JP5524805B2 - 風力発電設備に使用する減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に風力発電設備に使用する減速装置に関する。

特許文献１に、風力発電設備に使用する減速装置が開示されている。風力発電設備の制御としては、風に対してナセル（発電室）の水平面内での向き（回転）を制御するヨー制御、或いは風に対して風車ブレードの向き（傾き）を制御するピッチ制御等があるが、いずれもモータで駆動される減速装置によって実現されている。

風力発電設備は、自然環境下に設置されるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。このような強い風が風力発電設備に掛かると各減速装置には出力側から巨大な負荷が掛けられた状態となり、本来の出力軸が入力軸となった増速装置の動きを呈し、減速装置内の各部材やモータ等が過度に速い回転速度で強制的に回転させられる状態が発生してしまう。

この特許文献１では、減速装置の出力側から設定値以上の風力負荷が入力されて来たときに、スリップカップリングを作動させ、駆動系の動力伝達を遮断して該駆動系の過負荷を防止する技術を開示している。

ＵＳ２００７−００９８５４９Ａ１（請求項１、段落［００１５］）

上記特許文献１におけるスリップカップリングは、その機能上、本来の動力伝達時には作動せず、減速装置が破壊されそうな過大入力が入ったときに初めて作動する必要があり、トルク容量的に大掛かりなものとならざるを得ない。にも拘わらず、上記特許文献１では、当該スリップカップリングが、駆動系の本来の動力伝達を担う部材とは別に設けられるものであったため、スリップカップリングを付設する分、風力発電設備全体のコストが増大し、部品点数も増大するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、専用のスリップカップリングの付設を不要とし、より低コストで装置全体を有効に保護することのできる風力発電設備に使用する減速装置を提供することをその課題としている。

本発明は、風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、前記特定の部位が、一体回転すべき２つの部材間の連結部に脆弱性を持たせたものであり、前記検出機構が、該２つの部材間に相対滑りが発生したことを、前記特定の変化として視認可能としたものであることにより、上記課題を解決したものである。
また、本発明は、風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、前記特定の部位が、当該減速装置内の摺動面または転動面に脆弱性を持たせたものであり、前記検出機構が、該特定の部位の摺動面または転動面の面疲労の発生に伴って生じる変化を、前記特定の変化として検出するものであることにより、同様に上記課題を解決したものである。
また、本発明は、風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、前記検出機構が、前記特定の変化が生じたことを検出するためのセンサを備えていることにより、同様に上記課題を解決したものである。
また、本発明は、風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、前記検出機構によって前記特定の部位に特定の変化が生じたと検出されたときに、該検出結果を当該減速装置外に伝達するための発信手段を備えたことにより、同様に上記課題を解決したものである。

本発明においては、減速装置の本来の動力伝達系の中に、敢えて他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部を意図的に形成し、その上で、この脆弱部に特定の変化が生じたことを検出する検出機構を備えることとした。これにより、本発明によれば、減速装置を保護するための専用のスリップカップリングを用意する必要がなく、且つ減速装置自体を有効に保護することができる。

また、後述するように、例えば、脆弱部が完全に破壊される前に事前に検出し得るような特定の変化を検出するように構成すれば、（特許文献１のように、スリップカップリングが作動して）減速装置全体が運転不能となってしまうような状態が生じてしまう前に、適正に減速装置をメンテナンスすることも可能である。この効果は実際の稼働管理上、極めて大きなメリットとなり得る。

なお、本発明において「脆弱部」となり得るのは、『減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部』の特定の部位である。

本発明によれば、減速装置の保護に当たって専用のスリップカップリングの付設を不要とし、より低コストで装置全体を有効に保護することができるようになる。

本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備に使用する減速装置の全体断面図 上記減速装置が適用される風力発電設備の正面図 上記風力発電設備のナセルに上記減速装置が組み込まれている様子を示す斜視図 上記風力発電設備のヨー駆動装置の構造を示す要部断面図 図１の矢示Ｖ−Ｖ線に沿う断面図 本発明の他の実施形態の一例に係る風力発電設備に使用する減速装置の（Ａ）全体断面図、及び（Ｂ）底面図 本発明の更に他の実施形態の一例に係る風力発電設備に使用する減速装置の一部に拡大断面を備える全体断面図

以下、本発明の実施形態の一例に係る動力伝達装置について詳細に説明する。

始めに、当該動力伝達装置が適用されている風力発電設備の概略から説明する。

図２及び図３を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱１１の最上部にナセル（発電室）１２を備える。ナセル１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動装置１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動装置１６が組み込まれている。ヨー駆動装置１４は、円筒支柱１１に対するナセル１２全体の旋回角を制御するためのものであり、ピッチ駆動装置１６は、ノーズコーン１８に取り付けられる３枚の風車ブレード２０のピッチ角を制御するためのものである。

この実施形態では、ヨー駆動装置１４に本発明が適用されているため、ここではヨー駆動装置１４について説明する。

このヨー駆動装置１４は、モータ２２及び出力ピニオン２４付きの４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４及びそれぞれの出力ピニオン２４と噛合する１個の旋回用の内歯歯車２８を備える（旋回用の内歯歯車２８は、外歯歯車であることもある）。各減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれナセル１２の本体側の所定の位置に固定されている。図４を合わせて参照して、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれの出力ピニオン２４が噛合している旋回用の内歯歯車２８は、円筒支柱１１側に固定されており、ヨーベアリング３０の内輪を構成している。ヨーベアリング３０の外輪３０Ａは、ナセル１２の本体１２Ａ側に固定されている。

この構成により、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によって各出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が内歯歯車２８と噛合しながら内歯歯車２８の中心３６（図３参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２全体を円筒支柱１１に固定されている内歯歯車２８の中心３６の周りで旋回させることができる。これにより、ノーズコーン１８を所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。

前記減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは減速装置Ｇ１について説明する。

図１を参照して、減速装置Ｇ１はモータ２２、直交歯車機構４０、平行軸減速機構４２及び最終段減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されている。

以下、動力伝達経路上の順番に説明していく。モータ２２のモータ軸５０は、直交歯車機構４０の入力軸を兼ねており、モータ２２のモータ軸５０の負荷側の端部にはハイポイドピニオン５２が直切りで形成されている。なお、該モータ軸５０の反負荷側の端部にはブレーキ装置４９および冷却ファン５１が備えられており、該冷却ファン５１は、モータケーシングに取り付けられたファンカバー５３により覆われている。後述するように、この構成は、減速装置Ｇ１内の駆動系の転動疲労等が生じたときに運転音や振動をより増大させて該転動疲労を認知させ易くするという効果がある。

直交歯車機構４０は、モータ軸５０の先端に直切形成された前記ハイポイドピニオン５２と、該ハイポイドピニオン５２と噛合するハイポイドギヤ５４とを備え、モータ軸５０の回転方向を直角方向に変更している。ハイポイドギヤ５４は、中間軸５６に固定されている。

中間軸５６には、平行軸減速機構４２のスパーピニオン５８が直接形成されている。平行軸減速機構４２は、このスパーピニオン５８と、該スパーピニオン５８と噛合するスパーギヤ６０とを備えている。スパーギヤ６０はキー６１を介してホロー軸（平行軸減速機構４２の出力軸）６２に固定されている。ホロー軸６２はスプライン６４を介して最終段減速機構４４の入力軸７２と連結されている。

図５を合わせて参照して、最終段減速機構４４は、当該入力軸７２、該入力軸７２に一体的に設けられた２つの偏心体７４、該偏心体７４を介して偏心揺動する２枚の外歯歯車７６、該外歯歯車７６が内接噛合する内歯歯車７８を備えている。２枚の外歯歯車７６は、その偏心位相が丁度１８０度ずれており、互いに離反する方向に偏心した状態を維持しながら揺動回転する。内歯歯車７８は、ケーシング体４８Ａと一体化されている。内歯歯車７８の内歯はそれぞれ円筒状の外ピン７８Ａによって構成されている。内歯歯車７８の内歯の数（外ピン７８Ａの数）は、外歯歯車７６の外歯の数より僅かだけ（この例では１だけ）多い。外歯歯車７６には内ピン８０が遊嵌されている。内ピン８０は、出力フランジ８２と一体化され、該出力フランジ８２は減速装置Ｇ１の出力軸８４と一体化されている。

この実施形態では、内歯歯車７８がケーシング体４８Ａと一体化されているため、最終段減速機構４４の入力軸７２が回転すると外歯歯車７６が偏心体７４を介して揺動し、該外歯歯車７６の内歯歯車７８に対する相対回転（自転）が、内ピン８０及び出力フランジ８２を介して出力軸８４から取り出される構成とされている。出力軸８４には、前出の出力ピニオン２４が連結され、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回用の内歯歯車２８（図３、図４）と噛合する構成とされている。

ここで、出力ピニオン２４と出力軸８４は、「一体回転すべき２つの部材」である。そのため、通常、出力ピニオン２４と出力軸８４は、キーまたはスプラインによって連結される。しかしながら、この実施形態では、両者２４、８４は、敢えて「圧入」によって連結されている。すなわち、この実施形態では、出力ピニオン２４と出力軸８４との間の圧入部（連結部）Ｚ１が、意図的な脆弱部とされた「特定の部位」に相当している。なお、連結部Ｚ１に同様の脆弱部としての機能を発揮させるためには、圧入に限らず、他の締まり嵌め、例えば焼き嵌めであってもよい。

なお、この実施形態では、当該出力軸８４の圧入面に円周方向に（リング状に）一周する溝８４Ａが軸方向に複数本形成され、かつ、接着剤による接着が併用されている。発明者の試験によれば、とりわけこのような溝８４Ａの形成および接着剤による接着の併用された圧入は、（風力による）過大なトルクによって圧入部に一度相対滑りが生じたとしても、当該過大なトルクがなくなると再び相対滑りが生じる前とほぼ同一の連結トルクが確保されるように設計し得ることが確認されている。

未公知の構成であるため、この点について少し詳細に説明すると、前記接着剤は、溝８４Ａを含む圧入部Ｚ１の外周に万遍なく塗布され、出力ピニオン２４が圧入されるときに摺り落とされた接着剤が、この溝８４Ａに隙間のない状態で充填されるようになっている。接着剤としては、この実施形態では、振動する装置のねじの緩み止め等に用いる市販の接着剤（例えば、ヘンケルジャパン株式会社製、商品名：ロックタイト２４２、２４３等）が使用されている。

この構成により、出力軸８４と出力ピニオン２４とが圧入（締まり嵌め）にて嵌合されていることと相まって、所定値を超えた過大トルクが掛かったときに滑ると共に、当該過大トルクがなくなったときに再び出力軸８４と出力ピニオン２４との間で前記所定値までのトルクを伝達し得る状態に復帰させる構成を実現することができることが、発明者の試験で実際に確認されている。また、締まり嵌めの程度、溝８４Ａの数、軸方向幅、軸方向間隔及び深さ、溝８４Ａ以外の部分の表面粗さ、接着剤の接着強度、硬度（あるいは弾性係数）等を変更することにより、滑り出す閾値が変化することも確認されている。

この復帰のメカニズムは、必ずしも明らかではないが、出力ピニオン２４と出力軸８４、および接着剤の３者に対し、弾性変形できる範囲内でトルク伝達可能な応力の限界が生じるように圧力を掛けることができているためではないかと考えられる。要するに、ｉ）入力されてくるトルクを受け止めるだけの「応力」が３者の結合部に発生しているうちは該トルクの「伝達」が可能であり、また、ｉｉ）入力されてくるトルクが結合部において発生し得る応力を超えて大きくなると、それ以上のトルクを伝達することができなくなって「滑り」が発生するが、ｉｉｉ）そのときに出力ピニオン２４と出力軸８４の連結部に現に生じている変形が、当該連結部での弾性変形の範囲内であれば（未だ塑性変形していないレベルであれば）、過大トルクがなくなると当初のトルク伝達状態に復帰できる、というようなメカニズムが推察できる。いずれにしても、過大トルクがなくなると当初のトルク伝達状態に復帰できるような圧入連結が実現可能なのは事実である。

実施形態の構成の説明に戻る。

この実施形態では、平行軸減速機構４２のホロー軸６２、最終段減速機構４４の入力軸７２及び出力軸８４が全て同軸の中空軸とされ、それぞれの中空部を中空の外管８６が貫通している。出力軸８４はボルト８５を介してプレート８３と一体化され、外管８６は、該プレート８３とスプライン８３Ａを介して円周方向に一体化されている。この構成により、外管８６は、「出力軸８４の回転」を該外管８６の上部に固定した出力軸指示盤８６Ａにまで伝達し、減速装置Ｇ１の上方から視認可能としている。

この外管８６の内側には、内軸８８が配置されている。出力ピニオン２４はボルト８９を介してプレート８７と一体化され、内軸８８は、該プレート８７とキー８７Ａを介して円周方向に一体化されている。

この構成により、内軸８８は、「出力ピニオン２４の回転」を該内軸８８の上部に固定したピニオン指示盤８８Ａにまで伝達し、減速装置Ｇ１の上方から視認可能としている。なお、ホロー軸６２の反出力側端部にはカバー体９０が設けられている。

出力軸指示盤８６Ａとピニオン指示盤８８Ａは、同軸であって、かつ出力軸指示盤８６Ａの方が若干直径が大きい。各指示盤８６Ａ、８８Ａには、双方に跨がる「連続した印」が半径方向に描かれている。そのため、出力軸８４と出力ピニオン２４との間に相対的な滑りが発生すると、この各指示盤８６Ａ、８８Ａの「連続した印」の連続性が断たれた様子が明確に視認できる。

すなわち、この実施形態では、脆弱部を構成する出力軸８４と出力ピニオン２４との間の圧入部（特定の部位）Ｚ１の相対滑り（特定の変化）を、検出機構たる出力軸指示盤８６Ａ及びピニオン指示盤８８Ａの「連続した印」のずれによって視認・検出する構成を採用している。

次に、この減速装置の作用を説明する。

モータ２２のモータ軸５０の回転は、直交歯車機構４０のハイポイドピニオン５２及びハイポイドギヤ５４の噛合によって初段減速され、同時に回転軸の方向が９０度変更されて平行軸減速機構４２の中間軸５６に伝達される。

中間軸５６の回転は、スパーピニオン５８及びスパーギヤ６０の噛合によって減速され、キー６１によってホロー軸（平行軸減速機構４２の出力軸）６２に伝達される。ホロー軸６２の回転は、スプライン６４を介して最終段減速機構４４の入力軸７２に伝達される。

最終段減速機構４４の入力軸７２が回転すると、偏心体７４を介して外歯歯車７６が（内歯歯車７８に内接しながら）揺動回転するため、内歯歯車７８との噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。この結果、最終段減速機構４４の入力軸７２が１回回転する毎に、外歯歯車が１体揺動し、（固定状態にある）内歯歯車７８に対して１歯分ずつ位相がずれて行くようになる（自転成分が発生する）。この自転成分を内ピン８０、出力フランジ８２を介して出力軸８４側に取り出すことにより、最終段減速機構４４での減速が実現される。出力軸８４の回転は、圧入部Ｚ１を介して出力ピニオン２４に伝達される。出力ピニオン２４は旋回用の内歯歯車２８と噛合しており、且つ、該内歯歯車２８は、円筒支柱１１側に固定されているため、結局、反作用によって該円筒支柱１１に対してナセル１２自体が水平方向に回転する。

ここで、突風等が風車ブレード２０に作用することによってナセル１２を旋回させようとする巨大なトルクがヨー駆動用の減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４側から入力されて来たとする。この巨大な「外的負荷」は、該減速装置Ｇ１の最終段減速機構４４を逆から駆動し、出力軸８４を回転させる。この回転トルクが、所定値以下であれば、出力軸ピニオン２４と出力軸８４との圧入部Ｚ１で相対滑りは発生せず、トルクはそのまま減速装置Ｇ１の平行軸歯車機構４２側へと更に伝達されて行き、最後にモータ２２に付設されたブレーキ装置４９によって受け止められる。この結果、風によるナセル１２の動きは確実に制動される。この場合、減速装置Ｇ１の各部には特に異常は発生しない。

しかし、所定値を超えるトルクが出力ピニオン２４側から入力されて来ると、出力ピニオン２４と出力軸８４との間、すなわち、特定の部位たる圧入部（脆弱部）Ｚ１で滑りが発生する。そのため、出力ピニオン２４側からの過大トルクの一部をここで逃がすことができる。したがって、（ナセル１２は多少風に従って水平回転するが）モータ２２や歯車機構の破損等が防止できる。また、圧入部Ｚ１で滑りながらもモータ２２のブレーキ装置４９側にまで伝達されてくる所定のトルクを制動することによって所定の制動力をナセル１２に付与することができる。

この実施形態では、脆弱部（特定の部位）を構成する出力軸８４と出力ピニオン２４との圧入部Ｚ１が、（溝８４Ａの形成や接着剤の塗布と相まって）過大なトルクが無くなったときに連結トルクが復元する構成とされているため、減速装置Ｇ１の各部は、破壊されることなくそのまま本来の稼働を継続することができる。

その上で、メンテナンス作業員は、出力軸８４と出力ピニオン２４との間に相対滑りが発生したか否かを、「減速装置Ｇ１上部の出力軸指示盤８６Ａおよびピニオン指示盤８８Ａの「連続した印」にずれが生じているか否か」を視認することによって知ることができる。ずれが生じていた場合には、より周到な点検を行うことができ、必要ならば、事前に損傷しかけた部材を交換する等の手当てを行うことも可能である。

とりわけ、この実施形態に係るヨー駆動装置１４は、４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４によって旋回用の内歯歯車２８を駆動するように構成されており、旋回用の内歯歯車２８側から風力による過大な負荷が掛かったときには当該４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４によってこの負荷を受け持つ構成とされている。このため、例えばこのうちの１個が破損すると、残りの３個のみで全トルクを負担しなければならなくなるため、１個の破損を放置すると、結局４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４の全てが連鎖的に破損してしまう恐れがある。しかしながら、この実施形態では、最初に大きくダメージを受けて相対滑りの発生した減速装置（Ｇ１〜Ｇ４のいずれか）が、完全に破損してしまう前に部品交換等の事前の手当てが可能であるため、このような連鎖破損を未然に防止することができる。また、万一、最初の１個の減速装置が一気に完全破損にまで至ってしまった後であっても、それによって残りの３個が連鎖破損する前に当該１個の減速装置の交換等の手当てを早期に行うことができる。

本実施形態に係る減速装置Ｇ１によれば、別途のスリップカップリングが不要であるため、低コストである。また、検出機構に電気的なセンサ等を使用していないため、落雷や浸水等で制御系がダメージを受け易いような悪天候状態でも信頼性の高い視認（検出）が可能である。

本発明には、様々なバリエーションが考えられる。

例えば、先の実施形態では、脆弱部（特定の部位）を構成する圧入部Ｚ１の相対滑り（特定の変化）を、検出機構たる出力軸指示盤８６Ａとピニオン指示盤８８Ａの「連続した印」のずれによって視認・検出する構成を採用していたが、図６に示す実施形態では、出力軸８４の下面と出力ピニオン２４の下面との間に（検出機構を構成する）リミットスイッチ９３を配置し、該出力軸８４と出力ピニオン２４の相対滑りを、電気的に検出できるように構成している。

リミットスイッチ９３は、出力軸８４に固定されたリミットスイッチ本体９３Ａと、該リミットスイッチ本体９３Ａから半径方向に伸縮可能に組み込まれた接触子９３Ｂを有している。該接触子９３Ｂは、当初（出力軸８４と出力ピニオン２４に相対滑りがないときに）出力ピニオン２４側に組み込まれた固定子９３Ｃと接触し、収縮状態を維持している。出力軸８４と出力ピニオン２４に相対滑りが発生すると、この接触が解かれ、接触子９３Ｂが伸長することで電気的な検出が行われる。この電気的な検出により、図示せぬ制御盤の警報ランプが点灯し、メンテナンス時に作業員が一目で確認できるように構成してある。

なお、この実施形態では、指示盤こそないものの、カバー体９５が透明とされ、外管８６と内軸８８の端面８６Ｄ、８８Ｄが減速装置Ｇ１の上部から視認できるようになっている。そのため、この双方の端面８６Ｄ、８８Ｄに「連続した印」を描いておくことで、リミットスイッチ９３とは別に圧入部Ｚ１の相対滑りが減速装置Ｇ１１の上部から検出できるようになっている。

この実施形態によれば、警報ランプの点灯により、一層確実に「特定の変化」を検出することができる。さらには、このように特定の部位の特定の変化をセンサ機構によって検出した場合には、該特定の部位の特定の変化の情報を、風力発電設備とは地理的に離れた管理室にまで発信（通信）するように構成することも可能である。この場合は、的確なメンテナンスを一層タイムリーに行うことができるようになり、事前の破損防止の手当てをより確実に行うことができるようになる。なお、その他の構成については先の実施形態と同様であるため、図中で同一または機能的に同一の部位に同一の符号付すに止め、重複説明を省略する。また、管理室からの信号を受信する機能を持たせてもよい。この場合、例えば、特定の変化が生じたと判断するための閾値を管理室から受信して設定することが可能となり、運用開始後に閾値の設定を変更するなどの対応が可能となる。

上記２つの実施形態では、出力軸８４と出力ピニオン２４との間を特定の部位として「脆弱化」していたが、脆弱化する部位はこの部位に限定されない。例えば、図７に示されるように、先の実施形態におけるホロー軸６２を圧入ホロー軸１００とし、最終段減速機構４４の入力軸７２を圧入入力軸１０２とし、スプライン６４の代わりに圧入部（脆弱部）Ｚ２を構成するようにしてもよい。圧入部Ｚ２の基本構成は先の実施形態の出力軸８４と出力ピニオン２４との間の圧入部Ｚ１と同一である。すなわち、図７の円内に拡大図示するように、圧入入力軸１０２の外周にはリング状の溝１０２Ａが複数本形成され、接着剤が併用されている。

この実施形態では、圧入ホロー軸１００と圧入入力軸１０２は、一体回転すべき二つの部材であり、該圧入ホロー軸１００と圧入入力軸１０２の相対滑り、すなわち「前段減速段の出力軸と後段減速段の入力軸との間の相対滑り」を「特定の部位の特定の変化」として減速装置Ｇ２１の上面から視認できる検出機構を装備している。この検出機構では、最終段減速機構４４の圧入入力軸１０２の反負荷側の端部１０２Ａを圧入ホロー軸１００の反負荷側の端部１００Ａと面一として「連続した印」を描くことができるようにしてある。ここに、透明のカバー体１０４を被せることで、過大なトルクが入力されたときの相対滑り（特定の変化）を減速装置Ｇ２１の上面から視認できる。この実施形態に係る構成も、リミットスイッチ等の電気系統を一切含んでいないため、低コストであり、また、先の実施形態よりも扱うトルクが小さいため、圧入部Ｚ２の設計・製造を比較的低コストで実現できる。その他の構成については、先の実施形態と同様であるため、図中で同一または機能的に同一の部位に同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。

本発明では、このほかにも様々なバリエーションが採用可能である。

例えば、先の実施形態では、最終減速段の出力軸と出力ピニオンとの間（図１、図６の例）、或いは前段減速段の出力軸と後段減速段の入力軸との間（図７の例）が示されていたが、このほか、例えば、モータの出力軸と初段減速段の入力軸との間の連結部等を特定の部位として脆弱化するようにしてもよい。

このように、連結部に脆弱性を持たせ、相対滑りを特定の変化として検出する構成にあっては、前述したように、視認にて検出する検出機構を有する構成と、センサにて検出する検出機構を有する構成とがある。このうち、視認にて検出する検出機構の他の例としては、一体回転すべき２部材間に跨がって渡した細材（細い導線やテープ等）が破断したか否かを見るものも採用できる。細い導線が切れるタイプの検出機構は、該導線に流れる微弱電流の切断を検出する「相対滑り検出センサ」にも転用できる。

また、特定の部位（脆弱部）は、このような部材間の連結部ではなく、減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、もしくは出力ピニオン自体の一部又は全部に設定してもよい。例えば、特定の部材の特定の摺動面または転動面に脆弱性を持たせたもの等がこれに相当する。この場合、検出機構は、例えば、該特定の摺動面または転動面の「面疲労」の発生に伴って生じる変化を、特定の変化として検出すればよい。

この種の代表的な特定の部位の例として、軸受の転動面を掲げることができる。この場合の軸受には、その内外輪を軸やケーシングが兼用している場合には、該軸やケーシングを、軸受の転動面を構成する要素として捉えることができる。軸受の転動面を特定の部位（脆弱部）とする場合、検出機構は、該軸受の転動面の「面疲労」によるフレーキングの発生に起因する振動、運転音、または温度の変化を、「特定の変化」として検出することができる。

また、特定の部位を、減速機構部の歯車の歯面とすることもできる。この場合、検出機構は、該歯車の歯面の「面疲労」によるピッチングの発生に起因する振動、運転音、または温度の変化を、特定の変化として検出するとよい。

減速装置の減速機構部がトラクションドライブにて動力伝達するトラクションローラを備える場合には、特定の部位として、該トラクションローラの転動面を選択することも可能である。この場合、検出機構は、該トラクションローラの転動面の「面疲労」によるフレーキングの発生に起因する振動、運転音、または温度の変化を、特定の変化として検出するとよい。

「面疲労」を検出するための具体的なセンサとしては、特定の部位近傍の運転音を検出するマイクセンサ、特定の部位近傍の温度を検出する温度センサ、特定の部位近傍の振動を検出する振動センサ等を採用することができる。そして、この場合には、例えば各センサからの検出値に基づいて、検出値が予め設定された閾値を超えた場合や、所定期間における検出値の変化量が閾値を超えた場合などに、特定の変化が生じた検出することができる。また、「面疲労」に伴って特定の部位の伝達効率の変化が生じる場合には、該減速装置の駆動源たるモータの電流値を検出する電流センサを設け、当該電流センサの検出値に基づいて、上記マイクセンサ等の場合と同様に特定の変化が生じたことを検出することができる。

さらに、これらのマイクセンサ、温度センサ、振動センサ、電流センサによる検出方法は、上記面疲労を特定の変化とした場合に限定されるものではなく、特定の変化によって、音、温度、振動および電流値に変化が生じるのであれば、どのような特定の部位のどのような特定の変化に対しても、適宜選択して使用可能である。

本発明は、もともと動力伝達系の一部に意図的に脆弱部を形成し、該脆弱部での特定の変化を検出するものであるため、こうしたセンサによる特定の部位の特定の変化の検出がより効果的に行えるような構成、或いは仕組みを積極的に形成するのは好ましい試みである。例えば、減速装置が、駆動源たるモータを備えるとともに、センサとして振動センサを備える場合には、先の実施形態で既に説明したように、モータのモータ軸の負荷側の端部にピニオンを敢えて直切りで形成するとともに、該モータ軸の反負荷側の端部に冷却ファンを備え、かつ、該冷却ファンをファンカバーで覆うようにすると、減速装置の運転音や振動をより増幅した状態を形成することができ、特定の変化の検出が容易となる。なお、ピニオンは必ずしもモータ軸に直切り形成する必要はなく、別体としてモータ軸に固定してもよい。例えば、モータ軸とは別にハイポイドピニオン等のピニオンが形成されたピニオン軸を別途用意し、当該ピニオン軸の反ピニオン側の端部をホロー構造とし、当該ホロー部にモータ軸を挿入し、固定するようにしてもよい。

同様の観点で、例えば、軸受のフレーキングを、該軸受の周辺温度の変化によって検出しようとする場合に、軸受から温度センサの付近にまでヒートタイプを配置して該軸受周辺の温度変化をいち早く温度センサの検出結果に反映させるような構成も有効である。

風力発電設備は、通常、人家と離れた場所に設置されることが多く、脆弱部に特定の変化が生じ始めたときに、運転音や振動が多少大きくなったとしても、ほとんど問題は生じない。一方、破損の前兆をいち早く感知するのは、風力発電設備が人家と離れた場所に設置されることが多く、メンテナンスが容易でないだけに、極めて重要である。

従来のスリップカップリングのように、１度作動した以降は次のメンテナンス時まで、減速装置本来のトルク伝達機能が果たせなくなるものは、（風力発電設備のメンテナンスはそう頻繁に行い得るものではないため）そのデメリットは大きく、結果として、スリップ開始の閾値は、巨大な台風等が来たときに初めて作動するような非常に高いレベルに設定せざるを得ない。そのため、基本的な駆動系は、そのような過大負荷が掛かるまでは壊れずに稼働を続けるだけの耐久性を有していなければならず、結果として駆動系は相応の負荷容量に耐える必要がある。これに対して、上述した実施形態によれば、いわば最終的な破損に至る前にその「前兆」を検出して該破損を未然に防止することができ、減速装置の不具合によって風力発電設備自体の本来的な機能が損なわれるのを防止できるという点で、大きなメリットがある。

ただし、本発明の脆弱部の特定の変化は、破損のように、一旦生じるとその後動力伝達不能となるようなものであってもよい。この場合にも、当該破損を迅速に把握して、早急な復旧が可能となる。つまり、本発明の脆弱部は、実施形態の部位に限定されず、「減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部」（の特定の部位）であればよく、本発明における特定の変化とは、実施形態の変化に限定されず、出力ピニオン側から過大なトルクが入力されたことに基づいて、前記特定の部位に生じる変化であれば、どのような変化であってもよい。

なお、本発明は、より発展させた構成として、脆弱部の特定の変化が検出機構によって検出可能であることを利用して、前述したように、この検出結果を発信手段或いは通信手段を利用して、当該減速装置外のナセル内の制御盤、或いは、当該風力発電設備と地理的に離れた管理室に通信することにより、メンテナンスを極めてタイムリーに行うことができるようにすることも可能である。この構成は、減速装置自体は勿論、前述したように、該減速装置の不具合に起因して該減速装置が組み込まれているヨー駆動装置やピッチ駆動装置等がより大掛かりな故障を引き起こしてしまうのを未然に防止できるようになるという点でも有益である。

１０…風力発電設備
１１…円筒支柱
１２…ナセル（発電室）
１４…ヨー駆動装置
１６…ピッチ駆動装置
１８…ノーズコーン
２０…風車ブレード
２２…モータ
２４…出力ピニオン
８４…出力軸

Claims (10)

1. 風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、
   該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、
   該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、
   前記特定の部位が、一体回転すべき２つの部材間の連結部に脆弱性を持たせたものであり、
   前記検出機構が、該２つの部材間に相対滑りが発生したことを、前記特定の変化として視認可能としたものである
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
2. 請求項１において、
   前記一体回転すべき２つの部材間の連結部が、前記出力ピニオンと当該減速装置の出力軸との間の連結部であり、かつ、
   前記脆弱性を形成するために、該出力ピニオンと出力軸が締まり嵌めによって連結されている
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
3. 風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、
   該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、
   該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、
   前記特定の部位が、当該減速装置内の摺動面または転動面に脆弱性を持たせたものであり、
   前記検出機構が、該特定の部位の摺動面または転動面の面疲労の発生に伴って生じる変化を、前記特定の変化として検出するものである
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
4. 請求項３において、
   前記特定の部位が、前記軸受の転動面であり、
   前記検出機構が、該軸受の転動面の面疲労によるフレーキングの発生に起因する変化を、前記特定の変化として検出するものである
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
5. 請求項３または４において、
   前記減速機構部が歯車を備え、
   前記特定の部位が、該歯車の歯面であり、
   前記検出機構が、該歯車の歯面の面疲労によるピッチングの発生に起因する変化を、前記特定の変化として検出するものである
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
6. 請求項３〜５のいずれかにおいて、
   前記減速装置が、トラクションドライブにて動力伝達するトラクションローラを備え、
   前記脆弱性を持たせる特定の部位が、該トラクションローラの転動面であり、
   前記検出機構が、該トラクションローラの転動面の面疲労によるフレーキングの発生に起因する変化を、前記特定の変化として検出するものである
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
7. 風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、
   該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、
   該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、
   前記検出機構が、前記特定の変化が生じたことを検出するためのセンサを備えている
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
8. 請求項７において、
   前記センサとして、前記特定の部位近傍の運転音を検出するマイクセンサ、前記特定の部位近傍の温度を検出する温度センサ、前記特定の部位近傍の振動を検出する振動センサ、及び該減速装置の駆動源たるモータの電流値を検出する電流センサのうち、少なくとも１つを備え、
   前記検出機構は、運転音の変化、温度変化、振動の変化及び電流値の変化のうち少なくとも１つを、前記特定の変化として検出する
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
9. 請求項８において、
   前記減速装置が、駆動源たるモータを備えるとともに、前記センサとして前記マイクセンサまたは振動センサを備える場合において、
   前記モータのモータ軸の負荷側の端部にピニオンが設けられ、該モータ軸の反負荷側の端部に冷却ファンが備えられるとともに、該冷却ファンがファンカバーに覆われている
   ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。
10. 風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置において、
    該減速装置の動力伝達に寄与する部材のうち、軸、減速機構部、軸受、ケーシング、若しくは前記出力ピニオン、またはこれらの部材の連結部の特定の部位を、他の部位に比べて特定の変化が生じやすい脆弱部とし、かつ、
    該脆弱部に前記特定の変化が生じたことを検出するための検出機構を備え、
    前記検出機構によって前記特定の部位に特定の変化が生じたと検出されたときに、該検出結果を当該減速装置外に伝達するための発信手段を備えた
    ことを特徴とする風力発電設備に使用する減速装置。

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