CN102748248A - 用于风力发电设备的减速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于防止用于风力发电设备的减速装置破损，并且减轻该减速装置的维护工作的负担。一种用于风力发电设备的减速装置(G1)，其具备第2平行轴减速机构(前级减速机构)(42)、末级减速机构(后级减速机构)(44)、配置于第2平行轴减速机构(42)与末级减速机构(44)之间且具有不传递预定值以上的转矩的转矩限制机构(69)的联轴器(66)及划分并密封容纳有第2平行轴减速机构(42)的空间与容纳有联轴器(66)的空间的油封(104)，第2平行轴减速机构(42)可在由油封(104)密封的状态下从联轴器(66)分离。

Description

用于风力发电设备的减速装置
技术领域
本申请主张基于2011年4月22日申请的日本专利申请第2011-096209号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种用于风力发电设备的减速装置。
背景技术
专利文献1公开有用于风力发电设备的短舱(发电室)的偏航控制或风车叶片的桨距控制的减速装置。
风力发电设备由于设置于自然环境中，因此有时遭遇狂风或疾风侵袭。
该专利文献1中公开有在从风车叶片侧输入设定值以上的过大转矩时，通过使滑动联轴器动作并阻断驱动系统的动力传递来防止该驱动系统的过负荷的技术。
专利文献1：US2007-0098549A1(权利要求1、第[0015]段)
关于该滑动联轴器，并没有设想滑动后直接重复使用这一点，而是设法使其具备探测其已滑动的传感器，并且能够显示出在下一个维护停止时应该进行滑动联轴器的维护工作。然而，滑动联轴器并没有设置成能够如此轻松更换的结构，因此，为了进行该滑动联轴器的维护或更换，需要从风力发电设备的短舱将(整个)减速装置暂时卸载到地面，在维护或更换滑动联轴器之后再搬到短舱内重新设置该减速装置。
然而，风力发电设备的短舱设置于离地面数十米的高处，存在为了进行滑动联轴器的维护或更换等而将较大且较重的减速装置从短舱卸到地面再搬到短舱时，需要大量劳动力与成本之类的问题。
发明内容
本发明是为了解决这种问题而完成的，其课题在于防止用于风力发电设备的减速装置破损，并且减轻该减速装置的维护工作的负担。
本发明是通过设置成如下结构来解决上述课题的，一种用于风力发电设备的减速装置，其特征在于，具备至少包括前级减速机构及后级减速机构2级的减速机构、配置于该前级减速机构与后级减速机构之间并具有不传递超过预定值的转矩的转矩限制机构的联轴器及划分并密封容纳有所述前级减速机构的空间与容纳有所述联轴器的空间的油封，所述前级减速机构可在由所述油封密封的状态下从所述联轴器分离。
在本发明中，前级减速机构与后级减速机构之间配备具有不传递预定值以上的转矩的转矩限制机构的联轴器。因此，不需使整个减速装置徒然地大型化，也能够通过释放瞬间从风车叶片侧输入的过大转矩来防止该过大转矩直接施加在减速装置内的各要件上，从而防止各要件破损。
另一方面，当采用这种结构时，必然需要定期或不定期更换转矩限制机构的一部分或整体，但是在本发明中，设置成具备划分并密封容纳有前级减速机构的空间与容纳有联轴器的空间的油封且可在由该油封密封的状态下从联轴器分离前级减速机构的结构。因此，(尽管联轴器的优选的配置位置通常为前级减速机构的后级侧)但能够通过拆卸前级减速机构(以将减速装置装配于短舱内的状态)轻松露出联轴器。因此，不仅无需为了更换联轴器而将减速装置卸到地面或搬上去，而且还能够省掉在狭小的短舱内再次装配该减速装置的劳动力。
发明效果
根据本发明，能够防止用于风力发电设备的减速装置破损，并且减轻该减速装置的维护工作的负担。
附图说明
图1是本发明的实施方式的一例所涉及的用于风力发电设备的整个减速装置的截面图。
图2是上述减速装置的主要部分放大截面图。
图3是取出上述减速装置的联轴器而表示的截面图。
图4是表示上述整个风力发电设备的主视图。
图5是表示上述减速装置组装于上述风力发电设备的短舱内的样子的立体图。
图中：10-风力发电设备，11-圆筒支柱，12-短舱(发电室)，14-偏航驱动装置，16-桨距驱动装置，18-头锥，20-风车叶片，22-马达，24-输出小齿轮，42-第2平行轴减速机构(前级减速机构)，44-末级减速机构(后级减速机构)，66-联轴器，69-转矩限制机构。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式的一例所涉及的用于风力发电设备的减速装置进行详细说明。
首先，从应用该减速装置的风力发电设备的概要开始说明。
参考图4及图5，该风力发电设备10在圆筒支柱11的最上部具备短舱(发电室)12。短舱12上组装有偏航(Yaw)驱动装置14与桨距(Pitch)驱动装置16。偏航驱动装置14用于控制整个短舱12相对于圆筒支柱11的回转角，桨距驱动装置16用于控制安装于头锥18的3片风车叶片20的桨距角。
在该实施方式中，由于在偏航驱动装置14中应用本发明，因此在此对偏航驱动装置14进行说明。
还适当结合并参考图1，该偏航驱动装置14具备带有马达22和输出小齿轮24的4个减速装置G1～G4及与各个输出小齿轮24啮合的1个回转用内齿轮28。各减速装置G1～G4分别固定在短舱12的主体12A侧的预定位置。各减速装置G1～G4各自的输出小齿轮24所啮合的回转用内齿轮(也可为外齿轮)28固定在圆筒支柱11侧。
根据此结构，若通过各减速装置G1～G4的各个马达22来同时旋转各输出小齿轮24，则这些输出小齿轮24在与回转用内齿轮28啮合的同时相对于该回转用内齿轮28的中心36(参考图5)公转。其结果，能够使整个短舱12绕固定在圆筒支柱11的回转用内齿轮28的中心36回转。由此，能够使头锥18朝向所希望的方向(例如迎风的方向)，并能够有效地承受风压。
由于所述减速装置G1～G4分别具有相同的结构，因此在此对减速装置G1进行说明。
参考图1，减速装置G1在动力传递路径上以具备制动装置(省略图示)的马达22、正交齿轮机构40、第1平行轴减速机构41、第2平行轴减速机构42及末级减速机构44的顺序配置在外壳Ca内。在本实施方式中，第2平行轴减速机构42相当于本发明的前级减速机构，末级减速机构44相当于本发明的后级减速机构。
另外，外壳Ca可分离为高速侧外壳体46、中继外壳体47及低速侧外壳体48。低速侧外壳体48可进一步分离为负荷相反侧罩体48A、第1主体48B、第2主体48C及负荷侧罩体48D。
以下，以动力传递路径上的顺序进行说明。马达22的马达轴50兼作正交齿轮机构40的输入轴。正交齿轮机构40具备在马达轴50的前端垂直切割形成的准双曲面小齿轮52和与该准双曲面小齿轮52啮合的准双曲面齿轮54，并将马达轴50的旋转方向改变为直角方向。准双曲面齿轮54固定在第1中间轴55上。第1中间轴55上直接形成有第1平行轴减速机构41的正小齿轮56。第1平行轴减速机构41具备该正小齿轮56和与该正小齿轮56啮合的正齿轮58。正齿轮58固定在第2中间轴59上。第2中间轴59上直接形成有第2平行轴减速机构42的正小齿轮60。第2平行轴减速机构42具备该正小齿轮60和与该正小齿轮60啮合的正齿轮61。正齿轮61经键62固定在空心轴63上。空心轴63经键65与联轴器66的联轴器壳体68连结。
联轴器66在该联轴器壳体68中具有转矩限制机构69。关于联轴器66附近的结构在后面详述。联轴器66的输出部件70经花键71与末级减速机构44的输入轴72连结。
末级减速机构44具备设置于该输入轴72的2个偏心体74、经该偏心体74偏心摆动的2个外齿轮76及该外齿轮76所内啮合的内齿轮78。2个外齿轮76的偏心相位恰好偏离180度，一边保证朝相互分离的方向偏心的状态一边摆动旋转。内齿轮78与低速侧外壳体48的第1主体48B成为一体。内齿轮78的内齿分别由圆柱形外销78A构成。内齿轮78的内齿数量(外销78A的数量)比外齿轮76的外齿数量仅多1个。内销80间隙嵌合在外齿轮76上。内销80与输出法兰82成为一体，该输出法兰82与减速装置G1的输出轴84成为一体。在该实施方式中设置成如下结构：由于内齿轮78与低速侧外壳体48的第1主体48B成为一体，因此若末级减速机构44的输入轴72旋转，则外齿轮76经偏心体74摆动，并且该外齿轮76相对于内齿轮78的相对旋转(自转)经内销80及输出法兰82从输出轴84输出；上述的输出小齿轮24经花键86固定并连结在输出轴84上，该输出小齿轮24与已说明的回转用内齿轮28(图4、图5)啮合。
在此，在该实施方式中，第2平行轴减速机构(前级减速机构)42与末级减速机构(后级减速机构)44之间配置有具有不传递超过预定值的转矩的转矩限制机构69的联轴器66。
以下，结合并参考图2、图3，对联轴器66附近的结构进行详细说明。图2是该联轴器66附近的主要部分放大截面图，图3是仅取出联轴器66而表示的截面图。
联轴器66主要包括作为该联轴器66的输入轴发挥作用的联轴器壳体68、转矩限制机构69及作为该联轴器66的输出轴发挥作用的输出部件70。
联轴器壳体68一体地具有经键65与前级空心轴63连结的轴部68A及容纳转矩限制机构69的容纳部68B。容纳在容纳部68B内的转矩限制机构69在轴向上交替具有多个第1摩擦板88与多个第2摩擦板89。第1摩擦板88可沿形成在联轴器壳体68(的容纳部68B)的花键68C朝轴向移动，且与该联轴器壳体68在圆周方向上固定。第2摩擦板89可沿形成于输出部件70的花键70A朝轴向移动，且与该输出部件70在圆周方向上固定。
第1摩擦板88、第2摩擦板89通过弹簧90朝轴向负荷侧受力。另一方面，与第1摩擦板88抵接的垫片92可沿所述花键68C向轴向移动。而且，与该垫片92抵接的罩体94呈由于嵌入在联轴器壳体68的制动环96而无法朝轴向负荷侧移动的结构。即，第1摩擦板88、第2摩擦板89能够经垫片92、罩体94及制动环96从联轴器壳体68接受相对于弹簧90的加力的反作用力。其结果，第1摩擦板88、第2摩擦板89具有如下特性：当传递转矩小于预定值时，能够(通过相互一体地旋转)进行联轴器壳体68及输出部件70之间的转矩传递，但是若传递转矩超过预定值，则由于该第1摩擦板88、第2摩擦板89滑出，因此不传递(超过预定值的转矩)。
联轴器66的输出部件70经滚针73旋转自如地支承在联轴器壳体68的容纳部68B的凹部68B1。另外，符号75是控制输出部件70与末级减速机构44的输入轴72的轴承79的轴向位置的衬套。如上所述，输出部件70经花键71与末级减速机构44的输入轴72连结。
联轴器壳体68的罩体94与输出部件70之间排列配置有2个联轴器密封件100、联轴器密封件102，从而对联轴器壳体68的容纳部68B内进行密封。容纳部68B内填充有油，对作为转矩限制机构69的构成要件的第1摩擦板88、第2摩擦板89进行润滑。即，第1摩擦板88、第2摩擦板89为湿式摩擦板。另外，2个联轴器密封件100、联轴器密封件102留有少许间隙6而配置，该间隙6内封入有稠度较低的(硬质)润滑脂。
联轴器66容纳于中继外壳体47的空间S1内。油封104划分并密封容纳有该联轴器66的空间S1与容纳有(作为前级减速机构的)第2平行轴减速机构42的空间S2。因此，能够通过取下螺栓106来(在通过油封104密封的状态下)直接从联轴器66分离第2平行轴减速机构42，并能够露出联轴器66。
而且，在该实施方式中，具有划分并密封容纳有联轴器66的空间S1与容纳有末级减速机构44的空间S3的油封108。因此，还能够从末级减速机构44分离联轴器66。
接着，说明该实施方式所涉及的偏航驱动装置的减速装置G1的作用。
马达22的马达轴50的旋转通过正交齿轮机构40的准双曲面小齿轮52与准双曲面齿轮54的啮合被初级减速，同时旋转轴的方向改变90度而将马达22的马达轴50的旋转传递至第1平行轴减速机构41的中间轴55。
中间轴55的旋转通过第1平行轴减速机构41的正小齿轮56、正齿轮58、第2平行轴减速机构42的中间轴59、正小齿轮60及正齿轮61减速，并通过键62传递至空心轴63。空心轴63的旋转经键65传递至联轴器66的(相当于输入轴的)联轴器壳体68。
关于联轴器66的作用效果，在后面进行详细说明。
若联轴器66的(相当于输出轴的)输出部件70旋转，则末级减速机构44的输入轴72经花键71旋转。若末级减速机构44的输入轴72旋转，则外齿轮76经偏心体74(与内齿轮78内接的同时)摆动旋转，因此产生与内齿轮78的啮合位置逐渐偏离的现象。其结果，末级减速机构44的输入轴72每旋转1圈，外齿轮76则摆动1次，并且逐渐相对于(处于固定状态的)内齿轮78按1个齿的量进行相位偏离(产生自转分量)。通过经内销80、输出法兰82向输出轴84侧输出该自转分量，实现在末级减速机构44的减速。输出轴84的旋转经花键86传递至输出小齿轮24。由于输出小齿轮24与回转用内齿轮28啮合且该回转用内齿轮28固定在圆筒支柱11侧，因此短舱12自身最终通过反作用相对于该圆筒支柱11沿水平方向回转。
在此对联轴器66的作用效果进行详细说明。
若联轴器壳体68经键65旋转，则与该联轴器壳体68固定在圆周方向上的(转矩限制机构69的)多个第1摩擦板88一体地旋转。由于各第1摩擦板88呈通过弹簧90的加力牢固地挟持多个第2摩擦板89的状态，因此当从联轴器壳体68传递过来的旋转转矩小于预定值时，该联轴器壳体68的旋转转矩经第1摩擦板88及第2摩擦板89传递至输出部件70。输出部件70经花键71旋转末级减速机构44的输入轴72。此为通常的通过马达驱动运行时的作用。
另一方面，从偏航驱动用减速装置G1的输出小齿轮24侧输入由于疾风或暴风等作用于风车叶片20而欲使短舱12回转的巨大转矩时，该巨大“风力负荷”从相反侧驱动该减速装置G1的末级减速机构44。即，末级减速机构44的输入轴72欲通过花键71旋转联轴器66的输出部件70。若该负荷转矩小于所述预定值，则联轴器66的转矩限制机构69的第1摩擦板88、第2摩擦板89之间不产生滑行，该负荷转矩直接进一步传递至减速装置G1的第2平行轴减速机构42侧，最后被附设在马达22的未图示的制动装置阻止。其结果，短舱12由风引起的活动被可靠地制动。另外，此时减速装置G1的各部不产生特别异常。
但是，若从输出小齿轮24侧(输出部件70侧)输入超过预定值的负荷转矩，则转矩限制机构69的第1摩擦板88、第2摩擦板89之间会产生滑行。因此，能够在该联轴器释放来自输出小齿轮24侧的负荷转矩的一部分。因此，虽然短舱12因风有一些回转，但是能够防止马达22或减速装置G1内的齿轮、轴承等的破损等。而且，当疾风或暴风等停止时，联轴器66的转矩限制机构69再次自动恢复原来的转矩传递状态，因此能够直接继续进行作为偏航驱动装置14的减速装置G1的运行。
在该实施方式中，由于具备划分并密封容纳有第2平行轴减速机构42的空间S2与容纳有联轴器66的空间S1的油封104，因此能够通过取下螺栓106来(以通过该油封104密封的状态)从联轴器66分离第2平行轴减速机构42。即，由于存在油封104，因此即便从中继外壳体47拆卸第2平行轴减速机构42，第2平行轴减速机构42的空间S2的油也不会泄漏。因此，能够在将减速装置G1的低速侧外壳体48装配于短舱12的主体12A侧的状态下(在使输出小齿轮24啮合于回转用内齿轮28的状态下)露出联轴器66。因此，在该状态下能够进行维护，如果需要还能够更换联轴器66。
尤其在该实施方式中，由于还具备划分并密封容纳有联轴器66的空间S1与容纳有末级减速机构44的空间S3的油封108，因此能够通过在以任意方法抽出联轴器66周围的油之后取下螺栓77来拆卸中继外壳体47。因此，能够将联轴器66设置成从末级减速机构44完全露出的状态，并能够极其轻松地分离并更换联轴器66。该作用效果在如下方面成为极大的优点，即在更换联轴器66时不仅无需将减速装置G1卸到地面，而且能够在将该减速装置G1的低速侧外壳体48装配于短舱12的主体12A侧的状态下更换联轴器66。
而且，根据本实施方式所涉及的减速装置G1，由于不需要为了应对因风力的过大负荷而准备传感器或电气控制系统，因此即使在如雷击或浸水等容易使控制系统受损的恶劣气候状态下，也能够进行可靠性较高的工作。尤其，因联轴器66的转矩限制机构69为湿式，因此不受外界的(恶劣气候的)影响而能够以较高的再现性实现始终以设定的“预定值”滑出的特性。
而且，可获得如下优点：本实施方式的联轴器66配置在第3级的第2平行轴减速机构(前级减速机构)42与末级减速机构(后级减速机构)44之间。因此，由于与马达22之间存在3级的前级减速机构，因此即使第1摩擦板88、第2摩擦板89滑行，其相对转速也较小(磨损较少)。而且，由于与输出小齿轮24之间存在1级的后级减速机构，因此能够将联轴器66的操作容量缩小其相应量，并能够实现联轴器66的各部件的小型化。
而且，由于具备2个在容纳部68B内密封第1摩擦板88、第2摩擦板89的联轴器密封件100、联轴器密封件102，(而且，由于在该2个联轴器密封件100、联轴器密封件102之间的间隙δ封入有润滑脂，进而)，因此仅拆卸联轴器66，容纳部68B内的油也不会泄漏。而且，能够可靠地防止由于第1摩擦板88、第2摩擦板89滑行产生的磨损粉混入末级减速机构44侧。由此，尤其能够降低配置在末级减速机构44的入口的油封108的损坏，并能够增加该油封108的寿命。而且，由于存在该2个联轴器密封件100、联轴器密封件102而能够同时防止来自末级减速机构44侧的磨损粉侵入联轴器66的容纳部68B内，因此能够防止因末级减速机构44内的磨损粉对第1摩擦板88、第2摩擦板89的工作带来恶劣影响。
另外，在上述实施方式中，采用了具有多个湿式摩擦板的类型的机构作为转矩限制机构，但是在本发明中，转矩限制机构的结构不特别限定于该结构，例如也可为使用干式摩擦板的转矩限制机构。而且，未必一定为使用摩擦板的转矩限制机构，例如也可采用具有在外周形成有凹凸(凸轮)的圆板和被预定的加力按压在该圆板的凹部的滚珠的类型的转矩限制机构。该转矩限制机构呈如下结构：当传递至组装有圆板的部件与组装有滚珠的部件之间的转矩小于预定值时，能够通过一体地旋转滚珠与圆板来传递该转矩，但是若被传递的转矩超过预定值，则滚珠超过圆板的凸部(圆板与滚珠相对旋转，无法进行转矩传递)。即使在这样的转矩限制机构中，当施加超过预定值的转矩时，由于滚珠超过圆板的凹凸的同时(沿半径方向往返移动的同时)在圆板的外周滚动，因此圆板或滚珠仍然容易产生磨损或滚动疲劳。因此，由于需在预定时间进行转矩限制机构的维护或更换，因此本发明有效地发挥作用。
而且，上述实施方式的减速装置具有共计4级的减速级，其中的第3级和第4级(最末级)之间配置有联轴器，但是在本发明中，只要具备至少包括前级减速机构及后级减速机构2级的减速机构，且该前级减速机构与后级减速机构之间配置联轴器，减速机构的级数或具体的结构就不受限定。例如，减速机构也可为蜗杆减速机构或简单行星减速机构。
而且，在上述实施方式中，虽然示出了本发明应用于偏航驱动用减速装置的例子，但是本发明也同样可以应用在例如桨距驱动装置的减速装置，而且可获得相同的作用效果。

Claims (3)

1.一种用于风力发电设备的减速装置，其特征在于，该减速装置具备：
至少包括前级减速机构及后级减速机构2级的减速机构；
配置于该前级减速机构与后级减速机构之间并具有不传递超过预定值的转矩的转矩限制机构的联轴器；及
划分并密封容纳有所述前级减速机构的空间与容纳有所述联轴器的空间的油封，
所述前级减速机构可在由所述油封密封的状态下从所述联轴器分离。
2.如权利要求1所述的用于风力发电设备的减速装置，其特征在于，
所述联轴器还具备润滑所述转矩限制机构的构成要件的油与密闭该油的联轴器密封件，
所述联轴器可在由该联轴器密封件密封的状态下从所述后级减速机构分离。
3.如权利要求2所述的用于风力发电设备的减速装置，其特征在于，
所述联轴器密封件并列配置有2个，并且润滑脂封入于各联轴器密封件之间。
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