JP5345048B2 - 風力発電設備用変速機および風力発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、風力発電設備用変速機および風力発電装置に関する。
一般に、風力発電装置には、翼の回転力を発電機に伝達する際に、発電を行うのに適切な回転数に変換する変速機、例えば遊星歯車を用いた変速機が設けられている。
遊星歯車を用いた変速機は、他の方式の変速機と比較して高い出力変換効率を有することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
遊星歯車を用いた変速機は、他の方式の変速機と比較して高い出力変換効率を有することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
遊星歯車には、太陽歯車、遊星歯車、内歯などが主に設けられており、遊星歯車は翼から回転力が伝達される主軸とつながるキャリアおよび遊星ピンによって太陽歯車のまわりを公転および自転可能に支持されている。そのため、遊星歯車と遊星ピンとの間には軸受構造、例えば、ころ軸受や滑り軸受が設けられている。
滑り軸受は、ころ軸受と比較して長寿命化を図ることができるとともに、騒音の低減や製造コストの低減を図ることもできるという利点がある。
しかしながら、滑り軸受を用いる場合には、滑り軸受における焼き付きや摩耗の抑制と、キャリアおよび遊星ピンの強度確保と、を両立させることが難しいという問題があった。
しかしながら、滑り軸受を用いる場合には、滑り軸受における焼き付きや摩耗の抑制と、キャリアおよび遊星ピンの強度確保と、を両立させることが難しいという問題があった。
つまり、遊星ピンの径を大きくすると、遊星ピンと滑り軸受との接触面圧が小さくなることから、滑り軸受における焼き付きや摩耗を抑制することができる。その一方で、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面における応力が大きくなり、遊星ピンとキャリアの強度が低下するという問題があった。
逆に、遊星ピンの径を小さくすると、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面における応力が小さくなり、遊星ピンとキャリアの強度を大きくすることができる。その一方で、遊星ピンと滑り軸受との接触面積が大きくなることから、滑り軸受における焼き付きや摩耗が発生しやすくなるという問題があった。
逆に、遊星ピンの径を小さくすると、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面における応力が小さくなり、遊星ピンとキャリアの強度を大きくすることができる。その一方で、遊星ピンと滑り軸受との接触面積が大きくなることから、滑り軸受における焼き付きや摩耗が発生しやすくなるという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、軸受の強度を確保するとともに、焼き付きや摩耗を抑制することができる風力発電設備用変速機および風力発電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の風力発電設備用変速機は、太陽歯車と、該太陽歯車と噛み合い前記太陽歯車のまわりを回転する遊星歯車と、該遊星歯車と噛み合う内歯と、を有する風力発電設備用変速機であって、前記遊星歯車を前記太陽歯車まわりに回転させるキャリアと、該キャリアに配置され、前記キャリアの回転を前記遊星歯車に伝達する遊星ピンと、前記遊星ピンの円周面に配置される円筒状のスリーブと、前記スリーブおよび前記遊星歯車の間に配置され、前記遊星ピンを中心として、前記遊星歯車を回転可能に支持する滑り軸受と、が設けられていることを特徴とする。
本発明の風力発電設備用変速機は、太陽歯車と、該太陽歯車と噛み合い前記太陽歯車のまわりを回転する遊星歯車と、該遊星歯車と噛み合う内歯と、を有する風力発電設備用変速機であって、前記遊星歯車を前記太陽歯車まわりに回転させるキャリアと、該キャリアに配置され、前記キャリアの回転を前記遊星歯車に伝達する遊星ピンと、前記遊星ピンの円周面に配置される円筒状のスリーブと、前記スリーブおよび前記遊星歯車の間に配置され、前記遊星ピンを中心として、前記遊星歯車を回転可能に支持する滑り軸受と、が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、遊星ピンをキャリアに配置し、遊星ピンの円周面に円筒状のスリーブを配置した上で、スリーブと滑り軸受との間で遊星歯車を回転可能に支持するため、風力発電設備用変速機における軸受の強度を確保するとともに、焼き付きや摩耗を抑制することができる。
つまり、遊星ピンと滑り軸受との間にスリーブを配置することにより、滑り軸受に関する接触面積（スリーブと滑り軸受との接触面積）が大きくなり、接触面圧が小さくなる。その結果、滑り軸受における焼き付きや摩耗を抑制することができる。
その一方で、キャリアに配置される遊星ピンの径自体は大きくなっていないため、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面等における応力増大が抑制される。そのため、遊星ピンおよびキャリアにおける強度低下を抑制することができる。
その一方で、キャリアに配置される遊星ピンの径自体は大きくなっていないため、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面等における応力増大が抑制される。そのため、遊星ピンおよびキャリアにおける強度低下を抑制することができる。
上記発明においては、前記キャリアは対向する２つの板部材からなり、前記遊星ピンは前記板部材を貫通して配置され、前記遊星歯車および前記スリーブは２つの前記板部材の間に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、遊星ピンおよびスリーブにおける滑り軸受と接触する部分の径を大きくすることができ、滑り軸受に関する接触面圧を小さくすることができる。
その一方で、遊星ピンにおけるキャリアと嵌め合わされる部分の径を小さいままにすることができ、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面等における応力増大を抑制することができる。
その一方で、遊星ピンにおけるキャリアと嵌め合わされる部分の径を小さいままにすることができ、遊星ピンとキャリアとの嵌め合い面等における応力増大を抑制することができる。
上記発明においては、前記遊星ピンおよび前記スリーブには、前記滑り軸受と前記スリーブとの間に潤滑剤を供給する流路が形成されていることが望ましい。
本発明によれば、滑り軸受とスリーブとの間に潤滑油などの潤滑剤からなる潤滑層を形成される。そのため、滑り軸受とスリーブとの間における焼き付きや摩耗を抑制することができる。
上記発明においては、前記スリーブと前記滑り軸受との間には、前記潤滑剤が貯められる貯留部が形成されていることが望ましい。
本発明によれば、貯留部に貯められた潤滑剤がスリーブと滑り軸受との間に供給される。そのため、流路から潤滑剤を供給するだけの場合と比較して、スリーブと滑り軸受との間に潤滑層を形成しやすく、滑り軸受とスリーブとの間における焼き付きや摩耗をより確実に抑制することができる。
上記発明においては、前記遊星ピンには、前記遊星ピンの端面から前記遊星ピンの内部に向かって延びる穴部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、穴部を利用して遊星ピンの温度を調節することにより、穴部を利用しない場合と比較して、温度の調節を容易に行うことができる。
例えば、遊星ピンをキャリアに固定して配置するのに、冷やし嵌めを用いる場合には、遊星ピンを冷却する必要がある。このとき、遊星ピンに設けられた穴部を利用することにより、遊星ピンをキャリアに容易に固定して配置することができる。
更に、遊星ピンのみを冷却することができるため、遊星ピンをキャリアから容易に抜き取ることができる。
例えば、遊星ピンをキャリアに固定して配置するのに、冷やし嵌めを用いる場合には、遊星ピンを冷却する必要がある。このとき、遊星ピンに設けられた穴部を利用することにより、遊星ピンをキャリアに容易に固定して配置することができる。
更に、遊星ピンのみを冷却することができるため、遊星ピンをキャリアから容易に抜き取ることができる。
上記発明においては、前記キャリアと、前記滑り軸受および前記遊星歯車の少なくとも一方と、の間にはスラスト受部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、キャリアと滑り軸受、キャリアと遊星歯車とが直接接触することがない。そのため、キャリアと滑り軸受、キャリアと遊星歯車との間の焼き付きの発生や、接触により発生した摩耗粉に起因する故障の発生を防止することができる。
本発明の風力発電装置は、風を受けて主軸まわりに回転される回転翼と、前記主軸の回転速度を増速または減速させる上記本発明の風力発電設備用変速機と、該風力発電設備用変速機により回転駆動されて発電を行う発電部と、が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、上記本発明の風力発電設備用変速機が設けられていることにより、風力発電装置における軸受の強度を確保するとともに、焼き付きや摩耗を抑制することができる。
本発明の風力発電設備用変速機および風力発電装置によれば、遊星ピンをキャリアに配置し、遊星ピンの円周面に円筒状のスリーブを配置した上で、スリーブと滑り軸受との間で遊星歯車を回転可能に支持することにより、風力発電設備用変速機および風力発電装置における軸受の強度を確保するとともに、焼き付きや摩耗を抑制することができるという効果を奏する。
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置ついて図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る風力発電装置の全体構成を説明する模式図である。図２は、図１の風力発電装置における回転駆動力の伝達経路を説明するブロック図である。
以下、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置ついて図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る風力発電装置の全体構成を説明する模式図である。図２は、図１の風力発電装置における回転駆動力の伝達経路を説明するブロック図である。
風力発電設備（風力発電設備）１は、図１および図２に示すように、いわゆるアップウインド型の風力発電設備であり、風を受けることにより風力発電を行うものである。
風力発電設備１には、支柱２と、ナセル３と、ロータヘッド４と、複数枚の回転翼７と、増速機（風力発電設備用変速機）５と、発電機（発電部）６と、が設けられている。
風力発電設備１には、支柱２と、ナセル３と、ロータヘッド４と、複数枚の回転翼７と、増速機（風力発電設備用変速機）５と、発電機（発電部）６と、が設けられている。
支柱２は、基礎から上方（図１の上方）に延びる柱状の構成とされ、例えば、複数のユニットを上下方向に連結した構成とされている。支柱２の最上部には、ナセル３が設けられている。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル３が設置されている。
ナセル３は、ロータヘッド４を回転可能に支持するとともに、内部にロータヘッド４の回転により発電を行う発電機６が収納されている。
ナセル３には、例えば、ロータヘッド４の回転駆動力を伝達する主軸４２が貫通する開口部や、メンテナンス用の出入り口が設けられている。
ナセル３には、例えば、ロータヘッド４の回転駆動力を伝達する主軸４２が貫通する開口部や、メンテナンス用の出入り口が設けられている。
ロータヘッド４は、その回転軸線Ｌを中心として放射状に延びる複数枚の回転翼７が周方向に等間隔に取り付けられ、ナセル３に対して回転軸線Ｌまわりに回転可能に設けられたものであって、ロータヘッド４の周囲は頭部カプセル４１により覆われるものである。
回転翼７は、ロータヘッド４の回転軸線Ｌまわりに放射状に取り付けられるものである。
なお、本実施形態では、３枚の回転翼７が設けられた例に適用して説明するが、回転翼７の数は３枚に限られることなく、２枚の場合や、３枚より多い場合に適用してもよく、特に限定するものではない。
なお、本実施形態では、３枚の回転翼７が設けられた例に適用して説明するが、回転翼７の数は３枚に限られることなく、２枚の場合や、３枚より多い場合に適用してもよく、特に限定するものではない。
図３は、図１の増速機の構成を説明する模式図である。図４は、図３の増速機における遊星歯車近傍の構成を説明する部分拡大図である。図５は、図４の遊星ピンおよびスリーブの構成を説明する模式図である。
増速機５は、主軸４２により伝達された回転駆動力を、発電機６の駆動に適した回転速度にまで増速するものである。
増速機５には、図３に示すように、遊星歯車部５１と、低速段部５２と、中速段部５３と、高速段部５４と、が主に設けられている。
増速機５は、主軸４２により伝達された回転駆動力を、発電機６の駆動に適した回転速度にまで増速するものである。
増速機５には、図３に示すように、遊星歯車部５１と、低速段部５２と、中速段部５３と、高速段部５４と、が主に設けられている。
遊星歯車部５１は、主軸４２により伝達された回転駆動力を最初に増速し、低速段部５２に入力するものである。
遊星歯車部５１には、図３および図４に示すように、入力軸１０１と、キャリア１０２と、遊星ピン１０３と、スリーブ１０４と、滑り軸受１０５と、潤滑油供給路（流路）１０６と、遊星歯車１０７と、内歯１０８と、太陽歯車１０９と、出力軸１１０と、が主に設けられている。
遊星歯車部５１には、図３および図４に示すように、入力軸１０１と、キャリア１０２と、遊星ピン１０３と、スリーブ１０４と、滑り軸受１０５と、潤滑油供給路（流路）１０６と、遊星歯車１０７と、内歯１０８と、太陽歯車１０９と、出力軸１１０と、が主に設けられている。
入力軸１０１は、主軸４２から回転駆動力が入力される部分であるとともに、回転駆動力をキャリア１０２に伝達するものである。入力軸１０１は円柱状または円筒状に形成された部材であって、中心軸線まわりに回転可能に支持されている。さらに、入力軸１０１における太陽歯車１０９側（図３の右側）の端部にはキャリア１０２が設けられている。
キャリア１０２は、図３および図４に示すように、入力軸１０１から回転駆動力が入力される部分であるとともに、遊星歯車１０７を太陽歯車１０９まわりに回転（公転）させるものでもある。キャリア１０２は、入力軸１０１の端部から径方向外側に鍔状に延びる板部材と、当該板部材と対向して配置されたリング板状の板部材と、両板部材をつなぐ柱部材とから構成されている。
キャリア１０２における両板部材の間には、遊星歯車１０７が配置されている。
キャリア１０２における両板部材の間には、遊星歯車１０７が配置されている。
遊星ピン１０３は、スリーブ１０４および滑り軸受１０５とともに遊星歯車１０７をキャリア１０２に取り付け、かつ、遊星ピン１０３を中心として遊星歯車１０７を回転可能（自転可能）に支持するものである。
遊星ピン１０３は円柱状に形成された部材であって、キャリア１０２の両板部材に形成された貫通孔に嵌め合わされるものである。
遊星ピン１０３は円柱状に形成された部材であって、キャリア１０２の両板部材に形成された貫通孔に嵌め合わされるものである。
スリーブ１０４は、遊星ピン１０３および滑り軸受１０５とともに遊星歯車１０７をキャリア１０２に取り付け、かつ、遊星ピン１０３を中心として遊星歯車１０７を回転可能（自転可能）に支持するものである。
スリーブ１０４は円筒状に形成された部材であって、キャリア１０２の両板部材の間に配置される部材である。さらに、スリーブ１０４は、内部に遊星ピンが嵌めこまれる部材であり、遊星ピン１０３と同じ線膨張係数を有する材料、例えば、遊星ピン１０３と同じ材料から形成されている。
このようにすることで、遊星ピン１０３およびスリーブ１０４の温度が変化しても、遊星ピン１０３とスリーブ１０４との間に隙間が形成されたり、応力が過大になったりすることを防止できる。
スリーブ１０４は円筒状に形成された部材であって、キャリア１０２の両板部材の間に配置される部材である。さらに、スリーブ１０４は、内部に遊星ピンが嵌めこまれる部材であり、遊星ピン１０３と同じ線膨張係数を有する材料、例えば、遊星ピン１０３と同じ材料から形成されている。
このようにすることで、遊星ピン１０３およびスリーブ１０４の温度が変化しても、遊星ピン１０３とスリーブ１０４との間に隙間が形成されたり、応力が過大になったりすることを防止できる。
滑り軸受１０５は、遊星ピン１０３およびスリーブ１０４とともに遊星歯車１０７をキャリア１０２に取り付け、かつ、遊星ピン１０３を中心として遊星歯車１０７を回転可能（自転可能）に支持するものである。
滑り軸受１０５は円筒状に形成された部材であって、遊星歯車１０７に取り付けられるものである。そのため、スリーブ１０４と滑り軸受１０５との接触面が摺動面となる。
滑り軸受１０５は円筒状に形成された部材であって、遊星歯車１０７に取り付けられるものである。そのため、スリーブ１０４と滑り軸受１０５との接触面が摺動面となる。
潤滑油供給路１０６は、図３から図５に示すように、スリーブ１０４と滑り軸受１０５との接触面に潤滑油を供給する流路である。潤滑油供給路１０６は、キャリア１０２から遊星ピン１０３の内部に延び、遊星ピン１０３の内部で２つの流路に分岐してスリーブ１０４の外周面に開口する流路である。潤滑油供給路１０６における２つの開口の一方は、スリーブ１０４の外周面における負荷面に設けられ、他方は反負荷面に設けられている。
ここで、負荷面とは回転駆動力が伝達される際に負荷がかかる面であり、図３および図４における下側の面である。反負荷面とは負荷面と反対側の面であり、上側の面である。
ここで、負荷面とは回転駆動力が伝達される際に負荷がかかる面であり、図３および図４における下側の面である。反負荷面とは負荷面と反対側の面であり、上側の面である。
このように、負荷面に潤滑油供給路１０６の開口を設けることにより、風力発電設備１において発電が行われる際、つまり、回転駆動力が発電機６に伝達される場合に、スリーブ１０４の外周面における面圧が高くなる部分に潤滑油を供給することができる。
その一方で、反負荷面に潤滑油供給路１０６の開口を設けることにより、例えば、風速が速くなって風車の回転速度を抑制するためにブレーキをかける場合に、面圧が高くなる部分、つまり反負荷面に潤滑油を供給することができる。
その一方で、反負荷面に潤滑油供給路１０６の開口を設けることにより、例えば、風速が速くなって風車の回転速度を抑制するためにブレーキをかける場合に、面圧が高くなる部分、つまり反負荷面に潤滑油を供給することができる。
遊星歯車１０７は、太陽歯車１０９および内歯１０８に噛み合わされることにより遊星減速機構を構成するものである。遊星歯車１０７は、遊星ピン１０３、スリーブ１０４および滑り軸受１０５によってキャリア１０２に自転可能に支持され、かつ、太陽歯車１０９に対して公転可能に支持された円筒の外周面に歯が形成された歯車である。
本実施形態では３つの遊星歯車１０７が周方向に等間隔に配置されている例に適用して説明するが、遊星歯車１０７の数を特に限定するものではない。
本実施形態では３つの遊星歯車１０７が周方向に等間隔に配置されている例に適用して説明するが、遊星歯車１０７の数を特に限定するものではない。
内歯１０８は、遊星歯車１０７と噛み合わされることにより遊星減速機構を構成するものである。内歯１０８は、キャリア１０２や遊星歯車１０７や太陽歯車１０９等を覆うケーシング１０８Ａの内面における遊星歯車１０７と対向する位置に形成されたものである。つまり、内歯１０８は、入力軸１０１を中心とした径方向外側で、遊星歯車１０７と噛み合うものである。
太陽歯車１０９は、遊星歯車１０７と噛み合わされることにより遊星減速機構を構成するものである。太陽歯車１０９は、円柱または円筒の外周面に歯が形成されたものであって、出力軸１１０と同軸に形成されたものである。太陽歯車１０９および出力軸１１０は、入力軸１０１とほぼ同軸に配置され、入力軸１０１を中心とした径方向内側で遊星歯車１０７と噛み合うものである。
出力軸１１０は、遊星歯車部５１により回転速度が増速された回転駆動力を低速段部５２に伝達するものである。出力軸１１０は、太陽歯車１０９と同軸に配置されるとともに、入力軸１０１ともほぼ同軸に配置されるものである。
低速段部５２は、遊星歯車部５１により増速された回転駆動力を更に増速し、中速段部５３に入力するものである。低速段部５２には、低速歯車１１１が主に設けられている。
低速歯車１１１は、中速小歯車１１２と噛み合う歯車であって、中速小歯車１１２よりも大径の歯車である。さらに、低速歯車１１１は、遊星歯車部５１の出力軸１１０と同軸に設けられた歯車である。
低速歯車１１１は、中速小歯車１１２と噛み合う歯車であって、中速小歯車１１２よりも大径の歯車である。さらに、低速歯車１１１は、遊星歯車部５１の出力軸１１０と同軸に設けられた歯車である。
中速段部５３は、低速段部５２により増速された回転駆動力を更に増速し、高速段部５４に入力するものである。中速段部５３には、中速小歯車１１２と、中速大歯車１１３と、が主に設けられている。
中速小歯車１１２は、低速歯車１１１と噛み合う歯車であって、低速歯車１１１よりも小径の歯車である。その一方で、中速大歯車１１３は、高速歯車１１５と噛み合う歯車であって、高速歯車１１５よりも大径の歯車である。
さらに、中速小歯車１１２および中速大歯車１１３は、中速軸１１４と同軸に設けられた歯車である。
中速小歯車１１２は、低速歯車１１１と噛み合う歯車であって、低速歯車１１１よりも小径の歯車である。その一方で、中速大歯車１１３は、高速歯車１１５と噛み合う歯車であって、高速歯車１１５よりも大径の歯車である。
さらに、中速小歯車１１２および中速大歯車１１３は、中速軸１１４と同軸に設けられた歯車である。
高速段部５４は、中速段部５３により増速された回転駆動力を更に増速し、発電機６に入力するものである。高速段部５４には、高速歯車１１５が主に設けられている。
高速歯車１１５は、中速大歯車１１３と噛み合う歯車であって、中速大歯車よりも小径の歯車である。高速歯車１１５は、発電機６に回転駆動力を伝達する高速軸１１６と同軸に設けられた歯車である。
高速歯車１１５は、中速大歯車１１３と噛み合う歯車であって、中速大歯車よりも小径の歯車である。高速歯車１１５は、発電機６に回転駆動力を伝達する高速軸１１６と同軸に設けられた歯車である。
発電機６は、主軸４２および増速機５を介して伝達されたロータヘッド４の回転により回転駆動され、発電を行うものである。
次に、上記の構成からなる風力発電設備１における発電について、図１から図３を参照しながら説明する。
風力発電設備１の回転翼７は、風を受けることによりロータヘッド４まわりに回転する回転駆動力を発生し、ロータヘッド４およびロータヘッド４に接続された主軸４２を回転駆動する。
風力発電設備１の回転翼７は、風を受けることによりロータヘッド４まわりに回転する回転駆動力を発生し、ロータヘッド４およびロータヘッド４に接続された主軸４２を回転駆動する。
回転駆動力は、主軸４２から増速機５の入力軸１０１に入力され、入力軸１０１およびキャリア１０２は回転駆動力によって中心軸線まわりに回転される。
キャリア１０２が回転すると、遊星ピン１０３、スリーブ１０４および滑り軸受１０５を介して遊星歯車１０７は、太陽歯車１０９のまわりを回転駆動される。このとき、遊星歯車１０７は内歯１０８および太陽歯車１０９と噛み合わされているため、遊星ピン１０３を中心としても回転駆動される。
これにより、入力軸１０１の回転が増速されて太陽歯車１０９および出力軸１１０に伝達される。
キャリア１０２が回転すると、遊星ピン１０３、スリーブ１０４および滑り軸受１０５を介して遊星歯車１０７は、太陽歯車１０９のまわりを回転駆動される。このとき、遊星歯車１０７は内歯１０８および太陽歯車１０９と噛み合わされているため、遊星ピン１０３を中心としても回転駆動される。
これにより、入力軸１０１の回転が増速されて太陽歯車１０９および出力軸１１０に伝達される。
出力軸１１０の回転は、低速段部５２の低速歯車１１１から中速段部５３の中速小歯車１１２に伝達され、更に増速される。中速小歯車１１２の回転は、中速軸１１４を介して中速大歯車１１３から高速段部５４の高速歯車１１５に伝達され、発電機６の回転駆動に適した速度にまで増速される。
高速歯車１１５の回転は高速軸１１６を介して発電機６に伝達され、発電機６を回転駆動して発電が行われる。
高速歯車１１５の回転は高速軸１１６を介して発電機６に伝達され、発電機６を回転駆動して発電が行われる。
つぎに、本実施形態の特徴である、遊星歯車１０７の潤滑に関する作用について、図３および図４を参照しながら説明する。
遊星歯車１０７の自転に関する潤滑油は、潤滑油供給路１０６を介してスリーブ１０４と滑り軸受１０５との間に供給される。具体的には、キャリア１０２に設けられた開口から潤滑油供給路１０６に供給された潤滑油は、キャリア１０２および遊星ピン１０３の内部を流れた後、２方向に分岐してスリーブ１０４の外周面における負荷面および反負荷面に設けられた開口から流出する。
これにより、遊星ピン１０３を介してキャリア１０２に固定されたスリーブ１０４と、遊星歯車１０７に固定された滑り軸受１０５との間に、潤滑油からなる潤滑層が形成され、遊星歯車１０７は、遊星ピン１０３を中心として回転可能に支持される。
遊星歯車１０７の自転に関する潤滑油は、潤滑油供給路１０６を介してスリーブ１０４と滑り軸受１０５との間に供給される。具体的には、キャリア１０２に設けられた開口から潤滑油供給路１０６に供給された潤滑油は、キャリア１０２および遊星ピン１０３の内部を流れた後、２方向に分岐してスリーブ１０４の外周面における負荷面および反負荷面に設けられた開口から流出する。
これにより、遊星ピン１０３を介してキャリア１０２に固定されたスリーブ１０４と、遊星歯車１０７に固定された滑り軸受１０５との間に、潤滑油からなる潤滑層が形成され、遊星歯車１０７は、遊星ピン１０３を中心として回転可能に支持される。
上記の構成によれば、遊星ピン１０３をキャリア１０２に配置し、遊星ピン１０３の円周面に円筒状のスリーブ１０４を配置した上で、スリーブ１０４と滑り軸受１０５との間で遊星歯車１０７を回転可能に支持するため、風力発電設備１の増速機５における軸受の強度を確保するとともに、焼き付きや摩耗を抑制することができる。
つまり、遊星ピン１０３と滑り軸受１０５との間にスリーブ１０４を配置することにより、滑り軸受１０５に関する接触面積（スリーブ１０４と滑り軸受１０５との接触面積）が大きくなり、接触面圧が小さくなる。その結果、滑り軸受１０５における焼き付きや摩耗を抑制することができる。
その一方で、キャリア１０２に配置される遊星ピン１０３の径自体は大きくなっていないため、遊星ピン１０３とキャリア１０２との嵌め合い面等における応力増大が抑制される。そのため、遊星ピン１０３およびキャリア１０２における強度低下を抑制することができる。
その一方で、キャリア１０２に配置される遊星ピン１０３の径自体は大きくなっていないため、遊星ピン１０３とキャリア１０２との嵌め合い面等における応力増大が抑制される。そのため、遊星ピン１０３およびキャリア１０２における強度低下を抑制することができる。
遊星ピン１０３およびスリーブ１０４における滑り軸受１０５と接触する部分の径を大きくすることができ、滑り軸受１０５に関する接触面圧を小さくすることができる。
その一方で、遊星ピン１０３におけるキャリア１０２と嵌め合わされる部分の径を小さいままにすることができ、遊星ピン１０３とキャリア１０２との嵌め合い面等における応力増大を抑制することができる。
その一方で、遊星ピン１０３におけるキャリア１０２と嵌め合わされる部分の径を小さいままにすることができ、遊星ピン１０３とキャリア１０２との嵌め合い面等における応力増大を抑制することができる。
潤滑油供給路１０６を設けたことにより、滑り軸受１０５とスリーブ１０４との間に潤滑油からなる潤滑層を形成される。そのため、滑り軸受１０５とスリーブ１０４との間における焼き付きや摩耗を抑制することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
本実施形態の風力発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、遊星歯車部における構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６および図７を用いて遊星歯車部の構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る風力発電設備の遊星歯車部の構成を説明する部分拡大図である。図７は、図６の遊星ピンの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第２の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
本実施形態の風力発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、遊星歯車部における構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６および図７を用いて遊星歯車部の構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る風力発電設備の遊星歯車部の構成を説明する部分拡大図である。図７は、図６の遊星ピンの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の風力発電設備（風力発電設備）２０１における増速機（風力発電設備用変速機）２０５には、図６および図７に示すように、キャリア１０２と、遊星ピン２０３と、スリーブ１０４と、滑り軸受１０５と、潤滑油供給路１０６と、遊星歯車１０７などを主に設けられている。
遊星ピン２０３には、さらに、遊星ピン２０３の冷却に用いられる冷却部（穴部）２０３Ａが設けられている。
冷却部２０３Ａは、遊星ピン２０３の端面から長手方向（図６の左右方向）に延びる穴であって、遊星ピン２０３の端面に、周方向に等間隔に設けられたものである。本実施形態では、冷却部２０３Ａは非貫通の穴に適用して説明するが、潤滑油供給路１０６との連通を避けることができれば、貫通した孔であってもよく、特に限定するものではない。
さらに、本実施形態では、４つの冷却部２０３Ａを周方向に等間隔に配置した例に適用して説明するが、冷却部２０３Ａの数を特に限定するものではない。
冷却部２０３Ａは、遊星ピン２０３の端面から長手方向（図６の左右方向）に延びる穴であって、遊星ピン２０３の端面に、周方向に等間隔に設けられたものである。本実施形態では、冷却部２０３Ａは非貫通の穴に適用して説明するが、潤滑油供給路１０６との連通を避けることができれば、貫通した孔であってもよく、特に限定するものではない。
さらに、本実施形態では、４つの冷却部２０３Ａを周方向に等間隔に配置した例に適用して説明するが、冷却部２０３Ａの数を特に限定するものではない。
上記の構成からなる風力発電設備２０１における発電、および、遊星歯車１０７の潤滑については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
ここでは、本実施形態の特徴であるキャリア１０２への遊星ピン２０３の嵌め込み、遊星ピン２０３の抜き取りについて説明する。
ここでは、本実施形態の特徴であるキャリア１０２への遊星ピン２０３の嵌め込み、遊星ピン２０３の抜き取りについて説明する。
遊星ピン２０３はキャリア１０２に形成された貫通孔に嵌め合わせにより固定されている。嵌め合わせの際には、遊星ピン２０３を冷却してその径を小さくし、この状態で上述の貫通孔に挿通される。冷却の際には、冷却部２０３Ａに冷却部材が挿入され、遊星ピン２０３の温度が全体的に下げられる。
貫通孔に挿通された遊星ピン２０３は、その温度が周囲の温度にまで上昇すると、遊星ピン２０３を構成する材料の線膨張係数に従って膨張するため、遊星ピン２０３とキャリア１０２との嵌め合わせが完了する。
貫通孔に挿通された遊星ピン２０３は、その温度が周囲の温度にまで上昇すると、遊星ピン２０３を構成する材料の線膨張係数に従って膨張するため、遊星ピン２０３とキャリア１０２との嵌め合わせが完了する。
その一方、例えば、メンテナンスの場合や、増速機２０５における不具合（例えば、異音が発生する不具合）の調査を行う場合などには、遊星ピン２０３をキャリア１０２から抜き取られる。
具体的には、冷却部２０３Ａに冷却部材が挿入され、遊星ピン２０３のみの温度が全体的に下げられる。すると、遊星ピン２０３の径が温度低下に合わせて小さくなり、キャリア１０２の貫通孔の径は変化しない。これにより、遊星ピン２０３をキャリア１０２から抜き取ることができる。
具体的には、冷却部２０３Ａに冷却部材が挿入され、遊星ピン２０３のみの温度が全体的に下げられる。すると、遊星ピン２０３の径が温度低下に合わせて小さくなり、キャリア１０２の貫通孔の径は変化しない。これにより、遊星ピン２０３をキャリア１０２から抜き取ることができる。
上記の構成によれば、冷却部２０３Ａを利用して遊星ピン２０３の冷却することにより、冷却部２０３Ａを利用しない場合と比較して、容易に冷却することができる。
冷やし嵌めを用いて遊星ピン２０３をキャリア１０２に固定して配置する場合に、遊星ピン２０３に設けられた冷却部２０３Ａを利用することにより、遊星ピン２０３をキャリア１０２に容易に固定して配置することができる。
更に、遊星ピン２０３のみを冷却することができるため、遊星ピン２０３をキャリア１０２から容易に抜き取ることができる。
冷やし嵌めを用いて遊星ピン２０３をキャリア１０２に固定して配置する場合に、遊星ピン２０３に設けられた冷却部２０３Ａを利用することにより、遊星ピン２０３をキャリア１０２に容易に固定して配置することができる。
更に、遊星ピン２０３のみを冷却することができるため、遊星ピン２０３をキャリア１０２から容易に抜き取ることができる。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図８を参照して説明する。
本実施形態の風力発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、遊星歯車部における構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８を用いて遊星歯車部の構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図８は、本実施形態に係る風力発電設備の遊星歯車部の構成を説明する部分拡大図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第３の実施形態について図８を参照して説明する。
本実施形態の風力発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、遊星歯車部における構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８を用いて遊星歯車部の構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図８は、本実施形態に係る風力発電設備の遊星歯車部の構成を説明する部分拡大図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の風力発電設備（風力発電設備）３０１における増速機（風力発電設備用変速機）３０５には、図８に示すように、キャリア１０２と、遊星ピン１０３と、スリーブ１０４と、滑り軸受１０５と、潤滑油供給路１０６と、遊星歯車１０７と、スラスト受部３０９などを主に設けられている。
スラスト受部３０９は、キャリア１０２と、スリーブ１０４、滑り軸受１０５および遊星歯車１０７との間に配置されたリング板状の部材であって、キャリア１０２に対して回転する滑り軸受１０５および遊星歯車１０７の端面と接触するものである。さらにスラスト受部３０９は、樹脂や銅合金などの潤滑性を有する材料から形成されたものである。
上記の構成からなる風力発電設備３０１における発電、および、遊星歯車１０７の潤滑については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
ここでは、本実施形態の特徴であるスラスト受部３０９の働きについて説明する。
ここでは、本実施形態の特徴であるスラスト受部３０９の働きについて説明する。
一般に、増速機３０５において回転駆動力の伝達が行われても、滑り軸受１０５や遊星歯車１０７には、遊星ピン１０３の長手方向には力が働かず、滑り軸毛１０５と遊星歯車１０７はキャリア１０２には接触しない。
ところが、風の方向が変わり、風力発電設備３０１に首ふり方向の外力が加わると、滑り軸受１０５や遊星歯車１０７に、遊星ピン１０３の長手方向に力が加わり、同方向に滑り軸受１０５および遊星歯車１０７が移動する。すると、滑り軸受１０５および遊星歯車１０７は、スラスト受部３０９と接触し、スラスト受部３０９との間で摺動する。
ところが、風の方向が変わり、風力発電設備３０１に首ふり方向の外力が加わると、滑り軸受１０５や遊星歯車１０７に、遊星ピン１０３の長手方向に力が加わり、同方向に滑り軸受１０５および遊星歯車１０７が移動する。すると、滑り軸受１０５および遊星歯車１０７は、スラスト受部３０９と接触し、スラスト受部３０９との間で摺動する。
上記の構成によれば、鋳物であるキャリア１０２と滑り軸受１０５、キャリア１０２と遊星歯車１０７とが直接接触することがない。そのため、キャリア１０２と滑り軸受１０５、キャリア１０２と遊星歯車１０７との間の焼き付きの発生や、接触により発生した摩耗粉に起因する故障の発生を防止することができる。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図９および図１０を参照して説明する。
本実施形態の風力発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、スリーブの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図９および図１０を用いてスリーブの構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図９は、本実施形態に係る風力発電設備の遊星歯車部の構成を説明する部分拡大図である。図１０は、図９の遊星ピンの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第４の実施形態について図９および図１０を参照して説明する。
本実施形態の風力発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、スリーブの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図９および図１０を用いてスリーブの構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図９は、本実施形態に係る風力発電設備の遊星歯車部の構成を説明する部分拡大図である。図１０は、図９の遊星ピンの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の風力発電設備（風力発電設備）４０１における増速機（風力発電設備用変速機）４０５には、図９および図１０に示すように、キャリア１０２と、遊星ピン１０３と、スリーブ４０４と、滑り軸受１０５と、潤滑油供給路１０６と、遊星歯車１０７などを主に設けられている。
スリーブ４０４には、更に、滑り軸受１０５との間に潤滑油を貯める貯留部４０６を形成する切欠き部４０４Ａが形成されている。
切欠き部４０４Ａは、スリーブ４０４の外周面に形成された平面からなる切欠きであって、スリーブ４０４の外周面に形成された潤滑油供給路１０６の開口から位相が約９０°離れた位置に形成されたものである。この位置に形成することにより、スリーブ４０４における負荷面および反負荷面の面積を減少させることなく、貯留部４０６を形成することができる。
切欠き部４０４Ａは、スリーブ４０４の外周面に形成された平面からなる切欠きであって、スリーブ４０４の外周面に形成された潤滑油供給路１０６の開口から位相が約９０°離れた位置に形成されたものである。この位置に形成することにより、スリーブ４０４における負荷面および反負荷面の面積を減少させることなく、貯留部４０６を形成することができる。
上記の構成からなる風力発電設備４０１における発電、および、遊星歯車１０７の潤滑については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
ここでは、本実施形態の特徴である貯留部４０６の働きについて説明する。
ここでは、本実施形態の特徴である貯留部４０６の働きについて説明する。
貯留部４０６には、潤滑油供給路１０６から供給された潤滑油の一部が蓄えられ、貯留部４０６に貯められた潤滑油は、スリーブ４０４と滑り軸受１０５との間に供給される。そのため、潤滑油供給路１０６から潤滑油を供給するだけの場合と比較して、スリーブ４０４と滑り軸受１０５との間に潤滑層を形成しやすく、滑り軸受１０５とスリーブ４０４との間における焼き付きや摩耗をより確実に抑制することができる。
１，２０１，３０１，４０１ 風力発電設備（風力発電設備）
５，２０５，３０５，４０５ 増速機（風力発電設備用変速機）
６ 発電機（発電部）
７ 回転翼
１０１ 入力軸
１０２ キャリア
１０３，２０３ 遊星ピン
１０４ スリーブ
１０５ 滑り軸受
１０６ 潤滑油供給路（流路）
１０７ 遊星歯車
１０８ 内歯
１０９ 太陽歯車
１１０ 出力軸
２０３Ａ 冷却部（穴部）
４０６ 貯留部
５，２０５，３０５，４０５ 増速機（風力発電設備用変速機）
６ 発電機（発電部）
７ 回転翼
１０１ 入力軸
１０２ キャリア
１０３，２０３ 遊星ピン
１０４ スリーブ
１０５ 滑り軸受
１０６ 潤滑油供給路（流路）
１０７ 遊星歯車
１０８ 内歯
１０９ 太陽歯車
１１０ 出力軸
２０３Ａ 冷却部（穴部）
４０６ 貯留部
Claims (7)
- 太陽歯車と、該太陽歯車と噛み合い前記太陽歯車のまわりを回転する遊星歯車と、該遊星歯車と噛み合う内歯と、を有する風力発電設備用変速機であって、
前記遊星歯車を前記太陽歯車まわりに回転させるキャリアと、
該キャリアに配置され、前記キャリアの回転を前記遊星歯車に伝達する遊星ピンと、
前記遊星ピンの円周面に配置される円筒状のスリーブと、
前記スリーブおよび前記遊星歯車の間に配置され、前記遊星ピンを中心として、前記遊星歯車を回転可能に支持する滑り軸受と、
が設けられていることを特徴とする風力発電設備用変速機。 - 前記キャリアは対向する２つの板部材からなり、
前記遊星ピンは前記板部材を貫通して配置され、
前記遊星歯車および前記スリーブは２つの前記板部材の間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電設備用変速機。 - 前記遊星ピンおよび前記スリーブには、前記滑り軸受と前記スリーブとの間に潤滑剤を供給する流路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電設備用変速機。
- 前記スリーブと前記滑り軸受との間には、前記潤滑剤が貯められる貯留部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の風力発電設備用変速機。
- 前記遊星ピンには、前記遊星ピンの端面から前記遊星ピンの内部に向かって延びる穴部が設けられてい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風力発電設備用変速機。
- 前記キャリアと、前記滑り軸受および前記遊星歯車の少なくとも一方と、の間にはスラスト受部が設けられてい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風力発電設備用変速機。
- 風を受けて主軸まわりに回転される回転翼と、
前記主軸の回転速度を増速または減速させる請求項１から請求項６のいずれかに記載の風力発電設備用変速機と、
該風力発電設備用変速機により回転駆動されて発電を行う発電部と、
が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
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