TW201546363A - 風力發電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目地在於提供維修性提昇的風力發電裝置。 其特徵為：具備：輪轂(10)，是搭載葉片(1)；旋轉軸(11)，連接於該輪轂(10)進行旋轉運動；增速機(12)；以及轉接接頭(13)，將前述旋轉軸和前述增速機加以連接且旋轉軸(11)及增速機(12)是以獨立個體形成，而且增速機側端的外徑比輪轂側端大。

Description

風力發電裝置

本發明是有關風力發電裝置，特別是關於將輪轂的旋轉運動傳遞於增速機的動力傳遞機構。

風力發電裝置作為可再生能源的支柱正在廣泛導入中。風力發電裝置是將支撐葉片的輪轂的旋轉動力傳遞於發電機，而使發電機轉子旋轉進行發電運轉。

以往的風力發電裝置，例如有專利文獻1所記載的裝置。在該專利文獻1中是在機艙內配置：輪轂，將葉片支撐而與葉片一齊進行旋轉；輪轂軸，配置於輪轂的內徑側並且連接於輪轂；齒輪箱，連接於輪轂軸；以及發電機，接收透過齒輪箱增速的旋轉動力。在輪轂軸的端部固定有聯接凸緣，該聯接凸緣是與增速機的輸入凸緣進行螺栓固定。

在風力發電裝置中，為了動力傳遞機構及其周邊的維修，所以進行將軸、增速機、及發電機的每個連接加以分開的作業。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

專利文獻1 美國專利第4757211號公報

在專利文獻1所記載的風力發電裝置，為了將增速機和輪轂軸完全分開，所以在將連接聯接凸緣和增速機的輸入凸緣的螺栓鬆開後，使增速機移動而將前述兩凸緣分開。

再者，維修終了後，為了將風力發電裝置恢復成可再次運轉狀態，所以讓增速機正確移動至可將聯接凸緣和增速機的輸入凸緣加以螺栓緊固的位置，而將螺栓旋緊進行固定。

增速機一般而言質量大，而有在上述移動上須要勞力和時間的課題。

因此，本發明之目地在於提供維修性提昇的風力發電裝置。

為了解決上述課題，本發明之風力發電裝置的特徵為：具備：輪轂，搭載接受風而進行旋轉的葉片；旋轉軸，連接於該輪轂進行旋轉運動；增速機；以及轉接接頭，將前述旋轉軸和前述增速機加以連接且前述旋轉軸 及前述增速機是以獨立個體形成，而且增速機側端的外徑比輪轂側端大。

藉由本發明可提供維修性提昇的風力發電裝置。

1‧‧‧葉片

2‧‧‧機艙

3‧‧‧塔架

10‧‧‧輪轂

11‧‧‧旋轉軸

11a‧‧‧擴徑部

12‧‧‧增速機

12a‧‧‧輸入軸

13‧‧‧轉接接頭

13a‧‧‧凸緣部

13b‧‧‧摩擦聯軸部

13c‧‧‧壓力手段

13d‧‧‧固定環

13e‧‧‧貫穿孔

13f‧‧‧推拔部

13g‧‧‧嵌合推拔部

13h、13i‧‧‧加油孔

13j‧‧‧油封

13k‧‧‧中間環

20‧‧‧發電機

21‧‧‧聯軸節

30‧‧‧固定軸

31a、31b‧‧‧軸承

32‧‧‧主機架

第1圖是表示風力發電裝置之外觀的整體圖。

第2圖是表示實施例1之風力發電裝置當中，輪轂、旋轉軸、轉接接頭、增速機及發電機的連接構造的圖。

第3圖是表示實施例1之風力發電裝置當中，藉由具備使用流體的壓力手段的轉接接頭將旋轉軸和增速機輸入軸連接的連接機構之詳細的圖。

第4圖是表示實施例1的變形例之風力發電裝置當中，藉由具備使用螺栓的壓力手段的轉接接頭將旋轉軸和增速機輸入軸連接的連接機構之詳細的圖。

以下，在實施上述之本發明上針對合適的實施方式使用圖式進行說明。下述始終僅為實施例，其主旨之用意並非限定於發明內容相關之特定態樣進行解釋。藉由下述實施例所示之風力發電裝置，由於可以容易將旋轉 軸和增速機分開，因而除了將維修作業縮短而提昇作業效率之外，還可將輪轂及固定軸製作得更小型、更輕型。

〔實施例1〕

針對實施例1使用第1圖至第3圖進行說明。如第1圖所示般，風力發電裝置是概略由接受風而進行旋轉的葉片1；支撐葉片1之荷重的機艙2；及支撐機艙2的塔架3構成。機艙2是相對於塔架3在概略水平面內可旋轉地支撐，且可以按照風向改變方向。

第2圖是對於將輪轂的旋轉運動傳遞於後段的增速機及發電機的動力傳遞機構進行說明的圖。在第1圖中相當於以虛線包圍的部位。如該圖所示般，本實施例之風力發電裝置具有：輪轂10，是搭載葉片1；旋轉軸11，連接於輪轂10並且將伴隨輪轂10的旋轉的旋轉動力加以傳遞；增速機12，連接於旋轉軸11而使後段的輸出軸的旋轉速度增加；轉接接頭13，將旋轉軸11和增速機12加以連接；發電機20，以在增速機12增速的旋轉速度進行旋轉且發電運轉；聯軸節21，將增速機12和發電機20加以連接；固定軸30，相對於旋轉軸11設有空隙地設置在旋轉軸11的外徑側；軸承31a及32a，位在固定軸30和輪轂10之間將輪轂10相對於固定軸30可旋轉地支撐；以及主機架32，是支撐固定軸30且連接於塔架3。

旋轉軸11是與增速機12側相反側的端部形成往徑向擴大的擴徑狀，且徑向長度比增速機側的外徑 大。擴徑部11a是在往輪轂10的內徑側突出的輪轂側凸緣以螺栓固定，旋轉軸11是與輪轂10一起進行旋轉。再者，旋轉軸11具有輪轂內部的電氣機器控制用的電線或配管用朝軸方向延伸的貫穿孔(未圖示)。

當葉片1接受風而輪轂10進行旋轉時，其旋轉轉矩是透過旋轉軸11、及轉接接頭13傳遞於增速機12。藉由增速機12使旋轉速度增加的旋轉動力是透過聯軸節21傳遞於發電機20，將發電機20的轉子驅動進行發電運轉。

固定軸30是固定於主機架32，與在內徑側設置空隙配置的轉矩傳遞用的旋轉軸11不同，不會與輪轂10一起進行旋轉。在輪轂10和固定軸30之間設置兩個滾子軸承31a、31b，相對於旋轉的輪轂10而言固定軸30是在靜止狀態支撐葉片1及輪轂10的重量。固定軸30之與增速機側相反側的端部，其直徑比固定軸30之增速機側的端部細。再者，轉接接頭的輪轂側的一部分是配置於固定軸30的內部。

第3圖是將藉由轉接接頭將旋轉軸和增速機輸入軸連接的連接機構進行說明的圖。如該圖所示般，轉接接頭13是在增速機側端具備凸緣部13a，在輪轂側端具備摩擦聯軸接頭，本實施例之摩擦聯軸接頭具有摩擦聯軸部13b，在摩擦聯軸部13b的外周具備與摩擦聯軸部13b相接的壓力手段13c及固定環13d。轉接接頭13是具有凸緣部13a的增速機側端的外徑比具有摩擦聯軸部13b 及壓力手段13c的輪轂側端的外徑大。

摩擦聯軸部13b是位在旋轉軸11的外徑側，具有內徑比旋轉軸11的外徑稍大且可將旋轉軸11***的貫穿孔13e。再者，摩擦聯軸接頭部13b具有沿旋轉軸11的延伸方向而變化外徑的推拔部13f。推拔部13f隨著離開增速機而直徑變細。位在摩擦聯軸接頭部13b的外徑側的概略環狀的壓力手段13c是具有在內周與推拔部13f嵌合的嵌合推拔部13g，還具有可從外部供給液壓油等的高壓之流體的加油孔13h和13i。再者，在壓力手段13c的兩端部附近，具有相接於壓力手段13c和摩擦聯軸部13b的油封13j。油封13j是將壓力手段13c和摩擦聯軸部13b之間的間隙加以密封，防止從壓力手段13c的兩端部流出前述流體。

接著，將第3圖所示之構造之轉接接頭13和旋轉軸11、及增速機的輸入軸12a的連接方法及連結機構加以說明。

凸緣部13a和增速機的輸入軸12a，是將彼此的旋轉軸延伸方向的端面合在一起，而且藉由例如螺栓加以緊固。

在摩擦聯軸接頭和旋轉軸11的連結中，首先將旋轉軸11***摩擦聯軸部13b的貫穿孔13e內。接著，藉由從外部將高壓之流體供給於壓力手段13c的位於輪轂側的加油孔13h，且在壓力手段13c和摩擦聯軸部13b所包圍的空間當中，將輪轂側的空間形成比增速機側 的空間高壓，使壓力手段13c往增速機移動。當壓力手段13c往增速機移動時，在摩擦聯軸部13b的外周的推拔部13f和壓力手段13c的內周的嵌合推拔部13g之間產生滑動，而產生將摩擦聯軸接頭部13b往內徑側推的力量。因而貫穿孔13e的直徑縮小，摩擦聯軸接頭部13b的內周面和旋轉軸11的外周面接觸。當將流體的壓力提高時，在摩擦聯軸接頭部13b的內周面和旋轉軸11的外周面之接觸界面上產生較高接觸壓力和較大靜止摩擦力，轉接接頭13和旋轉軸11進行連結。藉由在該狀態下將固定環13d旋緊來保持較大摩擦力，藉此限制成壓力手段13c對於摩擦聯軸部13b無法活動，而保持轉接接頭13和旋轉軸11的連結狀態。

藉由在軸方向上大範圍地確保摩擦聯軸接頭部13b的內周面和旋轉軸11的外周面的接觸界面，由於可以將接觸壓力產生的面積擴大且讓產生的靜止摩擦力增加，因而可以比將凸緣螺栓緊固的增速機側小的直徑來傳遞較大轉矩。

再者，在欲將摩擦聯軸接頭部13b和旋轉軸11的連結解除的情況下，藉由在將固定環13d鬆開後，將高壓的流體供給於壓力手段13c的位在增速機側的加油孔13i，使壓力手段13c往輪轂側移動，由於減低了壓力手段13c將摩擦聯軸接頭部13b往內徑側推的力量，因而前述接觸壓力及前述靜止摩擦力減少且解除連結。

藉由本實施例，由於具備轉接接頭，因而可 容易將轉接接頭和增速機的輸入軸之間或轉接接頭和旋轉軸之間，進行連結或解除連結，該轉接接頭是將旋轉軸和增速機連接，並且與旋轉軸及增速機是以獨立構件形成，而且增速機側端的外徑比輪轂側端大。具體而言，由於轉接接頭是將旋轉軸和增速機連接，且與旋轉軸及增速機是以獨立構件形成，因而即使不將沉重的增速機移動，只要在連結解除後將轉接接頭往旋轉軸延伸方向滑動的話，即可將空間設在旋轉軸和增速機之間而將兩者完全分開。因而，削減了維修所須之勞力和作業時間，作業效率提昇。

再者，即使在維修後的復原作業中，旋轉軸和增速機的對位容易，作業效率提昇。再者，即使在因某些原因於旋轉軸的延伸方向上產生對位誤差的情況下，由於可以不將增速機移動，而改變轉接接頭的連結位置做調整，因而連接作業的效率提昇。

再者，藉由摩擦聯軸構造，由於轉接接頭的輪轂側端部可以構成外徑比將該部位作為凸緣的情況小，因而將轉接接頭的一部分配置於固定軸的增速機側內部，將旋轉軸的長度縮短，並且即使形成如此構造亦可以將固定軸的內徑縮小為凸緣部的外徑以下。而且，藉著將與固定軸的增速機側相反側的端部形成直徑比固定軸之增速機側的端部細，由於將固定軸本身小型且輕量化，並且固定軸的遠離主機架側變輕，作用於固定主軸和主機架兩者之接合部的力矩力減少，因而可以將支撐構造小型化。

(變形例1)

接著，針對實施例1的變形例使用第4圖進行說明。此外，有關與實施例1重複的構造及效果，將在此之說明省略。在實施例1中，在轉接接頭13為了藉由壓力手段13c將摩擦聯軸部13b往內徑方向推而使用高壓的流體，但在變形例1則是使用螺栓來替代的部分與實施例1不同。

具體而言，其構造為在摩擦聯軸部13b的外徑側具備概略環形狀的壓力手段13c和中間環13k，壓力手段13c的內周的推拔部與中間環13k的外周的推拔部嵌合，並且將壓力手段13c和中間環13k在旋轉軸的延伸方向以螺栓旋緊。

當將壓力手段13c和中間環13k以螺栓旋緊時，產生壓力手段13c將中間環13k和摩擦聯軸部13b往內徑側推的力量，因而貫穿孔13e的內徑縮小，摩擦聯軸接頭部13b的內周面和旋轉軸11的外周面在接觸界面上產生接觸壓力和靜止摩擦力，而轉接接頭13和旋轉軸11進行連結。

在變形例1中，具有即使不準備用來將高壓的流體供給於壓力手段的壓力源亦可將轉接接頭和旋轉軸連結的優點。

此外，雖然在本實施例以使用固定軸在固定軸和輪轂之間配置軸承的構造為例進行說明，但除此之外亦可形成例如不設置前述固定軸地連接輪轂和旋轉軸，且 旋轉軸藉由配置於外周的軸承進行支撐的構造。

再者，雖然在本實施例是針對增速機和發電機為獨立個體的風力發電裝置進行說明，但即使是將旋轉軸和增速機一體型的發電機透過轉接接頭加以連接的構造上，亦可順利應用自然是不在話下。

再者，雖然在本實施例是以與旋轉軸增速機12側相反側的輪轂側的端部往徑向擴大的擴徑狀之構造為例進行說明，但擴徑部的構造除了如第2圖所示般從旋轉軸的增速機側的擴展形狀開始位置隨著往輪轂側將外徑擴大的構造之外，即使是將軸和凸緣加以接合的構造亦可順利應用自然是不在話下。

1‧‧‧葉片

3‧‧‧塔架

10‧‧‧輪轂

11‧‧‧旋轉軸

11a‧‧‧擴徑部

12‧‧‧增速機

12a‧‧‧輸入軸

13‧‧‧轉接接頭

20‧‧‧發電機

21‧‧‧聯軸節

30‧‧‧固定軸

31a、31b‧‧‧軸承

32‧‧‧主機架

Claims (8)

1. 一種風力發電裝置，其特徵為：具備：輪轂，搭載接受風而進行旋轉的葉片；旋轉軸，連接於該輪轂進行旋轉運動；增速機；以及轉接接頭，將前述旋轉軸和前述增速機加以連接且前述旋轉軸及前述增速機是以獨立個體形成，而且增速機側端的外徑比輪轂側端大。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的風力發電裝置，其中前述轉接接頭的前述輪轂側端是進行摩擦聯結。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的風力發電裝置，其中前述轉接接頭的前述輪轂側端由摩擦聯軸接頭所構成，前述摩擦聯軸接頭是配置在前述旋轉軸的外徑側。
4. 如申請專利範圍第3項所記載的風力發電裝置，其中在前述摩擦聯軸接頭的外徑側進一步具備將該摩擦聯軸接頭往內徑側推的壓力手段。
5. 如申請專利範圍第4項所記載的風力發電裝置，其中前述摩擦聯軸接頭是沿前述旋轉軸形成推拔狀，前述壓力手段具有與前述摩擦聯軸接頭的推拔狀進行 嵌合的推拔狀。
6. 如申請專利範圍第1、2、3、4、或5項所記載的風力發電裝置，其中前述旋轉軸是與前述增速機側相反側的端部形成往徑向擴大的擴徑狀。
7. 如申請專利範圍第6項所記載的風力發電裝置，其中進一步具備：配置在前述旋轉軸的外徑側的固定軸，和配置於前述輪轂及前述固定軸之間的軸承。
8. 如申請專利範圍第7項所記載的風力發電裝置，其中前述固定軸之與前述增速機側相反側的端部，直徑比前述固定軸之前述增速機側的端部細。