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CN109983222A - 风车用驱动装置、风车用驱动装置单元以及风车 - Google Patents

风车用驱动装置、风车用驱动装置单元以及风车 Download PDF

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CN109983222A
CN109983222A CN201780072336.0A CN201780072336A CN109983222A CN 109983222 A CN109983222 A CN 109983222A CN 201780072336 A CN201780072336 A CN 201780072336A CN 109983222 A CN109983222 A CN 109983222A
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Abstract

及时且准确地检测出风车用驱动装置的异常状态。风车用驱动装置(10)具有驱动装置主体(20)和传感器(40)。驱动装置主体(20)设置于风车(101)的可动部分的一构造体。驱动装置主体(20)具有与设置于风车的可动部分的另一构造体的齿圈(107)啮合的啮合部(24a)。传感器(40)用于测量驱动装置主体(20)相对于一构造体的设置状态的变化。

Description

风车用驱动装置、风车用驱动装置单元以及风车
技术领域
本发明涉及一种在风车的可动部分使用的风车用驱动装置、风车用驱动装置单元以及风车。
背景技术
如例如专利文献1所公开的那样，对于作为风力发电装置使用的风车，公知有一种如下这样的风车，该风车包括：机舱，其旋转自如地设置于塔架的上部，并在内部配置有发电机等；以及叶片(翼)，其被设置为相对于设置到机舱的转子(轴毂、主轴部)旋转自如。在该风车的情况下，作为以使风车的可动部分的一构造体相对于另一构造体旋转的方式进行驱动的风车用驱动装置，具有偏转驱动装置或桨距驱动装置等。偏转驱动装置以使作为一构造体的机舱相对于作为另一构造体的塔架旋转的方式进行驱动，而根据风向使机舱旋转。桨距驱动装置以使作为一构造体的叶片的轴部相对于作为另一构造体的机舱侧的转子旋转的方式进行驱动，而对叶片的桨距角进行调节。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001－289149号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，通常对风车的一个可动部分设置多个风车用驱动装置。在该风车的情况下，也设想到了这样的情况：设于一个可动部分的多个风车用驱动装置中的一个风车用驱动装置的输出轴因某种异常而维持为固定的状态。在这样的异常时，会因故障的风车用驱动装置的被固定的输出轴与齿圈的啮合，而导致可动部分成为锁定状态。在锁定状态下，如果其他的正常的风车用驱动装置动作，则风车用驱动装置和齿圈中的一者会发生损伤。在风车用驱动装置发生损伤的情况下，通过更换该风车用驱动装置，能够使风车再次运转。另一方面，在齿圈或构造体的齿圈周围发生破损的情况下，需要大规模的修复工程，导致风车的作业长时间地停止。为了避免这样的不良情况，及时且准确地检测出风车用驱动装置的异常状态是很重要的。即，本发明是考虑到这样的问题点而做成的，其目的在于及时且准确地检测出风车用驱动装置的异常状态。
用于解决问题的方案
本发明的风车用驱动装置包括：
驱动装置主体，其设置于风车的可动部分的一构造体，并且具有与设置于所述风车的可动部分的另一构造体的齿圈啮合的啮合部；以及
传感器，其用于测量作用在所述驱动装置主体与所述一构造体之间的负荷。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
该风车用驱动装置设有负荷避免部件，该负荷避免部件基于来自所述传感器的信号而使所述驱动装置主体停止。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器用于测量一秒以内的瞬间的设置状态的变化。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括相比所述紧固螺栓而言直径较小的检测引脚。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分由相比所述紧固螺栓而言弹性模量较小的材料构成。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分和所述检测部由相同的材料构成。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分以比所述紧固螺栓的轴力小的轴力将所述驱动装置主体固定于所述一构造体。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括在所述驱动装置主体与所述一构造体之间延伸的安装板。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括检测引脚，该检测引脚通过螺栓紧固于所述驱动装置主体和所述一构造体。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分通过焊接固定于所述驱动装置主体和所述一构造体。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括检测引脚，该检测引脚在所述驱动装置主体与所述一构造体之间延伸并且设在具有孔的轴内。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括用于紧固所述驱动装置主体和所述一构造体的夹具。
在本发明的风车用驱动装置中，也可以是，
所述传感器包括粘贴于所述驱动装置主体和所述一构造体的应变片。
在本发明的风车用驱动装置单元中，可以是，
该风车用驱动装置单元包括设于风车的一个可动部分的多个风车用驱动装置，
多个风车用驱动装置均为上述的本发明的风车用驱动装置中的任一者，
与各风车用驱动装置相对应地设置有用于测量作用在所述驱动装置主体与所述一构造体之间的负荷的独立的传感器。
本发明的风车包括上述的本发明的风车用驱动装置中的任一者或者上述的本发明的风车用驱动装置单元中的任一者。
发明的效果
采用本发明，能够及时且准确地检测出风车用驱动装置的异常状态。
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施方式的图，且是表示风车的立体图。
图2是图1所示的风车的纵剖视图，且是表示塔架与机舱之间的可动部分的图。
图3是表示风车用驱动装置的图2所示的可动部分处的配置的俯视图。
图4是将图2所示的风车用驱动装置局部以截面示出的图。
图5是将图4所示的风车用驱动装置的安装部分局部以截面示出的图。
图6是表示用于安装图4所示的风车用驱动装置的紧固件的排列的俯视图。
图7是表示传感器的放大图。
图8是表示传感器的变形例的图。
图9是表示传感器的变形例的图。
图10是表示传感器的变形例的图。
图11是示意性地表示驱动装置的制动机构的图。
图12是用于说明控制装置的功能结构的框图。
具体实施方式
＜发明的实施方式＞
以下，参照附图说明本发明的一实施方式。另外，在本说明书所附的附图中，为了便于图示和理解，将比例尺和纵横尺寸比等相对于实物适当地进行了变更、夸张。
图1～图7是用于说明本发明的一实施方式的图。在此说明的风车用驱动装置10用于驱动机舱103或者叶片105，该机舱103被设置为能够相对于风车101的塔架102旋转，该叶片105被设置为能够相对于被安装到机舱103的转子104沿着桨距方向摆动。即，在此说明的风车用驱动装置10能够用作以使机舱103相对于风车101的塔架102旋转的方式进行偏转驱动的偏转驱动装置，而且，也能够用作以使叶片105的轴部相对于机舱侧的转子104旋转的方式进行桨距驱动的桨距驱动装置。但是，在以下说明的图示的例中，风车用驱动装置作为偏转驱动装置发挥作用。
如图1所示，风车101具有塔架102、机舱103、作为主轴部的转子104以及作为翼的叶片105等。塔架102被设置为自地上朝向铅垂上方延伸。机舱103被设置为能够相对于塔架102的上部旋转。机舱103的相对于塔架102的旋转是以塔架102的长度方向为中心的旋转，是所谓的偏转旋转。机舱103被在后面详细说明的风车用驱动装置10驱动，而相对于塔架102旋转。在机舱103的内部配置有传动轴、发电机等。转子104与传动轴连接，并能够相对于机舱103旋转。叶片105设有多个(在图1所示的例中，为3个)。叶片105以转子104相对于机舱103旋转的旋转轴线为中心自该转子104向放射方向延伸。多个叶片105彼此隔开相等角度地配置。
另外，各叶片105能够沿着桨距方向旋转，换言之能够以其长度方向为中心相对于转子104旋转。即，叶片105的与转子104连接的连接部位为可动部分。叶片105利用被设为桨距驱动装置的风车用驱动装置驱动而旋转，该作为桨距驱动装置的风车用驱动装置构成为与后述的作为偏转驱动装置的风车用驱动装置10同样。
图2是放大表示在风车101中机舱103设置为能够相对于塔架102旋转的部分的剖视图。另外，在图2中，对于风车用驱动装置10，并非以剖视图进行图示，而是以外形图进行图示。机舱103在其底部103a被设置为能够借助轴承106相对于塔架102的上部旋转。并且，在塔架102的上部固定有在内周形成有内齿的齿圈107。但是，齿圈107的齿并不限于设于内周，也可以设于外周。在附图中，省略了齿圈107的内齿的各齿。
如图2及图3所示，在机舱103内安装有多个风车用驱动装置10。风车用驱动装置10具有与齿圈107的内齿啮合的啮合部24a。在风车用驱动装置10的驱动下，能够使作为风车101的可动部分的一者的机舱103相对于作为风车101的可动部分的另一者的塔架102旋转。如图3所示，齿圈107形成为圆周状，并具有中心轴线Cm。机舱103以齿圈107的中心轴线Cm为中心旋转。在图示的例中，齿圈107的中心轴线Cm与塔架102的长度方向一致。以下，将与齿圈107的中心轴线Cm平行的方向也简称为“轴向dl”。
在图示的风车101中，如图3所示，设有一对风车用驱动装置单元5。一对风车用驱动装置单元5被配置为以齿圈107的中心轴线Cm为中心旋转对称。各风车用驱动装置单元5均包含三个风车用驱动装置10。一对风车用驱动装置单元5所包含的共计六个驱动装置主体20沿着以齿圈107的中心轴线Cm为中心的圆周cl1(参照图3)设置。各风车用驱动装置单元5所包含的三个风车用驱动装置10沿着圆周cl1隔开一定间隔地依次排列。
风车用驱动装置10具有固定到机舱103的驱动装置主体20和用于将驱动装置主体20固定于机舱103的紧固件30。而且，在此说明的风车用驱动装置10具有用于发现驱动装置主体20的异常的传感器40。该传感器40与紧固件30分体设置，并用于对作用于机舱103与驱动装置主体20之间的负荷进行测量。并且，通过使用该传感器40，能够如后述那样及时且准确地检测出作用于机舱103与驱动装置主体20之间的负荷。以下，依次说明风车用驱动装置10的各构成要素。
首先，对驱动装置主体20进行说明。如图4所示，驱动装置主体20具有：输出轴24，其具有与齿圈107啮合的啮合部24a；壳体21，其将输出轴24保持为能够旋转；以及电动机23，其固定于壳体21。驱动装置主体20还具有用于连结电动机23和输出轴24的连结部25。连结部25被收纳在壳体21内。对于连结部25，作为一例，用于使来自电动机23的输入减速并向输出轴24传递。作为这样的连结部25，能够采用偏心摆动齿轮型的减速机构、行星齿轮型的减速机构、或者使偏心摆动齿轮型和行星齿轮型组合而成的减速机构。
如图4所示，输出轴24的远离连结部25的一侧的端部自壳体21延伸出。在输出轴24的自壳体21延伸出的部分形成有啮合部24a。如图2及图5所示，输出轴24的啮合部24a延伸到形成于机舱103的底部103a的贯通孔103b内，并与齿圈107啮合。啮合部24a形成为与齿圈107相对应的形状。作为一例，啮合部24a形成具有与齿圈107的内齿啮合的外齿的小齿轮。风车用驱动装置10具有与输出轴24的旋转轴线Cr一致的长度方向轴线。在风车用驱动装置10固定于机舱103的状态下，输出轴24的旋转轴线Cr与风车101的轴向dl平行。
接着，对壳体21进行说明。如图4所示，壳体21形成为筒状。如图5所示，壳体21以其长度方向轴线位于旋转轴线Cr上的方式配置。壳体21的沿着旋转轴线Cr的两端开口。
输出轴24的啮合部24a从壳体21的塔架102侧的开口暴露。电动机23安装于壳体21的与塔架102相反的一侧的开口。并且，壳体21具有凸缘22。如图3所示，凸缘22形成为环状，沿着以输出轴24的旋转轴线Cr为中心的圆周cl3延伸。如图4及图5所示，在凸缘22形成有通孔22a。在以输出轴24的旋转轴线Cr为中心的圆周上形成有多个通孔22a。在图示的例中，形成有12个通孔22a。如图4及图5所示，通孔22a沿着轴向dl延伸。
接着，对用于将包括以上结构的驱动装置主体20固定于机舱103的紧固件30进行说明。紧固件30以穿过形成于驱动装置主体20的凸缘22的通孔22a的方式贯穿凸缘22。在机舱103的底部103a的与凸缘22的通孔22a相面对的位置形成有贯通孔103c。紧固件30穿过驱动装置主体20的通孔22a，进而延伸到机舱103的贯通孔103c内。在图示的例中，紧固件30具有螺栓30a和螺母30b。螺栓(紧固螺栓)30a贯穿驱动装置主体20的驱动装置主体20和机舱103的底部103a。螺母30b从塔架102侧与依次贯穿驱动装置主体20以及机舱103的螺栓30a螺纹结合。在图示的例中，机舱103的贯通孔103c与通孔22a相对应地形成在12个部位。包括螺栓30a和螺母30b的紧固件30以一个通孔22a为单位设置于除了如下4个通孔22a的所有的通孔22a，该4个通孔22a为驱动装置主体20的通孔22a中的位于例如图3所示的最外周、最内周以及与最外周和最内周分开90°的地方的共计4个通孔22a。其结果，驱动装置主体20利用8个紧固件30在11个部位安装于机舱103。并且，在位于驱动装置主体20的最外周、最内周以及与最外周和最内周分开90°的地方的通孔22a，如后述那样安装有用于对驱动装置主体20的设置状态的变化进行测量的传感器40。
另外，并不局限于图示的例子，也可以在机舱103的贯通孔103c形成与螺栓30a的外螺纹螺纹结合的内螺纹，来代替使用螺母30b。
在该例中，紧固件30包括螺栓30a，通过使螺栓30a与机舱103的贯通孔103c啮合，能够将驱动装置主体20固定于机舱103。
接着，对电动机23进行说明。在图示的例中，电动机23具有马达驱动部48和马达制动部50。在此，图11是示意性地表示电动机23的局部截面的图。马达制动部50是用于对向驱动齿轮24a传递的旋转进行制动的制动机构。但是，如后述那样，驱动装置主体20可以具有能够对向驱动齿轮24a传递的旋转或自驱动齿轮24a输出的旋转进行制动的各种形态的制动机构来代替马达制动部50或者除马达制动部50之外还具有上述制动机构。
具备马达驱动部48和马达制动部(负荷避免部件)50的电动机23针对每个驱动装置10设置，且对于一个马达驱动部48安装一个马达制动部50。马达驱动部48可以包括能够基于来自控制装置110(参照图12)的指令来控制驱动轴48a的转速的任意装置。图示的马达制动部50具有作为电磁制动器的机构，该电磁制动器基于来自控制装置110(参照图7)的指令而对马达驱动部48的驱动轴48a的旋转进行制动或者解除驱动轴48a的制动。在驱动轴48a的旋转被制动的状态下，能够使驱动轴48a的转速降低，并最终使驱动轴48a的旋转完全停止。另一方面，在驱动轴48a的制动被解除的状态下，驱动轴48a不被马达制动部50制动，而基本上能够以与供给至马达驱动部48的电力相对应的本来的转速旋转。来自马达驱动部48的驱动轴48a的驱动力(旋转动力)经由连结部25传递至输出轴24。
本例的马达制动部50安装于马达驱动部48的罩72的与减速部25相反的一侧的端部，并具有外壳51、摩擦板56、电枢57、弹性构件55、电磁体53以及第1摩擦板连结部77等。外壳51是用于收纳摩擦板56、电枢57、弹性构件55、电磁体53以及第1摩擦板连结部77等的构造体，固定于马达驱动部48的罩72。摩擦板56借助第1摩擦板连结部77与马达驱动部48的驱动轴48a连结。驱动轴48a的一端部以贯穿于摩擦板56的通孔的状态配置于该通孔。
本例的第1摩擦板连结部77具有花键轴77a和滑动轴77b。花键轴77a利用基于键构件(未图示)的键结合和基于止动环77c的卡合而相对于驱动轴48a的一端部的外周固定。滑动轴77b被安装为能够相对于花键轴77a沿着轴向滑动。另外，在第1摩擦板连结部77设置有用于将滑动轴77b相对于花键轴77a的轴向上的位置定位在规定位置的弹簧机构(未图示)。在滑动轴77b的凸缘状的部分的外周的边缘部固定有摩擦板56的内周，摩擦板56与滑动轴77b结合为一体。
在具有上述结构的马达制动部50中，在驱动轴48a旋转时，花键轴77a、滑动轴77b以及摩擦板56也与驱动轴48a一起旋转。在后述的电磁体53被励磁了的状态下，被保持为能够相对于驱动轴48a和花键轴77a沿着轴向滑动的滑动轴77b和摩擦板56被弹簧机构在花键轴77a的轴向上定位于规定位置。配置于该规定位置的摩擦板56与后述的电枢57以及摩擦板58分离开。
电枢57被设为能够与摩擦板56抵接，并被设为通过与摩擦板56抵接来产生用于对驱动轴48a的旋转进行制动的制动力的构件。另外，在本例中，在马达驱动部48的罩72的一端部的与摩擦板56相对的部位设有摩擦板58。摩擦板58被设置于能够与摩擦板56抵接的位置。
弹性构件55被保持于后述的电磁体53的电磁体主体53a，并对电枢57从电磁体53侧朝向摩擦板56侧施力。特别是本例的多个弹性构件55将驱动轴48a作为中心呈同心圆状以内周侧和外周侧的两列沿着周向配置于电磁体主体53a。此外，上述的弹性构件55的配置方式只不过是例示，弹性构件55也可以采用其他的配置方式。
电磁体53包括电磁体主体53a和线圈部53b，并通过利用磁力吸引电枢57来使电枢57与摩擦板56分离开。电磁体主体53a在与电枢57相对的一侧的相反侧的端部固定于外壳51。在电磁体主体53a设有朝向电枢57开口的多个弹性构件保持孔53c，在这些弹性构件保持孔53c分别配置弹性构件55。线圈部53b设置于电磁体主体53a的内部，并沿着电磁体主体53a的周向配置。电流相对于线圈部53b的供给和阻断基于控制装置110的指令进行。
在例如解除马达制动部50对驱动轴48a的制动时，基于控制装置110的指令，向线圈部53b供给电流而使电磁体53通电。在电磁铁53被通电而成为被励磁了的状态时，在电磁体53产生的磁力的作用下，电枢57被线圈部53b吸引。此时，电枢57克服多个弹性构件55的弹性力(弹簧力)而被向电磁体53吸引。由此，电枢57离开摩擦板56，驱动轴48a的制动被解除。因而，在电磁体53被励磁而驱动轴48a的制动被解除了的状态下，电枢57成为与电磁体主体53a抵接的状态。
另一方面，在利用马达制动部50对驱动轴48a进行制动时，基于控制装置110的指令，阻断电流向线圈部53b的供给而使电磁体53消磁。在电磁体53成为被消磁了的状态时，电枢57由于多个弹性构件55的弹性力而被朝向摩擦板56施力，电枢57与摩擦板56抵接。由此，在电枢57与摩擦板56之间产生摩擦力，驱动轴48a的旋转被制动。另外，图6表示电磁体53被消磁了的状态，且表示驱动轴48a的旋转被制动的状态。
另外，在电磁体53被消磁而驱动轴48a被制动的状态下，摩擦板56由于由电枢57作用的作用力而还与摩擦板58抵接。因而，在电磁体53被消磁时，摩擦板56由于来自多个弹性构件55的作用力而成为被夹在电枢57与摩擦板58之间的状态。由此，利用在电枢57与摩擦板56之间产生的摩擦力以及在摩擦板56与摩擦板58之间产生的摩擦力，驱动轴48a的旋转被制动。
接着，利用图7说明传感器40。传感器40以到达机舱103的贯通孔103c内的方式设于驱动装置主体20的最外周的通孔22a。该传感器40用于检测在驱动装置主体20与机舱103之间施加的负荷，其具有：检测引脚40a，其具有头部40h；以及螺母40b，其安装于在检测引脚40a的下端部形成的螺纹部40c。
在该情况下，检测引脚40a作为用于承受作用于该检测引脚40a的负荷的受力部分发挥作用，并在该检测引脚40a的外表面设有用于测量检测引脚40a的应变的应变片50A。该应变片50A用于检测在检测引脚40a被施加拉伸力而使检测引脚40a伸长时的检测引脚40a的应变。在该情况下，通过将多个应变片50A设于检测引脚40a的外表面，能够如后述那样检测出沿着齿圈107的径向、周向以及轴向施加于检测引脚40a的负荷。
传感器40的检测引脚40a具有与紧固件30的螺栓30a同样的结构，但检测引脚40a的外径比螺栓30a的外径小。由此，即使在检测引脚40a和螺栓30a被作用有同样的负荷的情况下，检测引脚40a也比螺栓30a大地应变，由此，能够提高设于检测引脚40a的外周的应变片50A的灵敏度。
此外，传感器40的检测引脚40a能够由相比螺栓30a而言弹性模量较小的材料形成。在例如螺栓30a的材料为钢制的情况下，通过使检测引脚40a由相比钢而言弹性模量较小的材料，例如相比螺栓30a而言弹性模量较小的钢、铸铁或者树脂形成，从而能够使检测引脚40a更大地应变，能够进一步提高设于检测引脚40a的外周的应变片50A的灵敏度。
另外，优选的是，传感器40的检测引脚40a和应变片50A这两者由相同的材料形成。通过利用相同的材料、例如树脂材料制作检测引脚40a和应变片50A，在传感器40被加热或者被冷却而检测引脚40a和应变片50A伸缩的情况下，能够使两者的因热膨胀导致的伸缩相抵消，而利用应变片50A准确地检测出施加于检测引脚40a的负荷。
另外，如上述那样，通过紧固安装于下端部的螺纹部40c的螺母40b，而将传感器40的检测引脚40a固定在驱动装置主体20的凸缘22与机舱103的底部103a之间。
在该情况下，较松地紧固检测引脚40a的螺母40b。另一方面，紧固件30的螺栓30a被强力地紧固，以将驱动装置主体20牢固地固定于机舱103。由此，检测引脚40a的轴力比螺栓30a的轴力小。
即，在检测引脚40a的轴力(拉伸力)事先较高时，存在这样的情况：即使对检测引脚40a施加一些负荷(拉伸力)，也难以检测出该负荷。相对于此，根据本实施方式，通过预先使施加于检测引脚40a的检测引脚40a的轴力较小，从而对于自外部施加的负荷能够灵敏度良好地伸长、应变，并能够灵敏度良好地检测出检测引脚40a的应变。
另外，传感器40的应变片50A与控制装置110电连接。与由设在各驱动装置主体20与机舱103之间的传感器40的应变片50A输出的测量结果相关的电信号被发送至控制装置110。控制装置110能够通过监视由传感器40的应变片50A输出的电信号来掌握作用于该驱动装置主体20的载荷的变化。控制装置110基于由传感器40的应变片50A测量的测量结果来控制风车用驱动装置10等风车101的构成要素。
图12是用于说明控制装置(负荷避免部件)110的功能结构的框图。如图12所示，控制装置110用于从在多个驱动装置10(在本例中为6个驱动装置10)设置的传感器40分别接收检测结果。即，各驱动装置10的传感器40分别与控制装置110连接。控制装置110能够输出用于控制被设于各驱动装置10的马达驱动部48和马达制动部50的控制信号。另外，控制装置110的设置位置并不特别限定，既可以与构成风车101的各要素(例如塔架102、机舱103、转子104或叶片105等)一体地设置，也可以与这些要素分体地设置。
在任一驱动装置10的传感器40检测到异常的情况下，控制装置110停止自该驱动装置10的驱动装置主体20的驱动齿轮24a向齿圈107输出驱动力。对于来自驱动齿轮24a的驱动力的停止，比较有代表性的是，能够通过利用控制装置110阻断向电动机23的电力供给来实现。在驱动齿轮24a和齿圈107啮合的啮合部被作用有过大的力的状态下，通过停止自驱动齿轮24a向齿圈107的输出，能够避免啮合部的负荷进一步上升。并且，在根据油的状态预测出驱动装置主体20的因老化导致的破损的情况下，通过停止来自驱动装置主体20的驱动力的输出，能够有效地避免与驱动装置主体20连接的齿圈107及其周围的破损。并且，在确认为马达制动部50故障的情况下，能够有效地避免驱动装置主体20进一步的破损，以及有效地避免与驱动装置主体20连接的齿圈107及其周围的破损。
另外，在任一驱动装置10的传感器40检测到异常的情况下，控制装置110解除该驱动装置10的由制动机构(马达制动部50)进行的旋转制动。即，在传感器40检测到异常的情况下，控制装置110发送出控制信号，以解除由制动机构(马达制动部50)进行的旋转制动。在图示的例中，马达制动部50的旋转制动的解除能够通过利用控制装置110向马达制动部50供给电力来实现。例如，在受到疾风等外力的情况下，如果由于制动机构的制动力而限制驱动齿轮24a的旋转，则会导致该驱动齿轮24a与齿圈107啮合的啮合部处的负荷过大。因此，在传感器40检测到异常的情况下，通过解除由该驱动装置10的制动机构(马达制动部50)进行的旋转制动，不仅能够避免啮合部的负荷上升，还能够释放在啮合部产生的负荷。
此外，在一个驱动装置10的传感器40检测到异常的情况下，控制装置110除了在该一个驱动装置停止自驱动齿轮24a向齿圈107输出驱动力之外，还在该一个驱动装置以外的驱动装置停止自驱动齿轮24a向齿圈107输出驱动力。而且，在一个驱动装置10的传感器40检测到异常的情况下，控制装置110除了在该一个驱动装置10解除由制动机构(马达制动部50)进行的旋转制动之外，还在该一个驱动装置以外的驱动装置解除由制动机构进行的旋转制动。如上述那样，在一个可动部分设有多个驱动装置10的情况下，自一个驱动装置10的驱动齿轮24a向齿圈107输出的驱动力会作为外力作用于其他驱动装置10的驱动齿轮24a与齿圈107啮合的啮合部。因而，能够在发现任一异常的情况下，避免一个驱动装置10的驱动力作为外力作用于其他驱动装置10与齿圈107啮合的啮合部，并且能够解除由制动机构进行的制动力而使各驱动装置10根据外力灵活地动作。由此，能够更加有效地避免驱动装置主体20的破损以及与驱动装置主体20连接的齿圈107及其周围的破损。
另外，在机舱103与塔架102之间的可动部分，停止自驱动装置10的驱动齿轮24a向齿圈107输出驱动力，并且解除由驱动装置10的制动机构50进行的旋转制动，这样的控制被称作自由偏转控制。自由偏转控制是容许机舱103(第1构造体)和塔架102(第2构造体)间的自由的相对旋转的控制，能阻碍机舱103和塔架102间的自由的相对旋转的制动力和驱动力被降低或解除。在设有上述那样的马达驱动部48和马达制动部50的情况下，控制装置110通过阻断对马达驱动部48的通电来停止驱动轴48a的旋转驱动，并且，控制对马达制动部50的通电，从而不自马达制动部50向马达驱动部48(即驱动轴48a)赋予制动力。
另外，在设有其他驱动部件和制动部件的情况下，控制装置110对这样的其他驱动部件和制动部件进行控制而将能阻碍机舱103和塔架102间的自由的相对旋转的制动力和驱动力排除。在例如设有直接对齿圈107的旋转动作进行制动的卡钳制动器等制动装置(未图示)的情况下，控制装置110控制该制动装置，从而不自该制动装置向齿圈107赋予制动力。
通过使控制装置110进行上述那样的自由偏转控制，各驱动装置10的驱动齿轮24a和齿圈107被置于能够自由地旋转的状态，机舱103能够相对于塔架102自由地旋转。利用这样的自由旋转，能够有效地防止各驱动齿轮24a与齿圈107之间的负荷变得过大，并能够将构成驱动装置10的各要素、齿圈107的破损等不良情况防止于未然。
接着，对包括以上那样的结构的风车用驱动装置10的作用进行说明。
对于包括以上结构的风车101，在想要使机舱103、叶片105等可动部分旋转时，使风车用驱动装置单元5所包含的多个风车用驱动装置10同步地动作。由此，能够使作为重物的机舱103相对于塔架102、叶片105相对于转子104分别转动。另外，各风车用驱动装置10基于来自控制装置110的控制信号进行动作。
在风车101的可动部分，如已说明的那样，还存在这样的情况：风车用驱动装置单元5所包含的一部分风车用驱动装置10发生故障，该风车用驱动装置10固定于停止的状态。而且，还存在这样的情况：这样的异常的检测延迟，控制装置110对风车用驱动装置单元5所包含的风车用驱动装置10发送驱动信号。此时，故障的风车用驱动装置10的啮合部24a与齿圈107啮合，可动部分的动作被限制。因而，在风车用驱动装置单元5所包含的其他的正常的风车用驱动装置10的啮合部24a动作时，会在风车用驱动装置10的啮合部24a与齿圈107之间产生较大的应力。即，在没有及时检测出风车用驱动装置10的异常状态的情况下，会致使风车用驱动装置10或齿圈107破损。在风车用驱动装置10发生损伤的情况下，通过更换该风车用驱动装置10，能够使风车再次运转。另一方面，在齿圈107或塔架102的齿圈107周围发生破损的情况下，需要大规模的修复工程，会导致风车的作业长时间地停止而产生巨大的损失。
为了避免这样的不良情况，风车用驱动装置10具有包括应变片50A的传感器40。传感器40用于测量风车用驱动装置10的驱动装置主体20相对于风车101的可动部分的一者，例如机舱103设置的设置状态的变化，具体而言是施加于驱动装置主体20的负荷的变化。此时，传感器40测量瞬间的负荷变化，例如一秒以内的负荷变化。传感器40的应变片50A将表示紧固件30的状态的电信号发送给控制装置110。控制装置110监视自传感器40发送来的电信号，而能够检测出风车用驱动装置10的异常。控制装置110在检测到异常的情况下发出表示发生异常的警报等，并且停止风车用驱动装置10的驱动。由此，能够避免风车用驱动装置10、齿圈107进一步损伤。在该情况下，控制装置110利用马达制动部50对马达驱动部48的驱动轴48a进行制动，或者阻断向电动机23的电力供给，来停止风车用驱动装置10的驱动。
特别是，在本实施方式中，对驱动装置主体20的设置状态的变化进行测量。通过反复实施模拟实验，印证了以下的倾向。即，对于在多个风车用驱动装置10中的一个风车用驱动装置10发生故障而被固定的状态下驱动其他的正常的风车用驱动装置10的情况，在风车用驱动装置10的驱动装置主体20作用有较大的载荷。这样的倾向也与在风车的运转中实际产生的不良情况一致。总之，在驱动装置主体20的设置状态较大地变化的情况下，风车用驱动装置10相对于风车主体相对移动，风车用驱动装置10的安装状态较大地变化。此时，较大的载荷作用于风车用驱动装置10、齿圈107或齿圈107周围的构造物。因而，通过利用用于对驱动装置主体20的设置状态变化进行测量的传感器40，能够及时且准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
优选的是，这样的传感器40用于测量：检测引脚40a相对于以齿圈107的中心轴线Cm为中心的圆周cl6的切线方向dt上的状态变化、检测引脚40a在以齿圈的中心轴线Cm为中心的径向dr上的状态变化以及检测引脚40a在与齿圈107的中心轴线Cm平行的轴向dl上的状态变化中的至少一者以上。从风车用驱动装置10的啮合部24a与齿圈107的相对动作来看，检测引脚40a容易在所述切线方向dt、径向dr和轴向dl中的任一方向上带来最大的状态变化。因而，通过使传感器40对检测引脚40a在切线方向dt上的状态变化、检测引脚40a在径向dr上的状态变化以及检测引脚40a在轴向dl上的状态变化中的任一者以上进行检测，能够更加及时且更加准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。而且，通过使传感器40对检测引脚40a在切线方向dt上的状态变化、检测引脚40a在径向dr上的状态变化以及检测引脚40a在轴向dl上的状态变化中的所有变化进行检测，能够非常及时且非常准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
另外，在检测引脚40a像例如螺栓等那样具有长度方向轴线的情况下，检测引脚40a的状态容易在与该轴线Cb平行的方向或者与该轴线Cb正交的方向上较大地变化。因而，如果考虑检测引脚40a的形状，则优选传感器40对检测引脚40a在与该检测引脚40a的轴线Cb平行的方向上的状态变化以及该紧固件30在与检测引脚40a的轴线Cb正交的方向上的状态变化中的至少一者以上进行测量。
在图5及图6所示的例中，检测引脚40a的长度方向轴线Cb与风车用驱动装置10的旋转轴线Cr以及齿圈107的中心轴线Cm平行。即，检测引脚40a的长度方向轴线Cb与上述的轴向dl平行，并与上述的切线方向dt、径向dr正交。在这样的图示的例子中，检测引脚40a的状态非常容易在切线方向dt、径向dr和轴向dl中的任一方向，换言之与检测引脚40a的长度方向轴线Cb平行或者正交的方向上发生变化。因而，通过使传感器40测量检测引脚40a在这些方向上的状态变化，能够非常及时且非常准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
另外，在本实施方式中，如图6所示，风车用驱动装置10的驱动装置主体20具有：壳体21，其具有供紧固件30贯穿的凸缘22；以及输出轴24，其被支承于壳体21，且具有啮合部24a。在以输出轴24的轴线为中心的周围，即在以风车用驱动装置10的旋转轴线Cr为中心的周围配置有8个紧固件30。并且，在除紧固件30以外的部分每隔90°设有一个传感器40。并且，根据各传感器40的测量结果，能够更准确地掌握驱动装置主体20相对于机舱103的设置状态的变化，进而掌握风车用驱动装置10的安装状态的变化。结果，能够非常及时且非常准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
在图6所示的例中，沿着以齿圈107的中心轴线Cm为中心的圆周cl6在最靠一侧设有第1传感器41。并且，沿着以齿圈107的中心轴线Cm为中心的圆周cl6在最靠另一侧设有第2传感器42。而且，沿着以齿圈107的中心轴线Cm为中心的径向dr最远离该中心轴线Cm地设有第3传感器43，沿着以齿圈107的中心轴线Cm为中心的径向dr最靠近该中心轴线Cm地设有第4传感器44。在这样的风车用驱动装置10的情况下，能够在容易被施加最大的载荷的地方分别利用独立的第1～第4传感器41、42、43、44来独立且准确地测量状态变化。因而，能够非常及时且非常准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
更优选的是，对于位于啮合压力角度θα在规定角度内的区域Rα，例如啮合压力角度θα在±20°的范围内的区域Rα的部位，利用传感器40检测驱动装置主体20的设置状态变化。再优选的是，对于位于啮合压力角度θα在±10°的范围内的区域Rα的部位，利用传感器40检测驱动装置主体20的设置状态变化，最优选的是，对于位于啮合压力角度θα为0°的位置处的部位，利用传感器40检测驱动装置主体20的设置状态变化。根据模拟实验结果能够确认的是：对于位于啮合压力角度θα在±20°的范围内的区域Rα的部位，驱动装置主体20容易发生设置状态变化，并且，对于位于啮合压力角度θα在±10°的范围内的区域Rα的部位，驱动装置主体20容易发生明显的设置状态变化，而且，对于配置于啮合压力角度θα为0°的位置的部位，驱动装置主体20容易发生最大的设置状态变化。在此，在图6所示的与风车用驱动装置10的输出轴24的旋转轴线Cr正交的面中，穿过该旋转轴线Cr的直线相对于在以齿圈107的中心轴线Cm为中心且穿过输出轴24的旋转轴线Cr的圆周上的该旋转轴线Cr处的切线tα的角度被称作啮合压力角度θα。在图6所示的例中，由直线lαx和直线lαy包围的区域Rα是啮合压力角度θα在±20°的范围内的区域Rα。上述的第3传感器43和第4传感器44位于啮合压力角度θα在±20°的范围内的区域Rα。
此外，也可以通过比较多个传感器40的设置状态变化来判断风车用驱动装置10的异常状态的有无。特别是，也可以通过比较在以风车用驱动装置10的输出轴24的旋转轴线Cr为中心对称的位置配置的两个以上的传感器40的状态变化来判断风车用驱动装置10的异常状态的有无。在该情况下，能够非常及时且非常准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
如以上那样，在本实施方式中，风车用驱动装置10具有：驱动装置主体20，其设置于风车101的可动部分的一构造体，并且具有与设置于风车101的可动部分的另一构造体的齿圈107啮合的啮合部24a；以及传感器40，其用于测量驱动装置主体20的设置状态的变化。采用这样的风车用驱动装置10，能够及时且准确地检测出风车用驱动装置10的异常状态。
以上，基于图示的一实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于以上的一实施方式，除此以外，还能够以其他各种方式实施。
例如，在上述的实施方式的说明中，在使机舱103相对于塔架102旋转的可动部分设有一对风车用驱动装置单元5，并且，各风车用驱动装置单元5包含三个风车用驱动装置10。但是，并不局限于该例，也可以在风车101的可动部分仅设置一个风车用驱动装置单元5，或者，也可以设置三个以上的风车用驱动装置单元5。另外，风车用驱动装置单元5也可以包含两个风车用驱动装置10，或者，也可以包含四个以上的风车用驱动装置10。
＜变形例＞
接着，说明本发明的变形例。在上述实施方式中，示出了这样的例子：传感器40具有含有头部40h的螺栓状检测引脚40a和设于该检测引脚40a的外表面的应变片50A，但并不局限于此，也可以如图8所示那样，传感器40具有：中空状检测引脚40a，其含有头部40h，并且具有通孔；压入引脚40p，其被压入到该中空状检测引脚40a内；以及应变片50A，其设于检测引脚40a的外表面。在中空状检测引脚40a的螺纹部40c安装有螺母40b。另外，在图8中，省略了应变片50A。
或者，也可以如图9所示那样，传感器40具有：检测引脚40a，其在上部和下部分别具有凸缘40h1、40h2；以及应变片50A，其设于该检测引脚40a的外周。
在图9所示的变形例中，检测引脚40a的凸缘40f1、40f2都通过焊接分别固定于驱动装置主体20和机舱103的底部103a。
或者如图10所示那样，驱动装置主体20和机舱103的底部103a利用夹具52A夹持，并在该夹具52A安装有应变片50A。
在图10中，夹具52A作为承受负荷的受力部分发挥作用，安装于夹具52A的应变片50A作为检测部发挥作用，利用夹具52A和应变片50A来构成传感器40。
除此以外，也可以是，通过焊接在驱动装置主体20与机舱103的底部103a之间安装作为受力部分的安装板(未图示)，并在该安装板安装应变片。
或者，也可以是，在驱动装置主体20和机舱103的底部103a的外表面直接粘贴应变片，并利用该应变片检测作用于驱动装置主体20的负荷。在该情况下，利用应变片直接检测作用于驱动装置主体20的负荷。
此外，在上述的一实施方式中，示出了这样的例子：在传感器40检测到异常的情况下，解除制动机构50的旋转制动，但并不局限于此，也可以是，在传感器40检测到异常的情况下，解除由制动机构50对其旋转进行制动的构成要素与驱动齿轮24a之间的连动。具体而言，在上述的一实施方式中，也可以是，在由马达制动部50对其旋转进行制动的驱动轴48a与驱动齿轮24a之间设置离合器机构85(参照图4)，在检测到异常的情况下，阻断驱动轴48a与驱动齿轮24a之间的连动。采用这样的变形例，也能够取得与上述的一实施方式同样的作用效果。
附图标记说明
5、风车用驱动装置单元；10、风车用驱动装置；20、驱动装置主体；21、壳体；22、凸缘；22a、通孔；23、电动机；24、输出轴；24a、啮合部；25、连结部；30、紧固件；30a、螺栓；30b、螺母；31、第1紧固件；32、第2紧固件；33、第3紧固件；34、第4紧固件；40、传感器；40a、检测引脚；40b、螺母；40c、螺纹部；40f1、凸缘；40f2、凸缘；41、第1传感器；42、第2传感器；43、第3传感器；44、第4传感器；50、马达制动部；50A、应变片；52A、夹具；85、离合器机构；101、风车；102、塔架；103、机舱；103a、底部；103b、贯通孔；104、转子；105、叶片；106、轴承；107、齿圈；110、控制装置；Cm、中心轴线；Cb、轴线；Cr、旋转轴线；cl1、cl6、圆周；dt、切线方向；dr、径向；dl、轴向。

Claims (15)

1.一种风车用驱动装置，其中，
该风车用驱动装置包括：
驱动装置主体，其设置于风车的可动部分的一构造体，并且具有与设置于所述风车的可动部分的另一构造体的齿圈啮合的啮合部；以及
传感器，其用于测量作用在所述驱动装置主体与所述一构造体之间的负荷。
2.根据权利要求1所述的风车用驱动装置，其中，
该风车用驱动装置设有负荷避免部件，该负荷避免部件基于来自所述传感器的信号而使所述驱动装置主体停止。
3.根据权利要求1或2所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器用于测量瞬间的负荷变化。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括相比所述紧固螺栓而言直径较小的检测引脚。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分由相比所述紧固螺栓而言弹性模量较小的材料构成。
6.根据权利要求1所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分和所述检测部由相同的材料构成。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分以比所述紧固螺栓的轴力小的轴力将所述驱动装置主体固定于所述一构造体。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述驱动装置主体利用紧固螺栓固定于所述一构造体，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括在所述驱动装置主体与所述一构造体之间延伸的安装板。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括检测引脚，该检测引脚通过螺栓紧固于所述驱动装置主体和所述一构造体。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分通过焊接固定于所述驱动装置主体和所述一构造体。
11.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括检测引脚，该检测引脚在所述驱动装置主体与所述一构造体之间延伸并且设在具有孔的轴内。
12.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器具有：受力部分，其承受作用于所述驱动装置主体的负荷；以及检测部，其设于该受力部分，并用于测量受力部分的应变，
所述受力部分包括用于紧固所述驱动装置主体和所述一构造体的夹具。
13.根据权利要求1～3中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
所述传感器包括粘贴于所述驱动装置主体和所述一构造体的应变片。
14.一种风车用驱动装置单元，该风车用驱动装置单元包括设于风车的一个可动部分的多个风车用驱动装置，
多个风车用驱动装置均为权利要求1～13中任一项所述的风车用驱动装置，其中，
与各风车用驱动装置相对应地设置有用于测量作用在所述驱动装置主体与所述一构造体之间的负荷的独立的传感器。
15.一种风车，其中，
该风车包括权利要求1～13中任一项所述的风车用驱动装置或者权利要求14所述的风车用驱动装置单元。
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