風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置およびヨー駆動システム
【課題】（従来と同等の大きさであっても）より破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置およびヨー駆動システムを得る。
【解決手段】複数のヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）の出力ピニオン２４を風力発電設備１０の本体側の旋回歯車２８と噛み合わせて、ナセル１２を旋回駆動する風力発電設備１０のヨー駆動システム１４に使用される前記ヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）であって、動力伝達系の中に組み込まれたホロー軸６６と、該ホロー軸６６に挿入され、当該ホロー軸６６の内周で該ホロー軸６６と連結されると共に、該ホロー軸６６から突出した位置で他の部材と連結される軸部材（連結軸７０）と、を有し、前記軸部材（連結軸７０）が、前記ホロー軸６６の軸方向中央よりも、該軸部材（連結軸７０）が当該ホロー軸６６から突出する側と反対側寄りで、該ホロー軸６６と連結される。
【解決手段】複数のヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）の出力ピニオン２４を風力発電設備１０の本体側の旋回歯車２８と噛み合わせて、ナセル１２を旋回駆動する風力発電設備１０のヨー駆動システム１４に使用される前記ヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）であって、動力伝達系の中に組み込まれたホロー軸６６と、該ホロー軸６６に挿入され、当該ホロー軸６６の内周で該ホロー軸６６と連結されると共に、該ホロー軸６６から突出した位置で他の部材と連結される軸部材（連結軸７０）と、を有し、前記軸部材（連結軸７０）が、前記ホロー軸６６の軸方向中央よりも、該軸部材（連結軸７０）が当該ホロー軸６６から突出する側と反対側寄りで、該ホロー軸６６と連結される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置およびヨー駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、風力発電設備のナセルを水平面内で旋回させるためのヨー駆動システムが開示されている。
【０００３】
この特許文献１に係るヨー駆動システムでは、風力発電設備の本体（円筒支柱）側に旋回歯車が１個設けられ、ナセル側にはブレーキ機構及びヨー減速装置を備えた電動機が複数（開示例では２個）据え付けられている。各ヨー減速装置の出力ピニオンは、前記旋回歯車に同時に噛合しており、出力ピニオンが旋回歯車と噛合したときに旋回歯車側から受ける反作用によって、（電動機が据え付けられた）ナセルが旋回するようになっている。
【０００４】
ナセル全体を円筒支柱に対して旋回させることにより、ナセルの先端の向きを所望の方向（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。また、複数のヨー減速装置の各ピニオンを旋回歯車に同時に噛合させる構成とすることにより、１個１個のヨー減速装置の大きさを小さく抑えることができ、地上から高い位置にある狭いナセル内で据え付ける際の取り扱い性等を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２０８９１号公報（段落［００２０］、［００２１］、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、風力発電設備は、自然環境下に設置される設備であるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。このような強い風によりナセルを回転させようとする力が作用すると、旋回歯車側から該風力負荷トルクがヨー減速装置内に入力されてくる「動力の逆流現象」が発生する。
【０００７】
通常、このような強い風が吹くときには、ヨー駆動システムの各回転要素は、制動機構によって回転が止められた状態とされ、ナセルが無制御状態で異常に旋回するのを防止している。このため、当該旋回歯車側から入力されてきた風力負荷トルクは、停止状態にあるヨー減速装置内の各要素に掛かることになり、ヨー減速装置は、非常に過酷な状態に置かれる。この結果、甚だしいときには破損に至ることもあるという問題が生じていた。
【０００８】
この問題に対処するためにヨー減速装置全体の大きさを大きくするのは、狭いナセル内に設置する機器として大きなデメリットとなる。また、せっかく複数のヨー減速装置に分けて小型化したメリットも減殺されてしまう。何よりも、自然相手の設備であるため、どの程度の大きさまで大きくすれば破壊されない、という明確な指標自体がないため、闇雲にヨー減速装置の大きさを拡大することにも限界がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、新たに見出した中間課題（後述）に着目し、この中間課題を克服することによって、結果としてヨー減速装置をいたずらに大きくすることなく、より破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムおよびヨー減速装置を提供することをその本来の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムに使用される前記ヨー減速装置であって、動力伝達系の中に組み込まれたホロー軸と、該ホロー軸に挿入され、当該ホロー軸の内周で該ホロー軸と連結されると共に、該ホロー軸から突出した位置で他の部材と連結される軸部材と、を有し、前記軸部材が、前記ホロー軸の軸方向中央よりも、該軸部材が当該ホロー軸から突出する側と反対側寄りで、該ホロー軸と連結される構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１１】
また、本発明は、第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、前記第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置は、前記出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシと、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシとの差に相当する角度以上、回転方向に捻れ変形する軸部材または回転方向に回転角度差を発生させる捻れ発生機構を、動力伝達系に備えた構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
なお、本発明において、風力発電設備の本体側の「本体」とは、「ヨー減速装置が組み込まれている部材に対して相対的に動く部材」を指している。風力発電設備のヨー駆動システムの場合、ヨー減速装置が組み込まれているナセルの構造部材に対して相対的に動く円筒支柱が「本体」に相当する。
【００１３】
本発明想到に当たって着目した中間課題は、公知の課題ではないため、以下、簡単に説明する。
【００１４】
ヨー駆動システムを複数のヨー減速装置にて構成する場合、該複数のヨー減速装置の出力ピニオンが同一のバックラッシで均等に旋回歯車と噛合し、全ヨー減速装置が同一の伝達トルクを受け持つように配備される必要がある。
【００１５】
従来のヨー駆動システムでも、モータによって駆動された複数のヨー減速装置の出力を１個の旋回歯車に作用させる「通常の駆動時」の場合は、各ヨー減速装置の出力が均等になるように制御するのは比較的容易である。それは、（たとえ各ヨー減速装置の機械的なバックラッシ量が不均一であったとしても）各ヨー減速装置に実際に流れる電流をフィードバック制御することで、それぞれのヨー減速装置の発生トルクを均一にすることが、ある程度可能だからである。
【００１６】
しかし、風力負荷トルクによって旋回歯車側から逆駆動されるときは、この「電流のフィードバック制御による等配制御」を活用することができない。そのため、従来のヨー駆動システムでは、強風でナセルが動くことによってバックラッシが最初に詰められたヨー減速装置が大きな負担を強いられることを余儀なくされていた。
【００１７】
さらに、前述したように、通常このような強風環境では、ナセルの無制御状態での異常旋回を防止するため、ヨー減速装置の各回転要素が制動機構によって停止された状態に維持されることが多い。このため、最初にバックラッシが詰められたヨー減速装置によってナセルの回転が固定され、他のヨー減速装置は、旋回歯車とのバックラッシが詰められない状態のままとなって、旋回歯車側からの風力負荷を受けることができなくなるという状況も推察される。
【００１８】
このような状況に陥ると、最初にバックラッシが詰められた「特定の１個のヨー減速装置」のみに風力負荷トルクが完全に集中してしまうことになる。そして、この最初にバックラッシが詰められた特定の１個のヨー減速装置が破損すると、今度は残ったヨー減速装置のうち、バックラッシが最初に詰められた第２のヨー減速装置が同様な状態となり、次々に連鎖的に破損してしまうのではないかと考えられる。
【００１９】
本発明は、この特定の１個のヨー減速装置のみに風力負荷が掛かってしまう現象を中間課題として捉え、この中間課題を合理的に解消し、搭載されている全てのヨー減速装置によって旋回歯車側からの風力負荷トルクを受けることができるように構成している。これにより、ヨー減速装置をいたずらに大きくすることなく、ヨー減速装置の破損を大幅に低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ヨー減速装置をいたずらに大きくすることなく、より破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置およびヨー駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムに使用するヨー減速装置の全体断面図
【図２】図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】上記ヨー減速装置が適用される風力発電設備の正面図
【図４】上記風力発電設備のヨー駆動システムにおけるナセルに上記ヨー減速装置が組み込まれている様子を模式的に示す斜視図
【図５】上記ヨー駆動システムの旋回外歯歯車に４個のヨー減速装置の出力ピニオンが噛合している状態を示す平面図
【図６】本発明の他の実施形態の一例に係る図１相当の断面図
【図７】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当の断面図
【図８】図７の実施形態の要部を拡大して示す断面図
【図９】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当のヨー減速装置の断面図
【図１０】図９の実施形態の要部を拡大して示す断面図
【図１１】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当のヨー減速装置の断面図
【図１２】図１１の実施形態の要部を拡大して示す断面図
【図１３】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当のヨー減速装置の断面図
【図１４】図１３の矢視ＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図
【図１５】図１３の要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システム、特にその中のヨー減速装置の構成について詳細に説明する。
【００２３】
図３〜図５を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱（風力発電設備の本体）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）駆動システム１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動システム１６が組み込まれている。ヨー駆動システム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、ピッチ駆動システム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。
【００２４】
このヨー駆動システム１４は、モータ２２及び出力ピニオン２４付きの４個のヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４及びそれぞれの出力ピニオン２４と噛合する１個の旋回歯車２８を備える（図４、図５参照：旋回歯車２８は、この例では出力ピニオン２４が内接する内歯歯車であるが出力ピニオンが外接する外歯歯車であってもよい）。各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、ボルト２９を介してそれぞれナセル１２の構造体側の所定の位置に固定されている。
【００２５】
図５に示されるように、この実施形態では、複数のヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれの前記出力ピニオン２４が、旋回歯車２８と周方向で等間隔ではない位置にて噛合している。これは、狭いナセル１２内にヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４を配置しようとした場合に、現実にはヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４を円周方向において均等に配置するのが困難であることから、このように等間隔でない配置の方がメリットが大きいという事情に基づいている。なお、この図５の配置例は一例であり、現実には実際のナセル内の状況に応じて適宜の配置に変更されてよく、勿論、円周方向に等間隔であっても良い。
【００２６】
この構成により、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によってそれぞれの出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が旋回歯車２８と噛合しながら該旋回歯車２８の中心３６（図４参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２を円筒支柱１１（に固定された旋回歯車２８）に対して相対的に移動させることができ、ナセル１２全体を円筒支柱１１に固定されている旋回歯車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。
【００２７】
前記ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここではヨー減速装置Ｇ１について説明する。
【００２８】
図１を参照して、ヨー減速装置Ｇ１はモータ２２、直交歯車減速機構４０、第１、第２平行軸減速機構４１、４２及び偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されている。
【００２９】
以下、動力伝達経路上の順番に説明していく。モータ２２のモータ軸４６は、直交歯車減速機構４０の入力軸を兼ねており、モータ２２のモータ軸４６の負荷側の端部にはハイポイドピニオン４７が直切りで形成されている。なお、該モータ軸４６の反負荷側の端部にはブレーキ装置（図示略）が備えられている。
【００３０】
直交歯車減速機構４０は、モータ２２の先端に直切形成された前記ハイポイドピニオン４７と、該ハイポイドピニオン４７と噛合するハイポイドギヤ５０とを備え、モータ軸４６の回転方向を直角方向に変更している。ハイポイドギヤ５０は、第１中間軸５２に固定されている。
【００３１】
第１中間軸５２には、第１平行軸減速機構４１のスパーピニオン５４が直接形成されている。第１平行軸減速機構４１は、このスパーピニオン５４と、該スパーピニオン５４と噛合するスパーギヤ５６とを備えている。スパーギヤ５６は、第２中間軸５８に固定されている。第２中間軸５８には第２平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０が直接形成されている。
【００３２】
第２平行軸減速機構４２は、このスパーピニオン６０と、該スパーピニオン６０と噛合するスパーギヤと６４を備えている。スパーギヤ６４はホロー出力軸（ホロー軸：第２平行軸減速機構４２の出力軸）６６に固定されている。ホロー出力軸６６はスプライン６８を介して連結軸７０と連結されている。連結軸７０の負荷側は、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の入力軸でもある偏心体軸（第２のホロー軸）７２がスプライン９２を介して連結されている。
【００３３】
このホロー出力軸６６−連結軸７０−偏心体軸（第２のホロー軸）７２の連結については、後に詳述する。
【００３４】
なお、符号７３は、ボルト７５を介して後述する遊星歯車減速機構４４の反負荷側カバー４８Ｃと連結された継ケーシングである。
【００３５】
遊星歯車減速機構４４は、２枚の外歯歯車７６と、該外歯歯車７６が揺動しながら内接噛合する内歯歯車７８と、内歯歯車７８の軸心位置Ｏ１に外歯歯車７６を貫通して配置されるとともに、外歯歯車７６を揺動させる偏心体７４を有する偏心体軸７２と、を備えたいわゆるセンタクランク型と称される偏心揺動型の減速機構である。
【００３６】
２枚の外歯歯車７６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。なお、遊星歯車減速機構４４のケーシング４８は、第１、第２ケーシング体４８Ａ、４８Ｂ、及び、反負荷側及び負荷側カバー体４８Ｃ、４８Ｄとで主に構成され、ボルト２９を介して前記ナセル１２の構造体１２Ａに固定されている。
【００３７】
前記内歯歯車７８は、このうちの第１ケーシング体４８Ａと一体化されている内歯歯車本体７８Ｂと、該内歯歯車本体７８Ｂに回転自在に保持されて内歯として機能する円筒状の外ピン７８Ａによって構成されている。内歯歯車７８の内歯の数（外ピン７８Ａの数）は、外歯歯車７６の外歯の数より僅かだけ（この例では１だけ）多い。
【００３８】
図２に示されるように、外歯歯車７６には、内ピン８０が摺動促進部材８１とともに複数（この例では１０本）、同一円周上で貫通している。内ピン８０は、出力フランジ（キャリヤ）８２と圧入により一体化され、該出力フランジ８２はヨー減速装置Ｇ１の出力軸８４と一体化されている。
【００３９】
なお、各内ピン８０は、押さえプレート８６によってそれぞれの端部を支持されており、押さえプレート８６は、該押さえプレート８６に強いラジアル負荷が掛かったときにのみ接触するような極めて僅かな隙間を有して反負荷側カバー体４８Ｃの段部４８Ｃ１と対峙している。
【００４０】
出力軸８４は、第２ケーシング体４８Ｂの内周に組み込まれた自動調心ころ軸受８５と、第１ケーシング体４８Ａの内周に配置されたころ８３によって支持されている。ころ８３は、前記内歯歯車７８の内歯を構成する外ピン７８Ａと同軸に配置され、出力軸８４と一体化された出力フランジ８２を支持することによって、出力軸８４の一端を回転自在に支持している。
【００４１】
出力軸８４には、スプライン８７を介して前出の出力ピニオン２４が連結され、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回歯車２８（図４、図５）と噛合する構成とされている。
【００４２】
ここで、前記第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸（ホロー軸）６６−連結軸（軸部材）７０−偏心体軸（第２のホロー軸）７２の連結部についての構成について詳細に説明する。
【００４３】
ホロー出力軸６６と連結軸７０の連結部の構成から説明する。ホロー出力軸６６と連結軸７０の連結部は、動力伝達系の中（第２平行軸減速機構４２の出力段）に組み込まれた該第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６と、該ホロー出力軸６６に挿入され、当該ホロー出力軸６６の内周で該ホロー出力軸６６と連結されると共に、該ホロー出力軸６６から突出した位置で（他の部材である）偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２と連結される連結軸７０と、で構成されている。
【００４４】
ホロー軸６６は、この実施形態では、軸方向寸法がＬ１であり、一対の軸受８８、９０によって両持ち支持されている。ホロー出力軸６６はスプライン６８を介して連結軸７０と連結されている。連結軸７０は、前記ホロー出力軸６６の軸方向中央Ｃ１よりも、連結軸７０がホロー出力軸６６から突出する側（図１の例では紙面下側）と反対側寄り（この例では軸方向中央Ｃ１よりも紙面上側寄りで）で、該ホロー出力軸６６と前記スプライン６８を介して連結されている。
【００４５】
より具体的には、ホロー出力軸６６の一端部、具体的には、連結軸７０が偏心体軸７２へ向けて突出するのと反対側の端部（つまり、連結軸７０がホロー出力軸６６以外の他の部材（本実施形態では偏心体軸７２）と連結されるのと反対側の端部）内周には前記スプライン６８の一方である雌スプライン部６６Ｂが設けられている。また、連結軸７０の一端部に前記スプライン６８の他方である雄スプライン部７０Ａが設けられている。連結軸７０は、ホロー出力軸６６の中空部６６Ａに挿入されて、この雄スプライン部７０Ａがホロー出力軸６６に設けられた前記雌スプライン部６６Ｂと連結される。また、連結軸７０の他端部は、ホロー出力軸６６の雌スプライン部６６Ｂが設けられているのと反対側の端部から突出させられている。
【００４６】
連結軸７０の前記一端部の端面にはボルト９８によってプレート１００が固定されている。該プレート１００は、ホロー出力軸６６の軸方向端面にボルト１０２によって固定されている。これにより、連結軸７０の点検および交換を、ボルト９８、１０２での取り付け、取り外しのみで容易に行うことができる。なお、本実施形態においては、ホロー出力軸６６および連結軸７０の連結部を覆うカバー１０１が、第１平行軸減速機構４１および第２平行軸減速機構４２のケーシング１０３に固定されている。
【００４７】
一方、連結軸７０の負荷側は、遊星歯車減速機構４４の入力軸でもある偏心体軸（第２のホロー軸）７２がスプライン９２を介して連結されている。偏心体軸７２は、軸方向寸法がＬ２であり、一対の軸受９４、９６で支持されている。連結軸７０と偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２との連結部では、前記ホロー出力軸６６と連結軸７０との連結構成と、上下関係が逆になっているだけで同様の連結構成にて、連結軸７０が、該第２のホロー軸である偏心体軸７２と連結されている。
【００４８】
すなわち、連結軸７０は偏心体軸７２の軸方向中央Ｃ２よりも、連結軸７０が偏心体軸７２から突出する側（この例では紙面上側）と反対側寄り（この例では軸方向中央Ｃ２よりも下側寄り）で、該偏心体軸７２とスプライン９２を介して連結されている。
【００４９】
具体的には、連結軸７０の他端部にもスプライン９２の一方である雄スプライン部７０Ｂが設けられるとともに、偏心体軸７２のホロー軸６６から遠い方の端部内周にはスプライン９２の他方である雌スプライン部７２Ｂが設けられている。連結軸７０は、偏心体軸７２の中空部７２Ａにホロー出力軸６６に近い方の端部から挿入されて、前記雄スプライン部７０Ｂおよび雌スプライン部７２Ｂからなるスプライン９２を介して連結されている。
【００５０】
また、連結軸７０は、ホロー出力軸６６および偏心体軸７２の内部に形成された長い中空部６６Ａ、７２Ａに囲まれているため、仮に強く捻れたとしても、著しく曲がったりする不具合は、発生しないように配慮されている。
【００５１】
本実施形態に係る第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６−連結軸７０−偏心体軸（第２のホロー軸）７２の連結部は、結果として、単一（同一）の連結軸７０を共通に用いて、本発明に係る「２組」の連結構造を組み合わせた構成とされていることになる。また、本実施形態においては、ホロー出力軸６６の偏心体軸７２から遠い方の端部と偏心体軸７２のホロー軸６６から遠い方の端部に、連結軸７０と連結するための雌スプライン部６６Ｂ、７２Ｂを設けている。つまり、連結軸７０の有効軸方向長さＬ４、すなわち、ホロー出力軸６６と連結軸７０との連結部（スプライン６８の軸方向中央）から偏心体軸７２と連結軸７０との連結部（スプライン９２の軸方向中央）までの距離を、装置を（軸方向に）大型化することなく、最大限に確保できるようにしている。
【００５２】
この結果、連結軸７０の有効軸方向長さ（ホロー出力軸６６と連結軸７０との連結部から偏心体軸７２と連結軸７０との連結部までの距離）Ｌ４は、ホロー出力軸６６と偏心体軸７２との間の寸法Ｌ３にホロー出力軸６６の軸方向寸法Ｌ１および偏心体軸７２の軸方向寸法Ｌ２を加えた長さに近い長い寸法となっている。
【００５３】
このような連結部構成としたのは、連結軸７０が、伝達するべきトルクに対して必要な強度を確保しつつ、所定の条件のときに回転方向に所定の捻れ変形量（回転角位相差）だけ捻れるようにするためである。
【００５４】
すなわち、この実施形態に係る連結軸７０は、出力ピニオン２４に作用する荷重が所定値以上のときに、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４における出力ピニオン２４の旋回歯車２８に対するそれぞれの「バックラッシの差」に相当する所定角度以上、回転方向に捻れ変形する。
【００５５】
ここで、「出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のとき」の「所定値」とは、本発明の趣旨が「強い風力負荷トルクが掛かったときに、各ヨー減速装置が均等に荷重を受け持つことによって、特定のヨー減速装置のみに荷重が集中しないようにする。」という点にあることを考慮して決定されるものである。
【００５６】
具体的には、「モータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かるトルク相当値（例えば、本実施形態においては１２５０ｋｇｆ）」が１つの指標となる。荷重等配を確実に実現するには、最大でも、該定格トルク相当値の２倍（例えば２５００ｋｇｆ）以下に設定されるべきである。すなわち、モータ２２の定格トルクの２倍のトルクが発生されているときに、出力ピニオンに掛かるトルクが「所定値の上限」である。
【００５７】
一方、「所定値の下限」については、本発明では特に限定されない。しかし、余りに低いレベルから捻れ変形が発生するようにすると、モータ２２で駆動するときの応答性が悪くなるほか、必要な強度も確保しにくくなるため、モータ２２が疲労等価荷重（モータの定格トルクの半分程度）のトルクを出力したときに出力ピニオン２４に掛かる値が、事実上のほぼ下限となる。
【００５８】
逆にいうならば、この所定値以下のトルクしか出力ピニオンに掛かっていないような場合には、大きな捻れ変形が発生しないように設定することが好ましい。以上のように、本発明の「所定値」は、モータ２２が定格トルクの半分のトルクを出力しているときに出力ピニオンに掛かるトルク以上であって、モータ２２が定格トルクの２倍のトルクを出力しているとしたときに出力ピニオンに掛かるトルク以下に設定するのが好ましい。本実施形態においては、モータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かるトルク相当値に設定されている。
【００５９】
また、「バックラッシの差」とは、理想的には、旋回歯車２８と出力ピニオン２４とのバックラッシが最も小さなヨー減速装置（第１ヨー減速装置、Ｇ１〜Ｇ４のいずれか）のバックラッシ量と、該バックラッシが最も大きなヨー減速装置（第２ヨー減速装置、Ｇ１〜Ｇ４のいずれか）のバックラッシ量との差である。より具体的には、「風力負荷トルクによってナセルが回転することにより、前記バックラッシが最小のヨー減速装置のバックラッシが詰まった（０になった）後、最大のバックラッシを有しているヨー減速装置のバックラッシがなくなるまでに当該最大のバックラッシを有しているヨー減速装置の出力ピニオン２４が回転する角度」のことである。
【００６０】
ただし、バックラッシが最も小さなヨー減速装置の連結軸７０が捻れることにより、バックラッシが次に小さなヨー減速装置の出力ピニオン２４が旋回歯車２８と噛合うと、それだけでも２台のヨー減速装置による等配効果は得られ、さらに当該２台のヨー減速装置の連結軸７０が捻れることにより、次のヨー減速装置の出力ピニオン２４が旋回歯車２８と噛合うとさらに等配効果が得られる。そうすると、結局、「バックラッシの差」とは、任意の２台のヨー減速装置（第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置）におけるバックラッシの差と捉えればよい。
【００６１】
バックラッシの差に「相当する角度」とは、対象となる連結軸の動力伝達系上の位置によって、減速比（出力ピニオンから見た場合は増速比）の分乗じた角度ということである。この実施形態では出力ピニオン２４から見た遊星歯車減速機構の増速比は４３であるため、４３倍とした角度、ということになる。 但し、現実問題として、旋回歯車２８に対する各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４の実際の「バックラッシの差」は、出力ピニオン２４の歯形の製造誤差のほか、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４をナセル１２に組み付ける際の組み付け誤差の影響も大きく受ける。そのため、この「バックラッシの差」は、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の設計或いは製造の段階では、不明である。
【００６２】
この「ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の設計或いは製造時には不明」という問題については、例えば、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の、実際に取り付けられた状態のバックラッシを複数例サンプリングして平均値を算出する等の手法で対応することができる。
【００６３】
例えば、発明者らが、この観点で、最も普及している１．５ＭＷ〜３．０ＭＷクラスの風力発電設備の該バックラッシの平均値を測定したところ、概ね０．１ｍｍであった。この値に基づいた具体的な設計数値例を以下に示す。
【００６４】
＜連結軸７０の捻れの程度に関して＞
本実施形態の場合、モータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かるトルク相当値Ｔ１は、１２５０ｋｇｆであるから、捻りを生じさせようとする連結軸７０に作用する捻りモーメントＴ２（Ｎ・ｍｍ）は、遊星歯車減速機構４４の減速比が４３、効率ηが０．９３であることから、
Ｔ２＝（１２５０ｋｇｆ／４３）×０．９３
＝２７．０３ｋｇｆ＝２６４８９４Ｎ・ｍｍ …（１）
となる。
【００６５】
ここで、連結軸７０のねじれ角θ（ｒａｄ）は、
θ＝（３２・Ｔ・Ｌ）／（π・Ｇ・ｄ４） …（２）
で、表すことができる。Ｔは捻りモーメント（Ｎ・ｍｍ）、Ｌは軸長（ｍｍ）、Ｇは剪断（横）弾性係数（ＭＰａ）、ｄは軸径（ｍｍ）である。
【００６６】
この実施形態では、連結軸７０の軸長Ｌとして、有効軸方向長さＬ４＝４００ｍｍが確保されている。今、連結軸７０の径ｄとして、ｄ２＝２０ｍｍ、剪断（横）弾性係数Ｇとして、軟鋼の一般値である８３００ｋｇｆ／ｍｍ２（８１３４０ＭＰａ）を用い、（２）式に具体的数字を（単位を揃えて）代入して、連結軸７０でのねじれ角θ（ｒａｄ）の大きさを確認してみると、連結軸７０に作用する捻りモーメントＴ２（Ｎ・ｍｍ）は、（３２×２６４８９４×４００）／（３．１４×８１３４０×２０４）＝０．０８２９（ｒａｄ）となる。
【００６７】
０．０８２９（ｒａｄ）は、度数に換算すると４．７５度である。すなわち、出力ピニオン２４にモータ２２の出力トルク相当の大きさのトルクが掛かった場合、本実施形態での連結軸７０には、４．７５度の捻れが発生することになる。
【００６８】
一方、バックラッシ０．１ｍｍは、旋回歯車２８の歯数が８８の場合０．１ｍｍ／８８＝０．００１１４（ｒａｄ）に相当する。度数に換算すると０．０６５度である。これが出力ピニオン２４のバックラッシ０．１ｍｍに対する回転角度である。減速比（増速比）４３を考慮して連結軸７０での回転角度に更に換算すると、０．０６５×４３＝２．８度となり、前記４．７５度よりも小さい。これは、連結軸７０が捻れている間に、旋回歯車２８と出力ピニオン２４との間のバックラッシ（０．１ｍｍ）が解消（消滅）し、第２ヨー減速装置が荷重を分担し得る状態となり得ることを意味している。
【００６９】
＜連結軸７０の耐荷重について＞
この種の軸部材における捻りによる剪断応力τ（ＭＰａ）は、次式で表される。
τ＝１６Ｔ／（π・ｄ３） …（３）
【００７０】
（３）式に、Ｔ＝Ｔ２＝２６４８９４（Ｎ・ｍｍ）、ｄ＝ｄ２＝２０（ｍｍ）を代入すると、連結軸７０での軸剪断応力τ１（ＭＰａ）は、（１６×２６４８９４）／（３．１４×２０３＝１６８．７ＭＰａとなる。１６８．７ＭＰａは、１７．２ｋｇｆ／ｍｍ２に相当する。
【００７１】
一般に、ＳＣＭ材の場合、剪断応力は、１９ｋｇ／ｍｍ２程度であり、浸炭材ならば４０ｋｇ／ｍｍ２程度は、確保可能である。したがって、連結軸７０に生じる剪断応力（１７．２ｋｇ／ｍｍ２）に耐え得る強度を確保するのは、十分可能である。
【００７２】
以上を総合すると、本実施形態に係る装置にあっては、上記構成および寸法設定により、連結軸７０として十分な耐荷重強度を維持した上で、旋回歯車２８と出力ピニオン２４のバックラッシが解消する以上に連結軸７０の捻れ量を確保できることが分かる。
【００７３】
ところで、上記計算例では、バックラッシの実際の平均値に基づいて捩れや強度を試算したが、実際のバックラッシの大きさは、風力発電設備の大きさ（より具体的には旋回歯車や出力ピニオンの大きさ）が異なると、異なってくる可能性がある。これに対しては、、例えば、当該「バックラッシの差」と相関のあるパラメータを選定して該「バックラッシの差」を特定する指標とすることもできる。
【００７４】
より具体的に説明すると「バックラッシの差」は、例えば、各ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差を使用して定義することができる。ここで、歯車の「単一ピッチ誤差」とは、ＪＩＳ Ｂ１７０２−１やＩＳＯ１３２８−１に定義されており、「歯たけのほぼ中央付近の歯車軸と同一の中心をもつ測定円周上で定義された軸直角平面での実際のピッチと対応する理論ピッチとの差」のことであり、歯車試験機等で出力ピニオン２４を測定することにより得ることができる。
【００７５】
次に、第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差をＰ１、第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差をＰ２、旋回歯車２８の単一ピッチ誤差をＰＳ、出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間の基準バックラッシをＢＢとし、また単一ピッチ誤差は、時計回りおよび反時計回りのいずれかの方向の誤差を正の値、他の方向の誤差を負の値としてとるものとする。第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシＢ１と、第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシＢ２は、以下の式で表される。
Ｂ１＝ＢＢ−（Ｐ１＋ＰＳ）
Ｂ２＝ＢＢ−（Ｐ２＋ＰＳ）
【００７６】
そうすると、バックラッシＢ１とＢ２との差は、Ｂ２−Ｂ１＝Ｐ１−Ｐ２、となる。つまり、第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシと、第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシとの差は、第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差と第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差との差として定義できる。
【００７７】
即ち、本実施形態に係る連結軸７０は、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４に作用する荷重が所定値以上のときに、２台のヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差の差に、出力ピニオンから連結軸７０までの増速比を掛けた角度だけ、捻れ変形するように、連結軸７０の外径、全長、素材、および熱処理を含む製造手法等が選定される。
【００７８】
この手法に依れば、ヨー減速装置単体に属するパラメータのみに依存して連結軸７０等の設計をすることができるため、実際のバックラッシをいちいち確認する必要がない。
【００７９】
なお、ここでの「バックラッシ」は、基本的には「旋回歯車２８と各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４との間の寸法上の隙間に係るバックラッシ」を意味しているが、より好ましくは、旋回歯車２８と各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４との間の寸法上の隙間に係るバックラッシに、出力ピニオン２４から（該出力ピニオンの回転を制動可能な）ブレーキ機構に至るまでの動力伝達系全体のバックラッシを加味した「補正バックラッシ」の概念を用いると一層良い。
【００８０】
本実施形態では、モータ２２のモータ軸４６に図示せぬブレーキ機構が備えられているため、この「補正バックラッシ」は、旋回歯車２８と各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４とのバックラッシのほか、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４、第２平行軸減速機構４２、第１平行軸減速機構４１、および直交歯車減速機構４０における歯車等の各バックラッシ、更には、モータ２２の回転機構（モータ軸４６を支持する軸受のがた等）におけるバックラッシ等も含めて「補正バックラッシ」を捉えることになる。因みに後述する実施形態のように、ブレーキ機構を例えば、ウォーム減速機構のセルフロック機能によって実現するときには、出力ピニオンから該ウォーム減速機構までのバックラッシが「補正分」ということになる。
【００８１】
補正バックラッシの概念を用いることにより、より正確、且つ確実な等配ができるようになる。
【００８２】
次に、このヨー減速装置Ｇ１の作用を説明する。
【００８３】
再び図１を参照して、モータ２２のモータ軸４６の回転は、直交歯車減速機構４０のハイポイドピニオン４７及びハイポイドギヤ５０の噛合によって初段減速され、同時に回転軸の方向が９０度変更されて第１平行軸減速機構４１の第１中間軸５２に伝達される。
【００８４】
第１中間軸５２の回転は、第１平行軸減速機構４１のスパーピニオン５４及びスパーギヤ５６の噛合によって第２中間軸５８に伝達されると共に、さらに第２平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０及びスパーギヤ６４を介してホロー出力軸６６に伝達される。ホロー出力軸６６の回転は、スプライン６８、連結軸７０、スプライン９２を介して偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２に伝達される。この部分の作用については、後に詳述する。
【００８５】
偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２が回転すると、偏心体７４を介して外歯歯車７６が（内歯歯車７８に内接しながら）揺動回転する。このため、外歯歯車７６と内歯歯車７８との噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。この結果、遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２が１回回転する毎に、外歯歯車７６が１回揺動し、（ナセル１２に固定された状態にある）内歯歯車７８に対して１歯分ずつ（歯数差分ずつ）位相がずれて行くようになる（自転成分が発生する）。
【００８６】
この自転成分を内ピン８０、出力フランジ（キャリヤ）８２を介して出力軸８４から取り出すことにより、遊星歯車減速機構４４での減速が実現される。
【００８７】
出力軸８４の回転は、スプライン８７を介して出力ピニオン２４に伝達される。出力ピニオン２４は旋回歯車２８と噛合しており、且つ、該旋回歯車２８は、円筒支柱１１に固定されているため、反作用によって、結局、出力ピニオン２４は、自転しながら旋回歯車２８の中心３６に対して公転する。
【００８８】
ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、ナセル１２に固定されているため、結局、該円筒支柱１１側の旋回歯車２８の軸心３６に対してナセル１２が水平方向に回転（旋回）する。
【００８９】
ここで、例えば、突風等が風車ブレード２０やナセル自体に作用することによってナセル１２を強制的に旋回させようとする巨大な「風力負荷トルク」がヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４側から入力されたとする。この場合、この巨大な風力負荷トルクは、ヨー駆動システム１４を逆から駆動し、旋回歯車２８を介してヨー減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４を回転させようとする。
【００９０】
一般に強い風が吹いているときには、モータ２２の反負荷側に設けられたブレーキ機構によってヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の各回転要素は回転不能の状態とされ、ナセル１２が強い風によって無制御状態で旋回してしまうのを防止している。そのため、従来のヨー駆動システムでは、ナセル１２が動くことによってバックラッシが最初に詰められたヨー減速装置（便宜上、第１のヨー減速装置Ｇ１とする）が「１台のみ」で該旋回歯車２８のそれ以上の回転を阻止するため、他のヨー減速装置Ｇ２〜Ｇ４の出力ピニオン２４は、旋回歯車２８とのバックラッシが詰められない状態のままとなってしまい、旋回歯車２８側からの風力負荷トルクを受けることができない。
【００９１】
そのため、結局、最初にバックラッシが詰められた「第１のヨー減速装置Ｇ１」にのみ風力負荷トルクが集中し、この第１のヨー減速装置Ｇ１が破損してしまう状況が発生し易くなっていたと考えられる。そして、第１のヨー減速装置Ｇ１が破損してしまうと、今度は残ったヨー減速装置のうち、バックラッシが最初に詰められた第２のヨー減速装置が同様な状態となるため、こうして全てのヨー減速装置が次々に連鎖的に破損してしまう状況に陥ってしまったと考えられる。
【００９２】
しかしながら、本実施形態によれば、最初にバックラッシが詰められた第１のヨー減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４に旋回歯車２８から所定値以上の荷重が掛かると（この実施形態ではモータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かる荷重以上の荷重が掛かると）、この荷重によって、連結軸７０が捻れ変形する。このため、出力ピニオン２４は、（ブレーキ機構によって減速装置Ｇ１〜Ｇ４の各回転要素の回転が基本的に止められている状況であるにも拘わらず）連結軸７０の当該捻れ変形によって、そのまま更に回転を続けることができ、旋回歯車２８もそのまま追随して回転を続けることができる。
【００９３】
この連結軸７０での捻れ変形量は、出力ピニオン２４側から所定値以上の荷重が掛かったときにバックラッシの差以上確保されるように設定されている。そのため、旋回歯車２８がこの追随回転を行う間に、２番目にバックラッシの小さかった他のヨー減速装置（例えば第２ヨー減速装置Ｇ２）のバックラッシが詰められ、旋回歯車２８からの荷重を該第２のヨー減速装置Ｇ２によっても受けることができるようになる。この結果、その分、従来ならばそのまま第１のヨー減速装置Ｇ１のみに掛かり続けた旋回歯車２８側からの荷重の一部が第２のヨー減速装置Ｇ２に振り分けられるようになる。
【００９４】
そして、第２のヨー減速装置Ｇ２でも連結軸７０での捻れ変形が可能であるため、同様に、第３のヨー減速装置Ｇ３も、バックラッシが詰められて旋回歯車２８からの荷重を受け持つようになる。そして、最終的には各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれの連結軸７０がほぼ等しい反力を受け持った状態となるように、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の連結軸７０での捻れ変形がバランスする。
【００９５】
この捻れ変形がバランスした状態では、バックラッシの大小の如何に関わらず（旋回歯車２８に対して反力を与え始める時期が早いか遅いかに関係なく）、全てのヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４に旋回歯車２８からの荷重が等配された状態となる。
【００９６】
これは、要するならば、例えば、本実施形態のように４個のヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４によってヨー駆動システム１４が構成されている場合には、実質的に（従来と比べて）風力負荷トルクをほぼ１／４に減じた（耐風力負荷トルク特性をほぼ４倍に拡充した）ことと同様な作用効果を得ることができることを意味している。この結果、従来と同程度の大きさのヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４を使用しながら、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の破損（特に連鎖的な破損）を極めて効果的に防止することができる。
【００９７】
この実施形態のように、旋回歯車２８の円周方向にヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４が等間隔に配置されない場合には、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４に均等に風力負荷トルクを受け止めさせるのは特に難しい。このため、搭載されている全てのヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４が、捻れ変形の機能により共同して旋回歯車２８側からの風力負荷トルクをほぼ等しい大きさずつ、分担して受けることができるようになるメリットは極めて大きい。
【００９８】
ところで、言うまでもなく、動力伝達を行う軸部材（連結軸７０）が、伝達すべきトルクを破損することなく確実に伝達するには、当然に相応の強度（剛性あるいは太さ）が必要である。この強度を確保した条件下で本発明に係る大きな「捻れ変形量」を確保するには、軸部材が相応の「軸方向長さ」を有していなければならない。そのため、単純に設計すると、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４が大型化してしまう要因となる。
【００９９】
本実施形態では、連結軸７０が、第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６に挿入されるとともに、ホロー出力軸６６の内周で該ホロー出力軸６６と連結されている。そして、その上で、連結軸７０が、ホロー出力軸６６の軸方向中央Ｃ１よりも連結軸７０が該ホロー出力軸６６から突出する側と反対側寄りで、該ホロー出力軸６６と連結される構成とされている。
【０１００】
また、これと同様の構成が、連結軸７０と偏心体軸（第２のホロー軸）７２との間でも採用されている。
【０１０１】
このため、（減速装置Ｇ１の全長を殆ど増大させることなく）ホロー出力軸６６と偏心体軸７２との間の寸法Ｌ３に、ホロー出力軸６６の軸方向長さＬ１および偏心体軸７２の軸方向長さＬ２をプラスした長さに近い極めて長い有効軸方向長さＬ４の連結軸７０を組み込むことを可能としている。
【０１０２】
因みに、もし、本実施形態の手法によらず、ヨー減速装置の全長を変えずに、同じ動力伝達系の連結軸を従来の手法で設計した場合には、連結軸７０の長さは、ホロー出力軸６６と偏心体軸７２との間の距離Ｌ３＋α、すなわち、本実施形態の１／２程度の長さとなってしまう。このため、例えば、前述した（１）式〜（３）式を用いた計算例で同様の試算を行うと、連結軸で得られる捻りの大きさは、２．７５度にしかならない。そのため、旋回歯車２８と出力ピニオン２４との間のバックラッシを解消するために必要な２．８度の捻り量を確保できなくなってしまう虞がある。換言するならば、この長さの連結軸で本実施形態の「意図する捻り量」を確保するには、連結軸７０の外径ｄ２をより小さく（細く）する必要がある。すると、今度は連結軸の耐荷重が十分でなくなる虞が生じてくる。
【０１０３】
本実施形態の連結軸７０の連結構成に依れば、ヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）全体の大きさのコンパクト性を維持しながら、連結軸７０において、必要なトルク伝達を行うための所定の強度を維持しつつ、十分な捻れ変形量を確保することができる。
【０１０４】
なお、上記実施形態においては、モータ２２、直交歯車減速機構４０、第１、第２平行軸減速機構４１、４２及び遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されたヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）が示されていたが、本発明においては、ヨー減速装置の減速機構の具体的な構成は、特に上記構成に限定されない。
【０１０５】
図６に先の実施形態における直交歯車減速機構４０、第１平行軸減速機構４１、および第２平行軸減速機構４２の代わりに、ウォーム減速機構１１０を採用したヨー減速装置Ｇ１ａの構成例を示す。他の３個のヨー減速装置Ｇ２ａ〜Ｇ４ａもヨー減速装置Ｇ１ａと同様の構成とされている。
【０１０６】
なお、この実施形態においては、モータは、紙面と直交する方向に取り付けられるが、この図６においては、モータ自体は表示されておらず、モータの取り付け孔１１４のみが表示されている。
【０１０７】
ウォーム減速機構１１０は、ウォーム１１６とウォームギヤ１１８とで構成されている。ウォームギヤ１１８は、（該ウォーム減速機構１１０の出力軸である）ウォーム出力軸１２０と一体化されている。ウォーム出力軸１２０は、中空であり、先の実施形態における第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６と同様の構成を有し、先の実施形態と同様の連結構成にて連結軸７０と連結されている。連結軸７０以降の構成は、先の実施形態と同一である。
【０１０８】
この実施形態では、ウォーム減速機構１１０減速比は、３０以上（好ましくは４０以上）に設定されている。ウォーム減速機構１１０の減速比を３０以上（好ましくは４０以上）に設定すると、該ウォーム減速機構１１０自体が有するセルフロック機能（負荷側からの荷重によって回転しない機能）を「ブレーキ機構」として利用することができる。このため、先の実施形態では必須であったモータ２２に付設されていたブレーキ機構を省略することができ、その分コストダウンが図れる。
【０１０９】
この実施形態においても、ウォーム減速機構１１０のウォーム出力軸（ホロー軸）１２０−連結軸７０−偏心体軸７２の連結は、先の実施形態と全く同様の連結態様が採用されており、先の実施形態と全く同様の作用効果が得られる。
【０１１０】
また図７、図８のヨー減速装置Ｇ１ｂ（Ｇ２ｂ〜Ｇ４ｂも同じ）では、図６のウォーム減速機構１１０を残し、偏心揺動型の遊星歯車減速機構（４４）の方を、２段の第１、第２単純遊星歯車減速機構１３０、１４０に置き換えた構成例が示されている。
【０１１１】
第１単純遊星歯車減速機構１３０は、太陽歯車１３２、遊星歯車１３４、および内歯歯車１３６を備え、太陽歯車１３２が入力部材、遊星歯車１３４を支持しているキャリヤ１３８が出力部材として機能している。
【０１１２】
第２単純遊星歯車減速機構１４０は、前記キャリヤ１３８とスプライン１３９を介して連結された太陽歯車１４２、遊星歯車１４４、および内歯歯車１４６を備え、太陽歯車１４２が入力部材、遊星歯車１４４を支持しているキャリヤ１４８が出力部材として機能している。
【０１１３】
ウォーム出力軸１２０と連結軸１５０との連結構造は、先の図６の実施形態のウォーム出力軸１２０と連結軸７０との連結構造と同一である。また、太陽歯車１３２は、歯部１３２Ａと歯部１３２Ａから軸方向負荷側に延長された延長部１３２Ｂを有するとともに、軸方向に貫通する中空部１３２Ｃを有する。中空部内周には、歯部１３２Ａのウォーム出力軸１２０から遠い方の端部に連結軸１５０と連結するためのスプライン１３９の一方である雌スプライン部１３２Ｄが形成されている。この雌スプライン部１３２Ｄは、太陽歯車１３２の軸方向中心を跨いで形成されているが、連結軸１５０がウォーム出力時１２０へ向けて突出する側と反対側の領域の方が大きい。したがって、このような場合にも、太陽歯車（ホロー軸あるいは第２ホロー軸）１３２の連結軸１５０が突出するのと反対側寄りで連結軸１５０のスプライン１３９の他方である雄スプライン１５０Ａと連結されていることになる。
【０１１４】
なお、第２単純遊星歯車減速機構１４０のキャリヤ１４８は、スプライン１５４を介して出力軸１６０から取り出され、出力ピニオン１６２に伝達される。この実施形態では、出力軸１６０と出力ピニオン１６２は、初めから一体化されている。
【０１１５】
図９に本発明の更に他の実施形態の一例を示す。図１０はその要部拡大図である。
【０１１６】
この実施形態においては、ヨー減速装置Ｇ１ｃ（他のヨー減速装置Ｇ２ｃ〜Ｇ４ｃも同じ）が減速機構として、二つの偏心揺動型の遊星歯車減速機構１７０、１８０を備えている。前段の遊星歯車減速機構１７０および後段の遊星歯車減速機構１８０の動力伝達系としての基本構成は、先の実施形態の遊星歯車減速機構４４と同一であるため、便宜上、主たる部分に先の実施形態と同一の符号に前段ではＰ、後段ではＳの添え字を付している。また、他の実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【０１１７】
この実施形態においては、図１０に示されるように、前段の出力フランジ８２Ｐと一体化された出力軸８４Ｐが本発明の軸部材（連結軸）、後段の偏心体軸７２Ｓが本発明のホロー軸として機能している。すなわち、出力軸８４Ｐは、偏心体軸７２Ｓに挿入され、偏心体軸７２Ｓの内周でスプライン１９０を介して偏心体軸７２Ｓと連結されると共に、該偏心体軸７２Ｓから突出した位置で（他の部材である）前段の偏心揺動型の遊星歯車減速機構１７０の内ピン８０Ｐと連結されている。すなわち、この実施形態では、出力軸８４Ｐは、偏心体軸７２Ｓから図９、図１０の紙面下側にも僅かに突出しているが、他の部材（内ピン８０Ｐ）と連結されている紙面上側が、本発明での「突出する側」に相当している。
【０１１８】
出力軸８４Ｐは、偏心体軸７２Ｓの軸方向中央Ｃ３よりも、出力軸８４Ｐが偏心体軸７２Ｓから突出する側（図９、図１０の紙面上側）と反対側寄り（この例では軸方向中央Ｃ２よりも紙面下側寄り）で、該偏心体軸７２Ｓとスプライン１９０を介して連結されている。具体的には、偏心体軸７２Ｓの内ピン８０Ｐから遠い方の端部内周において連結されている。
【０１１９】
したがって、連結軸としての出力軸８４Ｐは、ほぼ偏心体軸７２Ｓの長さＬ５と同様の長さを確保することができ、捻れ変形が生じ易い構造とされている。
【０１２０】
この実施形態においても、この出力軸８４Ｐが、出力ピニオン２４側から風力負荷トルクが入力されてきたときに、旋回歯車２８と出力ピニオン２４とのバックラッシの差に相当する回転角度以上に、捻れ変形が発生するように設定されている。そのため、本実施形態においても、先の実施形態と同様の作用効果（全てのヨー減速装置Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃが出力ピニオン２４側からの荷重をほぼ同量ずつ受け持つという作用効果）が得られる。
【０１２１】
図１１に本発明の更に他の実施形態の一例を示す。図１２は、その要部拡大図である。
【０１２２】
このヨー減速装置Ｇ１ｄ（他のヨー減速装置Ｇ２ｄ〜Ｇ４ｄも同じ）は、外歯歯車２００と、該外歯歯車２００が揺動しながら内接噛合する内歯歯車２０２と、内歯歯車２０２の軸心Ｏ２からずれた位置に外歯歯車２００を貫通して配置されるとともに外歯歯車２００を揺動させる偏心体２０４を有する複数（この例では３本：１本のみ図示）の偏心体軸２０６とを備えた振り分け型の偏心揺動型の減速機構２０８を有している。
【０１２３】
モータのモータ軸（共に図示略）には、継軸２１０が装着されており、該継軸２１０の先端にはピニオン２１２が一体に形成されている。ピニオン２１２には、同一円周上に複数（この例では３個：１個のみ図示）設けられた振り分け歯車２１４と噛合している。振り分け歯車２１４は、連結軸２１６にスプライン２１７を介して連結されている。本実施形態においては、３本の偏心体軸２０６全てに連結軸２１６を配置・連結しているが、１本または２本の偏心体軸２０６には連結軸２１６を配置・連結せず、残りの偏心体軸２０６のみに連結軸２１６を配置・連結するようにしてもよい。
【０１２４】
連結軸２１６は、前記偏心体軸（ホロー軸）２０６とスプライン２２０を介して連結されている。この実施形態では連結軸２１６の図１１、図１２の紙面下側は突出した位置で他の部材と連結されておらず、上側が他の部材である振り分け軸２１４と連結されているので上側が偏心体軸（ホロー軸）２０６から突出した側となる。偏心体軸２０６は、一対の軸受２２２、２２４で支持され、スプライン２２０は、連結軸２１６が突出していない側の軸受２２４と重なる軸方向位置に設けられている。
【０１２５】
この結果、この実施形態においても、連結軸２１６が、（ホロー軸である）偏心体軸２１６の軸方向中央Ｃ４よりも該連結軸２１６が偏心体軸２０６から突出する側と反対側寄り（図１１、図１２の紙面下側寄り）で、該偏心体軸２０６と前記スプライン２２０を介して連結されている。
【０１２６】
より具体的には、偏心体軸２０６の振り分け歯車２１４と反対側の端部は、軸受２２４により出力フランジ２３１（該出力フランジ２３１が延長されて出力ピニオン２３０が固定される）に支持されるとともに、当該出力フランジ２３１を貫通して配置されている。偏心体軸２０６の出力フランジ２３１を貫通している端部内周には、連結軸２１６と連結するための前記スプライン２２０の一方である雌スプライン部２０６Ａが形成されている。連結軸２１６は、偏心体軸２０６の中空部に挿通され、一端が前記スプライン２２０の他方である雄スプライン部２１６Ａを介して前記雌スプライン部２０６Ａと連結されるとともに、他端部は中空部から突出し、振り分け歯車２１４が固定される。
【０１２７】
つまり、偏心体軸２０６を出力フランジ２３１を貫通して配置することにより、偏心体軸２０６の長さをできるだけ大きくし、その偏心体軸２０６の端部内周に連結軸２１６を連結することにより、連結軸２１６の長さ（連結軸２１６と偏心体軸２０６の連結部から連結軸と振り分け歯車（他の部材）２１４との連結部までの距離）を、装置の軸方向寸法を増大させることなくできるだけ長く確保している。
【０１２８】
この実施形態においては、連結軸２１６の軸方向長さＬ６として、偏心体軸１０６の軸方向長さＬ７よりも長い長さを確保することができ、必要なトルクを伝達するための強度を維持しながら、出力ピニオン２３０に作用する荷重が所定値以上のときに、該出力ピニオン２３０の旋回歯車（２８）に対するそれぞれのヨー減速装置Ｇ１ｄ〜Ｇ４ｄのバックラッシの差に相当する回転角度以上、回転方向に捻れ変形させることができる。
【０１２９】
この実施形態においては、これまでの実施形態と同様に、風力負荷トルクが出力ピニオン２３０に掛かった場合のヨー減速装置Ｇ１ｄ〜Ｇ４ｄ間の荷重等配が実現できるほか、３本の偏心体軸２０６を駆動する連結軸２１６に対して捻れ変形が生じるように設計しているため、モータ側からのトルク伝達、および出力ピニオン２３０側からの風力負荷トルクの伝達の双方向のトルク伝達において、該３本の偏心体軸２０６間でのトルク伝達の等配機能をも得ることができる。
【０１３０】
なお、図示はしないが、このような振り分けタイプの偏心揺動型の減速機構には、複数の偏心体軸のうちの１部（例えば１本のみ）を、外歯歯車を駆動するための駆動偏心体軸として用い、他の偏心体軸については、外歯歯車の揺動を支持するだけの従動偏心体軸として用いる減速機構も知られており、このような減速機構にも適用可能である。
【０１３１】
ところで、これまでの実施形態においては、いずれも、捻れ変形する構成要素として、単独の軸部材を組み込むようにしていたが、複数の部材で同様な機能を持たせてもよい。要は、本発明は、動力伝達系に、出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、前段側との連結部と、後段側との連結部との間に、回転方向に所定以上の回転角位相差を生じさせ得る機能を備えた捻れ発生軸部材、あるいは捻れ発生機構を有していればよい。
【０１３２】
この一例を、図１３に示す。図１４は、図１３の矢視ＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図、図１５は図１３の要部拡大図である。
【０１３３】
この実施形態に係るヨー減速装置Ｇ１ｅ（Ｇ２ｅ〜Ｇ４ｅも同じ）は、動力伝達系の減速機構の基本構造は、先の図１の実施形態と同一である。図１の実施形態と異なっているのは、第２平行軸減速機構４２と偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４との連結部の構造である。すなわち、このヨー減速装置Ｇ１ｅでは、出力ピニオン２４側から風力負荷トルクが掛かったときに回転角位相差を発生させる構成要素が、（単一の軸部材である連結軸７０によってではなく）前段側との連結部と、後段側との連結部とで所定以上の回転角度差を許容する捻れ発生機構２４８によって構成されている。
【０１３４】
より詳細に説明するならば、この実施形態に係るヨー減速装置Ｇ１ｅでは、第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸２５０は、キー２５２を介して連結部材２５４と連結されている。キー２５２による連結部が、捻れ発生機構２４８の前段側の連結部を構成している。捻れ発生機構２４８は、連結部材２５４、ばね２６０及びブロック体２６２によって主に構成されている。連結部材２５４は、負荷側に外径ｄ１の円形のばね収容部２５６を一体に有している。ばね収容部２５６は、図１４、図１５に示されるように、溝部２５６Ａを有し、該溝部２５６Ａ内に複数（図の例では４個）のばね２６０を取り囲むようにして収容している。ばね２６０は、ブロック体２６２に固定されている。ブロック体２６２は、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の入力軸２６４とスプライン２６６を介して連結されている。スプライン２６６による連結部が捻れ発生機構２４８の後段側の連結部を構成している。入力軸２６４はキー２６８を介して偏心体２７０を備えた偏心体軸２７２と、更に連結されている。
【０１３５】
その他の構成は、先の図１の構成と同様であるため、主要な部位に図１の実施形態と同一の符号を付してある。
【０１３６】
この構成により、モータの駆動によってホロー出力軸２５０が回転しようとすると、キー２５２を介して連結部材２５４のばね収容部２５６が回転し、溝部２５６Ａ内に収容されたばね２６０に対し円周方向の回転力が加えられる。この結果、ばねが固定されているブロック体２６２が回転し、ホロー出力軸２５０の回転が若干遅れた状態で（所定の回転角度だけ位相差が生じた状態で）偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の入力軸２６４に伝達される。
【０１３７】
逆に、出力ピニオン２４の側から風力負荷トルクが入力されてきたときには、遊星歯車減速機構４４の入力軸２６４が回転しようとし、該入力軸２６４とスプライン２６６を介して連結されているブロック体２６２が回転しようとする。この動きは、該ブロック体２６２に固定されたばね２６０に伝達される。この結果、モータ２２に付設された図示せぬブレーキ機構によって停止状態を維持している捻れ発生機構２４８の「キー２５２による前段側との連結部」に対して、「スプライン２６６による後段側との連結部」は、ばね２６０が溝部２５６Ａ内で変形した分だけ動けるようになる（回転角位相差を有した状態となる）。その結果、出力ピニオン２４は、その分、旋回歯車２８と出力ピニオン２４のバックラッシが詰められた位置から更に回転を続けることができる。
【０１３８】
そして、この更に回転が許容されている間に他のヨー減速装置Ｇ２ｅ〜Ｇ４ｅのバックラッシが詰められ、当該他のヨー減速装置Ｇ２ｅ〜Ｇ４ｅにおいても、同様な更なる回転が生じ、結局、風力負荷トルクが等配される状態となる。
【０１３９】
このように本発明においては、本来一体であるべき部材を前段側と後段側に分割し、これらをばね機構等の弾性変形可能な機構にて回転方向で連結することによっても、所期の目的を実現することができる。具体的な捻れ発生機構の構成は、この例に限定されない。
【０１４０】
なお、上記実施形態においては、本発明を風力発電設備において４個のヨー減速装置を備えたヨー駆動システムに本発明を適用していたが、ヨー減速装置の数は４個に限定されるものではなく、４個より多くても少なくても良い。
【０１４１】
実施形態においては、連結軸（軸部材）の両端部がホロー軸（ホロー軸、第２のホロー軸）と連結されていたが、連結軸のいずれか一方の端部は、必ずしもホロー軸に連結される必要はなく、例えば中実軸に連結されたり、あるいは図７、図８に示す構造であれば、連結軸１５０の一端に太陽歯車１３２が一体形成されていてもよい。
【０１４２】
また、連結軸（軸部材）の両端部がホロー軸（ホロー軸、第２のホロー軸）と連結される場合に、実施形態においては、いずれのホロー軸についても、軸方向中央よりも連結軸が突出するのと反対側寄りで連結軸と連結されていたが、これに限定されるものではなく、必要な捻れ量が確保できるのであれば、いずれか一方のホロー軸との連結位置については、軸方向中央よりも連結軸が突出する側寄りで連結しても良い。
【０１４３】
実施形態においては、ホロー軸の端部内周で連結軸と連結して、連結軸の有効軸方向長さ（連結軸とホロー軸の連結部から連結軸と他の部材の連結部までの距離）をできる大きく確保するようにしているが、ホロー軸の端部で連結することには限定されず、ホロー軸の軸方向中央よりも、連結軸（軸部材）が他の部材と連結される側と反対側寄りであれば、どのような位置で連結を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…風力発電設備
１１…円筒支柱
１２…ナセル（発電室）
１４…ヨー駆動システム
１６…ピッチ駆動システム
１８…ノーズコーン
２０…風車ブレード
２２…モータ
２４…出力ピニオン
４４…遊星歯車減速機構
６６…ホロー出力軸（ホロー軸）
７０…連結軸（軸部材）
７２…偏心体軸（第２のホロー軸）
７６…外歯歯車（遊星歯車）
７８…内歯歯車
８０…内ピン（遊星ピン）
８２…出力フランジ（キャリヤ）
８４…出力軸
Ｇ１〜Ｇ４…ヨー減速装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置およびヨー駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、風力発電設備のナセルを水平面内で旋回させるためのヨー駆動システムが開示されている。
【０００３】
この特許文献１に係るヨー駆動システムでは、風力発電設備の本体（円筒支柱）側に旋回歯車が１個設けられ、ナセル側にはブレーキ機構及びヨー減速装置を備えた電動機が複数（開示例では２個）据え付けられている。各ヨー減速装置の出力ピニオンは、前記旋回歯車に同時に噛合しており、出力ピニオンが旋回歯車と噛合したときに旋回歯車側から受ける反作用によって、（電動機が据え付けられた）ナセルが旋回するようになっている。
【０００４】
ナセル全体を円筒支柱に対して旋回させることにより、ナセルの先端の向きを所望の方向（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。また、複数のヨー減速装置の各ピニオンを旋回歯車に同時に噛合させる構成とすることにより、１個１個のヨー減速装置の大きさを小さく抑えることができ、地上から高い位置にある狭いナセル内で据え付ける際の取り扱い性等を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２０８９１号公報（段落［００２０］、［００２１］、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、風力発電設備は、自然環境下に設置される設備であるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。このような強い風によりナセルを回転させようとする力が作用すると、旋回歯車側から該風力負荷トルクがヨー減速装置内に入力されてくる「動力の逆流現象」が発生する。
【０００７】
通常、このような強い風が吹くときには、ヨー駆動システムの各回転要素は、制動機構によって回転が止められた状態とされ、ナセルが無制御状態で異常に旋回するのを防止している。このため、当該旋回歯車側から入力されてきた風力負荷トルクは、停止状態にあるヨー減速装置内の各要素に掛かることになり、ヨー減速装置は、非常に過酷な状態に置かれる。この結果、甚だしいときには破損に至ることもあるという問題が生じていた。
【０００８】
この問題に対処するためにヨー減速装置全体の大きさを大きくするのは、狭いナセル内に設置する機器として大きなデメリットとなる。また、せっかく複数のヨー減速装置に分けて小型化したメリットも減殺されてしまう。何よりも、自然相手の設備であるため、どの程度の大きさまで大きくすれば破壊されない、という明確な指標自体がないため、闇雲にヨー減速装置の大きさを拡大することにも限界がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、新たに見出した中間課題（後述）に着目し、この中間課題を克服することによって、結果としてヨー減速装置をいたずらに大きくすることなく、より破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムおよびヨー減速装置を提供することをその本来の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムに使用される前記ヨー減速装置であって、動力伝達系の中に組み込まれたホロー軸と、該ホロー軸に挿入され、当該ホロー軸の内周で該ホロー軸と連結されると共に、該ホロー軸から突出した位置で他の部材と連結される軸部材と、を有し、前記軸部材が、前記ホロー軸の軸方向中央よりも、該軸部材が当該ホロー軸から突出する側と反対側寄りで、該ホロー軸と連結される構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１１】
また、本発明は、第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、前記第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置は、前記出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシと、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシとの差に相当する角度以上、回転方向に捻れ変形する軸部材または回転方向に回転角度差を発生させる捻れ発生機構を、動力伝達系に備えた構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
なお、本発明において、風力発電設備の本体側の「本体」とは、「ヨー減速装置が組み込まれている部材に対して相対的に動く部材」を指している。風力発電設備のヨー駆動システムの場合、ヨー減速装置が組み込まれているナセルの構造部材に対して相対的に動く円筒支柱が「本体」に相当する。
【００１３】
本発明想到に当たって着目した中間課題は、公知の課題ではないため、以下、簡単に説明する。
【００１４】
ヨー駆動システムを複数のヨー減速装置にて構成する場合、該複数のヨー減速装置の出力ピニオンが同一のバックラッシで均等に旋回歯車と噛合し、全ヨー減速装置が同一の伝達トルクを受け持つように配備される必要がある。
【００１５】
従来のヨー駆動システムでも、モータによって駆動された複数のヨー減速装置の出力を１個の旋回歯車に作用させる「通常の駆動時」の場合は、各ヨー減速装置の出力が均等になるように制御するのは比較的容易である。それは、（たとえ各ヨー減速装置の機械的なバックラッシ量が不均一であったとしても）各ヨー減速装置に実際に流れる電流をフィードバック制御することで、それぞれのヨー減速装置の発生トルクを均一にすることが、ある程度可能だからである。
【００１６】
しかし、風力負荷トルクによって旋回歯車側から逆駆動されるときは、この「電流のフィードバック制御による等配制御」を活用することができない。そのため、従来のヨー駆動システムでは、強風でナセルが動くことによってバックラッシが最初に詰められたヨー減速装置が大きな負担を強いられることを余儀なくされていた。
【００１７】
さらに、前述したように、通常このような強風環境では、ナセルの無制御状態での異常旋回を防止するため、ヨー減速装置の各回転要素が制動機構によって停止された状態に維持されることが多い。このため、最初にバックラッシが詰められたヨー減速装置によってナセルの回転が固定され、他のヨー減速装置は、旋回歯車とのバックラッシが詰められない状態のままとなって、旋回歯車側からの風力負荷を受けることができなくなるという状況も推察される。
【００１８】
このような状況に陥ると、最初にバックラッシが詰められた「特定の１個のヨー減速装置」のみに風力負荷トルクが完全に集中してしまうことになる。そして、この最初にバックラッシが詰められた特定の１個のヨー減速装置が破損すると、今度は残ったヨー減速装置のうち、バックラッシが最初に詰められた第２のヨー減速装置が同様な状態となり、次々に連鎖的に破損してしまうのではないかと考えられる。
【００１９】
本発明は、この特定の１個のヨー減速装置のみに風力負荷が掛かってしまう現象を中間課題として捉え、この中間課題を合理的に解消し、搭載されている全てのヨー減速装置によって旋回歯車側からの風力負荷トルクを受けることができるように構成している。これにより、ヨー減速装置をいたずらに大きくすることなく、ヨー減速装置の破損を大幅に低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ヨー減速装置をいたずらに大きくすることなく、より破損しにくい風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置およびヨー駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システムに使用するヨー減速装置の全体断面図
【図２】図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】上記ヨー減速装置が適用される風力発電設備の正面図
【図４】上記風力発電設備のヨー駆動システムにおけるナセルに上記ヨー減速装置が組み込まれている様子を模式的に示す斜視図
【図５】上記ヨー駆動システムの旋回外歯歯車に４個のヨー減速装置の出力ピニオンが噛合している状態を示す平面図
【図６】本発明の他の実施形態の一例に係る図１相当の断面図
【図７】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当の断面図
【図８】図７の実施形態の要部を拡大して示す断面図
【図９】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当のヨー減速装置の断面図
【図１０】図９の実施形態の要部を拡大して示す断面図
【図１１】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当のヨー減速装置の断面図
【図１２】図１１の実施形態の要部を拡大して示す断面図
【図１３】本発明の更に他の実施形態の一例に係る図１相当のヨー減速装置の断面図
【図１４】図１３の矢視ＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図
【図１５】図１３の要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備のヨー駆動システム、特にその中のヨー減速装置の構成について詳細に説明する。
【００２３】
図３〜図５を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱（風力発電設備の本体）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）駆動システム１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動システム１６が組み込まれている。ヨー駆動システム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、ピッチ駆動システム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。
【００２４】
このヨー駆動システム１４は、モータ２２及び出力ピニオン２４付きの４個のヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４及びそれぞれの出力ピニオン２４と噛合する１個の旋回歯車２８を備える（図４、図５参照：旋回歯車２８は、この例では出力ピニオン２４が内接する内歯歯車であるが出力ピニオンが外接する外歯歯車であってもよい）。各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、ボルト２９を介してそれぞれナセル１２の構造体側の所定の位置に固定されている。
【００２５】
図５に示されるように、この実施形態では、複数のヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれの前記出力ピニオン２４が、旋回歯車２８と周方向で等間隔ではない位置にて噛合している。これは、狭いナセル１２内にヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４を配置しようとした場合に、現実にはヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４を円周方向において均等に配置するのが困難であることから、このように等間隔でない配置の方がメリットが大きいという事情に基づいている。なお、この図５の配置例は一例であり、現実には実際のナセル内の状況に応じて適宜の配置に変更されてよく、勿論、円周方向に等間隔であっても良い。
【００２６】
この構成により、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によってそれぞれの出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が旋回歯車２８と噛合しながら該旋回歯車２８の中心３６（図４参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２を円筒支柱１１（に固定された旋回歯車２８）に対して相対的に移動させることができ、ナセル１２全体を円筒支柱１１に固定されている旋回歯車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。
【００２７】
前記ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここではヨー減速装置Ｇ１について説明する。
【００２８】
図１を参照して、ヨー減速装置Ｇ１はモータ２２、直交歯車減速機構４０、第１、第２平行軸減速機構４１、４２及び偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されている。
【００２９】
以下、動力伝達経路上の順番に説明していく。モータ２２のモータ軸４６は、直交歯車減速機構４０の入力軸を兼ねており、モータ２２のモータ軸４６の負荷側の端部にはハイポイドピニオン４７が直切りで形成されている。なお、該モータ軸４６の反負荷側の端部にはブレーキ装置（図示略）が備えられている。
【００３０】
直交歯車減速機構４０は、モータ２２の先端に直切形成された前記ハイポイドピニオン４７と、該ハイポイドピニオン４７と噛合するハイポイドギヤ５０とを備え、モータ軸４６の回転方向を直角方向に変更している。ハイポイドギヤ５０は、第１中間軸５２に固定されている。
【００３１】
第１中間軸５２には、第１平行軸減速機構４１のスパーピニオン５４が直接形成されている。第１平行軸減速機構４１は、このスパーピニオン５４と、該スパーピニオン５４と噛合するスパーギヤ５６とを備えている。スパーギヤ５６は、第２中間軸５８に固定されている。第２中間軸５８には第２平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０が直接形成されている。
【００３２】
第２平行軸減速機構４２は、このスパーピニオン６０と、該スパーピニオン６０と噛合するスパーギヤと６４を備えている。スパーギヤ６４はホロー出力軸（ホロー軸：第２平行軸減速機構４２の出力軸）６６に固定されている。ホロー出力軸６６はスプライン６８を介して連結軸７０と連結されている。連結軸７０の負荷側は、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の入力軸でもある偏心体軸（第２のホロー軸）７２がスプライン９２を介して連結されている。
【００３３】
このホロー出力軸６６−連結軸７０−偏心体軸（第２のホロー軸）７２の連結については、後に詳述する。
【００３４】
なお、符号７３は、ボルト７５を介して後述する遊星歯車減速機構４４の反負荷側カバー４８Ｃと連結された継ケーシングである。
【００３５】
遊星歯車減速機構４４は、２枚の外歯歯車７６と、該外歯歯車７６が揺動しながら内接噛合する内歯歯車７８と、内歯歯車７８の軸心位置Ｏ１に外歯歯車７６を貫通して配置されるとともに、外歯歯車７６を揺動させる偏心体７４を有する偏心体軸７２と、を備えたいわゆるセンタクランク型と称される偏心揺動型の減速機構である。
【００３６】
２枚の外歯歯車７６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。なお、遊星歯車減速機構４４のケーシング４８は、第１、第２ケーシング体４８Ａ、４８Ｂ、及び、反負荷側及び負荷側カバー体４８Ｃ、４８Ｄとで主に構成され、ボルト２９を介して前記ナセル１２の構造体１２Ａに固定されている。
【００３７】
前記内歯歯車７８は、このうちの第１ケーシング体４８Ａと一体化されている内歯歯車本体７８Ｂと、該内歯歯車本体７８Ｂに回転自在に保持されて内歯として機能する円筒状の外ピン７８Ａによって構成されている。内歯歯車７８の内歯の数（外ピン７８Ａの数）は、外歯歯車７６の外歯の数より僅かだけ（この例では１だけ）多い。
【００３８】
図２に示されるように、外歯歯車７６には、内ピン８０が摺動促進部材８１とともに複数（この例では１０本）、同一円周上で貫通している。内ピン８０は、出力フランジ（キャリヤ）８２と圧入により一体化され、該出力フランジ８２はヨー減速装置Ｇ１の出力軸８４と一体化されている。
【００３９】
なお、各内ピン８０は、押さえプレート８６によってそれぞれの端部を支持されており、押さえプレート８６は、該押さえプレート８６に強いラジアル負荷が掛かったときにのみ接触するような極めて僅かな隙間を有して反負荷側カバー体４８Ｃの段部４８Ｃ１と対峙している。
【００４０】
出力軸８４は、第２ケーシング体４８Ｂの内周に組み込まれた自動調心ころ軸受８５と、第１ケーシング体４８Ａの内周に配置されたころ８３によって支持されている。ころ８３は、前記内歯歯車７８の内歯を構成する外ピン７８Ａと同軸に配置され、出力軸８４と一体化された出力フランジ８２を支持することによって、出力軸８４の一端を回転自在に支持している。
【００４１】
出力軸８４には、スプライン８７を介して前出の出力ピニオン２４が連結され、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回歯車２８（図４、図５）と噛合する構成とされている。
【００４２】
ここで、前記第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸（ホロー軸）６６−連結軸（軸部材）７０−偏心体軸（第２のホロー軸）７２の連結部についての構成について詳細に説明する。
【００４３】
ホロー出力軸６６と連結軸７０の連結部の構成から説明する。ホロー出力軸６６と連結軸７０の連結部は、動力伝達系の中（第２平行軸減速機構４２の出力段）に組み込まれた該第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６と、該ホロー出力軸６６に挿入され、当該ホロー出力軸６６の内周で該ホロー出力軸６６と連結されると共に、該ホロー出力軸６６から突出した位置で（他の部材である）偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２と連結される連結軸７０と、で構成されている。
【００４４】
ホロー軸６６は、この実施形態では、軸方向寸法がＬ１であり、一対の軸受８８、９０によって両持ち支持されている。ホロー出力軸６６はスプライン６８を介して連結軸７０と連結されている。連結軸７０は、前記ホロー出力軸６６の軸方向中央Ｃ１よりも、連結軸７０がホロー出力軸６６から突出する側（図１の例では紙面下側）と反対側寄り（この例では軸方向中央Ｃ１よりも紙面上側寄りで）で、該ホロー出力軸６６と前記スプライン６８を介して連結されている。
【００４５】
より具体的には、ホロー出力軸６６の一端部、具体的には、連結軸７０が偏心体軸７２へ向けて突出するのと反対側の端部（つまり、連結軸７０がホロー出力軸６６以外の他の部材（本実施形態では偏心体軸７２）と連結されるのと反対側の端部）内周には前記スプライン６８の一方である雌スプライン部６６Ｂが設けられている。また、連結軸７０の一端部に前記スプライン６８の他方である雄スプライン部７０Ａが設けられている。連結軸７０は、ホロー出力軸６６の中空部６６Ａに挿入されて、この雄スプライン部７０Ａがホロー出力軸６６に設けられた前記雌スプライン部６６Ｂと連結される。また、連結軸７０の他端部は、ホロー出力軸６６の雌スプライン部６６Ｂが設けられているのと反対側の端部から突出させられている。
【００４６】
連結軸７０の前記一端部の端面にはボルト９８によってプレート１００が固定されている。該プレート１００は、ホロー出力軸６６の軸方向端面にボルト１０２によって固定されている。これにより、連結軸７０の点検および交換を、ボルト９８、１０２での取り付け、取り外しのみで容易に行うことができる。なお、本実施形態においては、ホロー出力軸６６および連結軸７０の連結部を覆うカバー１０１が、第１平行軸減速機構４１および第２平行軸減速機構４２のケーシング１０３に固定されている。
【００４７】
一方、連結軸７０の負荷側は、遊星歯車減速機構４４の入力軸でもある偏心体軸（第２のホロー軸）７２がスプライン９２を介して連結されている。偏心体軸７２は、軸方向寸法がＬ２であり、一対の軸受９４、９６で支持されている。連結軸７０と偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２との連結部では、前記ホロー出力軸６６と連結軸７０との連結構成と、上下関係が逆になっているだけで同様の連結構成にて、連結軸７０が、該第２のホロー軸である偏心体軸７２と連結されている。
【００４８】
すなわち、連結軸７０は偏心体軸７２の軸方向中央Ｃ２よりも、連結軸７０が偏心体軸７２から突出する側（この例では紙面上側）と反対側寄り（この例では軸方向中央Ｃ２よりも下側寄り）で、該偏心体軸７２とスプライン９２を介して連結されている。
【００４９】
具体的には、連結軸７０の他端部にもスプライン９２の一方である雄スプライン部７０Ｂが設けられるとともに、偏心体軸７２のホロー軸６６から遠い方の端部内周にはスプライン９２の他方である雌スプライン部７２Ｂが設けられている。連結軸７０は、偏心体軸７２の中空部７２Ａにホロー出力軸６６に近い方の端部から挿入されて、前記雄スプライン部７０Ｂおよび雌スプライン部７２Ｂからなるスプライン９２を介して連結されている。
【００５０】
また、連結軸７０は、ホロー出力軸６６および偏心体軸７２の内部に形成された長い中空部６６Ａ、７２Ａに囲まれているため、仮に強く捻れたとしても、著しく曲がったりする不具合は、発生しないように配慮されている。
【００５１】
本実施形態に係る第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６−連結軸７０−偏心体軸（第２のホロー軸）７２の連結部は、結果として、単一（同一）の連結軸７０を共通に用いて、本発明に係る「２組」の連結構造を組み合わせた構成とされていることになる。また、本実施形態においては、ホロー出力軸６６の偏心体軸７２から遠い方の端部と偏心体軸７２のホロー軸６６から遠い方の端部に、連結軸７０と連結するための雌スプライン部６６Ｂ、７２Ｂを設けている。つまり、連結軸７０の有効軸方向長さＬ４、すなわち、ホロー出力軸６６と連結軸７０との連結部（スプライン６８の軸方向中央）から偏心体軸７２と連結軸７０との連結部（スプライン９２の軸方向中央）までの距離を、装置を（軸方向に）大型化することなく、最大限に確保できるようにしている。
【００５２】
この結果、連結軸７０の有効軸方向長さ（ホロー出力軸６６と連結軸７０との連結部から偏心体軸７２と連結軸７０との連結部までの距離）Ｌ４は、ホロー出力軸６６と偏心体軸７２との間の寸法Ｌ３にホロー出力軸６６の軸方向寸法Ｌ１および偏心体軸７２の軸方向寸法Ｌ２を加えた長さに近い長い寸法となっている。
【００５３】
このような連結部構成としたのは、連結軸７０が、伝達するべきトルクに対して必要な強度を確保しつつ、所定の条件のときに回転方向に所定の捻れ変形量（回転角位相差）だけ捻れるようにするためである。
【００５４】
すなわち、この実施形態に係る連結軸７０は、出力ピニオン２４に作用する荷重が所定値以上のときに、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４における出力ピニオン２４の旋回歯車２８に対するそれぞれの「バックラッシの差」に相当する所定角度以上、回転方向に捻れ変形する。
【００５５】
ここで、「出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のとき」の「所定値」とは、本発明の趣旨が「強い風力負荷トルクが掛かったときに、各ヨー減速装置が均等に荷重を受け持つことによって、特定のヨー減速装置のみに荷重が集中しないようにする。」という点にあることを考慮して決定されるものである。
【００５６】
具体的には、「モータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かるトルク相当値（例えば、本実施形態においては１２５０ｋｇｆ）」が１つの指標となる。荷重等配を確実に実現するには、最大でも、該定格トルク相当値の２倍（例えば２５００ｋｇｆ）以下に設定されるべきである。すなわち、モータ２２の定格トルクの２倍のトルクが発生されているときに、出力ピニオンに掛かるトルクが「所定値の上限」である。
【００５７】
一方、「所定値の下限」については、本発明では特に限定されない。しかし、余りに低いレベルから捻れ変形が発生するようにすると、モータ２２で駆動するときの応答性が悪くなるほか、必要な強度も確保しにくくなるため、モータ２２が疲労等価荷重（モータの定格トルクの半分程度）のトルクを出力したときに出力ピニオン２４に掛かる値が、事実上のほぼ下限となる。
【００５８】
逆にいうならば、この所定値以下のトルクしか出力ピニオンに掛かっていないような場合には、大きな捻れ変形が発生しないように設定することが好ましい。以上のように、本発明の「所定値」は、モータ２２が定格トルクの半分のトルクを出力しているときに出力ピニオンに掛かるトルク以上であって、モータ２２が定格トルクの２倍のトルクを出力しているとしたときに出力ピニオンに掛かるトルク以下に設定するのが好ましい。本実施形態においては、モータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かるトルク相当値に設定されている。
【００５９】
また、「バックラッシの差」とは、理想的には、旋回歯車２８と出力ピニオン２４とのバックラッシが最も小さなヨー減速装置（第１ヨー減速装置、Ｇ１〜Ｇ４のいずれか）のバックラッシ量と、該バックラッシが最も大きなヨー減速装置（第２ヨー減速装置、Ｇ１〜Ｇ４のいずれか）のバックラッシ量との差である。より具体的には、「風力負荷トルクによってナセルが回転することにより、前記バックラッシが最小のヨー減速装置のバックラッシが詰まった（０になった）後、最大のバックラッシを有しているヨー減速装置のバックラッシがなくなるまでに当該最大のバックラッシを有しているヨー減速装置の出力ピニオン２４が回転する角度」のことである。
【００６０】
ただし、バックラッシが最も小さなヨー減速装置の連結軸７０が捻れることにより、バックラッシが次に小さなヨー減速装置の出力ピニオン２４が旋回歯車２８と噛合うと、それだけでも２台のヨー減速装置による等配効果は得られ、さらに当該２台のヨー減速装置の連結軸７０が捻れることにより、次のヨー減速装置の出力ピニオン２４が旋回歯車２８と噛合うとさらに等配効果が得られる。そうすると、結局、「バックラッシの差」とは、任意の２台のヨー減速装置（第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置）におけるバックラッシの差と捉えればよい。
【００６１】
バックラッシの差に「相当する角度」とは、対象となる連結軸の動力伝達系上の位置によって、減速比（出力ピニオンから見た場合は増速比）の分乗じた角度ということである。この実施形態では出力ピニオン２４から見た遊星歯車減速機構の増速比は４３であるため、４３倍とした角度、ということになる。 但し、現実問題として、旋回歯車２８に対する各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４の実際の「バックラッシの差」は、出力ピニオン２４の歯形の製造誤差のほか、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４をナセル１２に組み付ける際の組み付け誤差の影響も大きく受ける。そのため、この「バックラッシの差」は、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の設計或いは製造の段階では、不明である。
【００６２】
この「ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の設計或いは製造時には不明」という問題については、例えば、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の、実際に取り付けられた状態のバックラッシを複数例サンプリングして平均値を算出する等の手法で対応することができる。
【００６３】
例えば、発明者らが、この観点で、最も普及している１．５ＭＷ〜３．０ＭＷクラスの風力発電設備の該バックラッシの平均値を測定したところ、概ね０．１ｍｍであった。この値に基づいた具体的な設計数値例を以下に示す。
【００６４】
＜連結軸７０の捻れの程度に関して＞
本実施形態の場合、モータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かるトルク相当値Ｔ１は、１２５０ｋｇｆであるから、捻りを生じさせようとする連結軸７０に作用する捻りモーメントＴ２（Ｎ・ｍｍ）は、遊星歯車減速機構４４の減速比が４３、効率ηが０．９３であることから、
Ｔ２＝（１２５０ｋｇｆ／４３）×０．９３
＝２７．０３ｋｇｆ＝２６４８９４Ｎ・ｍｍ …（１）
となる。
【００６５】
ここで、連結軸７０のねじれ角θ（ｒａｄ）は、
θ＝（３２・Ｔ・Ｌ）／（π・Ｇ・ｄ４） …（２）
で、表すことができる。Ｔは捻りモーメント（Ｎ・ｍｍ）、Ｌは軸長（ｍｍ）、Ｇは剪断（横）弾性係数（ＭＰａ）、ｄは軸径（ｍｍ）である。
【００６６】
この実施形態では、連結軸７０の軸長Ｌとして、有効軸方向長さＬ４＝４００ｍｍが確保されている。今、連結軸７０の径ｄとして、ｄ２＝２０ｍｍ、剪断（横）弾性係数Ｇとして、軟鋼の一般値である８３００ｋｇｆ／ｍｍ２（８１３４０ＭＰａ）を用い、（２）式に具体的数字を（単位を揃えて）代入して、連結軸７０でのねじれ角θ（ｒａｄ）の大きさを確認してみると、連結軸７０に作用する捻りモーメントＴ２（Ｎ・ｍｍ）は、（３２×２６４８９４×４００）／（３．１４×８１３４０×２０４）＝０．０８２９（ｒａｄ）となる。
【００６７】
０．０８２９（ｒａｄ）は、度数に換算すると４．７５度である。すなわち、出力ピニオン２４にモータ２２の出力トルク相当の大きさのトルクが掛かった場合、本実施形態での連結軸７０には、４．７５度の捻れが発生することになる。
【００６８】
一方、バックラッシ０．１ｍｍは、旋回歯車２８の歯数が８８の場合０．１ｍｍ／８８＝０．００１１４（ｒａｄ）に相当する。度数に換算すると０．０６５度である。これが出力ピニオン２４のバックラッシ０．１ｍｍに対する回転角度である。減速比（増速比）４３を考慮して連結軸７０での回転角度に更に換算すると、０．０６５×４３＝２．８度となり、前記４．７５度よりも小さい。これは、連結軸７０が捻れている間に、旋回歯車２８と出力ピニオン２４との間のバックラッシ（０．１ｍｍ）が解消（消滅）し、第２ヨー減速装置が荷重を分担し得る状態となり得ることを意味している。
【００６９】
＜連結軸７０の耐荷重について＞
この種の軸部材における捻りによる剪断応力τ（ＭＰａ）は、次式で表される。
τ＝１６Ｔ／（π・ｄ３） …（３）
【００７０】
（３）式に、Ｔ＝Ｔ２＝２６４８９４（Ｎ・ｍｍ）、ｄ＝ｄ２＝２０（ｍｍ）を代入すると、連結軸７０での軸剪断応力τ１（ＭＰａ）は、（１６×２６４８９４）／（３．１４×２０３＝１６８．７ＭＰａとなる。１６８．７ＭＰａは、１７．２ｋｇｆ／ｍｍ２に相当する。
【００７１】
一般に、ＳＣＭ材の場合、剪断応力は、１９ｋｇ／ｍｍ２程度であり、浸炭材ならば４０ｋｇ／ｍｍ２程度は、確保可能である。したがって、連結軸７０に生じる剪断応力（１７．２ｋｇ／ｍｍ２）に耐え得る強度を確保するのは、十分可能である。
【００７２】
以上を総合すると、本実施形態に係る装置にあっては、上記構成および寸法設定により、連結軸７０として十分な耐荷重強度を維持した上で、旋回歯車２８と出力ピニオン２４のバックラッシが解消する以上に連結軸７０の捻れ量を確保できることが分かる。
【００７３】
ところで、上記計算例では、バックラッシの実際の平均値に基づいて捩れや強度を試算したが、実際のバックラッシの大きさは、風力発電設備の大きさ（より具体的には旋回歯車や出力ピニオンの大きさ）が異なると、異なってくる可能性がある。これに対しては、、例えば、当該「バックラッシの差」と相関のあるパラメータを選定して該「バックラッシの差」を特定する指標とすることもできる。
【００７４】
より具体的に説明すると「バックラッシの差」は、例えば、各ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差を使用して定義することができる。ここで、歯車の「単一ピッチ誤差」とは、ＪＩＳ Ｂ１７０２−１やＩＳＯ１３２８−１に定義されており、「歯たけのほぼ中央付近の歯車軸と同一の中心をもつ測定円周上で定義された軸直角平面での実際のピッチと対応する理論ピッチとの差」のことであり、歯車試験機等で出力ピニオン２４を測定することにより得ることができる。
【００７５】
次に、第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差をＰ１、第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差をＰ２、旋回歯車２８の単一ピッチ誤差をＰＳ、出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間の基準バックラッシをＢＢとし、また単一ピッチ誤差は、時計回りおよび反時計回りのいずれかの方向の誤差を正の値、他の方向の誤差を負の値としてとるものとする。第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシＢ１と、第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシＢ２は、以下の式で表される。
Ｂ１＝ＢＢ−（Ｐ１＋ＰＳ）
Ｂ２＝ＢＢ−（Ｐ２＋ＰＳ）
【００７６】
そうすると、バックラッシＢ１とＢ２との差は、Ｂ２−Ｂ１＝Ｐ１−Ｐ２、となる。つまり、第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシと、第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４と旋回歯車２８との間のバックラッシとの差は、第１ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差と第２ヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差との差として定義できる。
【００７７】
即ち、本実施形態に係る連結軸７０は、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４に作用する荷重が所定値以上のときに、２台のヨー減速装置の出力ピニオン２４の単一ピッチ誤差の差に、出力ピニオンから連結軸７０までの増速比を掛けた角度だけ、捻れ変形するように、連結軸７０の外径、全長、素材、および熱処理を含む製造手法等が選定される。
【００７８】
この手法に依れば、ヨー減速装置単体に属するパラメータのみに依存して連結軸７０等の設計をすることができるため、実際のバックラッシをいちいち確認する必要がない。
【００７９】
なお、ここでの「バックラッシ」は、基本的には「旋回歯車２８と各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４との間の寸法上の隙間に係るバックラッシ」を意味しているが、より好ましくは、旋回歯車２８と各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４との間の寸法上の隙間に係るバックラッシに、出力ピニオン２４から（該出力ピニオンの回転を制動可能な）ブレーキ機構に至るまでの動力伝達系全体のバックラッシを加味した「補正バックラッシ」の概念を用いると一層良い。
【００８０】
本実施形態では、モータ２２のモータ軸４６に図示せぬブレーキ機構が備えられているため、この「補正バックラッシ」は、旋回歯車２８と各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４とのバックラッシのほか、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４、第２平行軸減速機構４２、第１平行軸減速機構４１、および直交歯車減速機構４０における歯車等の各バックラッシ、更には、モータ２２の回転機構（モータ軸４６を支持する軸受のがた等）におけるバックラッシ等も含めて「補正バックラッシ」を捉えることになる。因みに後述する実施形態のように、ブレーキ機構を例えば、ウォーム減速機構のセルフロック機能によって実現するときには、出力ピニオンから該ウォーム減速機構までのバックラッシが「補正分」ということになる。
【００８１】
補正バックラッシの概念を用いることにより、より正確、且つ確実な等配ができるようになる。
【００８２】
次に、このヨー減速装置Ｇ１の作用を説明する。
【００８３】
再び図１を参照して、モータ２２のモータ軸４６の回転は、直交歯車減速機構４０のハイポイドピニオン４７及びハイポイドギヤ５０の噛合によって初段減速され、同時に回転軸の方向が９０度変更されて第１平行軸減速機構４１の第１中間軸５２に伝達される。
【００８４】
第１中間軸５２の回転は、第１平行軸減速機構４１のスパーピニオン５４及びスパーギヤ５６の噛合によって第２中間軸５８に伝達されると共に、さらに第２平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０及びスパーギヤ６４を介してホロー出力軸６６に伝達される。ホロー出力軸６６の回転は、スプライン６８、連結軸７０、スプライン９２を介して偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２に伝達される。この部分の作用については、後に詳述する。
【００８５】
偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２が回転すると、偏心体７４を介して外歯歯車７６が（内歯歯車７８に内接しながら）揺動回転する。このため、外歯歯車７６と内歯歯車７８との噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。この結果、遊星歯車減速機構４４の偏心体軸７２が１回回転する毎に、外歯歯車７６が１回揺動し、（ナセル１２に固定された状態にある）内歯歯車７８に対して１歯分ずつ（歯数差分ずつ）位相がずれて行くようになる（自転成分が発生する）。
【００８６】
この自転成分を内ピン８０、出力フランジ（キャリヤ）８２を介して出力軸８４から取り出すことにより、遊星歯車減速機構４４での減速が実現される。
【００８７】
出力軸８４の回転は、スプライン８７を介して出力ピニオン２４に伝達される。出力ピニオン２４は旋回歯車２８と噛合しており、且つ、該旋回歯車２８は、円筒支柱１１に固定されているため、反作用によって、結局、出力ピニオン２４は、自転しながら旋回歯車２８の中心３６に対して公転する。
【００８８】
ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、ナセル１２に固定されているため、結局、該円筒支柱１１側の旋回歯車２８の軸心３６に対してナセル１２が水平方向に回転（旋回）する。
【００８９】
ここで、例えば、突風等が風車ブレード２０やナセル自体に作用することによってナセル１２を強制的に旋回させようとする巨大な「風力負荷トルク」がヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の出力ピニオン２４側から入力されたとする。この場合、この巨大な風力負荷トルクは、ヨー駆動システム１４を逆から駆動し、旋回歯車２８を介してヨー減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４を回転させようとする。
【００９０】
一般に強い風が吹いているときには、モータ２２の反負荷側に設けられたブレーキ機構によってヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の各回転要素は回転不能の状態とされ、ナセル１２が強い風によって無制御状態で旋回してしまうのを防止している。そのため、従来のヨー駆動システムでは、ナセル１２が動くことによってバックラッシが最初に詰められたヨー減速装置（便宜上、第１のヨー減速装置Ｇ１とする）が「１台のみ」で該旋回歯車２８のそれ以上の回転を阻止するため、他のヨー減速装置Ｇ２〜Ｇ４の出力ピニオン２４は、旋回歯車２８とのバックラッシが詰められない状態のままとなってしまい、旋回歯車２８側からの風力負荷トルクを受けることができない。
【００９１】
そのため、結局、最初にバックラッシが詰められた「第１のヨー減速装置Ｇ１」にのみ風力負荷トルクが集中し、この第１のヨー減速装置Ｇ１が破損してしまう状況が発生し易くなっていたと考えられる。そして、第１のヨー減速装置Ｇ１が破損してしまうと、今度は残ったヨー減速装置のうち、バックラッシが最初に詰められた第２のヨー減速装置が同様な状態となるため、こうして全てのヨー減速装置が次々に連鎖的に破損してしまう状況に陥ってしまったと考えられる。
【００９２】
しかしながら、本実施形態によれば、最初にバックラッシが詰められた第１のヨー減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４に旋回歯車２８から所定値以上の荷重が掛かると（この実施形態ではモータ２２が定格トルクを出力しているときに出力ピニオン２４に掛かる荷重以上の荷重が掛かると）、この荷重によって、連結軸７０が捻れ変形する。このため、出力ピニオン２４は、（ブレーキ機構によって減速装置Ｇ１〜Ｇ４の各回転要素の回転が基本的に止められている状況であるにも拘わらず）連結軸７０の当該捻れ変形によって、そのまま更に回転を続けることができ、旋回歯車２８もそのまま追随して回転を続けることができる。
【００９３】
この連結軸７０での捻れ変形量は、出力ピニオン２４側から所定値以上の荷重が掛かったときにバックラッシの差以上確保されるように設定されている。そのため、旋回歯車２８がこの追随回転を行う間に、２番目にバックラッシの小さかった他のヨー減速装置（例えば第２ヨー減速装置Ｇ２）のバックラッシが詰められ、旋回歯車２８からの荷重を該第２のヨー減速装置Ｇ２によっても受けることができるようになる。この結果、その分、従来ならばそのまま第１のヨー減速装置Ｇ１のみに掛かり続けた旋回歯車２８側からの荷重の一部が第２のヨー減速装置Ｇ２に振り分けられるようになる。
【００９４】
そして、第２のヨー減速装置Ｇ２でも連結軸７０での捻れ変形が可能であるため、同様に、第３のヨー減速装置Ｇ３も、バックラッシが詰められて旋回歯車２８からの荷重を受け持つようになる。そして、最終的には各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれの連結軸７０がほぼ等しい反力を受け持った状態となるように、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の連結軸７０での捻れ変形がバランスする。
【００９５】
この捻れ変形がバランスした状態では、バックラッシの大小の如何に関わらず（旋回歯車２８に対して反力を与え始める時期が早いか遅いかに関係なく）、全てのヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４に旋回歯車２８からの荷重が等配された状態となる。
【００９６】
これは、要するならば、例えば、本実施形態のように４個のヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４によってヨー駆動システム１４が構成されている場合には、実質的に（従来と比べて）風力負荷トルクをほぼ１／４に減じた（耐風力負荷トルク特性をほぼ４倍に拡充した）ことと同様な作用効果を得ることができることを意味している。この結果、従来と同程度の大きさのヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４を使用しながら、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４の破損（特に連鎖的な破損）を極めて効果的に防止することができる。
【００９７】
この実施形態のように、旋回歯車２８の円周方向にヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４が等間隔に配置されない場合には、各ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４に均等に風力負荷トルクを受け止めさせるのは特に難しい。このため、搭載されている全てのヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４が、捻れ変形の機能により共同して旋回歯車２８側からの風力負荷トルクをほぼ等しい大きさずつ、分担して受けることができるようになるメリットは極めて大きい。
【００９８】
ところで、言うまでもなく、動力伝達を行う軸部材（連結軸７０）が、伝達すべきトルクを破損することなく確実に伝達するには、当然に相応の強度（剛性あるいは太さ）が必要である。この強度を確保した条件下で本発明に係る大きな「捻れ変形量」を確保するには、軸部材が相応の「軸方向長さ」を有していなければならない。そのため、単純に設計すると、ヨー減速装置Ｇ１〜Ｇ４が大型化してしまう要因となる。
【００９９】
本実施形態では、連結軸７０が、第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６に挿入されるとともに、ホロー出力軸６６の内周で該ホロー出力軸６６と連結されている。そして、その上で、連結軸７０が、ホロー出力軸６６の軸方向中央Ｃ１よりも連結軸７０が該ホロー出力軸６６から突出する側と反対側寄りで、該ホロー出力軸６６と連結される構成とされている。
【０１００】
また、これと同様の構成が、連結軸７０と偏心体軸（第２のホロー軸）７２との間でも採用されている。
【０１０１】
このため、（減速装置Ｇ１の全長を殆ど増大させることなく）ホロー出力軸６６と偏心体軸７２との間の寸法Ｌ３に、ホロー出力軸６６の軸方向長さＬ１および偏心体軸７２の軸方向長さＬ２をプラスした長さに近い極めて長い有効軸方向長さＬ４の連結軸７０を組み込むことを可能としている。
【０１０２】
因みに、もし、本実施形態の手法によらず、ヨー減速装置の全長を変えずに、同じ動力伝達系の連結軸を従来の手法で設計した場合には、連結軸７０の長さは、ホロー出力軸６６と偏心体軸７２との間の距離Ｌ３＋α、すなわち、本実施形態の１／２程度の長さとなってしまう。このため、例えば、前述した（１）式〜（３）式を用いた計算例で同様の試算を行うと、連結軸で得られる捻りの大きさは、２．７５度にしかならない。そのため、旋回歯車２８と出力ピニオン２４との間のバックラッシを解消するために必要な２．８度の捻り量を確保できなくなってしまう虞がある。換言するならば、この長さの連結軸で本実施形態の「意図する捻り量」を確保するには、連結軸７０の外径ｄ２をより小さく（細く）する必要がある。すると、今度は連結軸の耐荷重が十分でなくなる虞が生じてくる。
【０１０３】
本実施形態の連結軸７０の連結構成に依れば、ヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）全体の大きさのコンパクト性を維持しながら、連結軸７０において、必要なトルク伝達を行うための所定の強度を維持しつつ、十分な捻れ変形量を確保することができる。
【０１０４】
なお、上記実施形態においては、モータ２２、直交歯車減速機構４０、第１、第２平行軸減速機構４１、４２及び遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されたヨー減速装置Ｇ１（〜Ｇ４）が示されていたが、本発明においては、ヨー減速装置の減速機構の具体的な構成は、特に上記構成に限定されない。
【０１０５】
図６に先の実施形態における直交歯車減速機構４０、第１平行軸減速機構４１、および第２平行軸減速機構４２の代わりに、ウォーム減速機構１１０を採用したヨー減速装置Ｇ１ａの構成例を示す。他の３個のヨー減速装置Ｇ２ａ〜Ｇ４ａもヨー減速装置Ｇ１ａと同様の構成とされている。
【０１０６】
なお、この実施形態においては、モータは、紙面と直交する方向に取り付けられるが、この図６においては、モータ自体は表示されておらず、モータの取り付け孔１１４のみが表示されている。
【０１０７】
ウォーム減速機構１１０は、ウォーム１１６とウォームギヤ１１８とで構成されている。ウォームギヤ１１８は、（該ウォーム減速機構１１０の出力軸である）ウォーム出力軸１２０と一体化されている。ウォーム出力軸１２０は、中空であり、先の実施形態における第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸６６と同様の構成を有し、先の実施形態と同様の連結構成にて連結軸７０と連結されている。連結軸７０以降の構成は、先の実施形態と同一である。
【０１０８】
この実施形態では、ウォーム減速機構１１０減速比は、３０以上（好ましくは４０以上）に設定されている。ウォーム減速機構１１０の減速比を３０以上（好ましくは４０以上）に設定すると、該ウォーム減速機構１１０自体が有するセルフロック機能（負荷側からの荷重によって回転しない機能）を「ブレーキ機構」として利用することができる。このため、先の実施形態では必須であったモータ２２に付設されていたブレーキ機構を省略することができ、その分コストダウンが図れる。
【０１０９】
この実施形態においても、ウォーム減速機構１１０のウォーム出力軸（ホロー軸）１２０−連結軸７０−偏心体軸７２の連結は、先の実施形態と全く同様の連結態様が採用されており、先の実施形態と全く同様の作用効果が得られる。
【０１１０】
また図７、図８のヨー減速装置Ｇ１ｂ（Ｇ２ｂ〜Ｇ４ｂも同じ）では、図６のウォーム減速機構１１０を残し、偏心揺動型の遊星歯車減速機構（４４）の方を、２段の第１、第２単純遊星歯車減速機構１３０、１４０に置き換えた構成例が示されている。
【０１１１】
第１単純遊星歯車減速機構１３０は、太陽歯車１３２、遊星歯車１３４、および内歯歯車１３６を備え、太陽歯車１３２が入力部材、遊星歯車１３４を支持しているキャリヤ１３８が出力部材として機能している。
【０１１２】
第２単純遊星歯車減速機構１４０は、前記キャリヤ１３８とスプライン１３９を介して連結された太陽歯車１４２、遊星歯車１４４、および内歯歯車１４６を備え、太陽歯車１４２が入力部材、遊星歯車１４４を支持しているキャリヤ１４８が出力部材として機能している。
【０１１３】
ウォーム出力軸１２０と連結軸１５０との連結構造は、先の図６の実施形態のウォーム出力軸１２０と連結軸７０との連結構造と同一である。また、太陽歯車１３２は、歯部１３２Ａと歯部１３２Ａから軸方向負荷側に延長された延長部１３２Ｂを有するとともに、軸方向に貫通する中空部１３２Ｃを有する。中空部内周には、歯部１３２Ａのウォーム出力軸１２０から遠い方の端部に連結軸１５０と連結するためのスプライン１３９の一方である雌スプライン部１３２Ｄが形成されている。この雌スプライン部１３２Ｄは、太陽歯車１３２の軸方向中心を跨いで形成されているが、連結軸１５０がウォーム出力時１２０へ向けて突出する側と反対側の領域の方が大きい。したがって、このような場合にも、太陽歯車（ホロー軸あるいは第２ホロー軸）１３２の連結軸１５０が突出するのと反対側寄りで連結軸１５０のスプライン１３９の他方である雄スプライン１５０Ａと連結されていることになる。
【０１１４】
なお、第２単純遊星歯車減速機構１４０のキャリヤ１４８は、スプライン１５４を介して出力軸１６０から取り出され、出力ピニオン１６２に伝達される。この実施形態では、出力軸１６０と出力ピニオン１６２は、初めから一体化されている。
【０１１５】
図９に本発明の更に他の実施形態の一例を示す。図１０はその要部拡大図である。
【０１１６】
この実施形態においては、ヨー減速装置Ｇ１ｃ（他のヨー減速装置Ｇ２ｃ〜Ｇ４ｃも同じ）が減速機構として、二つの偏心揺動型の遊星歯車減速機構１７０、１８０を備えている。前段の遊星歯車減速機構１７０および後段の遊星歯車減速機構１８０の動力伝達系としての基本構成は、先の実施形態の遊星歯車減速機構４４と同一であるため、便宜上、主たる部分に先の実施形態と同一の符号に前段ではＰ、後段ではＳの添え字を付している。また、他の実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【０１１７】
この実施形態においては、図１０に示されるように、前段の出力フランジ８２Ｐと一体化された出力軸８４Ｐが本発明の軸部材（連結軸）、後段の偏心体軸７２Ｓが本発明のホロー軸として機能している。すなわち、出力軸８４Ｐは、偏心体軸７２Ｓに挿入され、偏心体軸７２Ｓの内周でスプライン１９０を介して偏心体軸７２Ｓと連結されると共に、該偏心体軸７２Ｓから突出した位置で（他の部材である）前段の偏心揺動型の遊星歯車減速機構１７０の内ピン８０Ｐと連結されている。すなわち、この実施形態では、出力軸８４Ｐは、偏心体軸７２Ｓから図９、図１０の紙面下側にも僅かに突出しているが、他の部材（内ピン８０Ｐ）と連結されている紙面上側が、本発明での「突出する側」に相当している。
【０１１８】
出力軸８４Ｐは、偏心体軸７２Ｓの軸方向中央Ｃ３よりも、出力軸８４Ｐが偏心体軸７２Ｓから突出する側（図９、図１０の紙面上側）と反対側寄り（この例では軸方向中央Ｃ２よりも紙面下側寄り）で、該偏心体軸７２Ｓとスプライン１９０を介して連結されている。具体的には、偏心体軸７２Ｓの内ピン８０Ｐから遠い方の端部内周において連結されている。
【０１１９】
したがって、連結軸としての出力軸８４Ｐは、ほぼ偏心体軸７２Ｓの長さＬ５と同様の長さを確保することができ、捻れ変形が生じ易い構造とされている。
【０１２０】
この実施形態においても、この出力軸８４Ｐが、出力ピニオン２４側から風力負荷トルクが入力されてきたときに、旋回歯車２８と出力ピニオン２４とのバックラッシの差に相当する回転角度以上に、捻れ変形が発生するように設定されている。そのため、本実施形態においても、先の実施形態と同様の作用効果（全てのヨー減速装置Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃが出力ピニオン２４側からの荷重をほぼ同量ずつ受け持つという作用効果）が得られる。
【０１２１】
図１１に本発明の更に他の実施形態の一例を示す。図１２は、その要部拡大図である。
【０１２２】
このヨー減速装置Ｇ１ｄ（他のヨー減速装置Ｇ２ｄ〜Ｇ４ｄも同じ）は、外歯歯車２００と、該外歯歯車２００が揺動しながら内接噛合する内歯歯車２０２と、内歯歯車２０２の軸心Ｏ２からずれた位置に外歯歯車２００を貫通して配置されるとともに外歯歯車２００を揺動させる偏心体２０４を有する複数（この例では３本：１本のみ図示）の偏心体軸２０６とを備えた振り分け型の偏心揺動型の減速機構２０８を有している。
【０１２３】
モータのモータ軸（共に図示略）には、継軸２１０が装着されており、該継軸２１０の先端にはピニオン２１２が一体に形成されている。ピニオン２１２には、同一円周上に複数（この例では３個：１個のみ図示）設けられた振り分け歯車２１４と噛合している。振り分け歯車２１４は、連結軸２１６にスプライン２１７を介して連結されている。本実施形態においては、３本の偏心体軸２０６全てに連結軸２１６を配置・連結しているが、１本または２本の偏心体軸２０６には連結軸２１６を配置・連結せず、残りの偏心体軸２０６のみに連結軸２１６を配置・連結するようにしてもよい。
【０１２４】
連結軸２１６は、前記偏心体軸（ホロー軸）２０６とスプライン２２０を介して連結されている。この実施形態では連結軸２１６の図１１、図１２の紙面下側は突出した位置で他の部材と連結されておらず、上側が他の部材である振り分け軸２１４と連結されているので上側が偏心体軸（ホロー軸）２０６から突出した側となる。偏心体軸２０６は、一対の軸受２２２、２２４で支持され、スプライン２２０は、連結軸２１６が突出していない側の軸受２２４と重なる軸方向位置に設けられている。
【０１２５】
この結果、この実施形態においても、連結軸２１６が、（ホロー軸である）偏心体軸２１６の軸方向中央Ｃ４よりも該連結軸２１６が偏心体軸２０６から突出する側と反対側寄り（図１１、図１２の紙面下側寄り）で、該偏心体軸２０６と前記スプライン２２０を介して連結されている。
【０１２６】
より具体的には、偏心体軸２０６の振り分け歯車２１４と反対側の端部は、軸受２２４により出力フランジ２３１（該出力フランジ２３１が延長されて出力ピニオン２３０が固定される）に支持されるとともに、当該出力フランジ２３１を貫通して配置されている。偏心体軸２０６の出力フランジ２３１を貫通している端部内周には、連結軸２１６と連結するための前記スプライン２２０の一方である雌スプライン部２０６Ａが形成されている。連結軸２１６は、偏心体軸２０６の中空部に挿通され、一端が前記スプライン２２０の他方である雄スプライン部２１６Ａを介して前記雌スプライン部２０６Ａと連結されるとともに、他端部は中空部から突出し、振り分け歯車２１４が固定される。
【０１２７】
つまり、偏心体軸２０６を出力フランジ２３１を貫通して配置することにより、偏心体軸２０６の長さをできるだけ大きくし、その偏心体軸２０６の端部内周に連結軸２１６を連結することにより、連結軸２１６の長さ（連結軸２１６と偏心体軸２０６の連結部から連結軸と振り分け歯車（他の部材）２１４との連結部までの距離）を、装置の軸方向寸法を増大させることなくできるだけ長く確保している。
【０１２８】
この実施形態においては、連結軸２１６の軸方向長さＬ６として、偏心体軸１０６の軸方向長さＬ７よりも長い長さを確保することができ、必要なトルクを伝達するための強度を維持しながら、出力ピニオン２３０に作用する荷重が所定値以上のときに、該出力ピニオン２３０の旋回歯車（２８）に対するそれぞれのヨー減速装置Ｇ１ｄ〜Ｇ４ｄのバックラッシの差に相当する回転角度以上、回転方向に捻れ変形させることができる。
【０１２９】
この実施形態においては、これまでの実施形態と同様に、風力負荷トルクが出力ピニオン２３０に掛かった場合のヨー減速装置Ｇ１ｄ〜Ｇ４ｄ間の荷重等配が実現できるほか、３本の偏心体軸２０６を駆動する連結軸２１６に対して捻れ変形が生じるように設計しているため、モータ側からのトルク伝達、および出力ピニオン２３０側からの風力負荷トルクの伝達の双方向のトルク伝達において、該３本の偏心体軸２０６間でのトルク伝達の等配機能をも得ることができる。
【０１３０】
なお、図示はしないが、このような振り分けタイプの偏心揺動型の減速機構には、複数の偏心体軸のうちの１部（例えば１本のみ）を、外歯歯車を駆動するための駆動偏心体軸として用い、他の偏心体軸については、外歯歯車の揺動を支持するだけの従動偏心体軸として用いる減速機構も知られており、このような減速機構にも適用可能である。
【０１３１】
ところで、これまでの実施形態においては、いずれも、捻れ変形する構成要素として、単独の軸部材を組み込むようにしていたが、複数の部材で同様な機能を持たせてもよい。要は、本発明は、動力伝達系に、出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、前段側との連結部と、後段側との連結部との間に、回転方向に所定以上の回転角位相差を生じさせ得る機能を備えた捻れ発生軸部材、あるいは捻れ発生機構を有していればよい。
【０１３２】
この一例を、図１３に示す。図１４は、図１３の矢視ＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図、図１５は図１３の要部拡大図である。
【０１３３】
この実施形態に係るヨー減速装置Ｇ１ｅ（Ｇ２ｅ〜Ｇ４ｅも同じ）は、動力伝達系の減速機構の基本構造は、先の図１の実施形態と同一である。図１の実施形態と異なっているのは、第２平行軸減速機構４２と偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４との連結部の構造である。すなわち、このヨー減速装置Ｇ１ｅでは、出力ピニオン２４側から風力負荷トルクが掛かったときに回転角位相差を発生させる構成要素が、（単一の軸部材である連結軸７０によってではなく）前段側との連結部と、後段側との連結部とで所定以上の回転角度差を許容する捻れ発生機構２４８によって構成されている。
【０１３４】
より詳細に説明するならば、この実施形態に係るヨー減速装置Ｇ１ｅでは、第２平行軸減速機構４２のホロー出力軸２５０は、キー２５２を介して連結部材２５４と連結されている。キー２５２による連結部が、捻れ発生機構２４８の前段側の連結部を構成している。捻れ発生機構２４８は、連結部材２５４、ばね２６０及びブロック体２６２によって主に構成されている。連結部材２５４は、負荷側に外径ｄ１の円形のばね収容部２５６を一体に有している。ばね収容部２５６は、図１４、図１５に示されるように、溝部２５６Ａを有し、該溝部２５６Ａ内に複数（図の例では４個）のばね２６０を取り囲むようにして収容している。ばね２６０は、ブロック体２６２に固定されている。ブロック体２６２は、偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の入力軸２６４とスプライン２６６を介して連結されている。スプライン２６６による連結部が捻れ発生機構２４８の後段側の連結部を構成している。入力軸２６４はキー２６８を介して偏心体２７０を備えた偏心体軸２７２と、更に連結されている。
【０１３５】
その他の構成は、先の図１の構成と同様であるため、主要な部位に図１の実施形態と同一の符号を付してある。
【０１３６】
この構成により、モータの駆動によってホロー出力軸２５０が回転しようとすると、キー２５２を介して連結部材２５４のばね収容部２５６が回転し、溝部２５６Ａ内に収容されたばね２６０に対し円周方向の回転力が加えられる。この結果、ばねが固定されているブロック体２６２が回転し、ホロー出力軸２５０の回転が若干遅れた状態で（所定の回転角度だけ位相差が生じた状態で）偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４の入力軸２６４に伝達される。
【０１３７】
逆に、出力ピニオン２４の側から風力負荷トルクが入力されてきたときには、遊星歯車減速機構４４の入力軸２６４が回転しようとし、該入力軸２６４とスプライン２６６を介して連結されているブロック体２６２が回転しようとする。この動きは、該ブロック体２６２に固定されたばね２６０に伝達される。この結果、モータ２２に付設された図示せぬブレーキ機構によって停止状態を維持している捻れ発生機構２４８の「キー２５２による前段側との連結部」に対して、「スプライン２６６による後段側との連結部」は、ばね２６０が溝部２５６Ａ内で変形した分だけ動けるようになる（回転角位相差を有した状態となる）。その結果、出力ピニオン２４は、その分、旋回歯車２８と出力ピニオン２４のバックラッシが詰められた位置から更に回転を続けることができる。
【０１３８】
そして、この更に回転が許容されている間に他のヨー減速装置Ｇ２ｅ〜Ｇ４ｅのバックラッシが詰められ、当該他のヨー減速装置Ｇ２ｅ〜Ｇ４ｅにおいても、同様な更なる回転が生じ、結局、風力負荷トルクが等配される状態となる。
【０１３９】
このように本発明においては、本来一体であるべき部材を前段側と後段側に分割し、これらをばね機構等の弾性変形可能な機構にて回転方向で連結することによっても、所期の目的を実現することができる。具体的な捻れ発生機構の構成は、この例に限定されない。
【０１４０】
なお、上記実施形態においては、本発明を風力発電設備において４個のヨー減速装置を備えたヨー駆動システムに本発明を適用していたが、ヨー減速装置の数は４個に限定されるものではなく、４個より多くても少なくても良い。
【０１４１】
実施形態においては、連結軸（軸部材）の両端部がホロー軸（ホロー軸、第２のホロー軸）と連結されていたが、連結軸のいずれか一方の端部は、必ずしもホロー軸に連結される必要はなく、例えば中実軸に連結されたり、あるいは図７、図８に示す構造であれば、連結軸１５０の一端に太陽歯車１３２が一体形成されていてもよい。
【０１４２】
また、連結軸（軸部材）の両端部がホロー軸（ホロー軸、第２のホロー軸）と連結される場合に、実施形態においては、いずれのホロー軸についても、軸方向中央よりも連結軸が突出するのと反対側寄りで連結軸と連結されていたが、これに限定されるものではなく、必要な捻れ量が確保できるのであれば、いずれか一方のホロー軸との連結位置については、軸方向中央よりも連結軸が突出する側寄りで連結しても良い。
【０１４３】
実施形態においては、ホロー軸の端部内周で連結軸と連結して、連結軸の有効軸方向長さ（連結軸とホロー軸の連結部から連結軸と他の部材の連結部までの距離）をできる大きく確保するようにしているが、ホロー軸の端部で連結することには限定されず、ホロー軸の軸方向中央よりも、連結軸（軸部材）が他の部材と連結される側と反対側寄りであれば、どのような位置で連結を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…風力発電設備
１１…円筒支柱
１２…ナセル（発電室）
１４…ヨー駆動システム
１６…ピッチ駆動システム
１８…ノーズコーン
２０…風車ブレード
２２…モータ
２４…出力ピニオン
４４…遊星歯車減速機構
６６…ホロー出力軸（ホロー軸）
７０…連結軸（軸部材）
７２…偏心体軸（第２のホロー軸）
７６…外歯歯車（遊星歯車）
７８…内歯歯車
８０…内ピン（遊星ピン）
８２…出力フランジ（キャリヤ）
８４…出力軸
Ｇ１〜Ｇ４…ヨー減速装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムに使用される前記ヨー減速装置であって、
動力伝達系の中に組み込まれたホロー軸と、
該ホロー軸に挿入され、当該ホロー軸の内周で該ホロー軸と連結されると共に、該ホロー軸から突出した位置で他の部材と連結される軸部材と、を有し、
前記軸部材が、前記ホロー軸の軸方向中央よりも、該軸部材が当該ホロー軸から突出する側と反対側寄りで、該ホロー軸と連結される
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記他の部材が第２のホロー軸であり、
前記軸部材が、該第２のホロー軸に挿入され、当該第２のホロー軸の内周で該第２のホロー軸と連結される
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記軸部材が、前記第２のホロー軸の軸方向中央よりも、前記ホロー軸と反対側寄りで、該第２のホロー軸と連結されている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記軸部材が、前記ホロー軸の軸方向端部で連結される
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置を風力発電設備のナセルから取り外すことなく、前記軸部材が交換可能とされている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置が、外歯歯車と、該外歯歯車が揺動しながら内接噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車の軸心位置に配置されるとともに前記外歯歯車を揺動させる偏心体を有する１本の偏心体軸と、を備えたセンタクランク型の偏心揺動型の減速機構を有し、前記偏心体軸が前記ホロー軸とされる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置が、外歯歯車と、該外歯歯車が揺動しながら内接噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車の軸心からずれた位置に配置されるとともに前記外歯歯車を揺動させる偏心体を有する複数の偏心体軸とを備えた振り分け型の偏心揺動型の減速機構を有し、前記複数の偏心体軸のうち少なくとも１本の偏心体軸が前記ホロー軸とされる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置が、太陽歯車と、遊星歯車と、内歯歯車とを備えた単純遊星歯車減速機構を有し、前記太陽歯車が前記ホロー軸とされる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項９】
第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
前記第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置は、
前記出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、
前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシと、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシとの差に相当する角度以上、回転方向に捻れ変形する軸部材または回転方向に回転角度差を発生させる捻れ発生機構を、
動力伝達系に備えた
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記軸部材または捻れ発生機構は、前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差と、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差との差に相当する角度以上、捻れ変形または回転角度差を発生させる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記軸部材または捻れ発生機構は、前記出力ピニオンと前記本体側の歯車とのバックラッシに、該出力ピニオンから該出力ピニオンの回転を制動可能なブレーキ機構に至るまでの動力伝達系全体のバックラッシ分が加えられた補正バックラッシに相当する角度以上、捻れ変形または回転角度差を発生させる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかにおいて、
前記所定値が、前記ヨー減速装置を駆動するモータの定格トルクの２倍以下に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１３】
複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムに使用される第１のヨー減速装置および第２のヨー減速装置であって、
前記出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差と、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差との差に相当する角度以上、回転方向に捻れ変形する軸部材または回転方向に回転角度差を発生させる捻れ発生機構を動力伝達系に備えた
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用される第１のヨー減速装置および第２のヨー減速装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記所定値が、前記ヨー減速装置を駆動するモータの定格トルクの２倍以下に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用される第１のヨー減速装置および第２のヨー減速装置。
【請求項１】
複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムに使用される前記ヨー減速装置であって、
動力伝達系の中に組み込まれたホロー軸と、
該ホロー軸に挿入され、当該ホロー軸の内周で該ホロー軸と連結されると共に、該ホロー軸から突出した位置で他の部材と連結される軸部材と、を有し、
前記軸部材が、前記ホロー軸の軸方向中央よりも、該軸部材が当該ホロー軸から突出する側と反対側寄りで、該ホロー軸と連結される
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記他の部材が第２のホロー軸であり、
前記軸部材が、該第２のホロー軸に挿入され、当該第２のホロー軸の内周で該第２のホロー軸と連結される
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記軸部材が、前記第２のホロー軸の軸方向中央よりも、前記ホロー軸と反対側寄りで、該第２のホロー軸と連結されている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記軸部材が、前記ホロー軸の軸方向端部で連結される
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置を風力発電設備のナセルから取り外すことなく、前記軸部材が交換可能とされている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置が、外歯歯車と、該外歯歯車が揺動しながら内接噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車の軸心位置に配置されるとともに前記外歯歯車を揺動させる偏心体を有する１本の偏心体軸と、を備えたセンタクランク型の偏心揺動型の減速機構を有し、前記偏心体軸が前記ホロー軸とされる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置が、外歯歯車と、該外歯歯車が揺動しながら内接噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車の軸心からずれた位置に配置されるとともに前記外歯歯車を揺動させる偏心体を有する複数の偏心体軸とを備えた振り分け型の偏心揺動型の減速機構を有し、前記複数の偏心体軸のうち少なくとも１本の偏心体軸が前記ホロー軸とされる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ヨー減速装置が、太陽歯車と、遊星歯車と、内歯歯車とを備えた単純遊星歯車減速機構を有し、前記太陽歯車が前記ホロー軸とされる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用されるヨー減速装置。
【請求項９】
第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置を少なくとも含む複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムであって、
前記第１ヨー減速装置および第２ヨー減速装置は、
前記出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、
前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシと、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの前記本体側の歯車に対するバックラッシとの差に相当する角度以上、回転方向に捻れ変形する軸部材または回転方向に回転角度差を発生させる捻れ発生機構を、
動力伝達系に備えた
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記軸部材または捻れ発生機構は、前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差と、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差との差に相当する角度以上、捻れ変形または回転角度差を発生させる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記軸部材または捻れ発生機構は、前記出力ピニオンと前記本体側の歯車とのバックラッシに、該出力ピニオンから該出力ピニオンの回転を制動可能なブレーキ機構に至るまでの動力伝達系全体のバックラッシ分が加えられた補正バックラッシに相当する角度以上、捻れ変形または回転角度差を発生させる
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかにおいて、
前記所定値が、前記ヨー減速装置を駆動するモータの定格トルクの２倍以下に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システム。
【請求項１３】
複数のヨー減速装置の出力ピニオンを風力発電設備の本体側の歯車と噛み合わせて、ナセルを旋回駆動する風力発電設備のヨー駆動システムに使用される第１のヨー減速装置および第２のヨー減速装置であって、
前記出力ピニオンに作用する荷重が所定値以上のときに、前記第１ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差と、前記第２ヨー減速装置の出力ピニオンの単一ピッチ誤差との差に相当する角度以上、回転方向に捻れ変形する軸部材または回転方向に回転角度差を発生させる捻れ発生機構を動力伝達系に備えた
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用される第１のヨー減速装置および第２のヨー減速装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記所定値が、前記ヨー減速装置を駆動するモータの定格トルクの２倍以下に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備のヨー駆動システムに使用される第１のヨー減速装置および第２のヨー減速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−４７５０５（Ｐ２０１３−４７５０５Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６５８４（Ｐ２０１１−１８６５８４）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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