JP5984792B2 - 風力発電装置 - Google Patents
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Description
本開示は風力発電装置に関する。
風力発電装置は、一般に、タワーの上方に配置されるナセルを有する。ナセルは、タワーによって支持されるナセル台板（支持台）を有し、ナセル台板は、軸受を介して回転軸を支持している。ナセル外に位置する回転軸の先端部には、ハブと複数のブレードからなるロータヘッドが取り付けられ、ナセル内に位置する回転軸の基端部は、増速機等のドライブトレインに連結される。ドライブトレインは発電機に接続され、ブレードが風を受けてロータヘッドが回転すると、回転軸を介して発電機が駆動される。
一方、特許文献１が開示する風力発電装置では、ナセル台板の軽量化を図るべく、ドライブトレイン又は発電機の少なくとも一部が、ロータヘッドのナセル反対側に配置されている。この場合、主軸（支持軸）は、ナセルによって固定された状態で支持されている。そして、主軸は、ロータヘッドを貫通し、軸受を介してロータヘッドを回転可能に支持している。
特許文献１が開示する風力発電装置によれば、ナセル台板の軽量化を図ることができるが、主軸（支持軸）についても軽量化を図ることが望ましい。
本発明の少なくとも一実施形態は、支持台に固定された状態でハブを回転可能に支持する支持軸の重量を軽減可能な風力発電装置を提供することを目的とする。
本発明の少なくとも一実施形態は、支持台に固定された状態でハブを回転可能に支持する支持軸の重量を軽減可能な風力発電装置を提供することを目的とする。
本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、マウント部を有する支持台と、前記マウント部に対し固定される基端部、ハブを回転可能に支持する中間部、及び、前記中間部よりも前記基端部から遠くに位置して油圧ポンプの固定側を支持する遠方部を有する支持軸と、前記ハブによって支持される少なくとも一本のブレードを備え、前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線とそれぞれ直交し且つ互いに直交する２つの中立軸に関する２つの断面係数が相違していてもよい。
風力発電装置では、支持軸の軸線に対しそれぞれ直交し且つ相互に直交する２つの中立軸の周りのモーメントを比較したときに、多くの場合、これらモーメントは同一にはならず、一方のモーメントの方が、他方のモーメントに対し大になる。つまり、支持軸に対し作用する荷重のうち、一方の中軸軸の周りのモーメントを発生させる荷重成分（支配荷重成分）が、他方の中立軸の周りのモーメントを発生させる荷重成分（非支配荷重成分）よりも大になる。
このため、支持軸の基端部には、支配荷重成分に対し、相対的に大きな曲げ強さを有していることが望まれる一方で、非支配荷重成分に対しては、相対的に小さい曲げ強さを有していてもよい。
そこで、上述した構成では、支持軸の基端部に、２つの中立軸に関する２つの断面係数が相違する形状を与えることで、支配荷重成分及び非支配荷重成分によって支持軸の基端部に作用する応力度が許容応力度を超えないようにしながら、非支配成分荷重に対する曲げ強さを相対的に小さくすることで、支持軸の基端部の重量を軽減することができる。
このため、支持軸の基端部には、支配荷重成分に対し、相対的に大きな曲げ強さを有していることが望まれる一方で、非支配荷重成分に対しては、相対的に小さい曲げ強さを有していてもよい。
そこで、上述した構成では、支持軸の基端部に、２つの中立軸に関する２つの断面係数が相違する形状を与えることで、支配荷重成分及び非支配荷重成分によって支持軸の基端部に作用する応力度が許容応力度を超えないようにしながら、非支配成分荷重に対する曲げ強さを相対的に小さくすることで、支持軸の基端部の重量を軽減することができる。
幾つかの実施形態では、前記支持軸は略水平方向に沿って延在し、前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線の周りで９０度回転非対称な形状を有する。
この構成によれば、支持軸の基端部が、支持軸の軸線の周りで９０度回転非対称な形状を有することで、支持軸の基端部の重量を確実に軽減することができる。
なお、支持軸は水平方向に沿って延在しているという表現には、支持軸の軸線が水平方向に完全に一致している場合の外に、支持軸の軸線が水平方向に対し所定角度傾いている場合も含まれる。
なお、支持軸は水平方向に沿って延在しているという表現には、支持軸の軸線が水平方向に完全に一致している場合の外に、支持軸の軸線が水平方向に対し所定角度傾いている場合も含まれる。
幾つかの実施形態では、前記支持軸の基端部の外縁及び内縁のうち少なくとも一方は、前記支持軸の軸線に沿う方向で見たときに、略鉛直方向に沿って延びる長軸を有する楕円形状を有する。
支持軸が水平方向に沿って延在している水平軸タイプの風力発電装置においては、地面又は海面近傍での鉛直方向での風速分布に基づいて、支持軸に対し鉛直方向に大きな荷重が作用する。この点、この構成によれば、支持軸の基端部が、鉛直方向に長い楕円形状を有することで、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸は、ハブや油圧ポンプを安定して支持することができる。
幾つかの実施形態では、前記支持軸の基端部の外縁及び内縁のうち少なくとも一方は、前記支持軸の軸線に沿う方向で見たときに、略鉛直方向に沿って延びる長辺を有する長い長方形形状を有する。
この構成によれば、支持軸の基端部は、鉛直方向に長い長方形形状を有することで、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸は、ハブや油圧ポンプを安定して支持することができる。
幾つかの実施形態では、
前記支持軸の基端部は、上部、下部、及び、前記上部と前記下部の間に位置する側部とを含み、
前記上部及び前記下部の厚さは、前記側部の厚さよりも大である。
この構成によれば、支持軸の基端部は、上部及び下部の厚さが側部の厚さよりも大であることによって、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸は、ハブや油圧ポンプを安定して支持することができる。
前記支持軸の基端部は、上部、下部、及び、前記上部と前記下部の間に位置する側部とを含み、
前記上部及び前記下部の厚さは、前記側部の厚さよりも大である。
この構成によれば、支持軸の基端部は、上部及び下部の厚さが側部の厚さよりも大であることによって、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸は、ハブや油圧ポンプを安定して支持することができる。
幾つかの実施形態では、前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線を囲む筒部と、前記筒部から半径方向に沿って突出し且つ軸線方向に沿って延在する少なくとも１つのリブ部とを有する。
この構成によれば、支持軸の基端部は、リブを設けたことで、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸は、ハブや油圧ポンプを安定して支持することができる。
幾つかの実施形態では、前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線を囲む筒部と、前記筒部の外縁又は内縁に沿って前記筒部と一体に設けられ、前記マウント部に対し複数のボルトによって締結されるフランジ部とを有し、前記フランジ部は、前記筒部の外縁又は内縁に沿う配列方向に配列された複数のボルト孔を有し、前記フランジ部の上部及び下部の各々における前記配列方向での前記ボルト孔同士の間隔は、前記フランジ部の側部における前記配列方向での前記ボルト孔同士の間隔よりも狭い。
この構成によれば、支持軸の基端部の上部及び下部に適用されるボルトの間隔を相対的に狭くすることで、ボルトの数を増やして各ボルトに作用する引張応力を軽減し、支持軸の基端部をマウント部に安定して締結することができる。一方、支持軸の基端部の側部に適用されるボルトの間隔を相対的に広くすることで、ボルトの数を減らして重量の軽減を図りながら、締結に要する工数を減少させることができる。
幾つかの実施形態では、前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線を囲む筒部と、前記筒部の外縁又は内縁に沿って前記筒部と一体に設けられ、前記マウント部に対し複数のボルトによって締結されるフランジ部とを有し、前記フランジ部は、前記筒部の外縁又は内縁に沿う配列方向に配列された複数のボルト孔を有し、前記フランジ部の上部及び下部において前記複数のボルト孔にそれぞれ適用される複数のボルトの径は、前記フランジ部の側部において前記複数のボルト孔にそれぞれ適用されるボルトの径よりも大である。
この構成によれば、支持軸の基端部の上部及び下部に適用されるボルトの径を相対的に大きくすることで、各ボルトにおける応力度を小さくすることができ、支持軸の基端部をマウント部に安定して締結することができる。一方、支持軸の基端部の側部に適用されるボルトの径を相対的に小さくすることで、重量の軽減を図ることができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、支持台に固定された状態でハブを回転可能に支持する支持軸の重量を軽減可能な風力発電装置が提供される。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、ある方向に沿ってという表現は、ある方向に対し厳密に平行な状態のみならず、ある方向に対し多少傾斜している状態も表すものとする。
例えば、ある方向に沿ってという表現は、ある方向に対し厳密に平行な状態のみならず、ある方向に対し多少傾斜している状態も表すものとする。
図１は、本発明の幾つかの実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を概略的に示す図である。
図１に示すように、風力発電装置１は、支持台４と、支持軸６と、ハブ８と、少なくとも１本のブレード１０とを有する。
支持台（ナセル台板）４はマウント部１２を有する。
支持軸６は、基端部１４と、中間部１６と、遠方部１８とを有する。基端部１４は、マウント部１２に対し固定され、中間部１６は、軸受２０を介してハブ８を回転可能に支持している。遠方部１８には、油圧ポンプ２２の固定側が固定されている。
図１に示すように、風力発電装置１は、支持台４と、支持軸６と、ハブ８と、少なくとも１本のブレード１０とを有する。
支持台（ナセル台板）４はマウント部１２を有する。
支持軸６は、基端部１４と、中間部１６と、遠方部１８とを有する。基端部１４は、マウント部１２に対し固定され、中間部１６は、軸受２０を介してハブ８を回転可能に支持している。遠方部１８には、油圧ポンプ２２の固定側が固定されている。
幾つかの実施形態では、風力発電装置１は、陸上又は洋上に立設されるタワー２４を有し、タワー２４によって、支持台４は鉛直軸周りに回転可能に支持されている。つまり、風力発電装置１は、ヨー角制御可能に構成されている。
幾つかの実施形態では、支持台４にはフレーム２５が固定され、フレーム２５上に相互に連結された油圧モータ２６及び発電機２８が設置されている。油圧モータ２６には、油圧ポンプ２２から高圧の作動油が供給され、油圧モータ２６は、高圧の作動油を利用して発電機２８を駆動し、これにより発電機２８が発電する。なお、フレーム２５上には、他の機器が設置されていてもよい。
幾つかの実施形態では、支持台４にはフレーム２５が固定され、フレーム２５上に相互に連結された油圧モータ２６及び発電機２８が設置されている。油圧モータ２６には、油圧ポンプ２２から高圧の作動油が供給され、油圧モータ２６は、高圧の作動油を利用して発電機２８を駆動し、これにより発電機２８が発電する。なお、フレーム２５上には、他の機器が設置されていてもよい。
幾つかの実施形態では、３本のブレード１０が、ハブ８の周りに放射状に設けられている。各ブレード１０は、支持軸６に対し直交する軸の周りで回転可能な状態で、ハブ８に取り付けられている。つまり、風力発電装置１は、ピッチ角制御可能に構成されている。
幾つかの実施形態では、支持台４には、ナセルカバー３０が固定され、ナセルカバー３０は油圧モータ２６及び発電機２８を覆っている。支持台４のマウント部１２は、ナセルカバー３０から突出している。
幾つかの実施形態では、ハブ８及び油圧ポンプ２２は、ロータヘッドカバー３１によって囲まれる。ロータヘッドカバー３１は、例えばハブ８に固定され、ハブ８とともに回転可能である。
幾つかの実施形態では、ハブ８及び油圧ポンプ２２は、ロータヘッドカバー３１によって囲まれる。ロータヘッドカバー３１は、例えばハブ８に固定され、ハブ８とともに回転可能である。
図２は、油圧ポンプ２２の構成を概略的に示す縦断面図である。図３は、油圧ポンプ２２の一部の構成を概略的に示す横断面図である。
図２に示すように、油圧ポンプ２２は、円筒形状のシリンダブロック部３２を有するステータ３４と、シリンダブロック部３２と同心上に配置される円筒形状のクランクケース部３６を有するロータ３８とを有する。
図２に示すように、油圧ポンプ２２は、円筒形状のシリンダブロック部３２を有するステータ３４と、シリンダブロック部３２と同心上に配置される円筒形状のクランクケース部３６を有するロータ３８とを有する。
また、油圧ポンプ２２は、ステータ３４に対し固定されるそれぞれ環形状の第１エンドプレート４０及び第２エンドプレート４１を有し、第１エンドプレート４０が、支持軸６の遠方部１８に同軸的に固定されている。なお本実施形態では、遠方部１８は、支持軸６の先端部である。ステータ３４は、第１エンドプレート４０に対し同心上に固定され、従って、支持軸６に対し同軸的に配置されている。
ステータ３４とロータ３８との間には軸受４２，４２が配置され、ロータ３８は、軸受４２，４２を介して、ステータ３４によって相対回転可能に支持されている。ロータ３８にはアーム３５の一端が固定され、アーム３５の他端はハブ８に固定されている。従って、ブレード１０が風を受けてハブ８が支持軸６の周りで回転すると、アーム３５を介してハブ８に連結されたロータ３８も回転する。
シリンダブロック部３２には、シリンダブロック部３２の軸線方向及び周方向に沿って配列された複数のシリンダ４４が設けられている。複数のシリンダ４４の各々は、シリンダブロック部３２の径方向に沿って延び、ロータ３８に向かって開口している。シリンダ４４の内部には、開口を通じてピストン４６の先端側が往復動可能に挿入されている。ピストン４６の基端側にはローラホルダ４８が取り付けられ、ローラホルダ４８はローラ５０を回転可能に保持している。
ロータ３８のクランクケース部３６には、シリンダブロック部３２側に凹部５２が形成され、凹部５２には、複数のシリンダ４４の軸線方向位置に対応して複数のカム５４が固定して配置されている。カム５４は、リングカムであり、周方向に延在するカム面５６を有する。カム面５６の径方向位置は、周方向位置に応じて連続的に変化している。
ローラ５０の回転軸は、クランクケース部３６の軸線方向に沿っており、ロータ３８がステータ３４に対して回転すると、ローラ５０はカム面５６上を相対的に走行する。この間、ローラ５０の径方向位置が変化し、これにともないピストン４６が上死点と下死点の間を往復動可能である。
ローラ５０の回転軸は、クランクケース部３６の軸線方向に沿っており、ロータ３８がステータ３４に対して回転すると、ローラ５０はカム面５６上を相対的に走行する。この間、ローラ５０の径方向位置が変化し、これにともないピストン４６が上死点と下死点の間を往復動可能である。
一方、シリンダブロック部３２には、各シリンダ４４に連通するように高圧流路５８及び低圧流路６０が設けられ、高圧流路５８及び低圧流路６０には、高圧制御弁６２及び低圧制御弁６４がそれぞれ介装されている。高圧制御弁６２及び低圧制御弁６４は、図示しない制御装置によって制御され、所定のタイミングで開閉する。
具体的には、ピストン４６が上死点から下死点に向かうときに、高圧制御弁６２が閉じられて低圧制御弁６４が開かれ、低圧制御弁６４を通じてシリンダ４４に低圧の作動油が供給される。ピストン４６が下死点から上死点に向かうときには、低圧制御弁６４が閉じられて高圧制御弁６２が開かれ、高圧制御弁６２を通じてシリンダ４４から高圧の作動油が吐出される。
なお、第１エンドプレート４０及び第２エンドプレート４１には、高圧流路５８及び低圧流路６０に連通する集合路６６，６８がそれぞれ設けられ、集合路６６，６８には、高圧管７０及び低圧管７２がそれぞれ接続されている。高圧管７０及び低圧管７２は、支持軸６の内部を延び、油圧モータ２６に接続されている。シリンダ４４から吐出された高圧の作動油は、高圧流路５８、集合路６６及び高圧管７０を通じて油圧モータ２６に供給される。一方、油圧モータ２６で仕事をした低圧の作動油は、低圧管７２、集合路６８及び低圧流路６０を通じてシリンダ４４に供給される。
図４は支持台４を概略的に示す斜視図である。
支持台４は、例えば円盤形状の台座部７４を有し、台座部７４の上にマウント部１２が一体に設けられている。マウント部１２は、例えばエルボ部７６と、エルボ部７６の一端に一体に設けられた環状の端壁部７８とを有する。
支持台４は、例えば円盤形状の台座部７４を有し、台座部７４の上にマウント部１２が一体に設けられている。マウント部１２は、例えばエルボ部７６と、エルボ部７６の一端に一体に設けられた環状の端壁部７８とを有する。
エルボ部７６は、台座部７４から上方に立ち上がる筒形状の胴部７６ａと、水平方向に沿って延びる筒形状の水平部７６ｂと、胴部７６ａの上端と水平部７６ｂの一端とを繋ぐ角部７６ｃとからなる。角部７６ｃは開口７７を有し、例えば、油圧モータ２６の一部が開口７７を通じて角部７６ｃの内側に配置される。
端壁部７８は、中央に開口７９を有し、開口７９を通じて高圧管７０及び低圧管７２が配置される。端壁部７８は、開口７９の周りに環状の座面８０を有し、座面８０には複数のボルト孔８２が形成されている。支持台４は、例えば鋳造により製造される。
端壁部７８は、中央に開口７９を有し、開口７９を通じて高圧管７０及び低圧管７２が配置される。端壁部７８は、開口７９の周りに環状の座面８０を有し、座面８０には複数のボルト孔８２が形成されている。支持台４は、例えば鋳造により製造される。
図５は支持軸６を概略的に示す斜視図である。図６は、支持軸６を概略的に示す縦断面図である。図７は、支持軸６を軸線方向に沿って見た図である。
図５〜図７に示したように、支持軸６の先端部は段付き円筒形状を有し、中間部１６は円筒形状を有する。支持軸６の基端部１４は、支持軸６の基端に近づくほど内径及び外径が拡大するラッパ形状を有する。ただし、拡大率は、ｚ軸方向とｙ軸方向とで異なっており、支持軸６を軸線（ｘ軸）方向に沿って見たとき、支持軸６の基端部１４は楕円形状を有する。
図５〜図７に示したように、支持軸６の先端部は段付き円筒形状を有し、中間部１６は円筒形状を有する。支持軸６の基端部１４は、支持軸６の基端に近づくほど内径及び外径が拡大するラッパ形状を有する。ただし、拡大率は、ｚ軸方向とｙ軸方向とで異なっており、支持軸６を軸線（ｘ軸）方向に沿って見たとき、支持軸６の基端部１４は楕円形状を有する。
支持軸６の基端部１４は、支持軸６の軸線を囲む筒部８３と、筒部８３の外縁に沿って一体に設けられた外向きのフランジ部８４とを有する。フランジ部８４は支持軸６の基端に位置し、フランジ部８４には、筒部８３の外縁又は内縁に沿う方向（配列方向）に沿って複数のボルト孔８６が形成されている。フランジ部８４を座面８０に当接した状態でボルト孔８２，８６にボルトを通し、ボルトにナットを螺合することで、フランジ部８４がマウント部１２に締結される。支持軸６は、例えば鋳造や鍛造によって製造可能である。
幾つかの実施形態では、風力発電装置１は、水平軸タイプの風力発電装置であるが、支持軸６の軸線（ｘ軸）は、水平方向に対し厳密に平行である必要はなく、略水平方向に沿っていればよい。従って、支持軸６の軸線と直交する２つの軸線のうち、一方の軸線（ｚ軸）は、鉛直方向に対し厳密に平行である必要はなく、略鉛直方向（上下方向）に沿っていればよい。
図５、図６及び図７に示したように、支持軸６の基端部１４の外縁及び内縁は、支持軸６を軸線（ｘ軸）方向に沿って見たとき、ｙ軸方向に比べｚ軸方向に長い楕円形状を有している。つまり、支持軸６の基端部１４の外縁及び内縁は、支持軸６を軸線（ｘ軸）方向に沿って見たとき、ｚ軸方向に沿って延びる長軸を有する楕円形状を有する。このため、支持軸６の基端部１４は、相互に直交する２つの中立軸（ｚ軸、ｙ軸）に関する２つの断面係数Ｚｚ，Ｚｙが相違する形状を有する。なお、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は相互に直交している。
風力発電装置１では、支持軸６の軸線に対しそれぞれ直交し且つ相互に直交する２つの中立軸の周りのモーメントを比較したときに、多くの場合、これらモーメントは同一にはならず、一方のモーメントの方が、他方のモーメントに対し大になる。つまり、支持軸６に対し作用する荷重のうち、一方の中立軸の周りのモーメントを発生させる荷重成分（支配荷重成分）が、他方の中立軸の周りのモーメントを発生させる荷重成分（非支配荷重成分）よりも大になる。
ここで、図８は、風速の高さ方向での分布を示している。図８に示すように、風速は地表から離れるほど速くなる。このため、水平軸タイプの風力発電装置１においては、ブレード１０に作用する風圧は、上方ほど大きくなり、支持軸６には、ｙ軸周りのモーメントＭｙが作用する。つまり、支配荷重成分として、支持軸６の遠方部１８を上方に持ち上げるような鉛直方向の荷重が作用する。
一方、水平方向でも風速はばらつくが、高さ方向でのばらつきほどではなく、ｚ軸周りのモーメントはｙ軸周りのモーメントＭｙに比べて小さい。つまり、支持軸６の遠方部１８を左右水平方向に振らせようとする荷重（非支配荷重成分）は、鉛直方向の支配荷重成分よりも小さい。特に、ヨー角制御により支持軸６を風上に向けることができる場合、非支配荷重成分を小さくすることができる。
このため、支持軸６の基端部１４には、支配荷重成分に対し、相対的に大きな曲げ強さを有していることが望まれる一方で、非支配荷重成分に対しては、相対的に小さい曲げ強さを有していてもよい。
そこで、上述した構成では、支持軸６の基端部１４に、２つの中立軸に関する２つの断面係数が相違する形状を与えることで、支配荷重成分及び非支配荷重成分によって支持軸６の基端部１４に作用する応力度が許容応力度を超えないようにしながら、非支配成分荷重に対する曲げ強さを相対的に小さくすることで、支持軸６の基端部１４の重量を軽減することができる。
そこで、上述した構成では、支持軸６の基端部１４に、２つの中立軸に関する２つの断面係数が相違する形状を与えることで、支配荷重成分及び非支配荷重成分によって支持軸６の基端部１４に作用する応力度が許容応力度を超えないようにしながら、非支配成分荷重に対する曲げ強さを相対的に小さくすることで、支持軸６の基端部１４の重量を軽減することができる。
この結果、上述した構成によれば、支持軸６や支持台４の小型化を図ることができ、ひいては、ナセルカバー３０の小型化も図ることができる。また、支持台４がタワー２４によって支持されている場合には、タワー２４の強度を引き下げることもできる。
図９は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸９０を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図９に示したように、支持軸９０の基端部１４は、上部９２、下部９４、及び、上部９２と下部９４の間に位置する側部９６とを含み、上部９２及び下部９４での筒部８３の厚さＴ１は、側部９６での筒部８３の厚さＴ２よりも大である。
図９に示したように、支持軸９０の基端部１４は、上部９２、下部９４、及び、上部９２と下部９４の間に位置する側部９６とを含み、上部９２及び下部９４での筒部８３の厚さＴ１は、側部９６での筒部８３の厚さＴ２よりも大である。
この構成によれば、支持軸９０の基端部１４は、上部９２及び下部９４での筒部８３の厚さＴ１が側部９６での筒部８３の厚さＴ２よりも大であることによって、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸９０は、ハブ８や油圧ポンプ２２を安定して支持することができる。
図１０は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸９８を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１０に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸９８の基端部１４は、複数のボルト１００によってマウント部１２に固定される。複数のボルト１００のうち、支持軸９８の基端部１４の上部９２と下部９４に適用されるボルト１００ａの径は、支持軸９８の基端部１４の側部９６に適用されるボルト１００ｂの径よりも大である。
図１０に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸９８の基端部１４は、複数のボルト１００によってマウント部１２に固定される。複数のボルト１００のうち、支持軸９８の基端部１４の上部９２と下部９４に適用されるボルト１００ａの径は、支持軸９８の基端部１４の側部９６に適用されるボルト１００ｂの径よりも大である。
この構成によれば、支持軸９８の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用されるボルト１００ａの径を相対的に大きくすることで、ボルト１００ａの単位断面積当たりに作用する応力（応力度）を小さくすることができ、支持軸９８の基端部１４をマウント部１２に安定して締結することができる。一方、支持軸９８の基端部１４の側部９６に適用されるボルト１００ｂの径を相対的に小さくすることで、重量の軽減を図ることができる。
図１１は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸１０２を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１１に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１０２の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用される複数のボルトの間隔は、支持軸１０２の基端部１４の側部９６に適用される複数のボルトの間隔よりも狭い。換言すれば、支持軸１０２の基端部１４の上部９２及び下部９４における、筒部８３の外縁又は内縁に沿う配列方向での複数のボルト孔８６の間隔は、側部９６における複数のボルト孔８６の間隔よりも狭い。
図１１に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１０２の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用される複数のボルトの間隔は、支持軸１０２の基端部１４の側部９６に適用される複数のボルトの間隔よりも狭い。換言すれば、支持軸１０２の基端部１４の上部９２及び下部９４における、筒部８３の外縁又は内縁に沿う配列方向での複数のボルト孔８６の間隔は、側部９６における複数のボルト孔８６の間隔よりも狭い。
この構成によれば、支持軸６の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用されるボルトの間隔を相対的に狭くすることで、ボルトの数を増やして各ボルトに作用する引張応力を軽減し、支持軸１０２の基端部１４をマウント部１２に安定して締結することができる。一方、支持軸１０２の基端部１４の側部に適用されるボルトの間隔を相対的に広くすることで、ボルトの数を減らして重量の軽減を図りながら、締結に要する工数を減少させることができる。
図１２は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸１０４を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１２に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１０４の基端部１４は、筒部８３と一体に設けられた少なくとも１つのリブ部１０８とを有する。本実施形態では、２つのリブ部１０８が鉛直方向に相互に離間して設けられている。各リブ部１０８は、筒部８３の内周面から径方向内側に突出し、且つ、軸線方向に沿って延びている。
図１２に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１０４の基端部１４は、筒部８３と一体に設けられた少なくとも１つのリブ部１０８とを有する。本実施形態では、２つのリブ部１０８が鉛直方向に相互に離間して設けられている。各リブ部１０８は、筒部８３の内周面から径方向内側に突出し、且つ、軸線方向に沿って延びている。
この構成によれば、支持軸１０４の基端部１４にリブ部１０８を設けることで、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さもたせることができる。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸１０４は、ハブ８や油圧ポンプ２２を安定して支持することができる。
図１３は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸１１０を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１３に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１０の基端部１４の外縁及び内縁は、支持軸１１０の軸線に沿う方向で見たときに、鉛直方向に長い長方形形状を有する。換言すれば、支持軸１１０の基端部１４の外縁及び内縁は、支持軸１１０の軸線に沿う方向で見たときに、鉛直方向に沿って延びる長辺を有する長方形形状を有する。
図１３に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１０の基端部１４の外縁及び内縁は、支持軸１１０の軸線に沿う方向で見たときに、鉛直方向に長い長方形形状を有する。換言すれば、支持軸１１０の基端部１４の外縁及び内縁は、支持軸１１０の軸線に沿う方向で見たときに、鉛直方向に沿って延びる長辺を有する長方形形状を有する。
この構成によれば、支持軸１１０の基端部１４が、鉛直方向に長い長方形形状を有することで、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸１１０は、ハブ８や油圧ポンプ２２を安定して支持することができる。
図１４は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸１１２を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１４に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１２の基端部１４の上部９２及び下部９４は、幅方向が水平方向に沿っている側壁によって構成され、側部９６は、幅方向が鉛直方向に沿っている側壁によって構成されている。そして、上部９２及び下部９４の厚さＴ１は、側部９６の厚さＴ２よりも大である。
図１４に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１２の基端部１４の上部９２及び下部９４は、幅方向が水平方向に沿っている側壁によって構成され、側部９６は、幅方向が鉛直方向に沿っている側壁によって構成されている。そして、上部９２及び下部９４の厚さＴ１は、側部９６の厚さＴ２よりも大である。
この構成によれば、支持軸１１２の基端部１４は、上部９２及び下部９４の厚さＴ１が側部９６の厚さＴ２よりも大であることによって、鉛直方向での荷重成分に対し高い曲げ強さを有している。このため、鉛直方向での風速分布に偏りがあっても、支持軸１１２は、ハブ８や油圧ポンプ２２を安定して支持することができる。
図１５は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸１１４を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１５に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１４の基端部１４は、複数のボルト１００によってマウント部１２に固定される。複数のボルト１００のうち、支持軸１１４の基端部１４の上部９２と下部９４に適用されるボルト１００ａの径は、支持軸１１４の基端部１４の側部９６に適用されるボルト１００ｂの径よりも大である。
図１５に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１４の基端部１４は、複数のボルト１００によってマウント部１２に固定される。複数のボルト１００のうち、支持軸１１４の基端部１４の上部９２と下部９４に適用されるボルト１００ａの径は、支持軸１１４の基端部１４の側部９６に適用されるボルト１００ｂの径よりも大である。
この構成によれば、支持軸１１４の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用されるボルト１００ａの径を相対的に大きくすることで、ボルト１００ａの単位断面積当たりに作用する応力（応力度）を小さくすることができ、支持軸１１４の基端部１４をマウント部１２に安定して締結することができる。一方、支持軸１１４の基端部１４の側部９６に適用されるボルト１００ｂの径を相対的に小さくすることで、重量の軽減を図ることができる。
図１６は、幾つかの実施形態に係る風力発電装置１に適用される支持軸１１６を、その軸線（ｘ軸）に沿う方向でみたときの形状を概略的に示している。
図１６に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１６の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用される複数のボルトの間隔は、支持軸１０２の基端部１４の側部９６に適用される複数のボルトの間隔よりも狭い。換言すれば、支持軸１１６の基端部１４の上部９２及び下部９４における複数のボルト孔８６の間隔は、側部９６における複数のボルト孔８６の間隔よりも狭い。
図１６に示したように、幾つかの実施形態では、支持軸１１６の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用される複数のボルトの間隔は、支持軸１０２の基端部１４の側部９６に適用される複数のボルトの間隔よりも狭い。換言すれば、支持軸１１６の基端部１４の上部９２及び下部９４における複数のボルト孔８６の間隔は、側部９６における複数のボルト孔８６の間隔よりも狭い。
この構成によれば、支持軸１１６の基端部１４の上部９２及び下部９４に適用されるボルトの間隔を相対的に狭くすることで、ボルトの数を増やして各ボルトに作用する引張応力を軽減し、支持軸１０２の基端部１４をマウント部１２に安定して締結することができる。一方、支持軸１０２の基端部１４の側部に適用されるボルトの間隔を相対的に広くすることで、ボルトの数を減らして重量の軽減を図りながら、締結に要する工数を減少させることができる。
本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これら形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、幾つかの実施形態では、支持軸の基端部１４の外縁及び内縁の両方が、その軸線に沿う方向で見て楕円形状又は長方形形状を有していたが、支持軸の基端部１４の外縁及び内縁のうち少なくとも一方が、その軸線に沿う方向で見て楕円形状又は長方形形状を有していればよい。更には、支持軸の基端部１４は、支持軸の軸線の周りで９０度回転非対称な形状を有していればよい。支持軸の基端部１４に９０度回転非対称な形状を与えることで、支持軸の基端部１４の重量を確実に軽減することができる。
なお、長方形形状や楕円形状等の表現には、幾何学的に厳密な長方形形状や楕円形状等の外に、長方形形状や楕円形状等と見なすことができる形状も含む。
なお、長方形形状や楕円形状等の表現には、幾何学的に厳密な長方形形状や楕円形状等の外に、長方形形状や楕円形状等と見なすことができる形状も含む。
幾つかの実施形態では、ステータ３４のシリンダブロック部３２が、ロータ３８のクランクケース部３６の径方向内側に配置されていたが、径方向外側に配置されていてもよい。その外にも、油圧ポンプの構成は特に限定されることはない。
１ 風力発電装置
４ 支持台
６ 支持軸
８ ハブ
１０ ブレード
１２ マウント部
１４ 基端部
１６ 中間部
１８ 遠方部
２０ 軸受
２２ 油圧ポンプ
２４ タワー
２５ フレーム
２６ 油圧モータ
２８ 発電機
７４ 台座部
７６ エルボ部
７６ａ 胴部
７６ｂ 水平部
７６ｃ 角部
７７ 開口
７８ 端壁部
７９ 開口
８０ 座面
８２ ボルト孔
８３ 筒部
８４ フランジ部
８６ ボルト孔
４ 支持台
６ 支持軸
８ ハブ
１０ ブレード
１２ マウント部
１４ 基端部
１６ 中間部
１８ 遠方部
２０ 軸受
２２ 油圧ポンプ
２４ タワー
２５ フレーム
２６ 油圧モータ
２８ 発電機
７４ 台座部
７６ エルボ部
７６ａ 胴部
７６ｂ 水平部
７６ｃ 角部
７７ 開口
７８ 端壁部
７９ 開口
８０ 座面
８２ ボルト孔
８３ 筒部
８４ フランジ部
８６ ボルト孔
Claims (8)
- マウント部を有する支持台と、
前記マウント部に対し固定される基端部、ハブを回転可能に支持する中間部、及び、前記中間部よりも前記基端部から遠くに位置して油圧ポンプの固定側を支持する遠方部を有する支持軸と、
前記ハブによって支持される少なくとも一本のブレードと、
を備え、
前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線とそれぞれ直交し且つ互いに直交する２つの中立軸に関する２つの断面係数が相違する形状を有し、
前記支持軸に作用する荷重のうち前記２つの中立軸のうち一方の中立軸の周りのモーメントを発生させる支配荷重成分は、他方の中立軸の周りのモーメントを発生させる非支配荷重成分よりも大であり、
前記支持軸の基端部の前記非支配荷重成分に対する曲げ強さが、前記支配荷重成分に対する曲げ強さに比べて相対的に小である
ことを特徴とする風力発電装置。 - 前記支持軸は略水平方向に沿って延在し、
前記支持軸の基端部は、
前記支持軸の軸線の周りで９０度回転非対称な形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。 - 前記支持軸の基端部の外縁及び内縁のうち少なくとも一方は、前記支持軸の軸線に沿う方向で見たときに、略鉛直方向に沿って延びる長軸を有する楕円形状を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。 - 前記支持軸の基端部外縁及び内縁のうち少なくとも一方は、前記支持軸の軸線に沿う方向で見たときに、略鉛直方向に沿って延びる長辺を有する長方形形状を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。 - 前記支持軸の基端部は、上部、下部、及び、前記上部と前記下部の間に位置する側部とを含み、
前記上部及び前記下部の厚さは、前記側部の厚さよりも大である
ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の風力発電装置。 - 前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線を囲む筒部と、前記筒部と一体に設けられて、前記筒部の内周面から半径方向に沿って突出し且つ軸線方向に沿って延在する少なくとも１つのリブ部とを有する
ことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の風力発電装置。 - 前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線を囲む筒部と、前記筒部の外縁又は内縁に沿って前記筒部と一体に設けられ、前記マウント部に対し複数のボルトによって締結されるフランジ部とを有し、
前記フランジ部は、前記筒部の外縁又は内縁に沿う配列方向に配列された複数のボルト孔を有し、
前記フランジ部の上部及び下部の各々における前記配列方向での前記ボルト孔同士の間隔は、前記フランジ部の側部における前記配列方向での前記ボルト孔同士の間隔よりも狭い
ことを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の風力発電装置。 - 前記支持軸の基端部は、前記支持軸の軸線を囲む筒部と、前記筒部の外縁又は内縁に沿って前記筒部と一体に設けられ、前記マウント部に対し複数のボルトによって締結されるフランジ部とを有し、
前記フランジ部は、前記筒部の外縁又は内縁に沿う配列方向に配列された複数のボルト孔を有し、
前記フランジ部の上部及び下部において前記複数のボルト孔にそれぞれ適用される複数のボルトの径は、前記フランジ部の側部において前記複数のボルト孔にそれぞれ適用されるボルトの径よりも大であることを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項に記載の風力発電装置。
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