CN105008716B - 风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电设备，该风力发电设备中使用的单向离合器中，在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下将输入旋转体和输出旋转体以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下断开输入旋转体与输出旋转体之间的连接。输入旋转体和输出旋转体被允许沿轴向方向相对地移动，并且移动的最大允许量设定为大于因状态改变造成的输入轴与输出轴之间的沿轴向方向的间距的变化量。

Description

风力发电设备
技术领域
本发明的一方面涉及一种风力发电设备，在该风力发电设备中，发电机是通过借助于增速齿轮装置来增大由例如风力引起的主轴旋转的速度来驱动的。
背景技术
作为背景技术的风力发电设备的示例，叶片接受风力以使连接至叶片的主轴旋转，并且为了增大主轴的旋转速度以驱动发电机而使用了增速齿轮装置。如图23所示，这种增速齿轮装置202包括行星齿轮机构203、高速级齿轮机构204和输出轴205，行星齿轮机构203接受主轴200的旋转以增大行星齿轮机构203的速度，高速级齿轮机构204接受在速度上被行星齿轮机构203增大的旋转以进一步增大高速级齿轮机构204的速度，输出轴205输出高速级齿轮机构204的运转转矩。
在行星齿轮机构203中，当以能够一体地旋转的方式连接至主轴200的输入轴203a旋转时，行星架203b被旋转而使太阳齿轮203d经由行星齿轮203c以增大的速度旋转，使得太阳齿轮的旋转可以传递至高速级齿轮机构204的低速轴204a。
在高速级齿轮机构204中，当低速轴204a旋转时，中间轴204d经由低速齿轮204b和第一中间齿轮204c以增大的速度旋转，使得输出轴205可以进一步经由第二中间齿轮204e和高速齿轮204f以增大的速度旋转。
作为用于对增速齿轮装置202的低速轴204a、中间轴204d和输出轴205进行可旋转地支承的轴承，频繁地使用滚子轴承206至滚子轴承211(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2007-232186
专利文献2：JP-A-H04-344198
发明内容
本发明所要解决的问题
在上述风力发电设备中，在对以高速旋转的输出轴进行支承的滚子轴承中，滚子的滚动接触表面或转动轮的滚道表面上发生擦损磨耗(表面层中造成咬粘的现象)，这导致了滚子轴承的寿命缩短的问题。
考虑到该问题，由于对擦损磨耗的发生机制的认真研究，本申请人已经发现并提出对于抑制擦损磨耗的出现而言在增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间设置单向离合器是有效的。该提案已作为日本专利申请No.2011-198354提交给日本专利局并公开为JP-A-2013-060825。应当指出的是，日本专利申请No.2011-198354在本申请要求优先权的申请(具体为日本专利申请No.2013-048593、日本专利申请No.2013-048618、日本专利申请No.2013-048628和日本专利申请No.2013-048642)提交时未被公开(即，是非公知的)。附带地，在以上提及的专利文献2中公开了出于不同的目的在增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间设置单向离合器的技术。
本发明的一方面是考虑到这种实际情况而实现的，并且目的在于提供一种风力发电设备，在该风力发电设备中，能够有效地抑制对增速齿轮装置的输出轴进行支承的滚动轴承中的擦损磨耗的出现。
解决问题的手段
本发明的第一方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括：风接受构件，该风接受构件接受风力以使主轴旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置包括旋转传递机构和滚动轴承，旋转传递机构接受主轴的旋转以使旋转在速度上增大，滚动轴承以可旋转的方式支承输出轴，输出轴输出旋转传递机构的运转转矩；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；输入旋转体，该输入旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输出轴上；输出旋转体，该输出旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输入轴上，并且输出旋转体同轴地布置在输入旋转体的径向内侧或径向外侧；以及单向离合器，该单向离合器布置在输入旋转体与输出旋转体之间，单向离合器在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下将输入旋转体和输出旋转体以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下断开输入旋转体与输出旋转体之间的连接，其中，输入旋转体和输出旋转体被允许沿轴向方向相对地移动，并且其移动的最大允许量设定为大于由状态改变造成的输入轴与输出轴之间的沿轴向方向的间距的变化量。
本发明的第二方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括：增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大由风力引起的主轴旋转的速度以从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器设置在输出轴与输入轴之间，单向离合器在输出轴的旋转速度超过输入轴的旋转速度的状态下将输出轴和输入轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的状态下断开输出轴与输入轴之间的连接，其中，单向离合器包括：圈，该圈配合在随输出轴旋转的旋转体上；布置成与圈的周向表面的在径向方向上的外侧或内侧相对并且设置在输入轴侧的另一周向表面；以及多个接合元件，所述多个接合元件布置在周向表面之间的空间中，其中，输出轴和输入轴是通过使接合元件接合周向表面而以能够一体地旋转的方式连接至彼此的，并且这种连接是通过解除接合元件与周向表面之间的接合而被断开的，其中，当用于操作发电机的负载转矩最大时从旋转体传递至圈的最大传递转矩T1max与由于通过将圈配合在旋转体上所获得的紧固力而能够从旋转体传递至圈的传递转矩T2满足T1max＞T2的关系，并且其中，从旋转体传递至圈以操作发电机的的必要最小传递转矩T1、由于通过接合元件与周向表面的接合所获得的紧固力而从旋转体传递至圈的传递转矩T3、以及传递转矩T2满足T1＜T2+T3的关系。
本发明的第三方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括：增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大由风力引起的主轴旋转的速度以从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器设置在输出轴与输入轴之间，单向离合器在输出轴的旋转速度超过输入轴的旋转速度的状态下将输出轴和输入轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的状态下破坏输出轴与输入轴之间的连接，其中，单向离合器包括：圈，该圈配合在随输出轴旋转的旋转体上；布置成与圈的周向表面的在径向方向上的外侧或内侧相对并且设置在输出轴侧的另一周向表面；以及多个接合元件，所述多个接合元件布置在周向表面之间的空间中，其中，输出轴和输入轴是通过使接合元件接合周向表面而以能够一体地旋转的方式连接至彼此的，并且这种连接是通过解除接合元件与周向表面之间的接合而被断开的，其中，当用于操作发电机的负载转矩最大时从旋转体传递至圈的最大传递转矩T1max与由于通过将圈配合在旋转体上所获得的紧固力而能够从旋转体传递至圈的传递转矩T2满足T1max＞T2的关系，并且其中，从旋转体传递至圈以操作发电机的的必要最小传递转矩T1、由于通过接合元件与周向表面的接合所获得的紧固力而从旋转体传递至圈的传递转矩T3、以及传递转矩T2满足T1＜T2+T3的关系。
本发明的第四方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括：主轴，该主轴通过风力旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大主轴旋转的速度并且从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；壳体，该壳体容纳增速齿轮装置和发电机；输入旋转体，该输入旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输出轴上；输出旋转体，该输出旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输入轴上，并且该输出旋转体同轴地布置在输入旋转体的径向内侧或径向外侧；单向离合器，该单向离合器布置在输入旋转体与输出旋转体之间，单向离合器在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下将输入旋转体和输出旋转体以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下断开输入旋转体与输出旋转体之间的连接；以及遮蔽装置，该遮蔽装置将壳体内的空间与布置单向离合器的区域隔离。
本发明的第五方面提供了一种发电设备，该发电设备包括：主轴，该主轴通过外力旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大从主轴接受的旋转的速度并且从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括驱动轴和转子，驱动轴通过接受输出轴的旋转而旋转，转子与驱动轴一体地旋转，并且发电机根据转子的旋转而产生电力；单向离合器，该单向离合器设置在输出轴与驱动轴之间，单向离合器在输出轴的旋转速度超过驱动轴的旋转速度的第一状态下将输出轴和驱动轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输出轴的旋转速度低于驱动轴的旋转速度的第二状态下断开输出轴与驱动轴之间的连接；连接装置，该连接装置设置在输出轴与驱动轴之间，并且该连接装置至少在第二状态下能够将输出轴与驱动轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此；以及控制单元，该控制单元根据预定条件来控制连接装置的操作以将输出轴与驱动轴连接至彼此。
本发明的优点
根据本发明的各方面，能够有效地抑制对增速齿轮装置的输出轴进行支承的滚动轴承中的擦损磨耗的出现。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。
图2为增速齿轮装置和发电机的示意性侧视图。
图3为联轴装置的侧视图(部分剖视图)。
图4为沿图3的箭头A-A截取的剖视图。
图5为联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
图6为单向离合器的主要部分的放大剖视图。
图7为单向离合器的保持架的立体图。
图8(a)和图8(b)为示出了单向离合器的动作的说明图。
图9为说明了负载转矩与传递转矩之间的关系的曲线图。
图10(a)至图10(d)为示出了联轴装置的组装过程的说明图。
图11为增速齿轮装置的滚子轴承的剖视图。
图12为覆盖构件的连接部的放大剖视图。
图13为根据本发明的第二实施方式的风力发电设备的联轴装置的剖视图。
图14为单向离合器的主要部分的放大剖视图。
图15为风力发电设备的改型的示意性侧视图。
图16为根据另一实施方式的增速齿轮装置和发电机的示意性侧视图。
图17为根据又一实施方式的联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
图18为根据又一实施方式的联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
图19为根据本发明的第三实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。
图20为风力发电设备中的增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间的连接部的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被尤其详细地示出。
图21为风力发电设备的单向离合器的剖视图。
图22为风力发电设备中的增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间的连接部的剖视图，其中，单向离合器、电磁离合器和滚动轴承的结构被尤其详细地示出。
图23为示出了根据背景技术的增速齿轮装置的剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。
图1为根据本发明的第一实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。
风力发电设备1包括叶片(风接受构件)11、支柱12和机舱13。叶片11包括设置在主轴2的末端处的多个翼片并且通过接受风而使主轴2旋转。机舱13包括主轴2、用于支承主轴2的支承机构15、用于使主轴2的旋转速度增大的增速齿轮装置3、用于通过速度被增速齿轮装置3增大的旋转力产生电的发电机4、用于容置这些部件的壳体18等。支柱12围绕竖向轴线以能够水平旋转的方式支承机舱13。
图2为增速齿轮装置和发电机的示意性侧视图。
发电机4由例如感应发电机形成并且包括驱动轴(输入轴)41、内设在发电机4中的转子42和未图示的定子等，驱动轴41是通过接受速度已经被增速齿轮装置3增大的旋转而旋转的。转子42以能够一体地旋转的方式连接至驱动轴41，并且发电机4构造成由于通过驱动轴41的旋转来驱动转子42而产生电。除此之外，驱动轴41设置有用于使驱动轴41制动的制动器44。
增速齿轮装置3包括接受主轴2的旋转以使旋转的速度增大的齿轮机构(旋转传递机构)30。齿轮机构30包括行星齿轮机构31和高速级齿轮机构32，高速级齿轮机构32接受速度已经被行星齿轮机构31增大的旋转以进一步增大高速级齿轮机构32的速度。
行星齿轮机构31包括内齿轮(环形齿轮)31a、多个行星齿轮31b以及与行星齿轮31b啮合的太阳齿轮31c，所述多个行星齿轮31b保持在以能够一体地旋转的方式连接至主轴2的行星架(未图示)上。因此，当行星架与主轴2一起旋转时，太阳齿轮31c经由行星齿轮31b旋转，并且该旋转被传递至高速级齿轮机构32的低速轴33。
高速级齿轮机构32包括具有低速齿轮33a的低速轴33、具有第一中间齿轮34a和第二中间齿轮34b的中间轴34、以及具有高速齿轮35a的输出轴35。
低速轴33由具有直径为例如约1m的大型旋转轴形成并且与主轴2同轴地布置。低速轴33的沿轴向方向的两个端部由滚子轴承36a和滚子轴承36b以可旋转的方式支承。
中间轴34布置在低速轴33的上方，并且中间轴34的沿轴向方向的两个端部由滚子轴承37a和滚子轴承37b以可旋转的方式支承。中间轴34的第一中间齿轮34a与低速齿轮33a啮合，并且第二中间齿轮34b与高速齿轮35a啮合。
输出轴35布置在中间轴34的上方，以输出运转转矩。输出轴35的沿轴向方向的第一端部35b和第二端部(输出端部)35c分别由滚子轴承38和滚子轴承39以可旋转的方式支承。
由于上述结构，主轴2的旋转速度是通过行星齿轮机构31的传动比、低速齿轮33a与第一中间齿轮34a之间的传动比以及第二中间齿轮34b与高速齿轮35a之间的传动比分三级增大的，使得运转转矩可以从输出轴35的输出端部35c输出。换句话说，由风引起的主轴2旋转的速度通过增速齿轮装置3分三级增大以驱动发电机4。
图11为增速齿轮装置的对例如输出轴35的第一端部35b进行支承的滚子轴承的剖视图。在图11中，滚子轴承38由筒状的滚子轴承形成并且包括内圈38a、外圈38b、多个柱状滚子38c以及环状保持架38d，内圈38a外部地配合并固定在输出轴35上，外圈38b固定在外壳(未图示)上，所述多个柱状滚子38c布置成能够通过在内圈38a与外圈38b之间进行滚动而移动，环状保持架38d用于沿周向方向以预定的间隔保持柱状滚子38c。内圈38a、外圈38b和柱状滚子38c由例如轴承钢制成，并且保持架38d由例如铜合金制成。
内圈38a在其外周上具有形成在沿轴向方向的中央部中的内圈滚道表面38a1。外圈38b与内圈38a同轴地布置并且在外圈38b的内周上包括形成在沿轴向方向的中央部中的外圈滚道表面38b1、以及形成在外圈滚道表面38b1的沿轴向方向的两侧的一对外圈凸缘部38b2。外圈滚道表面38b1布置成与内圈滚道表面38a1相对。外圈凸缘部38b2形成为从外圈38b的内周的沿轴向方向的两个端部径向向内突出，并且柱状滚子38c的端面与这些外圈凸缘部38b2滑动接触。
柱状滚子38c布置成能够通过在内圈38a的内圈滚道表面38a1与外圈38b的外圈滚道表面38b1之间进行滚动而移动。
保持架38d包括一对环状部38d1以及多个柱部38d2，所述一对环状部38d1布置成沿轴向方向彼此间隔开，所述多个柱部38d2沿环状部38d1的周向方向以相等的间隔布置以将环状部38d1连接至彼此。所述一对环状部38d1与彼此相邻的两个柱部38d2之间形成凹穴38d3，并且每个柱状滚子38c均布置在每个凹穴38d3中。附带地，在具有大尺寸的风力发电设备1中，大负载施加至对增速齿轮装置3的输出轴35进行支承的滚子轴承，并且因此，所使用的滚子轴承38优选地具有高的刚性并且能够适当地吸收输出轴35的沿轴向方向的热胀/冷缩。应当指出的是，滚珠轴承或圆锥轴承可以用作滚动轴承。
在图2中，风力发电设备1包括联轴装置(联接装置)9，联轴装置9用于将增速齿轮装置3的输出轴35与发电机4的驱动轴41以能够一体地旋转的方式连接至彼此。该联轴装置9包括输入旋转体(内侧旋转体)5、输出旋转体(外侧旋转体)6、单向离合器7和滚动轴承8，并且联轴装置9也形成为离合器单元。除此之外，联轴装置9设置在用于驱动轴41的制动器44的更接近增速齿轮装置3的一侧。
图3为联轴装置的侧视图(部分剖视图)。图4为沿图3的箭头A-A截取的剖视图。
输入旋转体5包括轴部51和输入侧连接部52，输入侧连接部52设置在轴部51的沿轴向方向的第一端部(图3中的左端部)中。输入侧连接部52以能够一体地旋转且可移除的方式连接至输出轴35。
输出旋转体6与输入旋转体5同轴地布置并且包括筒状部61和输出侧连接部62，筒状部61形成为圆筒形状，输出侧连接部62设置在筒状部61的沿轴向方向的第二端部(图3中的右端部)中。输出侧连接部62以可一体地旋转且可移除的方式连接至驱动轴41。
单向离合器7布置在输入旋转体5与输出旋转体6之间的旋转体径向相对并彼此交叠的部分中。除此之外，滚动轴承8布置在输入旋转体5与输出旋转体6之间并且位于单向离合器7的沿轴向方向的两侧。单向离合器7设置成用于以能够连接/能够断开连接的方式将输出轴35的旋转经由输入旋转体5和输出旋转体6传递至驱动轴41，并且滚动轴承8设置成用于相互地支承输出轴35和驱动轴41。附带地，尽管滚动轴承8在本实施方式的风力发电设备1中布置在单向离合器7的沿轴向方向的两侧，但滚动轴承可以布置在单向离合器7的沿轴向方向的仅一侧。
在图3中，输入侧连接部52包括凸缘部52a和弯曲构件52b，凸缘部52a固定在轴部51的一端上，弯曲构件52b布置在凸缘部52a与输出轴35之间。轴部51形成为圆柱形状并且具有在其沿轴向方向的第一端部(图3中的左端部)的外周向表面上形成的键槽51b。凸缘部52a沿周向方向以一定间隔具有多个(例如四个)突出部52a1(参见图4)，每个突出部52a1均呈圆形形状并且在径向方向上向外突出。每个突出部52a1均具有穿过其形成的螺栓插入孔52a2。配合孔52a3形成在凸缘部52a的中央部中，并且轴部51的第一端部通过压配合等配合在该配合孔52a3中。除此之外，配合孔52a3中形成有键槽52a4。轴部51和凸缘部52a通过在两个键槽52a4和键槽51b中设置键53而以能够一体地旋转的方式连接至彼此。
输出侧连接部62包括凸缘部62a和弯曲构件62b，凸缘部62a设置在筒状部61的沿轴向方向的第二端部中，弯曲构件62b布置在凸缘部62a与驱动轴41之间。凸缘部62a通过锻造等一体地模制在筒状部61的第一端部中、从筒状部61的外周向表面沿径向方向向外突出，并且凸缘部62a具有穿过其形成的螺栓插入孔62a1。除此之外，凸缘部62a以与输入侧连接部52的凸缘部52a的突出部52a1相同的方式沿周向方向以一定间隔设置成复数个(例如，四个)。
输入侧连接部52的弯曲构件52b布置在凸缘部52a与凸缘部35c1之间，凸缘部35c1设置在输出轴35的输出端部35c中。除此之外，输出侧连接部62的弯曲构件62b布置在凸缘部62a与凸缘部41a之间，凸缘部41a设置在驱动轴41的输入端部中。这些弯曲构件52b、62b中的每一者均由多个环状或盘状构件形成，以借助螺栓和螺母的紧固件52c连接至凸缘部52a和凸缘部35c1或者借助螺栓和螺母的紧固件62c连接至凸缘部62a和凸缘部41a。
这些弯曲构件52b、62b中的每一者因其自身的弯曲(弹性变形)而均具有吸收未对准、比如输出轴35与驱动轴41之间的偏心或角度偏差(轴向中心的偏差)的功能。组合使用的这些弯曲构件52b、62b的结构以及凸缘部52a、35c1、62a、41a的结构没有特别地限制，并且已知的结构(比如在例如JP-A-2006-250034和JP-A-2001-349335中所描述的结构)中的任一结构只要其具有上述功能就可以被采用。除此之外，输入侧连接部52可以包括输出轴35侧上的凸缘部35c1作为其部件，并且输出侧连接部62可以包括驱动轴41侧上的凸缘部41a作为其部件。
在输入旋转体5的轴部51与输出旋转体6的筒状部61之间填充有油脂(润滑剂)以用于润滑布置在其中的单向离合器7和滚动轴承8。联轴装置9包括密封装置10，密封装置10用于形成密闭空间以在轴部51与筒状部61之间、即容置单向离合器7和滚动轴承8的地方填充油脂。密封装置10包括环状密封接纳构件101、环状的第一密封构件102、覆盖构件103和第二密封构件104，环状密封接纳构件101围绕轴部51的外周向表面配合在左滚动轴承8与输入旋转体5的凸缘部52a之间，环状的第一密封构件102设置在密封接纳构件101的外周向表面与输出旋转体6的筒状部61的内周向表面之间，覆盖构件103用于覆盖筒状部61的右侧上的开口，第二密封构件104包括设置在覆盖构件103与筒状部61的端面之间的O形环。覆盖构件103由形成为圆形形状的金属板制成并且借助配合螺钉103a以可移除的方式附接至凸缘部62a的基部。这种密封装置10设置成使得油脂能够被密封在输入旋转体5的轴部51与输出旋转体6的筒状部61之间，并且使得单向离合器7和滚动轴承8能够被适当地润滑。
附带地，轴部51与筒状部61之间的密闭空间中的单向离合器7的区域与滚动轴承8的区域在轴向方向上彼此连通，使得油脂能够散布在单向离合器7和滚动轴承8之间。除此之外，由于油脂因离心力而易于聚积在径向外侧上，因此密闭空间的这些区域如在本实施方式中优选地在单向离合器7的外圈内周向表面72a以及滚动轴承8的外圈滚道表面82a侧连通。
除此之外，在筒状部61的外周上，配装有油脂嘴(配装有止回阀的供油口)64的供油孔61a形成为沿径向方向穿入到密闭空间中。该供油孔61a是对应于单向离合器7与滚动轴承8中的一个滚动轴承之间的位置来设置的。具体地，供油孔61a是对应于单向离合器7的外圈内周向表面72a与滚动轴承8的外圈滚道表面82a之间的位置形成的。除此之外，供油孔61a设置在沿周向方向的多个位置、例如设置在如图4所示的以相等间隔隔开的四个位置，使得油脂能够通过供油孔61a中的任一供油孔供给到密闭空间中。
此外，在通过供油孔61a中的任一供油孔供给油脂的过程中，废弃的油脂可以通过将油脂嘴64从该供油孔61a移除而经由另一供油孔61a排出。因此，供油孔61a不仅具有作为油脂供给部的功能而且具有作为排出部的功能。应当指出的是，油脂不仅能够通过供油孔61a排出而且能够通过将覆盖构件103从输出旋转体6移除而排出。在这种情况下，由于筒状部61的端部处的开口能够被完全打开，因此油脂能够被有效地排出。
当输出旋转体6旋转时，供油孔61a的位置被改变，但由于供油孔61a设置在沿周向方向的多个位置，因此设置在油脂能够被最容易地供给的位置的供油孔61a可以被选择性地用于油脂供给。因此，供油操作可以被容易地执行。
除此之外，由于供油孔61a是与单向离合器7与滚动轴承8中的一个滚动轴承之间的位置对应地设置的，因此油脂可以被确切地供给至单向离合器7和滚动轴承8中的一个滚动轴承。供油孔61a可以与单向离合器7与滚动轴承8中的另一滚动轴承之间的位置或单向离合器7与两个滚动轴承8之间的位置对应地设置。附带地，为润滑单向离合器7所使用的油脂优选地为包含作为基油的酯和尿基增稠剂的油脂，使得该油脂难以受温度变化的影响，本发明不局限于此。
在筒状部61的沿轴向方向的第一端部(图3中的左端部)的端面与输入旋转体5的凸缘部52a的与前述端面相对的端面之间形成有空间s2。除此之外，在轴部51的末端与覆盖构件103之间形成有空间s3。由于这些空间s2和s3，输出旋转体6在输出旋转体6与驱动轴41断开连接的状态下能够沿轴向方向相对于输出旋转体5移动。
图5为联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
如图4和图5所示，单向离合器7包括内圈71、外圈72和多个滚子(接合元件)73，所述多个滚子73布置在内圈71的外周向表面71a与外圈72的内周向表面72a之间。
内圈71通过围绕输入旋转体5的轴部51的沿轴向方向的中央部配合而固定，以与轴部51一体地旋转。输出旋转体6的筒状部61的沿轴向方向的中央部的区域B与单向离合器7的外圈72对应。因此，筒状部61的区域B中的内周向表面与外圈内周向表面72a对应，滚子73在外圈内周向表面72a上通过滚动而移动。在本实施方式中，滚子73形成为各自呈圆柱形状并且设置成沿周向方向布置八个滚子。
单向离合器7还包括环状保持架74和多个弹性构件(按压构件)75，环状保持架74用于保持沿周向方向以预定间隔隔开的相应滚子73，多个弹性构件75沿一个方向弹性地按压滚子73。
图7为单向离合器的保持架的立体图。在图7中，保持架74包括一对环状部76和多个柱部77，所述一对环状部76沿轴向方向彼此相对，所述多个柱部77与环状部76分开形成并且具有沿轴向方向分别配合在环状部76中的两个端部。由环状部76以及沿周向方向彼此相邻的柱部77包围的空间形成凹穴78，并且滚子73中的每个滚子均单独地保持在每个凹穴78中(参见图4)。
环状部76中的每个环状部均由金属材料、比如碳钢或铝制成，并且设定成具有例如300mm的外径以及沿轴向方向的15mm的厚度。在每个环状部76的内周上，沿周向方向以预定的间隔形成有多个凹部76a。
柱部77中的每个支柱部均包括主体77a、突出部77b和一对配合部77c，突出部77b在主体77a的沿周向方向的一个端面上突出，所述一对配合部77c形成在主体77a的沿轴向方向的两个端部中。主体77a、突出部77b和配合部77c是通过对合成树脂材料进行注塑成型而一体地模制的。
如图4所示，突出部77b引导(定位)在凹穴78中保持的弹性构件75。具体地，突出部77b形成为朝向其末端逐渐缩小。弹性构件75从突出部77b的末端侧自由地配合。应当指出的是，弹性构件75由形成为沿轴向方向细长的压缩螺旋弹簧制成。然而，弹性构件75可以是另一类型的弹簧比如片簧。
如图7所示，配合部77c形成为具有比主体77a更小的沿径向方向的厚度，并且配合部77c的厚度设定成使得环状部76的外周向表面以及主体77a的外周向表面可以在配合部77c配合在凹部76a中时大致处于同一水平面。
以此方式，保持架74包括环状部76和柱部77，并且这些部分形成为分开的部件，并且因此，环状部76和柱部77能够被单独地制造。因此，与整个保持架74被一体地制造的情况相比较，保持架74可以被容易地制造。特别地，风力发电设备1中使用的保持架74具有较大的尺寸，并且难以一体地制造该保持架，并且因此，将环状部76和柱部77作为单独的部件来构造是更有益的。除此之外，由于环状部76是由金属制成的，因此能够十分地确保保持架74的强度，并且由于柱部77是由合成树脂制成的，因此可以减轻整个保持架74的重量。
如图4所示，内圈71的外周向表面71a上形成有与滚子73相同数目(即，八个)的平坦的凸轮表面71a1，并且外圈72的内周向表面72a形成为筒状表面。内圈71的凸轮表面71a1与外圈72的筒状表面72a之间沿周向方向形成多个(八个)楔形空间S。
图6为单向离合器的主要部分的放大剖视图。
每个滚子73均单独地布置在每个楔形空间S中。除此之外，滚子73被弹性构件75朝向楔形空间S变小的方向按压。滚子73具有作为其外周向表面的接触表面73a，接触表面73a与内圈71的凸轮表面71a1以及外圈72的内周向表面72a接触，并且该接触表面73a形成为沿宽度方向(轴向方向)直线延伸。
在具有前述结构的单向离合器7中，如果输入旋转体5以增大的速度旋转并且因此输入旋转体5的旋转速度超过输出旋转体6的旋转速度，则内圈71将沿一个方向(图4中的逆时针方向；图6中的箭头a方向)相对于外圈72相对地旋转。在这种情况下，滚子73由于弹性构件75施加的压力而在楔形空间S变小的方向(图6中的向右方向)上略微移动，滚子73的接触表面73a压靠在内圈71的外周向表面71a(凸轮表面71a1、接合表面)以及外圈72的内周向表面(接合表面)72a上，并且因此，滚子73与内圈71和外圈72接合。结果，内圈71和外圈72可以沿方向a一体地旋转，并且因此，输入旋转体5和输出旋转体6可以以能够一体地旋转的方式连接至彼此。
除此之外，如果输入旋转体5在以增大的速度旋转之后以恒定的速度旋转并且因此输入旋转体5的旋转速度变得与输出旋转体6的旋转速度相同，则滚子73保持在滚子与内圈71和外圈72接合的状态下。因此，单向离合器7保持内圈71和外圈72的沿上述一个方向的一体旋转，并且因此，输入旋转体5和输出旋转体6继续一体地旋转。
另一方面，如果输入旋转体5以减小的速度旋转并且因此输入旋转体5的旋转速度变得低于输出旋转体6的旋转速度，则内圈71将沿另一方向(图4的顺时针方向；图6中的箭头b的方向)相对于外圈72相对地旋转。在这种情况下，滚子73在楔形空间S变大的方向上抵抗由弹性构件75施加的压力略微移动，并且因此，滚子73与内圈71和外圈72之间的接合被解除。由于滚子73的接合被解除，因此输入旋转体5与输出旋转体6之间的连接被断开。
附带地，形成相应的楔形空间S的外圈内周向表面72a是由筒状表面的沿周向方向连续的一部分(弧形表面)形成的，但外圈内周向表面72a可以是由沿周向方向不连续的弧形表面、比如在外圈内周向表面72a的与彼此相邻的楔形空间S相对应的部分之间具有平坦表面或拐点的独立弧形表面形成的。
在输入旋转体5中，单向离合器7的内圈71通过以预定过盈量的过盈配合而配装在轴部51上。因此，轴部51和内圈71由于内圈71在轴部51上的紧固力而能够一体地旋转。此外，内圈71在轴部51上的紧固力是通过滚子73与内圈71和外圈72之间的接合而增大的。现在将详细描述这种作用。
如图6中图示的，当内圈71在图6中的箭头a的方向上相对于外圈72相对地旋转时，滚子73与凸轮表面71a1和外圈内周向表面72a接合，并且因此，如在图8(a)和图8(b)中图示的，由外圈内周向表面72a对滚子73施加负载Fa或Fb，并且由滚子73对内圈71的凸轮表面71a1施加竖向分量负载Fa1或Fb1，即负载Fa或Fb的力分量。因此，内圈71在轴部51上的紧固力被这种竖向分量负载Fa1或Fb1增大。
结果，由于在轴部51与内圈71之间的配合产生的紧固力(在下文中还被称为“初始紧固力”)而能够从轴部51传递至内圈71的转矩(传递转矩)T2能够设定为小于当用于操作风力发电设备1的负载转矩(比如，用于驱动发电机4的转子42的发电转矩和惯性转矩)为最大时从轴部51传递至内圈71的最大传递转矩T1max。换言之，在T2与T1max之间能够设定如下关系：
T1max>T2… (1)
此外，假设由于在滚子73与内圈71和外圈72之间的接合产生的紧固力而能够从轴部51传递至内圈71的传递转矩(在下文中还被称为“附加的紧固力”)为T3，则T2与T3之和始终大于为操作风力发电设备1所需的最小传递转矩T1。换言之，下列关系保持为:
T1<T2+T3… (2)
特别地，当负载转矩为最大时由于附加的紧固力而能够从轴部51传递至内圈71的传递转矩T3max满足如下条件：
T1max<T2+T3max… (3)
在图9的图表中图示了在负载转矩与相应的传递转矩T1至T3之间的关系。附带地，上文描述的最大负载转矩指的是假设为风力发电设备1的设计条件下的最大负载转矩，而不是当风力发电设备1具有故障或当风速由于天气异常而出乎意料地急剧变化时发生的过大负载转矩。
当满足上文提到的关系(1)至(3)时，能够使由轴部51与内圈71之间的配合所产生的初始紧固力能够尽可能地小，并且因此可以减小轴部51与内圈71之间的配合所需的过盈量，使得可以减小由于在其两者之间的配合而在内圈71中产生的内部应力(特别地，沿周向方向的应力)。由于内圈71的内部应力被减小，内圈71的耐久性能够提升，使得能够提高单向离合器7的寿命并且最终提高联轴装置9的寿命。应指出的是，轴部5与内圈71之间的过盈量能够设定为最小10微米。
附带地，如果省略单向离合器7的内圈71并且凸轮表面被直接地形成在轴部51上，则能够适当地抑制由于配合而产生的上文描述的应力集中。然而，由于如在本实施方式中的风力发电设备1中使用的单向离合器7具有大的尺寸，所以将凸轮表面直接形成在轴部51上是困难的且不现实的。因此，将传递转矩T1至T3和负载转矩之间的关系设定为上文提到的条件(1)至(3)是最有效的。
另一方面，如果通过滚子73与内圈71和外圈72之间的接合所获得的紧固力当负载转矩增大时变得过大，则内圈71的负担增加，因此，应理解的是，耐久性反而可能被降低。因此，在本实施方式中，随着负载转矩增大，由滚子73施加至内圈71(凸轮表面71a1)的竖向分量负载的与负载转矩的增量对应的增量被减小，使得内圈71的负载能够尽可能地减小。
具体地，如图6中图示的，外圈内周向表面72a形成为弧形表面，并且因此，当楔形空间S更小时，楔角更大。图8(a)图示了滚子73定位在楔形空间S相对较大并且楔角θa较小的区域中的状态，并且图8(b)图示了滚子73定位在楔形空间S相对较小并且楔角θb较大的区域中的状态。
此外，滚子73在负载转矩小的情况下——比如滚子73与内圈71和外圈72之间接合的初始阶段，例如，当为了启动旋转从非旋转状态获得切入风速(发电所需的最小风速)时，或当旋转在切入风速下变得恒定并且稳定时——定位在楔形空间S相对较大的区域中。替代性地，转子73在负载转矩较大的情况下、比如当获取超过额定风速的风速以获得额定输出时定位在楔形空间S较小的区域中。切入风速可以是瞬间风速或预定时间的平均风速。
因此，在图8(a)和图8(b)中，从外圈内周向表面72a施加至滚子73的负载Fa和Fb为下列关系：
Fa<Fb… (4)
在图8(b)中图示的从外圈内周向表面72a施加至滚子73的竖向分量负载Fb1与负载Fb之比(Fb/Fb1)小于在图8(a)中图示的竖向分量负载Fa1与负载Fa之比(Fa/Fa1)。因此，即使当负载转矩增大时，竖向分量负载Fb1也没有太多的增大，并且因此能够减小对内圈71的负担。
当滚子73与内圈71和外圈72之间接合的初始阶段施加负载转矩时所获得的楔角θa和当施加最大负载转矩时所获得的楔角θb被设定为处于下列关系：
1.0°＜θb-θa＜1.5°... (5)
楔角θa优选地在4°至9°的范围内，并且楔角θb优选地在5.5°至10°的范围内。如果楔角θa小于4°，则存在从滚子73施加至凸轮表面71a1的竖向分量负载Fa1可能变得比所需的负载更大的可能性，并且如果楔角θa超过9°，则另一楔角θb变得过大，并且因此，存在滚子与周向表面之间的接合变得不够充分的可能性。此外，如果楔角θb小于5.5°，则另一楔角θa变得过小，并且因此，存在从滚子73施加至凸轮表面71a1的竖向分量负载Fa1可能变得比所需的负载更大的可能性，并且如果楔角θb超过10°，则存在滚子73与内圈71和外圈72之间的接合可能变得不够充分的可能性。
此外，楔角θa与楔角θb之比设定为：
1.1＜θb/θa＜1.4... (6)
(更优选地，1.11＜θb/θa＜1.38)
如果楔角θa和θb设定为处于上文描述的关系，则在轴部51与内圈71之间的转矩传递能够被确切地执行，并且此外，内圈71的负担能够从滚子73与内圈71和外圈72之间接合的初始阶段减小直到负载转矩变得最大为止。
通过调节下述参数能够设定上文描述的关系(5)和(6)：外圈72的内径、滚子73的外径和节圆直径(p.c.d.)、外圈内周向表面72a与凸轮表面71a1之间的距离等。此外，在单向离合器7中使用的滚子73的数量被优选地设定为四至八个。如果滚子73的数量超过八个，则从外圈内周向表面72a施加至每个滚子73的负载Fa和Fb被分散而减小从滚子73施加至凸轮表面71a1的竖向分量负载Fa1和Fb1，并且存在不能充分地获得内圈71在轴部51上的紧固力的可能性。替代性地，如果滚子73的数量小于四个，则内圈71在轴部51上的紧固力变得过大，并且因此内圈71的局部负担变大。
在图5中，一对滚子轴承8布置在输入旋转体5的轴部51与输出旋转体6的筒状部61之间，以能够相对旋转地支承输入旋转体5和输出旋转体6。此外，相应的滚子轴承8在单向离合器7的沿轴向方向的两侧布置成邻近夹在单向离合器7之间的垫圈(定位构件)91。
每个滚子轴承8由柱状滚子轴承形成，该柱状滚子轴承包括：用作轴承圈的内圈81和外圈82；布置在内圈81与外圈82之间的多个柱状滚子(滚动元件)83，多个柱状滚子83通过滚动可移动；以及保持架84，保持架84用于保持多个柱状滚子83之间的沿周向方向的距离。
内圈81具有形成在其外圆周上的内圈滚道表面81a以及形成在内圈滚道表面81a的沿轴向方向的两侧以在径向方向上向外突出的内圈凸缘部81b。柱状滚子83的端面与内圈凸缘部81b的内侧表面滑动接触。此外，与单向离合器7相邻的内圈凸缘部81b具有径向外端部，该径向外端部径向地向外突出超过单向离合器7的内圈71以定位在单向离合器7的保持架74的沿轴向方向的一侧。
输出旋转体6的筒状部61的沿轴向方向的两个端部的区域A和C与滚动轴承8的外圈82对应，并且外圈82的外圈滚道表面82a形成在这些区域A和C中的内周向表面上。柱状滚子83以通过在外圈滚道表面82a与内圈滚道表面81a之间滚动而能够移动的方式设置。因此，外旋转体6的筒状部61还用作单向离合器7的外圈72和滚动轴承8的外圈82，并且单向离合器7的外圈内周向表面72a与滚动轴承8的外圈滚道表面82a形成在同一内圆周上。换言之，单向离合器7的外圈72和滚动轴承8的外圈82是一体地形成的。
每个垫圈91是通过将金属的薄板材料、比如冷轧板(SPCC)形成为环形形状来构成的，并且其截面的沿轴向方向的厚度被设定为小于沿径向方向的宽度。此外，垫圈91被配装(自由地配装)在输入旋转体5的轴部51的外周向表面上，以夹在单向离合器7的内圈71与滚动轴承8的内圈81之间。此外，垫圈91在径向方向上向外突出超过单向离合器7的内圈71，并且能够接触单向离合器7的保持架74的沿轴向方向的侧表面。
因此，单向离合器7的保持架74是通过垫圈91沿轴向方向定位的。此外，由于垫圈91布置在单向离合器7的保持架74与滚动轴承8的保持架84之间，因而这些保持架不直接地彼此接触。因此，能够防止由保持架74和84之间的接触导致的磨损和咬粘。此外，由于垫圈91被夹在单向离合器7的内圈71与滚动轴承8的内圈81之间，因而垫圈91能够被牢固地固定，即使当垫圈91自由地配装在轴部51上亦是如此。因此，垫圈91能够形成为尽可能地薄，并且保持架74能够被确切地定位。此外，形成在滚动轴承8的内圈81上的凸缘部81b径向地向外突出超过单向离合器7的内圈71，以定位在保持架74的沿轴向方向的一侧，并且因此，垫圈91能够由内圈81的凸缘部81b来支撑，并且垫圈91能够被更牢固地支承。结果，垫圈91能够以更小的厚度形成，并且另外因提供垫圈91导致的单向离合器7的沿轴向方向的尺寸增大能够被抑制。
附带地，垫圈91布置成具有用作在垫圈与筒状部61之间设置的油脂的通道的间隙，以免抑制油脂在单向离合器7与滚动轴承8之间的流动。
图10(a)至图10(d)为图示了联轴装置的组装过程的示意性图表。
现在，将参照图10(a)至图10(d)描述联轴装置9的组装过程。首先，如图10(a)中所图示的，将滚动轴承8中的一个滚动轴承、垫圈91、单向离合器7的内圈71、保持架74的环状部76、柱部77和另一环状部76、另一滚动轴承8顺序地附接至输入旋转体5的轴部51的外周向表面。此时，保持架84和柱状滚子83提前被安装至每个滚子轴承8的内圈81。滚子轴承8的内圈81和单向离合器7的内圈71是通过冷缩配合或热胀配合而配装在轴部51的外周向表面51a上来附接的。因此，内圈81和71是通过以预定过盈量的过盈配合而牢固地配装在轴部51上的。保持架74是通过如下方式来附接的：首先通过将环状部76中的一个环状部配装在内圈71的外周向表面上，将柱部77的配装部77c(参见图7)中的一个配装部配装在环状部76的每个凹部76a(参见图7)中，以及随后将另一环状部76的凹部76a配装在柱部77的另一配装部77c中同时将该环状部76自由地配装在内圈71上。
接下来，如图10(b)中所图示的，通过冷缩配合等将密封接收构件101配装在轴部51的外周向表面上。此外，将弹性构件75和单向离合器7的滚子73附接至保持架74。
随后，如图10(c)中图示的，将输出旋转体6的筒状部61附接至已经附接至输入旋转体5的单向离合器7的滚子73以及滚动轴承8的柱状滚子83的径向外侧。此时，如图6中图示的，单向离合器7的每个滚子73被弹性构件75按压在凹穴78内并且定位在凸轮表面71a1的端部的一侧上，并且因此，滚子73处于其径向地向外突出超过输出旋转体6的筒状部61的内周向表面、即超过单向离合器7的外圈内周向表面72a的状态。因此，当筒状部61要被配装至滚子73的径向外侧时，筒状部61是在与由弹性构件75按压滚子73的方向相反的方向上旋转的，其中，筒状部61的末端(在附图中的下末端)保持与滚子73的端部接触。
以这种方式，滚子73能够向后移动至径向内侧，同时朝向凸轮表面71a1的中央移动，并且因此，筒状部61的内周向表面能够容易地配装至滚子73的径向外侧。
此外，由于风力发电设备1具有大尺寸并且联轴装置9的相应的部件也是大型化的，因而组装是在这些部件被起吊的非稳定状态下执行的。因此，在将输出旋转体6的筒状部61附接至已经被附接至输入旋转体5的单向离合器7的滚子73的径向外侧的过程中，难以调节筒状部61的末端的位置和单向离合器7的滚子73的端部的位置。此外，由于滚子73被弹性构件75按压而定位在凸轮表面71a1的径向端部的一侧上，需要将滚子73朝向凸轮表面71a1的径向中央移动以将筒状部61附接至滚子73的径向外侧，但是如果筒状部61的末端的位置和单向离合器7的滚子73的端部的位置难以调节，则组装操作是极其难以执行的。在本实施方式中，在位于筒状部61的末端处的内周向表面上形成有用于使内径增大的渐缩表面61b。当这种渐缩表面61b压靠滚子73的端部时，筒状部61的末端的位置和滚子73的端部的位置能够容易地调节，并且筒状部61的末端能够与滚子73的端部容易地接合。此外，由于筒状部61能够容易地保持处于渐缩表面61b压靠滚子73的端部的状态，所以滚子73能够容易地朝向凸轮表面71a1的径向中央移动，并且因此，筒状部61能够被更容易地组装。
附带地，优选的是在单向离合器7的每个滚子73的沿轴向方向的端部的外边缘73e上形成渐缩表面，以在组装筒状部61的过程中被容易地定位成抵靠渐缩表面61b。此外，当在轴部51的沿轴向方向的端部的外周向表面上以及在要被配装在轴部51上的内圈71和内圈81的沿轴向方向的端部的周向表面上形成渐缩表面或R表面时，能够容易地执行这些部件的对准和组装。
最后，如图10(d)中图示的，将键53附接至轴部51的键槽51b并且将凸缘部52a配装在轴部51的外周向表面51a上。
附带地，对于单向离合器7的组装方法而言，可以采用如下方法：首先，将滚动轴承8中的一个滚动轴承安装至输入旋转体5的轴部51的外圆周，随后安装输出旋转体6的筒状部61，并且将提前组装的单向离合器插入在轴部51与筒状部61之间。然而，由于在风力发电设备1中使用的单向离合器是大型的，因此将已提前组装的单向离合器插入至位于轴部51与筒状部61之间的小空间中是极其困难的。此外，每个滚子73由于弹性构件75和凸轮表面71a1的作用而径向地向外突出超过筒状部61的内周向表面72a，并且因此，需要将每个滚子73径向向内按压以将单向离合器7插入至筒状部61的内侧，这使得组装操作极其复杂。
相比之下，在参照图10(a)至图10(d)描述的本实施方式的组装方法中，将输出旋转体6安装至不包括外圈72和82的单向离合器7和滚动轴承8从而附接至输入旋转体5的轴部51，并且在该组装期间，通过使输出旋转体6的筒状部61旋转而使多个滚子73能够同时向后径向地向内移动，并且因此，能够容易地组装联轴装置8。
附带地，在额定输出超过1MW的大型风力发电设备1中，增速齿轮装置3的输出轴35的轴直径和发电机4的驱动轴41的轴直径也是大的，并且因此联轴装置9的重量是大的。因此，在组装联轴装置9的过程中通过直接手动地保持各部件来执行组装操作是极其困难的。在包括例如2MW级的发电机4的风力发电设备1中，联轴装置9的重量在一些情况下超过100kg，并且用于组装操作所需的劳动量、比如将处于非稳定状态的吊装部件附接并且使用专用夹具的劳动量是极大的。因此，如上文描述地来组装联轴装置9是极其有效的。
附带地，直至图10(c)的组装过程是可以适当改变的。例如，可以分别将滚动轴承的内圈81、保持架84和柱状滚子83独立地附接至轴部51。
如图2中图示的，本实施方式的风力发电设备1设置有覆盖联轴装置9的覆盖构件(遮蔽装置)92。该覆盖构件92由可弹性变形的合成树脂、橡胶等制成。此外，还如图3中图示的，覆盖构件92形成为呈筒状形状，并且包括设置在沿轴向方向的两端处的连接部分93和94，并且在连接部分93和94之间设置有波纹部95。一个连接部93借助固定带等固定至驱动轴41的外周向表面上(或可以固定在凸缘部41a上)。此外，另一连接部94是通过与输出轴35的凸缘部35c1接合而连接的。波纹部95可沿轴向方向伸缩，并且可沿径向方向弯曲或变形。
图12为覆盖构件的连接部的放大剖视图。
连接部94包括芯金属94a和弹性构件94b，该芯金属94a具有L形横截面，并且该弹性构件94b附着至芯金属94a的外表面。此外，在连接部94的末端处，设置有与凸缘部35c1的更靠近增速齿轮装置3一侧的侧表面接触的滑动构件94c。该滑动构件94c由具有抵靠凸缘部35c1的小的滑动摩擦力的构件、比如通过对金属板的表面进行涂覆以用于降低摩擦系数所获得的构件构成。此外，滑动构件94c通过当波纹部95沿箭头c的方向缩回时产生的力而压靠凸缘部35c1，并且这种滑动构件94c的密封作用阻止了空气流动进入覆盖构件92和流出覆盖构件92。
安装在海岸或近海的风力发电设备1是通过接受包含大量盐分的风来操作的，并且如果外侧空气流进入容置在机舱13中的设备，则由于盐害而出现金属腐蚀的问题，这大大影响了耐久性。在本实施方式的风力发电设备1中，联轴装置9被覆盖构件92覆盖，以抑制异物和空气流进入联轴装置9。因此，能够防止由盐害等造成的联轴装置9的功能性劣化，特别地防止单向离合器7的功能性劣化。
此外，覆盖构件92以覆盖构件92的沿轴向方向的一个端部例如以不可相对旋转的方式固定在驱动轴41上而覆盖构件92的沿轴向方向的另一个端部以可相对旋转的方式联接至输出轴35的方式被固定，并且因此，防止了覆盖构件92因由单向离合器7导致的输出轴35和驱动轴41的相对旋转而扭转。此外，连接部94的滑动构件94c通过利用波纹部95的弹性变形(收缩)而压靠凸缘部35c1，并且因此，能够允许这些轴的相对旋转，同时抑制异物和空气流的进入。
根据本实施方式的风力发电设备1，如果输入旋转体5的旋转速度变得低于输出旋转体6的旋转速度，则能够通过布置在输入旋转体5与输出旋转体6之间的单向离合器7断开输入旋转体5与输出旋转体6之间的连接，该输入旋转体5与增速齿轮装置3的输出轴35一体地旋转，并且输出旋转体6与发电机4的驱动轴41一体地旋转。换言之，即使在由于风力的降低而经由主轴2使得输出轴35的旋转速度急剧降低时，亦能够防止发电机4的转子42的惯性旋转经由驱动轴41传递至输出轴35。因此，能够抑制施加至对输出轴35进行支承的滚子轴承38的径向负载减小，并且能够抑制柱状滚子38c的伴随这种减小的旋转延迟。因此，如果主轴2的旋转速度由于风力的改变而从该状态急剧增大并且因而高负载被施加至柱状滚子38c，则柱状滚子38c难以以与内圈38a接触的方式在接触表面上滑动，并且因此，能够有效地抑制滚子轴承38的擦损磨耗效应。
此外，由于防止了转子42的惯性旋转被传递至输出轴35，因而能够减小施加至增速齿轮装置3的滚子轴承36a、36b、37a、37b、38、39等的负载。因此，能够减小行星齿轮系统31的所有齿轮31b和31c的尺寸、高速级齿轮系统32的轴33至35的尺寸、以及滚动轴承36a、36b、37a、37b、38、39的尺寸，并且因此，能够使增速齿轮装置3在重量方面降低并且能够以低成本进行制造。
此外，由于输入旋转体5与输出旋转体6之间的连接被断开，因而发电机4的转子42由于惯性连续地旋转而不会急剧降低其旋转速度，并且因此，能够增大转子42的平均旋转速度。结果是，能够提高发电机4的发电效率。
此外，由于滚动轴承8布置在输入旋转体5与输出旋转体6之间以用于以可相对旋转的方式支承这些旋转体，如果由于在滚子73与内圈71和72之间的接合在单向离合器7中被解除而在滚子73与内圈71和72之间在楔形空间S中形成间隙，则滚动轴承8防止输入旋转体5和输出旋转体6沿径向方向相对移动。因此，在风力发电设备1运行期间，能够防止输入旋转体5与输出旋转体6沿径向方向摆动。
此外，单向离合器7的外圈内周向表面72a与滚动轴承8的外圈滚道表面82a形成在用作共用构件的输出旋转体6的筒状部61的内周向表面上。因此，输出旋转体6既能够用作单向离合器7的外圈72又能够用作每个滚动轴承8的外圈82。因此，能够简化整个风力发电设备1的结构。
此外，输出旋转体6以可移除的方式固定在发电机4的驱动轴41上并且以相对于输入旋转体5可沿轴向方向移动的方式布置，并且因此，能够通过将输出旋转体6从驱动轴41移除并且使输出旋转体6相对于输入旋转体5沿轴向方向移动而从输入旋转体5移除输出旋转体6。结果是，能够同时移除单向离合器7的外圈72和滚动轴承8的外圈82，并且因此，能够容易地执行用于单向离合器7和滚动轴承8的保养操作。此时，不需要将发电机4移动，并且能够更容易地执行保养操作。
如图5中图示的，输入旋转体5与输出旋转体6由于下述原因而被允许沿轴向方向相对移动：例如，由于设置有空间s2和s3，由于单向离合器7的接合元件73与滚动轴承8的滚动元件83形成为柱状滚子，并且由于柱状滚子73和83在其上通过滚动而移动的外圈内周向表面72a和外圈滚道表面82a形成为筒状表面(弧形表面)。因此，即使当输出轴35和驱动轴41由于环境条件的变化、比如温度变化而沿轴向方向伸缩(即，输出轴35与驱动轴41之间的沿轴向方向的距离变化)，这种伸缩也能够由输入旋转体5和输出旋转体6的沿轴向方向的相对移动吸收。结果是，能够抑制沿轴向方向的负载施加至对输出轴35和驱动轴41进行支承的构件(比如滚动轴承等)。
此外，如果由于输入旋转体5和输出旋转体6的沿轴向方向的相对移动而使得单向离合器7的外圈内周向表面72a和滚动轴承8的外圈滚道表面82a相对于柱状滚子73和83沿轴向方向移动，则外圈内周向表面72a和外圈滚道表面82a基本上在位置上沿轴向方向偏移。特别地，由于风力发电设备1具有大尺寸，因而位置上的偏移不可避免地较大。为了应对这种位置上的偏移，筒状部61的内周向表面优选地提前经受表面处理，这种表面处理对于外圈内周向表面72a和外圈滚道表面82a在涵盖预期位置偏移量的范围上是必要的。附带地，这种位置上的偏移量是可以通过计算或试验相应的构件在基于风力发电设备1使用的环境温度、考虑由发电机4产生的热量来估计的机舱内的温度等而假定的温度变化区域(例如，-40°至60°)内的伸缩量获得的。此外，空间s2和s3优选地设定为大于每个轴的在所假定的温度变化区域的上限(最高温度)下的沿轴向方向的伸张量。此外，用于外圈内周向表面72a和外圈滚道表面82a的表面处理可以例如为表面改性处理，比如碳氮共渗处理，或诸如发黑处理或DLC(类金刚石)覆层之类的涂覆处理。替代性地，表面处理可以是热处理，比如淬火或回火。
如图2所图示的，如果提供用于使驱动轴41制动的制动器44，则单向离合器7或包括单向离合器7的联轴装置9优选地布置在增速齿轮装置3与制动器44之间。在单向离合器7例如布置在制动器44与发电机4之间的情况下，即使制动器44在旋转期间操作，仅增速齿轮装置3侧的旋转在速度方面被降低，但发电机4侧的旋转因空转的单向离合器7而继续，因而难以在例如发电机4发生异常时快速地停止发电机4。
然而，并不是一直需要在制动器44与发电机4之间提供单向离合器7或联轴装置9，但单向离合器7或联轴装置9可以设置在制动器44与发电机4之间，如图16所示的。此外，如果分别提供用于输出轴35的制动器和用于驱动轴41的制动器，则单向离合器7和联轴装置9可以设置在这些制动器之间。
图13为根据本发明的第二实施方式的联轴装置的剖视图，并且图14为图13的单向离合器7的主要部分的放大剖视图。
本实施方式的联轴装置9使用楔块作为接合元件73。此外，单向离合器7的内圈是由输入旋转体5的轴部51形成的，并且内圈的外周向表面71a是由轴部51的外周向表面51a形成的。内圈外周向表面71a形成为筒状表面而不形成如在第一实施方式中的凸轮表面。
此外，滚动轴承8的内圈也是由输入旋转体5的轴部51形成的，并且内圈的外周向表面81a是由轴部51的外周向表面51a形成的。
单向离合器7的保持架74的一个环状部76具有径向地向外突出的脊状部76b。该脊状部76b以可滑动的方式配装在形成于输出旋转体6的筒状部61的内周向表面上的周向槽61c1中，以调节保持架74的沿轴向方向的位置。
类似地，滚动轴承8的保持架84的一个环状部86具有径向地向外突出的脊状部86b。该脊状部86b以可滑动的方式配装在形成于圆筒部61的内周向表面上的周向槽61c2中，以调节保持架84的沿轴向方向的位置。
楔块73包括第一接触表面73b和第二接触表面73c，该第一接触表面73b与轴部51的外周向表面51a(内圈外周向表面71a)接触，该第二接触表面73c与外圈72(筒状部61)的内周向表面72a接触，并且第一接触表面73b和第二接触表面73c中的每一者形成为呈突出且大致弧形的形状。此外，在分别与轴部51的外周向表面51a和外圈内周向表面72a接触的第一接触表面73b和第二接触表面73c之间的距离是根据楔块73的倾斜角来改变的，并且当轴部51沿箭头a的方向旋转时，楔块73沿箭头e的方向倾斜，并且因此，第一接触表面73b与第二接触表面73c之间的距离增大。相反地，当轴部51沿箭头b的方向旋转时，楔块73沿与箭头e相反的方向倾斜，并且因此，第一接触表面73b与第二接触表面73c之间的距离减小。
当第一接触表面73b与第二接触表面73c之间的距离增大时，楔块73与轴部51的外周向表面51a和外圈72的内周向表面72a接合，并且相反地，当第一接触表面73b与第二接触表面73c之间的距离减小时，楔块73与轴部51的外周向表面51a和外圈72的内周向表面72a的接合被解除。因此，当轴部51相对于外圈72沿箭头a的方向相对地旋转时，轴部51和外圈72以能够一体旋转的方式连接至彼此，并且当轴部51相对于外圈72沿箭头b的方向相对地旋转时，轴部51与外圈之间的连接被断开。
在本实施方式中，能够获得与第一实施方式的效果相同的效果，并且此外，由于不需要在单向离合器7的内圈(轴部51)上形成凸轮表面，因而能够降低制造成本。此外，由于轴部51能够用作内圈，可以进一步降低制造成本，并且此外，可以简化单向离合器7的结构，并且可以减小单向离合器的直径。此外，与使用滚子相比，使用楔块73时通过增大刚度能够更容易地提高转矩容量，并且因此，能够减小楔块73自身的沿径向方向和轴向方向的尺寸。因此，单向离合器7的沿径向方向和轴向方向的尺寸能够被减小以获得紧凑性。当单向离合器7因而被制成为紧凑的时，联轴装置9能够沿径向方向和轴向方向整体上被制成为紧凑的。结果是，即使在增速齿轮装置3的输出轴35与发电机4的驱动轴41之间的空间是小的，仍然能够适当地设置联轴装置9。
附带地，在第二实施方式中，楔块73和柱状滚子83能够在轴部51的外周向表面51a上沿轴向方向移动，并且因此，允许输入旋转体5和输出旋转体6沿轴向方向相对地移动。此外，这种相对移动使与楔块73和柱状滚子83对应的内圈外周向表面71a和内圈滚道表面81a的沿轴向方向的位置偏移，并且因此，内圈外周向表面71a和内圈滚道表面81a优选地在涵盖预期位置偏移量的范围上经受必要的表面处理(比如表面改性处理、涂覆处理或热处理)。
此外，在第二实施方式中，内圈可以配装在轴部51的外周向表面上，其中，楔块73与内圈的外周向表面接合。在这种情况下，轴部51和内圈优选地通过过盈配合来配装的，使得能够满足上文描述的条件(1)至(3)。
本发明不限于上文提到的实施方式而是能够通过合适的改型来实施的。
例如，尽管输出旋转体6设置在输入旋转体5的径向外侧，但输出旋转体6可以设置在输入旋转体5的径向内侧，如图18中图示的。具体地，输出旋转体6可以设置有轴部65，并且输入旋转体5可以设置有筒状部54，使得筒状部54能够同轴地设置在轴部65的径向外侧。此外，筒状部54的内周向表面可以形成为单向离合器7的外圈内周向表面和滚动轴承8的外圈滚道表面，使得单向离合器7的内圈71和滚动轴承8的内圈81能够配装在输出旋转体6的轴部65上。
此外，在这种情况下，单向离合器7的外圈内周向表面可以形成为凸轮表面，并且内圈外周向表面可以形成为筒状表面。此外，在这种情况下，内圈外周向表面可以形成在输出旋转体6的轴部65的外周向表面上，从而还将轴部65用作内圈。
此外，尽管输出旋转体用作单向离合器的外圈和滚动轴承的外圈，但这些外圈可以作为单独的构件设置在输出旋转体上。
此外，尽管设置在输入旋转体与输出旋转体之间的每个滚动轴承为用于使输出旋转体沿轴向方向移动的柱状滚子轴承，但如果输出旋转体不沿轴向方向移动，则滚动轴承可以是球轴承。
单向离合器的保持架的圈部和柱部可以通过使用同一材料而一体地形成，并且该材料可以是金属或合成树脂。作为用于形成保持架的合成树脂材料，能够使用酚树脂、聚酰氨树脂、PEEK(聚醚醚酮)树脂等。
本发明的风力发电设备1不限于图1中图示的水平轴类型，而可以是图15中图示的竖向轴类型。而且在该情况下，包括单向离合器的联轴装置9可以设置在增速齿轮装置3与发电机4之间。
如图17中所图示的，包括在密封装置10中的覆盖构件103可以借助固定螺钉103b附接至输入旋转体5的轴部51。在该情况下，覆盖构件103不仅形成密封装置10，而且起到对输入旋转体5与输出旋转体6之间的沿轴向方向的偏移进行防止的“防偏移构件”的作用。由于设置了这种防偏移构件103，因而能够当例如联轴装置9安装在增速齿轮装置3与发电机4之间时或当联轴装置9在运输过程中起吊以进行装运时防止输入旋转体5与输出旋转体6彼此分离。此外，如果仅用作防偏移构件的功能是必需的，则可以省略密封构件104。
本发明不限于增速齿轮装置3的输出轴35和发电机4的驱动轴41经由联轴装置9连接的结构，而可以采用单向离合器7直接安装在输出轴35与驱动轴41之间的结构。
此外，本发明的实施方式的输出轴35可以包含联轴装置9的连接至输出轴35的一部分，并且类似地，驱动轴41可以包含联轴装置9的连接至驱动轴41的一部分。
现在，将参照附图描述本发明的第三实施方式。在本实施方式中，相同的附图标记用于指示与第一实施方式和第二实施方式中使用的那些元件相同或相似的元件，从而省略详细的描述。
图19为根据本发明的第三实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。该风力发电设备(发电装置)100包括：主轴2，该主轴2通过接受风力(外力)而旋转；增速齿轮装置3，该增速齿轮装置3连接至主轴2；以及发电机4，该发电机4连接至增速齿轮装置3，并且发电机4是借助主轴2的由增速齿轮装置3增速的旋转而被驱动的。
在主轴2的末端处，以能够一体地旋转的方式连接有具有例如叶片(未示出)的风车113，并且风车113通过借助叶片来接受风力而与主轴2一起旋转。
发电机4包括：驱动轴41，该驱动轴41通过接收由增速齿轮装置3增速的旋转而旋转；转子42，该转子42容置在发电机4的壳体4a中；以及未示出的定子等。转子42以能够一体旋转的方式连接至驱动轴41，并且通过使转子42与驱动轴41一起旋转而产生了电力。
在图19中，风力发电设备100还包括：输入旋转体105，该输入旋转体105以能够一体旋转的方式设置在增速齿轮装置3的输出轴35上；输出旋转体106，该输出旋转体106以能够一体旋转的方式设置在发电机4的驱动轴41上；单向离合器107和电磁离合器(连接装置)109，该单向离合器107和电磁离合器109布置在输入旋转体105与输出旋转体106之间；以及一对滚动轴承108，所述一对滚动轴承108布置在单向离合器107的沿轴向方向的两侧。
单向离合器107和电磁离合器109将输出轴35的旋转经由输入旋转体105和输出旋转体106传递至驱动轴41。电磁离合器109由外壳111支承。此外，当在发电机4正常操作期间未将输入旋转体105与输出旋转体106连接的情况下发电机4将被停止时，电磁离合器109能够被主要地操作。稍后将详细描述电磁离合器109。滚动轴承108布置在单向离合器107的沿轴向方向的两侧，但滚动轴承108可以仅布置在单向离合器107的沿轴向方向的一侧。
图20为图示了在增速齿轮装置3的输出轴35与发电机4的驱动轴41之间的连接部，特别地详细图示了单向离合器107和滚动轴承108的结构。因此，在该附图中，省略了电磁离合器109。此外，图22为位于输出轴35与驱动轴41之间的连接部的示意性剖视图，特别地示出了单向离合器107、滚动轴承108以及电磁离合器109的结构。在图20和图22中，输入旋转体105与输出轴35同轴地布置。此外，输入旋转体105具有从其沿轴向方向的第一端部(在图22中的左端部)至其沿轴向方向的第二端部(在图22中的右端部)以如下顺序设置的凸缘部151、大直径部152、花键部154以及小直径部153。
凸缘部151形成为径向地向外延伸超过大直径部152的外周向表面，并且以可移除的方式固定在输出轴35的输出端部35c上。具体地，凸缘部151与形成在输出端部35c上的凸缘部35c1接触，以借助未示出的螺栓和螺母被紧固和固定在凸缘部35c1上。如图20中图示的，在小直径部153的端面与驱动轴41的凸缘部41a的端面之间形成有空间S1。
输出旋转体106同轴地布置在输入旋转体105的径向外侧，并且具有筒状部161和形成在筒状部161的沿轴向方向的第二端部(在图20中的右端部)上的凸缘部162。
凸缘部162形成为径向地向外延伸超过筒状部161的外周向表面，并且以可移除的方式固定在驱动轴41的第一端部中。具体地，凸缘部162与形成在驱动轴41的第一端部中的凸缘部41a接触，以借助未示出的螺栓和螺母被紧固和固定在凸缘部41a上。
筒状部161的内周向表面形成为筒状表面，并且在筒状部161的沿轴向方向的第一端部(在图20中的左端)的内周向表面与输入旋转体105的外周向表面之间的空间中设置有环形密封构件110，该环形密封构件110用于密封形成在筒状部161与输入旋转体105之间的环形空间。在输出旋转体106与驱动轴41分离的情况下，输出旋转体106能够相对于输入旋转体105沿轴向方向移动。
图21为单向离合器107的剖视图。在图20和图21中，单向离合器107包括内圈171、外圈172和布置在内圈171的外周向表面171a与外圈172的内周向表面172之间的多个滚子173。
内圈171被配装和固定在输入旋转体105的小直径部153的沿轴向方向的中央部上，以与小直径部153一体地旋转。输出旋转体106的筒状部161的沿轴向方向的中央部的区域B与单向离合器107的外圈172对应。因此，内周向表面172a形成在筒状部161的区域B的内圆周上。每个滚子173为筒状形状并且在该实施方式中以沿周向方向布置8个滚子的方式设置。
单向离合器107还包括：环形的保持架174，该保持架174沿周向方向以预定的间隔保持相应的滚子173；和多个弹性构件175，所述多个弹性构件175沿一个方向弹性地按压滚子173。
保持架174包括：一对环状部174a，所述一对环状部174a沿轴向方向彼此相对；和多个柱部174b，所述多个柱部174b沿轴向方向在环状部174a之间延伸并且沿周向方向以相等的间隔设置以连接环状部174a。在彼此相邻的柱部174b与环状部174a之间形成有多个凹穴174c，并且滚子173中的每个滚子独立地保持在每个凹穴174c中。
弹性构件175由压缩螺旋弹簧制成，并且保持在保持架174的凹穴174c中的每个凹穴中以附接至对应的柱部174b。
在图21中，在内圈171的外周向表面171a上形成有与滚子173相同数量(即，八个)的平坦的凸轮表面171a1，并且外圈172的内周向表面172a形成为筒状表面。在内圈171的凸轮表面171a1与外圈172的筒状表面之间沿周向方向形成有多个(八个)楔形空间S2。滚子173分别独立地布置在楔形空间S2中，并且每个弹性构件175朝着楔形空间S2变小的方向按压对应的滚子173。每个滚子173的外周向表面用作接触表面173a以与内圈171的凸轮表面171a1和外圈172的筒状表面接触，并且接触表面173a形成为在宽度方向(轴向方向)上是直的(平行于滚子的中心)。附带地，单向离合器107处于包含酯基油和尿基增稠剂的油脂、即难以受到温度改变影响的润滑剂设置在内圈171与外圈172之间的环境中。
在具有上述结构的单向离合器107中，如果输入旋转体105以增大的速度旋转并且因此输入旋转体105的旋转速度超过输出旋转体106的旋转速度，则内圈171将相对于外圈172沿第一方向(图21中的逆时针方向)旋转。在这种情况下，滚子173因弹性构件175施加的压力而沿楔形空间2S变小的方向略微移动，滚子173的接触表面173a压靠内圈171的外周表面171a以及外圈172的内周表面172a并且因此单向离合器107被置于滚子173与内圈171和外圈172接合的状态中。因此，内圈171和外圈172能够沿第一方向一体地旋转并且因此输入旋转体105和输出旋转体106能够以能够一体旋转的方式连接至彼此。
此外，如果输入旋转体105在以增大的速度旋转之后以恒定速度旋转并且因此输入旋转体105的旋转速度变得与输出旋转体106的旋转速度相同，则滚子173被保持在滚子173与内圈171和外圈172接合的状态中。因此，单向离合器107保持内圈171和外圈172的沿上述第一方向的一体旋转并且因此输入旋转体105和输出旋转体106继续一体地旋转。
另一方面，如果输入旋转体105以增大的速度旋转并且因此输入旋转体105的旋转速度变得低于输出旋转体106的旋转速度，则内圈171将相对于外圈172沿第二方向(图21的顺时针方向)旋转。在这种情况下，滚子173抵抗弹性构件175施加的压力沿楔形空间2S变大的方向略微移动，并由此，滚子173与内圈171和外圈172之间的接合被解除。由于滚子173的接合由此被解除，因而输入旋转体105与输出旋转体106之间的连接被断开。
在图20中，所述一对滚动轴承108设置在输入旋转体105的小直径部分153与输出旋转体106的筒状部161之间，以可相对旋转地支承输入旋转体105和输出旋转体106。此外，滚动轴承108分别设置成邻近单向离合器107的沿轴向方向的两侧，使得滚动轴承108的沿轴向方向的端部能够与单向离合器107的保持架174的沿轴向方向的端面接触。
滚动轴承108由柱状滚子轴承形成，其中柱状滚子轴承包括内圈181、外圈182、以及设置在内圈181与外圈182之间通过滚动能够移动的多个柱状滚子183。
内圈181包括形成在外圆周上的内圈滚道面181a和在内圈滚道面181a的沿轴向方向的两侧径向向外突出内圈凸缘部181b。每个柱状滚子183的两个端面分别与相应内圈凸缘部181b的内侧表面滑动接触。此外，内圈凸缘部181b的邻近单向离合器107的外侧表面181b1形成为与环状部174a的与单向离合器107的保持架174的沿轴向方向的端面相对应的外侧表面接触的接触表面。
输出旋转体106的筒状部161的沿轴向方向的两个端部的区域A和区域C与滚动轴承108的外圈182相对应，并且外圈182的外圈滚道面182a分别形成在区域A和区域C的内周向表面上。在外圈滚道面182a与内圈滚道面181a之间，柱状滚子183设置成能够通过滚动而移动。
在该风力发动装置100中，如果输入旋转体105的旋转速度变得低于输出旋转体106的旋转速度，则输入旋转体105与输出旋转体106之间的连接能够通过单向离合器107断开，单向离合器107设置在与增速齿轮装置3的输出轴35一体地旋转的输入旋转体105和与发电机4的驱动轴41一体地旋转的输出旋转体106之间。换言之，即使输出轴35的旋转速度由于风力的降低经由主轴2急剧降低，仍然能够防止发电机4的转子42的惯性旋转经由驱动轴41传递到输出轴35。因此，能够抑制施加至对输出轴35的滚子轴承38进行支承的径向负载的减小以及柱状滚子38c的伴随上述减小的旋转延迟。因此，如果主轴2的旋转速度因风力的改变从该状态急剧增大并且因此高负载被施加至柱状滚子38c，则柱状滚子38c难以在与内圈38a接触的接触表面上滑动，并因而，滚子轴承38中擦损磨耗的发生能够得到有效抑制。
此外，由于防止了转子42的惯性旋转传递到输出轴35，因而能够减小施加至增速齿轮装置3的滚子轴承36a、36b、37a、37b、38、39等的负载。因此，行星齿轮系统31的齿轮31b和31c、高速阶段齿轮系统32的轴33至35以及滚子轴承36a、36b、37a、37b、38、39中的所有的尺寸都能够减小，并且因此增速齿轮装置3的重量能够减小并且能够以低成本制造。
此外，由于输入旋转体105与输出旋转体106之间的连接被断开，因而发电机4的转子42因惯性持续旋转而并不急剧降低旋转速度，并且因此，能够增大转子42的平均旋转速度。因此，能够提高发电机4的发电效率。
此外，由于滚动轴承108设置在输入旋转体105与输出旋转体106之间以可相对旋转地支承这些旋转体，如果由于在单向离合器107中滚子173与内圈171和外圈172之间的接合被解除而在楔形空间2S中于滚子173与内圈171和外圈172之间形成有间隙，则滚动轴承108能够防止输入旋转体105和输出旋转体106沿径向方向相对移动。因此，在风力发电设备100的运行期间，能够防止输入旋转体105和输出旋转体106沿径向方向摆动。
此外，由于所述一对滚动轴承108分别设置成邻近单向离合器107的沿轴向方向的两侧，使得滚动轴承108的沿轴向方向的端部能够与单向离合器107的保持架174的沿轴向方向的端面接触，保持架174沿轴向方向的移动能够通过使保持架174的沿轴向方向的端面与滚动轴承108的沿轴向方向的端部接触进行调整。
此外，由于使单向离合器107的保持架174的沿轴向方向的端面(环状部174a的外侧表面)与滚动轴承108的内圈凸缘部181b接触，滚动轴承108的内圈凸缘部181b也能够用作对保持架174沿轴向方向的移动进行调整的构件。因而，滚动轴承108的结构能够被简化。
此外，由于单向离合器107的外圈内周向表面172a和滚动轴承108的外圈滚道面182a形成在输出旋转体106的内周向表面上，因此输出旋转体106既能够用作单向离合器107的外圈172也能够用作每个滚动轴承108的外圈182。因而，整个风力发电设备100的结构能够被简化。
此外，输出旋转体106的包括外圈内周向表面172a和外圈滚道面182a的内周向表面形成为具有预定的内径，并且输出旋转体106可移除地固定在发电机4的驱动轴41上并且相对于输入旋转体105沿轴向方向可移动地设置。因此，能够通过将输出旋转体106从驱动轴41移除并且相对于输入旋转体105沿轴向方向移动输出旋转体106而从输入旋转体105移除输出旋转体106。因此，单向离合器107的外圈172和滚动轴承108的外圈182能够同时移除，并且因此，单向离合器107和滚动轴承108的维护操作能够容易地执行。此时，不需要移动发电机4，并且因此维护操作能够更容易地执行。
接下来，将详细描述电磁离合器109的结构和控制。
如图22中所示，电磁离合器109用作将连接至输出轴35的输入旋转体105和连接至驱动轴41的输出旋转体106以可连接/可断开连接的方式连接至彼此(联接)的连接装置。该电磁离合器109是称作摩擦式离合器的离合器并且包括相互摩擦地连接的第一离合器构件191和第二离合器构件192、以及离合器线圈193。第一离合器构件191包括形成为钢质材料的盘形的第一盘状部191a和设置在第一盘状部191a径向内侧的第一筒状部191b，并且该第一筒状部191b花键配装在输入旋转体105的花键部154中，使得第一离合器构件191能够附接到输入旋转体105以便能够一体地旋转并且能够沿轴向方向移动。
第二离合器构件192包括形成为盘形的第二盘状部192a和设置在第二盘状部192a径向内侧的第二筒状部192b，并且该第二筒状部192b以能够一体旋转的方式配装在输出旋转体106的外周向表面上。
离合器线圈193保持在线圈保持架194中并且设置在第二盘状部192a后方(即，第一离合器构件191的相反侧)，以便在电力从控制单元112(参见图19)供给时产生磁力。线圈保持架194在其外周侧由外壳111支承，并且第二离合器构件192经由轴承195可旋转地连接在内周侧。当在离合器线圈193中产生磁力时，第一离合器构件191和第二离合器构件192沿彼此靠近的方向移动，并且其盘状部分191a和192a彼此压靠以摩擦性地连接至彼此。以此方式，输入旋转体105和输出旋转体106连接至彼此，使得输出轴35的旋转能够传递到驱动轴41。
电磁离合器109由控制单元112控制，使得预定条件满足时输出轴35和驱动轴41能够连接至彼此。具体地，在本实施方式中，预定条件设定为使发电机4停止的条件。由控制单元112基于用于检测风力发电设备100的各种状态的检测装置的检测结果来确定使发电机4停止的条件是否满足。
如图19所示，温度传感器121(即，检测装置之一)设置在发电机4的壳体4a内部。该温度传感器21一直检测壳体4a内的温度，并且将检测信号输入到控制单元112。
此外，振动传感器122(即，检测装置之一)设置在发电机4的壳体4a内或附近。该振动传感器122一直检测壳体4a的振动，并且将检测信号输入到控制单元112。
用于测量发电量的发电测量装置124连接至发电机4。另一方面，用于检测输出轴35的旋转速度的速度传感器123设置在输出轴35上。发电测量装置124和速度传感器123也是检测装置之一，并且由发电测量装置124测量的发电量和速度传感器123的检测值分别输入到控制单元112。
此外，在本实施方式的风力发电设备100中，除了上述检测装置还设置有用于接收停止发电机4的指令输入的接收装置125。本实施方式的接收装置125设置为用于使发电机4停止的停止开关，并且当该停止开关125被操作时，与操作相对应的信号被输入到控制单元112。
控制单元112基于来自相应传感器121至123以及测量装置124(下文中称作“传感器”)信号或来自停止开关125的信号来控制电磁离合器109的操作。具体地，当基于传感器的检测信号确定发电机4有问题时，控制单元112将电磁离合器109控制成将输出轴35和驱动轴41连接至彼此。此外，为了停止发电机4，控制单元112还执行控制以停止风车113的旋转从而停止对主轴2的外力供给。例如，控制单元112能够通过控制风车113的叶片的浆距角以使其处于顺桨状态来停止风车113的旋转。
如果发电机4的壳体4a内的温度异常增大，则可以认为在壳体4a中发生了问题，比如咬死。因此，控制单元112判断来自温度传感器121的检测信号是否超过了预定的阈值(比如易于发生咬死等的温度)，并且执行控制以停止风车113并且控制电磁离合器109以将输出轴35和驱动轴41连接至彼此。当风车113停止时，对主轴2的外力供给也停止，并且因此，增速齿轮装置3的输出轴35在旋转速度急剧降低之后停止。因此，输出轴35的旋转速度变得低于发电机4的驱动轴41的旋转速度，并且因此输出轴35与驱动轴41之间经由单向离合器107的连接被断开。此时，如果电磁离合器109没有操作，即使输出轴35停止时，驱动轴41也不停止而是因转子42的惯性力持续旋转，并且因此发电机4不能够快速停止。然而，在本实施方式中，电磁离合器109被操作为将输出轴35和驱动轴41连接至彼此，并且因此，在旋转速度急剧降低的情况下不仅输出轴35而且驱动轴41能够停止。此时，增速齿轮装置3用作发电机4的制动器，并且因此，发电机4能够快速停止。
类似地，如果发电机4的振动异常增大，可以认为在发电机4中使用的轴或轴承中发生了问题、比如损坏。因此，控制单元112判断来自振动传感器122的检测信号是否超过了预定阀值，并且如果超过了预定阀值，则执行控制以停止风车113并且控制电磁离合器109以将输出轴35和驱动轴41连接至彼此。
此外，并且在发电机4的发电量按照输出轴35的旋转速度折算较小的情况下，可以认为在发电机4中发生了某些问题。因此，控制单元112基于来自速度传感器123的检测信号评估适合的发电量，并且对评估量与来自发电测量装置124的输出信号进行比较。然后，判断评估量与来自发电测量装置124的输出信号之间的差异是否超过了预定阀值，并且如果超过了预定阀值，则控制单元112执行控制以停止风车113并且控制电磁离合器109以将输出轴35和驱动轴41连接至彼此。
通过前述控制，当停止发电机4的条件满足时，发电机4能够被自动地和快速地停止。因此，能够防止发电机4在问题未被解决的情况下继续工作。
此外，在本实施方式中，能够通过操作停止开关125快速停止发电机4。因此，当将要执行诸如维护发电机4之类的操作时，能够快速停止发电机4以便执行该操作。
本发明不限于前述实施方式，而是能够以适当的改型来实施。
例如，作为用于将增速齿轮装置的输出轴和发电机的驱动轴连接至彼此的连接装置，可以使用与电磁离合器不同的装置。然而，当电磁离合器被用作该连接装置时，输出轴与驱动轴的连接以及这种连接的解除可以快速且精确地切换。此外，连接装置可以为任意装置，只要该装置能够至少在输出轴的旋转速度低于驱动轴的旋转速度的第二状态下将输出轴和驱动轴彼此以能够一体旋转的方式连接即可。
代替用于对输出轴的旋转速度进行检测的速度传感器，可以设置用于对驱动轴或主轴的旋转速度进行检测的速度传感器。此外，作为检测装置，可以设置前述传感器中的至少一些传感器，或可以设置其它检测装置。
尽管在本实施方式中输入旋转体和输出旋转体分别设置为与输出轴和驱动轴分离的构件，但这些旋转体也可以分别与输出轴和驱动轴一体地形成。
此外，尽管输出旋转体设置在输入旋转体的径向外侧，但输出旋转体也可以设置在输入旋转体的径向内侧。在这种情况下，单向离合器可以具有形成为凸轮表面的外圈内周向表面和形成为柱状表面的内圈外周向表面。此外，在这种情况下，内圈外周向表面可以形成在输出旋转体的外周向表面上，以便还将输出旋转体用作内圈。
换言之，在本发明的发电装置中，可以采用如前述实施方式中的输入旋转体设置在内侧(内圈侧)而输出旋转体设置在外侧(外圈侧)的结构以及输入旋转体设置在外侧(外圈侧)而输出旋转体设置在内侧(内圈侧)的结构中的任一种结构。
此外，尽管输出旋转体用作单向离合器的外圈以及滚动轴承的外圈，但这些外圈也可以设置为与输出旋转体分离的构件。
此外，设置在输入旋转体与输出旋转体之间的每个滚动轴承为用于使输出旋转体沿轴向方向移动的柱状滚子轴承，但如果输出旋转体不沿轴向方向移动，也可以使用球轴承。
此外，尽管单向离合器的保持架与滚动轴承的内圈接触，但滚动轴承的外圈可以设置为与输出旋转体分离的构件，使得单向离合器的保持架可以与该外圈接触。
此外，尽管本实施方式的发电装置在风力用作外力的假定之下示例性地描述，但本发明的发电装置可以应用于通过使用其它外力比如水力或热力来发电的发电装置。
检测装置可以为设置在单向离合器或滚动轴承附近，例如，设置在置于输出旋转体或输入旋转体的径向外侧以便容纳单向离合器或滚动轴承的外壳上的传感器(比如像温度传感器、振动传感器等的状态监测传感器)。通过将状态监测传感器的检测值输入到控制单元以便对该检测值与预定阈值进行比较来判断是否发生了可能引起故障等的异常，并且如果确定发生了异常，则执行停止发电机的控制。此外，检测装置可以为设置在增速齿轮装置、风车的叶片、支承主轴的轴承等内使用的轴承或齿轮上的状态监测传感器。
关于本发明的第一方面，本申请的发明人认真研究了擦损磨耗的发生机制。结果，发现了以下事实(本发明基于以下事实完成)：当主轴的旋转速度因风力的降低而急剧下降时，由于发电机的具有大重量的转子的惯性导致的发电机的驱动轴的旋转速度超过了输出轴的旋转速度引起了称作转矩泄漏(负载泄漏)的现象。该转矩泄漏减小了施加至支承输出轴的滚动轴承的径向负载，并且因此滚动轴承的滚动元件与保持滚动元件的保持架之间的滑动摩擦阻力等变得大于滚动元件与转动轮之间的滚动摩擦阻力，并且因此，滚动元件的旋转被延迟。当主轴的旋转速度因风力的增大从该状态急剧增大时，速度增大的惯性转矩被施加而增大施加至支承输出轴的滚动轴承的径向负载。因此，滚动元件在与转动轮接触的接表表面上以此时施加至滚动元件上的高负载滑动，这增大了接触表面的温度，并且这就是擦损磨耗的起因。
具体地，本发明的第一方面提供了一种风力发电设备，包括：风接受构件，该风接受构件接受风力以使主轴旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置包括旋转传动机构和滚动轴承，该旋转传动机构接受主轴的旋转以增大旋转速度，该滚动轴承可旋转地支承输出旋转传动机构的运转转矩的输出轴；发电机，该发电机包括通过接收输出轴的旋转而旋转的输入轴，并且该发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而发电；输入旋转体，该输入旋转体以能够一体旋转的方式设置在输出轴上；输出旋转体，该输出旋转体以能够一体旋转的方式设置在输入轴上，并且该输出旋转体同轴地设置在输入旋转体的径向内侧或径向外侧；以及单向离合器，该单向离合器设置在输入旋转体与输出旋转体之间，该单向离合器在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下将输入旋转体和输出旋转体以能够一体旋转的方式连接至彼此，并且该单向离合器在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下断开输入旋转体和输出旋转体之间的连接，其中，输入旋转体和输出旋转体被允许沿轴向方向相对地移动，并且输入旋转体和输出旋转体的移动的最大允许量设定成大于由状态改变引起的输入轴与输出轴之间的沿轴向方向的间距的变化量。
在具有前述结构的风力发电设备中，当输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度时，输入旋转体和输出旋转体能够由单向离合器以能够一体旋转的方式连接至彼此，并且当输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度时，输入旋转体和输出旋转体之间的连接可以被断开。换言之，即使当输出轴的旋转速度因风力的降低经由主轴急剧降低时，也能够防止发电机的转子的惯性旋转经由输入轴传递到输出轴。因此，施加至支承输出轴的滚动轴承的径向负载的减小以及滚动元件的伴随该减小的旋转的延迟能够得到抑制。因此，如果主轴的旋转速度因风力的改变从该状态急剧增大并且因此高负载施加至滚动轴承的滚动元件，则滚动元件难以在与转动轮接触的接触表面上滑动，并且由此，滚动轴承中的擦损磨耗的发生能够得到有效抑制。
此外，输入旋转体和输出旋转体被允许沿轴向方向相对地移动，并且输入旋转体和输出旋转体的移动的最大允许量设定成大于由状态改变引起的输入轴与输出轴之间地沿轴向方向的间距的变化量。因此，即使输入轴和输出轴因风力发电设备的环境温度的改变或机舱内温度的改变而伸缩，输入旋转体或输出旋转体仍然根据伸缩来相对移动，使得对输入轴、输出轴以及支承这些轴的构件中的任一者的沿轴向方向的负载的产生能够得到抑制。
优选地，单向离合器包括：内圈外周向表面，该内圈外周向表面设置在输入旋转体和输出旋转体中的一个旋转体侧；外圈内周向表面，该外圈内周向表面设置在另一旋转体侧并且设置于内圈外周向表面的径向外侧；以及多个接合元件，这些接合元件沿周向方向以一定间隔布置在形成于内圈外周向表面与外圈内周向表面之间的空间中，当接合元件与内圈外周向表面和外圈内周向表面接合时，输入旋转体和输出旋转体以能够一体旋转的方式连接至彼此，并且当接合元件与内圈外周向表面和外圈内周向表面之间的接合被解除时，该连接被断开，并且在输入旋转体与输出旋转体之间设置有柱状滚子轴承，该柱状滚子轴承以可相对旋转的方式对输入旋转体和输出旋转体进行支承。
在该情况下，当单向离合器的接合元件与内圈外周向表面和外圈内周向表面之间的接合被解除时，通过第二滚动轴承能够防止由于输入旋转体与输出旋转体之间的间隙所造成的输入旋转体与输出旋转体相对于彼此沿径向方向的相对滑动。因此，在风力发电设备的运行期间，能够防止输入旋转体和输出旋转体沿径向方向摆动。
优选地，内圈外周向表面和外圈内周向表面形成为筒状表面，并且接合元件是由楔块形成的。
如果楔块用作每个接合元件，则内圈外周向表面和外圈内周向表面两者都能够形成为筒状表面，因此，能够容易地形成内圈外周向表面和外圈内周向表面。另外，与将滚子用作接合元件时相比，通过在将楔块用作接合元件时提高刚性能够更容易地增大转矩容量，并且因此，能够减小楔块的沿径向方向和轴向方向的尺寸。结果，能够减小具有外圈周向表面的其它旋转体的尺寸，从而单向离合器7能够被制成得很紧凑。
此外，如果接合元件是由楔块形成的，则内圈外周向表面优选地由输入旋转体和输出旋转体中的设置在径向内侧的一个旋转体的外周向表面形成。当采用这样的结构时，不需要设置具有与所述一个旋转体分离的内圈外周向表面的内圈或类似物，因此，单向离合器沿径向方向能够被制成得很紧凑。
然而，接合元件中的每个接合元件可以由布置在形成于内圈外周向表面与外圈内周向表面之间的多个楔形空间中的每个楔形空间中的柱状滚子形成。
优选地，输入旋转体和输出旋转体中的设置在径向外侧的一个旋转体的内周向表面形成为筒状表面，并且构成外圈内周向表面和外圈滚道表面。
当采用这样的结构时，由于所述一个旋转体的内周向表面构成外圈内周向表面和外圈滚道表面，因而所述一个旋转体既能够用作具有外圈内周向表面的外圈，又能够用作具有外圈滚道表面的外圈，因此，能够简化单向离合器和第二滚动轴承的结构。另外，当所述旋转体中的一个旋转体的内周向表面形成为具有预定内径的筒状表面时，该旋转体能够相对于接合元件和滚子沿轴向方向移动。因此，能够根据输出轴与输入轴之间的沿轴向方向的距离等来调整输入旋转体与输出旋转体的沿轴向方向的相对位置。
优选地，输入旋转体和输出旋转体形成以能够一体旋转的方式将输出轴与输入轴连接至彼此的联轴装置，并且单向离合器被结合在该联轴装置中。
当采用这样的结构时，即使输出轴与输入轴之间的空间较小，也能够通过利用将输出轴与输入轴连接至彼此的联轴装置来适当地设置单向离合器。
接下来，关于本发明的第二方面和第三方面，如果单向离合器包括以下部件，则需要通过过盈配合的方式将这些部件连接，所述部件包括：旋转体，该旋转体设置在增速齿轮装置的输出轴侧或者设置在发电机的输入轴侧；圈，该圈配装在旋转体上；以及接合元件，该接合元件与圈接合以便通过利用在接合元件与圈之间工作的摩擦力来执行从旋转体到圈的动力传递。在该情况下，如果当用于操作发电机的负载最大时仅通过利用由过盈配合获得的摩擦力来执行旋转体与圈之间的动力传递，则需要将旋转轴与圈之间的过盈量设定得非常大，这会过大地增大圈中产生的内部应力，因而，最终降低了圈的寿命和单向离合器的寿命。
附带地，设置在风力发电设备中的增速齿轮装置的输出轴侧或者设置在风力发电设备中的发电机的输入轴侧的旋转体的尺寸非常大，难以直接加工该旋转体以获得单向离合器。因此，通常将单独加工的圈安装至旋转体，因此，解决上述问题极其重要。
本发明的第二方面和第三方面是例如考虑到这种实际情况而实现的，并且目的在于提供能够使设置在增速齿轮装置的输出轴与发电机的输入轴(驱动轴)之间的单向离合器的寿命提高的风力发电设备。
本发明的第二方面提供这样的一种风力发电设备，该风力发电设备包括：增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大由风力引起的主轴旋转的速度以从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，该输入轴通过接受所述输出轴的旋转而旋转，并且该发电机根据与所述输入轴一体旋转的转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器设置在所述输出轴与所述输入轴之间，该单向离合器在所述输出轴的旋转速度超过所述输入轴的旋转速度的状态下以能够一体旋转的方式将所述输出轴与所述输入轴连接至彼此，并且该单向离合器在所述输出轴的旋转速度低于所述输入轴的旋转速度的状态下断开所述输出轴与所述输入轴之间的连接，其中，该单向离合器包括：圈，该圈配合在随所述输出轴旋转的旋转体上；布置成在径向方向上与圈的周向表面的外侧或者内侧相对并且设置在输入轴侧的另一周向表面；以及多个接合元件，这些接合元件布置在位于所述周向表面之间的空间中，其中，所述输出轴与所述输入轴是通过使接合元件与所述周向表面接合而以能够一体旋转的方式连接至彼此的，并且所述连接时通过解除所述周向表面之间的接合而被断开的，其中，当用于操作发电机的负载转矩最大时从旋转体传递至圈的最大传递转矩T1max与由于通过将圈配合在旋转体上所获得的紧固力而能够从旋转体传递至圈的传递转矩T2满足T1max>T2的关系，并且其中，从旋转体传递至圈以操作发电机的必要最小传递转矩T1、由于通过接合元件与周向表面的接合所获得的紧固力而从旋转体传递至圈的传递转矩T3以及传递转矩T2满足T1<T2+T3的关系。
另外，本发明的第三方面提供这样的一种风力发电设备，该风力发电设备包括：增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大由风力引起的主轴旋转的速度以从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，该输入轴通过接受所述输出轴的旋转而旋转，并且该发电机根据与所述输入轴一体旋转的转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器设置在所述输出轴与所述输入轴之间，该单向离合器在所述输出轴的旋转速度超过所述输入轴的旋转速度的状态下以能够一体旋转的方式将所述输出轴与所述输入轴连接至彼此，并且该单向离合器载所述输出轴的旋转速度低于所述输入轴的旋转速度的状态下断开所述输出轴与所述输入轴之间的连接，其中，该单向离合器包括：圈，该圈配合在随所述输出轴旋转的旋转体上；布置成在径向方向上与圈的周向表面的外侧或者内侧相对并且设置在输入轴侧的另一周向表面；以及多个接合元件，这些接合元件布置在所述周向表面之间的空间中，其中，所述输出轴与所述输入轴是通过使接合元件与所述周向表面接合而以能够一体旋转的方式连接至彼此的，并且该连接是通过解除所述周向表面之间的接合而被断开的，其中，当用于操作发电机的负载转矩最大时从旋转体传递至圈的最大传递转矩T1max与由于通过将圈配合在旋转体上所获得的紧固力而能够从旋转体传递至圈的传递转矩T2满足T1max>T2的关系，并且其中，从旋转体传递至圈以操作发电机的必要最小传递转矩T1、由于通过接合元件与周向表面的接合所获得的紧固力而从旋转体传递至圈的传递转矩T3以及传递转矩T2满足T1<T2+T3的关系。
当不仅考虑由旋转体与圈之间的配合引起的紧固力(初始紧固力)而且考虑由圈与接合元件之间的接合引起的紧固力(另外的紧固力)而采用这些结构时，旋转体与圈之间的传递转矩被设定成满足用于操作发电机的必要最小传递转矩。因此，不需要过度地增大初始紧固力，并且能够尽可能地减小圈中所引起的应力。因此，最终能够提高圈的寿命和单向离合器的寿命。
附带地，旋转体与圈之间的过盈量优选地等于或者大于10μm。因而，在接合元件与圈之间的接合的起初阶段时能够充分地确保圈与旋转体之间的传递转矩。
另外，接合元件优选地设置为沿周向方向布置四个至八个。
如果接合元件的个数超过了八个，则由接合元件施加于圈的周向表面的力被分散，因此，通过接合元件与该周向表面之间的接合所获得的紧固力减小，因而，难以充分地确保传递转矩T3。如果接合元件的个数小于四个，则传递转矩T3相反变得很大，并且圈的负担可能会增大。
优选地，单向离合器被结合在以能够一体旋转的方式将所述输出轴与所述输入轴连接至彼此的联轴装置中。
当采用该结构时，即使在增速齿轮装置的输出轴与发电机的输入轴之间不能够保证沿轴向方向的空间，也能够通过利用用于将这些轴连接至彼此的联轴装置来设置单向离合器。
根据本发明的第二方面或第三方面，能够提高例如设置在增速齿轮装置的输出轴与发电机的输入轴之间的单向离合器的寿命。
接下来，关于本发明的第四方面，风力发电设备一般安装在能够获得强大的风力并且造成的噪声等的影响很小的环境中，比如安装在海岸或者离岸上。然而，在海岸或者类似物上，风力发电设备暴露于包含有大量盐分的空气流，因此，需要采取措施防止盐害。特别地，在单向离合器设置在增速齿轮装置与发电机之间的情况下，如果盐害造成金属腐蚀或类似损害，则不能够正确地执行输出轴与驱动轴之间的电力的传递/非传递(连接/断开)，这有害地影响发电效率等。
本发明的第四方面的目的在于提供将增速齿轮装置的输出轴与发电机的输入轴(驱动轴)连接至彼此的单向离合器的功能不会由于周围环境的影响而削弱的风力发电设备。
本发明的第四方面提供这样的一种风力发电设备，该风力发电设备包括：主轴，该主轴通过风力而旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置使主轴的旋转速度增大，并且该增速齿轮装置从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，该输入轴通过接受所述输出轴的旋转而旋转，并且该发电机根据与所述输入轴一体旋转的转子的旋转而产生电力；壳体，该壳体容纳增速齿轮装置和发电机；输入旋转体，该输入旋转体以能够一体旋转的方式设置在所述输出轴上；输出旋转体，该输出旋转体以能够一体旋转的方式设置在所述输入轴上，并且该输出旋转体同轴地布置于输入旋转体的径向内侧或者径向外侧；单向离合器，该单向离合器布置在输入旋转体与输出旋转体之间，该单向离合器在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下以能够一体旋转的方式将输入旋转体与输出旋转体连接至彼此，并且该单向离合器在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下断开输入旋转体与输出旋转体之间的连接；以及遮蔽装置，该遮蔽装置将壳体内的空间与布置单向离合器的区域隔离。
在根据本发明的第四方面的风力发电设备中，单向离合器设置在增速齿轮装置的输出轴与发电机的输入轴之间，并且设置有用于将其周围空间、即壳体内的空间与布置该单向离合器的区域隔绝的遮蔽装置。因此，该遮蔽装置抑制异物、空气流或者类似物进入布置有单向离合器的区域，因此，单向离合器很难受到盐害或者类似损害的影响，因而，能够适当地保持单向离合器的功能，比如输出轴与输入轴之间的动力的传递/非传递。附带地，布置有单向离合器的区域指的是这样的部分：在该部分中，单向离合器布置成位于输入旋转体与输出旋转体沿径向方向彼此相对的范围内。
优选地，遮蔽装置包括盖构件，该盖构件从沿径向方向的外侧覆盖输入旋转体和输出旋转体，并且该盖构件以不可相对旋转的方式连接至输入旋转体和输出旋转体中的一者，并且以可相对旋转的方式连接至另一者。
当采用该结构时，即使输出轴与输入轴之间的连接被单向离合器断开并且这两根轴相对于彼此相对地转动，覆盖构件也能够跟随这种转动。
优选地，覆盖构件能够沿轴向方向伸缩。当采用该结构时，能够使覆盖构件跟随输出轴和输入轴的沿轴向方向的间距的变化等。
优选地，输入旋转体和输出旋转体包括在将输出轴与输入轴以能够一体旋转的方式连接至彼此的联轴装置中，并且单向离合器结合在联轴装置中。
当单向离合器结合在将输出轴与输入轴连接至彼此的联轴装置中时，即使这两根轴之间的沿轴向方向的间距太小而不能够保证单独布置单向离合器的空间，单向离合器也能够与联轴装置一起布置在这两根轴之间。
在根据本发明的第四方面的风力发电设备中，例如设置在增速齿轮装置的输出轴与发电机的输入轴之间的单向离合器难以受到盐害或类似损害的影响，因而单向离合器的功能能够被适当地保持。
接下来，关于本发明的第五方面，如果由于发电机出现故障或事故或者由于需要进行维修或类似工作而期望使发电机停止，通常是通过改变风车的叶片的方向(桨距角)使风车处于未施加风力的状态来使风车停止。然而，如果单向离合器如上述那样设置在增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间，即使增速齿轮装置的输出轴是通过使风车停止而被停止的，发电机的驱动轴也由于转子的惯性而持续转动，因此，发电机不能够迅速停止。
因此，考虑到上述情况，本发明的第五方面的目的在于提供即使单向离合器设置在减速器的输出轴与发电机的驱动轴之间也能够通过停止供给外力来使发电机迅速地停止的发电设备。
本发明的第五方面提供这样的一种发电设备，该发电设备包括：主轴，该主轴通过外力而旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大从主轴接受的旋转速度，并且该增速齿轮装置从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括驱动轴和转子，该驱动轴通过接受输出轴的旋转而旋转，该转子与驱动轴一体旋转，并且该发电机根据转子的旋转而产生电力；单向离合器，该单向离合器设置在所述输出轴与所述驱动轴之间，该单向离合器在所述输出轴的旋转速度超过所述驱动轴的旋转速度的第一状态下以能够一体旋转的方式将所述输出轴与所述驱动轴连接至彼此，并且该单向离合器在所述输出轴的旋转速度低于所述驱动轴的旋转速度的第二状态下断开所述输出轴与所述驱动轴之间的连接；连接装置，该连接装置设置在所述输出轴与所述驱动轴之间，并且该连接装置能够至少在所述第二状态下将所述输出轴与所述驱动轴以能够一体旋转的方式连接至彼此；以及控制单元，该控制单元对连接装置的操作进行控制以便根据预定的条件将所述输出轴与所述驱动轴连接至彼此。
在根据本发明的第五方面的发电设备中，单向离合器设置在增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间，并且在输出轴的旋转速度超过驱动轴的旋转速度的状态下(在第一状态下)，能够将输出轴的旋转适当地传递至驱动轴，以对发电机进行操作。相比之下，在输出轴的旋转速度低于驱动轴的旋转速度的状态下(在第二状态下)，不将输出轴的旋转传递至驱动轴，以防止驱动轴的旋转速度降低，并且发电机的转子能够因惯性而旋转。因此，能够有效地抑制发电机的平均转速降低以及发电效率降低。
另一方面，为了使发电机停止而停止供给外力(比如来自风车的旋转力)时，增速齿轮装置的输出轴的旋转在速度上急剧降低而停止，并且因此，实现了第二状态，并且单向离合器断开输出轴与驱动轴之间的连接。因此，如果保持在该状态下，则驱动轴由于转子的惯性而持续旋转，因而发电机不能够迅速停止。然而，在本发明的发电设备中，除了单向离合器之外，还设置有至少在第二状态下能够将输出轴与驱动轴以能够一体旋转的方式连接至彼此的连接装置，并且该连接装置由控制单元控制成根据预定的条件将输出轴与驱动轴连接至彼此。因此，如果期望使发电机停止，则通过连接装置将输出轴与驱动轴连接至彼此以使增速齿轮装置用作制动器，因而，能够使驱动轴的旋转在速度上急剧降低以使发电机迅速停止。
优选地，增速齿轮装置包括：旋转传递机构，该旋转传递机构用于增大主轴的旋转速度；输出轴，该输出轴用于输出通过旋转传递机构而在速度上增大的旋转；以及滚子轴承，该滚子轴承以可旋转的方式对输出轴进行支承，输入旋转体以能够一体旋转的方式设置在输出轴上，同轴地布置在输入旋转体径向内侧或径向外侧的输出旋转体以能够一体旋转的方式设置在驱动轴上，并且单向离合器布置在输入旋转体与输出旋转体之间。
由于上述的常规技术(图23，专利文献1)的问题在于由于滚子轴承中出现擦损磨耗而寿命减少，所以本申请的发明人对擦损磨耗的出现机制进行了认真的研究。结果，有如下发现：当主轴的旋转速度由于风力减弱而急剧降低时，因为发电机的驱动轴的旋转速度由于发电机的重量很大的转子的惯性而超过输出轴的旋转速度，所以引起所谓的转矩的泄露(负载的泄露)。转矩的这种泄露减小了施加于对输出轴进行支承的滚动轴承的径向负载，并且因此，滚子轴承的滚子与对转子进行保持的保持架之间的滑动摩擦阻力等大于滚子与转动轮之间的滚动摩擦阻力，结果，延迟了滚子的旋转。当主轴的旋转速度由于风力的增大而从该状态急剧增大时，速度增大的惯性转矩被施加从而增大了施加于对输出轴进行支承的滚子轴承的径向负载。因此，滚子在与转动轮接触的接触表面上以此时施加于滚子的高负载滑动，这增大了接触表面的温度，并且这就是擦损磨耗的原因。
在本发明的第五方面中，由于单向离合器的原因，如果输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度，则输入旋转体与输出旋转体能够以能够一体旋转的方式连接至彼此，并且如果输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度，则输入旋转体与输出旋转体之间的连接能够被断开。换言之，即使当输出轴的旋转速度由于外力的减弱而经由主轴急剧降低时，也能够防止发电机的转子的惯性旋转经由驱动轴传递至输出轴。因此，能够抑制施加于对输出轴进行支承的滚子轴承的径向负载减小以及滚子的伴随着这种减小的旋转延迟。因此，如果主轴的旋转速度由于外力的变化而从该状态急剧增大并且因此很高的负载施加于滚子，则滚子难以在与转动轮接触的接触表面上滑动，因而，能够有效地抑制滚子轴承中擦损磨耗的出现。
预定的条件优选地是使发电机停止的条件。
如果当满足使发电机停止的条件时输出轴与驱动轴连接至彼此，则能够快速地停止发电机。
另外，根据本发明的第五方面的发电设备优选地包括用于检测发电设备的状态的检测装置，并且控制单元优选地基于由检测装置获得的检测结果对连接装置进行控制。
如果发电机有故障或事故问题，则发电设备的各种状态发生变化。因此，通过用检测装置对发电设备的状态进行检测能够在早期发现发电机的问题，并且能够快速自动地停止发电机。
检测装置可以包括用于检测发电机的温度的温度传感器。
如果发电机的温度异常地增大，则可以认为在发电机中可能出现了诸如咬死之类的问题。因此，如果温度传感器被提供作为检测装置，则能够在早期发现这样的问题，并且能够快速地停止发电机。
该检测装置可以包括用于检测发电机的振动的振动传感器。
如果发电机的振动异常地增大，则可以认为在轴或者包括在轴中的轴承中出现了诸如损害之类的问题。因此，如果振动传感器被提供作为检测装置，则能够在早期发现这样的问题，并且能够快速地停止发电机。
该检测装置可以包括用于检测输出轴、驱动轴或主轴的旋转速度的速度传感器以及用于检测由发电机产生的电量的发电测量装置。
由于在输出轴、驱动轴或主轴的旋转速度与由发电机产生的电量之间存在相关性、例如如果尽管轴的旋转速度很大但发电量很小，则可以认为发电机中出现了某些问题。因此，如果速度传感器和发电测量装置被提供作为检测装置，则能够在早期发现这样的问题，并且能够快速地停止发电机。
根据本发明的第五方面的发电设备可以包括对用于发电机的人为停止指令的输入进行接收的接收装置，并且控制单元可以基于接收装置是否接收到了停止指令对连接装置进行控制。
当采用这样的结构时，如果例如期望人为地停止发电机以进行维修或类似工作，则能够通过将停止指令输入至接收装置而快速地停止发电机。
在上述结构中，单向离合器和连接装置优选地与输出轴和驱动轴同轴地布置。
当采用这样的结构时，能够紧凑地布置单向离合器和连接装置。
另外，连接装置优选地为电磁离合器。
当采用这样的结构时，能够快速准确地执行输出轴与驱动轴之间的连接/断开。
在根据本发明的第五方面的发电设备中，即使单向离合器设置在减速齿轮的输出轴与发电机的驱动轴之间，也能够通过停止供给外力而快速地停止发电机。
本申请是基于于2013年3月12日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2013-048593)、于2013年3月12日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2013-048618)、于2013年3月12提交的日本专利申请(日本专利申请No.2013-048628)以及于2013年3月12日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2013-048642)，这些申请的全部内容通过参引并入本文中。
附图标记的描述
1：风力发电设备，2：主轴，3：增速齿轮装置，4：发电机，5、105：输入旋转体(内侧旋转体)，6、106：输出旋转体(外侧旋转体)，7、107：单向离合器，8、108：滚动轴承(柱状滚子轴承)，9、109：联轴装置，11：叶片(风力接受构件)，30：齿轮机构(旋转传递机构)，35：输出轴，38：滚子轴承，41：驱动轴，42：转子，71：内圈(圈)，71a：外周向表面(内圈外周向表面)，72a：内周向表面(外圈内周向表面)，73：接合元件(滚子、楔块)，74：保持架，81b：内圈凸缘部，82a：外圈滚道表面，83：柱状滚子，92：覆盖构件(遮蔽装置)，S：楔形空间，112：控制单元，121：温度传感器，122：振动传感器，123：速度传感器，124：发电测量装置，125：停止开关(接受装置)。

Claims (7)

1.一种风力发电设备，包括：
风接受构件，所述风接受构件接受风力以使主轴旋转；
增速齿轮装置，所述增速齿轮装置包括旋转传递机构和滚动轴承，所述旋转传递机构接受所述主轴的旋转以使所述旋转速度增大，所述滚动轴承以可旋转的方式支承输出轴，所述输出轴输出所述旋转传递机构的运转转矩；
发电机，所述发电机包括输入轴，所述输入轴通过接受所述输出轴的旋转而旋转，并且所述发电机根据与所述输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；
输入旋转体，所述输入旋转体以能够一体地旋转的方式设置在所述输出轴上；
输出旋转体，所述输出旋转体以能够一体地旋转的方式设置在所述输入轴上，并且所述输出旋转体同轴地布置在所述输入旋转体的径向内侧或径向外侧；以及
单向离合器，所述单向离合器布置在所述输入旋转体与所述输出旋转体之间，所述单向离合器在所述输入旋转体的旋转速度超过所述输出旋转体的旋转速度的状态下将所述输入旋转体和所述输出旋转体以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且所述单向离合器在所述输入旋转体的旋转速度低于所述输出旋转体的旋转速度的状态下断开所述输入旋转体与所述输出旋转体之间的连接，
其中，所述输入旋转体和所述输出旋转体被允许沿轴向方向相对地移动，并且其移动的最大允许量设定为大于由状态改变造成的所述输入轴与所述输出轴之间的沿所述轴向方向的间距的变化量。
2.根据权利要求1所述的风力发电设备，
其中，所述单向离合器包括：
内圈外周向表面，所述内圈外周向表面设置在所述输入旋转体和所述输出旋转体中的一个旋转体侧；
外圈内周向表面，所述外圈内周向表面设置在另一旋转体侧并且布置在所述内圈外周向表面的径向外侧；以及
多个接合元件，所述多个接合元件沿周向方向以一定间隔布置在形成于所述内圈外周向表面与所述外圈内周向表面之间的空间中，
其中，所述输入旋转体和所述输出旋转体在所述接合元件与所述内圈外周向表面和所述外圈内周向表面接合时以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且在所述接合元件与所述内圈外周向表面和所述外圈内周向表面之间的接合被解除时所述连接被断开，并且
其中，在所述输入旋转体与所述输出旋转体之间设置有筒状滚子轴承，所述筒状滚子轴承以可相对旋转的方式支承所述输入旋转体和所述输出旋转体。
3.根据权利要求2所述的风力发电设备，
其中，所述内圈外周向表面和所述外圈内周向表面均形成为筒状表面，并且所述接合元件是由楔块形成的。
4.根据权利要求3所述的风力发电设备，
其中，所述内圈外周向表面是由所述输入旋转体和所述输出旋转体中的布置在径向内侧的一个旋转体的外周向表面形成的。
5.根据权利要求2所述的风力发电设备，
其中，在所述内圈外周向表面与所述外圈内周向表面之间形成有多个楔形空间，并且所述接合元件中的每个接合元件是由布置在所述楔形空间中的每个楔形空间中的柱状滚子形成的。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的风力发电设备，
其中，所述输入旋转体和所述输出旋转体中的布置在径向外侧的一个旋转体的内周向表面形成为筒状表面并且构成所述外圈内周向表面和外圈滚道表面。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的风力发电设备，
其中，所述输入旋转体和所述输出旋转体形成联轴装置，所述联轴装置将所述输出轴和所述输入轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且所述单向离合器结合在所述联轴装置中。
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