特開 2022-173914 風車制動制御装置および風車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022173914

(43)【公開日】2022-11-22

(54)【発明の名称】風車制動制御装置および風車

(51)【国際特許分類】

   F03D 7/04 20060101AFI20221115BHJP

   F03D 15/10 20160101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

F03D7/04 K

F03D15/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021079969

(22)【出願日】2021-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100120385

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 健之

(72)【発明者】

【氏名】後藤 健太

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA22

3H178AA43

3H178BB35

3H178CC25

3H178DD03X

3H178DD06X

3H178DD43X

3H178DD52X

3H178EE06

3H178EE15

(57)【要約】

【課題】風車のリングギアに作用する負荷の急激な変動によるリングギアの破損を抑制すること。
【解決手段】風車の可動部分を構成する第１構造体および第２構造体のうちの第１構造体に設置されたピニオンギアと第２構造体に設置されたリングギアとの相対回転、および、ピニオンギアが取り付けられたモータの回転の少なくとも一方を制動する電磁ブレーキと、電磁ブレーキを動作させる電源と電磁ブレーキとの間の電源ライン上に配置され、電源ラインを開閉する無接点リレーとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風車の可動部分を構成する第１構造体および第２構造体のうちの前記第１構造体に設置されたピニオンギアと前記第２構造体に設置されたリングギアとの相対回転、および、前記ピニオンギアが取り付けられたモータの回転の少なくとも一方を制動する電磁ブレーキと、
前記電磁ブレーキを動作させる電源と前記電磁ブレーキとの間の電源ライン上に配置され、前記電源ラインを開閉する無接点リレーと
を備える風車制動制御装置。

【請求項2】

風車の可動部分を構成する第１構造体および第２構造体のうちの前記第１構造体に設置されたピニオンギアと前記第２構造体に設置されたリングギアとの相対回転、および、前記ピニオンギアが取り付けられたモータの回転の少なくとも一方を制動する電磁ブレーキと、
前記電磁ブレーキを動作させる電源と前記電磁ブレーキとの間の電源ラインを１００ｍｓ以下の応答速度で開放または閉鎖するリレーと
を備える風車制動制御装置。

【請求項3】

前記第１構造体はナセルである請求項１又は２に記載の風車制動制御装置。

【請求項4】

前記モータの回転軸に接続されており、前記モータの回転を減速させてトルクを増大させた動力を前記ピニオンギアに出力する減速機を更に備え、
前記電磁ブレーキは、前記モータの回転軸の回転を制動することで前記ピニオンギアの回転を制動する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風車制動制御装置。

【請求項5】

前記モータ、前記減速機及び前記ピニオンギアを有する駆動装置と前記リングギアとの間に作用する負荷を検出するセンサと、
前記検出された負荷に応じて前記リレーに前記電源ラインの開閉を制御する制御信号を出力する制御部と
を更に備える請求項４に記載の風車制動制御装置。

【請求項6】

前記センサは前記駆動装置を前記可動部分に固定するボルトのひずみを検出することで前記負荷を検出するひずみセンサであり、
前記制御部は、前記検出された負荷が閾値以上となった場合に前記制御信号として前記電源ラインの開放または閉鎖を指令する信号を出力する
請求項５に記載の風車制動制御装置。

【請求項7】

前記リレーはフォトカプラを有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の風車制動制御装置。

【請求項8】

前記リレーはＭＯＳＦＥＴを有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の風車制動制御装置。

【請求項9】

前記電源は三相電源であり、前記リレーは三相リレーである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の風車制動制御装置。

【請求項10】

前記電源は三相電源であり、前記リレーは単相リレーである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の風車制動制御装置。

【請求項11】

前記リレーと前記電磁ブレーキとの間の前記電源ライン上に配置されたサージ保護素子を更に備える請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の風車制動制御装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の風車制動制御装置を備える風車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風車制動制御装置および風車に関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電装置等に用いられる風車では、風車のブレードを効率的に回転させるために、風車のロータおよびナセルを風向きに応じて旋回させるヨー制御が行われる。ヨー制御においては、例えば、ナセル内に設けられた駆動装置からタワー内の上端部に設けられたリングギアに駆動力（すなわち、負荷）を伝達させることで、駆動装置をナセルとともに旋回させる。

【0003】

ヨー制御による旋回後の位置にナセルを保持するため、風車には、例えば特許文献１に示すように、駆動装置の駆動軸の回転を制動する電磁ブレーキが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－３６２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

風向きや風速の急激な変化によって、駆動装置からリングギアに作用する負荷が急激に変動することがある。リングギアに作用する負荷の急激に変動によるリングギアの破損を抑制するため、電磁ブレーキをすみやかに開放することが求められる。

【0006】

しかしながら、従来は、電磁ブレーキの開閉に電磁接触器を用いていたため、電磁ブレーキを瞬時開放することが困難であった。

【0007】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、風車のリングギアに作用する負荷の急激な変動によるリングギアの破損を抑制することができる風車制動制御装置および風車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、風車の可動部分を構成する第１構造体および第２構造体のうちの前記第１構造体に設置されたピニオンギアと前記第２構造体に設置されたリングギアとの相対回転、および、前記ピニオンギアが取り付けられたモータの回転の少なくとも一方を制動する電磁ブレーキと、
前記電磁ブレーキを動作させる電源と前記電磁ブレーキとの間の電源ライン上に配置され、前記電源ラインを開閉する無接点リレーと
を備える風車制動制御装置である。

【0009】

本発明は、風車の可動部分を構成する第１構造体および第２構造体のうちの前記第１構造体に設置されたピニオンギアと前記第２構造体に設置されたリングギアとの相対回転、および、前記ピニオンギアが取り付けられたモータの回転の少なくとも一方を制動する電磁ブレーキと、
前記電磁ブレーキを動作させる電源と前記電磁ブレーキとの間の電源ラインを１００ｍｓ以下の応答速度で開放または閉鎖するリレーと
を備える風車制動制御装置である。

【0010】

本発明による風車制動制御装置において、前記第１構造体はナセルであってもよい。

【0011】

本発明による風車制動制御装置において、前記モータの回転軸に接続されており、前記モータの回転を減速させてトルクを増大させた動力を前記ピニオンギアに出力する減速機を更に備え、
前記電磁ブレーキは、前記モータの回転軸の回転を制動することで前記ピニオンギアの回転を制動してもよい。

【0012】

本発明による風車制動制御装置において、前記モータ、前記減速機及び前記ピニオンギアを有する駆動装置と前記リングギアとの間に作用する負荷を検出するセンサと、
前記検出された負荷に応じて前記リレーに前記電源ラインの開閉を制御する制御信号を出力する制御部と
を更に備えてもよい。

【0013】

本発明による風車制動制御装置において、前記センサは前記駆動装置を前記可動部分に固定するボルトのひずみを検出することで前記負荷を検出するひずみセンサであり、
前記制御部は、前記検出された負荷が閾値以上となった場合に前記制御信号として前記電源ラインの開放または閉鎖を指令する信号を出力してもよい。

【0014】

本発明による風車制動制御装置において、前記リレーはフォトカプラを有してもよい。

【0015】

本発明による風車制動制御装置において、前記リレーはＭＯＳＦＥＴを有してもよい。

【0016】

本発明による風車制動制御装置において、前記電源は三相電源であり、前記リレーは三相リレーであってもよい。

【0017】

本発明による風車制動制御装置において、前記電源は三相電源であり、前記リレーは単相リレーであってもよい。

【0018】

本発明による風車制動制御装置において、前記リレーと前記電磁ブレーキとの間の前記電源ライン上に配置されたサージ保護素子を更に備えてもよい。

【0019】

本発明は、前記風車制動制御装置を備える風車である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、風車のリングギアに作用する負荷の急激な変動によるリングギアの破損を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１の実施形態による風車制動制御装置を示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態による風車を示す斜視図である。

【図3】第１の実施形態による風車制動制御装置を示す回路図である。

【図4】第１の本実施形態による風車制動制御装置の動作例を示すフローチャートである。

【図5】第１の本実施形態の変形例による風車制動制御装置の動作例を示すフローチャートである。

【図6】第２の本実施形態による風車において、タワー及びナセルの一部を示す断面図である。

【図7】第２の実施形態による風車において、可動部分における駆動装置の配置を示す平面図である。

【図8】第２の実施形態による風車において、部分的な断面を含む駆動装置の側面図である。

【図9】第２の実施形態による風車において、部分的な断面を含む駆動装置の据え付け部の側面図である。

【図10】第２の実施形態による風車制動制御装置において、電磁ブレーキを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図面中には、図示と理解のしやすさの便宜上、縮尺及び寸法比等を、実物のそれらから適宜変更又は誇張されている部分がある。

【0023】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による風車制動制御装置２００を示すブロック図である。図２は、第１の実施形態による風車１０１を示す斜視図である。図３は、第１の実施形態による風車制動制御装置２００を示す回路図である。

【0024】

風車制動制御装置２００は、後述する電磁ブレーキ５０による風車１０１の制動を制御する装置である。図１に示すように、風車制動制御装置２００は、電磁ブレーキ５０と、無接点リレー２１０と、制御部２２０と、保護回路２３０とを備える。

【0025】

電磁ブレーキ５０は、風車１０１の可動部分を構成する第１構造体および第２構造体のうちの第１構造体に設置されたピニオンギア２４ａと第２構造体に設置されたリングギア１０７との相対回転、および、ピニオンギア２４ａが取り付けられたモータ２３の回転の少なくとも一方を制動する装置である。「制動」との用語は広義に解釈され、止まっているものの停止状態を保持すること、及び、動いているものを制止することの双方を含む。

【0026】

図２に示すように、風車１０１は、タワー１０２と、ナセル１０３と、ロータ１０４と、ブレード１０５とを備える。タワー１０２は、地上から鉛直方向上向きに延びている。ナセル１０３は、タワー１０２の上部に、タワー１０２に対して回転可能に設置されている。ナセル１０３の回転は、タワー１０２の長手方向を回転中心とするヨー回転である。ナセル１０３は、モータ２３を有する駆動装置１０によって駆動される。ナセル１０３の駆動装置１０は、モータ２３の回転を減速させてトルクを増大させた動力をピニオンギア２４ａに出力する減速機を更に有していてもよい。ナセル１０３の内部には、例えば、動力伝達軸や当該動力伝達軸に接続された発電機等の風力発電に必要な機器類が設置されている。ロータ１０４は、ナセル１０３内の動力伝達軸に接続され、ナセル１０３に対して回転可能である。ブレード１０５は、複数枚（図２に示す例において３枚）設けられている。複数のブレード１０５は、ナセル１０３に対するロータ１０４の回転軸から放射状に延びている。これらのブレード１０５は、ロータ１０４の回転軸回りに等角度を空けて設けられている。

【0027】

各ブレード１０５は、その長手方向を中心としてロータ１０４に対してピッチ方向に回転可能である。各ブレード１０５のロータ１０４との接続箇所は可動部分となっており、各ブレード１０５及びロータ１０４は相対的に回転移動することができる。ブレード１０５は、モータ２３を有する駆動装置１０によって回転駆動される。ブレード１０５の駆動装置１０は、モータ２３の回転を減速させてトルクを増大させた動力をピニオンギア２４ａに出力する減速機を更に有していてもよい。

【0028】

例えば、風車１０１の第１構造体は、ナセル１０３であり、第２構造体は、タワー１０２である。この場合、電磁ブレーキ５０は、ナセル１０３に設置されたピニオンギア２４ａと、ピニオンギア２４ａと噛み合うようにタワー１０２に設置されたリングギア１０７との相対回転、および、ピニオンギア２４ａが取り付けられたモータ２３の回転の少なくとも一方を制動する。

【0029】

風車１０１の第１構造体は、タワー１０２であり、第２構造体は、ナセル１０３であってもよい。この場合、電磁ブレーキ５０は、タワー１０２に設置されたピニオンギア２４ａと、ピニオンギア２４ａと噛み合うようにナセル１０３に設置されたリングギア１０７との相対回転、および、ピニオンギア２４ａが取り付けられたモータ２３の回転の少なくとも一方を制動する。

【0030】

風車１０１の第１構造体は、ブレード１０５であり、第２構造体は、ロータ１０４であってもよい。この場合、電磁ブレーキ５０は、ブレード１０５に設置されたピニオンギア２４ａと当該ピニオンギア２４ａと噛み合うようにロータ１０４に設置されたリングギア１０７との相対回転、および、当該ピニオンギア２４ａが取り付けられたモータ２３の回転の少なくとも一方を制動する。

【0031】

電磁ブレーキ５０は、第１構造体に設置されたピニオンギア２４ａと第２構造体に設置されたリングギア１０７との相対回転、および、当該ピニオンギア２４ａが取り付けられたモータ２３の回転の少なくとも一方を制動できるのであれば具体的な態様は特に限定されない。例えば、電磁ブレーキ５０は、モータ２３の回転軸の回転を制動することでモータ２３に取り付けられたピニオンギア２４ａの回転を制動してもよい。この他にも、例えば、電磁ブレーキ５０は、第１構造体と第２構造体との間に磁力による摩擦力を作用させることで、第１構造体に設置されたピニオンギア２４ａと第２構造体に設置されたリングギア１０７との相対回転を制動してもよい。

【0032】

図３に示すように、電磁ブレーキ５０は、三相電源で駆動されてもよい。図３に示す例において、電磁ブレーキ５０は、三相電源に接続されたコイル５１を有する。コイル５１は、例えば、三相電源から電力を供給されることで、モータ２３の回転の制動を解除する磁力を発生させる。コイル５１は、三相電源から電力を供給されることで、モータ２３の回転を制動する磁力を発生させてもよい。三相電源は、モータ２３の回転駆動にも用いられてもよい。

【0033】

無接点リレー２１０は、電磁ブレーキ５０を動作させる電源と電磁ブレーキ５０との間の電源ライン上に配置され、機械的な接点を介さずに電源ラインを開閉する装置である。無接点リレー２１０は、半導体リレーとも呼ぶ。図３に示す例において、無接点リレー２１０は、三相電源と電磁ブレーキ５０との間の電源ライン上に、各相ごとに配置されている。すなわち、図３に示す例において、無接点リレー２１０は、３つ配置されている。図３に示す例において、電源は三相であるのに対して、無接点リレー２１０は単相である。各無接点リレー２１０は、後述する制御部２２０からの制御信号に応じて、対応する電源ラインを同時に開閉する。制御信号に応じて同時に三相電源の各相の電源ラインを開閉する３つの単相の無接点リレー２１０を設けることで、駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷の急激な変動に応じた電磁ブレーキ５０の開閉制御を迅速に行うことができる。無接点リレー２１０は、例えば、フォトカプラを有する。無接点リレー２１０は、ＭＯＳＦＥＴを有していてもよい。また、単相の無接点リレー２１０を３つ配置する代わりに、三相回路を有する三相の無接点リレーを１つ配置してもよい。これにより、部品点数を削減することができる。

【0034】

制御部２２０は、電源ラインの開閉を制御する制御信号を無接点リレー２１０に出力することで、無接点リレー２１０による電源ラインの開閉を制御する装置である。制御部２２０は、駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷を検出するセンサ４で検出された負荷（すなわち、センサ出力）が閾値以上となった場合に、制御信号として電源ラインの閉鎖を指令するオン信号を無接点リレー２１０に出力する。オン信号に応じて、無接点リレー２１０は電源ラインを閉鎖する。電源ラインが閉鎖されることで、電源から電磁ブレーキ５０に電力が供給される。電源から電力が供給されることで、電磁ブレーキ５０は、モータ２３の回転を制動するロック状態からモータ２３の回転の制動を解除するフリー状態へと切り替わる。制御部２２０は、例えば、ＣＰＵや電気回路などのハードウェアで構成される。制御部２２０の一部をソフトウェアで構成してもよい。

【0035】

駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷の急激な変動に応じて電磁ブレーキ５０を速やかにフリー状態に切り替えるため、オン信号に対する無接点リレー２１０の応答速度は短いほど好ましい。例えば、無接点リレー２１０は、電源ラインを１００ｍｓ以下の応答速度で閉鎖する。好ましくは、無接点リレー２１０は、電源ラインを１０ｍｓ以下の応答速度で閉鎖する。さらに好ましくは、無接点リレー２１０は、電源ラインを１ｍｓ以下の応答速度で閉鎖する。

【0036】

オン信号の持続時間は、例えばｍｓオーダーの短い時間である。したがって、電磁ブレーキ５０は、モータ２３の回転の制動を一時的（瞬時的）に解除し、その後は、再びモータ２３の回転を制動する。

【0037】

なお、電磁ブレーキ５０は、電源からの電力の供給が遮断されることでロック状態からフリー状態へと切り替わる構成であってもよい。この場合、制御部２２０は、センサ４で検出された負荷が閾値以上となった場合に、制御信号として電源ラインの開放を指令するオフ信号を無接点リレー２１０に出力すればよい。オフ信号に応じて、無接点リレー２１０は電源ラインを開放する。電源ラインが開放されることで、電源から電磁ブレーキ５０への電力の供給が遮断される。電源からの電力の供給が遮断されることで、電磁ブレーキ５０は、ロック状態からフリー状態へと切り替わる。この場合、オフ信号に対する無接点リレー２１０の応答速度は短いほど好ましい。例えば、無接点リレー２１０は、電源ラインを１００ｍｓ以下の応答速度で開放する。好ましくは、無接点リレー２１０は、電源ラインを１０ｍｓ以下の応答速度で開放する。さらに好ましくは、無接点リレー２１０は、電源ラインを１ｍｓ以下の応答速度で開放する。

【0038】

保護回路２３０は、無接点リレー２１０と電磁ブレーキ５０との間の電源ライン上に配置され、無接点リレー２１０のオンオフにともなって生じるサージから風車制動制御装置２００を保護する回路である。図３に示す例において、保護回路２３０は、３つのサージ保護素子２３１を有する。サージ保護素子２３１は、例えば、バリスタであってもよい。

【0039】

次に、第１の実施形態による風車制動制御装置２００の動作例について、図４および図５のフローチャートを参照して説明する。図４は、第１の本実施形態による風車制動制御装置２００の動作例を示すフローチャートである。図４は、電磁ブレーキ５０が電源からの電力供給によってロック状態からフリー状態へと切り替わる構成である場合の風車制動制御装置２００の動作例を示している。図５は、第１の本実施形態の変形例による風車制動制御装置２００の動作例を示すフローチャートである。図５は、電磁ブレーキ５０が電源からの電力供給の遮断によってロック状態からフリー状態へと切り替わる構成である場合の風車制動制御装置２００の動作例を示している。

【0040】

図４に示す例において、制御部２２０は、先ず、駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷の検出結果を示すセンサ出力をセンサ４から取得する（ステップＳ１）。

【0041】

センサ出力を取得した後、制御部２２０は、センサ出力が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

【0042】

センサ出力が閾値以上である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部２２０は、無接点リレー２１０にオン信号を出力して電源と電磁ブレーキ５０との間の電源ラインを閉鎖させる（ステップＳ３）。これにより、電源から電磁ブレーキ５０に電力が供給され、電磁ブレーキ５０がロック状態からフリー状態へと切り替わる。

【0043】

一方、センサ出力が閾値以上でない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部２２０は、センサ出力の取得を繰り返す（ステップＳ１）。

【0044】

図５に示す例において、制御部２２０は、先ず、駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷の検出結果を示すセンサ出力をセンサ４から取得する（ステップＳ１１）。

【0045】

センサ出力を取得した後、制御部２２０は、センサ出力が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

【0046】

センサ出力が閾値以上である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部２２０は、無接点リレー２１０にオフ信号を出力して電源と電磁ブレーキ５０との間の電源ラインを開放させる（ステップＳ１３）。これにより、電源から電磁ブレーキ５０への電力供給が遮断され、電磁ブレーキ５０がロック状態からフリー状態へと切り替わる。

【0047】

一方、センサ出力が閾値以上でない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部２２０は、センサ出力の取得を繰り返す（ステップＳ１１）。

【0048】

以上述べたように、第１の実施形態によれば、駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷の急激な変動によって負荷が過大になった場合に、センサ出力が閾値以上になったことに応じて無接点リレー２１０が電源と電磁ブレーキ５０との間の電源ラインをすみやかに閉鎖または開放することができる。電源ラインをすみやかに閉鎖または開放することで、ピニオンギア２４ａとリングギア１０７との相対回転の制動およびモータ２３の回転の制動の少なくとも一方をすみやかに解除することができる。これにより、負荷によるリングギア１０７の破損を抑制することができる。

【0049】

（第２の実施形態）
次に、本発明のより具体的な適用例を示す第２の実施形態について説明する。図６は、第２の本実施形態による風車１０１において、タワー１０２及びナセル１０３の一部を示す断面図である。図７は、第２の実施形態による風車１０１において、可動部分における駆動装置１０の配置を示す平面図である。図８は、第２の実施形態による風車１０１において、部分的な断面を含む駆動装置１０の側面図である。図９は、第２の実施形態による風車１０１において、部分的な断面を含む駆動装置１０の据え付け部の側面図である。図１０は、第２の実施形態による風車制動制御装置２００において、電磁ブレーキ５０を示す断面図である。

【0050】

駆動装置１０は、風車１０１のタワー１０２に対して回転可能に設置されたナセル１０３を駆動することができる。または、駆動装置１０は、ナセル１０３に取り付けられたロータ１０４に対してピッチ方向に揺動可能に設置されたブレード１０５を駆動することができる。すなわち、駆動装置１０は、タワー１０２に対してナセル１０３を回転させるようにヨー駆動を行うヨー駆動装置として用いることができ、または、ロータ１０４に対してブレード１０５の軸部を回転させるようにピッチ駆動を行うピッチ駆動装置として用いることもできる。以下の説明では、駆動装置１０をヨー駆動装置として用いる場合について例示するが、駆動装置１０をピッチ駆動装置として用いる場合についても同様に本発明を適用することが可能である。

【0051】

図６に示すように、ナセル１０３は、その底部１０３ａに設けられた軸受１０６を介して、タワー１０２の上部に対して回転可能に設置されている。タワー１０２の上部には、内周に内歯が形成されたリングギア１０７が固定されている。リングギア１０７の歯は、その内周に設けられた内歯に限らず、その外周に設けられた外歯であってもよい。各図面において、リングギア１０７の各歯の図示は省略されている。

【0052】

図７に示すように、リングギア１０７は、円周状に形成され、中心軸線Ｃｍを有する。ナセル１０３は、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍを中心として回転する。図示された例において、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍは、タワー１０２の長手方向と一致している。以下では、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍと平行な方向を、単に、「軸方向ｄｌ」とも呼ぶ。

【0053】

図示された風車１０１では、図７に示すように、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍを中心として回転対称に配置された一対の風車駆動システム５が設けられている。各風車駆動システム５は、３つの駆動装置１０を含む。一対の風車駆動システム５に含まれる合計６つの駆動装置本体２０は、リングギア１０７の中心軸線Ｃｍを中心とする円周ｃｌ１（図７参照）に沿って配置される。各風車駆動システム５に含まれる３つの駆動装置１０は、円周ｃｌ１に沿って、一定の間隔をあけて配列されている。

【0054】

図６及び図７に示すように、駆動装置１０は、相対的に回転移動するナセル１０３（第１構造体）及びタワー１０２（第２構造体）のうち、ナセル１０３に設けられている。

【0055】

図８及び図９に示すように、各駆動装置１０は、ナセル１０３に固定された駆動装置本体２０と、駆動装置本体２０をナセル１０３に固定するボルト３０ａのひずみを検出するひずみセンサ４０とを備える。

【0056】

駆動装置本体２０は、モータ２３と、減速機２５と、ピニオンギア２４ａとを有する。モータ２３は、電源から電力が供給されることで駆動軸４８ａ（すなわち、回転軸）から動力（すなわち、回転力）を出力するモータ駆動部４８と、駆動軸４８ａの回転を制動する電磁ブレーキ５０とを有する。減速機２５は、モータ２３の駆動軸４８ａおよび出力軸２４に接続されている。減速機２５は、駆動軸４８ａから入力されたモータ２３の回転を減速させてトルクを増大させた動力を出力軸２４に出力する。ピニオンギア２４ａは、減速機２５に接続された出力軸２４上に設けられている。ピニオンギア２４ａは、タワー１０２に設けられたリングギア１０７の歯と噛み合っている。ピニオンギア２４ａは、減速機２５によってトルクが増大された動力をリングギア１０７に伝達させることで、リングギア１０７の内周方向に沿って回転しながら移動する。これにより、ピニオンギア２４ａを有する駆動装置本体２０がリングギア１０７の内周方向に沿って移動し、駆動装置本体２０が固定されたナセル１０３がリングギア１０７の中心軸線Ｃｍ回りに旋回する。

【0057】

このような構成を有する各駆動装置１０の駆動により、風車１０１の可動部分の一方であるナセル１０３（第１構造体）を、風車１０１の可動部分の他方であるタワー１０２（第２構造体）に対して回転させることができる。特に上述の風車駆動システム５に含まれる複数の駆動装置１０を同期して動作させることで十分な大きさの駆動力が確保され、重量物であるナセル１０３をタワー１０２に対して適切に回動させることができる。

【0058】

より具体的には、駆動装置１０は、図９に示すように、駆動装置本体２０のフランジ２２に形成された貫通孔２２ａを通過するようにして配置される締結具３０を介してナセル１０３に固定されている。締結具３０は、ボルト３０ａ及びナット３０ｂを有する。ひずみセンサ４０は、治具４９を用いてナセル１０３に固定されている。ひずみセンサ４０は、ボルト３０ａのひずみを検出することで、モータ２３、減速機２５及びピニオンギア２４ａを有する駆動装置１０とリングギア１０７との間に作用する負荷を検出する。すなわち、ひずみセンサ４０は、第１の実施形態で説明したセンサ４の具体的な適用例である。ひずみセンサ４０の取り付け位置としては、ピニオンギア２４ａとリングギア１０７との間における負荷以外の外乱が作用しない場所或いは作用し難い場所が好ましく、具体的には、例えば、ケース２１がより好ましい。

【0059】

図８に示すように、駆動装置１０の出力軸２４は、ケース２１内に回転可能に保持されている。モータ２３は、ケース２１の上部に固定されている。減速機２５は、ケース２１内に収容されている。減速機２５は、モータ２３の回転を減速させてトルクを増大させた動力を出力する構成であれば具体的な態様は特に限定されない。例えば、偏心揺動歯車型の減速機構、遊星歯車型の減速機構、或いは偏心揺動歯車型と遊星歯車型とが組み合わされた減速機構を減速機２５に採用することができる。

【0060】

減速機２５から離間する側となる出力軸２４の端部はケース２１から延出し、出力軸２４のこの延出部分にピニオンギア２４ａが形成されている。図６及び図９に示すように、出力軸２４は、ナセル１０３の底部１０３ａに形成された貫通穴１０３ｂを貫通しており、これにより、ピニオンギア２４ａがリングギア１０７と噛み合うことができる。ピニオンギア２４ａは、リングギア１０７の内歯と噛み合う外歯を有する。駆動装置１０は、出力軸２４の回転軸線Ｃｒと一致する長手方向軸線を有する。駆動装置１０がナセル１０３に固定された状態において、出力軸２４の回転軸線Ｃｒは風車１０１の軸方向ｄｌと平行となる。

【0061】

図８及び図９に示すように、ケース２１は筒状に形成され、その長手方向軸線が回転軸線Ｃｒ上に位置するように配置されている。ケース２１は、回転軸線Ｃｒに沿った両端が開口している。出力軸２４のピニオンギア２４ａは、タワー１０２側のケース２１の開口から露出している。タワー１０２とは反対側のケース２１の開口に、モータ２３が取り付けられている。また、ケース２１はフランジ２２を有している。図７に示す例において、フランジ２２は出力軸２４の回転軸線Ｃｒを中心とする円周ｃｌ３に沿って環状に形成されている。図８及び図９に示すように、フランジ２２には、軸方向ｄｌに延びるように既述した貫通孔２２ａが形成されている。貫通孔２２ａは、出力軸２４の回転軸線Ｃｒを中心とする円周上に多数形成されており、図示された例では１２個の貫通孔２２ａが形成されている。そして、締結具３０は、駆動装置本体２０のフランジ２２に形成された貫通孔２２ａを通過して、フランジ２２を貫通している。図９に示す例において、ボルト３０ａは、駆動装置本体２０のフランジ２２及びナセル１０３の底部１０３ａを貫通する。ナット３０ｂは、ナセル１０３の側からボルト３０ａと噛み合う。ボルト３０ａ及びナット３０ｂの組み合わせによって構成される締結具３０は、駆動装置本体２０の貫通孔２２ａ毎に設けられている。図示の例では、各駆動装置本体２０が、１２個の締結具３０によって、１２箇所でナセル１０３に取り付けられている。

【0062】

なお、締結具３０は図示された例に限られず、ナット３０ｂを用いることに代えて、ボルト３０ａの雄ねじが螺合可能な雌ねじが、ナセル１０３の貫通穴に形成されていてもよい。この場合、締結具３０はボルト３０ａによって構成され、ボルト３０ａの雄ねじがナセル１０３の貫通穴の雌ねじに噛み合うことで、駆動装置本体２０をナセル１０３に固定することができる。

【0063】

ひずみセンサ４０は、第１の実施形態で説明した制御部２２０（図１参照）に電気的に接続されている。ボルト３０ａのひずみの検出結果を示すひずみセンサ４０の出力は、電気信号として制御部２２０に入力される。制御部２２０は、ひずみセンサ４０の出力に基づいて電磁ブレーキ５０によるモータ２３の回転の制動を制御する。

【0064】

例えば、電磁ブレーキ５０は、図１０に示すように構成されていてもよい。図１０に示す例において、電磁ブレーキ５０は、モータ駆動部４８のカバー７２のうち減速部２５と反対側の上端部に取り付けられている。電磁ブレーキ５０は、ハウジング５０ａと、摩擦板５６と、アーマチャ５７と、弾性部材５５と、電磁石５３と、第１摩擦板連結部７７とを有する。

【0065】

ハウジング５０ａは、摩擦板５６、アーマチャ５７、弾性部材５５、電磁石５３及び第１摩擦板連結部７７を収納する構造体である。ハウジング５０ａは、モータ駆動部４８のカバー７２に固定されている。

【0066】

摩擦板５６は、第１摩擦板連結部７７を介してモータ駆動部４８の駆動軸４８ａに連結されている。摩擦板５６の貫通孔には、駆動軸４８ａの上端部が貫通した状態で配置されている。

【0067】

第１摩擦板連結部７７は、スプライン軸７７ａ及びスライド軸７７ｂを有する。スプライン軸７７ａは、キー部材（図示省略）によるキー結合とストッパリング７７ｃによる係合とによって、駆動軸４８ａの上端部の外周に固定されている。スライド軸７７ｂは軸方向へスライド移動可能にスプライン軸７７ａに取り付けられている。また第１摩擦板連結部７７には、スプライン軸７７ａに対するスライド軸７７ｂの軸方向の位置を所定の位置に位置決めするバネ機構（図示省略）が設けられている。スライド軸７７ｂにおけるフランジ状の部分の外周の縁部には摩擦板５６の内周が固定されており、摩擦板５６はスライド軸７７ｂと一体に結合されている。

【0068】

上記の構成を有する電磁ブレーキ５０において、駆動軸４８ａが回転すると、スプライン軸７７ａ、スライド軸７７ｂ及び摩擦板５６も駆動軸４８ａとともに回転する。電磁石５３が励磁された状態では、駆動軸４８ａ及びスプライン軸７７ａに対して軸方向にスライド移動可能に保持されたスライド軸７７ｂ及び摩擦板５６は、バネ機構により、スプライン軸７７ａの軸方向に関して所定位置に位置決めされている。この所定位置に配置されている摩擦板５６は、後述のアーマチャ５７及び摩擦板５８から離間している。

【0069】

アーマチャ５７は、摩擦板５６に当接可能に設けられている。摩擦板５６に当接することで、アーマチャ５７は、駆動軸４８ａの回転を制動する制動力を発生させる。

【0070】

モータ駆動部４８のカバー７２の上端部のうち摩擦板５６に対向する箇所には、摩擦板５８が設けられている。摩擦板５８は、摩擦板５６と当接可能な位置に設置されている。

【0071】

弾性部材５５は、後述する電磁石５３の電磁石本体５３ａに保持されている。弾性部材５５は、電磁石５３側から摩擦板５６側に向かってアーマチャ５７を押圧する。図８に示す例において、弾性部材５５は、電磁石本体５３ａにおいて、駆動軸４８ａを中心とした同心円状に内周側及び外周側の２つの配列で周方向に配置されている。なお、上述の弾性部材５５の配置形態は例示に過ぎず、弾性部材５５は他の配置形態をとってもよい。

【0072】

電磁石５３は、電磁石本体５３ａ及びコイル５１を含み、アーマチャ５７を磁力によって引き付けることによりアーマチャ５７を摩擦板５６から離間させる。

【0073】

電磁石本体５３ａは、アーマチャ５７に対向する側とは反対側の上端部において、ハウジング５１に固定されている。電磁石本体５３ａには、アーマチャ５７に向かって開口する複数の弾性部材保持穴５３ｃが設けられており、これらの弾性部材保持穴５３ｃの各々に弾性部材５５が配置される。コイル５１は、電磁石本体５３ａの内部に設置されている。

【0074】

電磁ブレーキ５０による駆動軸４８ａの回転の制動の解除が行われる際には、制御部２２０のオン信号に応じて電源からコイル５１に電力（すなわち、電流）が供給されて電磁石５３が通電される。電磁石５３が通電されて励磁された状態になると、電磁石５３において発生した磁力によって、アーマチャ５７がコイル５１に引き付けられる。このときアーマチャ５７は、弾性部材５５の弾性力（バネ力）に抗して、電磁石５３に引き付けられる。これにより、アーマチャ５７が摩擦板５６から離間し、駆動軸４８ａの回転の制動が解除される。したがって、電磁石５３が励磁されて駆動軸４８ａの回転の制動が解除された状態では、アーマチャ５７は電磁石本体５３ａに当接した状態となる。

【0075】

一方、電磁ブレーキ５０による駆動軸４８ａの回転の制動が行われる際には、制御部２２２０のオン信号が出力されないことで、電源からコイル５１への電源の供給が遮断される。電源の供給が遮断されることで、電磁石５３は消磁される。電磁石５３が消磁されることで、弾性部材５５の弾性力によってアーマチャ５７が摩擦板５６に向かって押圧され、アーマチャ５７が摩擦板５６に当接する。これにより、アーマチャ５７と摩擦板５６との間で摩擦力が生じ、駆動軸４８ａの回転が制動される。なお、図１０は、電磁石５３が消磁された状態であり、駆動軸４８ａの回転が制動されている状態を示す。

【0076】

また、電磁石５３が消磁されて駆動軸４８ａが制動された状態では、摩擦板５６は、アーマチャ５７から作用する弾性力によって、摩擦板５８にも当接している。したがって電磁石５３が消磁されると、摩擦板５６は、弾性部材５５からの弾性力によって、アーマチャ５７と摩擦板５８との間で挟み込まれた状態となる。これにより、アーマチャ５７と摩擦板５６との間で生じる摩擦力と、摩擦板５６と摩擦板５８との間で生じる摩擦力とによって、駆動軸４８ａの回転が非常に強く制動される。

【0077】

第２の実施形態によれば、電磁ブレーキ５０によって出力軸２４よりもトルクが小さい減速機２５の上流の駆動軸４８ａの回転を制動することで、駆動軸４８ａを電磁ブレーキ５０による少ない制動力で適切に制動することができる。

【0078】

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

【0079】

また、上述した変形例を含む実施の形態で説明した構成の一部を組み合わせたり、置き換えたりすることも可能である。更に、上述した変形例を含む実施の形態で説明した構成の一部のみを適用することも可能である。これらの場合、本明細書に明示されたものの他、それぞれの構成から導かれる特有の構成を有する。

【符号の説明】

【0080】

１０１ 風車
１０２ タワー
１０３ ナセル
２４ａ ピニオンギア
５０ 電磁ブレーキ
１０７ リングギア
２１０ 無接点リレー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】