JP7240777B1 - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増加を抑制しながら大型化することができる風力発電装置を提供する。【解決手段】風力発電装置１０は、中空穴１２ｘが形成されたハブ１２と、ハブ１２に固定されたブレード１１と、ハブ１２の中空穴１２ｘ内に配置され、外輪１３ｂがハブ１２と一体に回転するベアリング１３と、ベアリング１３の内輪１３ａが結合される固定部１４ａを含み、ベアリング１３を介してハブ１２を回転自在に支持するナセル１４と、ハブ１２の回転を複数の系統に分配して伝達する回転伝達機構１５と、回転伝達機構１５の系統ごとに設けられ、回転伝達機構１５から回転が伝達される発電機１６と、ナセル１４を空中に支持するタワー１７と、を備える。回転伝達機構１５は、ハブ１２と一体に回転するリングギア１５ａ又は外歯車を含み、かつ、系統ごとに、リングギア１５ａ又は外歯車に噛み合う外歯車１５ｂを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関し、詳しくは、水平型風力発電装置の構成に関する。

風力発電装置には、ハブにブレードが固定されており、ブレードが風を受け、ハブが回転し、ハブの回転を発電機に伝達して発電する。風力発電装置は、ハブの回転軸が水平に配置される水平型と、垂直に配置される垂直型に分けることができる。水平型風力発電装置は、例えば図７及び図８の模式図に示す方式が知られている。

図７に示す一つの方式の風力発電装置１００は、ハブ１０２に主軸１０４を連結し、主軸ベアリング１０６と称するベアリングで回転自在に支持し、ハブ１０２の回転を増速機１０８に伝達する。増速機１０８は、通常、初段で遊星歯車増速機構１１０を用い、大きな増速比を得る為に、キャリア入力、太陽出力である。次の増速に、２段の平行軸歯車増速機１１２を設け、トータルで増速比を１００程度に上げ、発電機１１４で発電する（例えば、特許文献１参照）。

図８に示す他の一つの方式の風力発電装置２００は、増速せず、ハブ２０２の回転を直接、発電機２０６に伝達する所謂、ダイレクト式である。ダイレクト式は、ハブ２０２内にベアリング２０４を配置し、ベアリング２０４の外輪側を、アウターロータ式の発電機２０６に伝達し、増速を行わない。発電機２０６のロータ２０８には、磁石が取り付けられている。シンプルな構造であるが、磁石の使用量が多く、きわめて高価なシステムであり、大電力化には向かない（例えば、特許文献２参照）。

一般的に風は地面や水面と平行に流れるエネルギーが主体であり、風の向きと水平にブレードの回転軸を配置する水平型が主流である。近年では、水平型風力発電装置の大型化が進んでいる。

例えば、陸上風力発電の最大出力は１ＭＷ以下が主体であったが、近年では２ＭＷ以上のものも出現している。洋上風力発電では１５ＭＷの発電を行う時代になってきた。また、より強い風が期待できる洋上で浮体式の風力発電も行われるようになってきた。洋上では、陸上に比して強風域が多いので、今後、ますます、洋上風力発電が増加すると予測される。地球温暖化対策、カーボンニュートラルの観点から、風力発電の大型化は進むと考えられる。

また、風力発電装置内に複数台の発電機を設けることが提案されている。例えば、特許文献２及び特許文献３には、ハブに結合した主軸に大歯車を固定し、大歯車に噛み合う複数の小歯車を設け、小歯車それぞれの回転を発電機に伝達する構成が開示されている。

特許第５５１１９６８号公報 特開平８－１７７７１１号公報

水平型風力発電装置を大型化するためにブレードの径を大きくすると、ロータの回転数が下がり、トルクが大きくなる。そのため、風力発電装置のナセル内に配置される機構の大型化、高重量化を招く。

ナセル重量が増加すると、タワー等の重量はそれにつれて増加し、設置費用も増加する。重量の重いナセルをタワーの上部に設置するには大型のクレーンが必要であり、洋上風力発電では、運搬に大きな船が必要となる。

ナセル内の機構の重量増加は、浮体式に於いては、浮体の大型化を招く。浮体が大きくなると、水深の問題もあり、通常の港から運搬することが困難になる。浮体式などの洋上風力発電では、不具合時の修理費用、及び、定期点検などの費用が陸から離れた洋上で行われ、近年では、製造コストより遥かに多くの費用が必要とされる。

つまり、水平型風力発電装置の大型化は、トルクの増加、高重量化を招き、故障確率が増加し、稼働率の低下、修繕費用の増加をもたらすし、高コスト化を招く。

さらに詳しく、従来技術の問題点について説明する。

図９は、従来の二つの方式の風力発電装置１００，２００のブロック図である。図９に示すように、従来の二つの方式は、ブレード１０１，２０１が得た風のエネルギーを、分岐せずに一つの経路で発電機１１４，２０８に伝達しているため、風力発電装置１００，２００の大型化には向かない。

大型化すると、トルクは出力の１.５乗に比例して増加し、トルク伝達部位である主軸、増速機、発電機等の主要部品は、同様に、出力の１.５乗に比例して重量が増加する（以下では、このような法則を「１.５乗の法則」という。）。また、トルク増加によって、ベアリング等の機械部品の故障も増加し、耐久性や維持コストが問題となる。そのため、出力の巨大化は、制約され、容易には実現できない。

例えば、出力を１０ＭＷから２０ＭＷに増加させた場合、すなわち、２倍にした場合、応力を受ける主軸、増速機、発電機などの主要部品は、相似形で考えると２^１.５=２.８３倍の重量になる。このことは、水力発電、火力発電などの発電施設だけでなく、ほぼ全てのプラントにおいて、集約して大型化すると、出力の単位当たりの重量やコストが減るという常識が通じないことを示す。このことは、最も大きな問題である。

ここで、１.５乗の法則について、詳しく説明する。

１.ブレードの径と回転数
１ｍ^２あたり、０.４４ｋＷ／ｍ^２程度出力される。ブレードの径は、出力１ＭＷで計算すると、２２７２.７２７ｍ^２必要だから、ブレードの直径ｄは５３.７９ｍとなる。ハブの回転数は、ブレードの先端が一定速度であり、その値には、３２０ｋｍ／ｈが良く使われている。ハブの回転数は３２０／３.６／（π・ｄ）であり、０.５２６ｒｐｓ（３１.５６ｒｐｍ）となる。回転からトルクを計算すると、１ＭＷは３０２.５９ｋＮｍとなる。

次に同様に２０ＭＷを計算する。ブレードの径は、４５４５４.５５ｍ^２必要だから、ブレードの直径ｄは２４０.５７ｍとなり、回転数は０.１１７６３ｒｐｓ（７.０５６ｒｐｍ）となる。トルクは、２７０６.３ｋＮｍとなり、１ＭＷの８９.４４倍となる。つまり、出力の増大はトルクの巨大化を招く。

結論として、回転数とトルクは、定格出力をＰ（単位は、ＭＷ）とすると、次の式１、式２で計算できる。
回転数（ｒｐｓ）＝０.５２６×Ｐ^－０.５ （式１）
トルク（ｋＮｍ）＝３０２.５９×Ｐ^１.５ （式２）
つまり、回転数は出力の－０.５乗に従い低下し、トルクは出力の１.５乗に比例して大きくなる。

２.トルクと体格及び重量
トルクの増大に対して、径を大きくすることにより、ねじり応力を緩和することが必要である。ねじり応力（剪断応力）は、径の３乗に比例して小さくなるので、径を１／３乗で増加させることによって、剪断応力一定でトルク増大に耐えることができる。結論として、重量はトルクに比例して増加し、したがって、重量も出力の１.５乗に比例する。

例として、今、１ＭＷの主軸を２.４ｔとすると、重量＝２.４×Ｐ^１.５となる。

この重量が出力の１.５乗に比例するという法則は、主軸だけでなく、増速機や発電機などの一つの経路でトルクが伝達する場合、トルクが伝達される部位の重量は、この法則から逃れることができない。

（故障の増加）
図７に示した風力発電装置１００の遊星歯車増速機構１１０は、キャリア入力により、太陽出力で増速する。キャリアには、通常、遊星歯車の軸を支えるコロ軸受が設けられる。このコロ軸受には、遊星歯車が太陽軸周りに回転する公転と遊星歯車が回転する自転の両方の回転が混在する偏荷重が作用するので、スミアリングという焼き付き現象がおこりやすい。一般的に、遊星歯車機構の故障は、キャリア軸周りに集中するので、風力発電装置１００の巨大化は、遊星歯車増速機構１１０の故障を助長する。

また、風力発電装置１００の主軸１０４のベアリング１０６は、主軸１０４の重量の他に、風による変動荷重や、片持ち状態の応力などが作用するので、同様にスミアリングが起こり易い。

主軸１０４の重量を減らす手段として、材料を鉄ではなく、アルミニウムにすることも考えられるが、金属疲労を起こしやすいので、より多くの安全率を取らなければならい。また、径を大きくして中空にすることも軽量化につながるが、ベアリング１０６の径が大きくなるなど、欠点が多い。

（ダイレクトドライブ型）
この重量が出力の１.５乗に比例する法則は、図８に示したダイレクト式の風力発電装置２００においても、逃れることができない。ダイレクト式では、ハブ２０４の回転を、主軸を用いず、直接、発電機２０６のロータに伝達する方式ある。一見、応力とは無関係であり、１.５乗の法則に従わないと思えるかもしれない。

しかし、ダイレクト式でも、高出力化によって、同様に風車の回転数が低下するので、発電機のロータの径がそれを補うため、巨大化する。また、磁石を用いると、発電機のコストが莫大になり、現実的ではない。

回転数とトルクは、既に説明した式１、式２で計算できる。

ダイレクト式の風力発電装置２００の発電機２０６は、出力の１.５乗で増加したトルクに対応しなければならない。一般に、トルクは発電機２０６のロータ径の２乗に比例し、ロータの長さに比例する。発電機２０６で発生する発電量は、体積に比例する。

そのため、Ｐ（出力）の１.５乗に比例して、ロータの体積が増大する。重量は体積に比例するから、ダイレクト型でも、発電機２０６の重量が１.５乗に比例して増加する。

以上のように、増速機構付きの風力発電装置やダイレクト方式の風力発電装置では、出力アップは、トルクが出力の１.５乗に比例することから、出力の増加分以上にナセルの重量アップを招き、出力の増加分以上のコストアップなる恐れがある。

かかる実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、コストの増加を抑制しながら大型化することができる風力発電装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した風力発電装置を提供する。

風力発電装置は、
（ａ）中空穴が形成されたハブと、
（ｂ）前記ハブに固定されたブレードと、
（ｃ）相対回転自在である外輪及び内輪を含み、前記外輪が前記ハブと一体に回転するように、前記ハブの前記中空穴の内部に配置されたベアリングと、
（ｄ）前記ベアリングの前記内輪が結合される固定部を含み、前記ベアリングを介して前記ハブを回転自在に支持するナセルと、
（ｅ）前記ハブの回転を複数の系統に分配して伝達する回転伝達機構と、
（ｆ）前記回転伝達機構の前記系統ごとに設けられ、前記回転伝達機構から回転が伝達される発電機と、
（ｈ）前記ナセルを空中に支持するタワーと、
を備える。
前記回転伝達機構は、
（ｄ－ｉ）前記ハブと一体に回転する大外歯車を含み、かつ、
（ｄーii）前記系統ごとに、前記大歯車に噛み合う小歯車を含む。
前記回転伝達機構の前記大歯車は、内歯又は外歯を有する。
前記回転伝達機構の前記小歯車は、前記回転伝達機構の前記大歯車の前記内歯又は前記外歯に噛み合う外歯を有する。
前記回転伝達機構の前記大歯車は、前記ハブの前記中空穴に連通する貫通穴を有し、当該貫通穴を介して、前記ナセルの前記固定部が前記ナセルの機台に結合される。

上記構成において、回転伝達機構の大歯車と複数の小歯車とによって、トルクを複数の系統に分配し複数の発電機で発電する。これにより、回転伝達機構で分配する系統全体の重量を、トルクを分配せず１台の発電機のみで発電する場合に比べ、小さくすることができる。また、ハブと一体に回転する大歯車は、大歯車に噛み合う小歯車の個数を増やせば、大きくする必要がない。そのため、上記構成によれば、風力発電装置のナセル内に機構の重量を、従来の風力発電装置よりも減らすことができる。

また、トルクを分配することにより、回転伝達機構の各系統のベアリングに作用するトルクも小さくなり、ベアリングが故障しにくい。ハブの内側に設けたベアリングは、外輪がハブとともに回転するため、ハブの外側にベアリングを設ける場合、すなわち、ベアリングの外輪が静止する場合に比べ、潤滑油の供給が容易であり、故障しにくい。

したがって、コストの増加を抑制しながら大型化することができる。

好ましくは、風力発電装置は、（ｇ）前記発電機ごとに設けられ、ＡＣ－ＤＣコンバータとして機能して、前記発電機によって発電された交流を直流に変換するコンバータと、（ｈ）前記コンバータそれぞれから前記直流が供給される共通の電池と、を備える。

この場合、電池は、コンバーから供給される直流によって充電され、複数台の発電機によって発電されたエネルギーを集積できる。

好ましくは、風力発電装置は、前記コンバータによって前記発電機を駆動し、回生エネルギーとして前記発電機で発電するように、前記コンバータを制御する制御装置を、
さらに備える。

この場合、ハブの回転変動を抑制し、軸受のスミアリングを抑制できる。

好ましくは、風力発電装置は、（ｋ）前記回転伝達機構と前記発電機とを収容するハウジングを、さらに備える。
前記ナセルは、前記機台に固定された第１の縦部材及び第２の縦部材を、さらに含む。前記固定部は、前記第１の縦部材を介して前記機台に結合される。前記ハウジングは、前記ハブから前記ナセルに作用する荷重の少なくとも一部を伝達するように、前記第１の縦部材と前記第２の縦部材とに固定される。

この場合、ハウジングを、ナセルの強度部材として使用することができる。

好ましくは、前記回転伝達機構は、（ｄ－ｉｉｉ）ねじ状歯車で構成された遊星歯車機構を、前記回転伝達機構において増速された回転体の軸受に使用する。

この場合、ねじ状歯車で構成された遊星歯車機構は、滑りを発生せずに回転を伝達することができるので、軸受のスミアリングを抑制できる。

好ましくは、前記回転伝達機構の前記系統ごとに、前記回転伝達機構の前記小歯車と、前記回転伝達機構と、前記発電機と、前記コンバータとの全部又は一部を互いに結合して組立体を構成する。

組立体を構成してモジュール化することにより、コストを削減し、信頼性を向上できる。

好ましくは、前記回転伝達機構は、（ｄ－ｉｖ）ねじ状歯車で構成された第１の遊星歯車機構及び第２の遊星歯車機構を含む。前記第１の遊星歯車機構及び前記第２の遊星歯車機構それぞれの太陽歯車が互いに結合され一体に回転する。前記第１の遊星歯車機構及び前記第２の遊星歯車機構それぞれの遊星歯車が互いに結合され一体に回転する。前記回転伝達機構の前記小歯車の回転が、前記第１の遊星歯車機構の内歯車に伝達される。前記第２の遊星歯車機構の内歯車が、前記ナセルに固定される。前記第２の遊星歯車機構の前記太陽歯車の回転が、前記発電機に伝達される。

第１の遊星歯車機構の内歯車に、リングギアと噛合って回転及びトルクを分配し増速する外歯車を設けることにより、回転伝達機構の究極の小型軽量化を実現できる。

好ましくは、風力発電装置は、作業員が、前記ナセルの底部から前記ナセル内に入り、前記ハブの前記中空穴を通って、前記ハブ内の前記ブレードに対向する位置に到達できるように構成される。

この場合、ナセル内を通るので転落する危険がなく、主要な点検を安全に行うことができる。

好ましい一態様において、前記回転伝達機構の前記大歯車は、前記外歯ではなく、前記内歯を有する。

この場合、回転伝達機構の大歯車の内側に、大歯車の内歯に噛み合う複数の小歯車が配置される。そのため、回転伝達機構の大歯車が外歯を有し、大歯車の外歯に噛み合う複数の小歯車が、大歯車の外側に配置される場合に比べ、径方向の寸法を小さくすることができる。また、回転伝達機構の大歯車の内歯の歯底に潤滑油が溜まるので、外歯を有する大歯車と小歯車で分配し増速する場合に比べ、互いに噛み合う大歯車及び小歯車の歯面に潤滑油を容易に、かつ、確実に供給できる。

本発明によれば、コストの増加を抑制しながら大型化することができる風力発電装置を提供できる。

図１は風力発電装置の模式図である。（実施例１） 図２は風力発電装置の説明図である。（実施例１） 図３はベアリングの説明図である。（実施例１） 図４は組立体の説明図である。（実施例１） 図５は組立体の説明図である。（実施例１の変形例１） 図６は風力発電装置のブロック図である。（実施例１） 図７は風力発電装置の模式図である。（従来例１） 図８は風力発電装置の模式図である。（従来例２） 図９は風力発電装置のブロック図である。（従来例１、従来例２） 図１０は差動機構のスケルトン図である。 図１１は風の周波数のグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る風力発電装置１０の概要について、図１を参照しながら説明する。図１は、風力発電装置１０の模式図である。

図１に示すように、風力発電装置１０は、ハブ１２と、ハブ１２に固定されたブレード１１と、ベアリング１３を介してハブ１２を回転自在に支持するナセル１４と、ナセル１４の機台１４ｘを支持するタワー１７とを備える。風力発電装置１０は、陸上風力発電ではタワー１７の基端が陸地に固定され、洋上風力発電では、タワー１７の基端が固定される浮体１８をさらに備える。

ハブ１２には中空穴１２ｘが形成され、中空穴１２ｘ内に、ベアリング１３が配置されている。ベアリング１３は、外輪１３ｂがハブ１２に固定され、内輪１３ｂが固定部１４ａに固定されている。固定部１４ａは、ナセル１４の機台１４ｘに固定されている。

ナセル１４内には、ハブ１２の回転を複数の系統１５ｐ，１５ｑに分配し、かつ、増速する回転伝達機構１５が設けられている。図１では、２系統１５ｐ，１５ｑを図示しているが、３系統以上であってもよい。

回転伝達機構１５は、ハブ１２と一体に回転するリングギア１５ａと、リングギア１５ａに噛み合う複数の外歯車１５ｂとを含む。回転伝達機構１５の複数の系統１５ａ，１５ｂは、それぞれ一つの外歯車１５ｂを含み、好ましくは増速機構１５ｃを含む。

回転伝達機構１５は、リングギア１５ａの代りに、ハブ１２と一体に回転する外歯車を設け、この外歯車に複数の外歯車１５ｂが噛み合うように構成してもよい。

ナセル１４内には、回転伝達機構１５の系統１５ｐ，１５ｑごとに発電機１６が設けられている。

各発電機によって発電されたエネルギーは、コンバータ１６ａで直流に変換され、一時的に電池１９に蓄えられる。電池１９に蓄電池を用いることで、複数の発電機１６によって発電された電気エネルギーを、変換機器を用いずに集積できる。電池１９は、コンバータ１６ａの電源にもなっている。

コンバータ１６ａは、駆動パルス発生装置１６ｐによってＰＷＭ制御され、発電機１６の負荷を調整してブレード１１の回転、及び負荷を制御する。複数組の発電機１６及びコンバータ１６ａが存在するので、発電指令装置１６ｑが、駆動パルス発生装置１６ｐに制御信号を送出して各発電機１６の負荷を指令し、発電量を制御する。

つまり、駆動パルス発生装置１６ｐと発電指令装置１６ｑは、コンバータ１６ａを制御する制御装置であり、コンバータ１６ａによって発電機１６を駆動し、回生エネルギーとして発電機１６で発電するように制御する。

電池１９は、多くのエネルギーを蓄えられないので、電池１９のエネルギーは、ＤＣ－ＡＣ変換器１９ａによって交流に変換されて送電される。ＤＣ－ＡＣ変換器１９ａは、同一の電池仕様を持つ風車ならば、電池１９を並列接続できるので、複数台の風力発電装置１０のエネルギーを、一つのＤＣ－ＡＣ変換器１９ａで交流に変換し送電することができる。

電池１９は、メンテナンス性を向上させることが求められるので、例えば、アクセスが容易な浮体１８に設置することが最も合理的である。陸上発電の場合、電池１８は、タワー１７の下部や陸上に配置する。

図示していないが、発電機１６毎に別々の電池をナセル１４内に配置してもよい。この場合、後述する組立体４０又は４２に、発電機１６とともに、コンバータ１６ａや電池を組み込んでもよい。

複数のコンバータをＰＷＭ制御すると、非同期のノイズが他のコンバータに影響を及ぼし、ＩＧＢＴ等を破壊する場合があるので、コンバータの電源－グランド間に、平滑コンデンサ１６ｓを挿入する。

また、コンバータのＩＧＢＴ等は、ＨとＬを同じＮ型で構成する場合が多い。そうすると、Ｈ側は、発電機１６のコイルにつながっている電圧に対して、ＩＧＢＴ等を駆動する電圧をプラスした電圧で駆動しなければならない。即ち、ノイズののりやすい電圧に対して、駆動しなければならないので、高周波の所謂、リンギングノイズを除去するため、ＩＧＢＴの電源グランド間に、スナバコンデンサ１６ｔを挿入する。

リングギア１５ａと噛み合う外歯車１５ｂは、例えば後述する組立体４４により、外歯車１５ｂの両端が、ナセル１４の底部（機台１４ｘ）と一体となる部位にベアリングを介して回転自由に固定される。

ナセルの底部（機台１４ｘ）と一体となるのは、ベアリング１３の内輪１３ａと、外歯車１５ｂのベアリング（図１では図示せず）と、その後端の増速機構１５ｃ、発電機１６及びコンバータ１６ａなどである。増速機構１５ｃ、発電機１６及びコンバータ１６ａは、分配によって複数組が存在するので、後述する組立体４０，４２のように、一体化、即ち、モジュール化した方が同じ物を製造でき、コストを抑えることができ、且つ、扱いやすい。

発電機１６及びコンバータ１６ａ等のモジュールが、板状の縦部材１４ｂ，１４ｃに連結され、ブレード１１に作用する風力やブレード１１、ハブ１２の自重に対する強度部材になっている。

風力発電装置１０の具体的な構成について、さらに説明する。

図２は、風力発電装置１０の要部断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の線Ｂ－Ｂに沿って見た要部断面図である。図２に示すように、ナセル１４の機台１４ｘ（ナセルベース）が、タワー１７の先端に、旋回可能に支持されている。

ハブ１２は、ナセル１４の不図示の筐体から一方端側が突出し、この突出している一方端側にブレード１１が固定されている。ブレード１１は、ハブ１２を中心に放射状に、かつ、ハブ１２の回転中心線と直交又は略直交するように、ハブ１２に固定される。

ハブ１２には、他方端側から中空穴１２ｘが形成され、中空穴１２ｘ内にベアリング１３が配置されている。ベアリング１３は、外輪がハブ１２に固定されハブ１２と一体に回転し、内輪が固定部１４ａに固定されている。固定部１４ａは、接続部材、第１の縦部材１４ｂを介して、機台１４ｘに結合され、ベアリングの外輪に対して静止している。

ハブ１２の他方側の端面に、中心が開口した円板状の取付部材１２ｐが、ハブ１２と同軸に固定され、取付部材１２ｐの外周に沿って、内歯を有するリングギア１５ｂが、ハブ１２と同軸に固定されている。

図２（ｂ）に示すように、リングギア１５ａは内歯１５ｓを有し、外歯車１５ｂは外歯１５ｔを有する。リングギア１５ａの歯数は、外歯車１５ｂの歯数よりも多い。つまり、リングギア１５ａは大歯車であり、外歯車１５ｂは小歯車である。リングギア１５ａの内側に、外歯車１５ｂの外歯１５ｔがリングギア１５ｂの内歯１５ｓと噛み合うように、複数（図２では５個）の外歯車１５ｂが配置されている。それぞれの外歯車１５ｂと同軸に、順に、増速機構１５ｃと発電機１６が結合されている。

リングギア１５ａと、外歯車１５ｂと、増速機構１５ｃとによって、ハブ１２の回転を増速して発電機１６に伝達する回転伝達機構１５が構成されている。回転伝達機構１５は、複数の外歯車１５ｂを介して、トルクを分配し、発電機１６に伝達する。なお、回転伝達機構１５の増速機構１５ｃを省略することも可能である。

風力発電装置１０は、図２において矢印１０ａ～１０ｄで示すように、作業員が、ナセル１４の底部の機台１４ｘからナセル１４内に入り、ハブ１２の中空穴１２ｘを通って、ハブ１２内のブレード１１に対向する位置に到達できるように構成する。

回転伝達機構１５はナセル１４の底部（機台１４ｘ）の上方に配置されるので、ナセル１４の底部の機台１４ｘに開口を設け、タワー１７内の階段やエレベータを通り、タワー上部からナセル内に侵入できるように構成する。ハブ１２は、中空穴１２ｘを有するので、内部に侵入可能な筒状の形状とすることができ、また、ブレード１１の基端に設けられたピッチ制御部への侵入が可能になるように構成する。ナセル１４内を通るので転落する危険がなく、主要な点検を安全に行うことができる。

図３は、回転伝達機構１５のベアリング１５ｘの説明図である。図３に示すように、ベアリング１５ｘは、ねじ状歯車で構成された第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０を含む。第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０は、それぞれ、太陽歯車２２，３２と、遊星歯車２４，３４と、遊星キャリア２６，３６と、内歯車２８，３８とを含む。なお、回転中心軸の周りを歯筋が１周以上、すなわち３６０度以上延在するはすば歯車や山歯歯車を、ねじ状歯車と呼ぶ。

例えば、増速機１５ｃのない回転伝達機構１５において、外歯車１５ｂの回転軸が、第１の遊星歯車機構２０の太陽歯車２２に結合され、発電機１５の回転軸が第２の太陽歯車３２に結合され、第１の遊星歯車機構２０の内歯車２８が、ナセル１４の第１の縦部材１４ｂに結合され、第２の遊星歯車機構３０の内歯車３８が、ナセル１４の第１の縦部材１４ｂに結合される。

ねじ状歯車で構成された第１及び第２の遊星歯車機構は、特許第４０２５８０６号公報に開示されている。この特許公報の図１に、平歯車とねじ状歯車とが同軸に並ぶ歯車部材同士を噛み合わせる機構が示されている。この機構は、ベアリングとして機能させることができるが、平歯を用いているので、アキシャル方向の力が、結局、平歯に集中し、耐久性が悪い。そこで、この特許では、異なる方向のねじ状歯車で遊星歯車機構を構成するとベアリングとして働くことから、同じ条数の山歯の歯車を用いて遊星歯車を構成している。特許第４０２５８０６号公報の図１４に開示され機構から平歯車を除いた機構を、風力発電装置１０の増速された部位のベアリングとして使用する。

具体的には、太陽歯車２２，３２は、５条、すなわち５歯のねじ状歯車であり、ねじれ方向が互いに異なる。太陽歯車２２，３２は、一つの部材に形成されている。遊星歯車２４，３４は、１条、すなわち１歯のねじ状歯車であり、ねじれ方向が互いに異なる。内歯車２８，３８は、７条、すなわち７歯のねじ状歯車であり、ねじれ方向が互いに異なる。内歯車２８，３８は、二つに分割され、焼嵌めによって互いに結合され一体化されている。遊星歯車２４，３４の配置個数は、１２である。

これらのねじ状歯車は、インボリュート歯車であり、ねじれ角の大きな歯車である。基準ピッチ円直径／歯数をモジュールと呼ぶが、モジュールが大きい程、強度が上がる。ねじ状歯車は歯数を少なくできるので、モジュールが大きく、したがって、極めて強度が高い。また、ねじ状歯車はラジアル方向だけでなく、アキシャル方向の荷重も受けることができるので、ベアリングとして優れている。

また、歯車の噛み合いによって回転を伝達するので、すなわち、必ず回転する機構であるので、スミアリングを抑制することができる。よって、風力発電の増速後のベアリングとして、極めて有効であり、機構の故障を減少させることができる。

次に、増速機１５ｃを含む回転伝達機構１５について説明する。図４は、回転伝達機構１５を含む組立体４０の説明図である。図４に示すように、組立体４０は、回転伝達機構１５の外歯車１５ｂと、増速機１５ｃである第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０と、発電機１６及びブレーキ１６ｘ等とが互いに結合されて一体化されている。組立体４０は、コンバータ１６ａを含んでもよい。第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０は、それぞれ、太陽歯車２２，３２と、遊星歯車２４，３４と、遊星キャリア２６，３６と、内歯車２８，３８とを含む。

第１の遊星歯車機構２０の内歯車２８の外周面に沿って外歯車１５ｂが形成され、外歯車１５ｂの軸方向両側に軸受２０ｐ，２０ｑが配置されている。これによって、回転伝達機構１５の究極の小型軽量化を実現できる。

すなわち、後述する変形例１のように、普通の遊星歯車増速機２０ａ，３０ａを２段に設けて増速する場合、増速によりトルクが小さくなるので、２段目の出力端である太陽歯車３２ａは、１段目の出力端である太陽歯車２２ａよりも、小さい径にすることができる。しかし、増速比の小さい部位は大きな径にするが必要であり、内歯車２８ａ，３８ａ等の剪断応力に余裕のある部位の形状まで制約を受け、究極の小型化、軽量化を実現できない。

これに対し、ねじ状歯車を用いて第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０を構成すると、一気に増速できる。太陽歯車２２，３２の径は、増速比が等しいとすると、普通の遊星歯車増速機２０ａ，３０の２段目の発電機に接続する太陽歯車３２ａの径と等しくなり、且つ、差動遊星歯車機構２０，３０では、増速比は遊星歯車２４，３４と太陽歯車２２，３２の歯数、即ち基準ピッチ円径の影響を受けない。

そのため、内歯車２８を入力にすると、この内歯車２８に、リングギア１５ａと噛み合って回転及びトルクを分配し増速する外歯歯車１５ｂを設けることができる。その結果、増速機構１５の究極の小型軽量化を実現できる。

組立体４０を構成し、モジュール化することにより、同じ組立体４０を大量に生産することができ、製造コストを削減できる。例えば、出力が２０ＭＷと３０ＭＷの場合に、同じモジュールを使用し、出力に応じてモジュールの個数を変える。

同じ組立体４０を使用すると、組立体４０の信頼性が向上し、ライフサイクルコストを大きく削減できる。

また、組立体４０の状態でベンチ試験を行い、組立体４０の信頼性を高めることができる。例えば、風力発電装置１０が４つの組立体４０を備える場合、二つの組立体４０を駆動にして、他の二つを回生発電にすれば、小さなエネルギーで、組立体４０の耐久試験が可能である。このような耐久試験により、組立体４０の信頼性が向上する。

組立体４０は、第２の遊星歯車機構３０を取り囲む第１のハウジング４１ａと、発電機１６及びブレーキ１６ｘ等を収容する第２のハウジング４１ｂとを有する。ハウジング４１ａ，４１ｂは互いに結合され、図２（ａ）に示すように、ナセル１４の機台１４ｘに固定された第１及び第２の縦部材１４ｂ，１４ｃの間に配置される。第１のハウジング４１ａは第１の縦部材１４ｂに固定され、第２のハウジング４１ｂは第２の縦部材１４ｃに固定される。第１及び第２のハウジング４１ａ，４１ｂは、ハブ１２からナセル１４に作用する荷重の少なくとも一部を伝達するようにナセルに固定され、ナセルの強度部材として使用できる。

増速機１５ｂや発電機１６のハウジング４０ａ，４０ｂをナセル１４の強度部材と使用することで、ナセル１４の重量の増大を抑えることができる。増速機１５ｂや発電機１６のハウジング４０ａ，４０ｂは筒状にすることが多く、強度部材に用いるには最適な形状である。

＜変形例１＞ 回転伝達機構１５の第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０は、特許４０１２９４０号公報に示された差動遊星歯車機構と同様に構成してもよい。

図１０は、差動遊星歯車機構のスケルトン図である。図１０に示すように、太陽歯車Ａ、遊星歯車Ｂ、内歯車Ｃを含む１組の遊星歯車機構と、太陽歯車Ｄ、遊星歯車Ｅ、内歯車Ｆを含む他の１組の遊星歯車機構とを備える。２組の遊星歯車機構の太陽歯車Ａ，Ｄは互いに連結され一体に回転する。また、２組の遊星歯車機構の遊星歯車Ｂ，Ｅは互いに連結され一体に回転する。２組の遊星歯車機構の内歯車Ｃ，Ｆのみが、互いに連結されておらず、相対回転可能である。

歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの歯数を、それぞれ、Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃ，Ｚｄ，Ｚｅ，Ｚｆとする。入力を内歯車Ｃとして、出力を太陽歯車Ｅとする場合、減速比Ｋは、次の式３となる。
Ｋ＝（Ｚａ＋Ｚｃ）・Ｚｆ／（Ｚａ・Ｚｆ－Ｚｄ・Ｚｃ） （式３）

差動遊星歯車機構を増速に用いるので、入力と出力を入れ換え、入力を内歯車Ｄとして、出力を太陽歯車Ａとする。この場合、増速比は、１／Ｋとなる。

差動遊星歯車機構は、特許第４０２５８０６号公報に示されたように、ねじ状歯車を用いて構成する。すなわち、図４に示すように、第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０をねじ状歯車で構成する。第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０は、それぞれ、太陽歯車２２，３２と、遊星歯車２４，３４と、遊星キャリア２６，３６と、内歯車２８，３８とを含む。太陽歯車２２，３２は互いに結合され、一体に回転する。遊星歯車２４，３４は互いに結合され、一体に回転する。

インボリュート歯車では、次の式４で示す歯直角法線ピッチ：Ｐb_ｎが等しければ歯車を噛み合わせることができる。
Ｐb_ｎ＝π・ｄ_１・cosα_ｔ・cosβ／Ｚ （式４）
ここで、Ｚ：歯数、ｄ_１：基準ピッチ円直径、α_ｔ：正面圧力角、β：基準ピッチ円筒ねじれ角である。

多条ねじ構造のねじ状歯車の場合、ねじ山ピッチ（すなわち、隣り合うねじ山間のピッチ）をＰ、ねじ条数をｎとすると、リード＝ｎ・Ｐ となる。したがって、ねじ状の遊星歯車機構では、ねじ条数が歯数となる。

ねじ状歯車では、ピッチＰを変えることができないので、リードは条数ｎであるので、変化させることができ、ねじれ角βが決まる。

歯数（ｎ）によって噛み合うので、基準ピッチを変えないで歯をかみあわせるには、正面圧力角を変えることによって、インボリュート歯車と同様に噛み合わせることができる。

次の表１は、歯数の設計例である。

表１の例では、両方のねじ状の歯車の基準ピッチ円径の比は、太陽：遊星：内歯＝１：１：３であり、且つそれぞれ等しい。また、軸方向のねじ山の形状も等しくする。

内歯車の歯数は、通常、太陽歯車の歯数と遊星歯車の歯数の倍の和であるので、Ｚｃ＝Ｚａ＋２・Ｚｂ＝２１、Ｚｆ＝Ｚｄ＋２・Ｚｅ＝２４となるが、Ｚｃは２１＋２＝２３、Ｚｆは２４－２＝２３としてある。増速比は－２２となり、太陽歯車は内歯車の回転入力と逆方向回転で２２倍の増速比を持つ。

第１の遊星歯車機構２０は、表１の「内歯が入力の遊星歯車機構」の歯数のねじ状歯車で構成し、第２の遊星歯車機構３０は、表１の「内歯が固定の遊星歯車機構」の歯数のねじ状歯車で構成する。

ねじ状歯車で構成した遊星差動機構は、重なり噛み合い率が大きく、歯数が少ないので、正面モジュール（基準ピッチ円／歯数）が大きくなり、極めて高い強度で噛み合う。また、ねじ状の歯車同士の噛み合いは、特許４０２５８０６号公報で示されているように、ラジアル、及びアキシャルに耐力が大きな、ベアリングとしての機能を持つ。そのため、第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０の太陽歯車２２，３２は、ベアリングを介さず保持することができる。

遊星歯車機構の故障は、主としてキャリア周りの機構で発生する。キャリアの内部に遊星歯車用の軸受を設け得ると、油潤滑が難しく、油切れによって不具合が発生する場合がある。そもそも、キャリアを入出力に使うと、不具合が発生しやすい。キャリアにおいて伝達される力は、遊星歯車を回す自転回転に伴う力と、太陽歯車の周りを遊星歯車が回る公転回転に伴う力とが混在する。遊星キャリアを入力として、太陽歯車で増速する場合、遊星キャリアの公転する力によって、遊星歯車の自転を促すことになる。そのため、遊星キャリアの軸受には大きな力が働き、スミアリングなどの局部的な焼付きが発生する原因となる。

これに対し、ねじ状歯車で構成した遊星差動機構２０，３０は、外歯車１５ｂからの回転トルクが伝達される入力部は第１の遊星歯車機構２０の内歯車２８であり、出力は第２の遊星歯車機構の太陽歯車３２であり、遊星歯車は入出力として使われていない。遊星歯車は、アイドラーとなっている。そのため、故障の可能性を極めて小さくすることができる。

つまり、ねじ状歯車で構成された遊星歯車機構２０，３０は、回転伝達機構１５において増速された回転体の軸受に使用されており、滑りを発生せずに回転を伝達することができるので、軸受のスミアリングを抑制できる。

＜変形例２＞ 変形例２の回転伝達機構及び組立体について、説明する。

図５は、組立体４２，４４の説明図である。図５（ａ）は組立体４４の断面図である。
図５（ｂ－１）は、図５（ｂ－２）の線Ｉ－Ｉに沿って見た組立体４２の左側面図である。図５（ｂ－２）は組立体４２の断面図である。図５（ｂ－３）は、図５（ｂ－２）の線III－IIIに沿って見た組立体４２の左側面図である。

図５（ｂ－１）、図５（ｂ－２）、図５（ｂ－３）に示すように、第１の組立体４２は、回転伝達機構１５を構成する第１及び第２の遊星歯車機構２０ａ，３０ａと、発電機１６及びブレーキ１６ｘ等とが互いに結合されて一体化されている。第１の組立体４２は、第１及び第２の遊星歯車機構２０ａ，３０ａを収容するハウジング４３を有する。

第１及び第２の遊星歯車機構２０ａ，３０ａは、平歯車で構成され、それぞれ、太陽歯車２２ａ，３２ａと、遊星歯車２４ａ，３４ａと、遊星キャリア２６ａ，３６ａと、内歯車２８ａ，３８ａとを含む。第１の遊星歯車機構２０ａの遊星キャリア２６ａには、スプライン１６ｘが形成されている。第１の遊星歯車機構２０ａの太陽歯車２２ａと、第２の遊星歯車機構３０ａの遊星キャリア２６ａとが互いに結合されている。第２の遊星歯車機構３０ａの太陽歯車３２ａは、発電機１６の回転軸に結合されている。第１及び第２の遊星歯車機構２０ａ，３０ａの内歯車２８ａ，３８ａは、第１の組立体４２のハウジング４３に固定される。

図５（ａ）に示すように、第２の組立体４４は、板状の第１及び第２の保持部材４４ａ，４４ｂの間に、外歯車１５ｂが配置された状態で、第１及び第２の保持部材４４ａ，４４ｂが一体化されている。第１及び第２の保持部材４４ａ，４４ｂには、外歯車１５ｂの回転軸を回転自在に支持する軸受４４ｐ，４４ｑが配置されている。

外歯車１５ｂは、それぞれの一部が第１の保持部材４４ａの外周よりも径方向外側に突出し、リングギア１５ａと噛み合うことができる。外歯車１５ｂの回転軸は、第２の保持部材４４ｂから突出し、この突出している部分に、スプライン１５ｘが形成され、第１の組立体４２の遊星キャリア２６ａに形成されたスプライン１６ｘと係合できる。第２の保持部材４４ｂは、ナセルの機台１４ｘに固定される。第１の保持部材４４ａに、ハブ１２を支持する固定部１４ａに結合されてもよい。

第２の組立体４４は、軸受４４ｐ，４４ｑに潤滑油を供給するのが容易である。リングギア１５ａから大きな力を受ける外歯車１５ｂの近傍に軸受４４ｐ，４４ｑを設けているので、故障に対して最も有効である。

図６は、風力発電装置１０のブロック図である。図６に示すように、ブレード１１が得た風のエネルギーは、増速機構１５において、複数の系統に分岐、分配され、各系統の発電機１６に伝達される。風力発電装置１０は、このような分岐、分配によって、１.５乗の増加を逆手に取り軽量化を達成できる。

例えば、回転伝達機構を４系統に分岐する場合、一つの分岐した各系統のトルクは、１／４となる。トルクが１／４になるので、重量は、（１／４）^１.５＝０.１２５、すなわち、１／８となる。４つの系統全体の重量は、１／８×４＝１／２となる。つまり、回転伝達機構を４系統に分岐することにより、回転伝達機構の重量が半分になる。

リングギアや大径の外歯車を用いて、分岐、即ち、分配と同時に増速を行うと、より重量の減少の効果が増し、極めて軽量化できる。

また、回転数は、出力の－０.５乗に比例して低下する。これを補うには、０.５乗倍に径を増加させればよい。√２倍の径で噛み合えば、その増速は回転数の低下をカバーできる。言い換えれば、分配方式のリングギアや外歯車のドライブギアの径は、出力を２倍にしようとしたとき、径は√２倍で済み、１乗の比例ではなく、√２／２≒０.７倍となり、出力の増加分以下である。

大きな出力を得るプラントにしていく場合、絶対的条件は、出力が増加する分以下の体格アップ、コストアップである。出力を倍にした場合、重量、及び、コストは倍以下でなければならない。それを実現してこそ、大型化が進む。

風力発電装置１０は、分岐、分配によって、従来技術の問題点を根底から解決できる。

（分配する方式）
リングギア１５ａを用いて分配すると、リングギア１５ａの代りに外歯車を用いて分配する場合よりも、歯車の潤滑性が向上する。また、リングギアの内側に平行軸の外歯車を噛み合わせれば、全体として小径で分配機構を実現でき、体格を小さくできる。

一方、ドライブギアを外歯車にすると、ドライブギアをリングギア１５ａにする場合よりも、保守点検が容易である。

（油潤滑）
リングギア１５ａは油を内部に保持しやすい。また、リングギアの回転によって、油に遠心力が働き、油はリングギアの歯底の方に移動し、油だまりを作る。これにより、外歯車と噛み合う歯面部への油の供給が可能である。
リングギアではなく外歯車によって分配すると、リングギア１５ａに比べ、油の供給が円滑ではないので、軸受や歯車に油を引き込み対処する必要がある。

（分配と同時に増速比を大きくする効果）
本機構は、分配によるトルク低下だけでなく、ドライブギア（リングギアや外歯車）と外歯車（ドリブンギア）の歯数の比が大きく、大きな増速比を持つ増速機能も同時に有することができる。例えば、その増速比を６とすると、外歯車はリングギアの（１／６）×（１／４）＝１／２４のトルクとなり、極めて小さくなる。ただし、増速比はあくまで６である。

この時、外歯車から発電機に至る増速機構は１／２４のトルクになるので、相似形状なら、一つの系統の重量は、（１／２４）^１.５＝０.００８５＝１／１１７.６となる。４系統にした場合、４系統全体の重量は、（１／１１７.６）×４＝１／２９.４となる。即ち、ドライブギアと外歯車（ドリブンギア）の分配によって、トルクの伝達を分け、且つ、増速することによって、小型化、軽量化の効果は極めて大きい。

風力発電装置１０は、２段の遊星歯車機構２０，３０等によって歯車の数が多くなるので、１.５乗の法則に基づく想定よりも若干、重量が増加するものの、小型化を実現でき、量産性に富む。

一般的な風力発電装置では１００程度の増速比であるが、風力発電装置１０は、分配と同時に増速することで、小径で軽量な歯車機構によって、トータル１００以上の増速比を容易く実現でき、従来の風力発電装置に比べ、遥かに軽量化できる。

（同一発電モジュールを用いてより大きな発電機を得る場合）
４つの分配で、２０ＭＷを実現したとして、倍の４０ＭＷを実現しようとした場合、リングギアを２倍にすると、増速比が２倍になるので、回転数が高くなるので、８個の発電モジュールを配置しなくても倍の出力を得られる構造も可能である。

（増速の影響）
回転伝達機構１５は、リングギア１５ａと外歯車１５ｂにより、分配と増速を実現している。大きな風力発電になればなるほど、ハブ１２の回転は低下していく。出力が小さい発電機１６では、外歯車１５ｂの回転を増速せずに、外歯車１５ｂに直結して発電することができる。

一方、大きな出力の風力発電装置では、ハブの回転数が低下するので、発電機を小型軽量化するためには、分配した回転を増速しなければならない。例えば、遊星歯車機構を１段、又は２段と追加して、増速していくことが求められる。

しかし、増速による短所として、部品点数が増加するだけでなく、風力発電に特有の問題が発生する。

風力発電装置１０は、ハブ１２内に配置されハブ１２を支えるベアリング１３に作用するのは、片持ち梁の応力ではなく、ハブ１２にロータが結合されていないため、イナーシャも比較的小さいので、故障率は低減される。しかし、増速した後のベアリングや増速機に風力発電特有の問題があり、破損するおそれがある。

（風力発電特有の問題）
一般的な機構では、増速するとトルクが小さくなるので、ベアリングや増速機の不具合が減少する。しかし、風力発電では、増速することによって、風の周波数変動が増幅されるという特殊な影響が発生する。

ハブの回転時のトルク波形を、Ａ cos（ωｔ＋１）と仮定する。Ａは、トルクの振幅である。Ｎ倍に増速すると、トルクの振幅は（１／Ｎ）倍になり、周波数は、Ｎ倍になるので、トルクの波形は、（１／Ｎ）・Ａ・cos（Ｎωｔ＋１）となる。

ハブの回転は一定では、風速によって変動する。トルクの変動成分は、トルク波形を微分したものであるから、１／Ｎ・Ａ・ＣＯＳ（Ｎωｔ＋１）を微分すると、－Ａ・ωＳＩＮ（Ｎωｔ）となり、変動成分は、１／Ｎにならない。そのため、増速すると基本のトルク波形の振幅は１／Ｎになるが、風などによるトルク変動成分は、Ａ・ω倍になり、トルクの波形は、変動分が増幅され、重畳されて変化する。

図１１は、風の周波数数分布のグラフである。図１１から分かるように、風は、０.１～数ヘルツの成分を含む。風車の大型化によって、ハブの回転数は、低下する。例えば、２０ＭＷの風車での回転が０.１Ｈｚであれば、３０ＭＷの風車での回転は０.８８Ｈｚ程度となる。

風車を大型化すると、トルクの波形の変動は、ハブの回転よりも高い風の周波数成分の影響が主となるので、風速変動の影響は益々大きくなる。

つまり、増速によって、主成分であるトルク波形に、変動成分が大きく重畳され、風車の大型化、及び、増速比を大きくすることで、変動成分の周波数が高くなるので、トルク変動の回数が増加し、増速機構の耐久性を悪化させる。

（影響を受ける部位）
トルクと同様に回転も変動するので、増速後の発電機などベアリングでは、主たる回転の他に、変動成分が重畳される。この現象によって、ベアリングが回転せずに擦れ、焼付く現象、即ち、スミアリング等の不具合が発生する。実際に、この種の故障が風力発電装置のベアリングで頻発している。

この根本原因は、ベアリングは滑りと回転が共存し、回転しなくても滑って動くからである。必ず回転する機構であれば、スミアリングの発生を抑制できる。

ベアリングだけでなく、増速機構である遊星歯車機構も、変動成分の影響を受ける。特に、普通の遊星歯車機構を用いる増速機構では、遊星キャリアを入力軸にして、太陽歯車を増速し出力する。この場合、太陽軸周りの遊星歯車の公転によって、遊星歯車に自転を促すため、遊星キャリアと遊星歯車との間に作用する力が複雑になる。そのため、回転が変動すると、遊星キャリアと遊星歯車の軸受が影響を受け、損傷する場合が多い。

また、歯車同士の噛み合いは、ベアリングに比べ、互いに接する面が少ない。例えば、通常の歯車の噛み合い率は、３以下であり、互いに接触する箇所は３か所以下である。そのため、回転の変動は、歯車の噛合い面に損傷を及ぼす可能性が高い。

したがって、風力発電装置を大型化すると、ベアリング、及び歯車に損傷を及ぼす可能性が増大する。

図３に示した第１及び第２の遊星歯車機構２０，３０は、ねじ状の歯車の噛み合いによって回転を伝達し、必ず回転する機構であるので、スミアリングを抑制することができる。したがって、風力発電の増速後のベアリングとして、極めて有効であり、機構の故障を減少させることができる。

＜まとめ＞ 以上に説明した風力発電装置は、コストの増加を抑制しながら大型化することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、ハブの回転とトルクを分岐、分配する数は、適宜に選択すればよい。

１０ 風力発電装置
１１ ブレード
１２ ハブ
１２ｘ 中空穴
１３ ベアリング
１３ａ 内輪
１３ｂ 外輪
１４ ナセル
１４ａ 固定部
１５ 回転伝達機構
１５ａ リングギア（大歯車）
１５ｂ 外歯車（小歯車）
１５ｃ 増速機構
１５ｓ 内歯
１５ｔ 外歯
１５ｘ ベアリング
１６ 発電機
１６ａ コンバータ
１６ｐ 駆動パルス発生装置（制御装置）
１６ｑ 発電信号指令装置（制御装置）
１７ タワー
１８ 浮体
１９ 電池
２２，２２ａ，２０ｘ 第１の遊星歯車機構
３０，３３ａ，３０ｘ 第２の遊星歯車機構
４０，４２，４４ 組立体

Claims (9)

1. 中空穴が形成されたハブと、
   前記ハブに固定されたブレードと、
   相対回転自在である外輪及び内輪を含み、前記外輪が前記ハブと一体に回転するように、前記ハブの前記中空穴の内部に配置されたベアリングと、
   前記ベアリングの前記内輪が結合される固定部を含み、前記ベアリングを介して前記ハブを回転自在に支持するナセルと、
   前記ハブの回転を複数の系統に分配して伝達する回転伝達機構と、
   前記回転伝達機構の前記系統ごとに設けられ、前記回転伝達機構から回転が伝達される発電機と、
   前記ナセルを空中に支持するタワーと、
   を備え、
   前記回転伝達機構は、
   前記ハブと一体に回転する大歯車を含み、かつ、
   前記系統ごとに、前記大歯車に噛み合う小歯車を含み、
   前記回転伝達機構の前記大歯車は、内歯又は外歯を有し、
   前記回転伝達機構の前記小歯車は、前記回転伝達機構の前記大歯車の前記内歯又は前記外歯に噛み合う外歯を有し、
   前記回転伝達機構の前記大歯車は、前記ハブの前記中空穴に連通する貫通穴を有し、当該貫通穴を介して、前記ナセルの前記固定部が前記ナセルの機台に結合された、風力発電装置。
2. 前記発電機ごとに設けられ、ＡＣ－ＤＣコンバータとして機能して、前記発電機によって発電された交流を直流に変換するコンバータと、
   前記コンバータそれぞれから前記直流が供給される共通の電池と、
   を備える、請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記回転伝達機構と前記発電機とを収容するハウジングを、さらに備え、
   前記ナセルは、前記機台に固定された第１の縦部材及び第２の縦部材を、さらに含み、
   前記固定部は、前記第１の縦部材を介して前記機台に結合され、
   前記ハウジングは、前記ハブから前記ナセルに作用する荷重の少なくとも一部を伝達するように、前記第１の縦部材と前記第２の縦部材とに固定された、請求項１に記載の風力発電装置。
4. 前記回転伝達機構は、
   ねじ状歯車で構成された遊星歯車機構を、前記回転伝達機構において増速された回転体の軸受に使用する、請求項１に記載の風力発電装置。
5. 前記回転伝達機構の前記系統ごとに、
   前記回転伝達機構の前記小歯車と、前記回転伝達機構と、前記発電機と、前記コンバータとの全部又は一部を互いに結合して組立体を構成する、請求項２に記載の風力発電装置。
6. 前記回転伝達機構は、
   ねじ状歯車で構成された第１の遊星歯車機構及び第２の遊星歯車機構を含み、
   前記第１の遊星歯車機構及び前記第２の遊星歯車機構それぞれの太陽歯車が互いに結合され一体に回転し、
   前記第１の遊星歯車機構及び前記第２の遊星歯車機構それぞれの遊星歯車が互いに結合され一体に回転し、
   前記回転伝達機構の前記小歯車の回転が、前記第１の遊星歯車機構の内歯車に伝達され、
   前記第２の遊星歯車機構の内歯車が、前記ナセルに固定され、
   前記第２の遊星歯車機構の前記太陽歯車の回転が、前記発電機に伝達される、請求項１に記載の風力発電装置。
7. 前記コンバータによって前記発電機を駆動し、回生エネルギーとして前記発電機で発電するように、前記コンバータを制御する制御装置を、
   さらに備える、請求項２に記載の風力発電装置。
8. 作業員が、前記ナセルの底部から前記ナセル内に入り、前記ハブの前記中空穴を通って、前記ハブ内の前記ブレードに対向する位置に到達できるように構成された、請求項１に記載の風力発電装置。
9. 前記回転伝達機構の前記大歯車は、前記外歯ではなく、前記内歯を有する、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の風力発電装置。

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