WO2013038495A1

WO2013038495A1 - 風力発電用の増速機

Info

Publication number: WO2013038495A1
Application number: PCT/JP2011/070820
Authority: WO
Inventors: 原　一敬; 篤橋本; 伊藤　貞夫; 雄二矢野; 雅宏兼光; 拓郎伊奈
Original assignee: 住友重機械工業株式会社; 株式会社セイサ
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-21
Also published as: CN103827484A

Abstract

　小型、軽量、低コストでありながら、信頼性の高く、寿命の長い風力発電用の増速機を得る。遊星歯車機構５２を備えた風力発電用の増速機５０において、遊星歯車機構５２の一要素を構成する遊星歯車６８と、該遊星歯車６８を、ころ軸受７６を介して回転可能に支持するキャリヤ（支持部材）６２と、を備え、ころ軸受７６における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑剤が進入可能であって、且つ前記遊星歯車６８、ころ軸受７６、及びキャリヤ（支持部材）６２のうちの少なくとも２者同士を、相対的に半径方向に微小変位可能とする隙間Ｓ１を形成した構成とする。

Description

風力発電用の増速機

　本発明は、風力発電用の増速機に関する。

　例えば特許文献１に、図６～図８に示されるような風力発電用の増速機が開示されている。

　図６及び図７において、風力発電装置１は、基礎６上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、該ナセル３に対して回転自在に組付けられたロータヘッド４とを有している。ロータヘッド４は、複数枚（図示の例では３枚）の風車ブレード（風車翼）５が取り付けられている。ナセル３の内部において、ロータヘッド４には、増速機２０及び発電機１１が接続されている。

　風車ブレード５に風が当たると、ロータヘッド４が回転し、該ロータヘッド４の回転が増速機２０にて増速した状態で発電機１１に伝達される。これにより、ロータヘッド４の（トルクはあるが）速度が遅い回転を、１００倍程度の速さに増幅することができ、発電機１１から効率的に発電出力を得ることができる。なお、図７に示す符号１２はトランス、１３はコントローラ、１４はインバータ、１５はインバータクーラ、１６は潤滑油クーラである。

　前記増速機２０は、図８に示すように、初段に遊星歯車機構２２を備えると共に、中段及び後段に平行軸歯車機構２４、２６を備える。入力軸２８から入力されるロータヘッド４の主軸（図示略）の回転は、計３段の歯車機構２２、２４、２６によって増速され、出力軸３０から出力される。出力軸３０には、前述した発電機１１が連結される。

　前記遊星歯車機構２２は、入力軸２８と一体化されたキャリヤ３２、該キャリヤ３２に固定された遊星ピン３４、該遊星ピン３４に回転自在に支持された遊星歯車３６、該遊星歯車３６が同時に噛合する内歯歯車３８及び太陽歯車４０から主に構成されている。この例では、太陽歯車４０が遊星歯車機構２２の出力軸４２と一体化されると共に、内歯歯車３８がケーシング４４と一体化されている。

　なお、前記遊星ピン３４と遊星歯車３６との間には、ころ軸受４６が介在され、風車ブレード５側から入力されてくる大トルクに対応できるように配慮されている。

特開２００９－１４４５３３号公報（図６～図８）

　風力発電設備は、その耐用期間が２０年前後となるように設計される。このため、増速機についても基本的に２０年前後の寿命が確保されることが要求される。

　しかしながら、風力発電設備は、必ずしも常時安定した風を確保できる場所に設置できるわけではなく、特に近年では、複雑地形部のような乱れた風を受ける場所や、ときに台風やハリケーンのような巨大な風力負荷がかかるような場所に設置せざるを得ない例も増えている。こうした地域に設置される風力発電設備の中では、（たとえガイドラインに沿った設計がなされている場合であっても）特に増速機に関するトラブルが多いというのが実状である。増速機のトラブルは、一度発生するとその被害は深刻なものとなるため、信頼性の確保が重要視されている。

　一般に、増速機の信頼性を確保するにあたって有効な対策は、要するならば、設計時に各要素の安全率（セーフティファクタ）を大きくとることである。しかし、各要素の安全率を大きくとると、当然に増速機全体が大型化して重量も大きくなり、製造コスト、建設コストの増大を招くという問題が生じる。

　本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、新たに見つけた中間課題（後述）を克服することによって、小型、軽量、低コストでありながら、信頼性が高く、寿命の長い風力発電用の増速機を提供することをその本来の課題としている。

　本発明は、遊星歯車機構を備えた風力発電用の増速機において、前記遊星歯車機構の一要素を構成する歯車と、該歯車を、軸受を介して回転可能に支持する支持部材と、を備え、前記軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑剤が進入可能であって、且つ前記歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に半径方向に微小変位可能とする隙間を形成した構成とすることにより、上記本来の課題を解決したものである。

　本発明の前記中間課題及びその解決原理は、公知のものではないため、ここで、本発明が着目した当該中間課題とその解決原理について、詳細に説明する。

　風力発電設備の風車ブレードには、「風速や風向が変化する風」が瞬間的に強く掛かることがある。例えば、強い突風が風車ブレードに掛かると、増速機の各要素には瞬間的に強い加速トルクが掛かる。しかしながら、増速機の先には高速で回転する発電機が負荷として連結されているため、増速機の各要素は、慣性によりこの加速トルクに瞬時に追随して回転速度を増大させることができない。結果として、加速トルクの立ち上りが急峻の場合は、各要素にこの急峻に立ち上がる加速トルクが、（恰も静止している各要素に対して掛かるように）瞬間的にそっくり掛かってしまうことになる。

　また、例えば風向きが激しく変化するような悪天候の場合、「突然の逆風」等によって風車ブレードの逆側から風が掛かったりすることがある。すると、該風車ブレードの回転速度が瞬間的に大きく落ち込むという現象が発生する。この場合、増速機の各要素には、入力軸側から強い減速トルクが掛かる。しかし、（加速トルクが掛かるときと異なり）強い減速トルクが突然掛かるときは、たとえ風車ブレードの回転方向は逆にはならなくても、それまで各歯車の歯面間に形成されていたバックラッシの形成方向が反転してしまう現象が発生する。これは、入力軸が「駆動力を付与する状態」から、「制動力を付与する状態」に変化するためである。バックラッシが反転するときは、各歯車の歯面同士が直接ぶつかるため、歯面（この場合通常駆動時と逆側の面）に強い衝撃が加わると考えられる。この状態から、当該「突然の逆風」が止んで再加速するときに歯面のバックラッシは再び反転する。このため、結局、天候が荒れていて風が巻いていると、このような状況が発生するごとに、歯面同士の衝突が繰り返され、各歯面には両側から頻繁に衝撃が掛かってしまうことになる。

　本発明は、風力発電用の増速機のトラブルには、強風時に連続的に掛かる大きなトルクだけでなく、むしろ、このような「風速や風向の急変」に起因して、増速機の各要素に瞬間的に（ピーク的に）発生する強い負荷あるいは衝撃が大きく影響していると推察し、こうした強い瞬間的な負荷あるいは衝撃を緩和することを「中間課題」として捉え、この中間課題を克服することによって、上記本来の課題を解決するという発想で創案された。

　本発明では、歯車と支持部材が軸受を介して相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑剤の進入可能な「隙間」を形成するようにしている。この隙間は、歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士が、相対的に半径方向に微小変位することを許容する。

　今、「風速や風向の急変」等に起因して、入力軸回転速度が急変すると、増速機は、本来的に瞬時にその時点で最も安定的な噛合状態を自動的に形成しようとする。このとき本発明によれば、上記隙間の存在により、結果として歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士が、相対的に半径方向に微小変位することができる。この結果、上記隙間の形成態様が変化して隙間内の潤滑剤の移動（出入り）が発生するため、同時に、該潤滑剤の移動（特に隙間から出て行こうとする移動）を妨げようとする抵抗が発生する。この抵抗により、（もし抵抗がなかったならばそのまま急峻に立ち上がってしまう）負荷や衝撃を鈍らせることができる。

　本発明に係る風力発電用の増速機は、強風が吹きやすい地域や、風向きの安定しない地域、すなわち風の乱れが大きい地域に設置される風力発電設備に組み込まれる場合に、特に有効に機能する。

　本発明によれば、小型、軽量、低コストでありながら、信頼性の高く、寿命の長い風力発電用の増速機を得ることが可能となる。

本発明の実施形態の一例を示す風力発電用の増速機の主要部を示す断面図図１の増速機の全体構成を示す断面図本発明の他の実施形態に係る風力発電用の増速機の主要部を示す断面図本発明の更に他の実施形態に係る風力発電用の増速機の主要部を示す断面図本発明の更に他の実施形態に係る風力発電用の増速機の遊星歯車機構の概略構成を示すスケルトン図従来（及び本発明）の風力発電設備の全体構成の一例を示す正面図図６の風力発電設備のナセルの内部構成を示す斜視図図６の風力発電設備のナセル内に設置された従来の風力発電用の増速機の一例を示す断面図

　以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

　本発明に係る増速機が組み込まれる風力発電設備の概略構成については、既に図６、図７を用いて説明したものと同様であるため、重複説明は省略し、以降、増速機自体の構成について詳細にする。

　図１は、本発明の実施形態の一例を示す風力発電用の増速機５０の主要部を示す断面図、図２は、その全体断面図である。

　先ず、図２を参照して、この風力発電用の増速機５０は、初段に遊星歯車機構５２を備えると共に、中段及び後段に第１、第２平行軸歯車機構５４、５６を備える。入力軸５８から入力される主軸（図示略）の回転は、計３段の歯車機構５２、５４、５６によって増速され、出力軸６０から出力される。出力軸６０には、発電機（従来の発電機１１と同様：図７参照）が連結され、所定の発電がなされる。

　前記遊星歯車機構５２は、入力軸５８と一体化されたキャリヤ６２、該キャリヤ６２に両持ち支持された遊星ピン６４、該遊星ピン６４に回転自在に支持された３個（図２では１個のみ図示）の遊星歯車６８、該遊星歯車６８が同時に内接噛合する内歯歯車７０、及び遊星歯車６８が同時に外接噛合する太陽歯車７２から主に構成されている。この実施形態では、太陽歯車７２は遊星歯車機構５２の出力軸８０に直接形成されており、内歯歯車７０はケーシング７４と一体化（固定）されている。

　前記キャリヤ６２は、円盤状の一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂが連結部６２Ｃを介して連結・対峙している構成とされ、この一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間に前記遊星歯車６８、内歯歯車７０、太陽歯車７２が組み込まれている。キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂは、軸受７５、７８によって増速機５０のケーシング７４に（入力軸５８ごと）回転自在に支持されている。

　前記遊星ピン６４は、この一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂに圧入され、両持ち支持されている。前記遊星歯車６８は、該遊星ピン６４によってころ軸受７６を介して回転可能に支持されている。即ち、この実施形態では、遊星歯車６８が請求項１の「歯車」に相当しており、ころ軸受７６が「軸受」に、遊星ピン６４が「支持部材」にそれぞれ相当している。

　ここで、図１を合わせて参照して、本実施形態における増速機の遊星歯車の付近の構成をより詳細に説明する。

　前述したように、遊星歯車６８は、ころ軸受７６を介して回転可能に（支持部材である）遊星ピン６４に支持されている。この実施形態では２個のころ軸受７６が軸方向に並べて配置されている。それぞれのころ軸受７６は内輪７６Ａ、外輪７６Ｂ、ころ（転動体）７６Ｃ、及びリテーナ７６Ｄを備えている。ころ軸受７６の内輪７６Ａは、スペーサ８２（８２Ａ～８２Ｃ）を介してキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間で軸方向に位置決めされている。また、ころ軸受７６の外輪７６Ｂは、ころ７６Ｃ、中央のスペーサ８２Ｂ、及びリテーナ７６Ｄを介して内輪７６Ａに対して軸方向に位置決めされている。

　遊星歯車６８は、中心孔６８Ａを備えている。中心孔６８Ａには溝６８Ｂが形成されており、この溝６８Ｂに止め輪８４が係合している。これにより、２つのころ軸受７６の外輪７６Ｂの端部７６Ａ１、７６Ｂ１に対して遊星歯車６８が軸方向に位置決めされ、該遊星歯車６８の軸方向の動きが拘束されている。

　しかし、遊星歯車６８は、半径方向の微小な動きは特に拘束されていない。円周方向の動きについては、少なくともころ軸受７６（の外輪７６Ｂ）に対しては、全く拘束されていない。即ち、この実施形態では、外輪７６Ｂと遊星歯車６８の中心孔６８Ａとの間に、敢えて隙間Ｓ１が形成されている。具体的には、この実施形態では、隙間Ｓ１は、ころ軸受７６の外径ｄ１に対して０．３％（３／１０００）程度の大きさとなるように設定してある。この隙間Ｓ１が、遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂが、相対的に半径方向に微小変位することを可能としている。この実施形態では、ころ軸受７６は、支持部材である遊星ピン６４と一体化された状態で組み込まれているため、遊星歯車６８の方が、ころ軸受７６に対して微小変位する構成とされている。

　遊星歯車６８がころ軸受７６に対して微小変位可能というのは、結果として、遊星歯車６８が、内歯歯車７０及び太陽歯車７２に対して、通常のバックラッシによる円周方向の微小変位のほかに、この隙間Ｓ１の分、更に半径方向に微小変位できることを意味する。

　この隙間Ｓ１内には、増速機５０内の潤滑剤（潤滑油）が進入可能である。隙間Ｓ１内の潤滑剤の機能については、後に詳細に説明する。

　次に、この実施形態に係る風力発電用の増速機５０の作用を説明する。

　風車ブレード５の回転は、ロータヘッド４の主軸を介して増速機５０の入力軸５８に伝達される。入力軸５８の回転はキャリヤ６２（キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂ）を介して遊星歯車６８の公転として遊星歯車機構５２に入力され、遊星歯車６８、内歯歯車７０、太陽歯車７２の３者の相対回転により、増速された回転が太陽歯車７２から遊星歯車機構５２の出力軸８０へと出力される。

　遊星歯車機構５２の出力軸８０の回転は、カップリング７９を介して第１平行軸歯車機構５４によって増幅され、第２平行軸歯車機構５６によってさらに増幅された後、最終的に当該増速機５０の出力軸６０から取り出される。増速機５０の出力軸６０は、発電機１１に連結されているため、結局、風車ブレード５の回転を増速した上で発電機１１を回転させることができ、効率的な風力発電を行うことができる。

　以下、隙間Ｓ１の機能に着目しながら遊星歯車機構５２の作用をより詳細に説明する。

　入力軸５８と一体化されたキャリヤ６２（キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂ）が回転すると、このキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの回転に伴って遊星ピン６４が遊星歯車機構５２の軸心周りで公転するため、遊星歯車６８が太陽歯車７２に外接、内歯歯車７０に内接した状態で回転する。

　遊星ピン６４と遊星歯車６８との円周方向の相対回転は、専らころ軸受７６のころ７６Ｃを介して該ころ軸受７６の内輪７６Ａと外輪７６Ｂとが相対回転することによって実現される。これは、隙間Ｓ１は、その間隔が極めて狭いことから、仮に、ころ軸受７６の外輪７６Ｂと遊星歯車６８との間に円周方向の相対回転が発生しようとすると、該隙間Ｓ１内に存在する潤滑剤に剪断応力が発生するためである。即ち、この剪断応力の発生と相俟って、遊星ピン６４と遊星歯車６８の円周方向の相対回転に対する抵抗は、ころ軸受７６よりも隙間Ｓ１の方が遙かに大きくなるため、結果として、（隙間Ｓ１の存在に拘わらず）、ころ軸受７６の外輪７６Ｂと遊星歯車６８は、（少なくとも通常運転時は）相対回転はほとんどしない。

　一方、荒れた天候のとき、とりわけ、風向きが頻繁に変わるような強い風が吹いているとき等にあっては、風車ブレード５の回転トルクが変動（あるいは急変）するため、遊星歯車６８に掛かるキャリヤ６２からの公転推進力も同様に変動する。それによって内歯歯車７０や太陽歯車７２から受ける噛合反力も変動するため、隙間Ｓ１の部分にかかるラジアル荷重が変動する。その結果、遊星歯車６８が遊星ピン６４（具体的にはこれと一体化されているころ軸受７６の外輪７６Ｂ）に対して半径方向に微小変位する状態が繰り返されることになる。

　この微小変位により、円周方向のある部分での隙間Ｓ１の間隔が狭くなると、その部分に存在していた潤滑剤が押し潰されながら隙間Ｓ１外に押し出される。逆に、直径方向反対側では隙間Ｓ１の間隔が拡がり、隙間Ｓ１内に潤滑剤が入り込む。このとき、とりわけ隙間Ｓ１の間隔がより狭くなって隙間Ｓ１内の潤滑剤が押し潰されながら押し出されるとき、潤滑剤に強い圧縮応力と、狭い空間で強制的に移動させられることによる剪断応力が発生する。

　この圧縮応力や剪断応力の発生により、該隙間Ｓ１を挟んだ２つの部材の間でピーク的な負荷が、一方側から他方側に直に（そのまま）伝達されてしまうのが防止される。即ち、遊星歯車６８及び支持部材である遊星ピン６４と一体化されているころ軸受７６の外輪７６Ｂの間で、もし隙間Ｓ１がなかったならば、そのまま急峻に大きく立ち上がって急峻に低下するような衝撃的なトルクの伝達が抑制される。

　また、仮に、それまで隙間Ｓ１内の潤滑剤の円周方向の剪断応力の範囲内で一体的に回転していた遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂの間に、該剪断応力を超える円周方向の負荷がかかると、当該遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に「滑り」が発生するため、この新たに発生した滑りによっても、衝撃の吸収効果が発揮されると考えられる。

　更には、急峻なトルク変動の伝達が抑制されることによって、バックラッシが反転する頻度を低減することができ、仮に反転したとしても、反転時の歯面の衝撃をより低減することもできる。この効果は、風向きの安定しない地域に設置された風力発電設備の場合、現実的には小さくないと考えられる。

　加えて、この実施形態に係る風力発電用の増速機５０の場合、遊星歯車６８が３個あり、動力伝達がなされる噛合点が計６個所存在するが、各遊星歯車６８のピッチ円や公転軌道（キャリヤ６２に対する遊星ピン６４の位置）は、製造誤差によって必ずばらついている。また、内歯歯車７０及び太陽歯車７２の同軸性も必ずしも正確に確保されているわけではない。

　このため、従来の（遊星歯車機構を備えた）風力発電用の増速機の場合は、ある「特定の噛合点」にのみ、伝達トルクの負荷が強く掛かり易いという傾向があった。言うまでもなく、伝達トルクの負荷を特定の噛合点でのみ強く受けると、当該特定の噛合点でのダメージはより増強されてしまうが、この影響は、急峻に立ち上がって急峻に低下するような衝撃的なトルクが掛かった場合に一層顕著となる。

　この実施形態に係る増速機５０によれば、隙間Ｓ１の存在により、３個の遊星歯車６８が、それぞれ内歯歯車７０及び太陽歯車７２に対して半径方向に微小変位できるため、リアルタイムで（瞬時に）その時点で最も安定的な噛合状態を自動的に且つより容易に形成できるようになるという効果も得られる。この安定的な噛合状態を自動的に形成できる機能は、衝撃的なトルクが掛かったときだけでなく、風向きがそれほど急に変化しないときにも常に維持されるため、より低周波数領域の変動成分の吸収にも寄与すると考えられる。

　結果として、隙間Ｓ１と該隙間Ｓ１内の潤滑剤の存在により、風車ブレード５から発電機１１に至るエネルギの総量はほぼ同一でありながら、特に、各要素に加わる負荷のピーク値を低減し、瞬間的な過大負荷や衝撃の発生を低減することができるようになる。この結果、風車ブレード５から入力されてくるトルクを、より安定的に伝達することが可能となり、増速機の寿命を大きく伸ばすことができる。

　なお、上記実施形態においては、ころ軸受７６（の外輪７６Ｂ）と遊星歯車６８との間に隙間Ｓ１を形成するようにしていたが、本発明に係る隙間の形成位置は、この位置のみに限定されるわけではない。例えば、上記隙間Ｓ１の形成に代えて、あるいは、上記隙間Ｓ１の形成に加えて、ころ軸受７６の内輪７６Ａと遊星ピン（支持部材）６４との間に隙間Ｓ２（図１において想像線で図示）を形成しても、同様の作用効果が得られる。

　隙間の大きさも隙間の内径（上記実施形態ではころ軸受７６の外輪７６Ｂの外径）の３／１０００に限定されない。隙間の形成位置、形成個数、あるいは大きさ（間隔）を変更すると、微小変位できる部材の慣性質量や変位の態様が異なってくるため、変動（負荷変動）を良好に吸収できる領域の周波数成分を調整することができる。このため、風力発電設備を設置する地域において実際に吹く風の性質を考慮して適宜に設定するとよい。

　図３に、本発明の他の実施形態の一例を示す。

　この実施形態においては、遊星歯車８３が、遊星歯車部８３Ａと、該遊星歯車部８３Ａを支持する遊星ピン部８３Ｃとで構成されている。この構成例から明らかなように、本発明における「歯車」は、軸受を介して支持部材に回転可能に支持される部材または部材群であって歯部を有する部材または部材群、と定義できる。そして、この（遊星ピン部８３Ｃを含む）遊星歯車８３が、両サイドに配置された支持部材たるキャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）によって該キャリヤ８４に対してころ軸受８６を介して回転可能に両持ち支持されている。遊星歯車８３は、ころ軸受８６を介してキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂと相対回転可能である。ころ軸受８６は内輪８６Ａ及び外輪８６Ｂ及びころ８６Ｃを備えている。

　本発明に係る隙間Ｓ３は、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）ところ軸受８６（の外輪８６Ｂ）との間に形成されている。即ち、この実施形態では、（遊星ピン部８３Ｃを含む）遊星歯車８３が、本発明の「歯車」に相当し、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）が、該「歯車」を、ころ軸受８６を介して回転可能に支持する「支持部材」に相当していることになる。

　この実施形態に係る構成によっても、前述した実施形態と同様に、遊星歯車８３が支持部材たるキャリヤ８４に対して半径方向に微小変位できる。ただし、この実施形態に係る遊星歯車８３は、遊星ピン部８３Ｃを一体に含んでいるため、先の実施形態よりも微小変位する部材の慣性質量が大きい。このため、設計次第で、より低周波数の領域での変動吸収を良好に行うことができる可能性がある。

　この実施形態に対しても、隙間Ｓ３に代えて、あるいは隙間Ｓ３に加えて、ころ軸受８６の内輪８６Ａと遊星歯車８３との間に隙間Ｓ４（図３において想像線にて図示）を形成するようにしてもよい。また、このようなキャリヤ８４での隙間Ｓ３（或いはＳ４）の形成に代えて、あるいは加えて、遊星歯車８３の遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃとの間に隙間Ｓ７を設けたり（図３において想像線にて図示）、遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃの間に後述するようなリング状の部材（図示略）を配置してもよい。これにより、キャリヤ８４での隙間Ｓ３（或いはＳ４）による変動吸収効果のほか、遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃの間においても、（吸収しようとする周波数成分次第では）有効な変動吸収効果が得られるようになる。なお、遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃは、別体ではなく、一体に形成されていてもよい。

　その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図３の中で先の実施形態と同一または機能的に類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

　図４に、本発明の更に他の実施形態の一例を示す。

　この実施形態に係る風力発電用の増速機９１では、図１、図２の実施形態の構成をベースとし、遊星歯車６８ところ軸受７６（の外輪７６Ｂ）との間に、リング状の部材８８を介在させている。このリング状の部材８８の内周側には、小さな間隔の隙間Ｓ５が形成されており、外周側にはより大きな隙間Ｓ６が形成されている。従って、この２つの隙間Ｓ５及びＳ６の存在により、遊星歯車６８は支持部材である遊星ピン６４に対して半径方向に微小変位可能である。なお、上記隙間Ｓ５、Ｓ６のうちの一方はなくてもよい。

　この実施形態では、リング状の部材８８自体が、遊星ピン６４（及びこれと一体化されたころ軸受７６の外輪７６Ｂ）に対して半径方向に微小変位可能であり、且つ、このリング状の部材８８に対して遊星歯車６８が半径方向に微小変位可能な構成とされているため、変動成分を良好に吸収可能な周波数領域をより拡大することができる。

　また、この実施形態においても、変動吸収を意図する周波数領域によっては、支持部材である遊星ピン６４ところ軸受７６（の内輪７６Ａ）との間に、図１、図２の実施形態と同様に、隙間Ｓ２（図４にて想像線にて図示）を形成するのは有効である。

　さらには、このようなリング状の部材８８を、遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に代えて、あるいは遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に加えて、ころ軸受７６の内輪７６Ａと遊星ピン６４の間に配置するようにしてもよい。

　その他の構成は、図１、図２の実施形態と同様であるため、図４の中で図１、図２の実施形態と同一または類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

　なお、このようなリング状の部材の配置は、先の図３に示した実施形態においても適用可能である。図３に示した実施形態においてリング状の部材を付設する場合には、一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂところ軸受８６の外輪８６Ｂとの間、あるいは遊星ピン部８３Ｃの一体化された遊星歯車８３における該遊星ピン部８３Ｃところ軸受８６の内輪８６Ａとの間のいずれかまたは双方に、当該リング状の部材を配置するとよい。

　要するならば、本発明において、リング状の部材は、歯車と軸受の間、軸受と支持部材の間のいずれに配置してもよく、更には、いずれに複数配置しても１個のみ配置してもよく、また、配置しなくてもよい。リング状の部材を配置する場合に、隙間は、当該リング状の部材の外周側にのみ設けても、また内周側にのみ設けても、さらには外周側及び内周側の双方に設けてもよい。

　このように、本発明においては、隙間を具体的にどの位置にどの大きさで形成するかについては特に限定されない。要は、結果として、（リング状の部材の有無に関わらず）軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑剤が進入可能であって、且つ歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に半径方向に微小変位可能とするように形成されていればよい。この観点で、リング状の部材は、なくてもよく、また複数配置されていてもよい。

　隙間の形成される位置や大きさ、あるいは位相が異なると、変動吸収可能な周波数領域が異なってくるため、風力発電設備の設置される地域の方の性質を考慮してより効果的な変動吸収を行うことができるようになる。

　なお、上記実施形態においては、遊星歯車機構として、単純遊星歯車構造の遊星歯車機構が採用されていたが、本発明における遊星歯車機構は、単純遊星歯車構造の遊星歯車機構に限定されるものではない。例えば、図５にスケルトン図示するような遊星歯車機構が特開２００３－２７８８４９に開示されている。

　この遊星歯車機構９３は、太陽歯車がなく、遊星ピン部９４Ｃと一体化された同一歯数の遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂを２個有し、それぞれの遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂと噛合すると共に異なる歯数を有する２個の内歯歯車９５Ａ、９５Ｂを備えている。この遊星歯車機構９３を風力発電用の増速機（全体は図示略）に適用する場合、２種類ある内歯歯車９５Ａ、９５Ｂのうちの一方の内歯歯車９５Ａが入力軸９２と連結され、キャリヤ９７（必要ならば遊星歯車９４を挟んで一対としてもよい）が出力軸９６と連結される態様で使用することになる。

　この遊星歯車機構９３は、構造は若干複雑であるが、その分、様々な態様で増速機を設計できるというメリットがある。このため、設置空間の制約が大きい風力発電用の増速機として、主に寸法的・形状的な面で有効に利用可能である。

　例えば、この遊星歯車機構９３は、前述したように太陽歯車を有していないことから、中央部に大きな中空部（図示略）を形成するのが容易である。このため、入力軸９２の周り（或いは内側）に何らかの制御機器やセンサ、配管等を配設する必要が生じたとき等において該中空部を有効に利用できる。また、この遊星歯車機構９３は、約５倍から３０倍の増速を容易に設計できるため、必要ならば、後段の平行軸歯車機構（図示略）を、１段で済ますことも可能であり、この場合、重量や軸方向寸法の縮小が可能である。

　このような構造の遊星歯車機構９３を有する風力発電用の増速機の場合、具体的には、２つの遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂと遊星ピン部９４Ｃが一体化された「遊星歯車９４」がその両側に存在する支持部材たるキャリヤ９７に図示せぬ軸受を介して両持ち支持される構造となる。このため、本発明を図３に示された構成と類似した構成により適用することができる。

　また、この遊星歯車機構９３においては、２つの内歯歯車９５Ａ、９５Ｂのうちの一方の内歯歯車９５Ａが軸受９８を介してケーシング９９に回転自在に支持される構造であるため、設計によっては、この内歯歯車９５Ａと軸受９８と該内歯歯車９５Ａを支持しているケーシング９９の３者間で、本発明に係る隙間を形成することも可能である。

　換言するならば、本発明に係る「歯車」は、遊星歯車に限定されるものではなく、遊星歯車機構の構成によっては内歯歯車、あるいは太陽歯車に対しても適用可能である。

　このように、遊星歯車機構には、さまざまな構成が知られており、いずれの構成の遊星歯車機構を採用する場合においても、軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑剤が進入可能であって、且つ当該特定の歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に半径方向に微小変位可能とする隙間を形成したものである限り、本発明の範疇に属するものであり、本発明の作用効果を相応に得ることができる。但し、好ましくは、「単純遊星歯車機構」の「遊星歯車」の支持部分に本発明を適用するのがよい。それは、構造が簡単で安価である上に、遊星歯車が公転成分と自転成分を有して内歯歯車と太陽歯車に挟まれた状態で回転する構造であるため、該遊星歯車が隙間の存在によって半径方向に微小変位できることによる効果が、非常に顕著に顕れやすいからである。なお、遊星歯車の歯車の個数は、上記実施形態では３個であったが、２個でもよく、また、４個以上でもよく、特に限定されない。

　なお、上記実施形態においては、軸受として、いずれもころ軸受が採用されていたが、本発明においては、軸受の種類は必ずしもころ軸受に限定されない。発電容量、あるいは遊星歯車機構の構成によっては、例えば、玉軸受や滑り軸受が採用されてもよい。更には、上記実施形態においては、軸受はすべて内輪及び外輪の双方を有していたが、本発明においては、隙間を形成しない側においては、内輪あるいは外輪が省略された軸受であってもよい。いずれの構造の軸受が採用される場合でも、軸受としての本来の（歯車と支持部材との間の）相対回転が行われる部位以外に、本発明に係る隙間が存在することになる。例えば、軸受として、滑り軸受が採用されている場合には、歯車と支持部材との間の通常運転時の相対回転はあくまで当該滑り軸受の部分で行われる。従って、この滑り軸受における相対回転が行われる部位以外に、本発明に係る隙間が別途存在することになる。換言するならば、「軸受における相対回転する部位」には、不可避的に隙間が存在するが、この軸受において相対回転する部位の隙間は、本発明の隙間には含まれない。「軸受における相対回転する部位の隙間」は、例えば内外輪を有する軸受であれば、内輪－転動体－外輪間の隙間であり、内外輪の一方がない場合には、内外輪のある方－転動体－転動体の転走面を構成する部材間の隙間、ということになる。

　本発明は、風力発電設備の増速機に利用可能である。

　１…風力発電設備
　３…ナセル
　４…ロータヘッド
　５…風車ブレード
　１１…発電機
　５０…増速機
　５２…遊星歯車機構
　５８…入力軸
　６０…出力軸
　６２…キャリヤ
　６４…遊星ピン
　６８…遊星歯車
　７０…内歯歯車
　７２…太陽歯車
　７４…ケーシング
　７６…ころ軸受
　８８…リング状の部材
　Ｓ１～Ｓ７…隙間

Claims

　遊星歯車機構を備えた風力発電用の増速機において、
　前記遊星歯車機構の一要素を構成する歯車と、
　該歯車を、軸受を介して回転可能に支持する支持部材と、を備え、
　前記軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑剤が進入可能であって、且つ前記歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に半径方向に微小変位可能とする隙間を形成した
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１において、
　前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
　該遊星歯車が、前記支持部材としての遊星ピンによって該遊星ピンに対して回転可能に支持されると共に、
　前記軸受が外輪を備えており、
　前記隙間が、前記歯車と該軸受の外輪との間に形成されている
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１または２において、
　前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
　該遊星歯車が、前記支持部材としての遊星ピンによって該遊星ピンに対して回転可能に支持されると共に、
　前記軸受が内輪を備えており、
　前記隙間が、前記遊星ピンと該軸受の内輪との間に形成されている
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１において、
　前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
　該遊星歯車が、該歯車と一体的に回転する遊星ピンごと、前記支持部材としての前記遊星歯車機構のキャリヤによって該キャリヤに対して回転可能に支持されると共に、
　前記軸受が外輪を備えており、
　前記隙間が、該キャリヤと該軸受の外輪との間に形成されている
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１または４において、
　前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
　該遊星歯車が、該歯車と一体的に回転する遊星ピンごと、前記支持部材としての前記遊星歯車機構のキャリヤによって該キャリヤに対して回転可能に支持されると共に、
　前記軸受が内輪を備えており、
　前記隙間が、該キャリヤと該軸受の内輪との間に形成されている
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１～５のいずれかにおいて、
　前記遊星歯車機構が、単純遊星歯車機構である
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１～６のいずれかにおいて、
　前記歯車と軸受との間に、リング状の部材が介在され、
　該リング状の部材の内周側及び外周側の少なくとも一方に、前記隙間が形成されている
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項１～７のいずれかにおいて、
　前記軸受と前記支持部材との間に、リング状の部材が介在され、
　該リング状の部材の内周側及び外周側の少なくとも一方に、前記隙間が形成されている
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。
　請求項７または８において、
　前記リング状の部材を複数備えた
　ことを特徴とする風力発電用の増速機。