JP5557937B2 - Horizontal axis windmill - Google Patents
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Description
本発明は、水平軸風車に係り、特にヨー駆動制御の技術に関する。 The present invention relates to a horizontal axis wind turbine, a technique of yaw drive control especially.
周知のように、いわゆる水平軸風車が風力発電等の商業用に広く実用化されている。水平軸風車は、1枚又は2枚以上のブレードがハブから放射状に取付けられてなるロータと、ハブに接続されるとともに略水平方向に延在された主軸を介してこのロータを軸支するナセルと、略鉛直方向に設置されるとともにナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを有して構成される。 As is well known, so-called horizontal axis wind turbines are widely used for commercial purposes such as wind power generation. A horizontal axis wind turbine has a rotor in which one or more blades are radially attached from a hub, and a nacelle that supports the rotor via a main shaft that is connected to the hub and extends in a substantially horizontal direction. And a tower that is installed in a substantially vertical direction and supports the nacelle in a yaw-rotatable manner.
従来、ブレードのピッチ角を駆動制御するピッチ可変式の水平軸風車も利用されている。
ピッチ可変式の水平軸風車としては、全てのブレードのピッチ角がリンク機構で互いに機械的に連結されていて一斉に操作される連動式のほか、近年では、ブレード毎にピッチ駆動制御システムを有していて、ブレード毎に独立してピッチ角を制御可能な独立ピッチ可変式の水平軸風車も利用されている。
独立ピッチ可変式の水平軸風車にあっては、暴風時にいずれかのブレードのピッチ駆動装置が故障した場合でも、他のブレードの一枚以上或いは全てをフェザーにすることでロータの過回転を防止し安全性を確保することができる。
Conventionally, a variable-pitch horizontal axis wind turbine that drives and controls the pitch angle of the blade is also used.
As a variable-pitch horizontal axis wind turbine, in addition to an interlocking system in which the pitch angles of all blades are mechanically connected to each other by a link mechanism and operated at the same time, in recent years there is a pitch drive control system for each blade. In addition, an independent pitch variable horizontal axis wind turbine capable of controlling the pitch angle independently for each blade is also used.
In the case of an independent pitch variable horizontal axis wind turbine, even if the pitch drive device of one of the blades breaks down during a storm, preventing overrotation of the rotor by making one or all of the other blades feather Safety can be ensured.
一方、ヨー制御に関しては、ナセル、従ってロータのヨー回転を自在に駆動制御可能なヨー駆動制御装置、ヨー回転を制動するヨーブレーキを水平軸風車に設けることが従来行われている。 On the other hand, with respect to yaw control, a horizontal axis wind turbine is conventionally provided with a yaw drive control device that can freely drive and control the nacelle, and thus the yaw rotation of the rotor, and a yaw brake that brakes the yaw rotation.
特許文献1には、メインモータのほかにサブモータを設置することでメインモータ又はその制御手段が故障したとき、サブモータを作動して風車ブレードをフェザーまで回動させることで、故障後、強風が吹くようになっても風車を安全にすることができるとする風車ブレードのピッチ角制御装置が記載されている。 In patent document 1, when a main motor or its control means breaks down by installing a sub motor in addition to a main motor, a strong wind blows after a failure by operating a sub motor and rotating a windmill blade to a feather. Thus, a wind turbine blade pitch angle control device is described which is capable of making the wind turbine safe even if it becomes.
しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
特許文献1のピッチ角制御装置にあっては、メインモータとサブモータとで、それの駆動力のブレードへの伝達機構が一部共通している。すなわち、同文献図1等に記載の「減速機(17)」、その「出力軸(29)」、「出力軸(29)」に連結された「外歯車(45)」、ブレードに設けられ、「外歯車(45)」と噛合する「内歯車(12)」は、メインモータとサブモータとで共通の伝達機構である。
したがって、歯車の噛合い部分に異物が挟まるなどして共通の伝達機構が動作不能に陥った場合には、ピッチ制御は不能になってしまい、メインモータも、サブモータも役に立たない。
特許文献1のようなサブモータシステムをナセルのヨー駆動に適用する場合を想定しても、共通の伝達機構が存在する限り、同様の問題が生じる。
また、特許文献1のようなサブモータシステムでは、サブモータをメインモータの故障時であって強風時にブレードをフェザーにするために使用するに止まっており、2つのモータの利用性に欠けている。
さらにまた別の問題として、ブレード、ナセルなどの駆動対象物又はハブ、タワーなどの基礎部分に固定されるリングギア等は、すべての歯が均等に使用されずに、限定された角度範囲にある歯がよく磨耗し、使用寿命が短期化するという問題がある。
However, the above-described conventional technology has the following problems.
In the pitch angle control device of Patent Document 1, the main motor and the sub motor share a part of the transmission mechanism of the driving force to the blade. That is, the “reduction gear (17)” described in FIG. 1 and the like, the “output shaft (29)”, the “external gear (45)” connected to the “output shaft (29)”, and the blade are provided. The "internal gear (12)" meshing with the "external gear (45)" is a transmission mechanism common to the main motor and the sub motor.
Therefore, when the common transmission mechanism becomes inoperable due to foreign matter caught in the meshing portion of the gear, the pitch control becomes impossible, and neither the main motor nor the sub motor is useful.
Even assuming that the sub-motor system as in Patent Document 1 is applied to nacelle yaw drive, the same problem occurs as long as there is a common transmission mechanism.
Further, in the sub motor system as in Patent Document 1, the sub motor is only used to make the blades feather when the main motor is out of order and the wind is strong, and the availability of the two motors is lacking.
Yet another problem is that a ring gear fixed to a driving object such as a blade or a nacelle or a base portion such as a hub or a tower has a limited angular range without all teeth being used evenly. There is a problem that the teeth are often worn and the service life is shortened.
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものである。これらの問題点のうち、本発明では、1つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した2系統のヨー駆動装置を備える水平軸風車を構成し、2系統の駆動装置に新たな利用性を持たせることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art . Among these problems, in the present invention, a horizontal axis wind turbine including two yaw driving devices that are independent to the transmission mechanism for one wind turbine nacelle is configured, and new usability is added to the two driving devices. The challenge is to have it.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、ハブと1枚又は2枚以上のブレードとを有するロータと、前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを回転自在に軸支するナセルと、前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、前記ナセルのヨー角を駆動制御可能なヨー制御手段とを有して構成される水平軸風車において、
前記タワー及び前記ナセルの双方に対して該ナセルのヨー軸回りに回転自在の介在部を介して該タワーと該ナセルとが連結され、
前記タワーに対して前記介在部を相対回転させるタワー対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ナセルを相対回転させるナセル対介在部駆動装置とを備える水平軸風車である。
Invention, hub and one or the rotor and rotatably shaft said rotor via a connected spindle to said hub having a two or more blades according to claim 1 for solving the above problems In a horizontal axis wind turbine comprising a supporting nacelle, a tower that supports the nacelle in a yaw-rotating manner, and a yaw control means that can drive and control the yaw angle of the nacelle,
The tower and the nacelle are connected to both the tower and the nacelle via an interposition part rotatable around the yaw axis of the nacelle,
It is a horizontal axis windmill provided with the tower pair interposition part drive device which rotates the said intervention part relatively with respect to the said tower, and the nacelle pair intervention part drive device which rotates the said nacelle relatively with respect to the said intervention part.
請求項2記載の発明は、前記ヨー制御手段が前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項1に記載の水平軸風車である。
The invention according to
請求項3記載の発明は、前記タワーに対する前記介在部の前記ヨー軸回りの角度を検出するタワー対介在部角度センサと、前記介在部に対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を検出するナセル対介在部角度センサとを備え、
前記ヨー制御手段は、前記タワー対介在部角度センサの検出値及び前記ナセル対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項1に記載の水平軸風車である。
The invention according to
The yaw control means is configured to control both the tower pair interposed unit driving device and the nacelle pair interposed unit driving device based on the detection value of the tower pair interposed unit angle sensor and the detection value of the nacelle pair interposed unit angle sensor. 2. The horizontal axis wind turbine according to claim 1, wherein the angle of the nacelle around the yaw axis with respect to the tower can be controlled regardless of whether one of them is controlled.
請求項4記載の発明は、前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を直接的に検出するタワー対ナセル角度センサを備え、
前記ヨー制御手段は、前記タワー対ナセル角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項1又は請求項3に記載の水平軸風車である。
The invention according to
The yaw control unit may control both the tower pair interposition unit driving device and the nacelle pair interposition unit driving device based on the detection value of the tower to nacelle angle sensor. wherein a horizontal axis wind turbine of claim 1 or claim 3 wherein the angle of the yaw axis is capable of controlling the nacelle relative to the tower.
請求項5記載の発明は、前記タワー対介在部駆動装置又は前記ナセル対介在部駆動装置の伝達機構部分として、前記ヨー軸を中心軸として配置されて前記タワー、介在部又はナセルに固定されたリングギアと、これに噛合するギアとを備え、
さらに、前記タワーに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ナセルの相対回転方向とが逆方向になるように、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える請求項1に記載の水平軸風車である。
The invention according to
Furthermore, both the tower pair interposition part drive device and the nacelle pair interposition part drive device are arranged so that the relative rotation direction of the interposition part with respect to the tower and the relative rotation direction of the nacelle with respect to the interposition part are opposite to each other. The horizontal axis wind turbine according to claim 1 , further comprising a meshing position control unit that controls the meshing position between the ring gear and the gear according to the offset amount.
本件請求項1〜5に係る発明によれば、タワー及びナセルの双方に対して該ナセルのヨー軸回りに回転自在の介在部を介して該タワーと該ナセルとが連結され、タワーに対して介在部を相対回転させるタワー対介在部駆動装置と、介在部に対してナセルを相対回転させるナセル対介在部駆動装置とを備えるので、1つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した2系統のヨー駆動装置が構成される。
したがって、2系統のヨー駆動装置のうちいずれか一方の駆動源やその制御系に異常が生じた場合のみならず、その駆動力伝達機構に異常が生じて動作不能となっても、他方のヨー駆動装置によりナセルのヨー角を駆動制御することができるという効果がある。そのため、一方のヨー駆動装置が動作不能となっても、ロータに発電等の仕事を行わせる稼動運転動作の時でも、その稼動運転を停止して暴風時に待機する時であっても、ロータを所望の方向(主に風に対して正対方向)に制御することができる。
また、タワー対介在部駆動装置及びナセル対介在部駆動装置の双方が健在の場合に、双方を制御してナセルのヨー角を制御することができる。
また噛合位置制御手段を設ければ、ナセルのヨー角の制御に影響を与えることなく、リングギアとこれに噛合するギアとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。
適用する角度センサとしては、タワー対介在部角度センサ及びナセル対介在部角度センサを採用するか、タワー対ナセル角度センサを採用することが好ましい。タワー対ナセル角度センサを採用する場合には、ナセルのヨー角をより正確に検出することができる。また、これら3つの角度センサをすべて採用してもよい。この場合は、一方の系統が故障したときに他方の系統で補いナセルのヨー角制御を行うことができる。
According to the invention of the present claims 1-5, and said tower and said nacelle through intervening portion can freely rotate around the yaw axis of the nacelle is connected to both the tower and the nacelle, to the
Therefore, not only when an abnormality occurs in one of the two yaw drive devices or its control system, but also when the drive force transmission mechanism becomes abnormal and becomes inoperable, There is an effect that the driving angle of the nacelle can be controlled by the driving device. Therefore, even if one of the yaw drive devices becomes inoperable, even if it is in an operation operation that causes the rotor to perform work such as power generation, or even when it is stopped and waiting in a storm, It can be controlled in a desired direction (mainly the direction facing the wind).
Moreover, when both the tower pair interposition part drive device and the nacelle pair interposition part drive device are healthy, the yaw angle of the nacelle can be controlled by controlling both.
Also, if the meshing position control means is provided, the meshing position between the ring gear and the gear meshing with it can be changed without affecting the control of the yaw angle of the nacelle, and uneven wear of the gear is suppressed. The service life can be extended.
As an applied angle sensor, it is preferable to employ a tower pair interposition part angle sensor and a nacelle pair interposition part angle sensor, or a tower versus nacelle angle sensor. When the tower-to-nacelle angle sensor is employed, the nacelle yaw angle can be detected more accurately. All these three angle sensors may be adopted. In this case, when one system fails, the yaw angle control of the nacelle can be performed with the other system.
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
本願明細書・図面で説明する技術的思想は、1つのブレードに対して伝達機構まで独立化した2系統のピッチ駆動装置、又は1つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した2系統のヨー駆動装置を備える水平軸風車を構成し、2系統の駆動装置に新たな利用性を持たせるものである。この内、本願では、1つの風車ナセルに対して伝達機構まで独立化した2系統のヨー駆動装置を備える水平軸風車を対象とするものであるが、先ず、1つのブレードに対して伝達機構まで独立化した2系統のピッチ駆動装置を備える水平軸風車を、参考例として説明する。The technical idea described in the specification and drawings of the present application is that two systems of pitch driving devices independent of the transmission mechanism for one blade, or two systems of yaw systems independent of the transmission mechanism for one windmill nacelle. A horizontal axis wind turbine provided with a drive device is configured to provide new usability to the two systems of drive devices. Among these, in the present application, a horizontal axis wind turbine provided with two yaw driving devices that are independent of the transmission mechanism with respect to one windmill nacelle is targeted. A horizontal axis wind turbine provided with two independent pitch drive devices will be described as a reference example.
図1に示すように本参考例の水平軸風車は、ハブ1とブレード2とを有するロータを備える。本参考例におけるロータは、3枚のブレード2を有するロータである。本参考例を適用可能なロータのブレードの枚数としては、1枚でも2枚以上でもよい。
As shown in FIG. 1, the horizontal axis wind turbine of this reference example includes a rotor having a hub 1 and
さらに本参考例の水平軸風車は、ハブ1に接続された主軸(図示せず)を介してロータを回転自在に軸支するナセル3(図10参照)と、ナセル3をヨー回転自在に支持するタワー4とを備えて構成される。
Further, the horizontal axis wind turbine of this reference example supports a nacelle 3 (see FIG. 10) that rotatably supports a rotor via a main shaft (not shown) connected to the hub 1, and a
以下に、本参考例のピッチ駆動制御につき説明する。
図2、図3に示すように、ハブ1にベアリング装置5を介して内歯のリングギア8が取り付けられ、ブレード2にベアリング装置6を介して内歯のリングギア9が取り付けられる。ベアリング装置5,6及びリングギア8,9は、ブレード2のピッチ軸PAを中心に同軸に配置される。
ベアリング装置5の外輪部5aがハブ1に固定され、ベアリング装置6の外輪部6aがブレード2に固定され、ベアリング装置5の内輪部5bとベアリング装置6の内輪部6bとがシャンク7を介して固定される。シャンク7は、リング状の接続部品であり、必要により適用する。周知のように、ベアリング装置5(6)の外輪部5a(6a)と内輪部5b(6b)とは間にベアリングを保持して相対回転する。
The pitch drive control of this reference example will be described below.
As shown in FIGS. 2 and 3, an internal
The
以上の説明からわかるように、内輪部5b、内輪部6b及びシャンク7により構成される一体部分は、ハブ1及びブレード2の双方に対してブレード2のピッチ軸PA回りに回転自在の介在部を構成している。介在部5b,6b,7を介してハブ1とブレード2とが連結されている。
As can be seen from the above description, the integral part constituted by the
ハブ1に対して介在部5b,6b,7を相対回転させるハブ対介在部駆動装置は、リングギア8、モータ10等により構成される。リングギア8は、内輪部5bの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ10の本体はハブ1に固定され、モータ10の出力軸10aに装着されたピニオンギア10bが、リングギア8と噛合する。
A hub-to-intervening portion drive device that rotates the
介在部5b,6b,7に対してブレード2を相対回転させるブレード対介在部駆動装置は、リングギア9、モータ11等により構成される。リングギア9は、内輪部6bの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ11の本体はブレード2に固定され、モータ11の出力軸11aに装着されたピニオンギア11bが、リングギア9と噛合する。
The blade pair interposition unit driving device that rotates the
本参考例においては、ハブ対介在部駆動装置及びブレード対介在部駆動装置を、図3に示すようにハブ1、ブレード2、ベアリング装置5,6の内側に配置したが、いずれか一方又は双方を外側に配置するなど、他の様々な配置を適用してもよい。図4は、ハブ対介在部駆動装置を外側に配置した例である。図4に示す例では、ベアリング装置5の外輪部5aとベアリング装置6の内輪部6bとシャンク7とが一体化され介在部を構成し、外輪部5aの外側に外歯のリングギア12が固定され、リングギア12とモータ10のピニオンギア10bとが噛合する。
In this reference example , the hub pair interposition drive device and the blade pair interposition drive device are arranged inside the hub 1,
さらに本参考例の水平軸風車は、図5に示すように、ハブ1に対する介在部5b,6b,7のピッチ軸PA回りの角度を検出するハブ対介在部角度センサ13と、介在部5b,6b,7に対するブレード2のピッチ軸PA回りの角度を検出するブレード対介在部角度センサ14とを備える。
角度センサ13,14はそれぞれロータリエンコーダである。角度センサ13の本体はハブ1に固定される。角度センサ13の入力軸13aに装着されたピニオンギア13bがリングギア8と噛合する。角度センサ14の本体はブレード2に固定される。角度センサ14の入力軸14aに装着されたピニオンギア14bがリングギア9と噛合する。入力軸13a,14bがリングギア8,9に従動して回転し、角度センサ13,14はその回転量に応じた信号を出力する。
なお、モータ10と角度センサ13、及びモータ11と角度センサ14とは干渉しないように、例えば図6に示すように、異なる角度位置に配置する。
Further, as shown in FIG. 5, the horizontal axis wind turbine of the present reference example includes a hub-to-intermediate
Each of the
The
さらに本参考例の水平軸風車は、図7に示すように、ハブ1に対するブレード2のピッチ軸PA回りの角度を直接的に検出するハブ対ブレード角度センサ15を備える。
角度センサ15はロータリエンコーダである。角度センサ15の本体はハブ1に固定される。角度センサ15の入力軸15aに装着されたピニオンギア15bがリングギア9と噛合する。入力軸15aがリングギア8,9に従動して回転し、角度センサ15はその回転量に応じた信号を出力する。
なお、角度センサ15は、モータ10,11及び角度センサ13,14と干渉しないように、異なる角度位置に配置する。
ハブ対ブレード角度センサ15は、ハブ対介在部角度センサ13及びブレード対介在部角度センサ14に代えて採用してもよいし、これらとともに採用しても良い。
Furthermore, as shown in FIG. 7, the horizontal axis wind turbine of the present reference example includes a hub-to-blade angle sensor 15 that directly detects an angle around the pitch axis PA of the
The angle sensor 15 is a rotary encoder. The main body of the angle sensor 15 is fixed to the hub 1. A
The angle sensor 15 is arranged at different angular positions so as not to interfere with the
The hub-to-blade angle sensor 15 may be employed in place of the hub-to-intermediate
さらに本参考例の水平軸風車には、図示しない制御装置が搭載される。制御装置はピッチ制御手段、噛合位置制御手段等を構成し、以下の制御動作を実行する。 Furthermore, a control device (not shown) is mounted on the horizontal axis wind turbine of this reference example . The control device constitutes pitch control means, meshing position control means, and the like, and executes the following control operations.
制御装置はピッチ制御手段として機能する。
制御装置は、ハブ対介在部角度センサ13の検出値及びブレード対介在部角度センサ14の検出値に基づき、これらの検出値を加算することにより、ハブ1に対するブレード2のピッチ軸PA回りの角度、すなわち、ブレード2のピッチ角を算出する。
また制御装置は、ハブ対ブレード角度センサ15の検出値に基づきブレード2のピッチ角を算出する。
制御装置は、目標のピッチ角にブレード2を変角制御する場合、上記のように算出されるブレード2のピッチ角が目標のピッチ角になるように、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)の双方を制御するか、いずれか一方を制御する。制御装置は、双方を制御する場合は、1:1の分担比で変角量を配分して制御する。制御装置は、いずれか一方を制御する際に、所定の時間間隔又は所定の累積駆動量毎に駆動する方を交替させて、片方ずつ交互に使用する。これらの制御により、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)を平等に使用することができる。
本参考例にあっては、3つの角度センサ13,14,15を採用するので、角度センサ13,14が故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置は角度センサ15によりブレード2のピッチ角を知ることができ、角度センサ15が故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置は角度センサ13,14によりブレード2のピッチ角を知ることができる。
The control device functions as pitch control means.
The control device adds the detection values based on the detection value of the hub pair interposition
Further, the control device calculates the pitch angle of the
When the control device performs variable angle control of the
In this reference example , since the three
また制御装置は、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)の双方を制御する制御モードにある時に、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)のうち一方が動作不能となった場合には、動作可能な他方のみを制御してブレード2のピッチ角を制御する制御モードに切り替える。
When the control device is in a control mode for controlling both the hub pair interposition drive device (motor 10) and the blade pair interposition drive device (motor 11), the hub pair interposition drive device (motor 10) and blade pair are controlled. When one of the intervening section drive devices (motor 11) becomes inoperable, only the other operable one is controlled to switch to a control mode in which the pitch angle of the
また制御装置は、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)のみを制御してブレード2のピッチ角を制御する制御モードにある時に、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)が動作不能となった場合には、動作可能なブレード対介在部駆動装置(モータ11)のみを制御してブレード2のピッチ角を制御する制御モードに切り替える。
Further, when the control device is in a control mode in which only the hub-to-interposition drive device (motor 10) is controlled to control the pitch angle of the
また制御装置は、ブレード対介在部駆動装置(モータ11)のみを制御してブレード2のピッチ角を制御する制御モードにある時に、ブレード対介在部駆動装置(モータ11)が動作不能となった場合には、動作可能なハブ対介在部駆動装置(モータ10)のみを制御してブレード2のピッチ角を制御する制御モードに切り替える。
Further, when the control device is in a control mode in which only the blade pair interposition drive device (motor 11) is controlled to control the pitch angle of the
一つの制御形態としては、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)のうちいずれか一方の動作不能が発生した時に、制御装置は、必要に応じて上記のように制御モードを切替え、風車の稼動運転動作を通常通り継続し、待機が必要な暴風時には暴風時待機動作として図8に示すようにブレード2a,2b,2cをフェザーとする。
As one control mode, when the inoperability of one of the hub pair interposition drive device (motor 10) and the blade pair interposition drive device (motor 11) occurs, the control device As shown in FIG. 8, the
他の制御形態としては、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)のうちいずれか一方の動作不能が発生した時に、制御装置は、必要に応じて上記のように制御モードを切替え、図8に示すようにブレード2a,2b,2cをフェザーにして、メンテナンス要員により動作不能が解消されるまで待つ。
As another control mode, when the inoperability of one of the hub pair interposition drive device (motor 10) and the blade pair interposition drive device (motor 11) occurs, the control device may As shown in FIG. 8, the
従来のピッチ駆動制御システムにあっては、風車稼動時に動作不能が発生すると、風車の稼動運転動作を通常通り継続することは、効率低下や荷重増大の点で難しく、また図9に示すようにピッチ駆動制御システムの動作不能が発生したブレード2cをフェザーにすることができず、他のブレード2a,2bをフェザーにして待機させても、風車にかかる荷重が比較的大きく残ってしまう。
一方、本参考例の場合、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)のうちいずれか一方が動作可能であれば、風車の稼動運転動作を通常通り継続することもできるし、ブレード2a,2b,2cをフェザーにすることもでき、風車の稼働率、保守性を向上することができる。
In the conventional pitch drive control system, if the inoperability occurs when the wind turbine is operating, it is difficult to continue the operation operation of the wind turbine as usual in terms of efficiency reduction and load increase, as shown in FIG. The
On the other hand, in the case of this reference example, if either one of the hub pair interposition drive device (motor 10) and the blade pair interposition drive device (motor 11) is operable, the wind turbine operation operation is continued as usual. The
また制御装置は噛合位置制御手段として機能する。
制御装置は、ハブ1に対する介在部5b,6b,7の相対回転方向と、介在部5b,6b,7に対するブレード2の相対回転方向とが逆方向になるように、ハブ対介在部駆動装置(モータ10)及びブレード対介在部駆動装置(モータ11)の双方を制御して、その相殺分によりリングギア8とピニオンギア10bとの噛合位置、リングギア9とピニオンギア11bとの噛合位置を変更制御する。
ハブ1に対して介在部5b,6b,7を相対回転させると同時に、同じ回転量で逆方向に介在部5b,6b,7に対してブレード2を相対回転させることにより、ハブ1に対するブレード2の相対角、すなわち、ブレード2のピッチ角を変更せずに、介在部5b,6b,7のみを回転させることができる。
かかる原理により、ブレードのピッチ角の制御に影響を与えることなく、リングギア8,9とこれに噛合するギア10b,11bとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。
The control device functions as a meshing position control means.
Controller, as interposed
By rotating the intervening
With this principle, the meshing positions of the ring gears 8 and 9 and the
次に、本実施形態のヨー駆動制御につき説明する。
図10、図11に示すように、タワー4の上端にベアリング装置25を介して内歯のリングギア28が取り付けられ、ナセル3にベアリング装置26を介して内歯のリングギア29が取り付けられる。ベアリング装置25,26及びリングギア28,29は、ナセル3のヨー軸YAを中心に同軸に配置される。
ベアリング装置25の外輪部25aがタワー4に固定され、ベアリング装置26の外輪部26aがナセル3に固定され、ベアリング装置25の内輪部25bとベアリング装置26の内輪部26bとがシャンク27を介して固定される。シャンク27は、リング状の接続部品であり、必要により適用する。周知のように、ベアリング装置25(26)の外輪部25a(26a)と内輪部25b(26b)とは間にベアリングを保持して相対回転する。
Next, the yaw drive control of this embodiment will be described.
As shown in FIGS. 10 and 11, an internal
The
以上の説明したことからわかるように、内輪部25b、内輪部26b及びシャンク27により構成される一体部分は、タワー4及びナセル3の双方に対してナセル3のヨー軸YA回りに回転自在の介在部を構成している。介在部25b,26b,27を介してタワー4とナセル3とが連結されている。
As can be seen from the above description, the integral part constituted by the
タワー4に対して介在部25b,26b,27を相対回転させるタワー対介在部駆動装置は、リングギア28、モータ30等により構成される。リングギア28は、内輪部25bの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ30の本体はタワー4に固定され、モータ30の出力軸30aに装着されたピニオンギア30bが、リングギア28と噛合する。
The tower pair interposition part drive device that rotates the
介在部25b,26b,27に対してナセル3を相対回転させるナセル対介在部駆動装置は、リングギア29、モータ31等により構成される。リングギア29は、内輪部26bの内側に固定された内歯のリング状のギアである。モータ31の本体はナセル3に固定され、モータ31の出力軸31aに装着されたピニオンギア31bが、リングギア29と噛合する。
The nacelle pair interposition drive device that rotates the
本実施形態においては、タワー対介在部駆動装置及びナセル対介在部駆動装置を、図11に示すようにタワー4、ナセル3、ベアリング装置5,6の内側に配置したが、いずれか一方又は双方を外側に配置するなど、他の様々な配置を適用してもよい。図4においてハブ1をタワー4に、ブレード2をナセル3に置き換えて適用し、図4の例に倣ってタワー対介在部駆動装置を外側に配置することもできる。
In this embodiment, the tower pair interposition part driving device and the nacelle pair interposition part driving device are arranged inside the
さらに本実施形態の水平軸風車は、図5に示した構造と同様にして(ハブ1をタワー4に、ブレード2をナセル3に置き換えて適用して)、タワー4に対する介在部25b,26b,27のヨー軸YA回りの角度を検出するタワー対介在部角度センサ33と、介在部25b,26b,27に対するナセル3のヨー軸YA回りの角度を検出するナセル対介在部角度センサ34とを備える。
なお、モータ30と角度センサ33、及びモータ31と角度センサ34とは干渉しないように、例えば図12に示すように、異なる角度位置に配置する。
Further, the horizontal axis wind turbine of the present embodiment is similar to the structure shown in FIG. 5 (with the hub 1 replaced with the
For example, as shown in FIG. 12, the
さらに本実施形態の水平軸風車は、図7に示した構造と同様にして(ハブ1をタワー4に、ブレード2をナセル3に置き換えて適用して)、タワー4に対するナセル3のヨー軸YA回りの角度を直接的に検出するタワー対ナセル角度センサ(図示せず)を備える。
なお、タワー対ナセル角度センサは、モータ30,31及び角度センサ33,34と干渉しないように、異なる角度位置に配置する。
タワー対ナセル角度センサは、タワー対介在部角度センサ33及びナセル対介在部角度センサ34に代えて採用してもよいし、これらとともに採用しても良い。
Further, the horizontal axis wind turbine of the present embodiment is similar to the structure shown in FIG. 7 (the hub 1 is replaced with the
The tower-to-nacelle angle sensors are arranged at different angular positions so as not to interfere with the
The tower-to-nacelle angle sensor may be used in place of the tower-to-intermediate
制御装置はヨー制御手段として機能する。
制御装置は、タワー対介在部角度センサ33の検出値及びナセル対介在部角度センサ34の検出値に基づき、これらの検出値を加算することにより、タワー4に対するナセル3のヨー軸YA回りの角度、すなわち、ナセル3のヨー角を算出する。
また制御装置は、タワー対ナセル角度センサの検出値に基づきナセル3のヨー角を算出する。
制御装置は、目標のヨー角にナセル3を変角制御する場合、上記のように算出されるナセル3のヨー角が目標のヨー角になるように、タワー対介在部駆動装置(モータ30)及びナセル対介在部駆動装置(モータ31)の双方を制御するか、いずれか一方を制御する。制御装置は、双方を制御する場合は、1:1の分担比で変角量を配分して制御する。制御装置は、いずれか一方を制御する際に、所定の時間間隔又は所定の累積駆動量毎に駆動する方を交替させて、片方ずつ交互に使用する。これらの制御により、タワー対介在部駆動装置(モータ30)及びナセル対介在部駆動装置(モータ31)を平等に使用することができる。
本実施形態にあっては、3つの角度センサを採用するので、タワー対介在部角度センサ33やナセル対介在部角度センサ34が故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置はタワー対ナセル角度センサによりナセル3のヨー角を知ることができ、タワー対ナセル角度センサが故障したり正確な値を示さない場合にも、制御装置はタワー対介在部角度センサ33及びナセル対介在部角度センサ34によりナセル3のヨー角を知ることができる。
The control device functions as a yaw control means.
The control device adds the detection values based on the detection value of the tower pair interposition
Further, the control device calculates the yaw angle of the
When the control device performs the variable angle control of the
In the present embodiment, since three angle sensors are adopted, the control device can be used even when the tower pair interposition
また制御装置は、タワー対介在部駆動装置(モータ30)及びナセル対介在部駆動装置(モータ31)の双方を制御する制御モードにある時に、タワー対介在部駆動装置(モータ30)及びナセル対介在部駆動装置(モータ31)のうち一方が動作不能となった場合には、動作可能な他方のみを制御してナセル3のヨー角を制御する制御モードに切り替える。
When the control device is in a control mode for controlling both the tower pair interposition drive unit (motor 30) and the nacelle pair interposition drive unit (motor 31), the tower pair interposition drive unit (motor 30) and nacelle pair are controlled. When one of the intervening part drive devices (motor 31) becomes inoperable, only the other operable part is controlled to switch to a control mode in which the yaw angle of the
また制御装置は、タワー対介在部駆動装置(モータ30)のみを制御してナセル3のヨー角を制御する制御モードにある時に、タワー対介在部駆動装置(モータ30)が動作不能となった場合には、動作可能なナセル対介在部駆動装置(モータ31)のみを制御してナセル3のヨー角を制御する制御モードに切り替える。
Further, when the control device is in a control mode in which only the tower-to-interposition drive device (motor 30) is controlled to control the yaw angle of the
また制御装置は、ナセル対介在部駆動装置(モータ31)のみを制御してナセル3のヨー角を制御する制御モードにある時に、ナセル対介在部駆動装置(モータ31)が動作不能となった場合には、動作可能なタワー対介在部駆動装置(モータ30)のみを制御してナセル3のヨー角を制御する制御モードに切り替える。
In addition, when the control device is in a control mode in which only the nacelle-to-interposition drive device (motor 31) is controlled to control the yaw angle of the
タワー対介在部駆動装置(モータ30)及びナセル対介在部駆動装置(モータ31)のうちいずれか一方の動作不能が発生した時に、制御装置は、必要に応じて上記のように制御モードを切替え、風車の稼動運転動作を通常通り継続したり、待機が必要な暴風時には暴風時待機動作をとったりすることができる。
したがって、風車の稼働率、保守性が向上する。
When one of the tower pair interposition drive unit (motor 30) and the nacelle pair interposition drive unit (motor 31) becomes inoperable, the control unit switches the control mode as described above as necessary. It is possible to continue the operation operation of the windmill as usual, or to take a standby operation during a storm when standby is required.
Therefore, the operating rate and maintainability of the windmill are improved.
また制御装置は噛合位置制御手段として機能する。
制御装置は、タワー4に対する介在部25b,26b,27の相対回転方向と、介在部25b,26b,27に対するナセル3の相対回転方向とが逆方向になるように、タワー対介在部駆動装置(モータ30)及びナセル対介在部駆動装置(モータ31)の双方を制御して、その相殺分によりリングギア28とピニオンギア30bとの噛合位置、リングギア29とピニオンギア31bとの噛合位置を変更制御する。
タワー4に対して介在部25b,26b,27を相対回転させると同時に、同じ回転量で逆方向に介在部25b,26b,27に対してナセル3を相対回転させることにより、タワー4に対するナセル3の相対角、すなわち、ナセル3のヨー角を変更せずに、介在部25b,26b,27のみを回転させることができる。
かかる原理により、ナセルのヨー角の制御に影響を与えることなく、リングギア28,29とこれに噛合するギア30b,31bとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。
The control device functions as a meshing position control means.
Controller interposed
By rotating the
With this principle, the meshing position between the ring gears 28 and 29 and the
なお、参考例として記載した技術的思想(1つのブレードに対して伝達機構まで独立化した2系統のピッチ駆動装置を備える水平軸風車)を纏めると次のようになる。 The technical idea described as a reference example (horizontal axis wind turbine provided with two systems of pitch drive devices independent of the transmission mechanism for one blade) is summarized as follows.
(1)ハブと1枚又は2枚以上のブレードとを有するロータと、前記ブレードのピッチ角をそれぞれ独立に駆動制御可能なピッチ制御手段とを有して構成される水平軸風車において、(1) In a horizontal axis wind turbine comprising a rotor having a hub and one or more blades, and pitch control means capable of independently driving and controlling the pitch angles of the blades,
前記ハブ及び前記ブレードの双方に対して該ブレードのピッチ軸回りに回転自在の介在部を介して該ハブと該ブレードとが連結され、The hub and the blade are connected to both the hub and the blade via an interposition part rotatable around the pitch axis of the blade,
前記ハブに対して前記介在部を相対回転させるハブ対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ブレードを相対回転させるブレード対介在部駆動装置とを備える水平軸風車である。It is a horizontal axis wind turbine provided with a hub pair interposition part drive device that rotates the interposition part relative to the hub, and a blade pair interposition part drive device that rotates the blade relative to the interposition part.
(2)前記ピッチ制御手段が1つのブレードに係る前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された(1)の水平軸風車である。(2) Even if the pitch control means controls both the hub pair interposition drive device and the blade pair interposition drive device related to one blade, or controls either one of the blade pair interposition drive device, the blade relative to the hub This is a horizontal axis wind turbine of (1) configured to be able to control the angle around the pitch axis.
(3)前記ハブに対する前記介在部の前記ピッチ軸回りの角度を検出するハブ対介在部角度センサと、前記介在部に対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を検出するブレード対介在部角度センサとを備え、(3) A hub-to-interposition part angle sensor that detects an angle of the interposition part around the pitch axis with respect to the hub, and a blade-to-interposition part angle sensor that detects an angle of the blade around the pitch axis relative to the interposition part. With
前記ピッチ制御手段は、前記ハブ対介在部角度センサの検出値及び前記ブレード対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された(1)の水平軸風車である。The pitch control means is configured to control both the hub pair interposed unit driving device and the blade pair interposed unit driving device based on the detected value of the hub pair interposed unit angle sensor and the detected value of the blade pair interposed unit angle sensor. The horizontal axis wind turbine according to (1) configured to be able to control an angle of the blade around the pitch axis with respect to the hub regardless of whether one of them is controlled.
(4)前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を直接的に検出するハブ対ブレード角度センサを備え、(4) a hub-to-blade angle sensor that directly detects an angle of the blade around the pitch axis with respect to the hub;
前記ピッチ制御手段は、前記ハブ対ブレード角度センサの検出値に基づくことにより、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記ハブに対する前記ブレードの前記ピッチ軸回りの角度を制御可能に構成された(1)又は(3)の水平軸風車である。The pitch control means may control both the hub pair interposition unit driving device and the blade pair interposition unit driving device based on the detection value of the hub to blade angle sensor. The horizontal axis wind turbine according to (1) or (3) configured to be able to control an angle of the blade around the pitch axis with respect to the hub.
(5)前記ハブ対介在部駆動装置又は前記ブレード対介在部駆動装置の伝達機構部分として、前記ピッチ軸を中心軸として配置されて前記ハブ、介在部又はブレードに固定されたリングギアと、これに噛合するギアとを備え、(5) As a transmission mechanism part of the hub pair interposition part driving device or the blade pair interposition part driving device, a ring gear arranged around the pitch axis and fixed to the hub, the interposition part or the blade, and this And a gear meshing with
さらに、前記ハブに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ブレードの相対回転方向とが逆方向になるように、前記ハブ対介在部駆動装置及び前記ブレード対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える(1)の水平軸風車である。Furthermore, both the hub pair interposition part driving device and the blade pair interposition part driving device are arranged so that the relative rotation direction of the interposition part with respect to the hub and the relative rotation direction of the blade with respect to the interposition part are opposite to each other. (1) is a horizontal axis wind turbine provided with meshing position control means for controlling the meshing position of the ring gear and the gear according to the offset.
そして、(1)〜(5)の参考例によれば、ハブ及びブレードの双方に対して該ブレードのピッチ軸回りに回転自在の介在部を介して該ハブと該ブレードとが連結され、ハブに対して介在部を相対回転させるハブ対介在部駆動装置と、介在部に対してブレードを相対回転させるブレード対介在部駆動装置とを備えるので、1つのブレードに対して伝達機構まで独立化した2系統のピッチ駆動装置が構成される。 According to the reference examples (1) to (5), the hub and the blade are connected to both the hub and the blade via the interposed portion that is rotatable around the pitch axis of the blade. The intervening portion driving device for rotating the intervening portion relative to the intervening portion and the blade pair interposing portion driving device for rotating the blade relative to the interposing portion are provided so that the transmission mechanism is made independent for one blade. Two pitch drive devices are configured.
したがって、2系統のピッチ駆動装置のうちいずれか一方の駆動源やその制御系に異常が生じた場合のみならず、その駆動力伝達機構に異常が生じて動作不能となっても、他方のピッチ駆動装置によりブレードのピッチ角を駆動制御することができるという効果がある。そのため、一方のピッチ駆動装置が動作不能となっても、ロータに発電等の仕事を行わせる稼動運転動作を継続することもでき、暴風時にブレードをフェザーにする暴風時待機動作を行うこともできる。Accordingly, not only when an abnormality occurs in one of the two systems of the pitch drive device or its control system, but also when the drive force transmission mechanism becomes abnormal and becomes inoperable, the other pitch There is an effect that the drive can control the pitch angle of the blade. Therefore, even if one of the pitch driving devices becomes inoperable, it is possible to continue the operation operation that causes the rotor to perform work such as power generation, and to perform a storm standby operation that makes the blade a feather during a storm. .
また、ハブ対介在部駆動装置及びブレード対介在部駆動装置の双方が健在の場合に、双方を制御してブレードのピッチ角を制御することができる。 In addition, when both the hub pair interposition drive device and the blade pair interposition drive device are in good health, the pitch angle of the blade can be controlled by controlling both.
また噛合位置制御手段を設ければ、ブレードのピッチ角の制御に影響を与えることなく、リングギアとこれに噛合するギアとの噛合位置を変更することができ、ギアの磨耗の不均等を抑え使用寿命を長期化することができる。 In addition, if a meshing position control means is provided, the meshing position between the ring gear and the gear meshing with it can be changed without affecting the control of the pitch angle of the blade, and uneven wear of the gear is suppressed. The service life can be extended.
適用する角度センサとしては、ハブ対介在部角度センサ及びブレード対介在部角度センサを採用するか、ハブ対ブレード角度センサを採用することが好ましい。ハブ対ブレード角度センサを採用する場合には、ブレードのピッチ角をより正確に検出することができる。また、これら3つの角度センサをすべて採用してもよい。この場合は、一方の系統が故障したときに他方の系統で補いブレードのピッチ角制御を行うことができる。As the applied angle sensor, it is preferable to employ a hub pair interposition part angle sensor and a blade pair interposition part angle sensor, or a hub pair blade angle sensor. When the hub-to-blade angle sensor is employed, the blade pitch angle can be detected more accurately. All these three angle sensors may be adopted. In this case, when one system fails, the other system can compensate for the pitch angle of the blade.
1 ハブ
2 ブレード
3 ナセル
4 タワー
5 ベアリング装置
6 ベアリング装置
7 シャンク
8 リングギア
9 リングギア
10 モータ
11 モータ
12 リングギア
13 ハブ対介在部角度センサ
14 ブレード対介在部角度センサ
15 ハブ対ブレード角度センサ
25 ベアリング装置
26 ベアリング装置
27 シャンク
28 リングギア
29 リングギア
30 モータ
31 モータ
33 タワー対介在部角度センサ
34 ナセル対介在部角度センサ
PA ピッチ軸
YA ヨー軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記タワー及び前記ナセルの双方に対して該ナセルのヨー軸回りに回転自在の介在部を介して該タワーと該ナセルとが連結され、
前記タワーに対して前記介在部を相対回転させるタワー対介在部駆動装置と、前記介在部に対して前記ナセルを相対回転させるナセル対介在部駆動装置とを備える水平軸風車。 A rotor having a hub and one or more blades; a nacelle that rotatably supports the rotor via a main shaft connected to the hub; and a tower that rotatably supports the nacelle; In a horizontal axis wind turbine having a yaw control means capable of driving and controlling the yaw angle of the nacelle,
The tower and the nacelle are connected to both the tower and the nacelle via an interposition part rotatable around the yaw axis of the nacelle,
A horizontal axis wind turbine comprising: a tower pair interposition part driving device that rotates the interposition part relative to the tower; and a nacelle pair interposition part driving device that rotates the nacelle relative to the interposition part.
前記ヨー制御手段は、前記タワー対介在部角度センサの検出値及び前記ナセル対介在部角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項1に記載の水平軸風車。 A tower pair interposition part angle sensor that detects an angle of the interposition part around the yaw axis with respect to the tower, and a nacelle interposition part angle sensor that detects an angle of the nacelle around the yaw axis relative to the interposition part,
The yaw control means is configured to control both the tower pair interposed unit driving device and the nacelle pair interposed unit driving device based on the detection value of the tower pair interposed unit angle sensor and the detection value of the nacelle pair interposed unit angle sensor. The horizontal axis wind turbine according to claim 1, wherein the angle about the yaw axis of the nacelle with respect to the tower can be controlled regardless of whether one of them is controlled.
前記ヨー制御手段は、前記タワー対ナセル角度センサの検出値に基づくことにより、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御してもいずれか一方を制御しても前記タワーに対する前記ナセルの前記ヨー軸回りの角度を制御可能に構成された請求項1又は請求項3に記載の水平軸風車。 A tower-to-nacelle angle sensor that directly detects an angle of the nacelle about the yaw axis relative to the tower;
The yaw control unit may control both the tower pair interposition unit driving device and the nacelle pair interposition unit driving device based on the detection value of the tower to nacelle angle sensor. The horizontal axis windmill according to claim 1 or 3 , wherein an angle of the nacelle around the yaw axis with respect to the tower is controllable.
さらに、前記タワーに対する前記介在部の相対回転方向と、前記介在部に対する前記ナセルの相対回転方向とが逆方向になるように、前記タワー対介在部駆動装置及び前記ナセル対介在部駆動装置の双方を制御して、その相殺分により前記リングギアと前記ギアとの噛合位置を変更制御する噛合位置制御手段を備える請求項1に記載の水平軸風車。 As a transmission mechanism part of the tower pair interposition part drive device or the nacelle pair intervention part drive device, a ring gear arranged around the yaw axis as a central axis and fixed to the tower, the interposition part or the nacelle meshes with the ring gear. With gear,
Furthermore, both the tower pair interposition part drive device and the nacelle pair interposition part drive device are arranged so that the relative rotation direction of the interposition part with respect to the tower and the relative rotation direction of the nacelle with respect to the interposition part are opposite to each other. The horizontal axis wind turbine according to claim 1 , further comprising a meshing position control unit that controls the meshing position of the ring gear and the gear according to the offset amount.
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