風力発電設備に用いられる減速装置
【課題】風力発電設備に用いられる減速装置の過回転からの保護と、ある程度の制動力の維持（駆動対象物の過度のふらつきの防止）とを、合理的に且つ安全に両立させる。
【解決手段】風力発電設備１０に用いられる減速装置Ｇ１〜Ｇ４であって、当該減速装置Ｇ１〜Ｇ４の動力伝達経路上に制動機構（制動手段）Ｂ１を備え、前記制動機構Ｂ１が、相対的に回転する２つのメンバのうちより速い速度で回転する継軸（第１メンバ）２６側に設けられたブレーキシュー（第１部材）５４と、前記継軸２６より遅い速度で回転または固定されている（この例では固定）ブレーキドラム（第２部材）５６とを有し、かつ前記継軸２６またはブレーキドラム５６の回転速度が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によってブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が互いに接触し、前記継軸２６の回転速度を低下させる。
【解決手段】風力発電設備１０に用いられる減速装置Ｇ１〜Ｇ４であって、当該減速装置Ｇ１〜Ｇ４の動力伝達経路上に制動機構（制動手段）Ｂ１を備え、前記制動機構Ｂ１が、相対的に回転する２つのメンバのうちより速い速度で回転する継軸（第１メンバ）２６側に設けられたブレーキシュー（第１部材）５４と、前記継軸２６より遅い速度で回転または固定されている（この例では固定）ブレーキドラム（第２部材）５６とを有し、かつ前記継軸２６またはブレーキドラム５６の回転速度が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によってブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が互いに接触し、前記継軸２６の回転速度を低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備に用いられる減速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、風力発電設備のナセル（発電室）のヨー制御、或いは風車ブレードのピッチ制御に用いられる減速装置が開示されている。
【０００３】
また、風力発電設備は、自然環境下に設置されるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。
【０００４】
風力発電設備に用いられる減速装置は、通常はモータの駆動によってナセルのヨー制御や風車ブレードのピッチ制御を行うが、当該巨大な風力負荷が風車ブレードに掛かると、該風車ブレードやナセルが風によって直接動かされてしまい、減速装置の出力軸側から回転が逆に流入してくるという現象が発生する。これにより、「減速装置」は出力軸側から入力が与えられた「増速装置」として機能し、減速装置内の各部材やモータを極めて高速で回転させ、ときに破壊に至らせてしまう。
【０００５】
この特許文献１では、風車ブレード側から設定値以上の過大トルクが入力されて来たときに、スリップカップリングを作動させ、駆動系の動力伝達を遮断して該駆動系の過負荷を防止する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２００７−００９８５４９Ａ１（請求項１、段落［００１５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１におけるスリップカップリングは、駆動系に予め設定された閾値以上の風力負荷が伝達されてくると、減速装置内の動力の伝達そのものを遮断してしまうものであった。そのため、実際問題として、例えば強い風力負荷が掛かるような状況において、該風力負荷に抗してヨー制御が行われているとき（ナセルがある方向に固定・維持されているとき）に、より過大な風力負荷が掛かって減速装置内の動力伝達が遮断されると、駆動系がフリーの状態となってしまうという問題があった。すなわち、動力伝達が遮断されることによって、それまで行われていたナセルの方向の維持ができなくなり、ナセルが風に任せて無制御状態で激しく振れ回る状態が生じてしまうという問題があった。
【０００８】
また、停電時も同様に、駆動系がフリーの状態となってそれまで行われていたナセルの方向の維持ができなくなり、その状態で強い風力負荷が掛かるような状況において、無制御状態のまま激しく振れ回る状態が生じてしまうという問題があった。
【０００９】
この事情は、ピッチ制御のための減速装置においても、「当該減速装置の動力伝達が過負荷によって遮断された場合に、風車ブレードが風に任せて無制御状態で激しくふらつく状態が生じてしまう」という点で同様である。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、風力発電設備の駆動対象物が過度にふらつく状態が生じるのを防止しながら、減速装置を保護することのできる風力発電設備に用いられる減速装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置であって、当該減速装置の動力伝達経路上に制動手段を備え、前記制動手段が、相対的に回転する２つのメンバのうちより速い速度で回転する第１メンバ側に設けられた第１部材と、前記第１メンバより遅い速度で回転または固定されている第２メンバ側に設けられた第２部材とを有し、かつ前記第１メンバの回転速度が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によって前記第１部材と第２部材が互いに接触し、前記第１メンバの回転速度を低下させる構成とされていることにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
駆動対象物の過度なふらつきの防止と減速装置の保護とを両立させるには、動力伝達の遮断と制動力の付与とをバランスさせる必要がある。こうした制御は、例えば、モータ軸、或いは減速装置内の特定の部材の回転速度を検出し、検出された回転速度に応じてクラッチを適度に解放したり制動力を適度に付与したりすることで実現できる。しかし、この手法は、特定の部材の回転速度を検出するために、何らかの「センサ機構」が必要である。ところが、このような過回転や過負荷が問題となるような暴風が吹き荒れている気象状況というのは、同時に激しい雨や頻繁な落雷を伴っていることが多く、停電や電源系、制御系の不良等によってこうしたセンサ機構が必ずしも常に正常に機能するという保証がない。したがって、「荒れた天候時に行う風力発電設備の保護制御」としては必ずしも適正な手法とは言えない。
【００１３】
そこで、本発明では、減速装置の保護機能を発揮させるためのトリガ（モータ軸等の回転速度等）を、「数値的な値」として検出するのではなく、「遠心力による機械的な動き（特定の現象）」として把握するようにしている。しかも、この「遠心力による機械的な動きそのもの」を積極的に利用し、減速装置の回転自体を直接低下させ、駆動系に制動力を与える。これにより、ナセル等の駆動対象物が過度にふらつく状態が生じるのを防止しながら、過回転に因って軸受やモータが破損したり焼損したりしてしまうのを同時に防止できる。
【００１４】
突風や風向の変化に伴って減速装置の出力側から入力されてくる負荷が強いとき程、過度のふらつきを防止するためには強い制動力が必要である。本発明によれば、減速装置の出力側から入力されてくる風力負荷が強ければ強いほど、回転系にそれだけ強い遠心力が発生し、強い制動力が得られる。また、本発明によれば、ただ単に強い制動力を与えるのではなく制動力の付与によって駆動系の回転速度が低下するのに従い、遠心力が弱まってまた回転を許容し得る状態が形成される。そのため、いわゆる停止状態で（完全制動状態で）風力トルクを全面的に受ける状態が回避され、減速装置の各部が過負荷によって破損してしまうのを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、風力発電設備の駆動対象物が過度にふらつく状態が生じるのを防止しながら、減速装置を保護することのできる風力発電設備に用いられる減速装置を提供することをその課題としている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備に用いられる減速装置の全体断面図
【図２】図１の要部拡大断面図
【図３】図１の減速装置の制動機構の構成を示す平面図
【図４】上記減速装置が適用されている風力発電設備の全体構成を示す正面図
【図５】上記減速装置が適用されている風力発電設備のヨー駆動装置の全体概略斜視図
【図６】上記減速装置がヨー駆動装置に用いられている様子を示す断面図
【図７】本発明の他の実施形態の一例に係る風力発電設備に用いられる減速装置の全体断面図
【図８】図７の要部拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備に用いられる減速装置について詳細に説明する。
【００１８】
始めに、当該減速装置が適用されている風力発電設備の概略から説明する。
【００１９】
図４及び図５を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱１１の最上部にナセル（発電室）１２を備える。ナセル１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動装置１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動装置１６が組み込まれている。ヨー駆動装置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、ピッチ駆動装置１６は、ノーズコーン１８に取り付けられる３枚の風車ブレード２０のピッチ角を制御するためのものである。
【００２０】
この実施形態では、ヨー駆動装置１４に本発明が適用されているため、ここではヨー駆動装置１４について説明する。
【００２１】
このヨー駆動装置１４は、モータ２２、出力ピニオン２４付きの４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４、及びそれぞれの出力ピニオン２４と噛合する１個の旋回用内歯歯車２８を備えている。各減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれナセル１２の本体側の所定の位置に固定されている。図６を合わせて参照して、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれの出力ピニオン２４が噛合している旋回用内歯歯車２８は、円筒支柱１１側に固定されており、ヨーベアリング３０の内輪を構成している。ヨーベアリング３０の外輪３０Ａは、ナセル１２の本体１２Ａ側に固定されている。なお、図６の符号２５はヨー駆動装置１４のブレーキ機構である。このブレーキ機構は、ヨー駆動装置を意図的に制動するために備えられているものであるが、なくてもよい。
【００２２】
この構成により、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によって各出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が旋回用内歯歯車２８と噛合しながら旋回用内歯歯車２８の中心３６（図５参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２全体を円筒支柱１１に固定されている旋回用内歯歯車２８の中心３６の周りで旋回させることができる。これにより、ノーズコーン１８を所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。
【００２３】
前記減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは図１を参照して、減速装置Ｇ１について説明する。
【００２４】
減速装置Ｇ１はモータ２２、２段の揺動内接式の初段及び後段減速機構Ｇ１１、Ｇ１２を備える。モータ２２は、減速装置Ｇ１の反負荷側の継ケース２３に取り外し可能に設けられ、該モータ２２が取り付けられることによって形成される密閉空間Ｐ１内に本発明に係る制動機構（制動手段）Ｂ１が組み込まれている。制動機構Ｂ１及びその周辺の構成については、後に詳述する。
【００２５】
以下、動力伝達経路を順に説明していく。
【００２６】
モータ２２のモータ軸２５には、継軸２６がキー２７を介して一体回転可能に組み付けられている。継軸２６は減速装置Ｇ１の初段の減速機構Ｇ１１の入力軸３０と一体化されている。初段の減速機構Ｇ１１は、当該入力軸３０、該入力軸３０に設けられた２つの偏心体３４、該偏心体３４を介して偏心揺動する２枚の外歯歯車３６、該外歯歯車３６が内接噛合する内歯歯車３８を備える。２枚の外歯歯車３６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。内歯歯車３８の内歯は，この実施形態ではピン及びローラで構成されており，内歯歯車本体は、高速側ケーシング体３９と一体化されている。内歯歯車３８の内歯の数（ピン及びローラの数）は、外歯歯車３６の外歯の数より僅かだけ（例えば１だけ）多い。外歯歯車３６には内ピン４０が遊嵌されている。内ピン４０は、初段出力フランジ４２と一体化され、該初段出力フランジ４２は、初段出力軸４４と一体化されている。
【００２７】
この実施形態では、内歯歯車３８が高速側ケーシング体３９と一体化されているため、初段減速機構Ｇ１１の入力軸３０が回転すると外歯歯車３６が偏心体３４を介して揺動し、該外歯歯車３６の内歯歯車３８に対する相対回転（自転）が、内ピン４０及び初段出力フランジ４２を介して初段出力軸４４から（初段減速機構Ｇ１１の出力として）取り出される構成とされている。
【００２８】
初段出力軸４４は、ホロー軸とされており、該ホロー部４４Ａに後段減速機構Ｇ１２の入力軸１３０が接着剤による接着とともに圧入連結されている。後段減速機構Ｇ１２は、細部の構成は若干異なるが，動力伝達系の基本的な構成は、先の初段減速機構Ｇ１１とほぼ同様である。そのため、同一又は、対応する部位に図１中で下２桁が同一の符号を付すに止め、後段減速機構Ｇ１２の詳細な説明は省略する。後段減速機構Ｇ１２の出力軸１４４は、スプライン１４６を介して前出の出力ピニオン２４が固定・連結されており、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回用内歯歯車２８（図５、図６）と噛合する構成とされている。
【００２９】
次に、図２及び図３を合わせて参照して、当該減速装置に組み込まれている制動機構（制動手段）Ｂ１の付近の構成について詳細に説明する。
【００３０】
前述したように、モータ２２は、減速装置Ｇ１の継ケース２３に取り外し可能に設けられている。モータ２２のフロントカバー２２Ａは、継ケース２３のフランジ部２３Ａと図示せぬＯリング等のシール部材を介して密着した状態でボルト（図１にて中心線のみ図示）を介して連結されている。モータ軸２５に嵌着されている継軸２６を継ケース２３に回転自在に支持している軸受５０は、シール機能のあるシール軸受とされている。このため、該モータ２２が継ケース２３に取り付けられことで、モータ２２のフロントカバー２２Ａと継ケース２３とで密閉空間Ｐ１を形成することが可能である。
【００３１】
制動機構Ｂ１はこの密閉空間Ｐ１に収容されている。密閉空間Ｐ１には冷却油が封入されている。すなわち、この実施形態の制動機構Ｂ１は該冷却油の中で作動する「湿式」の制動機構である。なお、前記シール機能を有する軸受５０に隣接して、いわゆる振り切り機構付きのオイルシール５２が組み込まれている。このオイルシール５２は、金属製のベース体５２Ａと、金属製のカバー体５２Ｂとで構成される空間内に、ゴム製の第１シール体５２Ｃ、および該第１シール体５２Ｃに対向する第２シール体５２Ｄを組み込んだものである。第１シール体５２Ｃにはリップ面５２Ｃ１が形成され、第２シール体５２Ｄとの間には狭い迷路（ラビリンス）が形成されている。これにより、これから説明する制動機構Ｂ１側で生じた摩耗粉等が初段減速機構Ｇ１１内に入り込んでくるのを防止している。
【００３２】
本発明に係る制動機構は、第１メンバ側に設けられた第１部材と、第２メンバ側に設けられた第２部材と、を備える。
【００３３】
ここで、第１メンバとは、相対的に回転する２つのメンバのうち、より速い速度で回転するメンバのことである。また、第２メンバとは、第１メンバより遅い回転速度で回転しているメンバのことである。この「より遅い回転速度で回転」の概念には「速度０での回転」すなわち「固定状態」の概念が含まれる。本実施形態では、モータ軸２５に嵌着され、減速装置Ｇ１の入力軸３０と同一の速度で回転している継軸２６が第１メンバに相当している。また、固定状態にある継ケース２３が第２メンバに相当している。
【００３４】
以下、詳述する。
【００３５】
第１メンバたる継軸２６には、前記第１部材に相当する３個のブレーキシュー５４が設けられている。ブレーキシュー５４は、その半径方向外側に軸直角断面が円弧状の第１摩擦部５４Ａを備えている。第２メンバたる継ケース２３には、前記第２部材に相当するブレーキドラム５６がドラム固定ボルト５７を介して固設されている。ブレーキドラム５６は、継ケース２３よりも硬い素材で形成され、ブレーキシュー５４の第１摩擦部５４Ａとほぼ同一の内径で対向する第２摩擦部５６Ａを備えている。
【００３６】
この制動機構Ｂ１は、継軸（第１メンバ）２６が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によってブレーキシュー（第１部材）５４とブレーキドラム（第２部材）５６が互いに接触し、継軸２６の回転速度を低下させる構成とされている。そして、この制動機能を発揮するために、この実施形態では、ガイド機構５８と、ばね機構６０と、を備えている。
【００３７】
ガイド機構５８から説明する。ガイド機構５８は、ブレーキシュー５４を継軸２６に対し円周方向に固定するとともに半径方向に変位可能とするものである。この実施形態では、継軸２６の外周にはスプライン６２を介してブレーキボス６４が嵌着されている。ブレーキボス６４は、止め輪５９を介して該継軸２６に対する軸方向の位置決めがなされている。このブレーキボス６４は、継軸２６の軸心Ｏ１から半径方向に突出・延在された３本のガイド部６４Ａを有している。各ガイド部６４Ａは、継軸２６の軸心Ｏ１と垂直（図３の紙面と垂直）な一対のガイド面６４Ａ１を備えている。一方、ブレーキシュー５４には、その半径方向内側にこのガイド面６４Ａ１に沿って半径方向に摺動可能な被ガイド面５４Ｂが形成されている。被ガイド面５４Ｂは、軸直角断面がコ字形とされ、当該一対のガイド面６４Ａ１に半径方向外側から摺動可能に覆い被さっている。この構成により、ガイド機構５８は、ブレーキシュー（第１部材）５４を、継軸（第１メンバ）２６に対して円周方向に固定するとともに半径方向に変位可能としている。
【００３８】
一方、前記ばね機構６０は、ブレーキシュー５４に対して半径方向内側への付勢力を与えるもので、この実施形態では、隣接し合うブレーキシュー５４、５４を相互に連結するコイルばね６６によって構成されている。各コイルばね６６は、それぞれの自由長よりも引っ張られた状態で各ブレーキシュー５４の組込穴５４Ｃに組み付けられており、各コイルばね６６の引っ張り力の半径方向成分がブレーキシュー５４に対して半径方向内側への付勢力を与えている。
【００３９】
この制動機構Ｂ１は、このような基本構成を有し、コイルばね６６を組み込んだ状態で、ブレーキシュー（第１部材）５４とブレーキドラム（第２部材）５６との間に、所定の隙間δ１（図２参照）が確保されている。この隙間δ１の存在により、継軸（第１メンバ）２６の回転速度が低いときは、ブレーキシュー５４は、ブレーキドラム５６と接触しない状態を維持する。一方、継軸２６の回転速度が予め定められた回転速度を超えると、ブレーキシュー５４に発生する遠心力がコイルばね６６の付勢力に打ち勝って該ブレーキシュー５４が半径方向外側に移動（摺動）して隙間δ１が詰められ、その結果、ブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が摩擦接触して継軸２６の回転速度を低下させる。隙間δ１は、この作用が良好に行われ得るような「大きさ」に設定される。
【００４０】
すなわち、この構成から理解できるように、本発明に係る「第１メンバの回転速度が予め定められた回転速度を超えると」という文言は、『第１メンバの回転速度が（ある）回転速度を超え、それに伴って遠心力によって「機械的な所定の動き（特定の現象）」が生じるようになると』という趣旨で用いられている。換言するならば、当該「予め定められた回転速度」は、前記ブレーキシュー５４の質量や隙間δ１等の設定によって（値自体は不確定にアナログ的）に定められるものであって、特定の数値（ｒｐｍ）としてデジタル的に定められるものではない。定性的には、第１メンバである継軸２６の回転速度が、当該モータ２２が定格回転速度で回転するときの回転速度を明らかに超えた回転速度となったときに隙間δ１が詰められて制動が掛かり始めるような設定が好ましい。
【００４１】
また、モータ２２の定格回転速度を超える回転速度であっても、モータ２２等に損傷の生じるおそれがほとんどない回転速度であれば、ブレーキシュー５４とブレーキドラム５６を接触させない方が、両者の摩耗を低減する観点から好ましい。つまり、モータ２２の定格回転速度よりも高く、かつ損傷のおそれがある程度存在する回転速度で、ブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が接触するように設定するのがよい。具体的には、モータの定格回転速度（同期回転速度）の１１０％以上、好ましくは１３０〜１５０％程度でブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が接触するように設定するのがよい。
【００４２】
例えば、４極モータであれば、定格回転速度は１５００〜１８００ｒｐｍ程度であることから、１６５０ｒｐｍ以上、好ましくは１９５０〜２７００ｒｐｍ程度に設定するのがよい。また、６極モータであれば、同期回転速度が１０００〜１２００ｒｐｍ程度であることから、１１００ｒｐｍ以上、好ましくは１３００〜１８００ｒｐｍ程度に設定するのがよい。
【００４３】
なお、第２メンバは、第１メンバより回転速度が遅ければ、（本実施形態のように）固定メンバであってもよいし、また、回転するメンバであってもよい。第２メンバが回転するメンバであるときに、本制動機構によって第１、第２メンバ間に摩擦制動を掛けると、（回転速度が高くトルクの小さな）第１メンバの方が、より円滑に第２メンバの回転速度に近づく（第１メンバの回転速度が先に低下する）現象が発生する。すると、第２メンバの回転速度は、「第１メンバとの比例関係」を崩せないため、第１メンバの当該低下した回転速度に対応する回転速度にまで低下せざるを得なくなる。その結果、結局、第１、第２メンバの回転速度の双方が共に零に近づくように（比例関係を保って）変化してゆくことになり、第１メンバ（および第２メンバ）の回転速度を低下させることができる。例えば、揺動内接噛合式の遊星歯車機構や単純遊星歯車機構を採用した減速装置等にあっては、入力軸と隣接して出力軸の回転速度と同一の（遅い）回転速度で回転しているキャリヤが存在することが多いため、入力軸を第１メンバ、キャリヤを第２メンバとする構成は有効である。
【００４４】
次に、この風力発電設備に用いられる減速装置の作用を、主に制動機構の作用に着目して説明する。
【００４５】
モータ２２のモータ軸２５が回転すると、モータ軸２５に嵌着されている継軸２６が回転する。継軸２６が回転すると、制動機構Ｂ１のブレーキシュー５４が遠心力を受け、コイルばね６６の付勢力に打ち勝ってブレーキボス６４のガイド面６４Ａ１に沿って半径方向外側に摺動する。
【００４６】
この摺動量は、通常のモータ２２から駆動力が提供されているときには、前記ブレーキシュー（第１部材）５４とブレーキドラム（第２部材）５６との間の隙間δ１よりも小さく、したがって、制動機構Ｂ１は回転系に対して何らの抵抗も与えない。しかしながら、風車ブレード２０側から風力による巨大なトルクが掛かって減速装置Ｇ１が出力側から強制的に「増速駆動」されると、減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）の各部材やモータ２２が、非常に速い回転速度で回転させられ、破損等の危険が生じるようになる。
【００４７】
この実施形態では、継軸２６の回転速度が予め定められた回転速度を超えると、ブレーキシュー５４に掛かる遠心力によって該ブレーキシュー５４がブレーキボス６４のガイド面６４Ａ１に沿って大きく摺動し、ブレーキシュー５４の第１摩擦部５４Ａとブレーキドラム５６の第２摩擦部５６Ａとが摩擦接触するようになる。
【００４８】
第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａの接触圧力は、継軸２６の回転速度が大きければ大きい程高くなるため、風力が強くて減速装置Ｇ１の各部材の過回転の程度が大きい程、第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａでより大きな制動力を得ることができる。この作用は、シールされた密閉空間Ｐ１内に収められた制動機構Ｂ１での（遠心力を利用した）機械的な作用であるため、電源やセンサ、制御回路等を必要としない。換言するならば、たとえ暴風や激しい雨、あるいは頻繁な落雷等が発生しているような悪天候下であっても、非常に信頼性の高い制動機能を得ることができる。
【００４９】
また、スリップカップリングやクラッチの解放等によって減速装置の動力伝達系を開放してしまう制御と異なり、風車ブレード２０やナセル１２が風によって（無制御状態で）激しく揺れ動くことを防止できる。つまり、ナセル１２を旋回させるヨー制御中、あるいは図６に示すブレーキ２５を開放し、ナセル１２を円筒支柱１１に対してフリーな状態としているときに、突風や急激な風向の変化によって、出力ピニオン２４側から過大トルクが入力された場合にも、制動機構Ｂ１により制動がなされるので、過回転による各部の損傷を防止できるとともに、ナセル１２自体が過度にふらつく状態が生じてしまうことも防止できる。
【００５０】
制動機構Ｂ１が機能することによって回転速度が低下させられた減速装置Ｇ１の回転系の運動エネルギは、大きな熱エネルギとして第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａから放出されるが、本実施形態に係る制動機構は、「湿式」であって、熱容量が大きく、また、この放出された熱エネルギを冷却機能を兼ねた潤沢な潤滑剤によって吸収することができる。特に、減速装置の回転系の過回転が問題になる程に風が強い場合には、当該風によるケーシングの冷却効果も期待できる。
【００５１】
また、この実施形態では、モータ２２が取り外し可能であり、制動機構Ｂ１を収容している密閉空間Ｐ１が該モータ２２が取り付けられることによって形成されるようになっていたため、ケーシング構成に無駄がなく、重量軽減、およびコンパクト化が実現できている。
【００５２】
さらに、本実施形態ではブレーキドラム５６が継ケース（ケーシング）２３よりも硬い素材で形成されているため、耐久性があり、また、万一、ブレーキシュー５４やブレーキドラム５６が消耗したとしても、モータ２２を取り外してドラム固定ボルト５７を緩めるだけで該ブレーキドラム５６を交換することができるため、メンテナンスも容易である。
【００５３】
また、ブレーキシュー５４やブレーキドラム５６を交換する場合であっても、例えばブレーキシュー５４およびブレーキボス６４にコイルばね６６が装着されている「セット」を止め輪５９を外して継軸２６にスプライン６２を介して係合するだけで済むため、現地で容易に交換することができる。
【００５４】
また、仮に、制動機構Ｂ１が機能することによって第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａが摺動し、摩耗粉等が発生したとしても、本実施形態ではシール軸受５０に隣接して振り切り機構付きのオイルシール５２が組み込まれているため、当該摩耗粉が減速機構側に入り込むのが効果的に防止されるようになっている。
【００５５】
図７に、上記実施形態の変形例を示す。図８は図７の要部拡大断面図である。この変形例では、上記実施形態と比較して、振り切り機構付きのオイルシールの配置が省略されることによってコストダウンされている。また、給油口７０と排油口７２が配置されることによって冷却油の交換が容易に行えるように構成したことが主な相違点である。その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図７、８中で先の実施形態と同一または類似する部分に同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。
【００５６】
なお、上記実施形態においては、制動機構（制動手段）Ｂ１が収容される密閉空間Ｐ１が、モータ２２が取りつけられることによって初めて形成されるようにしていたが、本発明においては、制動機構を収容する密閉空間を、どのような構成で形成するかについては、特に限定されない。また、そもそも、制動手段は湿式である必要もなく、この場合には、当該密閉空間そのものを必要としない。また、必ずしも第１部材と第２部材がモータを取り外した際に交換できる位置に取り付けられている必要もない。
【００５７】
また、上記実施形態においては、第２部材が（第２メンバたる固定状態の）ケーシングに着脱自在に固定されていたが、本発明においては、ガイド機構やばね機構の構成を含め、制動機構の具体的な構成については特に限定されない。要は、遠心力によって第１部材と第２部材とが互いに接触し、第１メンバの回転速度が低下される構成とされていればよい。
【００５８】
上記実施形態においては、減速装置を構成する減速機構が偏心揺動型の減速機構とされていたが、本発明の減速装置に適用される減速機構は特に限定されるものはなく、例えば単純遊星型の減速機構やウォーム減速機構であってもよい。
【００５９】
上記実施形態においては、制動機構Ｂ１を減速機構よりもモータ側に配置しており、このような構成とすることは、速度変化に対する摩擦損失の変化が大きく、また制動するトルクが小さいため制動機構Ｂ１を小型化できることから好ましいが、本発明においては、制動機構の配置位置は限定されず、モータから出力ピニオンまでの動力伝達系のいずれかの箇所に配置されていればよい。
【００６０】
上記実施形態においては、密閉空間Ｐ１に冷却油が封入されているが、密閉空間Ｐ１に封入されるのは油に限定されず、制動機構Ｂ１の制動性能を損なうことなく冷却可能な液体であれば、どのような液体でもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…風力発電設備
１２…ナセル
１４…ヨー駆動装置
２２…モータ
２３…継ケース（第２メンバ）
２４…出力ピニオン
２６…継軸（第１メンバ）
２８…旋回用内歯歯車
５４…ブレーキシュー
５６…ブレーキドラム
５８…ガイド機構
６０…ばね機構
６６…コイルばね
Ｇ１〜Ｇ４…減速装置
Ｂ１…制動機構（制動手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備に用いられる減速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、風力発電設備のナセル（発電室）のヨー制御、或いは風車ブレードのピッチ制御に用いられる減速装置が開示されている。
【０００３】
また、風力発電設備は、自然環境下に設置されるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。
【０００４】
風力発電設備に用いられる減速装置は、通常はモータの駆動によってナセルのヨー制御や風車ブレードのピッチ制御を行うが、当該巨大な風力負荷が風車ブレードに掛かると、該風車ブレードやナセルが風によって直接動かされてしまい、減速装置の出力軸側から回転が逆に流入してくるという現象が発生する。これにより、「減速装置」は出力軸側から入力が与えられた「増速装置」として機能し、減速装置内の各部材やモータを極めて高速で回転させ、ときに破壊に至らせてしまう。
【０００５】
この特許文献１では、風車ブレード側から設定値以上の過大トルクが入力されて来たときに、スリップカップリングを作動させ、駆動系の動力伝達を遮断して該駆動系の過負荷を防止する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２００７−００９８５４９Ａ１（請求項１、段落［００１５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１におけるスリップカップリングは、駆動系に予め設定された閾値以上の風力負荷が伝達されてくると、減速装置内の動力の伝達そのものを遮断してしまうものであった。そのため、実際問題として、例えば強い風力負荷が掛かるような状況において、該風力負荷に抗してヨー制御が行われているとき（ナセルがある方向に固定・維持されているとき）に、より過大な風力負荷が掛かって減速装置内の動力伝達が遮断されると、駆動系がフリーの状態となってしまうという問題があった。すなわち、動力伝達が遮断されることによって、それまで行われていたナセルの方向の維持ができなくなり、ナセルが風に任せて無制御状態で激しく振れ回る状態が生じてしまうという問題があった。
【０００８】
また、停電時も同様に、駆動系がフリーの状態となってそれまで行われていたナセルの方向の維持ができなくなり、その状態で強い風力負荷が掛かるような状況において、無制御状態のまま激しく振れ回る状態が生じてしまうという問題があった。
【０００９】
この事情は、ピッチ制御のための減速装置においても、「当該減速装置の動力伝達が過負荷によって遮断された場合に、風車ブレードが風に任せて無制御状態で激しくふらつく状態が生じてしまう」という点で同様である。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、風力発電設備の駆動対象物が過度にふらつく状態が生じるのを防止しながら、減速装置を保護することのできる風力発電設備に用いられる減速装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置であって、当該減速装置の動力伝達経路上に制動手段を備え、前記制動手段が、相対的に回転する２つのメンバのうちより速い速度で回転する第１メンバ側に設けられた第１部材と、前記第１メンバより遅い速度で回転または固定されている第２メンバ側に設けられた第２部材とを有し、かつ前記第１メンバの回転速度が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によって前記第１部材と第２部材が互いに接触し、前記第１メンバの回転速度を低下させる構成とされていることにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
駆動対象物の過度なふらつきの防止と減速装置の保護とを両立させるには、動力伝達の遮断と制動力の付与とをバランスさせる必要がある。こうした制御は、例えば、モータ軸、或いは減速装置内の特定の部材の回転速度を検出し、検出された回転速度に応じてクラッチを適度に解放したり制動力を適度に付与したりすることで実現できる。しかし、この手法は、特定の部材の回転速度を検出するために、何らかの「センサ機構」が必要である。ところが、このような過回転や過負荷が問題となるような暴風が吹き荒れている気象状況というのは、同時に激しい雨や頻繁な落雷を伴っていることが多く、停電や電源系、制御系の不良等によってこうしたセンサ機構が必ずしも常に正常に機能するという保証がない。したがって、「荒れた天候時に行う風力発電設備の保護制御」としては必ずしも適正な手法とは言えない。
【００１３】
そこで、本発明では、減速装置の保護機能を発揮させるためのトリガ（モータ軸等の回転速度等）を、「数値的な値」として検出するのではなく、「遠心力による機械的な動き（特定の現象）」として把握するようにしている。しかも、この「遠心力による機械的な動きそのもの」を積極的に利用し、減速装置の回転自体を直接低下させ、駆動系に制動力を与える。これにより、ナセル等の駆動対象物が過度にふらつく状態が生じるのを防止しながら、過回転に因って軸受やモータが破損したり焼損したりしてしまうのを同時に防止できる。
【００１４】
突風や風向の変化に伴って減速装置の出力側から入力されてくる負荷が強いとき程、過度のふらつきを防止するためには強い制動力が必要である。本発明によれば、減速装置の出力側から入力されてくる風力負荷が強ければ強いほど、回転系にそれだけ強い遠心力が発生し、強い制動力が得られる。また、本発明によれば、ただ単に強い制動力を与えるのではなく制動力の付与によって駆動系の回転速度が低下するのに従い、遠心力が弱まってまた回転を許容し得る状態が形成される。そのため、いわゆる停止状態で（完全制動状態で）風力トルクを全面的に受ける状態が回避され、減速装置の各部が過負荷によって破損してしまうのを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、風力発電設備の駆動対象物が過度にふらつく状態が生じるのを防止しながら、減速装置を保護することのできる風力発電設備に用いられる減速装置を提供することをその課題としている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備に用いられる減速装置の全体断面図
【図２】図１の要部拡大断面図
【図３】図１の減速装置の制動機構の構成を示す平面図
【図４】上記減速装置が適用されている風力発電設備の全体構成を示す正面図
【図５】上記減速装置が適用されている風力発電設備のヨー駆動装置の全体概略斜視図
【図６】上記減速装置がヨー駆動装置に用いられている様子を示す断面図
【図７】本発明の他の実施形態の一例に係る風力発電設備に用いられる減速装置の全体断面図
【図８】図７の要部拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備に用いられる減速装置について詳細に説明する。
【００１８】
始めに、当該減速装置が適用されている風力発電設備の概略から説明する。
【００１９】
図４及び図５を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱１１の最上部にナセル（発電室）１２を備える。ナセル１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動装置１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動装置１６が組み込まれている。ヨー駆動装置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、ピッチ駆動装置１６は、ノーズコーン１８に取り付けられる３枚の風車ブレード２０のピッチ角を制御するためのものである。
【００２０】
この実施形態では、ヨー駆動装置１４に本発明が適用されているため、ここではヨー駆動装置１４について説明する。
【００２１】
このヨー駆動装置１４は、モータ２２、出力ピニオン２４付きの４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４、及びそれぞれの出力ピニオン２４と噛合する１個の旋回用内歯歯車２８を備えている。各減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれナセル１２の本体側の所定の位置に固定されている。図６を合わせて参照して、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれの出力ピニオン２４が噛合している旋回用内歯歯車２８は、円筒支柱１１側に固定されており、ヨーベアリング３０の内輪を構成している。ヨーベアリング３０の外輪３０Ａは、ナセル１２の本体１２Ａ側に固定されている。なお、図６の符号２５はヨー駆動装置１４のブレーキ機構である。このブレーキ機構は、ヨー駆動装置を意図的に制動するために備えられているものであるが、なくてもよい。
【００２２】
この構成により、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によって各出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が旋回用内歯歯車２８と噛合しながら旋回用内歯歯車２８の中心３６（図５参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２全体を円筒支柱１１に固定されている旋回用内歯歯車２８の中心３６の周りで旋回させることができる。これにより、ノーズコーン１８を所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。
【００２３】
前記減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは図１を参照して、減速装置Ｇ１について説明する。
【００２４】
減速装置Ｇ１はモータ２２、２段の揺動内接式の初段及び後段減速機構Ｇ１１、Ｇ１２を備える。モータ２２は、減速装置Ｇ１の反負荷側の継ケース２３に取り外し可能に設けられ、該モータ２２が取り付けられることによって形成される密閉空間Ｐ１内に本発明に係る制動機構（制動手段）Ｂ１が組み込まれている。制動機構Ｂ１及びその周辺の構成については、後に詳述する。
【００２５】
以下、動力伝達経路を順に説明していく。
【００２６】
モータ２２のモータ軸２５には、継軸２６がキー２７を介して一体回転可能に組み付けられている。継軸２６は減速装置Ｇ１の初段の減速機構Ｇ１１の入力軸３０と一体化されている。初段の減速機構Ｇ１１は、当該入力軸３０、該入力軸３０に設けられた２つの偏心体３４、該偏心体３４を介して偏心揺動する２枚の外歯歯車３６、該外歯歯車３６が内接噛合する内歯歯車３８を備える。２枚の外歯歯車３６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。内歯歯車３８の内歯は，この実施形態ではピン及びローラで構成されており，内歯歯車本体は、高速側ケーシング体３９と一体化されている。内歯歯車３８の内歯の数（ピン及びローラの数）は、外歯歯車３６の外歯の数より僅かだけ（例えば１だけ）多い。外歯歯車３６には内ピン４０が遊嵌されている。内ピン４０は、初段出力フランジ４２と一体化され、該初段出力フランジ４２は、初段出力軸４４と一体化されている。
【００２７】
この実施形態では、内歯歯車３８が高速側ケーシング体３９と一体化されているため、初段減速機構Ｇ１１の入力軸３０が回転すると外歯歯車３６が偏心体３４を介して揺動し、該外歯歯車３６の内歯歯車３８に対する相対回転（自転）が、内ピン４０及び初段出力フランジ４２を介して初段出力軸４４から（初段減速機構Ｇ１１の出力として）取り出される構成とされている。
【００２８】
初段出力軸４４は、ホロー軸とされており、該ホロー部４４Ａに後段減速機構Ｇ１２の入力軸１３０が接着剤による接着とともに圧入連結されている。後段減速機構Ｇ１２は、細部の構成は若干異なるが，動力伝達系の基本的な構成は、先の初段減速機構Ｇ１１とほぼ同様である。そのため、同一又は、対応する部位に図１中で下２桁が同一の符号を付すに止め、後段減速機構Ｇ１２の詳細な説明は省略する。後段減速機構Ｇ１２の出力軸１４４は、スプライン１４６を介して前出の出力ピニオン２４が固定・連結されており、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回用内歯歯車２８（図５、図６）と噛合する構成とされている。
【００２９】
次に、図２及び図３を合わせて参照して、当該減速装置に組み込まれている制動機構（制動手段）Ｂ１の付近の構成について詳細に説明する。
【００３０】
前述したように、モータ２２は、減速装置Ｇ１の継ケース２３に取り外し可能に設けられている。モータ２２のフロントカバー２２Ａは、継ケース２３のフランジ部２３Ａと図示せぬＯリング等のシール部材を介して密着した状態でボルト（図１にて中心線のみ図示）を介して連結されている。モータ軸２５に嵌着されている継軸２６を継ケース２３に回転自在に支持している軸受５０は、シール機能のあるシール軸受とされている。このため、該モータ２２が継ケース２３に取り付けられことで、モータ２２のフロントカバー２２Ａと継ケース２３とで密閉空間Ｐ１を形成することが可能である。
【００３１】
制動機構Ｂ１はこの密閉空間Ｐ１に収容されている。密閉空間Ｐ１には冷却油が封入されている。すなわち、この実施形態の制動機構Ｂ１は該冷却油の中で作動する「湿式」の制動機構である。なお、前記シール機能を有する軸受５０に隣接して、いわゆる振り切り機構付きのオイルシール５２が組み込まれている。このオイルシール５２は、金属製のベース体５２Ａと、金属製のカバー体５２Ｂとで構成される空間内に、ゴム製の第１シール体５２Ｃ、および該第１シール体５２Ｃに対向する第２シール体５２Ｄを組み込んだものである。第１シール体５２Ｃにはリップ面５２Ｃ１が形成され、第２シール体５２Ｄとの間には狭い迷路（ラビリンス）が形成されている。これにより、これから説明する制動機構Ｂ１側で生じた摩耗粉等が初段減速機構Ｇ１１内に入り込んでくるのを防止している。
【００３２】
本発明に係る制動機構は、第１メンバ側に設けられた第１部材と、第２メンバ側に設けられた第２部材と、を備える。
【００３３】
ここで、第１メンバとは、相対的に回転する２つのメンバのうち、より速い速度で回転するメンバのことである。また、第２メンバとは、第１メンバより遅い回転速度で回転しているメンバのことである。この「より遅い回転速度で回転」の概念には「速度０での回転」すなわち「固定状態」の概念が含まれる。本実施形態では、モータ軸２５に嵌着され、減速装置Ｇ１の入力軸３０と同一の速度で回転している継軸２６が第１メンバに相当している。また、固定状態にある継ケース２３が第２メンバに相当している。
【００３４】
以下、詳述する。
【００３５】
第１メンバたる継軸２６には、前記第１部材に相当する３個のブレーキシュー５４が設けられている。ブレーキシュー５４は、その半径方向外側に軸直角断面が円弧状の第１摩擦部５４Ａを備えている。第２メンバたる継ケース２３には、前記第２部材に相当するブレーキドラム５６がドラム固定ボルト５７を介して固設されている。ブレーキドラム５６は、継ケース２３よりも硬い素材で形成され、ブレーキシュー５４の第１摩擦部５４Ａとほぼ同一の内径で対向する第２摩擦部５６Ａを備えている。
【００３６】
この制動機構Ｂ１は、継軸（第１メンバ）２６が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によってブレーキシュー（第１部材）５４とブレーキドラム（第２部材）５６が互いに接触し、継軸２６の回転速度を低下させる構成とされている。そして、この制動機能を発揮するために、この実施形態では、ガイド機構５８と、ばね機構６０と、を備えている。
【００３７】
ガイド機構５８から説明する。ガイド機構５８は、ブレーキシュー５４を継軸２６に対し円周方向に固定するとともに半径方向に変位可能とするものである。この実施形態では、継軸２６の外周にはスプライン６２を介してブレーキボス６４が嵌着されている。ブレーキボス６４は、止め輪５９を介して該継軸２６に対する軸方向の位置決めがなされている。このブレーキボス６４は、継軸２６の軸心Ｏ１から半径方向に突出・延在された３本のガイド部６４Ａを有している。各ガイド部６４Ａは、継軸２６の軸心Ｏ１と垂直（図３の紙面と垂直）な一対のガイド面６４Ａ１を備えている。一方、ブレーキシュー５４には、その半径方向内側にこのガイド面６４Ａ１に沿って半径方向に摺動可能な被ガイド面５４Ｂが形成されている。被ガイド面５４Ｂは、軸直角断面がコ字形とされ、当該一対のガイド面６４Ａ１に半径方向外側から摺動可能に覆い被さっている。この構成により、ガイド機構５８は、ブレーキシュー（第１部材）５４を、継軸（第１メンバ）２６に対して円周方向に固定するとともに半径方向に変位可能としている。
【００３８】
一方、前記ばね機構６０は、ブレーキシュー５４に対して半径方向内側への付勢力を与えるもので、この実施形態では、隣接し合うブレーキシュー５４、５４を相互に連結するコイルばね６６によって構成されている。各コイルばね６６は、それぞれの自由長よりも引っ張られた状態で各ブレーキシュー５４の組込穴５４Ｃに組み付けられており、各コイルばね６６の引っ張り力の半径方向成分がブレーキシュー５４に対して半径方向内側への付勢力を与えている。
【００３９】
この制動機構Ｂ１は、このような基本構成を有し、コイルばね６６を組み込んだ状態で、ブレーキシュー（第１部材）５４とブレーキドラム（第２部材）５６との間に、所定の隙間δ１（図２参照）が確保されている。この隙間δ１の存在により、継軸（第１メンバ）２６の回転速度が低いときは、ブレーキシュー５４は、ブレーキドラム５６と接触しない状態を維持する。一方、継軸２６の回転速度が予め定められた回転速度を超えると、ブレーキシュー５４に発生する遠心力がコイルばね６６の付勢力に打ち勝って該ブレーキシュー５４が半径方向外側に移動（摺動）して隙間δ１が詰められ、その結果、ブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が摩擦接触して継軸２６の回転速度を低下させる。隙間δ１は、この作用が良好に行われ得るような「大きさ」に設定される。
【００４０】
すなわち、この構成から理解できるように、本発明に係る「第１メンバの回転速度が予め定められた回転速度を超えると」という文言は、『第１メンバの回転速度が（ある）回転速度を超え、それに伴って遠心力によって「機械的な所定の動き（特定の現象）」が生じるようになると』という趣旨で用いられている。換言するならば、当該「予め定められた回転速度」は、前記ブレーキシュー５４の質量や隙間δ１等の設定によって（値自体は不確定にアナログ的）に定められるものであって、特定の数値（ｒｐｍ）としてデジタル的に定められるものではない。定性的には、第１メンバである継軸２６の回転速度が、当該モータ２２が定格回転速度で回転するときの回転速度を明らかに超えた回転速度となったときに隙間δ１が詰められて制動が掛かり始めるような設定が好ましい。
【００４１】
また、モータ２２の定格回転速度を超える回転速度であっても、モータ２２等に損傷の生じるおそれがほとんどない回転速度であれば、ブレーキシュー５４とブレーキドラム５６を接触させない方が、両者の摩耗を低減する観点から好ましい。つまり、モータ２２の定格回転速度よりも高く、かつ損傷のおそれがある程度存在する回転速度で、ブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が接触するように設定するのがよい。具体的には、モータの定格回転速度（同期回転速度）の１１０％以上、好ましくは１３０〜１５０％程度でブレーキシュー５４とブレーキドラム５６が接触するように設定するのがよい。
【００４２】
例えば、４極モータであれば、定格回転速度は１５００〜１８００ｒｐｍ程度であることから、１６５０ｒｐｍ以上、好ましくは１９５０〜２７００ｒｐｍ程度に設定するのがよい。また、６極モータであれば、同期回転速度が１０００〜１２００ｒｐｍ程度であることから、１１００ｒｐｍ以上、好ましくは１３００〜１８００ｒｐｍ程度に設定するのがよい。
【００４３】
なお、第２メンバは、第１メンバより回転速度が遅ければ、（本実施形態のように）固定メンバであってもよいし、また、回転するメンバであってもよい。第２メンバが回転するメンバであるときに、本制動機構によって第１、第２メンバ間に摩擦制動を掛けると、（回転速度が高くトルクの小さな）第１メンバの方が、より円滑に第２メンバの回転速度に近づく（第１メンバの回転速度が先に低下する）現象が発生する。すると、第２メンバの回転速度は、「第１メンバとの比例関係」を崩せないため、第１メンバの当該低下した回転速度に対応する回転速度にまで低下せざるを得なくなる。その結果、結局、第１、第２メンバの回転速度の双方が共に零に近づくように（比例関係を保って）変化してゆくことになり、第１メンバ（および第２メンバ）の回転速度を低下させることができる。例えば、揺動内接噛合式の遊星歯車機構や単純遊星歯車機構を採用した減速装置等にあっては、入力軸と隣接して出力軸の回転速度と同一の（遅い）回転速度で回転しているキャリヤが存在することが多いため、入力軸を第１メンバ、キャリヤを第２メンバとする構成は有効である。
【００４４】
次に、この風力発電設備に用いられる減速装置の作用を、主に制動機構の作用に着目して説明する。
【００４５】
モータ２２のモータ軸２５が回転すると、モータ軸２５に嵌着されている継軸２６が回転する。継軸２６が回転すると、制動機構Ｂ１のブレーキシュー５４が遠心力を受け、コイルばね６６の付勢力に打ち勝ってブレーキボス６４のガイド面６４Ａ１に沿って半径方向外側に摺動する。
【００４６】
この摺動量は、通常のモータ２２から駆動力が提供されているときには、前記ブレーキシュー（第１部材）５４とブレーキドラム（第２部材）５６との間の隙間δ１よりも小さく、したがって、制動機構Ｂ１は回転系に対して何らの抵抗も与えない。しかしながら、風車ブレード２０側から風力による巨大なトルクが掛かって減速装置Ｇ１が出力側から強制的に「増速駆動」されると、減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）の各部材やモータ２２が、非常に速い回転速度で回転させられ、破損等の危険が生じるようになる。
【００４７】
この実施形態では、継軸２６の回転速度が予め定められた回転速度を超えると、ブレーキシュー５４に掛かる遠心力によって該ブレーキシュー５４がブレーキボス６４のガイド面６４Ａ１に沿って大きく摺動し、ブレーキシュー５４の第１摩擦部５４Ａとブレーキドラム５６の第２摩擦部５６Ａとが摩擦接触するようになる。
【００４８】
第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａの接触圧力は、継軸２６の回転速度が大きければ大きい程高くなるため、風力が強くて減速装置Ｇ１の各部材の過回転の程度が大きい程、第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａでより大きな制動力を得ることができる。この作用は、シールされた密閉空間Ｐ１内に収められた制動機構Ｂ１での（遠心力を利用した）機械的な作用であるため、電源やセンサ、制御回路等を必要としない。換言するならば、たとえ暴風や激しい雨、あるいは頻繁な落雷等が発生しているような悪天候下であっても、非常に信頼性の高い制動機能を得ることができる。
【００４９】
また、スリップカップリングやクラッチの解放等によって減速装置の動力伝達系を開放してしまう制御と異なり、風車ブレード２０やナセル１２が風によって（無制御状態で）激しく揺れ動くことを防止できる。つまり、ナセル１２を旋回させるヨー制御中、あるいは図６に示すブレーキ２５を開放し、ナセル１２を円筒支柱１１に対してフリーな状態としているときに、突風や急激な風向の変化によって、出力ピニオン２４側から過大トルクが入力された場合にも、制動機構Ｂ１により制動がなされるので、過回転による各部の損傷を防止できるとともに、ナセル１２自体が過度にふらつく状態が生じてしまうことも防止できる。
【００５０】
制動機構Ｂ１が機能することによって回転速度が低下させられた減速装置Ｇ１の回転系の運動エネルギは、大きな熱エネルギとして第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａから放出されるが、本実施形態に係る制動機構は、「湿式」であって、熱容量が大きく、また、この放出された熱エネルギを冷却機能を兼ねた潤沢な潤滑剤によって吸収することができる。特に、減速装置の回転系の過回転が問題になる程に風が強い場合には、当該風によるケーシングの冷却効果も期待できる。
【００５１】
また、この実施形態では、モータ２２が取り外し可能であり、制動機構Ｂ１を収容している密閉空間Ｐ１が該モータ２２が取り付けられることによって形成されるようになっていたため、ケーシング構成に無駄がなく、重量軽減、およびコンパクト化が実現できている。
【００５２】
さらに、本実施形態ではブレーキドラム５６が継ケース（ケーシング）２３よりも硬い素材で形成されているため、耐久性があり、また、万一、ブレーキシュー５４やブレーキドラム５６が消耗したとしても、モータ２２を取り外してドラム固定ボルト５７を緩めるだけで該ブレーキドラム５６を交換することができるため、メンテナンスも容易である。
【００５３】
また、ブレーキシュー５４やブレーキドラム５６を交換する場合であっても、例えばブレーキシュー５４およびブレーキボス６４にコイルばね６６が装着されている「セット」を止め輪５９を外して継軸２６にスプライン６２を介して係合するだけで済むため、現地で容易に交換することができる。
【００５４】
また、仮に、制動機構Ｂ１が機能することによって第１、第２摩擦部５４Ａ、５６Ａが摺動し、摩耗粉等が発生したとしても、本実施形態ではシール軸受５０に隣接して振り切り機構付きのオイルシール５２が組み込まれているため、当該摩耗粉が減速機構側に入り込むのが効果的に防止されるようになっている。
【００５５】
図７に、上記実施形態の変形例を示す。図８は図７の要部拡大断面図である。この変形例では、上記実施形態と比較して、振り切り機構付きのオイルシールの配置が省略されることによってコストダウンされている。また、給油口７０と排油口７２が配置されることによって冷却油の交換が容易に行えるように構成したことが主な相違点である。その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図７、８中で先の実施形態と同一または類似する部分に同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。
【００５６】
なお、上記実施形態においては、制動機構（制動手段）Ｂ１が収容される密閉空間Ｐ１が、モータ２２が取りつけられることによって初めて形成されるようにしていたが、本発明においては、制動機構を収容する密閉空間を、どのような構成で形成するかについては、特に限定されない。また、そもそも、制動手段は湿式である必要もなく、この場合には、当該密閉空間そのものを必要としない。また、必ずしも第１部材と第２部材がモータを取り外した際に交換できる位置に取り付けられている必要もない。
【００５７】
また、上記実施形態においては、第２部材が（第２メンバたる固定状態の）ケーシングに着脱自在に固定されていたが、本発明においては、ガイド機構やばね機構の構成を含め、制動機構の具体的な構成については特に限定されない。要は、遠心力によって第１部材と第２部材とが互いに接触し、第１メンバの回転速度が低下される構成とされていればよい。
【００５８】
上記実施形態においては、減速装置を構成する減速機構が偏心揺動型の減速機構とされていたが、本発明の減速装置に適用される減速機構は特に限定されるものはなく、例えば単純遊星型の減速機構やウォーム減速機構であってもよい。
【００５９】
上記実施形態においては、制動機構Ｂ１を減速機構よりもモータ側に配置しており、このような構成とすることは、速度変化に対する摩擦損失の変化が大きく、また制動するトルクが小さいため制動機構Ｂ１を小型化できることから好ましいが、本発明においては、制動機構の配置位置は限定されず、モータから出力ピニオンまでの動力伝達系のいずれかの箇所に配置されていればよい。
【００６０】
上記実施形態においては、密閉空間Ｐ１に冷却油が封入されているが、密閉空間Ｐ１に封入されるのは油に限定されず、制動機構Ｂ１の制動性能を損なうことなく冷却可能な液体であれば、どのような液体でもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…風力発電設備
１２…ナセル
１４…ヨー駆動装置
２２…モータ
２３…継ケース（第２メンバ）
２４…出力ピニオン
２６…継軸（第１メンバ）
２８…旋回用内歯歯車
５４…ブレーキシュー
５６…ブレーキドラム
５８…ガイド機構
６０…ばね機構
６６…コイルばね
Ｇ１〜Ｇ４…減速装置
Ｂ１…制動機構（制動手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置であって、
当該減速装置の動力伝達経路上に制動手段を備え、
前記制動手段が、
相対的に回転する２つのメンバのうちより速い速度で回転する第１メンバ側に設けられた第１部材と、前記第１メンバより遅い速度で回転または固定されている第２メンバ側に設けられた第２部材とを有し、かつ
前記第１メンバの回転速度が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によって前記第１部材と第２部材が互いに接触し、前記第１メンバの回転速度を低下させる構成とされている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記減速装置が、その反負荷側に取り外し可能なモータを備え、
前記第１部材と第２部材の少なくとも一方が、該モータを取り外した際に、交換できる位置に取り付けられている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記制動手段が、冷却液で満たされた密閉空間内で作動する湿式の制動手段である
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記減速装置が、その反負荷側に取り外し可能なモータを備え、
前記密閉空間が、前記モータが取り付けられることによって形成される
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記制動機構が、更に、
前記第１部材を、前記第１メンバに対し円周方向に固定するとともに半径方向に変位可能とするガイド機構と、
前記第１部材に対して半径方向内側への付勢力を与えるばね機構と、を備えている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１部材が円周方向に複数備えられ、
前記ばね機構が、隣接する第１部材同士を相互に連結するコイルばねによって構成されている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記第２メンバが、当該減速装置のケーシングであり、
前記第２部材が、該ケーシングに着脱自在に固定されている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２部材が、前記ケーシングよりも硬い素材で形成されている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項１】
風力発電設備側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置であって、
当該減速装置の動力伝達経路上に制動手段を備え、
前記制動手段が、
相対的に回転する２つのメンバのうちより速い速度で回転する第１メンバ側に設けられた第１部材と、前記第１メンバより遅い速度で回転または固定されている第２メンバ側に設けられた第２部材とを有し、かつ
前記第１メンバの回転速度が予め定められた回転速度以上になると、遠心力によって前記第１部材と第２部材が互いに接触し、前記第１メンバの回転速度を低下させる構成とされている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記減速装置が、その反負荷側に取り外し可能なモータを備え、
前記第１部材と第２部材の少なくとも一方が、該モータを取り外した際に、交換できる位置に取り付けられている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記制動手段が、冷却液で満たされた密閉空間内で作動する湿式の制動手段である
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記減速装置が、その反負荷側に取り外し可能なモータを備え、
前記密閉空間が、前記モータが取り付けられることによって形成される
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記制動機構が、更に、
前記第１部材を、前記第１メンバに対し円周方向に固定するとともに半径方向に変位可能とするガイド機構と、
前記第１部材に対して半径方向内側への付勢力を与えるばね機構と、を備えている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１部材が円周方向に複数備えられ、
前記ばね機構が、隣接する第１部材同士を相互に連結するコイルばねによって構成されている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記第２メンバが、当該減速装置のケーシングであり、
前記第２部材が、該ケーシングに着脱自在に固定されている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２部材が、前記ケーシングよりも硬い素材で形成されている
ことを特徴とする風力発電設備に用いられる減速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４０８８５（Ｐ２０１２−１４０８８５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３６１３（Ｐ２０１０−２９３６１３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
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