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公開番号2024023106
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-21
出願番号2022126715
出願日2022-08-08
発明の名称風力発電装置
出願人イマデスト株式会社
代理人個人
主分類F03D 15/00 20160101AFI20240214BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】コストの増加を抑制しながら大型化することができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置10は、中空穴12xが形成されたハブ12と、ハブ12に固定されたブレード11と、ハブ12の中空穴12x内に配置され、外輪13bがハブ12と一体に回転するベアリング13と、ベアリング13の内輪13aが結合される固定部14aを含み、ベアリング13を介してハブ12を回転自在に支持するナセル14と、ハブ12の回転を複数の系統に分配して伝達する回転伝達機構15と、回転伝達機構15の系統ごとに設けられ、回転伝達機構15から回転が伝達される発電機16と、ナセル14を空中に支持するタワー17と、を備える。回転伝達機構15は、ハブ12と一体に回転するリングギア15a又は外歯車を含み、かつ、系統ごとに、リングギア15a又は外歯車に噛み合う外歯車15bを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
中空穴が形成されたハブと、
前記ハブに固定されたブレードと、
前記ハブの前記中空穴の内部に配置され、外輪が前記ハブと一体に回転されたベアリングと、
前記ベアリングの内輪が結合される固定部を含み、前記ベアリングを介して前記ハブを回転自在に支持するナセルと、
前記ハブの回転を複数の系統に分配して伝達する回転伝達機構と、
前記回転伝達機構の前記系統ごとに設けられ、前記回転伝達機構から回転が伝達される発電機と、
前記ナセルを空中に支持するタワーと、
を備え、
前記回転伝達機構は、
前記ハブと一体に回転し、内歯又は外歯を有する大歯車を含み、かつ、
前記系統ごと、前記大歯車の前記内歯又は前記外歯に噛み合う外歯を有する小歯車を含む、風力発電装置。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記発電機ごとに設けられたコンバータと、
前記コンバータから直流が供給される電池と、
を備え、
前記コンバータの電源に前記電池を用いる、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記回転伝達機構と前記発電機とを収容し、前記ハブから前記ナセルに作用する荷重の少なくとも一部を伝達するように前記ナセルに固定されたハウジングを、さらに備える、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記回転伝達機構は、
ねじ状歯車で構成された遊星歯車機構を、前記回転伝達機構において増速された回転体の軸受に使用する、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記回転伝達機構の前記系統ごとに、
前記外歯車と、前記回転伝達機構と、前記発電機と、前記コンバータとの全部又は一部を互いに結合して組立体を構成する、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記回転伝達機構は、
ねじ状歯車で構成された第１及び第２の遊星歯車機構を含み、
前記第１及び第２の遊星歯車機構の太陽歯車が互いに結合され一体に回転し、
前記第１及び第２の遊星歯車機構それぞれの遊星歯車が互いに結合され一体に回転し、
前記外歯車の回転が、前記第１の遊星歯車機構の内歯車に伝達され、
前記第２の遊星歯車機構の内歯車が、前記ナセルに固定され、
前記第２の遊星歯車機構の太陽歯車の回転が、前記発電機に伝達される、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記コンバータによって前記発電機を駆動し、回生エネルギーとして前記発電機で発電するように、前記コンバータを制御する制御装置を、
さらに備える、請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項８】
作業員が、前記ナセルの底部から前記ナセル内に入り、前記ハブの前記中空穴を通って、前記ハブ内の前記ブレードに対向する位置に到達できるように構成された、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記回転伝達機構の前記大歯車は、前記外歯を有する、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の風力発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関し、詳しくは、水平型風力発電装置の構成に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
風力発電装置には、ハブにブレードが固定されており、ブレードが風を受け、ハブが回転し、ハブの回転を発電機に伝達して発電する。風力発電装置は、ハブの回転軸が水平に配置される水平型と、垂直に配置される垂直型に分けることができる。水平型風力発電装置は、例えば図７及び図８の模式図に示す方式が知られている。
【０００３】
図７に示す一つの方式の風力発電装置１００は、ハブ１０２に主軸１０４を連結し、主軸ベアリング１０６と称するベアリングで回転自在に支持し、ハブ１０２の回転を増速機１０８に伝達する。増速機１０８は、通常、初段で遊星歯車増速機構１１０を用い、大きな増速比を得る為に、キャリア入力、太陽出力である。次の増速に、２段の平行軸歯車増速機１１２を設け、トータルで増速比を１００程度に上げ、発電機１１４で発電する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図８に示す他の一つの方式の風力発電装置２００は、増速せず、ハブ２０２の回転を直接、発電機２０６に伝達する所謂、ダイレクト式である。ダイレクト式は、ハブ２０２内にベアリング２０４を配置し、ベアリング２０４の外輪側を、アウターロータ式の発電機２０６に伝達し、増速を行わない。発電機２０６のロータ２０８には、磁石が取り付けられている。シンプルな構造であるが、磁石の使用量が多く、きわめて高価なシステムであり、大電力化には向かない（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
一般的に風は地面や水面と平行に流れるエネルギーが主体であり、風の向きと水平にブレードの回転軸を配置する水平型が主流である。近年では、水平型風力発電装置の大型化が進んでいる。
【０００６】
例えば、陸上風力発電の最大出力は１ＭＷ以下が主体であったが、近年では２ＭＷ以上のものも出現している。洋上風力発電では１５ＭＷの発電を行う時代になってきた。また、より強い風が期待できる洋上で浮体式の風力発電も行われるようになってきた。洋上では、陸上に比して強風域が多いので、今後、ますます、洋上風力発電が増加すると予測される。地球温暖化対策、カーボンニュートラルの観点から、風力発電の大型化は進むと考えられる。
【０００７】
また、風力発電装置内に複数台の発電機を設けることが提案されている。例えば、特許文献２及び特許文献３には、ハブに結合した主軸に大歯車を固定し、大歯車に噛み合う複数の小歯車を設け、小歯車それぞれの回転を発電機に伝達する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第５５１１９６８号公報
特開平８－１７７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
水平型風力発電装置を大型化するためにブレードの径を大きくすると、ロータの回転数が下がり、トルクが大きくなる。そのため、風力発電装置のナセル内に配置される機構の大型化、高重量化を招く。
【００１０】
ナセル重量が増加すると、タワー等の重量はそれにつれて増加し、設置費用も増加する。重量の重いナセルをタワーの上部に設置するには大型のクレーンが必要であり、洋上風力発電では、運搬に大きな船が必要となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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