JP2009257262A - 風車用ヨー駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置を提供する。
【解決手段】ナセル１０２内に配置されるケース１１内で、遊星歯車機構１２が前段部として設けられ、偏心型減速機１３が後段部として設けられる。遊星歯車機構１２は、第１太陽歯車１５、第１キャリア１６、第１遊星歯車１７、リングギア１８、第２太陽歯車１９、第２キャリア２０、第２遊星歯車２１を備える。偏心型減速機１３は、ピン内歯２２、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を備える。モータ１１１の回転軸１１１ａが第２遊星歯車２１に連結され、第１太陽歯車１５がクランク軸２３を回転させる。基部キャリア２５に固定される出力軸１４に、タワー１０１に固定された歯車１０１ａに噛み合うピニオン１１２が取り付けられる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための駆動装置である風車用ヨー（Ｙａｗ）駆動装置に関する。

従来より、風力発電装置として風車が用いられている。この風車として、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。そして、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、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための駆動装置であるヨー駆動装置（風車用ヨー駆動装置）が設けられている。特許文献１においては、タワーの上部でリングギアと噛み合うピニオンを備えて構成されたヨー駆動装置が開示されている。このピニオンがモータにより回転駆動されることで、ナセルの旋回動作が行われる。

上述した風車においては、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。一方で、ヨー駆動装置は、ナセル内にその一部又は全部が配置されるため、ナセル内の他の機器との干渉を避けて配置できる構成であることが必要であるとともに、ナセル内でのヨー駆動装置の取付性を向上させた構成であることも要求される。このため、ヨー駆動装置では、その径方向（回転中心線の方向である軸方向に対して垂直な方向）において小型化した構造、即ち、小径化を図ることが求められる。

これに対し、出力トルクの向上と小径化とを図るために必要な大きい減速比を実現可能な減速機として、特許文献２に開示されているように、偏心型減速機として構成された産業用ロボットの関節駆動装置が知られている。この特許文献２に開示された駆動装置（産業用ロボットの関節駆動装置）においては、偏心して回転する外歯歯車と、外歯歯車が噛み合う内歯歯車とが設けられており、内歯歯車にはピン状の部材として形成された複数のピン内歯が設けられている。

特開２００１−２８９１４９号公報（第４頁、第１図） 特開２００４−２９９０００号公報（第６−７頁、第１図、第３図）

特許文献１に開示されたヨー駆動装置に、特許文献２に開示された駆動装置を風車用ヨー駆動装置として用いることで、ヨー駆動装置において出力トルクの向上とともに小径化を図ることが考えられる。一方、風車の耐久性は数十年以上であることが一般的であるため、風車用ヨー駆動装置においても同等の耐久性が要求される。しかしながら、特許文献２に開示された駆動装置を小径化してヨー駆動装置として用いると、ピン内歯の径も小さくなってしまうため、各ピン内歯に作用する負荷が相対的に大きくなってしまい、ヨー駆動装置の耐久性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置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発明に係る風車用ヨー駆動装置は、風車のナセルを旋回させる風車用ヨー駆動装置であって、風車のナセル内に少なくとも一部が配置されたケースと、前記ケースの内周に配置され、ピン状の部材として形成された複数のピン内歯と、前記ケースに収納されるとともに、前記ピン内歯に噛み合う外歯が外周に設けられた外歯歯車と、前記外歯歯車に形成されたクランク用孔を貫通し、回転することで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を回転自在に保持する基部キャリアと、前記クランク軸の他端側を回転自在に保持する端部キャリアと、前記基部キャリアに固定され、前記基部キャリアと前記端部キャリアとを連結する支柱と、前記基部キャリアに固定され、風車のタワーに固定された歯車に噛み合うピニオンが取り付けられる出力軸と、前記クランク軸を回転させる第１太陽歯車と、前記第１太陽歯車に連結された第１キャリアと、前記第１キャリアに回転自在に保持された第１遊星歯車と、前記ケースに固定され、内周側で前記第１遊星歯車に噛み合うリングギアと、前記第１遊星歯車に噛み合う第２太陽歯車と、前記第２太陽歯車に連結された第２キャリアと、前記第２キャリアに回転自在に保持され、モータの回転軸が連結される第２遊星歯車と、を備えていることを特徴とする。

この発明によると、モータからの回転駆動力が、第２遊星歯車、第２キャリア、第２太陽歯車、リングギア、第１遊星歯車、第１キャリア、及び第１太陽歯車を備えて構成される遊星歯車機構を介してクランク軸に伝達される。そして、クランク軸の回転に伴って外歯歯車がケースの内周に配置されたピン内歯と噛み合いながら偏心して回転し、支柱を介して連結されてクランク軸を回転自在に保持する基部キャリア及び端部キャリアとともに出力軸が回転する。風車のタワーに固定された歯車と噛み合うピニオンが取り付けられた出力軸が回転することで、ケースが配置されたナセルが旋回することになる。

よって、この発明によると、モータからの回転駆動力が先に伝達される減速機部分である前段部として設けられた遊星歯車機構と、前段部からの入力により作動する減速機部分である後段部として設けられた偏心型減速機とを備えるヨー駆動装置を構成できるため、高い減速比を確保することができ、出力トルクの向上を図ることができる。そして、前段部として遊星歯車機構が設けられ、さらに、この遊星歯車機構が２段の遊星歯車段を備える機構として設けられているため、前段部での減速比を大きく確保することができる。このため、後段部の偏心型減速機における減速比を相対的に小さくでき、外歯歯車及びピン内歯における減速比を小さくすることができる。これにより、各ピン内歯と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ピン内歯の径を小さくすることができ、ヨー駆動装置の小径化を図ることができる。ヨー駆動装置の小径化が図られることで、ナセル内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置を配置することが容易になり、さらに、ナセル内でのヨー駆動装置の取付性を向上させることができる。また、上述のようにピン内歯と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ヨー駆動装置の耐久性が低下してしまうことも防止できる。

従って、本発明によると、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置を提供することができる。

第２発明に係る風車用ヨー駆動装置は、第１発明の風車用ヨー駆動装置において、前記第１太陽歯車は、前記クランク軸に対して回転中心線が一致する同軸上に配置され、前記クランク軸に固定されていることを特徴とする。

この発明によると、第１太陽歯車がクランク軸に対して同軸上で固定される。このため、第１太陽歯車からクランク軸への駆動力の伝達においてスパーギア等の他の歯車要素などが使用されないため、部品点数を削減できる。そして、前段部の遊星歯車機構と後段部の偏心型減速機とがその間において他の歯車要素等が介在せずに連結されるため、ヨー駆動装置の寸法を軸方向においても短くすることができる。これにより、ナセル内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置を配置することをさらに容易にすることができる。

第３発明に係る風車用ヨー駆動装置は、第２発明の風車用ヨー駆動装置において、前記第１太陽歯車は、前記クランク軸の他端側が配置される前記端部キャリアの内側において、前記クランク軸の他端側に嵌め込まれて当該クランク軸に固定されていることを特徴とする。

この発明によると、第１太陽歯車が端部キャリアの内側においてクランク軸に対して嵌め込まれて固定される。このため、前段部の遊星歯車機構と後段部の偏心型減速機との連結部が端部キャリアの内側に位置することで、前段部と後段部とがさらに接近して配置されることになり、ヨー駆動装置の寸法を軸方向においてさらに短くすることができる。

本発明によると、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置を提供することができる。

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、本発明の実施形態に係る風車用ヨー駆動装置は、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための首振り用の駆動装置として広く適用することができるものである。

（風車及びナセルの構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る風車用ヨー駆動装置１（以下、単に「ヨー駆動装置１」という）が適用される風車１００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１００は、タワー１０１、ナセル１０２、ブレード１０３、ナセル１０２内に配置される発電機１０７等の機器などを備えて構成されている。尚、図１においては、ナセル１０２については内部構造を模式的に図示している。タワー１０１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１０１の上部には、外周または内周に歯が設けられたリングギアとして形成された歯車１０１ａが固定されている。そして、タワー１０１の上部にはナセル１０２が設置されている。

ナセル１０２は、タワー１０１の上部の歯車１０１ａと噛み合うピニオン１１２（図２、図３参照）が取り付けられる後述のヨー駆動装置１によりタワー１０１に対して略水平面内で旋回するように設置されている。そして、ナセル１０２には複数枚（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、これらのブレード１０３はナセル１０２に対して均等角度に放射状に延びるように取り付けられている。また、ナセル１０２の内部には、動力伝達軸１０４、増速機１０５、ブレーキ装置１０６、発電機１０７、変圧器１０８、ヨー駆動装置１などが配置されている。動力伝達軸１０４はハブ１０９を介してブレード１０３に連結されており、ブレード１０３が風力により回転することで、動力伝達軸１０４も回転する。そして、動力伝達軸１０４の回転駆動力が増速機１０５でその回転速度が増速されるとともにブレーキ装置１０６で適宜調整されて発電機１０７へと入力される。これにより、発電機１０７において発電が行われ、その発電された電力が、変圧器１０８と、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１１０とを経て地上の変電設備等に送電されることになる。

（風車用ヨー駆動装置の全体構成）
次に、本実施形態に係るヨー駆動装置１について説明する。図２は、ナセル１０２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って、ヨー駆動装置１の配置を示す図である。尚、図２では、ナセル１０２内におけるヨー駆動装置１及び歯車１０１ａ以外の要素を省略している。また、図３は、ヨー駆動装置１を示す断面図である。

図１乃至図３に示すように、ヨー駆動装置１は、ナセル１０２内において、タワー１０１の歯車１０１ａの周囲の複数個所（本実施形態では、４箇所）に配置されている。このヨー駆動装置１は、ケース１１、遊星歯車機構１２、偏心型減速機１３、出力軸１４等をそなえて構成され、ケース１１においてナセル１０２に対してボルト１１３（図３において破線で図示）を介して取り付けられる。そして、ヨー駆動装置１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に対してピニオン１１２が取り付けられ、上側に配置された他端側においてケース１１に対してモータ１１１が取り付けられる。尚、図３においては、ヨー駆動装置１の回転中心線Ｐ（即ち、モータ１１１及び出力軸１４の回転中心線）を一点鎖線で示しており、この回転中心線Ｐに対して左側に表した断面と右側に表した断面とで周方向（回転中心線Ｐを中心とした周方向）における異なる角度の断面を図示している。また、後述する図４及び図５においても同様に、回転中心線Ｐに対して左側と右側とで周方向における異なる角度の断面を図示している。

ヨー駆動装置１においては、上側に配置されたモータ１１１から入力された回転をケース１１内に配置された遊星歯車機構１２及び偏心型減速機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１１２に出力する。ピニオン１１２は、スプライン結合を介して出力軸１４に固定されており、さらに、タワー１０１の上部に固定された歯車１０１ａに噛み合うように配置されている。そして、ケース１１にてナセル１０２に取り付けられたヨー駆動装置１が作動してピニオン１１２が回転することにより、ヨー駆動装置１が歯車１０１ａの周囲に沿って移動するとともにナセル１０２がタワー１０１の上部に対して旋回することになる。

また、ヨー駆動装置１のケース１１は、ナセル１０２内に配置されており（図１、図２参照）、筒状の第１ケース部１１ａと、複数（本実施形態では、３つ）のリング状の部材が直列に結合されて構成される第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（図３参照）。そして、ケース１１の内部には、遊星歯車機構１２、偏心型減速機１３、出力軸１４の一部などが収納されている。尚、第２ケース部１１ｂの内側に遊星歯車機構１２が配置され、第１ケース部１１ａの内側に偏心型減速機１３が配置されており、遊星歯車機構１２、偏心型減速機１３、及び出力軸１４は、ヨー駆動装置１の回転中心線Ｐの方向である軸方向に沿って直列に配置されている。また、ケース１１は、出力側である一端側（第１ケース部１１ａの端部側）が開口形成され、入力側である他端側（第２ケース部１１ｂの端部側）には前述のようにモータ１１１が固定されている。

（遊星歯車機構の構成）
図３に示すように、ケース１１内に配置される遊星歯車機構１２は、モータ１１１からの回転駆動力が先に伝達される減速機部分である前段部として設けられている。図４は、図３における遊星歯車機構１２及びその近傍を拡大して示す断面図である。図３及び図４に示すように、遊星歯車機構１２は、第１太陽歯車（本実施形態では、スプライン）１５、第１キャリア１６、第１遊星歯車１７、リングギア１８、第２太陽歯車１９、第２キャリア２０、第２遊星歯車２１等を備えて構成されている。そして、この遊星歯車機構１２は、第１太陽歯車１５、第１キャリア１６、及び第１遊星歯車１７を備えて構成される１段目の遊星歯車段と、第２太陽歯車１９、第２キャリア２０、及び第２遊星歯車２１を備えて構成される２段目の遊星歯車段とを有する２段の遊星歯車機構として設けられている。尚、モータ１１１からの回転駆動力は２段目の遊星歯車段に伝達され、１段目の遊星歯車段から偏心型減速機１３に回転駆動力が伝達される。

図４によく示すように、入力側に位置する２段目の遊星歯車段における第２遊星歯車２１は、ケース１１の他端側からケース１１の内部に向かって突出するように配置されたモータ１１１の回転軸１１１ａの周囲に複数個（本実施形態では、３個）配置されている。この第２遊星歯車２１は、プラネタリギアとして形成されており、回転軸１１１ａに対してヨー駆動装置１の径方向（回転中心線Ｐを中心としてヨー駆動装置１の軸方向に対して垂直な方向）に位置するように配置されている。また、モータ１１１の回転軸１１１ａには、その端部の外周において歯車が形成されており、この回転軸１１１ａの端部の歯車と各第２遊星歯車２１とが噛み合うことで、回転軸１１１ａと各第２遊星歯車２１とが連結されている。

第２キャリア２０は、複数の第２遊星歯車２１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。そして、第２キャリア２０は、複数の第２遊星歯車２１を回転軸１１１ａを中心とした周方向に沿って均等角度の位置に保持している。この第２キャリア２０には、中心部で貫通孔を形成する内周部分においてスプライン溝としての歯車部分が形成されている。

第２太陽歯車１９は、回転中心線Ｐに沿ってその軸方向が位置するように配置されており、その一端側の外周において第１遊星歯車１７と噛み合う歯車が形成されている。また、第２太陽歯車１９は、その他端側の外周において第２キャリア２０の内周のスプライン溝と嵌まり合うスプライン歯としての歯車部分が形成されており、これにより、第２キャリア２０とスプライン結合により連結されている。

リングギア１８は、第２ケース部１１ｂを構成するよう直列に結合された３つのリング状の部材のうちの中間に位置した部材に対して、一体に形成されるとともにその内周部分に形成された歯車として設けられている。そして、このリングギア１８は、ケース１１に対して一体に形成されることでケース１１に固定されるとともに、内周側で第２遊星歯車２１及び第１遊星歯車１７に噛み合うように構成されている。尚、リングギア１８は、ケース１１に対して別部材として形成されてケース１１に対して固定されてもよい。

図４によく示すように、遊星歯車機構１２において出力側に位置する１段目の遊星歯車段における第１遊星歯車１７は、第２太陽歯車１９の周囲に複数個（本実施形態では、４個）配置されており、第２太陽歯車１９に対してヨー駆動装置１の径方向に位置するように配置されている。そして、この第１遊星歯車１７は、プラネタリギアとして形成されており、第２太陽歯車１９に噛み合うように配置されている。

第１キャリア１６は、複数の第１遊星歯車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。そして、第１キャリア１６は、複数の第１遊星歯車１７を第２太陽歯車１９を中心とした周方向に沿って均等角度の位置に保持している。この第１キャリア１６には、中心部で貫通孔を形成する内周部分においてスプライン溝としての歯車部分が形成されている。

第１太陽歯車１５は、回転中心線Ｐに沿ってその軸方向が位置するように配置されている。そして、第１太陽歯車１５は、その一端側の外周には、後述する偏心型減速機１３のクランク軸２３に固定されるためのスプライン歯としての歯車部分が形成されている。一方、第１太陽歯車１５の他端側の外周には、第１キャリア１６の内周のスプライン溝と嵌まり合うスプライン歯としての歯車部分が形成されており、これにより、第１太陽歯車１５と第１キャリア１６とがスプライン結合により連結されている。尚、第１太陽歯車１５は、上述のようにクランク軸２３に固定されることで、クランク軸２３を回転させるように構成されている。そして、第１太陽歯車１５は、クランク軸２３に対して回転中心線が一致する同軸上に配置され（即ち、第１太陽歯車１５及びクランク２３とも回転中心線Ｐ上に配置され）、クランク軸２３に固定されている。

（偏心型減速機の構成）
図３によく示すように、ケース１１内に配置される偏心型減速機１３は、前段部である遊星歯車機構１２から入力される回転駆動力により作動して出力軸１４に対して回転を伝達する減速機部分である後段部として設けられている。図５は、図３における偏心型減速機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、偏心型減速機１３は、ピン内歯２２、クランク軸２３、ガイドクランク軸２４、基部キャリア２５、端部キャリア２６、支柱２７、外歯歯車２８、支柱ボルト２９等を備えて構成されている。この偏心型減速機１３は、径方向における中心である回転中心線Ｐ上にクランク軸２３が配置されたセンタクランクタイプの偏心型減速機として構成されている。

ピン内歯２２は、図５によく示すように、ピン状の部材（丸棒状の部材）として形成され、ケース１１の内周に沿って複数配置されている。ピン内歯２２は、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の内周において等間隔でケース１１に対して嵌め込まれた状態で配列され、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。

クランク軸２３は、図５によく示すように、その回転中心線が、ヨー駆動装置１の回転中心線Ｐと一致するように配置され（即ち、軸方向が一致するように配置され）、第１太陽歯車１５の回転中心線とも一致するように配置されている。そして、このクランク軸２３は、外歯歯車２８に形成されたクランク用孔３０を貫通するように配置されており、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。

また、クランク軸２３は、第１カム部分２３ａ、第２カム部分２３ｂ、第１軸部２３ｃ、及び第２軸部２３ｄを備えて構成されており、第１軸部２３ｃ、第１カム部分２３ａ、第２カム部分２３ｂ、第２軸部２３ｄの順番で直列に設けられている。そして、第１カム部分２３ａ及び第２カム部分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ており、それぞれの中心位置がクランク軸２３の回転中心線（第１軸部２３ｃ及び第２軸部２３ｄの中心位置）に対して偏心するように設けられている。クランク軸２３の一端側に配置された第１軸部２３ｃは後述する基部キャリア２５に対してころ軸受３４を介して回転自在に保持されており、他端側に配置された第２軸部２３ｄは後述する端部キャリア２６に対してころ軸受３５を介して回転自在に保持されている。また、クランク軸２３の他端側の第２軸部２３ｄには、遊星歯車機構１２の第１太陽歯車１５の一端側が嵌め込まれる嵌合穴が他端側に向かって開口形成されており、この嵌合穴の内周には第１太陽歯車１５の一端側に形成されたスプライン歯と嵌まり合うスプライン溝が形成されている。これにより、第１太陽歯車１５がクランク軸２３に対してスプライン結合により固定されている。

ガイドクランク軸２４は、図５によく示すように、クランク軸２３の周囲においてクランク軸２３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４つ）配置されており、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。そして、各ガイドクランク軸２４は、外歯歯車２８に形成されたガイドクランク用孔３９をそれぞれ貫通するように配置されており、クランク軸２３の回転に伴う外歯歯車２８の回転とともに回転（自転）しながら公転動作を行う軸部材として設けられている。

また、各ガイドクランク軸２４は、第１カム部分２４ａ、第２カム部分２４ｂ、第１軸部２４ｃ、及び第２軸部２４ｄを備えて構成されており、第１軸部２４ｃ、第１カム部分２４ａ、第２カム部分２４ｂ、第２軸部２４ｄの順番で直列に設けられている。そして、第１カム部分２４ａ及び第２カム部分２４ｂ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ており、それぞれの中心位置がガイドクランク軸２４の回転中心線（第１軸部２４ｃ及び第２軸部２４ｄの中心位置）に対して偏心するように設けられている。これらの第１カム部分２４ａ及び第２カム部分２４ｂは、クランク軸２３の第１カム部分２３ａ及び第２カム部分２３ｂにそれぞれ対応する位置で偏心するように配置されている。ガイドクランク軸２４の一端側に配置された第１軸部２４ｃは基部キャリア２５に対してころ軸受４１を介して回転自在に保持されており、他端側に配置された第２軸部２４ｄは端部キャリア２６に対してころ軸受４２を介して回転自在に保持されている。

基部キャリア２５は、図３及び図５に示すように、その一端側において出力軸１４と一体に形成され、ケース１１内に配置されている。また、基部キャリア２５には、支柱２７の一端側を保持する支柱保持穴３３が回転中心線Ｐを中心とした周方向に沿って均等角度の位置に形成されている。そして、基部キャリア２５は、その外周側においてころ軸受３６を介してケース１１における第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。尚、ころ軸受３６は、基部キャリア２５に対して固定される位置決め部材４４によって基部キャリア２５に対する位置が規定され、その一端側が位置決め部材４４に係合し、その他端側が第１ケース部１１ａの一端側に係合した状態で配置されている。また、基部キャリア２５は、その他端側において、クランク軸２３の一端側をその第１軸部２３ｃにてころ軸受３４を介して回転自在に保持するとともに、各ガイドクランク軸２４の一端側をその第１軸部２４ｃにてころ軸受４１を介して回転自在に保持している。尚、本実施形態では、出力軸１４は、基部キャリア２５に一体に形成されることで、基部キャリア２５に対して固定されている。

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と連結されており、円板状の部材として設けられている。この端部キャリア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における第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。そして、端部キャリア２６には、その中心部にクランク軸２３の他端側の第２軸部２３ｄが配置される中心貫通孔４３が形成されており、この中心貫通孔４３においてクランク軸２３の他端側がその第２軸部２３ｄにてころ軸受３５を介して回転自在に保持されている。また、端部キャリア２６には、ガイドクランク軸２４の他端側の第２軸部２４ｄをころ軸受４２を介して回転自在に保持する孔と、支柱２７の他端側が貫通状態で係合する支柱用孔３２とが、中心貫通孔４３の周囲にその周方向に沿って交互に配置されるよう形成されている。尚、回転中心線Ｐの方向における、クランク軸２３の他端側が配置される端部キャリア２６の中心貫通孔４３の内側の位置において、第１太陽歯車１５がクランク軸２３の他端側に嵌め込まれて固定されている。

支柱２７は、図３及び図５に示すように、円筒状の部材として設けられ、中心を貫通する貫通孔は支柱ボルト２９が挿通される支柱ボルト孔４７として形成されている。そして、支柱２７は、クランク軸２３の周囲においてクランク軸２３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４つ）配置されており、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とガイドクランク軸２４とは、クランク軸２３を中心とした周方向に沿って交互に配置されている。また、各支柱２７は、その一端側の端部が基部キャリア２５に形成された支柱保持孔３３に嵌め込まれて配置されている。そして、各支柱２７には、一端側の端部から他端側にかけて延びる円筒状の周囲側面として形成された外周部４５と、他端側の端部に設けられて外周部４５よりも直径が大きく拡径した部分として形成された大径部４６とが形成されている。

支柱ボルト２９は、図３及び図５に示すように、雄ネジ部分として形成されたネジ部２９ａが一端側に設けられ、六角レンチ等で締め付けるための六角穴付のネジ頭部分が他端側に設けられている。この支柱ボルト２９及び支柱２７により基部キャリア２５と端部キャリア２６とが連結される。基部キャリア２５と端部キャリア２６との連結の際には、まず、支柱用孔３２に対して支柱２７が一端側から挿入される。支柱用孔３２には支柱２７の外周部４５及び大径部４６の外形に対応した段部が形成されており、外周部４５が支柱用孔３２に挿通されるとともに、大径部４６が支柱用孔３２の段部と係合する。この状態で、支柱２７の一端側が基部キャリア２５の支柱保持穴３３に嵌め込まれ、さらに、支柱ボルト２９が支柱２７の支柱ボルト孔４７に挿通される。そして、基部キャリア２５の支柱保持穴３３の中心部分には雌ネジ部分としてのネジ孔部がさらに形成されており、このネジ孔部に対して支柱ボルト２９の一端側のネジ部２９ａが螺合するようにねじ込まれる。このときの支柱ボルト２９による締め付け力によって、支柱２７は、一端側の端部において基部キャリア２５に固定されるとともに、他端側の端部の大径部４６を支柱用孔３２の段部に係合させて端部キャリア２６に締め付け力を作用させ、基部キャリア２５と端部キャリア２６とを連結するように構成されている。尚、基部キャリア２５と端部キャリア２６とを連結する上記の締め付け力は、位置決め部材４４、ころ軸受３６、ケース１１の第１ケース部１１ａ、及び玉軸受３７を介して作用することになる。

外歯歯車２８は、図５によく示すように、平行に重ねられた状態でケース１１内に収納される第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂを備えて構成されている。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、ガイドクランク軸２４が貫通するガイドクランク用孔３９、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、ガイドクランク用孔３９、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の中心部に配置されている。このクランク用孔３０は、第１外歯歯車２８ａにおいては第１カム部分２３ａを、第２外歯歯車２８ｂにおいては第２カム部分２３ｂを、それぞれニードル軸受３８を介して保持している。ガイドクランク用孔３９は、円形孔として形成され、ガイドクランク軸２４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４つ）配置されている。このガイドクランク用孔３９は、第１外歯歯車２８ａにおいては第１カム部分２４ａを、第２外歯歯車２８ｂにおいては第２カム部分２４ｂを、それぞれニードル軸受４０を介して保持している。支柱貫通孔４８は、円形孔として形成され、支柱２７に対応して外歯歯車２８の周方向に沿って均等角度の位置に複数（本実施形態では４つ）配置されている。そして、支柱貫通孔４８は、ガイドクランク用孔３９と外歯歯車２８の周方向において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。

尚、外歯歯車２８、クランク軸２３、ガイドクランク軸２４が上述のように配設されているため、第１太陽歯車１５から回転駆動力が伝達されてクランク軸２３が回転すると、このクランク軸２３の回転に伴い第１カム部分２３ａ及び第２カム部分２３ｂから外歯歯車２８に対して荷重が作用する。この荷重により、外歯歯車２８（第１外歯歯車２８ａ、第２外歯歯車２８ｂ）が揺動して回転し、この外歯歯車２８の揺動回転に対応してガイドクランク軸２４が自転しながら公転動作を行うことになる。尚、ガイドクランク軸２４の公転動作が回転中心線Ｐを中心として行われるように、クランク軸２３及びガイドクランク軸２４のカム部分（２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ）の径寸法、位置及び位相等は適宜調整されている。

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。外歯歯車２８（２８ａ、２８ｂ）の外歯３１の歯数は、ピン内歯２２の歯数よりも１個或いは数個程度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（第１外歯歯車２８ａ、第２外歯歯車２８ｂ）が偏心して揺動回転するように構成されている。

（風車用ヨー駆動装置の作動）
次に、上述したヨー駆動装置１の作動について説明する。ヨー駆動装置１は、風車１００において、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１０２の向きを風向きに応じて旋回させる旋回指令を発してモータ１１１を運転させることにより、作動する。上記旋回指令に基づいてモータ１１１の運転が開始されると、モータ１１１の回転軸１１１ａが回転する。回転軸１１１ａが回転すると、これに連結された第２遊星歯車２１がリングギア１８と噛み合いながら回転するとともに公転動作を行う。これにより、第２キャリア２０が回転し、この第２キャリア２０に連結された第２太陽歯車１９が回転する。そして、第２太陽歯車１９が回転すると、これに噛み合う第１遊星歯車１７がリングギア１８と噛み合いながら回転するとともに公転動作を行う。これにより、第１キャリア１６が回転し、この第１キャリア１６に連結された第１太陽歯車１５が回転する。

第１太陽歯車１５が回転すると、この第１太陽歯車１５が他端側の端部で固定されたクランク軸２３が回転し、このクランク軸２３とともに第１カム部分２３ａ及び第２カム部分２３ｂが回転する。この回転に伴って、前述のように、第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂがピン内歯２２と噛み合いをずらしながら偏心して回転する。そして、第１外歯歯車２８ａ及び第２外歯歯車２８ｂの偏心回転に伴って、ニードル軸受４０で外歯歯車２８に回転保持されたガイドクランク軸２４も回転中心線Ｐを中心として公転動作を行う。これにより、支柱２７及び支柱ボルト２９で連結され、クランク軸２３及びガイドクランク軸２４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１１２から出力されることになる。そして、タワー１０１に固定された歯車１０１ａに対してピニオン１１２が噛み合いながら回転することで、ヨー駆動装置１が取り付けられたナセル１０２の旋回動作が行われることになる。

（風車用ヨー駆動装置の効果）
以上説明したヨー駆動装置１によると、前段部として設けられた遊星歯車機構１２と、後段部として設けられた偏心型減速機１３とを備えるヨー駆動装置を構成できるため、高い減速比を確保することができ、出力トルクの向上を図ることができる。そして、前段部として遊星歯車機構１２が設けられ、さらに、この遊星歯車機構１２が２段の遊星歯車段を備える機構として設けられているため、前段部での減速比を大きく確保することができる。このため、後段部の偏心型減速機１３における減速比を相対的に小さくでき、外歯歯車２８及びピン内歯２２における減速比を小さくすることができる。これにより、各ピン内歯２２と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ピン内歯２２の径を小さくすることができ、ヨー駆動装置１の小径化を図ることができる。ヨー駆動装置１の小径化が図られることで、ナセル１０２内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置１を配置することが容易になり、さらに、ナセル１０２内でのヨー駆動装置１の取付性を向上させることができる。また、上述のようにピン内歯２２と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ヨー駆動装置１の耐久性が低下してしまうことも防止できる。

従って、本実施形態によると、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置１を提供することができる。

また、ヨー駆動装置１によると、第１太陽歯車１５がクランク軸２３に対して同軸上で固定される。このため、第１太陽歯車１５からクランク軸２３への駆動力の伝達においてスパーギア等の他の歯車要素などが使用されないため、部品点数を削減できる。そして、前段部の遊星歯車機構１２と後段部の偏心型減速機１３とがその間において他の歯車要素等が介在せずに連結されるため、ヨー駆動装置１の寸法を軸方向においても短くすることができる。これにより、ナセル１０２内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置１を配置することをさらに容易にすることができる。

また、ヨー駆動装置１によると、第１太陽歯車１５が端部キャリア２６の内側においてクランク軸２３に対して嵌め込まれて固定される。このため、前段部の遊星歯車機構１２と後段部の偏心型減速機１３との連結部が端部キャリア２６の内側に位置することで、前段部と後段部とがさらに接近して配置されることになり、ヨー駆動装置１の寸法を軸方向においてさらに短くすることができる。

（変形例）
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ものである。例えば、次のような変形例を実施することができる。

（１）本実施形態においては、クランク軸がヨー駆動装置の回転中心線上に配置されたセンタクランクタイプのヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、複数のクランク軸が回転中心線を中心とする周方向に沿って配置されるように構成されたヨー駆動装置であってもよい。

（２）本実施形態においては、出力軸が基部キャリアに対して一体に設けられることで固定されているヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、出力軸が基部キャリアとは別部材として設けられて基部キャリアに対して固定されているヨー駆動装置であってもよい。

（３）本実施形態においては、支柱が基部キャリアに対して別部材として設けられて固定されているヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、支柱が基部キャリアに対して一体に形成されることで固定されているヨー駆動装置であってもよい。

（４）本実施形態においては、２つの構成要素が重ねられた外歯歯車を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、３つ以上の構成要素が重ねられた外歯歯車であってもよい。この場合、クランク軸やガイドクランク軸においても外歯歯車の構成要素の数に対応してカム部分を設ける構成とし、実施することができる。

（５）本実施形態においては、支柱が４つ設けられるヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、支柱が３つ又は５つ以上設けられるヨー駆動装置であってもよい。

（６）本実施形態においては、第１キャリアと第１太陽歯車とが別体で形成されているが、一体に形成しても良い。また、第１太陽歯車とクランク軸とが別体で形成されているが、一体に形成しても良い。

本発明は、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための駆動装置である風車用ヨー駆動装置として、広く適用することができるものである。

本発明の一実施の形態に係る風車用ヨー駆動装置が適用される風車の概略を説明するための模式図である。 図１に示す風車のナセル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１に示す風車用ヨー駆動装置の断面図である。 図３に示す風車用ヨー駆動装置における遊星歯車機構及びその近傍を拡大して示す断面図である。 図３に示す風車用ヨー駆動装置における偏心型減速機及びその近傍を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 風車用ヨー駆動装置
１１ ケース
１４ 出力軸
１５ 第１太陽歯車
１６ 第１キャリア
１７ 第１遊星歯車
１８ リングギア
１９ 第２太陽歯車
２０ 第２キャリア
２１ 第２遊星歯車
２２ ピン内歯
２３ クランク軸
２５ 基部キャリア
２６ 端部キャリア
２７ 支柱
２８ 外歯歯車
３０ クランク用孔
３１ 外歯
１００ 風車
１０１ タワー
１０１ａ 歯車
１０２ ナセル
１１１ モータ
１１１ａ 回転軸
１１２ ピニオン

Claims (3)

1. 風車のナセルを旋回させる風車用ヨー駆動装置であって、
   風車のナセル内に少なくとも一部が配置されたケースと、
   前記ケースの内周に配置され、ピン状の部材として形成された複数のピン内歯と、
   前記ケースに収納されるとともに、前記ピン内歯に噛み合う外歯が外周に設けられた外歯歯車と、
   前記外歯歯車に形成されたクランク用孔を貫通し、回転することで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を回転自在に保持する基部キャリアと、
   前記クランク軸の他端側を回転自在に保持する端部キャリアと、
   前記基部キャリアに固定され、前記基部キャリアと前記端部キャリアとを連結する支柱と、
   前記基部キャリアに固定され、風車のタワーに固定された歯車に噛み合うピニオンが取り付けられる出力軸と、
   前記クランク軸を回転させる第１太陽歯車と、
   前記第１太陽歯車に連結された第１キャリアと、
   前記第１キャリアに回転自在に保持された第１遊星歯車と、
   前記ケースに固定され、内周側で前記第１遊星歯車に噛み合うリングギアと、
   前記第１遊星歯車に噛み合う第２太陽歯車と、
   前記第２太陽歯車に連結された第２キャリアと、
   前記第２キャリアに回転自在に保持され、モータの回転軸が連結される第２遊星歯車と、
   を備えていることを特徴とする、風車用ヨー駆動装置。
2. 請求項１に記載の風車用ヨー駆動装置であって、
   前記第１太陽歯車は、前記クランク軸に対して回転中心線が一致する同軸上に配置され、前記クランク軸に固定されていることを特徴とする、風車用ヨー駆動装置。
3. 請求項２に記載の風車用ヨー駆動装置であって、
   前記第１太陽歯車は、前記クランク軸の他端側が配置される前記端部キャリアの内側において、前記クランク軸の他端側に嵌め込まれて当該クランク軸に固定されていることを特徴とする、風車用ヨー駆動装置。

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