CN105683565B - 接头结构和风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

接头结构包括：与增速器的输出轴一体旋转的输出侧传动轴；与发电机的输入轴一体旋转的输入侧传动轴；固定壳体；轴承；和装配在固定壳体中的单向离合器。在输出轴的旋转速度高于输入轴的旋转速度的条件下，单向离合器以可一体旋转的方式连接输出侧传动轴和输入侧传动轴，且在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的条件下，单向离合器解除在输出侧传动轴和输入侧传动轴之间的连接。

Description

接头结构和风力发电装置
技术领域
本发明的方面涉及用于风力发电装置的接头结构和该风力发电装置。
背景技术
作为风力发电装置，已知有一种装置，该装置包括：发电机，该发电机具有通过接收风力而旋转的叶片、连接到叶片的主轴、增加主轴的旋转速度的增速器和通过接头装置联接到增速器的输出轴的输入轴；和配备有这些部件的机舱。在该风力发电装置中，叶片接收风力以使主轴旋转，并且由增速器增加主轴的旋转速度以驱动发电机，由此执行发电。
在该风力发电装置的增速器中，设置了可旋转地支撑高速旋转的输出轴的滚子轴承，并且该滚子轴承存在以下问题，即，由于在滚子的滚动表面和旋转环诸如内环和外环的滚动表面上发生的涂污(表面粘附发生的现象)，寿命缩短。相应地，本申请的发明人对于涂污的发生机制进行了认真的研究，发现在抑制涂污的发生中，在增速器的输出轴和发电机的输入轴之间的接头装置中设置单向离合器是有效的，并且已经提出了与此相关的发明(见专利文献1)。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2013-76395
发明内容
本发明要解决的问题
在背景技术中，结构如下：输出轴类似悬臂梁地从增速器的主单元突出，输入轴也类似悬臂梁地从增速器的主单元突出，并且单向离合器设置在这些轴之间的接头装置上。因为接头装置的重量增加以及象类似这样的结构，在接头装置和单向离合器上的应力和机械负荷增加。例如，存在以下问题：接头装置在很大程度上在单向离合器部分处弯曲以向单向离合器等施加沉重的机械负荷，并且单向离合器等的操作缺少平稳性。
相应地，本发明的方面的目的是提供用于风力发电装置的接头结构和该风力发电装置，在该接头结构中，防止高机械负荷被施加到单向离合器等，从而单向离合器等平稳地操作。
解决问题的手段
本发明的第一方面包含一种接头结构，所述接头结构用于风力发电装置，通过由来自增速器的输出轴的扭矩使发电机的输入轴旋转，所述风力发电装置产生电力，所述接头结构包括：输出侧传动轴，所述输出侧传动轴与所述输出轴一体旋转；输入侧传动轴，所述输入侧传动轴与所述输入轴一体旋转；固定壳体，所述固定壳体被固定到放置所述增速器和所述发电机的机械室的结构物；轴承，所述轴承通过所述固定壳体支撑被插入在所述固定壳体中的所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴；和单向离合器，所述单向离合器被装配在所述固定壳体中，所述单向离合器以可一体旋转的方式连接所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴，并且所述单向离合器解除所述连接，其中在所述输出轴的旋转速度高于所述输入轴的旋转速度的条件下，所述单向离合器以可一体旋转的方式连接所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴，并且在所述输出轴的旋转速度低于所述输入轴的旋转速度的条件下，所述单向离合器解除在所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴之间的所述连接。
根据本发明的第一方面，能够由固定到风力发电装置的机械室的结构物的固定壳体通过轴承充分地支撑单向离合器的负荷。因此，能够防止接头结构在很大程度上在单向离合器部分处弯曲以向单向离合器等施加高的机械负荷，从而单向离合器等能够平稳地操作。
本发明的第二方面包含根据第一方面的接头结构，其中所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴彼此同心设置，并且其中所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴由所述固定壳体分别通过输出侧传动轴轴承和输入侧传动轴轴承分开支撑。
本发明的第三方面包含根据上述第一或第二方面的接头结构，其中所述单向离合器包括：内环部，所述内环部与所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴中的一根传动轴一体旋转；外环，所述外环被固定到所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴中的另一根传动轴；和接合元件，所述接合元件被设置在所述内环部和所述外环之间，并且其中所述外环包括：径向延伸部，所述径向延伸部从所述另一根传动轴在径向方向上向外延伸；和轴向延伸部，所述轴向延伸部从所述径向延伸部的在所述径向方向上的外侧上的端部在轴向方向上延伸，并且所述轴向延伸部在所述径向方向上面对所述内环部。
本发明的第四方面包含一种风力发电装置，所述风力发电装置包括：主轴，所述主轴通过风力旋转；增速器，所述增速器增加所述主轴的旋转速度，并且所述增速器从输出轴输出旋转；发电机，所述发电机包括以所述输出轴的旋转作为输入而旋转的输入轴，并且所述发电机通过所述输入轴的旋转产生电力；和根据第一至第三方面中的任一个方面所述的接头结构，所述接头结构被设置在所述输出轴和所述输入轴之间，并且用于使得能够在所述输出轴和所述输入轴之间传递扭矩。
本发明的优点
根据本发明的方面，能够由固定到风力发电装置的机械室的结构物的固定壳体通过轴承充分地支撑单向离合器的负荷。因此，能够防止接头装置在很大程度上在单向离合器的部分处弯曲以向单向离合器等施加高的机械负荷，从而单向离合器等能够平稳地操作。
附图简要说明
图1是设有根据本发明的实施例的接头装置的风力发电装置的概略侧视图。
图2是示出增速器和发电机的概略侧视图。
图3是示出增速器的滚子轴承的截面视图。
图4是示出接头装置的半截面视图。
图5是在图4中的箭头A截取的截面视图。
图6是放大地示出单向离合器的有关部分的截面视图。
图7是示出单向离合器的保持架的透视图。
图8(a)和图8(b)是解释单向离合器的动作的解释性视图。
图9是解释在负荷扭矩和传递扭矩之间的关系的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。
图1是设有根据本发明的实施例的接头结构的风力发电装置1的概略侧视图。风力发电装置1具有利用来自增速器3的输出轴35的扭矩旋转发电机4的输入轴41以由此产生电力的结构，并且根据本发明的实施例的接头结构被用于该风力发电装置1。
进一步描述该结构，风力发电装置1设有叶片(风力接收部件)11、支柱12和机舱13。叶片11由设置在主轴2的端部处的多个叶片形成，并且通过接收风力而旋转主轴2。机舱13设有主轴2、用于支撑主轴2的支撑机构15、增加主轴2的旋转速度的增速器3、利用由增速器3增加速度的旋转动力产生电力的发电机4、容纳这些部件的外壳18等。支柱12支撑机舱13使得机舱13能够围绕沿着竖直方向的轴中心水平旋转。
图2是示出增速器3和发电机4的概略侧视图。发电机4例如由感应发电机形成，并且具有通过接收由增速器3增加速度的旋转而旋转的输入轴41、合并在发电机4中的转子42、未示意的定子等。转子42联接到输入轴41使得转子42能够与输入轴41一体旋转，并且在输入轴41旋转以驱动转子42时，发电机4产生电力。而且，输入轴41设有用于制动输入轴41的制动器44。
增速器3设有接收主轴2的旋转并且增加旋转速度的齿轮机构(旋转传递机构)30。齿轮机构30设有行星齿轮机构31和接收由行星齿轮机构31增加速度的旋转并且进一步增加旋转速度的高速段齿轮机构32。
行星齿轮机构31具有：内齿轮(环形齿轮)31a；多个行星齿轮31b，所述多个行星齿轮31b由行星架(未示出)保持，所述行星架联接到主轴2使得行星架能够与主轴2一体旋转；和太阳齿轮31c，太阳齿轮31c与行星齿轮31b啮合。由此，当行星架与主轴2一起旋转时，太阳齿轮31c通过行星齿轮31b旋转，并且旋转被传递到高速段齿轮机构32的低速轴33。
高速段齿轮机构32设有：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；和具有高速齿轮35a的输出轴35。
低速轴33由直径例如大致1m的大尺寸旋转轴形成，并且与主轴2同心设置。低速轴33沿着轴向方向的两个端部由滚动轴承36a和36b可旋转地支撑。
中间轴34被平行于低速轴33设置，并且其沿着轴向方向的两个端部由滚动轴承37a和37b可旋转地支撑。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被平行于中间轴34设置，并且输出运转扭矩。输出轴35沿着轴向方向的一个端部35b和另一个端部(输出端部)35c侧分别由滚子轴承38和39可旋转地支撑。
通过以上结构，通过行星齿轮机构31的齿轮比即在低速齿轮33a与第一中间齿轮34a之间的齿轮比和在第二中间齿轮34b与高速齿轮35a之间的齿轮比，在三个阶段中增加主轴2的旋转速度，并且主轴2的旋转从输出轴35的输出端部35c输出作为旋转。即，利用风力的主轴2的旋转的速度被增速器3在三个阶段中增加，从输出轴35输出，并且由输出轴35的运转扭矩驱动发电机4。
图3是示出增速器3的滚子轴承38的截面视图。滚子轴承38由圆柱形滚子轴承形成，并且设有：在外部装配并固定到输出轴35上的内环38a；固定到增速器3的壳体14的外环38b；以使得它能够滚动的方式设置在内环38a和外环38b之间的多个圆柱形辊子38c；和沿着周向方向以预定间隔保持圆柱形滚子38c的环形保持架38d。内环38a、外环38b和圆柱形滚子38c例如由轴承钢制成，并且保持架38d例如由铜合金制成。
内环38a具有在它的外周沿着轴向方向的中央部分中形成的内环滚动表面38a1。外环38b与内环38a同心设置，并且具有在它的内周沿着轴向方向的中央部分中形成的外环滚动表面38b1。外环滚动表面38b1被设置的方式使得它面对内环滚动表面38a1。而且，外环38b具有在沿着轴向方向的两侧上形成的一对外环肋部38b2。外环肋部38b2被形成为从外环38b的内周沿着轴向方向的两个端部沿着径向方向朝向内侧突出，并且圆柱形滚子38c的端表面与外环肋部38b2滑动接触。
圆柱形滚子38c被以可滚动方式设置在内环滚动表面38a1和外环滚动表面38b1之间。
保持架38d具有一对环形部38d1和多个支柱部38d2，所述一对环形部38d1被设置的方式使得它们被沿着轴向方向分开，所述多个支柱部38d2沿着环形部38d1的周向方向均匀地隔开并且将环形部38d1联接到一起。分别在所述一对环形部38d1和邻接的支柱部38d2之间形成凹口38d3，并且在凹口38d3中，分别设置圆柱形滚子38c。在大型风力发电装置1中，因为高负荷被施加到支撑增速器3的输出轴35的滚动轴承，所以优选的是使用高刚度并且能够适当地吸收由于热引起的输出轴35的轴向膨胀和收缩的滚子轴承38。这里，作为滚动轴承，可以使用球轴承或者锥形滚子轴承。
在图2中，风力发电装置1设有接头装置(接头结构、联接器)9，该接头装置9设置在增速器3的输出轴35和发电机4的输入轴41之间，并且用于使得能够在输出轴35和输入轴41之间传递扭矩。在本实施例中，虽然在接头装置9上设置单向离合器7，但是接头装置9被设置在用于输入轴41的制动器44的增速器3侧上。
图4是示出接头装置9的半截面视图，并且图5是沿图4中的箭头A截取的截面视图。
在图4和图5中，接头装置9具有输出侧传动轴80、输入侧传动轴81、固定壳体82、输出侧传动轴轴承94、输入侧传动轴轴承95、单向离合器7和油脂嘴64。
输出侧传动轴80与输出轴35同心设置，凸缘83由键84等固定到其输入侧端部，并且通过螺栓/螺母(未示出)将由键85等固定到输出轴35的凸缘86固定到该凸缘83。
输入侧传动轴81与输入轴41和输出侧传动轴80同心设置，凸缘88被键89等固定到其输出侧端部，并且将通过键90等固定到输入轴41的凸缘91通过螺栓/螺母(未示出)固定到该凸缘88。在输入侧传动轴81的输入侧端部和输出侧传动轴80的输出侧端部之间沿着轴向方向设置了例如大致10mm的间隙92。通过该间隙92，吸收了接头装置9的制造(组装)误差，并且处理了由于温度升高(改变)引起的输出侧传动轴80和输入侧传动轴81的膨胀(膨胀和收缩)。
固定壳体82是放置增速器3和风力发电装置1的发电机4的机械室的结构物，并且被放置并利用螺栓/螺母(未示出)等固定到机舱13的地板表面。在固定壳体82中，插入了输出侧传动轴80和输入侧传动轴81，并且这些轴80和81通过沿着轴向方向设置的输出侧传动轴轴承94和输入侧传动轴轴承95由固定壳体82分开支撑。这些轴承94和95分别设置在固定壳体82上的凸缘83和88的侧面上的端部上。作为轴94和95，使用球轴承和滚子轴承。
单向离合器7处于输出侧传动轴80与输入侧传动轴81之间和输出侧传动轴轴承94与输入侧传动轴轴承95之间。单向离合器7设有内环71、外环72和设置在内环71的外周表面71a和外环72的内周表面72a之间的多个滚子(接合元件)73。内环71被挤压装配在输出侧传动轴80的输出侧端部中并且被螺钉、键等固定，并且垫圈(间隔器)96被装配在内环71和输出侧传动轴80中的输出侧传动轴轴承94之间。外环72被螺钉、键等固定到输入侧传动轴81的输入侧端部。当内环71固定到输出侧传动轴80时和当外环72固定到输入侧传动轴81时，有时通过在上述部件上形成花键轴、花键孔等(而不使用键等)将内环71等在结构上固定到输出侧传动轴80等。而且，有时采用这样一种结构，其中内环71被设置在输入侧传动轴81上并且外环72被设置在输出侧传动轴80上。外环72具有环形径向延伸部(径向突出部)97和圆柱形轴向延伸部(轴向突出部)98，其中环形径向延伸部(径向突出部)97沿着径向方向从输入侧传动轴81向外延伸(突出)，圆柱形轴向延伸部(轴向突出部)98从径向延伸部97上的沿着径向方向的外侧上的端部在输出轴35一侧上沿着轴向方向延伸(突出)，并且沿着径向方向面对内环71。在轴向延伸部98的前端部(在输出轴35一侧上的端部)的内周表面上，形成了用以便于滚子73的组装的组装锥面98a。考虑负荷传递和支撑，使得径向延伸部97的材料厚度大于轴向延伸部98。滚子73在本实施例中以圆柱形形状形成，并且在数目方面沿着周向方向设置了八个。
在固定壳体82中，填充了用于润滑设置在其内侧的单向离合器7、输出侧传动轴轴承94和输入侧传动轴轴承95的油脂(润滑剂)。固定壳体82形成有给油孔61a，以便通过给油孔61a沿着径向方向从外周表面到内周表面(密封空间)，并且油脂嘴(带有止回阀的填充开口)64附接到给油孔61a。给油孔61a沿着周向方向设置在多个位置中，例如设置在沿着周向方向均匀间隔的四个位置中，并且能够从任一个给油孔61a将油脂供应到该密封空间中。而且，当从任一个给油孔61a供应油脂时，通过拆卸其它给油孔61a的油脂嘴64，能够从其它给油孔61a排放旧的油脂。因此，给油孔61a不仅在功能上用作油脂供应部而且还在功能上用作排放部。虽然作为油脂优选的是使用这样一种油脂，该油脂使用酯作为基油并且使用尿素材料等作为增调剂并且易受温度变化影响，但是本发明不限于此。虽然在图4中油脂嘴64沿着径向设置在外环72外侧，但是本发明不限于这种位置。例如，油脂嘴64可以设置在输出侧传动轴轴承94的外环和外环72之间并且沿着径向处于垫圈96外侧。在输出侧传动轴轴承94和输入侧传动轴轴承95沿着径向方向的外侧端部上，即，在输出侧传动轴轴承94的凸缘83侧端部和输入侧传动轴轴承95的凸缘88侧端部上，分别设置密封部件(未示出)。
根据如上所述的接头装置，虽然单向离合器7连接输出侧传动轴80和输入侧传动轴81的方式使得能够一体旋转和解除该连接，但是因为利用放置在机舱13的地板上的固定壳体82通过输出侧传动轴轴承94和输入侧传动轴轴承95支撑这些轴80和81，所以单向离合器7的负荷能够充分地由机舱13支撑。因此，单向离合器7等能够平稳地操作，而接头装置9不会在很大程度上在单向离合器7部分处弯曲以向单向离合器等施加高机械负荷。
进一步描述单向离合器7，进一步设置了沿着周向方向以预定间隔保持滚子73的环形保持架74和沿着一个方向弹性地推动滚子73的多个弹性部件(推动部件)75。
图7是示出单向离合器7的保持架的透视图。在图7中，保持架74具有：一对环形部76和多个支柱部77，其中所述一对环形部76沿着轴向方向彼此面对，所述多个支柱部77与这些环形部76分开，并且所述多个支柱部77的两个轴向端部都被装配在环形部76上。由环形部76和沿着周向邻接的支柱部77所包围的空间形成凹口78，并且滚子73分别被单独容纳在凹口78中(见图5)。
环形部76由金属材料诸如碳钢或者铝制成，并且例如外径被设定为300mm，并且沿着轴向方向的厚度被设定为15mm。在环形部76的内周上，多个凹部76a沿着周向方向以预定间隔形成。
支柱部77具有主部77a、设置成在主部77a沿着周向方向的一个端表面上突出的突出部77b和在主部77a沿着轴向方向的两个端部上形成的一对装配部77c。主部77a、突出部77b和装配部77c是通过合成树脂材料的注射成型一体地模制的。
如在图5中所示，突出部77b引导(定位)容纳在凹口78中的弹性部件75。具体地，突出部77b形成为朝向端部逐渐渐缩。弹性部件75被从突出部77b的端侧宽松地装配。弹性部件75由压缩螺旋弹簧形成，压缩螺旋弹簧形成为沿着轴向方向伸长。这里，弹性部件75可以是不同形式的弹簧诸如板簧。
如在图7中所示，装配部77c被形成使得装配部分77c的径向厚度小于主部77a的径向厚度，并且装配部77c的厚度被设定使得：在装配部77c被装配在凹部76a中的条件下，环形部76的外周表面和主部77a的外周表面大体上彼此齐平。
如上所述，保持架74由环形部76和支柱部77形成，并且环形部76和支柱部77是彼此分开地形成的，从而能够单独制造环形部76和支柱部77。因此，与当一体地制造整个保持架74时相比较，能够容易地制造保持架74。特别地，因为用于风力发电装置1的保持架74具有大的尺寸并且难以一体地制造其整体，所以彼此分开地形成环形部76和支柱部77是更加有益的。而且，通过利用金属制造环形部76，能够为保持架74确保充分的强度，并且通过利用合成树脂制造支柱部77，能够减小保持架74的总重量。
如在图5中所示，与滚子73相同数目(八个)的平坦凸轮表面71a1在内环71的外周表面71a上形成，并且外环72的内周表面72a是圆柱形表面。在内环71的凸轮表面71a1和外环72的内周表面72a之间，沿着周向方向形成多个(八个)楔形空间S。
图6是放大地示出单向离合器的有关部分的截面视图。
这些滚子73分别被单独设置在楔形空间S中。而且，弹性部件75沿着楔形空间S沿其变窄的方向推动滚子73。每一个滚子73的外周表面是与内环71的凸轮表面71a1和外环72的内周表面72a接触的接触表面73a，并且该接触表面73a沿着宽度方向(轴向方向)笔直地形成。
在如上所述构造的单向离合器7中，当通过输出侧传动轴80以增加的速度旋转，输出侧传动轴80的旋转速度高于输入侧传动轴81的旋转速度时，内环71表现为相对于外环72沿着一个方向(图5中的逆时针方向；图6中的箭头a的方向)相对地旋转。在此情形中，利用弹性部件75的挤压力，滚子73沿着楔形空间S变窄的方向(在图6中向右)稍微地移动从而滚子73的接触表面73a与内环71的外周表面71a(凸轮表面71a1；啮合表面)和外环72的内周表面(啮合表面)72a压力接触，这引起滚子73在内环71和外环72之间啮合的情况。这使得内环71和外环72能够沿着所述一个方向a一体旋转，从而输出侧传动轴80和输入侧传动轴81能够被以一体旋转的方式连接。
而且，当在以增加的速度旋转之后输出侧传动轴80，即，输出轴35的旋转变成恒定速度旋转并且输出侧传动轴80的旋转速度变得与输入侧传动轴81，即，输入轴41的旋转速度相同时，滚子73被保持处在啮合在内环71和外环72之间的状态下。因此，单向离合器7维持内环71和外环72沿着一个方向的一体旋转，从而输出侧传动轴80和输入侧传动轴81继续一体旋转。
另一方面，当通过输出侧传动轴80以降低的速度旋转，输出侧传动轴80的旋转速度低于输入侧传动轴81的旋转速度时，内环71相对于外环72沿着另一个方向(图5中的顺时针方向；图6中箭头b的方向)相对地旋转。在此情形中，通过抵抗弹性部件75的挤压力而沿着楔形空间S变宽的方向稍微移动的滚子73，解除滚子73与内环71和外环72之间的啮合。如上所述，通过解除滚子73的啮合，输出侧传动轴80和输入侧传动轴81被断开连接。
虽然形成楔形空间S的外环内周表面72a由沿着周向方向连续的圆柱形表面的部分(圆弧形表面)形成，但是它可以由沿着周向方向不连续的圆弧形表面例如独立的圆弧形表面形成，使得平坦表面或者拐点介于沿着周向方向邻接的楔形空间S的外环内周表面72a之间。
通过带有预定干涉的过盈配合，单向离合器7的内环71被装配在输出侧传动轴80上。因此，利用输出侧传动轴80上的内环71的收紧力，它们能够一体旋转。而且，通过滚子73与内环71和外环72之间的啮合，输出侧传动轴80上的内环71的收紧力增加。在下文中，将详细描述该行为。
如在图6中所示，当内环71相对于外环72沿着图6中的箭头a的方向相对地旋转时，滚子73与凸轮表面71a1和外环内周表面72a啮合，如在图8(a)和8(b)中所示，滚子73受到来自外环内周表面72a的负荷Fa和Fb，并且内环71的凸轮表面71a1受到垂直分负荷Fa1和Fb1，垂直分负荷Fa1和Fb1是来自滚子73的负荷Fa和Fb的分力。因此，通过这些垂直分负荷Fa1和Fb1增加了在输出侧传动轴80上的内环71的收紧力。
因此，当用于操作风力发电装置1的负荷扭矩(用于使发电机4的转子42旋转的发电扭矩或者惯性扭矩)变得最大时，能够使得由通过在输出侧传动轴80和内环71之间的装配得到的收紧力(在下文中，被称作“初始收紧力”)而能够从输出侧传动轴80传递到内环71的扭矩(传递扭矩)T2低于待从输出侧传动轴80传递到内环71的最大传递扭矩T1max。即，T2和T1max能够被设定为以下关系：
T1max>T2…(1)。
而且，当由通过在滚子73与内环和外环71和72之间的啮合所获得的收紧力(在下文中，还被称作“附加收紧力”)而能够从输出侧传动轴80传递到内环71的传递扭矩是T3时，通过将T2和T3相加获得的值总是高于对于操作风力发电装置1所必需的最小传递扭矩T1。即，
T1<T2+T3…(2)
特别地，当负荷扭矩最大时利用该附加收紧力，能够从输出侧传动轴80传递到内环71的传递扭矩T3max满足以下条件：
T1max<T2+T3max…(3)。
如由图9中的曲线图示出了在负荷扭矩和传递扭矩T1到T3之间的关系。上述最大负荷扭矩是作为风力发电装置1的设计条件采取的最大负荷扭矩而不是在诸如当风力发电装置1遭受故障时或者当由于异常天气而发生超过假设的突然的风速波动时引起的过度负荷扭矩。
通过满足以上(1)至(3)的关系，能够使通过在输出侧传动轴80和内环71之间的装配所获得的初始收紧力最小化，输出侧传动轴80和内环71之间的装配所必需的干涉减小，并且通过装配在内环71上引起的内部应力(特别地，沿着周向方向的应力)能够减小。通过减小内环71的内部应力，内环71的耐久性增强，并且单向离合器7的寿命能够增强，因此接头装置9的寿命能够增强。在输出侧传动轴80和内环71之间的干涉最小可以是10μm。
通过省略单向离合器7的内环71并且直接在输出侧传动轴80上形成凸轮表面，伴随如上所述的装配的在内环71上的应力集中能够被抑制，这是有利的。然而，因为如在本实施例中用于风力发电装置1的单向离合器7具有大的尺寸，所以直接在输入侧传动轴81上形成凸轮表面是困难的并且不实际的。因此，最有效的是像以上(1)至(3)那样设定传递扭矩T1至T3和负荷扭矩之间的关系。
另一方面，当随着负荷扭矩的增加由于滚子73与内环71和外环72之间的啮合引起的收紧力变得过高时，在内环71上的负担变得沉重，使得耐久性可能反而降低。因此，在本实施例中，随着负荷扭矩增加，相对于负荷扭矩的增量，从滚子73施加到内环71(凸轮表面71a1)的垂直分量负荷的增量降低，使得能够使内环71上的负担最小化。
具体地，因为如在图6中所示外环内周表面72a形成为圆弧形表面，所以在楔形空间S较小的区域中楔角较大。图8(a)示出其中滚子73处于楔形空间S比较大并且楔角θa小的区域中的情况，并且图8(b)示出其中滚子73处于楔形空间S比较小并且楔角θb大的区域中的情况。
而且，当滚子73处于楔形空间S大的区域中时的时间是在滚子73与内环71和外环72之间的啮合的早期阶段中，例如，在诸如当从非旋转状态达到切入风速(发电所必需的最小风速)以开始旋转时和当旋转变得在切入风速下恒定并且稳定时负荷扭矩低的情形中，并且当滚子73处于楔形空间S小的区域中时的时间是在诸如当风速变得不小于额定风速并且达到额定输出时负荷扭矩高的情形中。切入风速可以是瞬时风速或者可以是对于预定时间的平均风速。
因此，在图8(a)和图8(b)中，从外环内周表面72a施加到滚子73的负荷Fa和Fb具有以下关系：
Fa<Fb…(4)。
在图8(b)中的垂直分量负荷Fb1相对于从外环内周表面72a施加到滚子73的负荷Fb的百分比(Fb/Fb1)低于在图8(a)中的垂直分量负荷Fa1相对于负荷Fa的百分比(Fa/Fa1)。因此，即便负荷扭矩增加，垂直分量负荷Fb1仍然不会变得非常高，使得内环71上的负担能够减小。
当滚子73与内环71和外环72之间的啮合的初始负荷扭矩起作用时的楔角θa和当最大负荷扭矩起作用时的楔角θb被设定成以下关系：
1.0°<θb-θa<1.5°...(5)。
楔角θa优选地在4°到9°的范围中，并且楔角θb优选地在5.5°到10°的范围中。这是因为，如果楔角θa小于4°，则存在从滚子73施加到凸轮表面71a1的垂直分量负荷Fa1高于必要范围的可能性，并且如果楔角θa高于9°，则另一个楔角θb太大从而存在滚子73和周表面之间的啮合不充分的可能性。而且，这是因为，如果楔角θb小于5.5°，则另一个楔角θa太小从而存在从滚子73施加到凸轮表面71a1的垂直分量负荷Fa1被增大到超过必要范围的可能性，并且如果楔角θb高于10°，则存在滚子73与内环71和外环72之间的啮合不充分的可能性。
而且，在楔角θa和θb之间的比被设定为
1.1<θb/θa<1.4…(6)
(更加优选地，1.11<θb/θa<1.38)。
通过将楔角θa和θb设定成以上关系，在从在滚子73与内环71和外环72之间的啮合的早期阶段到当负荷扭矩变到最大时的时段期间，能够可靠地执行输出侧传动轴80和内环71之间的扭矩传递并且能够减小内环71上的负担。
能够通过调节外环72的内径、滚子73的外径和P.C.D、外环内周表面72a和凸轮表面71a1之间的距离等设定类似以上(5)和(6)的关系。而且，优选的是将单向离合器7的滚子73的数目设定成四个至八个。这是因为，如果滚子73的数目大于八个，则从外环内周表面72a到滚子73的负荷Fa和Fb被分散，从滚子73到凸轮表面71a1的垂直分量负荷Fa1和Fb1是低的，并且存在不能充分地获得内环71在输出侧传动轴80上的收紧力的可能性。而且，这是因为，如果滚子73的数目小于四个，则内环71在输出侧传动轴80上的收紧力太高并且内环71上的局部负担是沉重的。
本发明不限于上述实施例并且当实施时可以被适当地变型。例如，虽然在上述实施例中单向离合器是沿着径向方向面向的类型，但是单向离合器可以是推力型的。而且，风力发电装置不限于图1所示水平轴线型装置而是可以是竖直轴线型装置。
本申请基于在2013年10月28日提交的日本专利申请(专利申请号2013-223297)，在此通过引用将该日本专利申请的内容并入本文。
附图标记的说明
1：风力发电装置；2：主轴；3：增速器；4：发电机；7：单向离合器；9：接头装置(接头结构)；13：机舱；35：输出轴；41：输入轴；71：内环；72：外环；73：滚子(接合元件)；80：输出侧传动轴；81：输入侧传动轴；82：固定壳体；94：输出侧传动轴轴承；95：输入侧传动轴轴承；97：径向延伸部；98：轴向延伸部。

Claims (5)

1.一种接头结构，所述接头结构用于风力发电装置，通过由来自增速器的输出轴的扭矩使发电机的输入轴旋转，所述风力发电装置产生电力，所述接头结构包括：
输出侧传动轴，所述输出侧传动轴与所述输出轴一体旋转；
输入侧传动轴，所述输入侧传动轴与所述输入轴一体旋转；
固定壳体，所述固定壳体被固定到放置所述增速器和所述发电机的机械室的结构物；
轴承，所述轴承通过所述固定壳体支撑被插入在所述固定壳体中的所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴；和
单向离合器，所述单向离合器被装配在所述固定壳体中，所述单向离合器以可一体旋转的方式连接所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴，并且所述单向离合器解除所述连接，
其中在所述输出轴的旋转速度高于所述输入轴的旋转速度的条件下，所述单向离合器以可一体旋转的方式连接所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴，并且在所述输出轴的旋转速度低于所述输入轴的旋转速度的条件下，所述单向离合器解除在所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴之间的所述连接。
2.根据权利要求1所述的接头结构，
其中所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴彼此同心设置，并且
其中所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴由所述固定壳体分别通过输出侧传动轴轴承和输入侧传动轴轴承分开支撑。
3.根据权利要求1所述的接头结构，
其中所述单向离合器包括：
内环部，所述内环部与所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴中的一根传动轴一体旋转；
外环，所述外环被固定到所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴中的另一根传动轴；和
接合元件，所述接合元件被设置在所述内环部和所述外环之间，并且
其中所述外环包括：
径向延伸部，所述径向延伸部从所述另一根传动轴在径向方向上向外延伸；和
轴向延伸部，所述轴向延伸部从所述径向延伸部的在所述径向方向上的外侧上的端部在轴向方向上延伸，并且所述轴向延伸部在所述径向方向上面对所述内环部。
4.根据权利要求2所述的接头结构，
其中所述单向离合器包括：
内环部，所述内环部与所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴中的一根传动轴一体旋转；
外环，所述外环被固定到所述输出侧传动轴和所述输入侧传动轴中的另一根传动轴；和
接合元件，所述接合元件被设置在所述内环部和所述外环之间，并且
其中所述外环包括：
径向延伸部，所述径向延伸部从所述另一根传动轴在径向方向上向外延伸；和
轴向延伸部，所述轴向延伸部从所述径向延伸部的在所述径向方向上的外侧上的端部在轴向方向上延伸，并且所述轴向延伸部在所述径向方向上面对所述内环部。
5.一种风力发电装置，包括：
主轴，所述主轴通过风力旋转；
增速器，所述增速器增加所述主轴的旋转速度，并且所述增速器从输出轴输出旋转；
发电机，所述发电机包括以所述输出轴的旋转作为输入而旋转的输入轴，并且所述发电机通过所述输入轴的旋转产生电力；和
根据权利要求1至4中任一项所述的接头结构，所述接头结构被设置在所述输出轴和所述输入轴之间，用于使得能够在所述输出轴和所述输入轴之间传递扭矩。
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