WO2012029116A1 - 遊星歯車機構、及び風力発電装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a planetary gear mechanism and a wind power generator using the planetary gear mechanism, and more particularly to a structure of a thrust bearing for a planetary gear.
- the planetary gear mechanism is one of the mechanisms widely used as a speed increaser and a speed reducer.
- the planetary gear mechanism has an advantage that a large reduction ratio can be obtained with a small number of stages and a large torque can be transmitted. Such an advantage is preferable in the wind turbine generator, and the planetary gear mechanism is widely adopted as a speed increaser for the wind turbine generator.
- the inventor is examining the use of a plain bearing as a bearing provided on the inner periphery of the planetary gear as a technique for achieving a long life and miniaturization of the planetary gear bearing. Since the plain bearing receives a load with the fluid oil film pressure, it can withstand a large load. If a plain bearing that can withstand a large load is applied, a maintenance-free planetary gear mechanism may be realized.
- the thrust bearing is typically configured by attaching an annular plain bearing material to a surface of the carrier facing the planetary gear.
- An annular plain bearing material constituting the thrust bearing is called a “thrust collar” or “thrust washer”, but in this specification, it is called a “thrust collar”.
- the thrust collar is made of steel (S45C, SS400, etc.), for example.
- a structure of a thrust bearing provided with a thrust collar is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 61-133146 (Patent Document 1).
- Patent Document 2 discloses a structure in which an annular axial plate is provided in a housing to restrict the position of the planetary gear in the axial direction.
- One of the considerations in the structure of a planetary gear thrust bearing is a structure for fixing a thrust collar.
- An improper fixing structure is not preferable because it may cause a decrease in the performance of the thrust bearing or cause damage to the sliding surface.
- the structure in which the bolt is inserted from the sliding surface to fix the thrust collar has a hole in the sliding surface, and this hole reduces the area of the sliding surface and reduces the performance of the thrust bearing. This may cause damage to the sliding surface.
- the structure for fixing the thrust collar is complicated. Japanese Utility Model Publication No.
- 61-133146 discloses a structure in which an opening in a direction parallel to the sliding surface is formed in a carrier, and a locking claw provided in a thrust collar is inserted into the opening. Such a structure is not preferable because the structure for fixing the thrust collar is complicated.
- an object of the present invention is to provide a thrust collar mounting structure that can reduce the performance of the thrust bearing and prevent the occurrence of damage to the sliding surface with a simple structure for the planetary gear bearing of the planetary gear mechanism. is there.
- a planetary gear mechanism includes a carrier, a planetary gear, a planetary pin that is inserted into an insertion hole provided in the planetary gear and coupled to the carrier to rotatably support the planetary gear,
- a thrust collar attached to surround the planetary pin and a pin for coupling the thrust collar to the carrier are provided on a surface of the carrier facing the planetary gear.
- the thrust collar has a first surface facing the carrier and a second surface facing the planetary gear, and has a first pin hole provided in the first surface so as not to reach the second surface.
- the carrier has a second pin hole on the surface facing the planetary gear. The thrust collar is attached to the carrier by inserting pins into the first pin hole of the thrust collar and the second pin hole of the carrier.
- the length of the portion protruding from the carrier of the pin is adjustable.
- the second pin hole is formed to penetrate the carrier, and at least a part thereof is formed with an internal thread, and at least a part of the pin is formed with an external thread.
- the pin and the carrier are coupled by a female screw and a male screw.
- the planetary gear mechanism further includes a drop-off preventing mechanism for preventing the pin from dropping off from the carrier.
- the drop-off prevention mechanism includes a protruding structure inserted into a groove provided in the second pin hole, and the protruding structure includes an inlet of the second pin hole and an end of the pin. So as to protrude from the second pin hole. The protruding structure effectively prevents the pin from falling off.
- the planetary gear mechanism further includes a loosening prevention mechanism that prevents the pin from loosening.
- the loosening prevention mechanism includes an elastic body sandwiched between the male screw and the female screw.
- the male screw may be formed as a spring screw.
- the length of the portion of the pin protruding from the carrier is adjusted to be larger than the maximum clearance between the planetary gear and the thrust collar.
- a wind turbine generator including a wind turbine generator including a rotor head and a wind turbine blade coupled to the rotor head, a speed increaser, and a generator coupled to an output shaft of the speed increaser.
- the speed increaser includes a planetary gear mechanism.
- the planetary gear mechanism includes a carrier coupled to the rotor head, a planetary gear, a planetary pin inserted into an insertion hole provided in the planetary gear and coupled to the carrier to rotatably support the planetary gear, and the planet of the carrier
- a thrust collar attached to surround the planetary pin and a pin for coupling the thrust collar to the carrier are provided on the surface facing the gear.
- the thrust collar has a first surface facing the carrier and a second surface facing the planetary gear, and has a first pin hole provided in the first surface so as not to reach the second surface.
- the carrier has a second pin hole on the surface facing the planetary gear. The thrust collar is attached to the carrier by inserting pins into the first pin hole of the thrust collar and the second pin hole of the carrier.
- FIG. 1 is an external view showing a configuration of a wind power generator to which a planetary gear mechanism according to an embodiment of the present invention is applied.
- the wind power generator 1 is attached to the rotor head 4, the column 2 standing on the foundation 6, the nacelle 3 installed at the upper end of the column 2, the rotor head 4 rotatably attached to the nacelle 3, and
- the wind turbine blade 5 is provided.
- the rotor head 4 and the wind turbine blade 5 constitute a wind turbine rotor.
- a speed increaser 11 and a generator 12 are provided inside the nacelle 3.
- the input shaft of the gearbox 11 is joined to the main shaft (not shown) of the rotor head 4, and the output shaft of the gearbox 11 is joined to the rotor of the generator 12.
- the rotation is increased by the speed increaser 11 and transmitted to the rotor of the generator 12 to drive the generator 12. Thereby, electric power is obtained from the generator 12.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the gear box 11.
- the speed increaser 11 includes a planetary gear mechanism 13, a parallel shaft gear speed increasing mechanism 14, and a housing 15 for housing them.
- the planetary gear mechanism 13 includes a sun gear 21, a plurality of planetary gears 22 (only one shown), an internal gear 23, a plurality of planetary pins 24 (only one shown), a carrier 25, and a planetary output shaft 26. It has.
- the planetary gear 22 is located between the sun gear 21 and the internal gear 23 and is supported on the carrier 25 by a planetary pin 24 inserted into the planetary gear 22.
- a slide bearing is provided on the inner peripheral surface of the insertion hole provided in the planetary gear 22, and the planetary gear 22 is rotatable with respect to the planetary pin 24.
- the carrier 25 is rotatably supported by a bearing 27 provided in the housing 15, and is used as an input shaft of the planetary gear mechanism 13, that is, an input shaft of the speed increaser 11.
- the planetary output shaft 26 is coupled to the sun gear 21 and used as the output shaft of the planetary gear mechanism 13.
- a thrust collar 28 is attached to the surface of the carrier 25 facing the planetary gear 22 so as to surround the planetary pin 24, and the planetary pin 24 is passed through the thrust collar 28.
- Two thrust collars 28 are attached so as to sandwich the planetary gear 22.
- One of the features of the planetary gear mechanism 13 of this embodiment is the structure in which the thrust collar 28 is attached to the carrier 25. A structure for attaching the thrust collar 28 to the carrier 25 will be described later.
- the parallel shaft gear speed increasing mechanism 14 includes a first rotating shaft 31 that is joined to the planetary output shaft 26, a first inclined gear 32 that is joined to the first rotating shaft 31, a second inclined gear 33, The second rotating shaft 34 joined to the second inclined gear 33, the third inclined gear 35 joined to the second rotating shaft 34, the fourth inclined gear 36, and the fourth inclined gear 36.
- the first rotary shaft 31, the second rotary shaft 34, and the output shaft 37 are rotatably supported by bearings 38, 39, and 40 provided in the housing 15, respectively. Further, the first inclined gear 32 and the second inclined gear 33 mesh with each other, and the third inclined gear 35 and the fourth inclined gear 36 mesh with each other.
- the parallel shaft gear speed increasing mechanism 14 having such a structure, when the planetary output shaft 26 is rotated, the rotation is caused by the rotation of the first inclined gear 32, the second inclined gear 33, the third inclined gear 35, and the second inclined gear 35.
- the output shaft 37 transmitted to the fourth inclined gear 36 and connected to the fourth inclined gear 36 is increased in speed and rotated. That is, in the speed increaser 11 as a whole, when the carrier 25 rotates, the rotation is increased by the planetary gear mechanism 13 and the parallel shaft gear speed increasing mechanism 14 and output from the output shaft 37.
- the thrust collar 28 has a ring-like structure.
- the surface of the thrust collar 28 that faces the carrier 25 is referred to as a carrier-side surface 28a
- the surface that faces the planetary gear 22 is referred to as the planetary gear-side surface 28b. It describes.
- the planetary gear side surface 28 b is a sliding surface that slides with the planetary gear 22.
- the carrier side surface 28a of the thrust collar 28 is provided with a pin hole 28c.
- the pin hole 28c does not reach the planetary gear side surface 28b.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure for rotatably supporting the planetary gear 22, particularly a structure for attaching the thrust collar 28.
- a sliding bearing member 22 a is attached to the inner peripheral surface of the insertion hole of the planetary gear 22.
- the planetary gear 22 is rotatably held with respect to the planetary pin 24 by the plain bearing material 22a.
- the carrier 25 is provided with a pin hole 25a.
- the pin 29 is embedded in the pin hole 25a of the carrier 25 and the pin hole 28a of the thrust collar 28 to hold the thrust collar 28. Yes.
- the pin 29 functions as a rotation stopper that prevents the thrust collar 28 from rotating when the planetary gear 22 rotates.
- both the pin hole 25a of the carrier 25 and the pin hole 28a of the thrust collar 28 can be formed by a simple process, and the pin 29 can be easily mounted. It can be carried out.
- the structure in which the pin hole 28c provided in the thrust collar 28 does not reach the planetary gear side surface 28b can prevent the performance of the thrust bearing from being deteriorated and the sliding surface from being damaged.
- the pin hole 28c reaches the planetary gear side surface 28b, the area of the sliding surface (planetary gear side surface 28b) becomes small, and the performance of the thrust bearing may be lowered.
- the pin hole 28c reaches the planetary gear side surface 28b, if the pin hole 28c is improperly formed, the sliding surface on the planetary gear 22 side may be damaged.
- the pin hole 28c since the pin hole 28c does not reach the planetary gear side surface 28b, such a problem does not occur.
- the length of the portion of the pin 29 protruding from the carrier 25 is made larger than the maximum value of the gap between the planetary gear 22 and the thrust collar 28. It is preferable to adjust to.
- the planetary gear 22 is allowed to move to some extent in the axial direction of the planetary pin 24, and therefore the gap between the planetary gear 22 and the thrust collar 28 increases or decreases. At this time, if the length of the portion of the pin 29 protruding from the carrier 25 is larger than the maximum value of the gap between the planetary gear 22 and the thrust collar 28, the thrust collar 28 is reliably prevented from falling off and rotating. This is preferable.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a structure for making it possible to adjust the length of the portion of the pin 29 protruding from the carrier 25.
- a pin hole 41 a is formed in the carrier 41 so as to penetrate the surface facing the thrust collar 28.
- a female screw 41b is formed in a part of the pin hole 41a.
- the female screw 41b is provided near the entrance of the pin hole 41a.
- a threaded pin 42 is inserted into the pin hole 41a.
- a male screw 42 a is formed on the head of the threaded pin 42.
- the threaded pin 42 and the carrier 41 are coupled by the engagement of the male thread 42 a of the threaded pin 42 and the female thread 41 b of the carrier 41. Further, the tip end of the threaded pin 42 is inserted into the pin hole 28c of the thrust collar 28, whereby the thrust collar 28 is held.
- the threaded pin 42 functions as a rotation stopper that prevents the thrust collar 28 from rotating when the planetary gear 22 rotates.
- the length of the portion of the threaded pin 42 protruding from the carrier 41 can be easily adjusted by rotating the threaded pin 42.
- the screwed pin 42 is loosened or dropped off. Therefore, it is preferable that the planetary gear mechanism 13 is provided with a loosening prevention mechanism for preventing the threaded pin 42 from loosening or a dropping prevention mechanism for preventing the falling off.
- a snap ring 44 is provided that prevents the threaded pin 42 from falling off.
- the snap ring 44 is inserted into a groove 41 c provided near the entrance of the pin hole 41 a of the carrier 41.
- the snap ring 44 is formed of an elastically deformable material (for example, spring steel or spring stainless steel), and has a ring-like structure with a part cut away as shown in FIG. 8B. .
- the structure of the snap ring 44 can be variously changed and is not limited to that shown in FIG. 8B.
- the snap ring 44 is attached in the following procedure. After inserting the threaded pin 42, the snap ring 44 is inserted to a position corresponding to the groove 41c of the pin hole 41a with the outer diameter thereof being reduced. Subsequently, the outer diameter of the snap ring 44 is expanded by the elasticity of the snap ring 44 itself, whereby the snap ring 44 is attached to the groove 41c. The snap ring 44 protrudes radially inward from the pin hole 41a when attached to the groove 41c. The snap ring 44 is attached between the head of the threaded pin 42 and the inlet of the threaded hole 41a, and prevents the threaded pin 42 from falling off the carrier 41 when the threaded pin 42 is loosened.
- an elastic body is sandwiched between the male screw 42a of the threaded pin 42 and the female screw 41b of the carrier 41 as shown in FIG.
- the elastic body is filled between the male screw 42a and the female screw 41b.
- the elastic sleeve 43 is sandwiched between the male screw 42a and the female screw 41b.
- the elastic sleeve 43 is made of rubber, for example.
- the elastic sleeve 43 may be formed by winding a resin tape, for example, a sealing tape generally used for piping sealing, around the male thread 42a of the threaded pin 42.
- a spring screw is used as the male screw 42a of the threaded pin 42.
- a spiral groove is provided in the vicinity of the top of the screw thread, so that the screw thread can be elastically deformed.
- the present invention can be modified variously obvious to those skilled in the art.
- the thrust collar 28 is held by two pins 29, but the number of pins 29 can be changed as appropriate.
- the number of pin holes 25 a of the carrier 25 and the number of pin holes 28 c of the thrust collar 28 are increased or decreased according to the number of pins 29.
- the planetary gear mechanism of the present invention is another power machine in which a large load is applied to the planetary gear. It can be suitably applied to.
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Abstract
遊星歯車機構が、キャリアと、遊星歯車と、遊星歯車に設けられた挿入孔に挿入されると共にキャリアに結合されて遊星歯車を回転可能に支持する遊星ピンと、キャリアの遊星歯車に対向する面に、遊星ピンを取り囲むように取り付けられたスラストカラーと、スラストカラーをキャリアに結合するピンとを具備する。スラストカラーは、キャリアに対向する第1面と、遊星歯車に対向する第2面とを有すると共に、第2面に到達しないように第1面に設けられた第1ピン穴を有する。キャリアは、遊星歯車に対向する面に第2ピン穴を有する。スラストカラーは、ピンがスラストカラーの第1ピン穴とキャリアの第2ピン穴とに挿入されることによってキャリアに取り付けられている。
Description
本発明は、遊星歯車機構及びそれを用いた風力発電装置に関し、特に、遊星歯車のスラスト軸受の構造に関する。
遊星歯車機構は、増速機・減速機として広く用いられる機構の一つである。遊星歯車機構は、少ない段数で大きな減速比が得られ、また、大きなトルクが伝達できるという利点がある。このような利点は、風力発電装置において好ましく、遊星歯車機構は、風力発電装置の増速機として広く採用されている。
遊星歯車機構を風力発電装置に適用する場合における一つの問題は、遊星歯車の軸受の寿命である。遊星歯車機構を風力発電装置の増速機として使用した場合、遊星歯車の軸受に大きな荷重がかかる。遊星歯車機構の遊星歯車の軸受としては、現在、転がり軸受が使用されることが多いが、転がり軸受に大きな荷重がかかると、寿命の低下を招く。特に、近年に開発されているような大出力の風力発電装置では、荷重の増大は重大な問題である。
発明者は、遊星歯車の軸受の長寿命化と小型化を達成するための手法として、遊星歯車の内周に設けられる軸受としてすべり軸受を用いることを検討している。すべり軸受は、流体油膜圧力で荷重を受けるため、大きな荷重に耐えられる。大きな荷重に耐えられるすべり軸受を適用すれば、メンテナンスフリーの遊星歯車機構を実現できる可能性もある。
遊星軸受にすべり軸受を適用した場合、遊星歯車の軸方向位置を一定に保持するためにスラスト軸受も採用する必要がある。スラスト軸受は、典型的には、キャリアの遊星歯車と対向する面に環状のすべり軸受材を取り付けることによって構成される。スラスト軸受を構成する環状のすべり軸受材は、「スラストカラー」や「スラストワッシャー」と呼ばれるが、本明細書では、「スラストカラー」と呼ぶことにする。スラストカラーは、例えば、鋼鉄(S45C、SS400等)で構成される。スラストカラーを備えたスラスト軸受の構造は、例えば、実開昭61-133146号公報(特許文献1)に開示されている。また、特開2002-242999号公報(特許文献2)は、ハウジングに環状のアキシャルプレートを設けて遊星歯車の軸方向の位置規制を行う構造を開示している。
遊星歯車のスラスト軸受の構造における検討事項の一つは、スラストカラーを固定する構造である。不適切な固定構造は、スラスト軸受の性能を低下させたり、摺動面へ傷を与えたりする要因となるため好ましくない。例えば、摺動面からボルトを挿入してスラストカラーを固定する構造は、摺動面に穴があくことになり、この穴は摺動面の面積を減らしてスラスト軸受の性能を低下させる上、摺動面へ傷を与えたりする要因となり得る。また、生産性や生産コストを考慮すると、スラストカラーを固定する構造が複雑であることも好ましくない。実開昭61-133146号公報には、キャリアに摺動面に平行な方向の開口を形成し、その開口にスラストカラーに設けられた係止爪を挿入する構造が開示されているが、このような構造ではスラストカラーを固定する構造が複雑であり、好ましくない。
したがって、本発明の目的は、遊星歯車機構の遊星歯車の軸受に関して、簡便な構造で、スラスト軸受の性能の低下や摺動面の損傷の発生を回避できるスラストカラーの取り付け構造を提供することにある。
本発明の一の観点においては、遊星歯車機構が、キャリアと、遊星歯車と、遊星歯車に設けられた挿入孔に挿入されると共にキャリアに結合されて遊星歯車を回転可能に支持する遊星ピンと、キャリアの遊星歯車に対向する面に、遊星ピンを取り囲むように取り付けられたスラストカラーと、スラストカラーをキャリアに結合するピンとを具備する。スラストカラーは、キャリアに対向する第1面と、遊星歯車に対向する第2面とを有すると共に、第2面に到達しないように第1面に設けられた第1ピン穴を有する。キャリアは、遊星歯車に対向する面に第2ピン穴を有する。スラストカラーは、ピンがスラストカラーの第1ピン穴とキャリアの第2ピン穴とに挿入されることによってキャリアに取り付けられている。
ピンのキャリアから突出している部分の長さは調節可能であることが好ましい。一実施形態では、第2ピン穴がキャリアを貫通するように形成されると共に、その少なくとも一部には、雌ネジが形成され、ピンの少なくとも一部には、雄ネジが形成される。ピンとキャリアは、雌ネジと雄ネジによって結合される。
この場合、当該遊星歯車機構が、更に、ピンのキャリアからの脱落を防ぐ脱落防止機構を備えることが好ましい。一実施形態では、脱落防止機構は、第2ピン穴に設けられた溝に挿入される突出構造体を備えており、当該突出構造体が、前記第2ピン穴の入口と前記ピンの端との間において前記第2ピン穴から突出するように取り付けられる。突出構造体は、ピンの脱落を有効に防止する。
当該遊星歯車機構が、更に、ピンの緩みを防ぐ緩み防止機構を備えることも好ましい。一実施形態では、緩み防止機構は、前記雄ネジと前記雌ネジとの間に挟まれた弾性体を備える。その代わりに、前記雄ネジが、スプリングネジとして形成されてもよい。
ピンのうちキャリアから突出している部分の長さは、遊星歯車とスラストカラーの間のクリアランスの最大値よりも大きくなるように調節されていることが好ましい。
本発明の他の観点においては、風力発電装置がロータヘッドとロータヘッドに結合された風車翼とを含む風車ロータと、増速機と、増速機の出力軸に連結された発電機とを具備する。増速機は、遊星歯車機構を含んでいる。遊星歯車機構は、ロータヘッドに連結されたキャリアと、遊星歯車と、遊星歯車に設けられた挿入孔に挿入されると共にキャリアに結合されて遊星歯車を回転可能に支持する遊星ピンと、キャリアの遊星歯車に対向する面に、遊星ピンを取り囲むように取り付けられたスラストカラーと、スラストカラーをキャリアに結合するピンとを備えている。スラストカラーは、キャリアに対向する第1面と、遊星歯車に対向する第2面とを有すると共に、第2面に到達しないように第1面に設けられた第1ピン穴を有する。キャリアは、遊星歯車に対向する面に第2ピン穴を有する。スラストカラーは、ピンがスラストカラーの第1ピン穴とキャリアの第2ピン穴とに挿入されることによってキャリアに取り付けられている。
図1は、本発明の一実施形態の遊星歯車機構が適用されている風力発電装置の構成を示す外観図である。風力発電装置1は、基礎6に立接される支柱2と、支柱2の上端に設置されるナセル3と、ナセル3に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド4と、ロータヘッド4に取り付けられる風車翼5とを備えている。ロータヘッド4と風車翼5とにより、風車ロータが構成されている。
図2に図示されているように、ナセル3の内部には、増速機11と、発電機12とが設けられている。増速機11の入力軸はロータヘッド4の主軸(図示されない)に接合されており、増速機11の出力軸は、発電機12のロータに接合されている。風力によってロータヘッド4が回転すると、その回転が増速機11によって増速されて発電機12のロータに伝達され、発電機12が駆動される。これにより、発電機12から電力が得られる。
図3は、増速機11の構成を示す断面図である。増速機11は、遊星歯車機構13と、平行軸歯車増速機構14と、それらを収納するハウジング15とを備えている。遊星歯車機構13は、太陽歯車21と、複数の遊星歯車22(1つのみ図示)と、内歯車23と、複数の遊星ピン24(1つのみ図示)と、キャリア25と、遊星出力軸26を備えている。遊星歯車22は、太陽歯車21と内歯車23の間に位置しており、遊星歯車22に挿入された遊星ピン24によってキャリア25に支持されている。後述のように、遊星歯車22に設けられた挿入穴の内周面にはすべり軸受が設けられており、遊星歯車22は、遊星ピン24に対して回転可能である。キャリア25は、ハウジング15に設けられた軸受27によって回転可能に支持されており、遊星歯車機構13の入力軸、即ち、増速機11の入力軸として用いられる。一方、遊星出力軸26は、太陽歯車21に結合され、遊星歯車機構13の出力軸として使用される。キャリア25が回転されると、その回転が、遊星歯車22を介して太陽歯車21に伝えられ、太陽歯車21に接続された遊星出力軸26が増速されて回転する。
キャリア25の遊星歯車22に対向する面には、遊星ピン24を取り囲むようにスラストカラー28が取り付けられており、遊星ピン24は、スラストカラー28に通されている。2枚のスラストカラー28が、遊星歯車22を挟み込むように取り付けられている。本実施形態の遊星歯車機構13の特徴の一つは、スラストカラー28をキャリア25に取り付ける構造にある。スラストカラー28をキャリア25に取り付ける構造については、後述する。
平行軸歯車増速機構14は、遊星出力軸26に接合される第1回転軸31と、第1回転軸31に接合される第1斜歯歯車32と、第2斜歯歯車33と、第2斜歯歯車33に接合される第2回転軸34と、第2回転軸34に接合される第3斜歯歯車35と、第4斜歯歯車36と、第4斜歯歯車36に接合される出力軸37とを備えている。第1回転軸31、第2回転軸34、及び出力軸37は、それぞれ、ハウジング15に設けられた軸受38、39、40によって回転可能に支持されている。更に、第1斜歯歯車32と第2斜歯歯車33とは噛合しており、第3斜歯歯車35と第4斜歯歯車36とは噛合している。このような構造の平行軸歯車増速機構14では、遊星出力軸26が回転されると、その回転が、第1斜歯歯車32、第2斜歯歯車33、第3斜歯歯車35及び第4斜歯歯車36に伝えられ、第4斜歯歯車36に接続された出力軸37が増速されて回転する。即ち、増速機11全体では、キャリア25が回転すると、その回転が遊星歯車機構13と平行軸歯車増速機構14によって増速されて出力軸37から出力されることになる。
図4~図6は、一実施形態におけるスラストカラー28の構造及びスラストカラー28をキャリア25に取り付ける構造を図示している。図4を参照して、スラストカラー28は、リング状の構造を有している。ここで、図5に図示されているように、以下の説明では、スラストカラー28のキャリア25と対向する面をキャリア側表面28aと記載し、遊星歯車22と対向する面を遊星歯車側表面28bと記載する。遊星歯車側表面28bは、遊星歯車22と摺動する摺動面である。
図5に図示されているように、スラストカラー28のキャリア側表面28aには、ピン穴28cが設けられている。ここで、ピン穴28cが、遊星歯車側表面28bに到達していないことに留意されたい。
図6は、遊星歯車22を回転可能に支持する構造、特に、スラストカラー28を取り付ける構造を図示する断面図である。遊星歯車22の挿入孔の内周面には、すべり軸受材22aが取り付けられている。すべり軸受材22aにより、遊星歯車22は、遊星ピン24に対して回転可能に保持されている。
キャリア25には、ピン穴25aが設けられており、本実施形態では、ピン29が、キャリア25のピン穴25aとスラストカラー28のピン穴28aとに埋め込まれることによってスラストカラー28が保持されている。ピン29は、遊星歯車22が回転したときにスラストカラー28の回転を防ぐ回転止めとして機能する。
このような構造では、簡便な構造でスラストカラー28を固定できる一方で、スラスト軸受の性能の低下や摺動面の損傷の発生を回避できる。本実施形態におけるスラストカラー28の取り付け構造では、キャリア25のピン穴25a、スラストカラー28のピン穴28aは、いずれも簡便な工程で形成することができるし、また、ピン29の取り付けも容易に行うことができる。その一方で、スラストカラー28に設けられているピン穴28cが遊星歯車側表面28bに到達していない構造により、スラスト軸受の性能の低下や摺動面の損傷の発生を回避できる。ピン穴28cが遊星歯車側表面28bに到達していると、摺動面(遊星歯車側表面28b)の面積が小さくなってスラスト軸受の性能の低下が生じ得る。加えて、ピン穴28cが遊星歯車側表面28bに到達している構造では、ピン穴28cの形成が不適切であると、遊星歯車22の側の摺動面に損傷が生じ得る。しかしながら、本実施形態では、ピン穴28cが遊星歯車側表面28bに到達していないから、このような不具合は生じない。
ここで、スラストカラー28の脱落・回転を防ぐためには、ピン29のうちキャリア25から突出している部分の長さが、遊星歯車22とスラストカラー28の間の隙間の最大値よりも大きくなるように調節されることが好ましい。遊星歯車22は、遊星ピン24の軸方向にある程度は動くことを許容され、したがって、遊星歯車22とスラストカラー28の間の隙間は増減する。このとき、ピン29のうちキャリア25から突出している部分の長さが、遊星歯車22とスラストカラー28の間の隙間の最大値よりも大きければ、スラストカラー28の脱落・回転を確実に防ぐことができ、好ましい。
遊星歯車22とスラストカラー28の間の隙間の調節を容易にするためには、ピン29のうちキャリア25から突出している部分の長さが調節可能であることが好ましい。図7は、ピン29のうちキャリア25から突出している部分の長さを調節可能にするための構造の例を示す断面図である。図7の構造においては、キャリア41にスラストカラー28に対向する面に貫通するピン穴41aが形成されている。ピン穴41aの一部分には、雌ネジ41bが形成されている。図7の構造では、雌ネジ41bは、ピン穴41aの入り口付近に設けられている。ピン穴41aには、ネジ付ピン42が挿入されている。ネジ付ピン42の頭部に雄ネジ42aが形成されている。ネジ付ピン42の雄ネジ42aとキャリア41の雌ネジ41bとが噛合することによってネジ付ピン42とキャリア41とが結合されている。更に、ネジ付ピン42の先端がスラストカラー28のピン穴28cに挿入されていることによって、スラストカラー28が保持されている。
図7の構造では、ネジ付ピン42は、遊星歯車22が回転したときにスラストカラー28の回転を防ぐ回転止めとして機能する。加えて、図7の構造では、ネジ付ピン42を回転させることによってネジ付ピン42のうちキャリア41から突出している部分の長さを容易に調節することができる。
図7の構造において、ネジ付ピン42が緩んだり脱落したりすることは、好ましくない。したがって、遊星歯車機構13には、ネジ付ピン42の緩みを防止するための緩み防止機構又は脱落を防止するための脱落防止機構が設けられていることが好ましい。一実施形態では、図8Aに図示されているように、ネジ付ピン42の脱落を防止するスナップリング44が設けられる。スナップリング44は、キャリア41のピン穴41aの入口の近傍に設けられた溝41cに挿入されている。スナップリング44は弾性変形可能な材料(例えば、バネ用鋼やバネ用ステンレス鋼)によって形成されており、図8Bに図示されているように、一部が欠けたリング状の構造をしている。なお、スナップリング44の構造は、様々に変更可能であり、図8Bに図示されているものに限定されない。
図8Aに戻り、スナップリング44は、下記の手順で取り付けられる。ネジ付ピン42を挿入した後、スナップリング44は、その外径を縮めた状態でピン穴41aの溝41cに対応する位置まで挿入される。続いて、スナップリング44自身の弾性で外径が広げられ、これにより、スナップリング44が溝41cに取り付けられる。スナップリング44は、溝41cに取り付けられた状態ではピン穴41aから半径方向内側に突出している。スナップリング44は、ネジ付ピン42の頭部とネジ穴41aの入口の間に取り付けられ、ネジ付ピン42が緩んだ場合にネジ付ピン42のキャリア41からの脱落を防止する。
他の実施形態では、図9に図示されているように、ネジ付ピン42の雄ネジ42aとキャリア41の雌ネジ41bとの間に弾性体が挟まれる。弾性体は、雄ネジ42aと雌ネジ41bとの間に充填され、一実施形態では、弾性体スリーブ43が雄ネジ42aと雌ネジ41bとの間に挟まれる。弾性体スリーブ43は、例えば、ゴムで形成される。弾性体スリーブ43は、樹脂テープ、例えば、一般に配管のシールに使用されるシールテープをネジ付ピン42の雄ネジ42aに巻き付けることによって形成されてもよい。
更に他の実施形態では、ネジ付ピン42の雄ネジ42aとしてスプリングネジが使用される。スプリングネジにおいては、図10に図示されているように、ネジ山の頂上付近にスパイラル状の溝が設けられており、これにより、ネジ山が弾性変形可能である。スプリングネジが使用されたネジ付ピン42が締め付けられると、雄ネジ42aの弾性によって雄ネジ42aとキャリア41の雌ネジ41bとの間の隙間が無くなる。したがって、ネジ付ピン42の緩みを防止することができる。
なお、上述には、本発明の実施形態が具体的に説明されているが、本発明は、当業者には自明的な様々な変形が可能である。例えば、図4~図6に図示されている構造では、2本のピン29によってスラストカラー28が保持されるが、ピン29の数は、適宜に変更可能である。キャリア25のピン穴25aの個数、及び、スラストカラー28のピン穴28cの個数は、ピン29の数に応じて増減される。また、上記には風力発電装置1の増速機11に遊星歯車機構が適用された実施形態が提示されているが、本発明の遊星歯車機構は、遊星歯車に大きな荷重がかかる他の動力機械にも好適に適用され得る。
Claims (12)
- キャリアと、
遊星歯車と、
前記遊星歯車に設けられた挿入孔に挿入されると共に前記キャリアに結合されて前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星ピンと、
前記キャリアの前記遊星歯車に対向する面に、前記遊星ピンを取り囲むように取り付けられたスラストカラーと、
前記スラストカラーを前記キャリアに結合するピン
とを具備し、
前記スラストカラーは、前記キャリアに対向する第1面と、前記遊星歯車に対向する第2面とを有すると共に、前記第2面に到達しないように前記第1面に設けられた第1ピン穴を有し、
前記キャリアは、前記遊星歯車に対向する前記面に第2ピン穴を有し、
前記ピンが前記スラストカラーの前記第1ピン穴と前記キャリアの第2ピン穴とに挿入されることにより、前記スラストカラーが前記キャリアに取り付けられた
遊星歯車機構。 - 請求項1に記載の遊星歯車機構であって、
前記ピンの前記キャリアから突出している部分の長さが調節可能な
遊星歯車機構。 - 請求項2に記載の遊星歯車機構であって、
前記第2ピン穴は、前記キャリアを貫通するように形成され、
前記第2ピン穴の少なくとも一部には、雌ネジが形成され、
前記ピンの少なくとも一部には、雄ネジが形成され、
前記ピンと前記キャリアは、前記雌ネジと前記雄ネジによって結合されている
遊星歯車機構。 - 請求項3に記載の遊星歯車機構であって、
更に、
前記ピンの前記キャリアからの脱落を防ぐ脱落防止機構を備える
遊星歯車機構。 - 請求項4に記載の遊星歯車機構であって、
前記脱落防止機構は、前記第2ピン穴に設けられた溝に挿入される突出構造体を備え、
前記突出構造体は、前記第2ピン穴の入口と前記ピンの端との間において前記第2ピン穴から突出するように取り付けられ、前記ピンの脱落を防止する
遊星歯車機構。 - 請求項3に記載の遊星歯車機構であって、
更に、
前記ピンの緩みを防ぐ緩み防止機構を備える
遊星歯車機構。 - 請求項6に記載の遊星歯車機構であって、
前記緩み防止機構は、前記雄ネジと前記雌ネジとの間に挟まれた弾性体を備える
遊星歯車機構。 - 請求項6に記載の遊星歯車機構であって、
前記雄ネジが、スプリングネジとして形成されている
遊星歯車機構。 - 請求項1に記載の遊星歯車機構であって、
前記ピンのうち前記キャリアから突出している部分の長さが、前記遊星歯車と前記スラストカラーの間のクリアランスの最大値よりも大きくなるように調節された
遊星歯車機構。 - ロータヘッドと前記ロータヘッドに結合された風車翼とを含む風車ロータと、
増速機と、
前記増速機の出力軸に連結された発電機
とを具備し、
前記増速機が、遊星歯車機構を含み、
前記遊星歯車機構が、
前記ロータヘッドに連結されたキャリアと、
遊星歯車と、
前記遊星歯車に設けられた挿入孔に挿入されると共に前記キャリアに結合されて前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星ピンと、
前記キャリアの前記遊星歯車に対向する面に、前記遊星ピンを取り囲むように取り付けられたスラストカラーと、
前記スラストカラーを前記キャリアに結合するピン
とを備え、
前記スラストカラーは、前記キャリアに対向する第1面と、前記遊星歯車に対向する第2面とを有すると共に、前記第2面に到達しないように前記第1面に設けられた第1ピン穴を有し、
前記キャリアは、前記遊星歯車に対向する前記面に第2ピン穴を有し、
前記ピンが前記スラストカラーの前記第1ピン穴と前記キャリアの第2ピン穴とに挿入されることにより、前記スラストカラーが前記キャリアに取り付けられた
風力発電装置。 - 請求項10に記載の風力発電装置であって、
前記ピンの前記キャリアから突出している部分の長さが調節可能な
風力発電装置。 - 請求項10に記載の風力発電装置であって、
前記ピンのうち前記キャリアから突出している部分の長さが、前記遊星歯車と前記スラストカラーの間のクリアランスの最大値よりも大きくなるように調節された
風力発電装置。
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