JP6138012B2 - 風力発電設備のヨー駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、風力発電設備のヨー駆動システムに関する。

特許文献１に、風力発電設備のナセルを水平面内で旋回させるためのヨー駆動システムが開示されている。

この特許文献１に係るヨー駆動システムでは、風力発電設備の本体（円筒支柱）側に旋回歯車が１個設けられ、ナセル側にはモータおよびブレーキ機構を備えたヨー減速装置が複数据え付けられている。各ヨー減速装置の出力ピニオンは、前記旋回歯車に同時に噛合しており、出力ピニオンが旋回歯車と噛合したときに旋回歯車側から受ける反作用によって、（ヨー減速装置が据え付けられた）ナセルが旋回するようになっている。

ナセル全体を円筒支柱に対して旋回させることにより、ナセルの先端の向きを所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、ブレードは、効率的に風圧を受けることができる。また、複数のヨー減速装置の各出力ピニオンを旋回歯車に同時に噛合させる構成とすることにより、１個１個のヨー減速装置の大きさを小さく抑えることができ、地上から高い位置にある狭いナセル内で据え付ける際の取り扱い性等を向上させることができる。

特開２００５−３２０８９１号公報（段落［００２０］、［００２１］、図１、図２）

しかしながら、風力発電設備は、自然環境下に設置される設備であるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。このような強い風を受けるとナセル自体が動こうとし、その動こうとする力（風力負荷）が旋回歯車側から減速装置内に入力されてくる「動力の逆流現象」が発生する。

そのため、減速装置は、ときに非常に過酷な状態に置かれ、甚だしいときには破損に至るおそれもあるという問題が生じていた。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、ヨー減速装置がより破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムを提供することをその課題としている。

本発明は、第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置のそれぞれの出力ピニオンを、風力発電設備の本体側の旋回歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、当該風力発電設備のブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離と異なり、前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで構成が異なるようにすることで、上記課題を解決したものである。

ブレードが風を受けると、ナセルは風下側に移動させられる。ヨー駆動システムのヨー減速装置は、全てナセルに据え付けられているため、このナセルの移動により、各ヨー減速装置は、噛合している旋回歯車に対して同じ側に同じ距離だけ平行に移動する。

そのため、ブレードからの距離が異なる第１ヨー減速装置の出力ピニオンと第２ヨー減速装置の出力ピニオンは、旋回歯車に対して押圧力やバックラッシが異なった状態とされることになる。

本発明では、この状態に対応するべく、第１ヨー減速装置と第２ヨー減速装置の構成を異ならせるようにしているため、ヨー減速装置がより破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムを構築することができる。

本発明によれば、ヨー減速装置がより破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムを得ることができる。

本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムに使用する第２ヨー減速装置の全体断面図 上記風力発電設備の正面図 上記風力発電設備のナセルに複数のヨー減速装置が組み込まれている様子を模式的に示す斜視図 複数のヨー減速装置の出力ピニオンが単一の旋回歯車と同時に噛合している様子を示す平面図 図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図 第１ヨー減速装置の構成を示す部分拡大断面図 第１ヨー減速装置の変形例を示す部分拡大断面図 本発明の他の実施形態の一例に係る第１ヨー減速装置の全体断面図 図８の実施形態の第２ヨー減速装置の全体断面図

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムの構成について詳細に説明する。

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（風力発電設備１０の本体）１１の最上部にナセル（発電室）１２を備える。ナセル１２には風を受ける３枚のブレード２０が回転可能に取り付けられている。ブレード２０は、ナセル１２に対して風上側に位置する状態で風を受ける設計とされている。つまり、この風力発電設備１０は、ブレード２０を風上に向けて発電を行う、いわゆるアップウィンド型と称される風力発電設備である。ナセル１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動システム１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動システム１６が組み込まれている。ヨー駆動システム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、ピッチ駆動システム１６は、ノーズコーン１８に取り付けられる３枚のブレード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、ヨー駆動システム１４として、複数（この例では４個）のヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）のそれぞれの出力ピニオン２４（２４ａ〜２４ｄ）を、風力発電設備１０の円筒支柱（本体側）１１の旋回歯車２８と噛み合わせて、ナセル１２を旋回駆動する構造が採用されている。

旋回歯車２８は、この例では外歯歯車で構成され、図４に示されるように、各ヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）の出力ピニオン２４（２４ａ〜２４ｄ）は、旋回歯車２８の周方向において等間隔に配置されている（必ずしも等間隔でなくてもよい）。

ここで、４個のヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）のうち、２個のヨー減速装置Ｇａ、Ｇｂ（出力ピニオン２４ａ、２４ｂ）は、ナセル１２内において、当該風力発電設備１０のブレード２０に近い（ブレード２０からの距離Ｌ１が小さい）位置Ｐ５、Ｐ６に配置されている。また、残りの２個のヨー減速装置Ｇｃ、Ｇｄ（出力ピニオン２４ｃ、２４ｄ）は、ブレード２０から遠い（ブレード２０からの距離Ｌ２が大きい）位置Ｐ７、Ｐ８に配置されている。本実施形態では、ブレード２０に近い位置Ｐ５、Ｐ６に配置されているヨー減速装置Ｇａ、Ｇｂを第１ヨー減速装置Ｇ１、ブレード２０から遠い位置Ｐ７、Ｐ８に配置されているヨー減速装置Ｇｃ、Ｇｄを、第２ヨー減速装置Ｇ２と称する。換言するならば、ブレード２０から第１ヨー減速装置Ｇ１までの距離Ｌ１は、該ブレード２０から第２ヨー減速装置Ｇ２までの距離Ｌ２より小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。

なお、本実施形態では、距離Ｌ１、Ｌ２は、ブレード２０の中心から各出力ピニオン２４の軸心までの同一平面上での直線距離として捉えているが、これに限らず、例えばブレード２０の主軸の軸方向Ｘ１におけるブレード２０の中心からの距離Ｌ１ｘ、Ｌ２ｘとして捉えてもよい。このように捉えても距離の大小の傾向は同一である。

第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２は、構成が異なっている。但し、この実施形態では、第１、第２ヨー減速装置Ｇ１、Ｇ２の基本構成は同一である。そのため、便宜上、先ず、第２ヨー減速装置Ｇ２を用いて第１、第２ヨー減速装置Ｇ１、Ｇ２に共通の基本構成を説明し、次に、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２の構成の具体的な相違について詳細に説明することとする。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムに使用する第２ヨー減速装置Ｇ２の全体断面図、図５は、図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６は、図１〜図５の第１ヨー減速装置Ｇ１の構成を示す部分拡大断面図である。

図１を参照して、第２ヨー減速装置Ｇ２（Ｇｃ、Ｇｄ）は、モータ２２、直交歯車減速機構４０、平行軸減速機構４２及び偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されている（第１ヨー減速装置Ｇ１も同じ）。

モータ２２のモータ軸４６は、直交歯車減速機構４０の入力軸を兼ねており、モータ２２のモータ軸４６の負荷側の端部にはハイポイドピニオン４７が直切りで形成されている。なお、該モータ軸４６の反負荷側の端部にはブレーキ装置（図示略）が備えられている。

直交歯車減速機構４０は、モータ２２の先端に直切形成された前記ハイポイドピニオン４７と、該ハイポイドピニオン４７と噛合するハイポイドギヤ５０とを備え、モータ軸４６の回転方向を直角方向に変更している。ハイポイドギヤ５０は、中間軸５８に固定されている。

中間軸５８には平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０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６０と、該スパーピニオン６０と噛合するスパーギヤ６４とで構成されている。スパーギヤ６４はホロー軸６６に固定されている。ホロー軸６６はキー６７及びボルト６８を介して継軸７０と連結されている。継軸７０の負荷側には継カップリング７０Ａが一体形成されている。継カップリング７０Ａの負荷側はホロー部とされ、このホロー部の内側でスプライン７１が形成された遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が連結されている。

これにより、ホロー軸６６は、継軸７０、継カップリング７０Ａを介して入力軸７２と連結されることになる。符号７３は、ボルト７５を介して後述する遊星歯車減速機構４４の反負荷側カバー４８Ｃとボルト７５を介して装着された継ケーシングである。

遊星歯車減速機構４４は、当該入力軸７２、該入力軸７２にキー結合され２つの偏心部を有する偏心体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。なお、遊星歯車減速機構４４のケーシング４８は、第１、第２ケーシング体４８Ａ、４８Ｂ、及び、反負荷側及び負荷側カバー体４８Ｃ、４８Ｄとで主に構成され、ボルト７９を介して前記ナセル１２の構造体１２Ａに固定されている。

前記内歯歯車７８は、このうちの第１ケーシング体４８Ａと一体化されている内歯歯車本体７８Ｂと、該内歯歯車本体７８Ｂに回転自在に保持されて内歯として機能する円筒状の外ピン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には貫通孔７６Ａが複数（この例では１２個）形成されている。各貫通孔７６Ａには、内ピン（遊星ピン）８０が複数（この例では１２本）貫通している。内ピン８０の外周には、摺動促進部材８１が回転自在に被せられている。摺動促進部材８１と貫通孔７６Ａとの間には、偏心体７４の偏心部の偏心量の２倍に相当する隙間δが確保されている（図５参照）。

内ピン８０は、出力フランジ（キャリヤ）８２と一体化され、該出力フランジ８２は出力軸８４と一体化されている。

第１、第２ヨー減速装置Ｇ１、Ｇ２は、この構成により、外歯歯車７６の自転成分を摺動促進部材８１および内ピン８０を介して出力フランジ８２側に伝達している。すなわち、この実施形態では、内歯歯車７８が第１ケーシング体４８Ａに固定されているため、遊星歯車減速機構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（自転成分）が、摺動促進部材８１、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。

なお、出力軸８４は、第２ケーシング体４８Ｂの内周に組み込まれた自動調心ころ軸受８５と、第１ケーシング体４８Ａの内周に配置されたころ８３によって支持されている。出力軸８４には、外スプライン８７を介して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歯車２８（図１〜３）と噛合する構成とされている。

前述したように、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２には、構成上の相違がある。その理由は、このヨー駆動システム１４の作用と深く関係している。ここでは、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２の構成上の相違についての具体的な説明をする前に、ヨー駆動システム１４の作用を説明しながら、なぜ、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２の構成に差を持たせるか、という理由から説明する。

再び図１を参照して、このヨー駆動システム１４では、モータ２２のモータ軸４６の回転が、直交歯車減速機構４０のハイポイドピニオン４７及びハイポイドギヤ５０の噛合によって初段減速されると共に回転軸の方向が９０度変更され、さらに平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０及びスパーギヤ６４を介してホロー軸６６に伝達される。ホロー軸６６の回転は、キー６７（及びボルト６８）を介して継軸７０に伝達され、スプライン７１を介して遊星歯車減速機構４４の入力軸７２に伝達される。

遊星歯車減速機構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、外歯歯車７６と内歯歯車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、遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が１回回転する毎に、外歯歯車７６が１回揺動し、（ナセル１２に固定されている）内歯歯車７８に対して１歯分ずつ位相がずれていくようになる。この位相のずれ（外歯歯車７６の自転成分）を摺動促進部材８１、内ピン８０、出力フランジ（キャリヤ）８２を介して出力軸８４側に取り出すことにより、遊星歯車減速機構４４での減速が実現される。

出力軸８４の回転により、出力ピニオン２４が、自転しながら（円筒支柱１１に組み込まれた）旋回歯車２８の軸心３６に対して公転する（図３参照）。各ヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）は、ナセル１２に固定されているため、結局、該円筒支柱１１側の旋回歯車２８の軸心３６に対してナセル１２が水平方向に回転（旋回）する。

このような、ナセル１２の旋回駆動を行うには、各ヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）は、全て同じ構造を有し、各モータ２２の動力を均等に旋回歯車２８側に伝えるのが好ましい。この観点で、従来は、風力発電設備のヨー駆動システムの各ヨー減速装置は、全て同一の構造で構成されていた。

しかし、例えば、この実施形態に係る風力発電設備１０は、ブレード２０を風上に向けて（ナセル１２の風上側にブレード２０が位置する状態で）発電を行うアップウィンド型の風力発電設備であるため、発電中にブレード２０が風を受けると、該ブレード２０は、風下側に向かう力を受ける。この結果、該ブレード２０を支持しているナセル１２全体が、円筒支柱１１に対して風下側（反ブレード側）に移動させられる。すると、各ヨー減速装置Ｇは、ナセル１２に固定されているため、固定状態にある円筒支柱１１側の旋回歯車２８に対して、それぞれ反ブレード側に向かって（図４の矢印ａ〜ｄ参照）、同じ距離だけ平行に移動する。

その結果、各ヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）の出力ピニオン２４（２４ａ〜２４ｄ）の旋回歯車２８に対する噛合状態が変わる。図４を用いてこの状態をより詳細に述べる。

本実施形態のようにアップウィンド型であり、かつ旋回歯車２８が外歯歯車であって、出力ピニオン２４が該旋回歯車２８に外接するタイプのヨー駆動システム１４においては、仮に、ブレード２０の軸線Ｘ１が旋回歯車２８を横切る位置（ブレード２０からの距離が最も小さい位置）Ｐ１にヨー減速装置が配置されていた場合には、当該位置Ｐ１に位置するヨー減速装置の出力ピニオン（２４ｈ）は、最も強く旋回歯車２８に押圧され、バックラッシも詰められることになる。

出力ピニオン（２４）の旋回歯車２８に対する押圧力は、位置Ｐ１から離れる位置に配置されたヨー減速装置ほど（ブレード２０からの距離が大きい位置に配置されたヨー減速装置ほど）弱まり、バックラッシの縮小の程度も小さくなる。そして、旋回歯車２８のピッチ円の直径ｄ２８がブレード２０の軸線Ｘ１と直角に交差する位置Ｐ２、Ｐ３よりも遠くにまでヨー減速装置の配置位置がブレード２０から離れると、出力ピニオン（２４）は、ナセル１２が平行移動する以前よりも、むしろ旋回歯車２８から遠ざかる傾向となり、旋回歯車２８とのバックラッシもより拡大する。

ブレード２０の軸線Ｘ１が再び旋回歯車２８を横切る位置（ブレード２０からの距離が最も大きい位置）Ｐ４では、仮に当該位置Ｐ４に位置するヨー減速装置があった場合には、その出力ピニオン（２４ｋ）は、旋回歯車２８から最も離れ、該旋回歯車２８とのバックラッシも最大に拡大する。

本実施形態での具体的配置によれば、風力発電設備１０は、アップウィンド型であって、かつ各出力ピニオン２４（２４ａ〜２４ｄ）は、旋回歯車２８に外接しているため、ブレード２０に近い位置Ｐ５、Ｐ６にある第１ヨー減速装置Ｇ１（Ｇａ、Ｇｂ）の出力ピニオン２４ａ、２４ｂは、ナセル１２の反ブレード方向への移動によって旋回歯車２８に押圧される。すると、旋回歯車２８と、出力ピニオン２４ａ、２４ｂのバックラッシも詰められる。また、ブレード２０からより遠い位置Ｐ７、Ｐ８にある第２ヨー減速装置Ｇ２（Ｇｃ、Ｇｄ）は、位置Ｐ２、Ｐ３よりも更に遠い位置であることと相まって、ナセル１２全体の移動に伴って、旋回歯車２８からより遠ざかるようになり、旋回歯車２８と出力ピニオン２４ｃ、２４ｄのバックラッシもより増大する状態が形成される。

一方、一般に発電中において比較的強い風が吹いているときには、ナセル１２の不必要なふらつきを防止するために、モータ２２の反負荷側に設けられたブレーキ装置によってヨー減速装置Ｇの各回転要素は回転不能の状態とされる制御がなされる。そのため、この状態で風向きが変わり、ナセル１２を旋回させるような力が加わると、従来のヨー駆動システム（１４）では、ナセル（１２）全体が円筒支柱（１１）に対して移動することによってバックラッシが詰められていた「ブレード２０に近い第１ヨー減速装置Ｇ１」が旋回歯車（２８）の動きを止めるという現象が生じていたと推察される。このことは、バックラッシが拡大する傾向となる第２ヨー減速装置Ｇ２の出力ピニオン２４は、旋回歯車２８とのバックラッシが詰められない状態のままとなってしまうことを意味する。この結果、第１ヨー減速装置Ｇ１のみ（状況によっては、２つの第１ヨー減速装置Ｇ１のうちの一方であるヨー減速装置ＧａまたはＧｂのみ）に風力負荷が集中し、第１ヨー減速装置Ｇ１が過酷な状態となってしまい易くなっていたと考えられる。

そして、万一、第１ヨー減速装置Ｇ１が破損してしまうと、今度は残った第２ヨー減速装置Ｇ２のみ（状況によっては、２つの第２ヨー減速装置Ｇ２のうちの一方であるヨー減速装置ＧｃまたはＧｄのみ）で風力負荷を受ける状態となるため、次々に連鎖的に破損してしまう状況に陥ってしまっていたと推察される。

そこで、本実施形態では、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２の構成を異ならせ、この状況に対応させるようにしている。

図１〜図５で示された実施形態においては、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２とで、動力伝達系の一端（例えば入力軸を兼ねているモータ軸４６）を固定し、他端側（例えば出力軸８４側）から所定のトルクを与えたときの該他端側（出力軸８４）の回転量が異なるように構成している。なお、以降、便宜上、このような差別化を「回転量相違による差別化」と称する。

具体的には、図６に示されるように、第１ヨー減速装置Ｇ１の継軸９０の軸径ｄ１を第２ヨー減速装置Ｇ２の継軸７０の軸径ｄ２より細く形成し、この細くした軸径ｄ１の継軸９０を有するヨー減速装置を第１ヨー減速装置Ｇ１、軸径がｄ２のままの継軸７０を有するヨー減速装置を第２ヨー減速装置Ｇ２とすることで「回転量相違による差別化」を実現している。

すなわち、第１ヨー減速装置Ｇ１は、軸径がｄ１に細められたことで、継軸９０の剛性が低下する。そのため、動力伝達系の一端（例えばモータ軸４６）がブレーキ装置によって固定され、他端側（例えば出力軸８４側）から所定の風力負荷によるトルクが与えられたときに、該他端側の回転量が第２ヨー減速装置Ｇ２側での回転量よりも大きくなる傾向となる。

これにより、第１ヨー減速装置Ｇ１の継軸９０の一端が（ブレーキ機構によって）固定されているときであっても、旋回歯車２８が、更に僅かだけ回転が許容される状況が形成される。旋回歯車２８が回転できると、該旋回歯車２８は、バックラッシの拡大された第２ヨー減速装置Ｇ２の出力ピニオン２４とも当接できるようになるため、結局、旋回歯車２８を介して入力されてくる風力負荷を第２ヨー減速装置Ｇ２によっても受け止めることができるようになる。

搭載されている全てのヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）が共同して旋回歯車２８側からの風力負荷を受けることができるようになるというメリットは大きい。これは、要するならば、例えば、本実施形態のように４個のヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）によってヨー駆動システムが構成されている場合には、実質的に（従来と比べて）風力負荷トルクをほぼ１／４〜１／２に減じたと同様な作用効果を得ることができることを意味するからである。すなわち、本実施形態によれば、従来と同程度の大きさのヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）を使用しながら、各ヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）の破損（特に連鎖的な破損）を極めて効果的に防止することができる。

なお、「回転量相違による差別化」、つまり、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２とで、動力伝達系の一端を固定し、他端側から所定のトルクを与えたときの該他端側の回転量が異なるようにする構成することによる差別化には、種々の変形例が考えられる。

例を挙げると、例えば以下のようなものがある。

１）第１ヨー減速装置Ｇ１の直交歯車減速機構４０のハイポイドピニオン４７と、ハイポイドギヤ５０との噛合のバックラッシを、第２ヨー減速装置Ｇ２側よりも大きくする。

２）第１ヨー減速装置Ｇ１の平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０と、スパーギヤ６４との噛合のバックラッシを、第２ヨー減速装置Ｇ２側よりも大きくする。

３）図７に示されるように、第１ヨー減速装置Ｇ１の内歯歯車７８の一部を構成している内歯歯車本体７８Ｂに周方向に沿う溝部７８Ｂ１を形成する。これにより、内歯歯車７８の内歯を構成する外ピン７８Ａの撓み量を、第２ヨー減速装置Ｇ２側よりも大きくすることができる。

４）第１ヨー減速装置Ｇ１の内歯歯車７８の内歯を構成する外ピン７８Ａの径ｄ７８Ａを第２ヨー減速装置Ｇ２側よりも細くする。これにより、第１ヨー減速装置Ｇ１の内歯歯車７８と外歯歯車７６とのバックラッシの増大と、外ピン７８Ａの撓み量の増大が期待できる。

５）動力伝達部材間の連結部（例えば、第１ヨー減速装置Ｇ１の継カップリング７０Ａと遊星歯車減速機構４４の入力軸７２との連結を行うためのスプライン７１）にバックラッシを持たせる。

６）第１ヨー減速装置Ｇ１の摺動促進部材（８１）の外径ｄ８１を、第２ヨー減速装置Ｇ２の摺動促進部材８１の外径ｄ８１−２よりも小さくする。換言するならば、第１ヨー減速装置Ｇ１における摺動促進部材（８１）の外周と外歯歯車７６の貫通孔７６Ａの内周との間の隙間（δ）を、第２ヨー減速装置Ｇ２側の隙間δよりも大きくする。これにより外歯歯車７６と摺動促進部材（８１）との間により大きなバックラッシを形成することができる。

なお、この６）の手法によって実現する「回転量相違による差別化」は、凹面と凸面の広い摺動当接部でのバックラッシを変更するものであるため、例えば上記１）の直交歯車減速機構や、２）の平行軸減速機構のような凸面と凸面の狭い摺動当接部でのバックラッシを大きくする手法と比較して、（バックラッシを大きくしても）トルク反転時の衝撃の増大が小さいというメリットが得られる。従って、ナセルの旋回方向が風力負荷によって頻繁に変化する風力発電設備でのヨー減速装置にバックラッシを持たせる構成として好ましい。

これらの構成は、いずれも、「第１、第２ヨー減速装置Ｇ１、Ｇ２との間で動力伝達部材の形状や寸法を異ならせたり、あるいは歯車の噛合部における歯形や歯形修正を異ならせることによって第１、第２ヨー減速装置Ｇ１、Ｇ２との間で「回転量相違による差別化」を実現する例と捉えることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

これまで説明した実施形態は、基本的に、第１ヨー減速装置Ｇ１の受け持つ風力負荷の一部を速やかに第２ヨー減速装置Ｇ２側にも受け持たせ、全てのヨー減速装置Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）が共同して風力負荷を受け持つことができるようなシステムを構築することに着目していた。しかし、この実施形態では、第１ヨー減速装置Ｇ１の許容トルクを「大きく」設定することによって、第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２の構成を差別化する。

この趣旨は、既に説明したように、例えばアップウィンド型であって、かつ出力ピニオン２４が旋回歯車２８に外接するタイプにおいては、ブレード２０からの距離が大きい（ブレード２０から遠い）第２ヨー減速装置Ｇ２よりも、ブレード２０からの距離が小さい（ブレード２０に近い）第１ヨー減速装置Ｇ１の方が、より過酷な状態に陥り易いのであるから、第１ヨー減速装置Ｇ１の許容トルクを、第２ヨー減速装置Ｇ２の許容トルクよりも大きく設定しておけばよい、という技術思想に基づく。

この具体的な例を図８、図９に示す。

この実施形態では、本発明を単純遊星歯車減速機構を備えたヨー減速装置に適用している。

図８は、第１ヨー減速装置Ｇ１たるヨー減速機Ｇｘ、図９は、第２ヨー減速装置Ｇ２たるヨー減速装置Ｇｙをそれぞれ示している。両ヨー減速装置Ｇｘ、Ｇｙとも基本的な構成は類似しているため、便宜上、同一または類似する部材に同一の符号を付すこととする。

この第１ヨー減速装置Ｇ１（Ｇｘ）および第２ヨー減速装置Ｇ２（Ｇｙ）は、共に、モータ１０６の回転は、カップリング１０８を介して第１単純遊星歯車機構１１１の太陽歯車１１６から入力され、３段の単純遊星歯車機構１１１〜１１３による減速を経て、最終段の第４単純遊星歯車機構１１４（２１４）のキャリヤ１１８から出力され、さらにスプライン１２０を介して出力軸１２２、ピニオン１２４に伝達される。

図８の第１ヨー減速装置Ｇ１（Ｇｘ）では、最終段の第４単純遊星歯車機構として、幅広の第４単純遊星歯車機構１１４を有している。すなわち、第１ヨー減速装置Ｇ１（Ｇｘ）の最終段の第４単純遊星歯車機構１１４の太陽歯車１１４Ａ、遊星歯車１１４Ｂ、および内歯歯車１１４Ｃの歯幅は、Ｗ１ａ、Ｗ１ｂ、Ｗ１ｃである。また、第２ヨー減速装置Ｇ２（Ｇｙ）の最終段の第４単純遊星歯車機構２１４の太陽歯車２１４Ａ、遊星歯車２１４Ｂ、および内歯歯車２１４Ｃの歯幅は、それぞれ第１ヨー減速装置Ｇ１（Ｇｘ）側より狭いＷ２ａ、Ｗ２ｂ、Ｗ２ｃである。

また、遊星歯車１１４Ｂ、２１４Ｂを支持している軸受１２５の数も、第１ヨー減速装置Ｇ１では３個、第２ヨー減速装置Ｇ２では２個であり、第１ヨー減速装置Ｇ１は、軸受１２５の許容トルクも第２ヨー減速装置Ｇ２側より増大されている。結局、第１ヨー減速装置Ｇ１の方が、全体として第２ヨー減速装置Ｇ２よりも高い許容トルクが確保されている。したがって、ナセル１２が動くことによって第１ヨー減速装置Ｇ１がより過酷な状況に陥ったとしても、第１ヨー減速装置Ｇ１は、それ自体で高い耐久性を確保することができる。そして、許容トルクを増大させるのは（高コスト化するのは）第１ヨー減速装置Ｇ１だけであるため、全部のヨー減速装置Ｇの許容トルクを増大させる構成に比べてヨー駆動システム全体の高コスト化を抑制することができる。

なお、第１ヨー減速装置Ｇ１の許容トルクを大きくする具体的な差別化例としては、上記例のほかに、以下のようなものがある。

１１）第１ヨー減速装置Ｇ１として、第２ヨー減速装置Ｇ２よりも大きく設定された（１〜２ランク大型の）減速装置を用いる。この場合の１〜２ランク大型とは、図８、図９のように減速機の一部のみを大きくするのではなく、相似形で全体が大きいという意味である。なお、出力ピニオン２４だけは、同一の旋回歯車２８と噛合させるために、第２ヨー減速装置Ｇ２の出力ピニオン２４と同等の大きさ（モジュール）の出力ピニオン２４を組み込む。

１２）ヨー減速装置全体の外形の大きさは同じにして、第１ヨー減速装置Ｇ１の強度上厳しい部分（例えば継軸７０）の軸径等を、第２ヨー減速装置Ｇ２よりも大きくする。

１３）第１ヨー減速装置Ｇ１に搭載する軸受のタイプを、第２ヨー減速装置Ｇ２に搭載する軸受よりも許容トルクが大きいタイプに変更する（例えば玉軸受→ころ軸受）。

１４）（形状や寸法は同一でも）熱処理の仕方や素材の選定によって、第１ヨー減速装置Ｇ１の方に、より高許容トルク特性を持たせるようにする。

なお、これらの第１ヨー減速装置Ｇ１の許容トルクを高める差別化と、前記「回転量相違による差別化」は、多くの場合、併用して適用することができる。

換言するならば、アップウィンド型で、かつ旋回歯車が外歯歯車であって、出力ピニオンが旋回歯車に外接するタイプの場合、第１ヨー減速装置Ｇ１の方が「回転量相違による差別化」の観点における回転量がより大きく、また、許容トルクの差別化の観点でもより大きく設定された構成が望ましいことになる。少なくとも一方の差別化がなされていれば、本発明の相応の作用効果を得ることができ、併用されていることにより、相乗的な作用効果が得られる。

なお、風力発電設備のブレードの構造には、上記実施形態のような「ブレードを風上に向けて発電を行うアップウィンド型」のほかに、「ブレードを風下に向けて（ブレードがナセルより風下側に位置する状態で）発電を行うダウンウィンド型」がある。また、風力発電設備のヨー駆動システムには、「出力ピニオンが本体側の旋回歯車に外接するタイプ」と「出力ピニオンが本体側の旋回歯車に内接するタイプ」がある。すなわち、組み合わせとして、「アップウィンド型−外接タイプ」、「ダウンウィンド型−外接タイプ」、「アップウィンド型−内接タイプ」および「ダウンウィンド型−内接タイプ」の４つのタイプの風力発電設備があることになる。

上記タイプのうち、「ダウンウィンド型−内接タイプ」は、既に説明した「アップウィンド型−外接タイプ」と同一の傾向となる。すなわち、ブレードからの距離が小さい（ブレードに近い）第１ヨー減速装置Ｇ１の出力ピニオンが旋回歯車に接近してバックラッシが詰められる傾向となり、ブレードからの距離が大きい（ブレードから遠い）第２ヨー減速装置Ｇ２の出力ピニオンが、旋回歯車から離反してバックラッシが増大する傾向となる。

しかし、「アップウィンド型−内接タイプ」および「ダウンウィンド型−外接タイプ」は、この接近、離反の傾向が、「アップウィンド型−外接タイプ」および「ダウンウィンド型−内接タイプ」における接近、離反の傾向とは、全く逆になる。すなわち、ブレードからの距離が小さい（ブレードに近い）第１ヨー減速装置Ｇ１の出力ピニオンが旋回歯車から離反してバックラッシが増大する傾向となり、ブレードからの距離が大きい（ブレードから遠い）第２ヨー減速装置Ｇ２の出力ピニオンが、旋回歯車に接近すると共に、バックラッシが詰められる傾向となる。

したがって、「アップウィンド型−内接タイプ」および「ダウンウィンド型−外接タイプ」の場合には、これまで説明した第１ヨー減速装置Ｇ１と第２ヨー減速装置Ｇ２の差別化と全く逆の特性にて差別化を行うようにすればよい。すなわち、「アップウィンド型−内接タイプ」および「ダウンウィンド型−外接タイプ」にあっては、第２ヨー減速装置Ｇ２の方が「回転量相違による差別化」の観点における回転量がより大きく、また、許容トルクの差別化の観点でもより大きく設定された構成が望ましいことになる。

なお、上記実施形態においては、本発明を風力発電設備において４個のヨー減速装置を備えたヨー駆動システムに本発明を適用していたが、ヨー減速装置の数は４個に限定されるものではなく、４個より多くても少なくてもよい（各ヨー減速装置の間隔も必ずしも等間隔でなくてもよい）。

ヨー減速装置のブレードからの距離が３種以上あるときは、距離が異なる特定の２個のヨー減速装置に着目した場合に、ブレードに近い方のヨー減速装置を第１ヨー減速装置、ブレードからの距離が遠い方のヨー減速装置を第２ヨー減速装置と捉えることで、本発明を適用することができる。

例えば、ある「特定のヨー減速装置Ａ」が、ブレードにより近いヨー減速装置Ｂに対しては、第２ヨー減速装置としての構成を有し、同時に、ブレードからより離れたヨー減速装置Ｃに対しては、第１ヨー減速装置としての構成を有する、というように、（多重に本発明を適用して）ヨー駆動システムを構築することもできる。

逆に、ヨー減速装置のブレードからの距離が３種以上あった場合においても、例えば、そのうちの最も近いものだけを第１ヨー減速装置として捉え、他は、距離の如何に関わらず全て第２ヨー減速装置として同一の設計するようにしてもよい（逆でもよい）。つまり、距離が異なる２以上のヨー減速装置同士が、必ず別の構成とされている必要はない。

さらに、第１ヨー減速装置と第２ヨー減速装置の構成の具体的な差別化自体についても、本発明は、必ずしも上記相違（回転量や許容トルクの相違）に基づく差別化に限定されない。

また、上記実施形態では、ヨー減速装置の減速機構として、直交軸歯車＋平行軸歯車＋偏心揺動型遊星歯車の組み合わせによる減速機構と、複数の単純遊星歯車の組み合わせによる減速機構とが例示されていたが、ヨー減速装置の減速機構は特に限定されず、どのような減速機構であってもよい。

１０…風力発電設備
１１…円筒支柱
１２…ナセル（発電室）
１４…ヨー駆動システム
２０…ブレード
２２…モータ
２４…出力ピニオン
４４…遊星歯車減速機構
７６…外歯歯車（遊星歯車）
７８…内歯歯車
８０…内ピン
８４…出力軸
Ｇ（Ｇａ〜Ｇｄ）…ヨー減速装置
Ｇ１…第１ヨー減速装置
Ｇ２…第２ヨー減速装置

Claims (8)

1. 第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置のそれぞれの出力ピニオンを、風力発電設備の本体側の旋回歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
   当該風力発電設備のブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離と異なり、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで構成が異なり、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで、動力伝達の許容トルクが異なっており、
   前記第１ヨー減速装置の特定の歯車の歯幅が、前記第２ヨー減速装置の前記特定の歯車に対応する歯車の歯幅と異なっている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
2. 第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置のそれぞれの出力ピニオンを、風力発電設備の本体側の旋回歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
   当該風力発電設備のブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離と異なり、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで構成が異なり、
   前記風力発電設備が、前記ブレードを風上に向けて発電を行うアップウィンド型であり、かつ前記出力ピニオンが前記本体側の旋回歯車に外接するタイプの風力発電設備であって、
   前記ブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離より小さく、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置における、動力伝達系の一端を固定し他端側から所定のトルクを与えたときの該他端側の回転量および動力伝達の許容トルクの少なくとも一方が、前記第１ヨー減速装置の方が、前記第２ヨー減速装置よりも大きい
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
3. 第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置のそれぞれの出力ピニオンを、風力発電設備の本体側の旋回歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
   当該風力発電設備のブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離と異なり、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで構成が異なり、
   前記風力発電設備が、前記ブレードを風上に向けて発電を行うアップウィンド型であり、かつ前記出力ピニオンが前記本体側の旋回歯車に内接するタイプの風力発電設備であって、
   前記ブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離より小さく、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置における、動力伝達系の一端を固定し他端側から所定のトルクを与えたときの該他端側の回転量および動力伝達の許容トルクの少なくとも一方が、前記第２ヨー減速装置の方が、前記第１ヨー減速装置よりも大きい
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
4. 第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置のそれぞれの出力ピニオンを、風力発電設備の本体側の旋回歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
   当該風力発電設備のブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離と異なり、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで構成が異なり、
   前記風力発電設備が、前記ブレードを風下に向けて発電を行うダウンウィンド型であり、かつ前記出力ピニオンが前記本体側の旋回歯車に外接するタイプの風力発電設備であって、
   前記ブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離より小さく、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置における、動力伝達系の一端を固定し他端側から所定のトルクを与えたときの該他端側の回転量および動力伝達の許容トルクの少なくとも一方が、前記第２ヨー減速装置の方が、前記第１ヨー減速装置よりも大きい
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
5. 第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置のそれぞれの出力ピニオンを、風力発電設備の本体側の旋回歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
   当該風力発電設備のブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離と異なり、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで構成が異なり、
   前記風力発電設備が、前記ブレードを風下に向けて発電を行うダウンウィンド型であり、かつ前記出力ピニオンが前記本体側の旋回歯車に内接するタイプの風力発電設備であって、
   前記ブレードから前記第１ヨー減速装置までの距離が、該ブレードから前記第２ヨー減速装置までの距離より小さく、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置における、動力伝達系の一端を固定し他端側から所定のトルクを与えたときの該他端側の回転量および動力伝達の許容トルクの少なくとも一方が、前記第１ヨー減速装置の方が、前記第２ヨー減速装置よりも大きい
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで、動力伝達系の一端を固定し、他端側から所定のトルクを与えたときの該他端側の回転量が異なる
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記第１ヨー減速装置の特定の部材の軸径が、前記第２ヨー減速装置の前記特定の部材に対応する部材の軸径と異なっている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
8. 請求項２〜７のいずれかにおいて、
   前記第１ヨー減速装置と前記第２ヨー減速装置とで、動力伝達の許容トルクが異なっている
   ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。

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