JP5342375B2 - 遊星軸受構造 - Google Patents
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Description
ロータヘッドの回転を増速する増速機には、たとえばプラネタリ型遊星歯車増速機構がある。このプラネタリ型遊星歯車増速機構は、入力軸と一体に回転するキャリアに取り付けられた複数の遊星歯車を備え、この遊星歯車が、出力軸と一体に回転する太陽歯車及び増速機のハウジングに固定された内歯車と噛合して公転するように構成されている。すなわち、プラネタリ型遊星歯車増速機構は、遊星歯車、太陽歯車及び内歯車に設定されたギア比に応じて、入力軸と連結されたキャリアの回転(遊星歯車の公転)数を増速し、増速された回転数で回転する太陽歯車の出力軸から出力する装置である。
遊星軸受に転がり軸受を使用する場合、軸受部の潤滑は油浴により行われる。この油浴は、キャリアが1回転するたびに、ハウジング内の下部にためた潤滑油の中を遊星歯車が1回通過することを利用している。
一方、遊星軸受に滑り軸受を使用する場合には、通常軸受部に対する強制給油が必要である。すなわち、潤滑油ポンプ等を用いて、軸受部の摺動面まで確実に潤滑油を供給する潤滑構造が必要になる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受部に滑り軸受を用いた遊星軸受において、強制給油を不要とし、簡単な構成で確実に摺動面まで給油して潤滑することができる遊星軸受構造を提供することにある。
本発明の請求項1に係る遊星軸受構造は、キャリアに固定された遊星ピンと、軸方向に直交する2つの端面を有するとともに、軸穴内周面に滑り軸受を取り付けた遊星歯車とを備え、前記遊星ピンが前記滑り軸受を介して前記遊星歯車を回動自在に支持するとともに、前記遊星歯車の前記2つの端面が、前記遊星歯車の前記2つの端面に向き合う前記キャリアの対向壁面との間に一対の隙間を形成して回転する遊星軸受構造において、前記一対の隙間を形成する前記2つの端面と前記対向壁面とから選択される面に、対でそれぞれ互いに逆向きにしたスパイラルグルーブを備え、前記キャリアの回転により前記隙間が潤滑油の中で油浴された際、前記一対の隙間の一方から導入した潤滑油が前記遊星ピンと前記滑り軸受との間を通り、前記一対の隙間の他方から排出される潤滑油経路を形成したことを特徴とするものである。
この場合、一対の隙間毎にスパイラルグルーブを設ける面については、遊星歯車の両歯車端面に形成する組合せ、キャリア側の両対向壁面に形成する組合せ、あるいは、一方の隙間側で歯車端面に形成し、かつ、他方の隙間側で対向壁面に形成する組合せのいずれでもよい。
この場合、前記給油溝は、前記一対の隙間の前記一方から前記一対の隙間の前記他方へ向けて、前記遊星歯車の回転方向へ傾斜していることが好ましく、これにより、一方の吸込側隙間から吸い込んで他方の排出側隙間から流出させる潤滑油の流れは、より一層スムーズになる。
従って、この遊星軸受構造を風力発電装置の増速機等に適用すれば、増速機や風力発電装置のコスト低減に貢献するとともに、確実な潤滑により信頼性や耐久性の向上にも有効である。
<第1の実施形態>
本発明に係る遊星軸受構造は、たとえば風力発電装置の増速機等に好適である。図5に示す風力発電装置1は、基礎B上に立設されるタワー(「支柱」ともいう。)2と、タワー2の上端に設置されるナセル3と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル3の前端部側に設けられるロータヘッド4とを有している。
ナセル3の外周面適所(たとえば上部等)には、周辺の風速値を測定する風速計7と、風向を測定する風向計8とが設置されている。
さらに、ナセル3の内部には、風力発電装置1の各種運転制御を行う風車制御装置13が設けられている。
図2及び図3は、本発明の遊星軸受構造が適用される遊星歯車装置の一例として、たとえば上述した増速機10の第1段増速を行うプラネタリ型遊星歯車装置(以下、「プラネタリ型増速機」と呼ぶ)20の概要を示している。このプラネタリ型増速機20は、これを風力発電装置1の増速機として使用する場合、キャリア21が主軸9に連結されて回転する。図示の構成例では、キャリア21に3本の遊星ピン30が固定され、各遊星ピン30には、滑り軸受50及び滑り軸受50の軸受バックメタル51を介して遊星歯車40が回転自在に取り付けられている。
なお、図3における遊星ピン30と滑り軸受50との関係(内径及び外径の差)は、図示の都合上実際より極端に示されている。
また、キャリア21とともに遊星歯車40が公転するハウジング24内には、たとえば図3に示す潤滑油面Loまで潤滑油が溜められている。この潤滑油面Loは、少なくとも公転する遊星歯車40の軸穴40aが潤滑油内で油浴される程度の深さを有することが望ましい。
また、図示の遊星軸受構造は、遊星歯車40の両端部となる左右の歯車端面41L,41Rが、キャリア21の対向壁面21L,21Rとの間に、左右一対の隙間SL,SRを形成して回転する。この隙間SL,SRは、遊星歯車40の歯車端面41L,41Rがキャリア21と緩衝しないで回転できる程度に設定した微小隙間である。なお、本実施形態における左右は、たとえば図1(b)に示した遊星歯車40の紙面方向である。
なお、図示の構成例では、左右の歯車端面41L,41Rにそれぞれ8本のスパイラルグルーブ42L,42Rを形成しているが、これに限定されることはない。
このような構成の遊星ピン30を採用すれば、遊星ピン30の外周面と滑り軸受50の摺動面との間に潤滑油がまわりやすくなり、従って、潤滑油流路の流路抵抗が低減されて潤滑油のより確実な供給が可能になる。すなわち、潤滑油経路を流れる潤滑油の流れがスムーズになり、油温の低い潤滑油を安定供給して良好な潤滑を継続することができる。
このように、スパイラルグルーブ42L,42Rの断面積が外周側から内周側へ徐々に減少する変化をすることにより、スパイラルグルーブ42L,42Rにより潤滑油の流れを形成するポンプ機能は、潤滑油の流れが内周側へ徐々に昇圧されることになるため、より一層向上する。
このような別体構造のスパイラルグルーブ42L,42Rは、たとえば樹脂成形等による形成が可能であるから、金属を機械加工して形成するスパイラルグルーブ42L,42Rと比較すれば製造が容易になり、従って、製造コストの低減が可能になる。この場合、スパイラルグルーブ42L,42Rを形成する好適な別部材43としては、たとえばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂がある。これらの樹脂を用いることで、歯車端面とキャリアの対向壁面との摺動性も向上させることができるようになる。
続いて、本発明に係る遊星軸受構造について、第2の実施形態を図7に基づいて説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同様の部分については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態の給油溝32Aは、上述した実施形態において軸方向に形成されている遊星ピン30の給油溝32を、入口側隙間から出口側隙間へ向けて遊星歯車40の回転方向へ傾斜させたものである。すなわち、図示の構成例では、遊星ピン30の外周面に、入口側の隙間SRから出口側の隙間SLへ向けて、図中に矢印Rで示す遊星歯車40の回転方向へ傾斜した給油溝32Aが設けられている。
この結果、右側の隙間SRから吸い込んで導入した潤滑油が遊星ピン30と滑り軸受50との間を通り、左側の隙間SLから排出されるように構成された潤滑油経路は、潤滑油の流れがより一層スムーズになる。
続いて、本発明に係る遊星軸受構造について、第3の実施形態を図8及び図9に基づいて説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、左右一対の隙間SL,SRを形成する歯車端面41L,41R及び対向壁面21L,21Rにおいて、いずれか一方の隙間形成面にスパイラルグルーブ42L,42Rを設けることは同様であるが、その向きを同方向にしてともに吸い込み側の隙間としている。図示の構成例では、遊星歯車40の左右両端部にスパイラルグルーブ42L′,42Rが形成され、左側の隙間SLに設けるスパイラルグルーブ42L′の向きについて、図1に示した実施形態のスパイラルグルーブ42Lと逆向きにした点が異なっている。すなわち、遊星歯車40の左右両端部に形成されたスパイラルグルーブ42L′,42Rの向きについては、遊星歯車40及び滑り軸受50の回転方向において同方向となっている。
従って、この遊星軸受構造を風力発電装置1の増速機10等に適用すれば、増速機10や風力発電装置1のコスト低減に貢献するとともに、確実な潤滑により信頼性や耐久性の向上にも有効である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
3 ナセル
4 ロータヘッド
5 風車翼
9 主軸
10 増速機
11 出力軸
12 発電機
20 プラネタリ型遊星歯車装置(プラネタリ型増速機)
21 キャリア
21L,21R 対向壁面
22 出力軸
23 太陽歯車
24 ハウジング
25 内歯車
30,30A,30B 遊星ピン
31L,31R 円周溝
32,32A 給油溝
33 排油溝
34 ヘリングボーン溝
35 排油流路
36 排油穴
40,40A 遊星歯車
41L,41L′,41R 歯車端面
42L,42L′,42R スパイラルグルーブ
43 別部材
50 滑り軸受
SL,SR 隙間
Claims (6)
- キャリアに固定された遊星ピンと、軸方向に直交する2つの端面を有するとともに、軸穴内周面に滑り軸受を取り付けた遊星歯車とを備え、前記遊星ピンが前記滑り軸受を介して前記遊星歯車を回動自在に支持するとともに、前記遊星歯車の前記2つの端面が、前記遊星歯車の前記2つの端面に向き合う前記キャリアの対向壁面との間に一対の隙間を形成して回転する遊星軸受構造において、
前記一対の隙間を形成する前記2つの端面と前記対向壁面とから選択される面に、対でそれぞれ互いに逆向きにしたスパイラルグルーブを備え、
前記キャリアの回転により前記隙間が潤滑油の中で油浴された際、前記一対の隙間の一方から導入した潤滑油が前記遊星ピンと前記滑り軸受との間を通り、前記一対の隙間の他方から排出される潤滑油経路を形成したことを特徴とする遊星軸受構造。 - 前記遊星ピンの外周面には、前記隙間と略一致する軸方向位置に形成されて円周方向へ連続する一対の円周溝と、該円周溝の間を連結するよう軸方向に形成された給油溝とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の遊星軸受構造。
- 前記給油溝は、前記一対の隙間の前記一方から前記一対の隙間の前記他方へ向けて、前記遊星歯車の回転方向へ傾斜していることを特徴とする請求項2に記載の遊星軸受構造。
- キャリアに固定された遊星ピンと、軸方向に直交する2つの端面を有するとともに、軸穴内周面に滑り軸受を取り付けた遊星歯車とを備え、前記遊星ピンが前記滑り軸受を介して前記遊星歯車を回動自在に支持するとともに、前記遊星歯車の前記2つの端面が、前記遊星歯車の前記2つの端面に向き合う前記キャリアの対向壁面との間に一対の隙間を形成して回転する遊星軸受構造において、
前記一対の隙間を形成する前記2つの端面と前記対向壁面とから選択される面に設けられ、前記一対の隙間に同じ向きのスパイラルグルーブを設けてともに吸い込み側隙間とし、
前記遊星ピンの外周面には、前記隙間と略一致する軸方向位置に形成されて円周方向へ連続する一対の円周溝と、該円周溝の中間位置に形成されて円周方向へ連続する排油溝と、前記円周溝と前記排油溝とを連結するヘリングボーン溝とが形成され、
前記遊星ピンの軸中心位置を貫通して設けた排油流路から前記排油溝へ放射状に貫通する複数の排油穴を設けて、
前記キャリアの回転により前記隙間が潤滑油の中で油浴された際、前記吸込側隙間から導入した潤滑油が、前記円周溝から前記ヘリングボーン溝を通って前記排油溝へ流れた後、前記排油穴から前記排油流路を通って排出される潤滑油経路を形成したことを特徴とする遊星軸受構造。 - 前記スパイラルグルーブの断面積が、潤滑油の吸込方向または排出方向へ向けて、漸次縮小されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の遊星軸受構造。
- 前記スパイラルグルーブは、前記2つの端面または前記対向壁面と別部材に形成されてなることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の遊星軸受構造。
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