WO2010047064A1 - ナセル旋回機構 - Google Patents

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WO2010047064A1
WO2010047064A1 PCT/JP2009/005391 JP2009005391W WO2010047064A1 WO 2010047064 A1 WO2010047064 A1 WO 2010047064A1 JP 2009005391 W JP2009005391 W JP 2009005391W WO 2010047064 A1 WO2010047064 A1 WO 2010047064A1
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WO
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nacelle
output shaft
electric motor
yaw
gear
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/005391
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English (en)
French (fr)
Inventor
林慎吾
児玉晴夫
Original Assignee
ナブテスコ株式会社
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Publication date
Application filed by ナブテスコ株式会社 filed Critical ナブテスコ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D9/00—Couplings with safety member for disconnecting, e.g. breaking or melting member
    • F16D9/06—Couplings with safety member for disconnecting, e.g. breaking or melting member by breaking due to shear stress
    • F16D9/08—Couplings with safety member for disconnecting, e.g. breaking or melting member by breaking due to shear stress over a single area encircling the axis of rotation, e.g. shear necks on shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F05B2260/902—Braking using frictional mechanical forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a nacelle turning mechanism for turning a nacelle in a tower of a windmill.
  • a windmill used as a wind power generator a windmill provided with a nacelle provided at the upper part of a tower to which blades (blades) are attached and a generator or the like is arranged is often used.
  • a nacelle turning mechanism for turning the nacelle according to the wind direction is provided.
  • a ring gear fixed to the upper part of the tower of the windmill a yaw drive device that has an electric motor to turn the nacelle, and a ring fixed to the output shaft of the yaw drive device
  • a nacelle turning mechanism having a pinion meshing with a gear is disclosed.
  • the nacelle turning mechanism is provided with a brake mechanism for stopping the output shafts of the respective motors by simultaneously driving the respective motors of the two yaw driving devices in opposite rotation directions.
  • a plurality of yaw driving devices are provided, and the nacelle turning operation is performed by the operation of the plurality of yaw driving devices.
  • the brake mechanism When the brake mechanism is activated, the output shaft of each electric motor in the plurality of yaw drive devices is stopped.
  • the brake mechanism when an external force due to wind acts on the nacelle of the windmill, if the brake mechanism is activated, the force acts on the yaw drive device in a state where the output shaft of the motor is stopped, and the nacelle turns If it is medium, a reverse force may act on the yaw drive.
  • the output shaft of the motor of one yaw drive device may be locked due to some trouble, or the brake of only one yaw drive device may not be released due to an abnormality in the control system or the like.
  • the output shaft of the electric motor is fixed in this way, an excessive external force is applied to one yaw drive device due to the force of another yaw drive device, resulting in breakage that is difficult to continue using and requires replacement.
  • the yaw function of the wind power generator is lost and the power generation function is lost.
  • a nacelle turning mechanism provided with a plurality of yaw driving devices in view of the above circumstances, an excessive external force is generated by one yaw driving device due to wind or the output shaft of the motor being fixed. It is an object of the present invention to provide a nacelle turning mechanism that can prevent the yaw driving device from being destroyed even when it acts on the nacelle.
  • a nacelle turning mechanism for achieving the above object includes a ring gear fixed to a tower of a windmill, a nacelle arranged rotatably with respect to the tower of the windmill, and fixed to the nacelle.
  • a plurality of yaw driving devices that have an electric motor and rotate the nacelle with respect to a tower of a windmill; a brake mechanism that stops an output shaft of the electric motor; and an output shaft of the yaw driving device that is fixed to the ring gear.
  • a meshing pinion for a gear fixed to a tower of a windmill.
  • the nacelle turning mechanism according to the first aspect of the present invention is provided in a driving force transmission path, which is a path through which driving force is transmitted from the output shaft of the electric motor to the pinion, and when a torque of a predetermined magnitude or more is applied. And a cutting mechanism for cutting off the connection of the driving force transmission path.
  • the external force due to the wind acts on the nacelle with the variation in meshing between each pinion and the ring gear, and the external force is concentrated only on one yaw driving device.
  • the cutting mechanism is actuated when a torque of a predetermined magnitude or larger acts on the driving force transmission path.
  • the driving force transmission path is caused by the force of another yaw driving device. A torque of a predetermined magnitude or more acts to operate the cutting mechanism.
  • the drive force transmission path is disconnected and no force is transmitted. Then, with the part cut by the cutting mechanism as a boundary, the pinion side portion connected to the pinion is driven so as to idle (rotate) with respect to the motor side portion. For this reason, the yaw driving device is prevented from being damaged because it is difficult to continue using the yaw driving device and needs to be replaced.
  • the nacelle turning mechanism provided with a plurality of yaw driving devices, when an excessive external force acts on one yaw driving device due to wind or the output shaft of the electric motor being fixed.
  • the yaw drive device can be prevented from being destroyed.
  • the nacelle turning mechanism according to the second invention is the nacelle turning mechanism according to the first invention, wherein the cutting mechanism is provided on an output shaft of the electric motor.
  • the cutting mechanism is provided on the output shaft of the electric motor where the small torque acts on the driving force transmission path, a small cutting mechanism can be easily realized.
  • the cutting mechanism is considerably small by being provided on the output shaft of the electric motor with a small torque compared to the case where the cutting mechanism is provided in the reduction gear. Can be realized.
  • a nacelle turning mechanism is the nacelle turning mechanism according to the first or second aspect, wherein the cutting mechanism is provided as a notch formed in the output shaft of the electric motor.
  • the cutting mechanism is provided as a notch in the output shaft of the electric motor, the cutting mechanism can be easily formed without adding additional components. Thereby, a cutting mechanism can be easily provided at low cost.
  • the nacelle turning mechanism according to a fourth aspect of the present invention is the nacelle turning mechanism according to the second aspect or the third aspect, wherein the yaw driving device is connected to the output shaft of the electric motor and receives a driving force.
  • a shaft a case in which internal teeth are arranged on the inner periphery, an external gear provided with external teeth meshing with the internal teeth, a crank shaft for rotating the external gear eccentrically, and one end of the crank shaft And a carrier on which the output shaft of the yaw driving device is fixed.
  • the eccentric type speed reducer of the yaw drive device may be destroyed.
  • it will be in the state by which the transmission of the force between the reduction gear input shafts of an eccentric type reduction gear is blocked
  • the eccentric speed reducer of the yaw drive device is not damaged, the eccentric speed reducer can be protected as it is, and it is small and high by simply restoring the cutting mechanism provided on the output shaft of the motor.
  • Use as an output specification yaw drive device can be maintained as it is.
  • the nacelle turning mechanism provided with a plurality of yaw driving devices, even when an excessive external force acts on one yaw driving device due to wind or the output shaft of the electric motor being fixed. It is possible to prevent the yaw drive device from being destroyed.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the yaw driving device illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the yaw driving device illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of a nacelle turning mechanism 1 according to an embodiment of the present invention and a windmill 101 to which the nacelle turning mechanism 1 is applied.
  • the windmill 101 includes a tower 102, blades 103, a nacelle turning mechanism 1, and the like.
  • the tower 102 is installed so as to extend vertically upward from the ground, and a plurality of (three in this embodiment) blades 103 extending radially at equal angles are rotatably attached to the upper portion of the tower 102.
  • a nacelle turning mechanism 1 is arranged.
  • the nacelle turning mechanism 1 includes a nacelle 2, a ring gear 3, a yaw driving device 4, a brake mechanism 5, a pinion 6 (see FIG. 2), and the like.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a state in which a part of the nacelle 2 is viewed from above.
  • elements other than the ring gear 3 and the yaw driving device 4 in the nacelle 2 are omitted.
  • the nacelle 2 shown in FIGS. 1 and 2 is disposed so as to be rotatable with respect to the tower 102, and is installed so as to turn in a substantially horizontal plane by the yaw driving device 4.
  • a power transmission shaft 61 Inside the nacelle 2 are a power transmission shaft 61, a speed increaser 62, a brake device 63 for the power transmission shaft 61, a generator 64, a transformer 65, a yaw drive device 4, a brake mechanism 5 for the yaw drive device 4, A pinion 6 and the like are arranged.
  • the power transmission shaft 61 is connected to the blade 103 via a hub, and the power transmission shaft 61 also rotates when the blade 103 is rotated by wind power. Then, the rotational driving force of the power transmission shaft 61 is increased in speed by the speed increaser 62 and is appropriately adjusted by the brake device 63 and input to the generator 64.
  • the ring gear 3 is fixed to the upper portion of the tower 102, and teeth that mesh with the pinion 6 are provided on the inner periphery.
  • the teeth of the ring gear 3 can be provided not only on the inner periphery but also on the outer periphery.
  • FIG. 3 shows a front view including a partial cross section of the yaw driving device 4.
  • the yaw driving device 4 includes an electric motor 7 and an eccentric type speed reducer 8, and is provided as a mechanism for turning the nacelle 2 with respect to the tower 102.
  • a plurality of yaw driving devices 4 are provided in the nacelle 2 so as to be arranged along the inner periphery of the ring gear 3 (four in this embodiment). It is fixed to the nacelle 2 via bolts (not shown).
  • the brake mechanism 5 shown in FIG. 1 is attached to each motor 7, and is provided as a friction brake for stopping the output shaft 7a (see FIG. 3) of each motor 7.
  • the pinion 6 shown in FIGS. 2 and 3 is fixed to the output shaft 14 of each yaw driving device 4 by spline coupling. Each pinion 6 is arranged so as to mesh with the inner peripheral teeth of the ring gear 3.
  • the yaw driving device 4 is configured by connecting an electric motor 7 and an eccentric speed reducer 8, and the pinion 6 is fixed to the output shaft 14 as described above.
  • the electric motor 7 of the yaw drive device 4 is attached to the case 11 of the eccentric speed reducer 8, and the speed reducer input shaft 19 of the eccentric speed reducer 8 is connected to the end of the output shaft 7a.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the end portion of the output shaft 7a of the electric motor 7 in FIG. 3 and the vicinity thereof.
  • the output shaft 7a shown in FIGS. 3 and 4 is connected to the speed reducer input shaft 19 by key combination via the key 20.
  • the output shaft 7a is formed with a notch 21 that is notched so as to have a smaller diameter at the midway portion protruding into the case 11 of the eccentric speed reducer 8 than the other portions.
  • the notch 21 is formed in the output shaft 7a by being cut out so as to extend in the circumferential direction as a groove having a cross section that is tapered. Further, the notch 21 is provided in a driving force transmission path that is a path through which the driving force is transmitted from the output shaft 7a to the pinion 6, and when the torque of a predetermined magnitude or more is applied, A cutting mechanism for disconnecting the connection is configured.
  • the diameter dimension of the notch portion 21 is set so that the output shaft 7a is cut by breaking at the notch portion 21 formed as a small-diameter portion when a torque of a predetermined magnitude or larger is applied. ing.
  • the cutting mechanism that disconnects the connection of the driving force transmission path is provided as the notch portion 21 on the output shaft 7 a of the electric motor 7.
  • the eccentric speed reducer 8 includes a case 11, a pin inner tooth 22, a speed reducer input shaft 19, a front speed reducing portion 12, a rear speed reducing portion 13, an output shaft 14, and the like.
  • the output shaft 14 of the eccentric speed reducer 8 also constitutes the output shaft 14 of the yaw drive device 4.
  • the eccentric speed reducer 8 is provided with a pinion 6 on an output shaft 14 positioned so as to protrude from the case 11 on one end side disposed on the lower side, and on the other end side disposed on the upper side with respect to the case 11.
  • An electric motor 7 is attached.
  • the rotational force input from the electric motor 7 disposed on the upper side is decelerated via the speed reducer input shaft 19, the front stage speed reducer 12, and the rear stage speed reducer 13 disposed in the case 11. And transmitted to the pinion 6 attached to the output shaft 14. Then, the eccentric speed reducer 8 is operated by the driving force from the electric motor 7 and the output shaft 14 rotates, so that the yaw driving device 4 moves along the inner periphery of the ring gear 3 and the tower 102 is moved.
  • the nacelle 2 turns.
  • the lower output side where the output shaft 14 is arranged is one end side
  • the upper input side where the electric motor 7 is arranged is the other end side. .
  • the case 11 of the eccentric speed reducer 8 includes a cylindrical first case portion 11a and a second case portion 11b disposed on the other end side of the first case portion 11a. The edges are connected with bolts.
  • the case 11 has an opening at one end (the end of the first case 11a), and the motor 7 is fixed to the other end (the end of the second case 11b) as described above.
  • the case 11 houses a reduction gear input shaft 19, a front speed reduction portion 12, a rear speed reduction portion 13, and the like.
  • the speed reducer input shaft 19, the front speed reduction portion 12, the rear speed reduction portion 13, and the output shaft 14 are
  • the yaw driving device 4 is arranged in series along the axial direction which is the direction of the rotation center line P (illustrated by a one-dot chain line in FIG. 1).
  • the driving force transmission path in the yaw driving device 4 is such that the driving force from the output shaft 7a of the electric motor 7 to the pinion 6 through the speed reducer input shaft 19, the front speed reducing portion 12, the rear speed reducing portion 13, and the output shaft 14 is. Configured as a route to be transmitted.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the rear stage deceleration unit 13 and its vicinity in FIG.
  • a plurality of pin internal teeth (internal teeth in the present embodiment) 22 are provided and attached to a pin groove formed on the inner periphery of the first case portion 11a. It is arranged on the inner periphery of the case 11.
  • the pin internal teeth 22 (in FIG. 3 and FIG. 4, the external shape is not shown in cross section) is formed as a pin-shaped member (round bar-shaped member) and arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the rotation center line P. In addition, they are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the inner periphery of the case 11 and are configured to mesh with external teeth 31 of an external gear 28 described later.
  • the speed reducer input shaft 19 constituting the input shaft in the eccentric speed reducer 8 is connected to the output shaft 7 a of the electric motor 7 on the other end side as described above, and driven from the electric motor 7. Force is input.
  • a gear is formed on the outer periphery on one end side of the speed reducer input shaft 19, and is configured to transmit a driving force to the preceding speed reduction unit 12.
  • the front stage speed reduction unit 12 includes a first stage planetary gear mechanism to which the rotational driving force from the speed reducer input shaft 19 is transmitted, and an input gear 15.
  • a planetary carrier 16, a planetary gear 17, and an internal gear 18 are provided.
  • a plurality of planetary gears 17 are arranged around the speed reducer input shaft 19 and mesh with a gear on one end side of the speed reducer input shaft 19, and the radial direction of the eccentric speed reducer 8 with respect to the speed reducer input shaft 19 (rotation center). (The direction perpendicular to the line P).
  • the planet carrier 16 is formed as a planetary frame that rotatably holds the plurality of planetary gears 17 at positions of equal angles along the circumferential direction around the speed reducer input shaft 19 and performs a revolving operation.
  • the internal gear 18 is provided as a ring-shaped gear in which teeth are formed on the inner periphery and the planetary gear 17 meshes, and is fixed to the second case portion 11b.
  • the input gear 15 is provided as a shaft-shaped gear member and is disposed on the rotation center line P.
  • the input gear 15 has a gear portion 15 a that meshes with a spur gear 49 described later on one end side, and a spline that is connected to the inner peripheral portion of the planet carrier 16 on the other end side.
  • the post-stage reduction unit 13 includes a spur gear 49, a crankshaft 23, a base carrier 25, an end carrier 26, a support 27, an external gear 28, and the like.
  • a plurality of spur gears 49 are arranged around the input gear 15 so as to mesh with the gear portion 15 a of the input gear 15, and the radial direction of the eccentric speed reducer 8 with respect to the input gear 15. Is located.
  • the spur gear 49 is formed with a through hole in the central portion, and is fixed to the other end side of the crankshaft 23 by spline coupling in the through hole.
  • crankshafts 23 are arranged at equal angular positions along the circumferential direction around the rotation center line P, and the axial direction of the crankshaft 23 rotates. They are arranged so as to be parallel to the center line P.
  • Each of the crankshafts 23 (in FIG. 3 and FIG. 5, the outer shape is not shown in cross section) is disposed so as to pass through the crank holes 30 formed in the external gear 28, and rotates to rotate the external gear 28. It is provided as a shaft member that rotates the shaft eccentrically. And the crankshaft 23 will perform a revolution operation
  • crankshaft 23 is formed with a first eccentric portion 23a, a second eccentric portion 23b, a first shaft portion 23c, and a second shaft portion 23d, and the first shaft portion 23c and the first eccentric portion are formed from one end side.
  • 23a, the second eccentric portion 23b, and the second shaft portion 23d are provided in series in this order.
  • the first eccentric portion 23a and the second eccentric portion 23b are formed such that a cross section perpendicular to the axial direction is a circular cross section, and each center position is provided to be eccentric with respect to the rotation center line of the crankshaft 23. ing.
  • the first eccentric portion 23 a and the second eccentric portion 23 b are disposed in the crank hole 30 of the external gear 28.
  • crankshaft bearings (34, 35) configured as roller bearings. That is, the crankshaft bearing 34 holds the first shaft portion 23 c on one end side of the crankshaft 23 so as to be rotatable with respect to the base carrier 25. On the other hand, the crankshaft bearing 35 holds the second shaft portion 23 d on the other end side of the crankshaft 23 so as to be rotatable with respect to the end carrier 26. Note that a spur gear 49 is fixed to the second shaft portion 23d at an end portion protruding from the crankshaft bearing 35 to the other end side.
  • the external gear 28 includes a first external gear 28 a and a second external gear 28 b that are accommodated in the case 11 in a state of being arranged in parallel.
  • the first external gear 28a and the second external gear 28b are respectively formed with a crank hole 30 through which the crankshaft 23 passes and a column through hole 48 through which the column 27 passes.
  • the first external gear 28a and the second external gear 28b are arranged so that the positions of the crank hole 30 and the column through hole 48 correspond to each other in the direction parallel to the rotation center line P.
  • the crank hole 30 of the external gear 28 (28a, 28b) is formed as a circular hole, and a plurality of (in the present embodiment, at the same angle position along the circumferential direction of the external gear 28 corresponding to the crankshaft 23). 3) Arranged.
  • the column through holes 48 are formed as holes corresponding to the cross-sectional shape of the column 27, and a plurality (three in this embodiment) are arranged at equal angle positions along the circumferential direction of the external gear 28 corresponding to the columns 27.
  • the support through holes 48 are alternately formed with the crank holes 30 in the circumferential direction of the external gear 28.
  • pillar 27 has penetrated the support
  • external teeth 31 that mesh with the pin internal teeth 22 are provided on the outer circumferences of the first external gear 28a and the second external gear 28b.
  • the number of teeth of the external teeth 31 of the first external gear 28 a and the second external gear 28 b is provided to be one less than the number of teeth of the pin internal teeth 22. For this reason, each time the crankshaft 23 rotates, the meshing between the meshing external teeth 31 and the pin internal teeth 22 is shifted, and the external gears 28 (28a, 28b) are eccentrically rotated.
  • the difference in the number of teeth between the external teeth 31 and the pin internal teeth 22 may be plural.
  • the external gear 28 rotatably holds the crankshaft 23 in the crank hole 30 via external tooth bearings (53, 54).
  • the external tooth bearing 53 holds the first eccentric portion 23a with respect to the first external gear 28a, and the external tooth bearing 54 holds the second eccentric portion 23b with respect to the second external gear 28b.
  • the external tooth bearings (53, 54) are each provided with a plurality of roller members configured as needle roller members or cylindrical roller members.
  • the base carrier 25 and the end carrier 26 are rotatably held on one end side and the other end side of the crankshaft 23 via the crankshaft bearings (34, 35) and the output shaft 14 is fixed.
  • the base carrier 25 shown in FIGS. 3 and 5 has an output shaft 14 integrally formed at one end thereof and disposed in the case 11 (the output shaft 14 is integrally formed and fixed to the base carrier 25). Have been).
  • the base carrier 25 has a crank holding hole 50 formed on the other end side thereof, and the crank holding hole 50 holds one end side of each crankshaft 23 rotatably at the first shaft portion 23c via the crankshaft bearing 34. is doing.
  • the crank holding hole 50 is formed at a position of an equal angle along the circumferential direction around the rotation center line P. Further, the base carrier 25 is rotatably held on the outer peripheral side with respect to the inner peripheral side of the first case portion 11a via the roller bearing 36. A positioning member 44 provided as a ring-shaped member disposed along the outer periphery of the base carrier 25 is fixed. The roller bearing 36 is disposed with one end engaged with the positioning member 44 and the other end engaged with one end of the first case portion 11a.
  • the end carrier 26 is connected to the base carrier 25 via a support column 27 and is provided as a disk-shaped member.
  • the end carrier 26 is rotatably held with respect to the inner peripheral side of the case 11 via a ball bearing 37 on the outer peripheral side thereof.
  • the ball bearing 37 has one end engaged with the other end of the first case 11 a of the case 11, and the other end engaged with the edge 26 a protruding in a flange shape on the other end of the end carrier 26. It is arranged in the state.
  • the end carrier 26 is formed with a crank through-hole 43 in which the second shaft portion 23d on the other end side of the crankshaft 23 is disposed at an equal angle position along the circumferential direction with the rotation center line P as the center. Has been.
  • the crank through-hole 43 the other end side of the crankshaft 23 is rotatably held by a second shaft portion 23d via a crankshaft bearing 35.
  • the support column 27 is disposed between the base carrier 25 and the end carrier 26, and is provided as a columnar portion that connects the base carrier 25 and the end carrier 26.
  • a plurality (three in this embodiment) of the support columns 27 are arranged at equal angular positions along the circumferential direction around the rotation center line P, and are arranged so that the axial direction thereof is parallel to the rotation center line P. ing.
  • pillar 27 and the crankshaft 23 are alternately arrange
  • Each support column 27 is formed integrally with the base carrier 25 and is provided so as to protrude on the other end side of the base carrier 25.
  • the support column 27 is formed with a support pin hole 51 that opens to the other end side of the end carrier 26 and extends to the support column 27 and into which a round bar (columnar) support pin 40 is press-fitted. As the support pins 40 are press-fitted into the support pin holes 51, the circumferential positions of the base carrier 25 and the end carrier 26 are matched.
  • the support column 27 is formed with a support bolt hole 47 which opens to the other end side of the end carrier 26 and extends to the base carrier 25 and into which a support bolt 29 shown by a broken line in the drawing is inserted.
  • An internal thread portion is formed on the back side of the support bolt hole 47.
  • the column bolt 29 has a screw portion formed as a male screw portion on one end side and a head portion on which the hexagonal hole for tightening is provided on the other end side.
  • the column bolt 29 is configured to couple the end carrier 26 and the base carrier 25 via the column 27 by screwing the screw portion with the female screw portion of the column bolt hole 47.
  • the positioning member 44 fixed to the base carrier 25 and the end carrier 26 are rolled by the tightening force generated at that time.
  • the case 11 is clamped via the bearing 36 and the ball bearing 37 (held so as to be clamped). By this clamping, the base carrier 25 and the end carrier 26 are held rotatably with respect to the case 11.
  • the nacelle turning mechanism 1 is configured such that a control device (not shown) issues a turning command for turning the nacelle 2 in accordance with the wind direction based on the detection result of an anemometer (not shown), for example, and the electric motor 7 of the yaw driving device 4. It operates by operating.
  • a control device (not shown) issues a turning command for turning the nacelle 2 in accordance with the wind direction based on the detection result of an anemometer (not shown), for example, and the electric motor 7 of the yaw driving device 4. It operates by operating.
  • the speed reducer input shaft 19 connected to the output shaft 7a rotates
  • the planetary gear 17 that meshes with the speed reducer input shaft 19 rotates and revolves while meshing with the internal gear 18.
  • the planet carrier 16 rotates and the input gear 15 connected to the planet carrier 16 rotates.
  • each crankshaft 23 rotates together with each spur gear 49 that meshes with the input gear 15, and the first and second eccentric portions (23a, 23b) also rotate.
  • a load acts on the external gears 28 (28a, 28b) from the first and second eccentric portions (23a, 23b), and the external gears 28 (28a, 28b) are pin internal teeth 22. And rotate eccentrically so as to swing while shifting the mesh.
  • the crankshaft 23 rotated and held with respect to the external gear 28 rotates around the rotation center line P while rotating.
  • the output shaft 14 rotates together with the base carrier 25 and the end carrier 26 that are connected by the column 27 and rotatably hold the crankshaft 23, and a large torque is output from the pinion 6. It will be. Then, the rotation of the nacelle 2 to which the plurality of yaw driving devices 4 are attached is performed by rotating the pinion 6 while meshing with the ring gear 3.
  • the operation of the electric motor 7 is stopped based on a command from the control device, the brake mechanism 5 is activated, and the nacelle 2 is stopped.
  • the output shaft 7a of the electric motor 7 is broken at the notch 21, and the notch 21 as a cutting mechanism is activated. For this reason, in the yaw drive device 4, only the notch 21 which is a cutting mechanism provided in the driving force transmission path is cut, and all elements other than the output shaft 7a are protected.
  • the nacelle turning mechanism 1 According to the nacelle turning mechanism 1 described above, during the turning operation or the stop of the nacelle 2, an external force due to wind acts on the nacelle 2 in a state where the meshing between the pinions 6 and the ring gear 3 varies, and the external force is When acting on only one yaw driving device 4 in a concentrated manner, the cutting mechanism provided as the notch portion 21 is activated when a torque of a predetermined magnitude or more acts on the driving force transmission path. Further, even when the output shaft 7a of the electric motor 7 is fixed due to the occurrence of a malfunction or the like, the yaw driving device 4 in which the output shaft 7a of the electric motor 7 is fixed has the force of the other yaw driving device 4.
  • a torque of a predetermined magnitude or more acts on the driving force transmission path, and the cutting mechanism (notch portion 21) operates.
  • the drive force transmission path is disconnected and no force is transmitted.
  • the pinion-side portion connected to the pinion 6 is driven so as to idle with respect to the motor-side portion, with the location separated by the cutting mechanism as a boundary. For this reason, the yaw driving device 4 is prevented from being broken without being damaged such that the continuation of use is difficult and needs to be replaced.
  • the nacelle turning mechanism 1 provided with the plurality of yaw driving devices 4, an excessive external force is driven by one yaw drive due to wind or the output shaft 7 a of the electric motor 7 being fixed. Even when acting on the device, the yaw driving device 4 can be prevented from being destroyed.
  • the cutting mechanism since the cutting mechanism is provided on the output shaft 7a of the electric motor 7 where the small torque acts on the driving force transmission path, a small cutting mechanism can be easily realized.
  • a considerably small cutting mechanism can be realized by providing the output shaft 7a of the electric motor 7 having a small torque as compared with the case where the cutting mechanism is provided in the eccentric speed reducer 8 connected to the electric motor 7.
  • the cutting mechanism since the cutting mechanism is provided as the notch portion 21 in the output shaft 7a of the electric motor 7, the cutting mechanism can be easily formed without adding additional components. Thereby, a cutting mechanism can be easily provided at low cost.
  • the eccentric speed reducer 8 having a large reduction ratio is provided in the yaw driving device 4, the output torque of the yaw driving device 4 can be improved and the size can be reduced. According to the nacelle turning mechanism 1, even if an excessive external force acts on one yaw driving device 4 due to wind or the output shaft 7a of the electric motor 7 being fixed, the output of the electric motor 7 The operation of the cutting mechanism provided on the shaft 7a is in a state where the transmission of force to and from the eccentric speed reducer 8 is prevented.
  • the eccentric speed reducer 8 of the yaw drive device 4 is not damaged, and the eccentric speed reducer 8 can be protected as it is, and only the cutting mechanism provided on the output shaft 7a of the electric motor 7 is restored. Therefore, the use as a small and high-output specification yaw driving device 4 can be maintained as it is.
  • the yaw drive device may be provided with a speed reducer other than the eccentric speed reducer or an eccentric speed reducer having a different form from the present embodiment.
  • the reduction gear may not be provided in the yaw drive device.
  • a cutting mechanism may be provided in a portion other than the output shaft of the electric motor in the driving force transmission path.
  • the cutting mechanism may be provided as a notch part of shapes other than the shape illustrated in this embodiment.
  • the cutting mechanism may be provided as forms other than a notch part.
  • the present invention can be widely applied as a nacelle turning mechanism for turning the nacelle in a tower of a windmill.

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Abstract

　複数のヨー駆動装置が設けられたナセル旋回機構において、風により、もしくは電動機の出力軸が固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用した場合でもそのヨー駆動装置が破壊されてしまうことを防止する。 　ナセル旋回機構１は、風車１０１のタワー１０２に固定されたリングギア３と、ナセル２と、ナセル２に固定されるとともに電動機７を有する複数のヨー駆動装置４と、電動機７の出力軸７ａを停止させるブレーキ機構５と、ヨー駆動装置４の出力軸１４に固定され、リングギア３に噛み合うピニオン６と、を備えている。電動機７の出力軸７ａからピニオン６までの駆動力伝達経路に設けられる切断機構２１は、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに駆動力伝達経路の連結を切り離す。

Description

ナセル旋回機構
　本発明は、風車のタワーにおいてナセルを旋回させるナセル旋回機構に関する。
　従来より、風力発電装置として用いられる風車として、タワーの上部に設けられてブレード（羽根）が取り付けられるとともに内部に発電機等が配置されるナセルを備えるものがよく用いられる。このような風車においては、特許文献１に開示されているように、風向きに応じてナセルを旋回させるナセル旋回機構が設けられている。特許文献１では、ナセルに加え、風車のタワーの上部に固定されたリングギア、電動機を有してナセルを旋回させるヨー（Ｙａｗ）駆動装置、及び、ヨー駆動装置の出力軸に固定されてリングギアに噛み合うピニオンを備えるナセル旋回機構が開示されている。また、このナセル旋回機構においては、２個のヨー駆動装置の各電動機を互いに反対の回転方向に同時駆動することで各電動機の出力軸を停止させるブレーキ機構が設けられている。
特開２００１－２８９１４９号公報（第４頁、第１－２図）
　特許文献１に開示されたナセル旋回機構においては、ヨー駆動装置が複数設けられており、この複数のヨー駆動装置の作動によってナセルの旋回動作が行われる。そして、ブレーキ機構の作動時には、複数のヨー駆動装置における各電動機の出力軸が停止される。一方、風車のナセルに風による外力が作用した場合、ブレーキ機構が作動した状態であれば電動機の出力軸が停止された状態のヨー駆動装置に力が作用することとなり、また、ナセルの旋回動作中であれば逆方向の力がヨー駆動装置に作用する場合もある。このとき、複数のヨー駆動装置の出力軸にそれぞれ固定された各ピニオンとリングギアとの噛み合い状態にばらつきがあると、１つのヨー駆動装置のみに対して上述した外力が集中的に作用してしまう状態が発生し易い。しかしながら、特許文献１に開示のナセル旋回機構の場合、外力が１つのヨー駆動装置のみに集中的に作用すると、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用するため、そのヨー駆動装置において使用継続が困難で取替えが必要となるような破損が生じ、そのヨー駆動装置が破壊されてしまう虞がある。また、他の可能性として、何らかの不具合により、1つのヨー駆動装置の電動機の出力軸がロックされてしまったり、制御系等の異常により1つのヨー駆動装置のみのブレーキが解除されない場合がある。このように電動機の出力軸が固定されてしまった場合、他のヨー駆動装置の力により、１つのヨー駆動装置に過大な外力が加わり、使用継続が困難で取替えが必要な破損が生じることになる。さらに、1つのヨー駆動装置が破損し過大な外力でもピニオンが回転できない場合、風力発電機のヨー機能を喪失し、発電機能が失われてしまうことになる。
　本発明は、上記実情に鑑みることにより、複数のヨー駆動装置が設けられたナセル旋回機構において、風により、もしくは電動機の出力軸が固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用した場合でもそのヨー駆動装置が破壊されてしまうことを防止できる、ナセル旋回機構を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための第１発明に係るナセル旋回機構は、風車のタワーに固定されたリングギアと、風車のタワーに対して回転自在に配置されるナセルと、前記ナセルに固定されるとともに電動機を有し、風車のタワーに対して前記ナセルを旋回させる複数のヨー駆動装置と、前記電動機の出力軸を停止させるブレーキ機構と、前記ヨー駆動装置の出力軸に固定され、前記リングギアに噛み合うピニオンと、を備えている。そして、第１発明に係るナセル旋回機構は、前記電動機の出力軸から前記ピニオンまでにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに前記駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構を更に備えていることを特徴とする。
　この発明によると、ナセルの旋回動作中又は停止中において、各ピニオンとリングギアとの噛み合いにばらつきがある状態で風による外力がナセルに作用し、その外力が１つのヨー駆動装置のみに集中的に作用した場合、駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用すると、切断機構が作動することになる。また、不具合等の発生によって電動機の出力軸が固定されてしまった場合においても、電動機の出力軸が固定されてしまったヨー駆動装置においては、他のヨー駆動装置の力によって駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用し、切断機構が作動することになる。これにより、過大な外力が作用したヨー駆動装置においては、駆動力伝達経路の連結が切り離されて力が伝達されない状態となる。そして、切断機構により切り離された箇所を境にして、ピニオンに連結されたピニオン側の部分が電動機側の部分に対して空転するように（空回りするように）駆動されることになる。このため、そのヨー駆動装置に使用継続が困難で取替えが必要となるような破損が生じることがなく、ヨー駆動装置が破壊されてしまうことが防止される。
　従って、本発明によると、複数のヨー駆動装置が設けられたナセル旋回機構において、風により、もしくは電動機の出力軸が固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用した場合でもそのヨー駆動装置が破壊されてしまうことを防止できる。
　第２発明に係るナセル旋回機構は、第１発明のナセル旋回機構において、前記切断機構は、前記電動機の出力軸に設けられていることを特徴とする。
　この発明によると、駆動力伝達経路において小さいトルクが作用する箇所である電動機の出力軸に切断機構が設けられるため、小型の切断機構を容易に実現できる。とくに、ヨー駆動装置において電動機に連結された減速機が設けられている場合、減速機内に切断機構を設ける場合に比して、トルクの小さい電動機の出力軸に設けることで相当に小型の切断機構を実現できる。
　第３発明に係るナセル旋回機構は、第１発明又は第２発明のナセル旋回機構において、前記切断機構は、前記電動機の出力軸に形成された切欠部として設けられていることを特徴とする。
　この発明によると、切断機構が電動機の出力軸において切欠部として設けられているため、別途部品を追加することなく、容易に切断機構を形成することができる。これにより、低コストで簡易に切断機構を設けることができる。
　第４発明に係るナセル旋回機構は、第２発明又は第３発明のいずれかのナセル旋回機構において、前記ヨー駆動装置は、前記電動機の出力軸と連結されて駆動力が入力される減速機入力軸と、内周に内歯が配置されたケースと、前記内歯に噛み合う外歯が設けられた外歯歯車と、前記外歯歯車を偏心させて回転させるクランク軸と、前記クランク軸の一端側及び他端側を回転自在に保持するとともに当該ヨー駆動装置の出力軸が固定されたキャリアと、を更に有していることを特徴とする。
　風車においては、ナセル内のスペースが限られることから、ヨー駆動装置の小型化が求められる。一方、近年、ブレードの直径が大きくなる傾向にあることから、出力トルクの向上を図った高出力仕様のヨー駆動装置が要求される状況にある。そこで、偏心回転する外歯歯車を有して減速比が大きい偏心型減速機をヨー駆動装置に設けることで、ヨー駆動装置の出力トルクの向上とともに小型化を図ることが考えられる。しかし、この場合、風により、もしくは電動機の出力軸が固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用すると、小型で高出力仕様の偏心型減速機において使用継続が困難となるような破損が生じ、ヨー駆動装置の偏心型減速機が破壊されてしまう虞がある。これに対し、本発明によると、電動機の出力軸に設けられた切断機構の作動によって偏心型減速機の減速機入力軸との間での力の伝達が阻止される状態となる。このため、ヨー駆動装置の偏心型減速機に破損が生じることがなく、偏心型減速機をそのまま保護することができ、電動機の出力軸に設けられた切断機構を復旧するだけで、小型で高出力仕様のヨー駆動装置としての使用をそのまま維持することができる。
　本発明によると、複数のヨー駆動装置が設けられたナセル旋回機構において、風により、もしくは電動機の出力軸が固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用した場合でもそのヨー駆動装置が破壊されてしまうことを防止できる。
本発明の一実施の形態に係るナセル旋回機構及び風車の模式図である。 図１に示すナセル旋回機構のナセル内の一部を模式的に示す平面図である。 図１に示すヨー駆動装置の一部断面を含む正面図である。 図３に示すヨー駆動装置の一部を拡大して示す断面図である。 図３に示すヨー駆動装置の一部を拡大して示す断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施形態は、風車のタワーにおいてナセルを旋回させるナセル旋回機構に関して広く適用することができるものである。
　図１は、本発明の一実施の形態に係るナセル旋回機構１及びそのナセル旋回機構１が適用される風車１０１の概略を説明するための模式図である。図１に示すように、風車１０１は、タワー１０２、ブレード１０３、ナセル旋回機構１等を備えている。タワー１０２は地上から鉛直上方に向かって延びるように設置されており、タワー１０２の上部には均等角度に放射状に延びる複数枚（本実施形態では３枚）のブレード１０３が回転自在に取り付けられたナセル旋回機構１が配置されている。そして、ナセル旋回機構１は、ナセル２、リングギア３、ヨー駆動装置４、ブレーキ機構５、ピニオン６（図２参照）などを備えて構成されている。
　図２は、ナセル２内の一部を上方から見た状態を模式的に示す平面図である。図２では、ナセル２内におけるリングギア３及びヨー駆動装置４以外の要素を省略している。図１及び図２に示すナセル２は、タワー１０２に対して回転自在に配置され、ヨー駆動装置４により略水平面内で旋回するように設置されている。ナセル２の内部には、動力伝達軸６１、増速機６２、動力伝達軸６１用のブレーキ装置６３、発電機６４、変圧器６５、ヨー駆動装置４、ヨー駆動装置４用のブレーキ機構５、ピニオン６等が配置されている。動力伝達軸６１はハブを介してブレード１０３に連結され、ブレード１０３が風力により回転することで、動力伝達軸６１も回転する。そして、動力伝達軸６１の回転駆動力が増速機６２でその回転速度が増速されるとともにブレーキ装置６３で適宜調整されて発電機６４へと入力される。これにより、発電機６４において発電が行われ、その発電された電力が、変圧器６５を経て、さらにタワー１０１内及び地中を通過するように敷設されたケーブルを経て地上の変電設備等に送電されることになる。また、リングギア３は、タワー１０２の上部に固定され、ピニオン６に噛み合う歯が内周に設けられている。尚、リングギア３の歯は、内周に限らず、外周に設けることもできる。
　図３は、ヨー駆動装置４の一部断面を含む正面図を示したものである。図１及び図３に示すように、ヨー駆動装置４は、電動機７と偏心型減速機８とを備えて構成され、タワー１０２に対してナセル２を旋回させる機構として設けられている。そして、ヨー駆動装置４は、ナセル２内にてリングギア３の内周に沿って配置されるように複数設けられており（本実施形態では４つ）、偏心型減速機８のケース１１においてナセル２に対してボルト（図示せず）を介して固定されている。また、図１に示すブレーキ機構５は、電動機７にそれぞれ取り付けられており、各電動機７の出力軸７ａ（図３参照）を停止させるための摩擦ブレーキとして設けられている。また、図２及び図３に示すピニオン６は、各ヨー駆動装置４の出力軸１４に対してスプライン結合により固定されている。そして、各ピニオン６は、リングギア３の内周の歯と噛み合うように配置されている。
　次に、ヨー駆動装置４の構成の詳細について説明する。図３に示すように、ヨー駆動装置４は、電動機７と偏心型減速機８とが連結されて構成され、前述のように、その出力軸１４にピニオン６が固定されている。ヨー駆動装置４の電動機７は、偏心型減速機８のケース１１に取り付けられ、その出力軸７ａの端部には偏心型減速機８の減速機入力軸１９が連結されている。図４は、図３における電動機７の出力軸７ａの端部とその近傍とを拡大して示す断面図である。
　図３及び図４に示す出力軸７ａは、キー２０を介したキー結合により減速機入力軸１９と連結されている。そして、出力軸７ａには、偏心型減速機８のケース１１内に突出した中途部分において、他の部分よりも小径となるように切り欠かれた切欠部２１が形成されている。この切欠部２１は、出力軸７ａにおいて、テーパ状に窄まるような形状の断面の溝として周方向に延びるように切り欠かれて形成されている。また、この切欠部２１は、出力軸７ａからピニオン６までにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構を構成している。即ち、出力軸７ａは、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに、小径の部分として形成された切欠部２１において破断することで切断されるように、切欠部２１の径寸法が設定されている。このように、ナセル旋回機構１のヨー駆動装置４においては、上記の駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構が、切欠部２１として、電動機７の出力軸７ａに設けられている。
　図３に示すように、偏心型減速機８は、ケース１１、ピン内歯２２、減速機入力軸１９、前段減速部１２、後段減速部１３、出力軸１４等を備えて構成されている。尚、偏心型減速機８の出力軸１４は、ヨー駆動装置４の出力軸１４も構成している。この偏心型減速機８は、下側に配置された一端側においてケース１１から突出するように位置する出力軸１４にピニオン６が設けられ、上側に配置された他端側においてケース１１に対して電動機７が取り付けられる。そして、偏心型減速機８においては、上側に配置された電動機７から入力された回転力をケース１１内に配置された減速機入力軸１９、前段減速部１２及び後段減速部１３を介して減速して伝達して出力軸１４に取り付けられたピニオン６に出力する。そして、電動機７からの駆動力によって偏心型減速機８が作動して出力軸１４が回転することで、ヨー駆動装置４がリングギア３の内周に沿って移動するとともに、タワー１０２に対してナセル２が旋回することになる。尚、以下の説明では、偏心型減速機８において、出力軸１４が配置される下側である出力側を一端側として、電動機７が配置される上側である入力側を他端側として説明する。
　図３に示すように、偏心型減速機８のケース１１は、筒状の第１ケース部１１ａと第１ケース部１１ａの他端側に配置される第２ケース部１１ｂとで構成され、これらの縁部同士がボルトで連結されている。このケース１１は、一端側（第１ケース部１１ａの端部側）が開口形成され、他端側（第２ケース部１１ｂの端部側）には前述のように電動機７が固定されている。また、ケース１１の内部には、減速機入力軸１９、前段減速部１２、後段減速部１３等が収納され、減速機入力軸１９、前段減速部１２、後段減速部１３、及び出力軸１４は、ヨー駆動装置４の回転中心線Ｐ（図１において一点鎖線で図示）の方向である軸方向に沿って直列に配置されている。尚、ヨー駆動装置４における前述の駆動力伝達経路は、電動機７の出力軸７ａから減速機入力軸１９、前段減速部１２、後段減速部１３及び出力軸１４を経てピニオン６に至る駆動力が伝達される経路として構成される。
　図５は、図３における後段減速部１３及びその近傍を拡大して示す断面図である。図３及び図５に示すように、ピン内歯（本実施形態における内歯）２２は、複数設けられており、第１ケース部１１ａの内周に形成されたピン溝に取り付けられることで、ケース１１の内周に配置されている。ピン内歯２２（図３及び図４では断面でなく外形を図示）は、ピン状の部材（丸棒状の部材）として形成され、その長手方向が回転中心線Ｐと平行に位置するように配置されるとともに、ケース１１の内周において周方向に沿って等間隔で配列され、後述する外歯歯車２８の外歯３１と噛み合うように構成されている。
　図３に示すように、偏心型減速機８における入力軸を構成する減速機入力軸１９は、その他端側において、前述のように、電動機７の出力軸７ａに連結され、電動機７からの駆動力が入力されるように構成されている。そして、減速機入力軸１９の一端側の外周には歯車が形成され、前段減速部１２に駆動力を伝達するように構成されている。
　図３に示すように、前段減速部１２は、減速機入力軸１９からの回転駆動力が伝達される１段の遊星歯車機構と、入力ギア１５とを備えて構成され、遊星歯車機構は、遊星キャリア１６、プラネタリギア１７、内歯歯車１８を備えて構成されている。プラネタリギア１７は、減速機入力軸１９の周囲に複数個配置されて減速機入力軸１９の一端側の歯車と噛み合い、減速機入力軸１９に対して偏心型減速機８の径方向（回転中心線Ｐに対して垂直な方向）に位置している。遊星キャリア１６は、減速機入力軸１９を中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数のプラネタリギア１７を回転自在に保持するとともに公転動作を行う遊星枠として形成されている。内歯歯車１８は、内周に歯が形成されてプラネタリギア１７が噛み合うリング状の歯車として設けられ、第２ケース部１１ｂに固定されている。入力ギア１５は、図３及び図５に示すように、軸状の歯車部材として設けられ、回転中心線Ｐ上に配置されている。入力ギア１５は、その一端側には後述するスパーギア４９に噛み合う歯車部分１５ａが形成され、その他端側には遊星キャリア１６の内周部分に対して連結されるスプラインが形成されている。
　図３及び図５に示すように、後段減速部１３は、スパーギア４９、クランク軸２３、基部キャリア２５、端部キャリア２６、支柱２７、外歯歯車２８等を備えて構成されている。スパーギア４９は、入力ギア１５の歯車部分１５ａと噛み合うように入力ギア１５の周囲に複数個（本実施形態では３個）配置されており、入力ギア１５に対して偏心型減速機８の径方向に位置している。スパーギア４９は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔においてクランク軸２３の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
　クランク軸２３は、図３及び図５に示すように、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置され、その軸方向が回転中心線Ｐと平行になるように配置されている。各クランク軸２３（図３及び図５では、断面でなく外形を図示）は、外歯歯車２８に形成されたクランク用孔３０をそれぞれ貫通するように配置され、回転することで外歯歯車２８を偏心させて回転させる軸部材として設けられている。そして、クランク軸２３は、自らの回転（自転）に伴う外歯歯車２８の回転とともに、公転動作を行うことになる。
　また、クランク軸２３には、第１偏心部２３ａ、第２偏心部２３ｂ、第１軸部２３ｃ、及び第２軸部２３ｄが形成され、一端側から、第１軸部２３ｃ、第１偏心部２３ａ、第２偏心部２３ｂ、第２軸部２３ｄの順番で直列に設けられている。第１偏心部２３ａ及び第２偏心部２３ｂは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸２３の回転中心線に対して偏心するように設けられている。第１偏心部２３ａ及び第２偏心部２３ｂは外歯歯車２８のクランク用孔３０に配置されている。また、クランク軸２３の一端側及び他端側は、ころ軸受として構成されたクランク軸軸受（３４、３５）を介して回転自在に保持されている。即ち、クランク軸軸受３４は、クランク軸２３の一端側の第１軸部２３ｃを基部キャリア２５に対して回転自在に保持している。一方、クランク軸軸受３５は、クランク軸２３の他端側の第２軸部２３ｄを端部キャリア２６に対して回転自在に保持している。尚、第２軸部２３ｄには、クランク軸軸受３５から他端側に突出する端部に、スパーギア４９が固定されている。
　外歯歯車２８は、図３及び図５に示すように、平行に配置された状態でケース１１内に収納される第１外歯歯車２８ａと第２外歯歯車２８ｂとで構成されている。第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂにはそれぞれ、クランク軸２３が貫通するクランク用孔３０、及び、支柱２７が貫通する支柱貫通孔４８が形成されている。第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂは、回転中心線Ｐと平行な方向において、クランク用孔３０及び支柱貫通孔４８の位置がそれぞれ対応するように配置されている。外歯歯車２８（２８ａ、２８ｂ）のクランク用孔３０は、円形孔として形成され、クランク軸２３に対応して外歯歯車２８の周方向に沿って均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置されている。支柱貫通孔４８は、支柱２７の断面形状に対応した孔として形成され、支柱２７に対応して外歯歯車２８の周方向に沿った均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置されている。また、支柱貫通孔４８は、外歯歯車２８の周方向において、クランク用孔３０と交互に形成されている。尚、支柱貫通孔４８には、支柱２７が遊嵌状態で貫通している。
　また、第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂのそれぞれの外周には、ピン内歯２２に噛み合う外歯３１が設けられている。本実施形態では、第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂの外歯３１の歯数は、ピン内歯２２の歯数よりも１個少なくなるように設けられている。このため、クランク軸２３が回転するごとに、噛み合う外歯３１とピン内歯２２との噛み合いがずれ、外歯歯車２８（２８ａ、２８ｂ）が偏心して揺動回転するように構成されている。尚、外歯３１とピン内歯２２との歯数差は、複数個であってもよい。
　また、外歯歯車２８は、クランク用孔３０において外歯用軸受（５３、５４）を介してクランク軸２３を回転自在に保持している。外歯用軸受５３は第１偏心部２３ａを第１外歯歯車２８ａに対して、外歯用軸受５４は第２偏心部２３ｂを第２外歯歯車２８ｂに対して、それぞれ回転自在に保持している。尚、外歯用軸受（５３、５４）は、ニードルころ部材又は円筒ころ部材として構成される複数のころ部材をそれぞれ備えて構成されている。
　基部キャリア２５及び端部キャリア２６は、クランク軸軸受（３４、３５）を介してクランク軸２３の一端側及び他端側を回転自在に保持するとともに出力軸１４が固定された、本実施形態のキャリアを構成している。図３及び図５に示す基部キャリア２５は、その一端側において出力軸１４が一体に形成されてケース１１内に配置されている（出力軸１４は一体に形成されることで基部キャリア２５に固定されている）。基部キャリア２５は、その他端側にクランク保持穴５０が形成され、このクランク保持穴５０によって各クランク軸２３の一端側をその第１軸部２３ｃにてクランク軸軸受３４を介して回転自在に保持している。クランク保持穴５０は、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置に形成されている。また、基部キャリア２５は、その外周側において、ころ軸受３６を介して第１ケース部１１ａの内周側に対して回転自在に保持されている。基部キャリア２５に対しては、その外周に沿って配置されるリング状の部材として設けられた位置決め部材４４が固定されている。尚、ころ軸受３６は、一端側が位置決め部材４４に係合して位置決めされ、他端側が第１ケース部１１ａの一端側に係合した状態で配置される。
　端部キャリア２６は、図３及び図５に示すように、支柱２７を介して基部キャリア２５と連結され、円板状の部材として設けられている。端部キャリア２６は、その外周側において玉軸受３７を介してケース１１の内周側に対して回転自在に保持されている。尚、玉軸受３７は、その一端側がケース１１の第１ケース部１１ａの他端側に係合し、その他端側が端部キャリア２６の他端側においてフランジ状に張り出した縁部２６ａに係合した状態で配置されている。また、端部キャリア２６には、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置にクランク軸２３の他端側の第２軸部２３ｄが配置されるクランク貫通孔４３が形成されている。このクランク貫通孔４３において、クランク軸２３の他端側がその第２軸部２３ｄにてクランク軸軸受３５を介して回転自在に保持されている。
　支柱２７は、図３及び図５に示すように、基部キャリア２５と端部キャリア２６との間に配置され、基部キャリア２５と端部キャリア２６とを連結する柱状部分として設けられている。支柱２７は、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数（本実施形態では３つ）配置され、その軸方向が回転中心線Ｐと平行となるように配置されている。尚、支柱２７とクランク軸２３とは、回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿って交互に配置されている。各支柱２７は、基部キャリア２５に一体に形成され、基部キャリア２５の他端側において突出するように設けられている。そして、支柱２７には、端部キャリア２６の他端側に開口して支柱２７へと延び、丸棒状（円柱状）の支柱ピン４０が圧入される支柱ピン穴５１が形成されている。支柱ピン４０が支柱ピン穴５１に圧入されることで、基部キャリア２５及び端部キャリア２６の周方向の位置が合わされる。
　また、支柱２７には、端部キャリア２６の他端側に開口して基部キャリア２５まで延び、図中破線で示す支柱ボルト２９が挿入される支柱ボルト穴４７が形成されている。支柱ボルト穴４７の奥側には、雌ネジ部分が形成されている。支柱ボルト２９は、雄ネジ部分として形成されたネジ部が一端側に設けられ、締め付け用の六角穴が設けられた頭部が他端側に設けられている。この支柱ボルト２９は、そのネジ部が支柱ボルト穴４７の雌ネジ部分と螺合することで、端部キャリア２６と基部キャリア２５とを支柱２７を介して結合するように構成されている。尚、支柱ボルト２９での結合によって基部キャリア２５と端部キャリア２６とが連結されると、その際に生じる締め付け力により、基部キャリア２５に固定された位置決め部材４４と端部キャリア２６とがころ軸受３６及び玉軸受３７を介してケース１１を挟持する（挟むように保持する）。この挟持により、基部キャリア２５及び端部キャリア２６がケース１１に対して回転自在に保持されることになる。
　次に、上述したナセル旋回機構１の作動について説明する。ナセル旋回機構１は、図示しない制御装置が、例えば風向計（図示せず）の検知結果に基づいて、ナセル２の向きを風向きに応じて旋回させる旋回指令を発してヨー駆動装置４の電動機７を運転させることにより、作動する。電動機７の運転が開始されると、出力軸７ａに連結された減速機入力軸１９が回転し、減速機入力軸１９に噛み合うプラネタリギア１７が内歯歯車１８と噛み合いながら回転して公転し、これにより、遊星キャリア１６が回転し、遊星キャリア１６に連結された入力ギア１５が回転する。入力ギア１５が回転すると、入力ギア１５に噛み合う各スパーギア４９とともに各クランク軸２３が回転し、第１及び第２偏心部（２３ａ、２３ｂ）も回転する。この回転に伴って、第１及び第２偏心部（２３ａ、２３ｂ）から外歯歯車２８（２８ａ、２８ｂ）に対して荷重が作用し、外歯歯車２８（２８ａ、２８ｂ）がピン内歯２２と噛み合いをずらしながら揺動するように偏心して回転する。そして、外歯歯車２８の偏心回転に伴って、外歯歯車２８に対して回転保持されたクランク軸２３が自転しながら回転中心線Ｐを中心として公転動作を行う。このクランク軸２３の公転動作により、支柱２７で連結され、クランク軸２３を回転自在に保持する基部キャリア２５及び端部キャリア２６とともに、出力軸１４が回転し、大きなトルクがピニオン６から出力されることになる。そして、リングギア３に対して各ピニオン６が噛み合いながら回転することで、複数のヨー駆動装置４が取り付けられたナセル２の旋回動作が行われる。また、所望の停止位置までナセル２が旋回すると、制御装置からの指令に基づいて電動機７の運転が停止されるとともにブレーキ機構５が作動し、ナセル２が停止することになる。
　一方、ナセル２の停止中にナセル２に対して風による外力が作用した場合、ブレーキ機構５により電動機７の出力軸７ａが停止した状態のヨー駆動装置４に力が作用することになる。また、ナセル２の旋回動作中に風による外力がナセル２に作用した場合、逆方向の力がヨー駆動装置４に作用する場合もある。このとき、各ピニオン６とリングギア３との噛み合い状態にばらつきがあり、１つのヨー駆動装置４のみに対して過大な外力が集中的に作用すると、そのヨー駆動装置４における電動機７の出力軸７ａの切欠部２１に所定の大きさ以上のトルクが作用することになる。この場合、電動機７の出力軸７ａが切欠部２１において破断し、切断機構としての切欠部２１が作動することになる。このため、ヨー駆動装置４においては、駆動力伝達経路に設けられた切断機構である切欠部２１のみが切断され、出力軸７ａ以外の要素については、全て保護されることになる。
　また、１つのヨー駆動装置４の電動機７の不具合、もしくは制御系等の異常により、出力軸７ａが固定されてしまった場合、他のヨー駆動装置４がリングギア３を回転させるためのトルクが１つのヨー駆動装置４に集中し、そのヨー駆動装置４における電動機７の出力軸７ａの切欠部２１に所定の大きさ以上のトルクが作用することになる。この場合、電動機７の出力軸７ａが切欠部２１において破断し、切断機構としての切欠部２１が作動することになる。このため、ヨー駆動装置４においては、駆動力伝達経路に設けられた切断機構である切欠部２１のみが切断され、出力軸７ａ以外の要素については、全て保護されることになる。
　以上説明したナセル旋回機構１によると、ナセル２の旋回動作中又は停止中において、各ピニオン６とリングギア３との噛み合いにばらつきがある状態で風による外力がナセル２に作用し、その外力が１つのヨー駆動装置４のみに集中的に作用した場合、駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用すると、切欠部２１として設けられた切断機構が作動することになる。また、不具合等の発生によって電動機７の出力軸７ａが固定されてしまった場合においても、電動機７の出力軸７ａが固定されてしまったヨー駆動装置４においては、他のヨー駆動装置４の力によって駆動力伝達経路に所定の大きさ以上のトルクが作用し、切断機構（切欠部２１）が作動することになる。これにより、過大な外力が作用したヨー駆動装置４においては、駆動力伝達経路の連結が切り離されて力が伝達されない状態となる。そして、切断機構により切り離された箇所を境にして、ピニオン６に連結されたピニオン側の部分が電動機側の部分に対して空転するように駆動されることになる。このため、そのヨー駆動装置４に使用継続が困難で取替えが必要となるような破損が生じることがなく、そのヨー駆動装置４が破壊されてしまうことが防止される。従って、本実施形態によると、複数のヨー駆動装置４が設けられたナセル旋回機構１において、風により、もしくは電動機７の出力軸７ａが固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置に作用した場合でもそのヨー駆動装置４が破壊されてしまうことを防止できる。
　また、ナセル旋回機構１によると、駆動力伝達経路において小さいトルクが作用する箇所である電動機７の出力軸７ａに切断機構が設けられるため、小型の切断機構を容易に実現できる。そして、電動機７に連結された偏心型減速機８内に切断機構を設ける場合に比して、トルクの小さい電動機７の出力軸７ａに設けることで相当に小型の切断機構を実現できる。また、ナセル旋回機構１によると、切断機構が電動機７の出力軸７ａにおいて切欠部２１として設けられているため、別途部品を追加することなく、容易に切断機構を形成することができる。これにより、低コストで簡易に切断機構を設けることができる。
　また、ナセル旋回機構１によると、減速比が大きい偏心型減速機８がヨー駆動装置４に設けられているため、ヨー駆動装置４の出力トルクの向上とともに小型化を図ることができる。そして、ナセル旋回機構１によると、風により、もしくは電動機７の出力軸７ａが固定されてしまうことにより、過大な外力が１つのヨー駆動装置４に集中して作用しても、電動機７の出力軸７ａに設けられた切断機構の作動によって偏心型減速機８との間での力の伝達が阻止される状態となる。このため、ヨー駆動装置４の偏心型減速機８に破損が生じることがなく、偏心型減速機８をそのまま保護することができ、電動機７の出力軸７ａに設けられた切断機構を復旧するだけで、小型で高出力仕様のヨー駆動装置４としての使用をそのまま維持することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、ヨー駆動装置に偏心型減速機以外の減速機や本実施形態とは異なる形態の偏心型減速機が設けられていてもよい。また、ヨー駆動装置に減速機が設けられていなくてもよい。また、駆動力伝達経路における電動機の出力軸以外の部分に切断機構が設けられていてもよい。また、本実施形態に例示する形状以外の形状の切欠部として切断機構が設けられていてもよい。また、切欠部以外の形態として切断機構が設けられていてもよい。
　本発明は、風車のタワーにおいてナセルを旋回させるナセル旋回機構として、広く適用することができるものである。
１　　　　　　　　　　　ナセル旋回機構
２　　　　　　　　　　　ナセル
３　　　　　　　　　　　リングギア
４　　　　　　　　　　　ヨー駆動装置
５　　　　　　　　　　　ブレーキ機構
６　　　　　　　　　　　ピニオン
７　　　　　　　　　　　電動機
７ａ　　　　　　　　　　電動機の出力軸
１４　　　　　　　　　　ヨー駆動装置の出力軸
２１　　　　　　　　　　切欠部（切断機構）

Claims (3)

  1. 　風車のタワーに固定されたリングギアと、
    　風車のタワーに対して回転自在に配置されるナセルと、
    　前記ナセルに固定されるとともに電動機を有し、風車のタワーに対して前記ナセルを旋回させる複数のヨー駆動装置と、
    　前記電動機の出力軸を停止させるブレーキ機構と、
    　前記ヨー駆動装置の出力軸に固定され、前記リングギアに噛み合うピニオンと、
    　を備えているナセル旋回機構であって、
    　前記電動機の出力軸から前記ピニオンまでにおける駆動力が伝達される経路である駆動力伝達経路に設けられ、所定の大きさ以上のトルクが作用したときに前記駆動力伝達経路の連結を切り離す切断機構を更に備えていることを特徴とする、ナセル旋回機構。
  2. 　請求項１に記載のナセル旋回機構であって、
    　前記切断機構は、前記電動機の出力軸に設けられていることを特徴とする、ナセル旋回機構。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のナセル旋回機構であって、
    　前記切断機構は、前記電動機の出力軸に形成された切欠部として設けられていることを特徴とする、ナセル旋回機構。
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