JP5620009B2 - 再生エネルギー型発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、再生可能エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置に関する。ここで、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生エネルギー型発電装置では、風、潮流、海流又は河流の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。

このような再生エネルギー型発電装置は、タワーの上端に回動自在に支持されるナセルを有する。ナセル内には、例えばブレードおよびハブとともに回転する回転シャフト、回転シャフトの回転を発電機に伝達する動力伝達機構などの機器が配置される。
例えば、特許文献１〜７には、複数のユニットにより構成されるナセル構造が開示されている。また、特許文献５〜７には、ヨーベアリングを介してタワーに取り付けられるナセル台板と、ナセル内に収容される機器を囲むように設けられるフレームとを有するナセル構造も開示されている。

欧州特許出願公開第２３７５０６６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００９７２０２号明細書 国際公開第２０１１／１１７００５号 国際公開第２０１１／０５１２７２号 欧州特許出願公開第２１９６６６８号明細書 欧州特許出願公開第２３１７１３７号明細書 国際公開第１９９７／０３２８８号

ところで、再生エネルギー型発電装置のナセルには、ナセル内に収容される機器の自重を支持するのみでなく、再生エネルギー源から回転シャフトに伝わる各種成分の荷重に耐え得る剛性が必要とされる。特に、近年、再生エネルギー型発電装置の大型化が進められており、回転シャフトからナセルに伝わる荷重は増加する傾向にあるため、ナセルの剛性向上が望まれている。一方、ナセルの重量を軽減することは、ナセルの製造コストが低減されるだけでなく、タワーの設計が容易になり、再生エネルギー型発電装置全体としての製造コストの削減につながる。
よって、ナセルの剛性確保と軽量化との両立が求められる。

この点、特許文献１〜７に記載の風力発電装置では、ナセルの剛性確保と軽量化を両立するための対策が十分であるとは言えない。
例えば、特許文献７に記載の風力発電装置では、回転シャフトおよびギヤボックス（増速機）を、タワーに直接支持されるナセル台板に設置した構成が開示されている。ところが、この風力発電装置は動力伝達機構としてギヤボックスを用いており、回転シャフトの荷重がギヤボックスを介して発電機に伝わってしまうので、ナセルのうち発電機を支持するためのエリアにも高剛性が要求される。そのため、ナセル全体としての重量を軽減しようにも限界がある。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、再生エネルギー源から回転シャフトに伝わる各種成分の荷重に耐え得る剛性を維持しながらナセルの軽量化を可能とした再生エネルギー型発電装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーを利用して発電を行う再生エネルギー型発電装置であって、タワーと、少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一枚のブレードが取り付けられたハブと、前記ハブに連結される回転シャフトと、前記タワーに取り付けられたナセル台板、および、前記ナセル台板とは別体で形成され該ナセル台板に支持される共通台板を含むナセルと、前記回転シャフトを回転自在に前記ナセル台板に支持する主軸受と、前記回転シャフトに取り付けられ、該回転シャフトの回転によって圧油を生成する油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの前記圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータによって駆動される発電機とを備え、前記共通台板に前記油圧モータおよび前記発電機が載置される。

上記再生エネルギー型発電装置では、主軸受を介して回転シャフトが支持されるナセル台板とは別体として、油圧モータおよび発電機が設置される共通台板を設けたので、ナセル全体としての重量軽減が可能となる。すなわち、油圧モータ側の軸系（油圧モータの出力軸）が、回転シャフトを含む油圧ポンプ側の軸系から分離されているので、再生エネルギー源から回転シャフトへ伝わる各種成分の荷重は主軸受及びナセル台板を介してタワーに伝わり、油圧モータ側の軸系には伝わらない。そのため、共通台板及び共通台板をナセル台板に支持する構造部分の軽量化が可能となり、再生エネルギー源から回転シャフトへ伝わる各種成分の荷重に耐え得る剛性を損なうことなくナセル全体としての重量軽減が図れる。
また、油圧モータおよび発電機の両方を同一の板（共通台板）に載置すると、油圧モータの出力軸の回転方向とは反対方向のモーメントが油圧モータから共通台板に作用するとともに、出力軸の回転方向と同一方向のモーメントが発電機から共通台板に作用する。油圧モータおよび発電機のそれぞれから共通台板に作用する反対方向のモーメントは互いに打ち消し合うので、共通台板及び共通台板をナセル台板に支持する構造部分に作用する荷重は主として油圧モータおよび発電機の自重のみとなる。これにより、共通台板及び共通台板をナセル台板に支持する構造部分の軽量化が可能となり、ナセル全体としてのより一層の重量軽減が可能となる。

幾つかの実施形態において、再生エネルギー型発電装置は、前記ナセル台板から側方に延出するように取り付けられたヨーデッキと、前記タワーと前記ナセル台板との間に介装されるヨーベアリングと、前記ヨーデッキ上に配置され、前記タワーに対して前記ナセル台板をヨー方向に回動させるヨー駆動機構とをさらに備え、前記共通台板は、前記ヨーデッキよりも高所に配置され、前記ヨー駆動機構が設置される第１階層と、前記第１階層の上方に位置し、少なくとも前記油圧モータおよび前記発電機が設置される第２階層とが、それぞれ、前記ヨーデッキおよび前記共通台板によって形成されていてもよい。
一般に、ヨー駆動機構はヨーベアリングの近傍に配置される。一方、油圧モータは配管によって油圧ポンプと接続されるので、油圧モータおよび発電機の配置の自由度は比較的高い。そこで、油圧モータおよび発電機が載置される共通台板を、ヨー駆動機構が配置されるヨーデッキより高所に配置することで、ナセル内のスペースを有効利用することができる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルは、前記第１階層と前記第２階層とを含む多階層構造であって、前記ナセル台板に取り付けられたナセルフレームをさらに含んでいてもよい。
このように、ナセルを多階層構造とすることでナセル内のスペースを有効利用することができるとともに、ナセルフレームをナセル台板に取り付けることで、多階層構造を容易に実現可能となる。

幾つかの実施形態において、前記ナセル台板は、水平方向に延在する水平板部と、前記水平板部上に設けられた壁部と、前記回転シャフトの軸方向に直交する方向に沿って、前記回転シャフトを挟んで対向する前記壁部の一対の内壁面間に延在するリブとを含み、前記リブには、前記水平板部、前記壁部および前記リブで囲まれたメンテナンス用空間にアクセスするための開口が設けられていてもよい。
このように、ナセル台板の内部にメンテナンス用空間を形成することによって、メンテナンス用空間にアクセスするための開口から作業者がメンテナンス用空間に入って、ナセル台板下方に位置するヨーベアリングやナセル台板上部に取り付けられる主軸受等の機器のメンテナンスを容易に行えるようになる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルは、前記ナセル台板に取り付けられ前記回転シャフトの側方に該回転シャフトのメンテナンス用の空間を形成する側方ナセルフレームをさらに含んでいてもよい。
このように、側方ナセルフレームによって回転シャフトの側方にメンテナンス用の空間を形成することによって、回転シャフトのメンテナンスを容易に行えるようになる。また、側方ナセルフレームは、ナセル台板とは別体で構成されるので、回転シャフトからの荷重が側方ナセルフレームに直接伝わることはない。そのため側方ナセルフレームはナセル台板程の剛性を要求されず、軽量化が可能である。

幾つかの実施形態では、前記ハブおよび前記回転シャフトとの共締めにより固定されたブレーキディスクと、前記主軸受を収容する軸受箱に取り付けられ、前記ブレーキディスクにブレーキパッドを押し付けて前記回転シャフトに制動力を付与するブレーキキャリパーとを含むブレーキ機構をさらに備え、前記ナセルは、前記ブレーキディスクよりも前方に延在するように前記ナセル台板に取り付けられ、前記ブレーキ機構のメンテナンス用の空間を形成する前方ナセルフレームを含んでいてもよい。
以下、前方とはハブから油圧ポンプへ向けて延在する回転シャフトの軸方向においてハブ側をいい、後方とは油圧ポンプ側をいう。
上記再生エネルギー型発電装置では、ブレーキ機構がナセルの前方端部に位置するので、ブレーキ機構のメンテナンス時に作業員がナセル台板からアクセスしにくい。そこで、ブレーキディスクよりも前方に延在する前方ナセルフレームをナセル台板に取り付けることで、ブレーキ機構のメンテナンス用空間が形成され、ブレーキ機構を容易にメンテナンスすることが可能となる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルは、該ナセルの後方に延出するように前記ナセル台板に取り付けられる後方ナセルフレームを含み、前記後方ナセルフレームは、ボルトによって前記ナセル台板の後方に形成されたフランジ面に締結されていてもよい。
この場合、前記ナセルは、前記後方ナセルフレームによって支持されて前記ナセル内に後方フロアを形成する後方フロア板を含んでいてもよい。
このように、ナセル台板の後方に形成されたフランジ面に後方ナセルフレームを締結し、後方ナセルフレームおよび後方フロアによってナセル後方に空間を形成することによって、各種機器をナセル後方に配置することが可能となる。また、この後方ナセルフレームはナセル台板とは別体で形成されるため、回転シャフトからの荷重が後方ナセルフレームに直接伝わることがない。このため、後方ナセルフレームは、ナセル台板程の高剛性は要求されず、軽量化が可能である。

幾つかの実施形態において、前記主軸受は、前記ハブと前記油圧ポンプとの間に配置される一対の前方軸受および後方軸受を含み、前記ハブに近い側の前記前方軸受と、前記油圧ポンプに近い側の前記後方軸受とを連結する連結フレームをさらに備え、前記連結フレームは、前記ナセル台板に取り付けられている
なお、前方軸受および後方軸受は、それぞれ、内輪、外輪、転動体等の軸受部、および軸受箱を含む。
回転シャフトを軸支する前方軸受および後方軸受は、それぞれがナセル台板によって下方から支持されるとともに、連結フレームによって互いに連結される。よって、ナセル台板および連結フレームによって各軸受の軸受箱が拘束されるので、軸受間の同芯を維持することができる。

幾つかの実施形態において、前記連結フレームは、前記ナセルに収容される機器を昇降させるためのクレーンの取り付け部を有していてもよい。
連結フレームは主軸受を介してナセル台板に支持される。通常、主軸受およびナセル台板は回転シャフトを支持するために高い剛性を有するように設計される。したがって、連結フレームにクレーンを取り付けることで、重量の大きい機器であっても昇降可能となる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルは、前記ナセル台板の上方の天井が開放可能に構成されていてもよい。
これにより、ナセル台板の上方の天井を開放させることで、再生エネルギー型発電装置の設置や解体、あるいはメンテナンスの際に、ナセル内に収容される機器の搬送が容易に行えるようになる。例えば、連結フレームに取り付けられたクレーンで機器を吊って移動させる場合に、天井を開放させることで連結フレームへのクレーンの取り付けが容易となり、またナセル内と外部との間での機器の移動も可能となる。特に、ナセル台板上に設けられる油圧ポンプや発電機のような大型の機器であっても移動可能となる。

幾つかの実施形態において、前記天井には、該ナセル内に収容される機器のメンテナンスに用いられ、外部と連通する少なくとも一つの開口が設けられていてもよい。
これにより、ナセル内に収容される機器のメンテナンス時に、開口を介してナセル内と外部との間で機器の移動が可能となる。
幾つかの実施形態において、前記天井には、少なくとも一つの開口と、該開口を塞ぐための少なくとも一つのカバーが設けられており、前記少なくとも一つのカバーは、前記ナセル内に収容される機器をクレーンによって昇降させる際に前記少なくとも一つの開口が開放されるようにスライド可能に構成されていてもよい。
このように、開口にスライド可能なカバーを設けることによって、大型の再生エネルギー型発電装置であっても開口を容易に開閉可能となる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルの上面には、ヘリコプターによりアクセス可能な少なくとも一つのアクセス用デッキが設けられていてもよい。
タワーの上端にナセルが取り付けられる再生エネルギー型発電装置においては、ヘリコプターを利用してナセル内への機器の搬入、搬出が行われることがある。そこで、ナセルの上面にアクセス用デッキを設けることで機器の搬入、搬出が容易に行えるようになる。例えば、ヘリコプターをホバリングさせた状態で機器を吊り下ろしてナセル上面のデッキに一旦載置し、ナセルの天井の開口から機器をナセル内に搬入することもできる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルの前記ハブから遠い側の後方部に取り付けられた少なくとも一つの冷却用ダクトをさらに備え、前記冷却用ダクトは前記ナセルフレームに支持されていてもよい。
ナセル内には油圧ポンプや発電機等の熱発生源が複数存在する。そこで、冷却用ダクトを設けることによって熱発生源から発生した熱をナセルの外部へ逃がすことができる。また、ナセル前方〜中央には回転シャフトの主軸受や油圧ポンプ等の機器が設置されるので、冷却用ダクトはナセル後方部のナセルフレームに支持させることにより、ナセルの大型化を防ぐことができる。

幾つかの実施形態において、前記ナセルは、前記ナセル台板に取り付けられて、少なくとも前記共通台板を支持するナセルフレームと、前記ナセルフレームに締結され、前記ナセル内に収容される機器を覆うように配置されるナセルカバーとをさらに含んでもよい。
このように、共通台板やナセルカバーをナセルフレームに取り付けることにより、ナセル台板に直接取り付ける場合に比べて配置の自由度が向上する。

幾つかの実施形態では、前記ナセルカバーは繊維強化プラスチック、アルミニウム、アルミニウム合金からなる群より選ばれた一以上の材料で形成されていてもよい。
これにより、ナセルカバーの軽量化が図れる。

幾つかの実施形態では、前記ナセル台板は鋳造で形成されていてもよい。
これにより、複雑な形状のナセル台板であっても高剛性で製造することができる。

幾つかの実施形態では、前記ナセルフレームは金型鋼で形成されていてもよい。
これにより、重量の大きい機器をナセルフレームによって支持することも可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、主軸受を介して回転シャフトが支持されるナセル台板とは別体として、油圧モータおよび発電機が設置される共通台板を設けたので、ナセル全体としての重量軽減が可能となる。
また、油圧モータおよび発電機の両方を同一の板（共通台板）に載置することによって、油圧モータおよび発電機のそれぞれから共通台板に作用する反対方向のモーメントは互いに打ち消し合うので、共通台板及び共通台板をナセル台板に支持する構造部分の軽量化が可能となり、ナセル全体としてのより一層の重量軽減が可能となる。

一実施形態に係る風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。 一実施形態に係る風力発電装置のナセル内部の構成例を示す斜視図である。 一実施形態におけるナセル台板の構成例を示す斜視図である。 一実施形態に係る風力発電装置のナセル内部の構成例を示す平面図である。 図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 一実施形態に係る風力発電装置のナセル内部の構成例を示す側面図である。 共通台板に作用するモーメントを説明する図である。 ブレーキディスク周辺の詳細構造を示す図である。 ナセルカバーを取り付けたナセルの斜視図である。 クレーンを取り付けたナセルの斜視図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下の実施形態では、再生エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明は潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー型発電装置にも適用できる。

図１は一実施形態に係る風力発電装置の全体構成の概略を示す図である。図２は一実施形態に係る風力発電装置のナセル内部の構成例を示す斜視図である。

図１に示すように、風力発電装置１は、ブレード２およびハブ４で構成されるロータ３と、ロータ３のハブ４に連結される回転シャフト６と、電力を生成する発電機１６と、回転シャフト６の回転エネルギーを発電機１６に伝える油圧トランスミッション１０とを備える。
なお、ハブ４はハブカバー５によって覆われている。また、少なくとも回転シャフト６および油圧トランスミッション１０は、洋上又は地上に立設されたタワー８の上に設置されたナセル４０に収納されている。

図１及び図２に示すように、ナセル４０は、タワー８に取り付けられるナセル台板４２と、ナセル台板４２とは別体で形成され、該ナセル台板４２に支持される共通台板４６とを含んでいる。そして、ナセル台板４２には、回転シャフト６を回転自在に支持する主軸受が取り付けられる。一方、共通台板４６には、油圧モータ１４および発電機１６が載置される。

ナセル台板４２は、図１に示すように、タワー８に対してヨー方向に回動可能に該タワー８に支持される。一実施形態では、タワー８とナセル台板４２との間にヨーベアリング２０が介装されている。ヨーベアリング２０は、タワー８側に固定される外輪２２と、ナセル台板４２に固定される内輪２４と、外輪２２および内輪２４の間に配置される転動体２３とを有する。また、タワー８にリングギア２７が設けられ、このリングギア２７に噛み合うピニオンギア２６がナセル台板４２に設けられている。ピニオンギア２６にはヨーモータ２５が取り付けられている。そのため、ヨーモータ２５を駆動してピニオンギア２６を回転させると、ヨーベアリング２０を介してタワー８に支持されたナセル台板４２が回動するようになっている。

ナセル台板４２に取り付けられる主軸受は、以下の構成を有していてもよい。
一実施形態では、主軸受は、回転シャフトに取り付けられる前方軸受３２および後方軸受３４を含む。前方軸受３２および後方軸受３４は、それぞれ、内輪、外輪、転動体等の軸受部、および軸受箱を含む。なお、図には前方軸受３２および後方軸受３４を含む主軸受を例示したが軸受の個数は特に限定されず、少なくとも一つあればよい。
前方軸受３２および後方軸受３４は、図２に示すように連結フレーム３５によって互いに連結されていてもよい。連結フレーム３５は、回転シャフト６の上方に設けられて各軸受３２，３４の上部同士を連結する連結板部３６と、回転シャフト６の両側において連結板部３６をナセル台板４２に支持する一対のサポート部３７とを含んでいてもよい。これにより、各軸受３２，３４の上部同士を連結板部３６によって連結して各軸受３２，３４間の同芯維持に寄与できる。また、連結フレーム３５がクレーン取り付け部８０を有していてもよい。クレーン取り付け部８０には、ナセル４０内に収容される機器の移動に用いられるクレーンが取り付けられる。これにより、クレーン取り付け部８０にクレーンを取り付ける場合においてもサポート部３７を介してクレーンの荷重をナセル台板４２に支持させることができる。
なお、クレーン取り付け部８０は、クレーンのジブを任意の締結部材を用いて固定可能に構成されていてもよい。クレーンの取り付けについては後に詳述する。

ここで、ナセル４０内に配置される油圧トランスミッション１０について説明する。
一実施形態では、油圧トランスミッション１０は、図１に示すように、回転シャフト６に取り付けられた油圧ポンプ１２と、高圧油ライン１３および低圧油ライン１５を介して油圧ポンプ１２に接続される油圧モータ１４とを含む。油圧ポンプ１２は、回転シャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ１２の出口は、高圧油ライン１３を介して油圧モータ１４の入口に接続されている。そのため、油圧ポンプ１２で生成された圧油は高圧油ライン１３を介して油圧モータ１４に供給され、この圧油によって油圧モータ１４が駆動される。油圧モータ１４で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１４の出口と油圧ポンプ１２の入口との間に設けられた低圧油ライン１５を経由して、油圧ポンプ１２に再び戻される。また、油圧モータ１４の出力軸は発電機１６の回転シャフトに接続されており、油圧モータ１４の回転が発電機１６に入力されるようになっている。
なお、油圧ポンプ１２、油圧モータ１４および発電機１６の個数は特に限定されず、それぞれ、少なくとも一つあればよい。

油圧ポンプ１２は、主軸受を介してナセル台板４２に支持される回転シャフト６の端部に取り付けられる。さらに、油圧ポンプ１２は、不図示のトルクサポートによってナセル台板４２に支持されるようにしてもよい。この場合、トルクサポートは、油圧ポンプ１２の変位を許容しつつ回転シャフト６から油圧ポンプ１２に反作用トルクを与えるとともに油圧ポンプ１２をナセル台板４２に支持させる構成としてもよい。

油圧モータ１４の出力軸１７は発電機１６に接続されており、油圧モータ１４及び発電機１６は、出力軸１７を介して連結された状態で共通台板４６に載置される。共通台板４６は、ナセル台板４２とは別体で形成され、ナセルフレーム４４を介してナセル台板４２に支持される。なお、共通台板４６は、ナセル台板４２を介してタワー８に支持され、共通台板４６とタワー８とは直接接続されていない。また、共通台板４６は、弾性部材およびダンパ機構の少なくとも一方を介してナセル台板４２に支持されていてもよい。これにより、油圧モータ１４および発電機１６の駆動時における振動を減衰して、これらを安定してナセル４０側に支持することができる。

上記風力発電装置１によれば、主軸受を介して回転シャフト６が支持されるナセル台板４２とは別体として、油圧モータ１４および発電機１６が設置される共通台板４６を設けたので、ナセル４０の全体としての重量軽減が可能となる。
図２に示すように、風を受けてロータ３が回転すると、ロータ３から回転シャフト６に対して、回転シャフト６の軸方向の周りのモーメントＭｘ、軸方向に垂直な方向の周りのモーメントＭｙ，Ｍｚ（モーメントＭｙ，Ｍｚの中心軸は垂直）が作用するとともに、回転シャフト６の軸方向への荷重Ｆｘ、軸方向に垂直な方向への荷重Ｆｙ，Ｆｚ（荷重Ｆｙ，Ｆｚの方向は垂直）が作用する。これらの荷重（モーメントを含む）のうち、油圧トランスミッション１０でエネルギーとして回収されるのは基本的に回転シャフト６の軸方向の周りのモーメントＭｘのみである。そのため、他の成分の荷重は、回転シャフト６を介してタワー８に伝達される。このとき、油圧モータ１４側の軸系（油圧モータ１４の出力軸１７）は、回転シャフト６を含む油圧ポンプ側の軸系から分離されているので、風から回転シャフト６へ伝わる各種成分の荷重は主軸受及びナセル台板４２を介してタワー８に伝わり、油圧モータ１４側の軸系には伝わらない。そのため、共通台板４６及び共通台板４６をナセル台板４２に支持する構造部分（例えば、後述するナセルフレーム４４）の軽量化が可能となり、風から回転シャフト６へ伝わる各種成分の荷重に耐え得る剛性を損なうことなくナセル４０の全体としての重量軽減が図れる。すなわち、モーメントＭｘ以外の荷重成分（モーメントも含む）の回転シャフト６からタワー８への伝達経路に含まれるナセル台板４２とは異なり、該伝達経路には含まれない共通台板４６やナセルフレーム４４等はナセル台板４２に比べて低剛性であっても足りるから、共通台板４６やナセルフレーム４４については軽量化を図ることができる。
また、図７に示すように、油圧モータ１４および発電機１６の両方を同一の板（共通台板）に載置すると、油圧モータ１４の出力軸１７の回転方向Ｒとは反対方向のモーメントＭ_Ｍが油圧モータ１４から共通台板４６に作用するとともに、出力軸１７の回転方向Ｒと同一方向のモーメントＭ_Ｇが発電機１６から共通台板４６に作用する。油圧モータ１４および発電機１６のそれぞれから共通台板４６に作用する反対方向のモーメントＭ_Ｍ，Ｍ_Ｇは互いに打ち消し合うので、共通台板４６及び共通台板４６をナセル台板４２に支持する構造部分に作用する荷重は主として油圧モータ１４および発電機１６の自重のみとなる。これにより、共通台板４６及び共通台板４６をナセル台板４２に支持する構造部分（例えば、後述するナセルフレーム４４）の軽量化が可能となり、ナセル４０の全体としてのより一層の重量軽減が可能となる。

次に、図２〜図６を参照して、ナセル４０の詳細な構成例について説明する。
図３は一実施形態におけるナセル台板の構成例を示す斜視図である。図４は一実施形態に係る風力発電装置のナセル内部の構成例を示す平面図である。図５は図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６は一実施形態に係る風力発電装置のナセル内部の構成例を示す側面図である。

図２に示す例示的な実施形態では、ナセル４０は、主軸受を支持するナセル台板４２と、ナセル台板４２に固定されるナセルフレーム４４と、ナセルフレーム４４を介してナセル台板４２に支持される共通台板４６と、ナセルフレーム４４に取り付けられてナセル４０内の機器を覆うナセルカバー４１とを含んでいる。ナセル台板４２は、例えば球状黒鉛鋳鉄や強靭鋳鉄等の鋳物（ｃａｓｔｉｎｇ）で構成されてもよい。ナセルフレーム４４は、例えば金型鋼で形成されてもよい。ナセルカバー４１は、例えば繊維強化プラスチック、アルミニウム、アルミニウム合金からなる群より選ばれた一以上の材料で形成されてもよい。

図３に示すように、ナセル台板４２は、水平方向に延在する水平板部４２０と、水平板部４２０上に立設された壁部４２４と、壁部４２４の一対の対向する内壁面間において回転シャフト６の軸方向とは直交する方向に延在するリブ４２６とを含んでいてもよい。
ナセル台板４２の壁部４２４のうちハブ４側の部分には凹部４２２が設けられており、この凹部４２２に前方軸受３２（具体的には前方軸受３２の軸受箱）の下部が係合するようになっている。同様に、リブ４２６には凹部４２３が設けられており、この凹部４２３に後方軸受３４（具体的には後方軸受３４の軸受箱）の下部が係合するようになっている。そして、凹部４２３，４２７に係合した各軸受３２，３４は、図２に示すように、軸受３２，３４の両側において、ナセル台板４２（壁部４２４の上面）に締結される。

そして、水平板部４２０、壁部４２４およびリブ４２６によって囲まれるメンテナンス用空間がナセル４０の内部に形成される。リブ４２６には少なくとも一つの開口４２７が設けられており、この開口４２７によって作業者はメンテナンス用空間にアクセスすることができる。このように、ナセル台板４２内にメンテナンス用空間を設けることによって、ナセル台板４２の下方に位置するヨーベアリング２０やナセル台板４６の上部に取り付けられる主軸受等の機器のメンテナンスを容易に行えるようになる。なお、壁部４２４にも作業員が通過するための開口４２５を設けてもよい。

水平板部４２０には壁部４２４の内周に沿って台板開口４２９が設けられていてもよい。この台板開口４２９は、ナセル内機器のメンテナンスを行う際の作業員の足場として用いられるナセルデッキ板（不図示）によって塞がれてもよい。
また、水平板部４２０は、ナセル台板４２の両側方、すなわち回転シャフト６の両側に位置する壁部４２４の側壁部分に沿って外側に張り出したヨーデッキ４２１を有していてもよい。この場合、ヨーデッキ４２１には、図１に示すヨーモータ２５を保持するための保持穴４２０ａが設けられる。

さらに、ナセル台板４２には、後述するナセルフレーム４４が締結されるフランジが設けられていてもよい。例えば、回転シャフト６の両側方に位置する一対の壁部４２４，４２４には側方フランジ４３ａが設けられ、リア側の壁部４２４には後方フランジ４３ｂが設けられ、ハブ側の壁部４２４には前方フランジ４３ｃ（図５参照）が設けられている。

続いて、図２および図４〜図６を参照して、ナセル台板４２に取り付けられるナセルフレーム４４の構成例について説明する。
一実施形態において、ナセルフレーム４４は、ナセル台板４２の側方に取り付けられる側方ナセルフレーム４５と、ナセル台板４２の後方に延出する後方ナセルフレーム４７と、ナセル台板４２の前方に取り付けられる前方ナセルフレーム４９とを含んでいてもよい。

側方ナセルフレーム４５は、ナセル台板４２の壁部４２４に設けられる側方フランジ４３ａ（図３参照）にボルト等の締結部材によって締結される。側方ナセルフレーム４５は、ナセル台板４２の側方から上方に延在している。側方ナセルフレーム４５は、回転シャフト６の側方に、回転シャフト６のメンテナンス用の空間を形成するように構成されてもよい。これにより、回転シャフト６のメンテナンスを容易に行えるようになる。また、側方ナセルフレーム４５は、ナセル台板４２とは別体で構成されるので、回転シャフト６からの荷重が側方ナセルフレーム４５に直接伝わることはない。そのため側方ナセルフレーム４５はナセル台板４２程の剛性を要求されず、軽量化が可能である。

また、側方ナセルフレーム４５には、油圧モータ１４および発電機１６が設置される共通台板４６が取り付けられてもよい。
このとき、共通台板４６は、ヨーデッキ４２１より高所に配置されてもよい。すなわち、ヨーモータ２５が配置されるヨーデッキ４２１によって第１階層が形成され、第１階層より上方に、油圧モータ１４および発電機１６が載置される共通台板４６によって第２階層が形成される。このように、油圧モータ１４および発電機１６が載置される共通台板４６を、ヨーモータ２５が配置されるヨーデッキ４２１より高所に配置することで、ナセル４０内への機器配置に際して、ナセル４０内のスペースを有効利用することができる。

さらに、ナセルフレーム４４が、上記した第１階層および第２階層を含む多階層構造を形成するように構成されてもよい。このように、ナセル４０を多階層構造とすることでナセル４０内のスペースを有効利用することができるとともに、ナセルフレーム４４をナセル台板４２に取り付けることで、多階層構造を容易に実現可能となる。

後方ナセルフレーム４７は、ナセル台板４２の後方フランジ４３ｂ（図３，図５参照）にボルト等の締結部材によって締結される。後方ナセルフレーム４７には後方フロア板４７ａが取り付けられる。後方ナセルフレーム４７および後方フロア板４７ａによって、ナセル４０の後方側に後方フロアが形成されるようになっている。このように、後方ナセルフレーム４７および後方フロア板４７ａによりナセル後方に空間を形成することによって、各種機器をナセル後方に配置することが可能となる。また、この後方ナセルフレーム４７はナセル台板４２とは別体で形成されるため、回転シャフト６からの荷重が後方ナセルフレーム４７に直接伝わることがない。このため、後方ナセルフレーム４７は、ナセル台板４２程の高剛性は要求されず、軽量化が可能である。

このとき、後方フロア板４７ａから鉛直方向に延在するナセルフレーム４４を設け、このナセルフレーム４４に機器台板４８を取り付けてもよい。機器台板４８上にはナセル４０内に収容される各種機器が設置される。このように、機器台板４８によってナセル４０の後方空間を多階層構造とすることによって、ナセル４０内への機器配置に際して、ナセル４０内のスペースを有効利用することができる。機器台板４８に設置される機器としては、例えば油圧タンク、アキュムレータ、冷却水送給ユニット等が挙げられる。

前方ナセルフレーム４９は、ナセル台板４２の前方に設けられる前方フランジ（図５参照）にボルト等の締結部材によって締結される。前方ナセルフレーム４９は、ブレーキ機構のメンテナンス用空間を形成する。前方ナセルフレーム４９の自重を支持する目的で、前方ナセルフレーム４９をナセル台板４２と接続するビーム４９ａを設けてもよい。

ここで、図８を参照してブレーキ機構の構成例を説明する。図８はブレーキ機構周辺の詳細構造を示す図である。
一実施形態において、ブレーキ機構は、ブレーキディスク５０と、ブレーキキャリパー５４とを含む。
ブレーキディスク５０は、ボルト５９によってハブ４及びフランジ６ａとの共締めにより締結される被締結部５１と、この被締結部５１から屈曲して前方軸受３２に向かって延在する中間部５２と、中間部５２の端部に設けられたディスク部５３とを有する。なお、前方軸受３２は、軸受本体３２ａと軸受箱３２ｂとを含むものである。
ブレーキキャリパー５４は、軸受箱３２ｂにサポート部材５６を介して取り付けられたブレーキディスク５０にブレーキパッド５５を押し付けて回転シャフト６に制動力を付与する。

上記構成を有するブレーキ機構は、ナセル４０の前方端部に位置するので、ブレーキ機構のメンテナンス時に作業員がナセル台板４２からアクセスしにくい。そこで、ブレーキディスク３０よりも前方に延在する前方ナセルフレーム４９をナセル台板４２に取り付けることで、ブレーキ機構のメンテナンス用空間が形成され、ブレーキ機構を容易にメンテナンスすることが可能となる。

図９はナセルカバーを取り付けたナセルの斜視図である。
一実施形態において、ナセル４０は、ナセル台板４２の上方の天井が開放可能に構成されていてもよい。例えば、図９に示すように、ナセルカバー４１の上面に少なくとも一つの開口４１２が設けられ、この開口４１２に対応して少なくとも一枚のスライド板が設けられている。図には３枚のスライド板４１４ａ〜４１４ｃが設けられている場合を例示している。このスライド板４１４ａ〜４１４ｃをスライドさせることで、ナセル台板４２の上方の天井が開放可能となる。これにより、風力発電装置１の設置や解体、あるいはメンテナンスの際に、ナセル４０内に収容される機器の搬送が容易に行えるようになる。例えば、連結フレーム３５に取り付けられたクレーンで機器を吊って移動させる場合に、ナセル４０の天井を開放させることで連結フレーム３５へのクレーンの取り付けが容易となり、またナセル４０内と外部との間での機器の移動も可能となる。特に、ナセル台板４２上に設けられる油圧ポンプ１２や発電機１６のような大型の機器であっても移動可能となる。

また、ナセル４０の上面には、ヘリコプターによりアクセス可能な少なくとも一つのアクセス用デッキ９０が設けられていてもよい。このように、ナセル４０の上面にアクセス用デッキ９０を設けることで、機器の搬入、搬出が容易に行えるようになる。例えば、ヘリコプターをホバリングさせた状態で機器を吊り下ろしてナセル４０上面のデッキ９０に一旦載置し、ナセル４０の天井の開口４１２から機器をクレーン等でナセル４０内に搬入することもできる。

さらに、ナセル４０のハブ４から遠い側の後方部に、少なくとも一つの冷却用ダクト７０を設けてもよい。冷却用ダクト７０はナセルフレーム４４に支持されていてもよい。また、冷却用ダクト７０の入口部および出口部にはフィルタ７２が取り付けられていてもよい。
ナセル４０内には油圧ポンプや発電機等の熱発生源が複数存在する。そこで、冷却用ダクト７０を設けることによって熱発生源から発生した熱をナセル４０の外部へ逃がすことができる。また、ナセル前方〜中央には回転シャフト６の主軸受や油圧ポンプ１２等の機器が設置されるので、冷却用ダクト７０はナセル後方部のナセルフレーム４４に支持させることにより、ナセル４０の大型化を防ぐことができる。

図１０はクレーンを取り付けたナセルの斜視図である。
一実施形態において、連結フレーム３５は、ナセル４０に収容される機器６４を昇降させるためのクレーン８２の取り付け部８０を有していてもよい。この場合、クレーン８２のジブは、任意の締結部材を用いてクレーン取り付け部８０に固定される。クレーン８２のジブは、クレーン取り付け部８０を中心として回動するようにしてもよい。例えば、機器のメンテナンス時において、ナセル４０の天井のスライド板４１４ａ，４１４ｂをスライドさせて開口４１２を開放し、クレーン取り付け部８０にクレーン８２を取り付ける。そして、クレーン８２によってナセル４０内の機器６４を吊り上げて、外部へ搬出する。このように、クレーン８２は、ナセル４０内の機器６４の移動に用いることができる。
連結フレーム３５は主軸受を介してナセル台板４２に支持されるので、通常、主軸受およびナセル台板４２は回転シャフト６を支持するために高い剛性を有するように設計される。したがって、連結フレーム３５にクレーン８０を取り付けることで、重量の大きい機器であっても昇降可能となる。

以上説明したように、幾つかの実施形態では、主軸受を介して回転シャフト６が支持されるナセル台板４２とは別体として、油圧モータ１４および発電機１６が設置される共通台板４６を設けたので、ナセル４０全体としての重量軽減が可能となる。
また、油圧モータ１４および発電機１６の両方を同一の板（共通台板４６）に載置することによって、油圧モータ１４および発電機１６のそれぞれから共通台板４６に作用する反対方向のモーメントは互いに打ち消し合うので、共通台板４６及び共通台板４６をナセル台板４２に支持する構造部分の軽量化が可能となり、ナセル４０全体としてのより一層の重量軽減が可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

１ 風力発電装置
２ ブレード
３ ロータ
４ ハブ
５ ハブカバー
６ 回転シャフト
６ａ フランジ
８ タワー
１０ 油圧トランスミッション
１２ 油圧ポンプ
１３ 高圧油ライン
１４ 油圧モータ
１５ 低圧油ライン
１６ 発電機
１７ 出力軸
２０ ヨーベアリング
２２ 外輪
２３ 転動体
２４ 内輪
２５ ヨーモータ
２６ ピニオンギア
２７ リングギア
３２ 前方軸受
３２ａ 軸受本体
３２ｂ 軸受箱
３４ 後方軸受
３５ 連結フレーム
３６ 連結板部
３７ サポート部
４０ ナセル
４１ ナセルカバー
４２ ナセル台板
４３ａ 側方フランジ
４３ｂ 後方フランジ
４３ｃ 前方フランジ
４４ ナセルフレーム
４５ 側方ナセルフレーム
４６ 共通台板
４７ 後方ナセルフレーム
４７ａ 後方フロア板
４８ 後方ナセルフレーム
４８ａ 機器台板
４９ 前方ナセルフレーム
４９ａ ビーム
５０ ブレーキ機構
５１ 被締結部
５２ 中間部
５３ ディスク部
５４ ブレーキキャリパー
５５ ブレーキパッド
５６ サポート部材
５９ ボルト
６０，６２，６４ 機器
７０ 冷却ダクト
７２ フィルタ
８０ クレーン取り付け部
８２ クレーン
９０ アクセス用デッキ
４１０ ナセルカバー本体
４１２ 開口
４１４ａ〜５１４ｃ スライド板
４２０ 水平板部
４２０ａ 保持穴
４２１ ヨーデッキ
４２２，４２３ 凹部
４２４ 壁部
４２６ リブ
４２７ 開口
４２９ 台板開口

Claims (19)

1. 再生エネルギーを利用して発電を行う再生エネルギー型発電装置であって、
   タワーと、
   少なくとも一本のブレードと、
   前記少なくとも一枚のブレードが取り付けられたハブと、
   前記ハブに連結される回転シャフトと、
   前記タワーに取り付けられたナセル台板、および、前記ナセル台板とは別体で形成され該ナセル台板に支持される共通台板を含むナセルと、
   前記回転シャフトを回転自在に前記ナセル台板に支持する主軸受と、
   前記回転シャフトに取り付けられ、該回転シャフトの回転によって圧油を生成する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの前記圧油によって駆動される油圧モータと、
   前記油圧モータによって駆動される発電機とを備え、
   前記共通台板に前記油圧モータおよび前記発電機が載置されることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
2. 前記ナセル台板から側方に延出するように取り付けられたヨーデッキと、
   前記タワーと前記ナセル台板との間に介装されるヨーベアリングと、
   前記ヨーデッキ上に配置され、前記タワーに対して前記ナセル台板をヨー方向に回動させるヨー駆動機構とをさらに備え、
   前記共通台板は、前記ヨーデッキよりも高所に配置され、
   前記ヨー駆動機構が設置される第１階層と、前記第１階層の上方に位置し、少なくとも前記油圧モータおよび前記発電機が設置される第２階層とが、それぞれ、前記ヨーデッキおよび前記共通台板によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
3. 前記ナセルは、前記第１階層と前記第２階層とを含む多階層構造であって、前記ナセル台板に取り付けられたナセルフレームをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の再生エネルギー型発電装置。
4. 前記ナセル台板は、水平方向に延在する水平板部と、前記水平板部上に設けられた壁部と、前記回転シャフトの軸方向に直交する方向に沿って、前記回転シャフトを挟んで対向する前記壁部の一対の内壁面間に延在するリブとを含み、
   前記リブには、前記水平板部、前記壁部および前記リブで囲まれたメンテナンス用空間にアクセスするための開口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
5. 前記ナセルは、前記ナセル台板に取り付けられ前記回転シャフトの側方に該回転シャフトのメンテナンス用の空間を形成する側方ナセルフレームをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
6. 前記ハブおよび前記回転シャフトとの共締めにより固定されたブレーキディスクと、前記主軸受を収容する軸受箱に取り付けられ、前記ブレーキディスクにブレーキパッドを押し付けて前記回転シャフトに制動力を付与するブレーキキャリパーとを含むブレーキ機構をさらに備え、
   前記ナセルは、前記ブレーキディスクよりも前方に延在するように前記ナセル台板に取り付けられ、前記ブレーキ機構のメンテナンス用の空間を形成する前方ナセルフレームを含むことを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
7. 前記ナセルは、該ナセルの後方に延出するように前記ナセル台板に取り付けられる後方ナセルフレームを含み、
   前記後方ナセルフレームは、ボルトによって前記ナセル台板の後方に形成されたフランジ面に締結されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
8. 前記ナセルは、前記後方ナセルフレームによって支持されて前記ナセル内に後方フロアを形成する後方フロア板を含むことを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
9. 前記主軸受は、前記ハブと前記油圧ポンプとの間に配置される一対の前方軸受および後方軸受を含み、
   前記ハブに近い側の前記前方軸受と、前記油圧ポンプに近い側の前記後方軸受とを連結する連結フレームをさらに備え、
   前記連結フレームは、前記ナセル台板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
10. 前記連結フレームは、前記ナセルに収容される機器を昇降させるためのクレーンの取り付け部を有していることを特徴とする請求項９に記載の再生エネルギー型発電装置。
11. 前記ナセルは、前記ナセル台板の上方の天井が開放可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
12. 前記天井には、該ナセル内に収容される機器のメンテナンスに用いられ、外部と連通する少なくとも一つの開口が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の再生エネルギー型発電装置。
13. 前記天井には、少なくとも一つの開口と、該開口を塞ぐための少なくとも一つのカバーが設けられており、
    前記少なくとも一つのカバーは、前記ナセル内に収容される機器をクレーンによって昇降させる際に前記少なくとも一つの開口が開放されるようにスライド可能に構成されることを特徴とする請求項１１に記載の再生エネルギー型発電装置。
14. 前記ナセルの上面には、ヘリコプターによりアクセス可能な少なくとも一つのアクセス用デッキが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
15. 前記ナセルの前記ハブから遠い側の後方部に取り付けられた少なくとも一つの冷却用ダクトをさらに備え、
    前記冷却用ダクトは前記ナセルフレームに支持されることを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。
16. 前記ナセルは、前記ナセル台板に取り付けられて、少なくとも前記共通台板を支持するナセルフレームと、前記ナセルフレームに締結され、前記ナセル内に収容される機器を覆うように配置されるナセルカバーとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
17. 前記ナセルカバーは繊維強化プラスチック、アルミニウム、アルミニウム合金からなる群より選ばれた一以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の再生エネルギー型発電装置。
18. 前記ナセル台板は鋳造で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
19. 前記ナセルフレームは金型鋼で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
    

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