支持する前記ブレード保持部材(26)が吊下げ姿勢となったブレードの直下からブレードの降下を妨げない側方に退避する方向に移動可に、前記タワー(1,23)で支持した；上記（７）に記載の風力発電装置。

（９）前記ｎ重の軸構造の最外部の軸部材(15c,15c)を軸心を中心に回転可に、軸心が延びる方向には移動不可に支持する第１軸受け(30)，最内部の軸部材(5a,15a)を軸心を中心に回転可に、軸心が延びる方向に移動可に支持する第２軸受け(31)、および、これらと前記分離機構(6,7,16,17)を支持するロータ支持台(32)を備える；上記（１）乃至（８）のいずれか１つに記載の風力発電装置。

（１０）前記ロータ支持台(32)を、前記ナセルの回転軸(2)が延びる方向にスライド可に支持する中間ガイドレール(33)、および、該中間ガイドレール(33)を該スライド可の方向にスライド可に支持する、前記タワー(1)に固定設置された固定ガイドレール(34)を備える；上記（９）に記載の風力発電装置。

（１１）前記ロータ支持台(32)を前記中間ガイドレール(33)から外して地上に降ろすとき、また、地上から引き上げて前記中間ガイドレール(33)に装着するときに、前記ロータ支持台(32)を下支持する吊り台(35)を吊下げる昇降ワイヤ(43,44)を、前記ナセルの回転軸(2)が延びる方向で退避位置から昇降位置に移動可に支持して巻上げ，巻き下ろしするホィスト(45)を、前記タワー(1)の上部に装備する；上記（９）又は（１０）に記載の風力発電装置。

（１２）前記吊り台(35)は、垂直に見下ろした形状が凹型で、該凹の底辺部が前記タワー(1)の垂直中心軸から水平方向で離れた前方にあって該凹の両側の起立部が水平方向に延び、該起立部の端面部に、タワー壁面との衝突を緩衝する緩衝部材(41)を備える；上記（１１）に記載の風力発電装置。

（１３）前記緩衝部材(41)は、弾力性ローラ又はタイヤ車輪である；上記（１２）に記載の風力発電装置。

本発明の第１実施例の風力発電装置の外観を示す正面図である。図１に示す風力発電装置のロータヘッド３を拡大して示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）はロータ軸を切断し（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２に示す分割ブロック３ａを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）はロータ軸を切断し（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２に示す分割ブロック３ｂを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）はロータ軸を切断し（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２に示す分割ブロック３ｃを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）はロータ軸を切断し（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２に示すロータヘッド３の回転軸を支持するヘッド支持構造の右側面図である。図１に示すブレード４ａ，４ｂ，４ｃのすべてを図１３，図１４に示す吊下げ姿勢とするブレード退避の作業行程を示すフローチャートである。１個のブレード４ｃの、タワー１が背後となる吊下げ姿勢を示す正面図である。１個のブレード４ｃが吊下げ姿勢にあるときの該ブレードを支持する分割ブロック３ｃの姿勢と、該分割ブロック３ｃから分離した他の分割ブロック３ａ，３ｂの位置と姿勢を示す右側面図である。２個のブレード４ｂ，４ｃの吊下げ姿勢を示す正面図である。１個のブレード４ｃが吊下げ姿勢にありさらにもう一つのブレード４ｃが図１１に示すように吊下げ姿勢となり、これを支持する分割ブロック４ｂが分割ブロック４ｃに係合した姿勢を示す右側面図である。２個のブレード４ｂ，４ｃが吊下げ姿勢にあり、それらを支持する分割ブロック３ｂ，３ｃから分離した分割ブロック３ａの位置と姿勢を示す右側面図である。３個のブレード４ａ，４ｂ，４ｃの吊下げ姿勢を示す正面図である。３個のブレード４ａ，４ｂ，４ｃが吊下げ姿勢にありそれらを支持する分割ブロック３ａ，３ｂ，３ｃが係合して一体化した姿勢を示す右側面図である。３個のブレード４ａ，４ｂ，４ｃの吊下げ姿勢を示し、（ａ）はタワー１の仮想の水平切断位置ｂ−ｂを示し、（ｂ）は該切断位置の水平断面を示す。図１５の仮想水平切断位置ｂ−ｂ（Ｄ１７＝Ｄ１７）の直下のブレード保持装置２４の拡大正面図である。図１６のＤ１７−Ｄ１７の位置の水平断面を示す拡大断面図である。図１３，図１４に示す吊下げ姿勢のブレード４ａ，４ｂ，４ｃを図１に示す展開姿勢（風受け回転姿勢）とするブレード復帰の作業行程を示すフローチャートである。図１に示すロータヘッド３をタワー１から外して地上に降ろすブレード回収の作業行程を示すフローチャートである。ブレード回収のために全ブレードを吊下げ姿勢とし、全ブレードの降下を妨げない退避位置にブレード保持装置２４の位置を変更し、そしてナセル前面の格納扉４６を開放したときの、正面図である。図２４に示すように、ホィスト４５が昇降する吊り台３５でロータヘッド３を下支持したときの、正面図である。図１３に示すように全ブレードを吊下げ姿勢にしてから吊り台３５を、ロータヘッド３を下支持するためにその下方に巻き下ろしたときの、吊り台３５の位置を示す右側面図である。図２２に示す位置にある吊り台３５の上方の、搭載位置（水平方向）にロータ支持台３２を押し出したときの、正面図である。搭載位置にあるロータ支持台３２に、吊り台３５を引き上げて結合したときの、正面図である。ロータ支持台３２を結合した吊り台３５が、タワー１の外壁面に沿って降下しているときの吊り台３５の姿勢を示す正面図である。ロータ支持台３２を結合した吊り台３５が、タワー１の外壁面に沿って降下しているときの、ブレードの正面図である。ロータ支持台３２を結合した吊り台３５が、タワー１の外壁面に沿ってさらに降下しているときの、ブレードの正面図である。地上のロータヘッド３を引き上げてタワー１上部のナセル４７に連結するブレード装着の作業行程を示すフローチャートである。本発明の第２実施例の風力発電装置のロータヘッド１３を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図である。図２９に示す分割ブロック１３ａを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２９に示す分割ブロック１３ｂを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２９に示す分割ブロック１３ｃを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ｂ）上の矢印方向から見た背面図である。図２９に示すロータヘッド１３の回転軸を支持するヘッド支持構造の右側面図である。図３０〜図３２に示す３個のブレード４ａ，４ｂ，４ｃが吊下げ姿勢にありそれらを支持する分割ブロック１３ａ，１３ｂ，１３ｃが係合して一体化した姿勢を示す右側面図である。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に、本発明の第１実施例の風力発電装置の正面を示す。地上にタワー１が建設され、タワー１の頂上には、タワー１の垂直軸を中心に電動で回動する旋回ドーム４８がある。このドーム４８の内部の、ドーム４８に備わった基台にナセル４７（図２０）が据付けられている。該ナセル４７の回転軸（入力軸）２（図６，図２６）にはロータヘッド３が連結されている。このロータヘッド３には、この実施例では、ｎ＝３個のブレード（回転翼）４ａ，４ｂ，４ｃが、角度差θ＝１２０°ピッチで装着されている。風が吹くとブレード４ａ，４ｂ，４ｃが時計方向に回転する。

タワー１の外部には、ブレードの下端部より下方に張出し２３があり、そこにブレード保持装置２４がある。なお、図示は省略したが、タワー１の地面近くには出入り口があり、内部にはタワー頂部に至る螺旋階段があって、作業員は階段を上がってドーム４８の内部に入って、格納扉４６を開けることができる。

図２に、ロータヘッド３を拡大して示す。ロータヘッド３は、ｎ＝３個の分割ブロック３ａ，３ｂ，３ｃを組み合わせて一体にしたものであり、３重軸を構成する軸部材５ａ，５ｂ，５ｃの軸心が延びる方向に相対的にスライドすることができる。

図３に、１個の分割ブロック３ａを示す。この分割ブロック３ａは、軸部材５ａの先端に略円柱状の基部８ａが連続し、この基部８ａから半径方向にカム部９ａが突出し、該カム部９ａにブレード支持部１０ａがある。ブレード支持部１０ａは本実施例では、カム部９ａから突出するスリーブとその先端のフランジで構成している。カム部９ａの、軸部材５ａの軸心が延びる方向（以下、軸方向）の幅は、基部８ａの軸方向の幅（厚み）のｎ＝３倍であり、カム部９ａの、基部８ａより右側の内部円周面と軸部材５ａの間に、他の分割ブロック３ｂ，３ｃの基部８ｂ，８ｃを挿入することができる（図２の（ｂ））。カム部９ａの右端面（後端面）から係合突起１１ａが突出している。なお、軸部材５ａの軸心には、空気通流および電気リード挿通用の小穴が通っているが、その図示は省略した。

図４に、もう一つの分割ブロック３ｂを示す。この分割ブロック３ｂの基部８ｂは、カム部９ａの軸方向の中央に位置し、基部８ｂとそれに連続する軸部材５ｂには、分割ブロック３ａの軸部材５ａが貫通する丸穴がある。カム部９ｂの左端面（前端面）には、カム部９ａの係合突起１１ａを受け入れる係合溝１２ｂがあり、後端面には、係合突起１１ｂがある。

図５に、残りの分割ブロック３ｃを示す。この分割ブロック３ｃの基部８ｃは、カム部９ｃの後端部に位置し、基部８ｃとそれに連続する軸部材５ｃには、分割ブロック３ｂの軸部材５ｂが貫通する丸穴がある。カム部９ｃの前端面には、カム部９ｂの係合突起１１ｂを受け入れる係合溝１２ｃがある。基部８ａ，８ｂ，８ｃは外面半径と軸方向幅が同一であり、カム部８ａ，８ｂ，８ｃは、軸方向幅が同一で、軸部材の軸心を中心とする円周方向の幅（拡がり）も同一である。

図６に、ロータヘッド３の支持構造を示す。分割ブロック３ｃの軸部材５ｃが３重軸の最外部に位置し、ロータ支持台３２にある軸受け３０で、回転自在かつ軸方向にはスライド不可に支持されている。分割ブロック３ｂの軸部材５ｂは３重軸の中間軸であって、それに分離機構６が装着されている。分離機構６の回転保持機構６１が軸部材５ｂの後端部を回転自在に、かつ、軸方向には機構６１に固定で保持している。回転保持機構６１は雄ねじ棒６２にねじ結合している。雄ねじ棒６２は、電動駆動機構６３で回転駆動される。電動駆動機構６３がねじ棒６２を正回転駆動すると、回転保持機構６１が前方（左方向）に駆動されて分割ブロック３ｂがスライドして前方に移動する。この駆動が分割ブロックの軸方向幅以上（分離位置）になると、他の分割ブロック３ａ，３ｃとの、軸心を中心とする回転方向（ブレード４ａ，４ｂ，４ｃの風受け回転方向）の係合が外れて、分割ブロック３ｂ（ブレード４ｂ）は、独立に回転可となる（図９）。図示は省略したが、分割ブロック３ｃが該分離位置にあるか、あるいは図６に示す係合位置にあるかを把握するための検出手段が、分離機構６に備わっている。分離機構６による軸部材５ｂ（分割ブレード３ｂ）の分離駆動の幅は、カム部９ｂの軸方向の幅と係合突起１１ｂの高さ（軸方向）の和より少し大きい値である。

分離機構７も分離機構６の構造と同様であるが、分離機構７は、３重軸の最内部の軸部材５ａを駆動する。分離機構７による軸部材５ａ（分割ブレード３ａ）の分離駆動の幅は、
分離機構６による分離駆動の幅の２倍である。電動駆動機構７３がねじ棒７２を正回転駆動すると、回転保持機構７１が前方に駆動されて分割ブロック３ａがスライドして前方に移動する。この駆動が分割ブロックの軸方向幅の２倍以上（分離位置）になると、前方にシフトした分割ブロック３ｂとの、軸心を中心とする回転方向の係合が外れて、分割ブロック３ａ（ブレード４ａ）は、独立に回転可となる（図１２）。図示は省略したが、分割ブロック３ａが該分離位置にあるか、あるいは図６に示す係合位置にあるかを把握するための検出手段が、分離機構７にも備わっている。軸部材５ａは軸受け３１で回転自在かつ軸方向にスライド可に支持されている。

ナセル４７（図２６）の回転軸（入力軸）２の前端には、軸部材５ａの後端を受け入れ、軸心を中心とする回転方向には係合し、軸心が延びる方向にはスライド可となる割り溝があり、軸部材５ａの後端は、該割り溝に直径方向に侵入するように、側面の一部が切削され平坦面になっている。該割り溝と平坦面の軸方向の長さは、分離機構７の移動範囲より長い。これにより、分離機構７で分割ブロック３ａを分離位置に駆動していても、図１２に示すように、軸部材５ａはナセル４７の回転軸２に、軸中心の回転方向には係合しており、ナセル４７の回転軸２の回転により、ブレード４ａを回転駆動することができ、また、回転軸２を回転停止に拘束することにより、ブレード４ａの回転を停止拘束することができる。

ロータ支持台３２は中間ガイドレール３３で支持され、該中間ガイドレール３３は、旋回ドーム４８の内部の基台に固定されている固定ガイドレール３４で支持されている。中間ガイドレール３３は、図６に示す退避位置から、図２３に示す突出位置までスライドすることができ、図示は省略したが、ロータ支持台３２を固定ガイドレール３４に固定する拘束手段，中間ガイドレール３３を退避位置に固定する拘束手段、および、中間ガイドレール３３の突き出し位置（図２３）よりさらに前方への移動を阻止するストッパ、がある。

タワー１の内部の地上部（床）には、図示を省略した操作盤があり、その中に、風向，風速に対応してブレードが風に向かうようにあるいはタワーの影になるようにドーム４８を旋回駆動する自動旋回機構の自動制御システムおよび手動介入システム，ナセル４７の風速対応の回転速度，回転停止の自動制御システムおよび手動介入システム、ならびに、遠隔制御により与えられる制御情報に応じて上記制御システムの動作を制御しまた遠隔制御又は現地手動入力により与えられるブレード退避命令，ブレード復帰命令に応じて分離機構６，７を自動駆動してブレードを退避姿勢（図１３）あるいは復帰姿勢（風受け発電姿勢：図６，図１）とする遠隔制御システム、が格納されている。これらのシステムはＣＰＵ又はＭＰＵを電子制御主体とするシーケンサと電動ドライバとセンサで構成されている。

図７に、上記遠隔制御システムのシーケンサによって行われる「ブレード退避」ＢＳＯの制御行程の概要を示す。遠隔通信による又は現地手動入力によるブレード退避命令を受けると、または、タワー１に装備する気圧計，風速計の計測値に基づくシーケンサの風速予測が所定時間内の強風発生になると、該シーケンサは、旋回ドーム４８の風向き制御を停止し、旋回ドーム４８を正面向き姿勢（図１）に固定する（ｓ１）。次いで、ロータヘッド３（ブレード４）が回転しているときにはブレード４ｃが回転基点（吊下げ姿勢；図８）になるとき、ロータヘッド３の回転を止める。すなわち、ナセルの回転軸２の回転を止める。ロータヘッド３が停止していたときには、ナセル４７の電動発電機を電動駆動して回転軸２を、発電入力方向（図１上で時計方向）に回して、ブレード４ｃが回転基点になるとき、ロータヘッド３の回転を止める（ｓ２）。

次にシーケンサは、分離機構６，７を駆動して分割ブロック３ａ，３ｂを、３ｃから分離した前方の位置（図９）に駆動し（ｓ３）、ナセルの回転軸２の回転を開始してブレード４ｂが回転基点（図１０）になるときに回転を停止して（ｓ４）、分割ブロック３ａ，３ｂを、後方に駆動する（ｓ５）。これにより、分割ブロック３ｂが３ｃに係合する（図１１）。次に分割ブロック３ａを３ｂから分離する位置（図１２）まで前方に駆動する（ｓ６）。次いでナセルの回転軸２の回転を開始してブレード４ａが回転基点（図１３）になるときに回転軸２の回転を停止して（ｓ７）分割ブロック３ａを、後方に駆動する（ｓ８）。これにより、分割ブロック３ａが３ｂに係合する（図１４）。そしてブレード保護装置２４のブレード保護ブロック２６を、図１５および図１６に２点鎖線で示す保護位置に上駆動する（ｓ９）。この上駆動により、ブレード４ａ，４ｂ，４ｃの下端部が保護ブロック２６の通し穴２７内に進入し、それらの、風による揺れが抑制される。通し穴２７の内側面にはクッションが内張りされており、ブレードの揺れや振動を吸収する。

図１６および図１７を参照すると、タワー１の張出し２３には、張出し２３を垂直に貫通し軸心を中心に回転可能な軸棒１８があり、この軸棒１８に上，下フレーム１９，２０が固着されている。雄ねじ棒２８が、上，下フレーム１９，２０で支持されたナットの雌ねじ穴にねじ結合して垂直に貫通し、該雄ねじ棒２８の上端でブレード保持部材２６を支持している。下フレーム２０に搭載した昇降機構２５が、雄ねじ棒２８を正，逆転駆動する。上，下フレーム１９，２０を、ブレード保持部材２６に上端部が結合した４本のガイド棒１９が貫通し上，下フレーム１９，２０で昇降自在に支持されている。昇降機構２５が雄ねじ棒２８を正転駆動すると雄ねじ棒２８が上昇する。これによりブレード保持部材２６およびガイド棒１９も上昇する。この正転駆動により、ブレード保護ブロック２６を、図１５および図１６に２点鎖線で示す保護位置に上駆動することができる。昇降機構２５が雄ねじ棒２８を逆転駆動すると雄ねじ棒２８が下降する。この逆転駆動により、ブレード保護ブロック２６を、図１５および図１６に実線で示す待機位置に下駆動することができる。

後述する、ブレードを地上に下ろす「ブレード回収」ＢＤＣ（図１９〜図２７）およびブレードをナセルに連結する「ブレード装着」ＢＳＢ（図２８）においてブレードの昇降の妨げにならないように、タワー１の張出し２３は、図１７に示すように、正面部およびその左側が欠けた形状となっている。常態では上，下フレーム１９，２０およびそれらで支持されたブレード保持部材２６等は正面部（保護待機位置）に位置するが、「ブレード回収」ＢＤＣおよび「ブレード装着」ＢＳＢの作業を行うときには、人力によって上，下フレーム１９，２０は、正面部の右側となる退避位置（図１７上の２点鎖線位置）に回転駆動される。

図１８に、前記遠隔制御システムのシーケンサによって行われる「ブレード復帰」ＢＲＴの制御行程の概要を示す。遠隔通信による又は現地手動入力によるブレード復帰命令を受けると、または、先の強風発生の予測にしたがって「ブレード退避」ＢＳＯを実行してそれを継続しているときにタワー１に装備する気圧計，風速計の計測値に基づくシーケンサの風速予測が所定時間内の強風発生なしになると、該シーケンサは、ブレード保護ブロック２６を、ブレードの先端より下方の待機位置（図１３，図１６上の実線位置）に下駆動する（ｓ１１）。次に、分離機構７を駆動して分割ブロック３ａを少し前方に突き出して、分割ブロック３ｂとの係合を外し（ｓ１２）、ブレード４ａを１２０°反時計方向に駆動し（ｓ１３；図１０：但し矢印は逆向き）、分割ブロック３ａを後方に駆動して分割ブロック３ｂに係合させる（ｓ１４；図１１）。次に、分割ブロック３ａ，３ｂを前方に突き出して分割ブロック３ｃから外し（ｓ１５）、ブレード４ａ，４ｂを１２０°反時計方向に回転駆動し（ｓ１６；図９，図８：但し矢印は逆向き）、分割ブロック３ａ，３ｂを後方に駆動して分割ブロック３ｃに係合させる（ｓ１７；図６）。以上により、ブレード４ａ，４ｂ，４ｃが１２０°ピッチで分布し分割ブロック３ａ，３ｂ，３ｃが図６に示すように一体化して完全なロータヘッド３を構成する。ここで旋回ドーム４８の固定を解除して風向制御を開始し（ｓ１８）、ナセルの回転軸２の停止拘束を解除する（ｓ１９）。その後は、風が吹くとブレード４ａ，４ｂ，４ｃが時計方向に回転し、回転軸２が回転してナセル４７が発電する。

図１９に、ブレード４ａ，４ｂ，４ｃを装着したロータヘッド３をナセルの回転軸２から外して地上に下ろす「ブレード回収」ＢＤＣの作業手順を示す。「ブレード回収」ＢＤＣのほとんどの作業は作業員の人手により行われるが、１２０°分布で展開するブレード４ａ，４ｂ，４ｃ（図１）を図１３，図１４に示す吊下げ姿勢にするブレード退避ｍ１は、前記遠隔制御システムに対する作業員の遠隔又は現場での退避命令入力に応答してシーケンサが実行する。その内容は、図７上のステップｓ１〜ｓ８に該当するものである。

ブレード退避（ｍ１）が終了すると作業員は第１地上台車４９を吊下げ姿勢のブレード４ａ，４ｂ，４ｃの直下に配置し、そして、タワー１の張り出し２３に上がって、ブレード保護装置２４を、図１７に実線で示す待機位置から２点鎖線で示す退避位置に移す（ｍ２）。次いで作業員はタワー１上の旋回ドーム４８に上って、格納扉４６を開いて（図２０）、ホイスト４５の操作端のスイッチを操作して、ホィスト４５がワイヤ４３，４４で吊下げている吊り台３５を、前進駆動してタワー１の外壁面の外側に位置決めし、そして巻き下ろして図２１，図２２に示すロータヘッド受け位置に下げる（ｍ３）。

図２２を参照する。吊り台３５は、略凹又はコ形であって、その２脚の先端がタワー１に対向し、該２脚を結ぶ底辺が前方を向いている。該２脚間の空間をロータ３およびそれで支持されたブレード４ａ，４ｂ，４ｃの元部が、垂直方向に通行することができるので、図２２に示すように、吊り台３５を、ロータ３の上部からロータ３の下方に下ろすことができる。各脚部の先端には、タワー１に沿う昇降を円滑にし衝撃を緩衝する厚肉ゴムで被覆した弾力性ローラ（タイヤ車輪でも良い）４１を装備している。吊り台３５の正面壁面は、地上に降下したときには下面（底面）になるので水平移動を容易にするために、底面となるとき水平走行を行う弾力性ローラ（タイヤ車輪でも良い）４２を正面壁部に装備している。吊り台３５の、前記２脚を結ぶ底辺（前方を向く外壁）には、略３角形状の前方吊り脚３６（図２０）が一体で連続しており、その頂点部にワイヤ４３の下端が結合している。前記２脚部分のそれぞれには、各片側吊り脚３７ｆ，３７ｒが一体で連続しており、これらの先端に、コの字型の連結脚３８の各脚の先端が連結している。コの字型の連結脚３８の２脚を結ぶ底辺に該当する水平部分の中央に、もう一つのワイヤ４４の下端が結合している。ワイヤ４３，４４はホィスト４５で支持され同時に同速度で巻き上げられ、又巻き下げられる。

図１９を再度参照する。吊り台３５を図２２に示すロータヘッド受け位置に位置決めすると作業員は、固定ガイドレール３３に対するロータ支持台３２の固定を解除して、ロータ支持台３２を、吊り台３５の上方の、ロータ支持台３２のピン受け穴が吊り台３５の位置決めピン３９，４０の上方に位置するところ（図２３）まで送り出し、そこで吊り台３５を少し上に引き上げて、ピン３９，４０がピン受け穴に完全に進入すると（図２４）、吊り台３５にある拘束手段（図示略）でロータ支持台３２を吊り台３５に固定する（ｍ４）。次に作業員は、ホィスト４５の操作端を操作してワイヤ４３，４４を巻き下げて吊り台３５を下ろして行く（ｍ５；図２５）。降下するブレード４ａ，４ｂ，４ｃの下端を第１地上台車４９で受けると（ｍ６；図２６）、ブレード４ａ，４ｂ，４ｃの更なる降下にあわせて第１地上台車４９を左方に走行運転して（ｍ７；図２７）、最後は吊り台３５を第２地上台車５０で受ける（ｍ８）。ブレードの長さやたわみ強度に合わせて、必要なら、中間の１以上の地上台車を第１，第２地上台車の間に配置する。

上述の作業で地上に下ろしたブレード４ａ，４ｂ，４ｃを、必要ならロータヘッドからとりはずして、点検，修理又は交換する（ｍ９）。

図２８に、新品の、又は点検，修理もしくは交換したブレード４ａ，４ｂ，４ｃを装着した、新品又は点検，修理又は交換したロータヘッド３を、地上から巻き上げてナセルの回転軸２に装着する「ブレード装着」ＢＳＢの作業手順を示す。「ブレード装着」ＢＳＢのほとんどの作業は作業員の人手により行われるが、図１３，図１４に示す吊下げ姿勢でナセルに装着したブレード４ａ，４ｂ，４ｃを、図８に示す１２０°分布に展開するブレード復帰ｍ１８は、前記遠隔制御システムに対する作業員の遠隔又は現場での復帰命令入力に応答してシーケンサが実行する。その内容は、図１８上のステップｓ１２〜ｓ１９に該当するものである。

「ブレード装着」ＢＳＢで作業員は、全ブレードを装着したロータヘッド３を吊り台３５に装着して固定し（ｍ１１）、ブレードの先端部を第１地上台車に載せて、ホィスト４５の操作端を操作して吊り台３５をタワー１の該壁面に沿って巻き上げる（ｍ１２）。吊り台３５の上昇に合わせて、第１地上台車をタワー１に近づける（ｍ１３）。吊り台３５を、それに固定したロータ支持台３２が中間ガイドレール３３の高さとなる位置（図２４）に止めて（ｍ１４）、中間ガイドレール３３を前方に押し出してロータ支持台３２を受け、そしてロータ支持台３２の固定拘束を解除して吊り台３５を少し下げてロータ支持台３２から離す（図２３）。次いでロータ支持台３２を、後方にスライドして固定ガイドレール３３に引き込み、拘束手段で固定する（ｍ１５）。吊り台３５は引き上げそして後方に駆動して旋回ドーム４８内部に収容して、格納扉４６を閉じる（ｍ１６）。ブレード保護装置２４は退避位置（図１７上の２点鎖線位置）から待機位置（図１７上の実線位置）に戻す（ｍ１７；図１３）。最後に、作業員は、前記遠隔制御システムに対して遠隔又は現場で復帰命令を入力する。これに応答してシーケンサが、図１８上のステップｓ１２〜ｓ１９のブレード復帰を行う（ｍ１８）。これにより、図８に示すように、ブレード４ａ，４ｂ，４ｃが１２０°ピッチで展開し、図６に示すように分割ブレード３ａ，３ｂ３ｃが一体結合してロータヘッド３となった風受け発電姿勢となる。

図２９に、第２実施例の風力発電装置のロータヘッド１３を示す。ロータヘッド１３は、前後方向に分割したｎ＝３個の分割ブロック１３ａ，１３ｂ，１３ｃを組み合わせて一体にしたものであり、３重軸を構成する軸部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃの軸心が延びる方向に相対的にスライドすることができる。

図３０に、１個の分割ブロック１３ａを示す。この分割ブロック１３ａは、軸部材１５ａの先端に略円柱状の基部が連続し、この基部から半径方向にブレード支持部が突出したものである。ブレード支持部は第１実施例のブレード支持部１０ａと同じく、基部から突出するスリーブとその先端のフランジで構成している。基部の後端面から、１２０°ピッチで分布する３個の係合凸部２１ａが突出している。なお、軸部材１５ａの軸心にも、空気通流およひ電気リード送通用の小穴が通っているが、その図示は省略した。

図３１に、もう一つの分割ブロック１３ｂを示す。この分割ブロック１３ｂの基部とそれに連続する軸部材１５ｂには、分割ブロック１３ａの軸部材１５ａが貫通する丸穴がある。基部の前端面には、分割ブロック１３ａの係合凸部２１ａを受け入れる１２０°ピッチで分布する３個の係合凹部２２ｂがあり、後端面には、前端面の係合凹部２２ｂの後端面への投影位置に１２０°ピッチで分布する３個の係合凸部２１ｂがある。

図３２に、残りの分割ブロック１３ｃを示す。この分割ブロック１３ｃの基部とそれに連続する軸部材１５ｃには、分割ブロック１３ｂの軸部材１５ｂが貫通する丸穴がある。基部の前端面には、分割ブロック１３ｂの係合凸部２１ｂを受け入れる１２０°ピッチで分布する３個の係合凹部２２ｃがある。分割ブロック１３ａ，１３ｂ，１３ｃの、隣り合うブロックの係合凸部２１ａ，２１ｂを係合凹部２２ｂ，２２ｃに挿入すると、分割ブロック１３ａ，１３ｂ，１３ｃが、図２９に示すように一体化してロータヘッド１３を構成し、これに装着されたブレード４ａ，４ｂ，４ｃは１２０°ピッチで分布する。各分割ブロック１３ａ，１３ｂ，１３ｃの基部は外面半径と軸方向幅が同一である。

図３３に、ロータヘッド１３の支持構造を示す。この支持構造は、図６に示す第１実施例の支持構造と同様であるが、第２実施例の分離機構１６，１７の前後駆動ストロークは、係合凸部２１ａ，２１ｂを係合凹部２２ｂ，２２ｃに対して挿，脱して軸心を中心とする回転に関して係合／分離するに十分なストロークであって、第１実施例の分離機構６，７のストロークよりも短い。

第２実施例のその他の構造および機能は、第１実施例と同様であり、この第２実施例でも、前述の「ブレード退避」ＢＳＯ（図７）および「ブレード復帰」ＢＲＴ（図１８）を実行する制御システムが備わっており、ブレード４ａ，４ｂ，４ｃを、図３４に示す吊下げ姿勢にすることができる。また、前述の「ブレード回収」ＢＤＣ（図１９）および「ブレード装着」ＢＳＢ（図２８）を実施できる。

１：タワー
２：回転軸
３：ロータヘッド
３ａ，３ｂ，３ｃ：分割ブロック
４ａ，４ｂ，４ｃ：ブレード
５ａ，５ｂ，５ｃ：軸部材
６，７：分離機構
８ａ，８ｂ，８ｃ：基部
９ａ，９ｂ，９ｃ：カム部
10ａ，10ｂ，10ｃ：ブレード支持部
11ａ，11ｂ，11ｃ：係合突起
12ａ，12ｂ，12ｃ：係合溝
１３：ロータヘッド
13ａ，13ｂ，13ｃ：分割ブロック
15ａ，15ｂ，15ｃ：軸部材
１６，１７：分離機構
１８：軸棒
１９：上フレーム
２０：下フレーム
21ａ，21ｂ：凸部
22ｂ，22ｃ：凹部
２３：張出し
２４：ブレード保持装置
２５：昇降機構
２６：ブレード保持部材
２７：通し穴
２８：雄ねじ棒
２９：ガイド棒
３０，３１：軸受け
３２：ロータ支持台
３３：中間ガイドレール
３４：固定ガイドレール
３５：吊り台
３６：前部吊り脚
３７ｆ，３７ｒ：片側吊り脚
３８：連結脚
３９，４０：位置決めピン
４１，４２：弾力性ローラ
４３，４４：吊下げワイヤ
４５：ホィスト
４６：格納扉
４７：ナセル
４８：旋回ドーム
４９：第１地上台車
５０：第２地上台車

Claims

タワーでナセルを支持しナセルの回転軸に連結したロータヘッドに複数個ｎのブレードを該回転軸の回転方向に角度差θ＝360°／ｎで取り付ける風力発電装置において、
前記回転方向に角度差θで分布して隣り合うものが、前記回転方向に相互に係合し前記回転軸が延びる方向には相対的に摺動可能であって、該回転方向の回転中心を中心とする軸部材であって一つの軸部材を他の軸部材が貫通するｎ重の軸構造となる軸部材をそれぞれが有し、それぞれに各ブレードが装着される複数個ｎの分割ブロック、でなるロータヘッド；および、
分割ブロックを、前記軸部材が延びる方向の、前記係合の位置から係合が外れる分離位置にまたその逆に駆動する分離機構；を備え、
前記ｎ重の軸構造で最も内側となる軸部材を前記ナセルの回転軸(2)に連結した；
ことを特徴とする風力発電装置。
各分割ブロックには、前記軸部材と一体かつ同心の基部および該基部から半径方向に突出し角度差θの拡がりがあって前記係合をするカム部があって、該カム部に、前記ブレードを固着するブレード支持部がある；請求項１に記載の風力発電装置。
各分割ブロックの、前記基部は前記カム部との連続部分を除く部分が円形であって前記軸部材の延びる方向の幅が同一であり、前記カム部の幅も同一で前記基部のｎ倍程度であって、前記ブレードが角度差θで分布し全分割ブックの隣り合うものが前記係合をしているとき、各基部が全カム部の内側に位置する；請求項２に記載の風力発電装置。
全分割ブロックの集合体は、全ブレードが前記吊下げ姿勢であるとき隣り合う分割ブロックを相互に回転方向で係止する係合突起およびそれが嵌り込む係合溝を有する；請求項３に記載の風力発電装置。
タワーでナセルを支持しナセルの回転軸に連結したロータヘッドに複数個ｎのブレードを該回転軸の回転方向に角度差θ＝360°／ｎで取り付ける風力発電装置において、
前記回転軸が延びる方向に分布し該方向に相対的に摺動可能であって、隣り合うものが、前記角度差θで分布する、該方向に突出する凸部とこれを受け入れる凹部を有し、該回転方向の回転中心を中心とする軸部材であって一つの軸部材を他の軸部材が貫通するｎ重の軸構造となる軸部材をそれぞれが有し、それぞれに各ブレードが装着される複数個ｎの分割ブロック、でなるロータヘッド；および、
分割ブロックを、前記軸部材が延びる方向の、前記凸部が凹部の外に外れる分離位置にまたその逆に駆動する分離機構；を備え、
前記ｎ重の軸構造で最も内側となる軸部材を前記ナセルの回転軸に連結した；
ことを特徴とする風力発電装置。
タワーに、すべて吊下げ姿勢となったｎ個のブレードを保持するブレード保持装置を装備した、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の風力発電装置。
前記ブレード保持装置は、吊下げ姿勢となったブレードの最下端の下方で前記タワーで支持されたフレーム，該フレームで支持された昇降機構、および、該昇降機構で支持され前記ブレードの最下端より下方の退避位置から上方の吊下げ姿勢のｎ個のブレードを保持する保持位置に駆動されるブレード保持部材、を備える；請求項６に記載の風力発電装置。
前記フレームを、それが支持する前記ブレード保持部材が吊下げ姿勢となったブレードの直下からブレードの降下を妨げない側方に退避する方向に移動可に、前記タワーで支持した；請求項７に記載の風力発電装置。
前記ｎ重の軸構造の最外部の軸部材を軸心を中心に回転可に、軸心が延びる方向には移動不可に支持する第１軸受け，最内部の軸部材を軸心を中心に回転可に、軸心が延びる方向に移動可に支持する第２軸受け、および、これらと前記分離機構を支持するロータ支持台を備える；請求項１乃至８のいずれか１つに記載の風力発電装置。
前記ロータ支持台を、前記ナセルの回転軸が延びる方向にスライド可に支持する中間ガイドレール、および、該中間ガイドレールを該スライド可の方向にスライド可に支持する、前記タワーに固定設置された固定ガイドレールを備える；請求項９に記載の風力発電装置。
前記ロータ支持台を前記中間ガイドレールから外して地上に降ろすとき、また、地上から引き上げて前記中間ガイドレールに装着するときに、前記ロータ支持台を下支持する吊り台を吊下げる昇降ワイヤを、前記ナセルの回転軸が延びる方向で退避位置から昇降位置に移動可に支持して巻上げ，巻き下ろしするホィストを、前記タワーの上部に装備する；請求項９又は１０に記載の風力発電装置。
前記吊り台は、垂直に見下ろした形状が凹型で、該凹の底辺部が前記タワーの垂直中心軸から水平方向で離れた前方にあって該凹の両側の起立部が水平方向に延び、該起立部の端面部に、タワー壁面との衝突を緩衝する緩衝部材を備える；請求項１１に記載の風力発電装置。
前記緩衝部材は、弾力性ローラ又はタイヤ車輪である；請求項１２に記載の風力発電装置。