【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風力発電用動力伝達装置に係り、特にロータブレードの回転を増速機に伝えるロータ軸の有害なトルク変動を緩和して、増速機および発電機に好適なトルクを伝える風力発電用動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図３に示す風力発電装置１は、ロータブレード１０と、このロータブレード１０のロータシャフト１１に取り付けられた変速機１２を介して駆動される発電機１７と、これらのロータブレード１０、変速機１２、発電機１７等を所定高さに保持するタワー１３とを有している。
このような風車１を利用した風力発電装置１は、風を受けて回転するロータブレード１０を使用して風の運動エネルギーを動力に変換し、この動力で発電機１７を駆動して電気エネルギーに変換する。
【０００３】
すなわち、風力発電装置１は、ロータブレード１０がカットイン風速を超えた風を受けて発電するように構成されている。
このロータブレード１０には、ロータブレード１０の取付角度を風速に合わせて変化させて回転速度が制御されるピッチ制御方式と、ロータブレード１０の取付角度を一定とし、風速がしきい値を超えると失速するストール制御方式の２方式がある。
【０００４】
ロータブレード１０の回転を増速機１２に伝えるロータシャフト１１は、図４に示すように一対の軸受１４で支持され増速機１２に連結され、発電機１７の仕様に合わせた回転数まで増速される。
ロータシャフト１１の回転数は通常数十ｒｐｍであり、発電機１７の定格回転速度は１５００〜１８００ｒｐｍである。よって、増速機１２による増速比は１００倍程度になる。
【０００５】
増速機１２で増速された出力軸１５で発電機１７を駆動することにより、発電機１７で発電を行う。
増速機１２は、柔構造体１６で支持され、ある程度のトルク変動を吸収する。
増速機１２と発電機１７との間には制動装置１８が設けられ、この制動装置１８は、主に異常時の緊急用もしくは点検時に使用される。
これらの機器はロータブレード１０（図３参照）を除いてタワー１３上に設置されたナセル１９（図３参照）内に格納されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この風力発電装置１は自然現象たる風に頼るものであることから、発電機１７の出力はその日により、また時間によっても激しく変化することがある。
このように風速が急激に変化することにより、ロータシャフト１１に伝わるトルクが急激に変化する。また、使用されるロータブレード１０の枚数が２枚から３枚と少ないので、アンバランス等による周期的なトルク変動も起こりやすい。
【０００７】
この急激な、および周期的なトルク変動は、歯車機構やトラクションドライブ機構の増速機１２に以下のような不具合を発生させる虞れがある。
（１）増速機が歯車機構の場合
歯車には、通常バックラッシュが存在するが、トルク変動によって噛み合う歯面間で荷重が変動するため、バックラッシュ分のガタによる歯車の騒音を発生し、ひいては繰返し振幅荷重が歯面に加わるため疲労破損（ピッチング）を誘発し歯車の早期損傷につながる。
【０００８】
（２）増速機がトラクションドライブ機構の場合
歯車の代わりにローラの接触力でトルクを伝達するトラクションドライブ方式も増速機に使用される。この場合、トルク変動があると接触力を伝えるローラ間で滑りを生じ、油膜破断によるスメアリング、焼付きといった損傷につながる。
【０００９】
この不具合を解消する方法として、トラクションドライブ機構の入力側と出力側との回転速度比を制御することにより、トルク変動で発生するローラ間の滑りを最小限に抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−６６３６０号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１４７３３４号公報（第１頁、図１）
【００１１】
しかし、歯車機構の増速機は、入力軸と出力軸との回転速度比が一定なので、この方法を適用することができない。
さらに、この方式をトラクションドライブ機構に適用した場合でも、増速機のローラ間に滑りが生じない場合には、入力軸と出力軸との回転速度比が変化しないので、トルク変動を検知することはできない。
このため、増速機のローラ間に油膜破断によるスメアリング、焼付きといった損傷が発生することが考えられる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することであり、風速の変化に伴う増速機に有害なトルク変動を緩和し増速機の信頼性、耐久性を簡単な構成で向上させるとともに，風速の変化しやすい環境において風力発電装置の設置を可能とする風力発電用動力伝達装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、風を受けてロータブレードを回転することで風の運動エネルギーを動力に変換し、このロータブレードの動力を増速機を介して発電機に伝えることにより、発電機を駆動して前記動力を電気エネルギーに変換し、前記増速機の回転を発電機に伝える出力軸を制動する制動装置を備えた風力発電装置において、前記ロータブレードと前記増速機との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置を設け、該トルク平滑化装置と前記増速機との間に、前記制動装置の制動により発生した急激なトルク増大を回避するクラッチ装置を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、ロータブレードと増速機との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置を設けた。
よって、ロータブレードが風を受けて回転を開始する際に、突風等の急激な風を受けた場合、トルク平滑化装置に急激に増化したトルクがかかる。この際に、トルク平滑化装置は急激に増化したトルクを吸収して、増速機に急激なトルクが伝わることを防止する。
【００１５】
また、風によるロータブレードの回転中に、風速が変化する場合がある。この際に風速の変化に対応してロータブレードの回転数が変化することにより、トルクが変化する。このトルクの変化をトルク平滑化装置で吸収することで、増速機にトルクの変化が伝わることを防止する。
【００１６】
さらに、トルク平滑化装置と増速機との間に、制動装置の制動により発生した急激なトルク増大を回避するクラッチ装置を設けた。
よって、ロータブレードの回転中に異常（停電、機械的異常等）を検知して、増速機の出力軸と発電機の間に設置した制動装置で増速機の出力軸を制動する際に、制動装置の制動時に合わせて、クラッチ装置を「連結」の状態から「切断」の状態に切りかえることができる。
これにより、トルク平滑化装置をロータブレードと一体に無負荷の状態で回転させることができるので、トルク平滑化装置に過大なトルクがかかることを防止できる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、前記トルク平滑化装置は、機械式トルク平滑化装置であることを特徴とする。
ここで、機械式トルク平滑化装置は、比較的入手が容易で、構成が簡素なので、トルク平滑化装置として機械式トルク平滑化装置を使用することで、風力発電装置のコストを抑えることができる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載の発明は、風を受けてロータブレードを回転することで風の運動エネルギーを動力に変換し、このロータブレードの動力を増速機を介して発電機に伝えることにより、発電機を駆動して前記動力を電気エネルギーに変換する風力発電装置において、前記ロータブレードと前記増速機との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置を設け、該トルク平滑化装置にクラッチ装置を内蔵したことを特徴とする。
【００１９】
本発明では、ロータブレードと増速機との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置を設けた。
よって、ロータブレードが風を受けて回転を開始する際に、突風等の急激な風を受けた場合、トルク平滑化装置に急激に増化したトルクがかかる。この際に、トルク平滑化装置は急激に増化したトルクを吸収して、増速機に急激なトルクが伝わることを防止する。
【００２０】
また、風によるロータブレードの回転中に、風速が変化する場合がある。この際に風速の変化に対応してロータブレードの回転数が変化することにより、トルクが変化する。このトルクの変化をトルク平滑化装置で吸収することで、増速機にトルクの変化が伝わることを防止する。
【００２１】
さらに、トルク平滑化装置にクラッチ装置を内蔵した。よって、ロータブレードの回転中に異常（停電、機械的異常等）を検知して風車発電装置の運転を停止した場合に、内蔵したクラッチを「連結」の状態から「切断」の状態に切りかえることができる。
これにより、トルク平滑化装置をロータブレードと一体に無負荷の状態で回転させることができるので、トルク平滑化装置に過大なトルクがかかることを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る風力発電用動力伝達装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る第１実施形態の風力発電用動力伝達装置を備えた風力発電装置を示す概略図である。
第１実施形態の風力発電装置５０は、風を受けてロータブレード５１を回転することで風の運動エネルギーを動力に変換し、このロータブレード５１の動力を風力発電用動力伝達装置５２を介して発電機５３に伝えることにより、発電機５３を駆動して前記動力を電気エネルギーに変換し、増速機５２の回転を発電機５３に伝える出力軸５４を制動する制動装置５５を備える。
【００２３】
第１実施形態の風力発電用動力伝達装置５２は、ロータブレード５１と増速機５６との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置５７を設け、トルク平滑化装置５７と増速機５６との間に制動装置５５の制動により発生した急激なトルク増大を回避するクラッチ装置５８を設けたものである。
【００２４】
具体的には、風力発電用動力伝達装置５２は、ロータブレード５１をロータシャフト５９に取り付け、ロータシャフト５９を一対のロータ支持軸受６１で回転自在に支え、ロータシャフト５９をトルク平滑化装置５７の入力軸に連結し、このトルク平滑化装置５７の出力軸をクラッチ装置５８の入力軸に連結し、クラッチ装置５８の出力軸６２を増速機５６のキャリア６３に連結し、増速機５６の出力軸５４に制動装置５５を備える。
【００２５】
トルク平滑化装置５７は、機械式トルク平滑化装置であり、例えば、慣性体継手、弾性体継手、流体継手や撓み構造の継手が該当する。
機械式トルク平滑化装置は、比較的入手が容易で、構成が簡素なので、トルク平滑化装置として機械式トルク平滑化装置を使用することで、風力発電装置のコストを抑えることができる。
【００２６】
慣性体継手としては、フライホイールを使用した継手であり、回転慣性により過大なトルクを吸収するように構成したものである。
【００２７】
また、弾性体継手としては、ゴムやバネ等の弾性体を介在させた継手で、弾性体を弾性変形させることで過大なトルクを吸収するように構成したものである。
【００２８】
流体継手は、流体を利用してトルクを伝える継手で、過大なトルクが発生した場合に、トルクの伝達を不能にすることで過大なトルクを吸収するように構成したものである。
【００２９】
撓み構造の継手は、トーションバーやかご型構造体等を使用した継手で、撓み構造を弾性変形させることで過大なトルクを吸収するように構成したものである。
【００３０】
増速機５６は、サンギア６４の周囲に複数個のプラネタリアギア６５を噛み合わせ、複数個のプラネタリアギア６５をキャリア６３で連結し、キャリア６３にクラッチ装置５８の出力軸６２を連結し、プラネタリアギア６５の外側にリングギア６６を噛み合わせた遊星歯車機構を採用している。
サンギア６４を支える軸６７にはギア６８が取り付けられ、このギア６８にピニオンギア６９が噛み合わされ、ピニオンギア６９を支える出力軸５４に制動装置５５が備えられている。
【００３１】
制動装置５５は、一例として油圧式ディスクブレーキが採用されている。
ここで、制動装置５５を増速機５６の出力軸５４に備えた理由は、増速機５６で回転数を増速することで、出力軸５４はトルクが小さいので、増速機５６の出力軸５４であれば、小さな制動力で制動できるからである。
【００３２】
また、風力発電用動力伝達装置５２は、制動装置５５の制動に基づいてクラッチ装置５８を作動する信号を出力する制御部７０を備え、この制御部７０の信号に基づいてクラッチ装置５８を作動させるアクチュエータ７１を備える。
ここで、制動装置５５には、一例として油圧式ディスクブレーキを使用しているので、アクチュエータ７１として油圧式のアクチュエータを使用する。これにより、制動装置５５を油圧で制動させる際に、この制動に合わせて、クラッチ装置５８を「連結」の状態から「切断」の状態に油圧で切りかえることができる。
【００３３】
また、クラッチ装置５８として、トルクリミッタを内蔵したクラッチ装置を使用することで、制動装置５５の制動の際にトルクリミッタでクラッチ装置５８を過大トルクから保護することができる。
よって、制動装置５５の制動に合わせてクラッチ装置５８を制御部７０で操作する必要がなくなり、油圧配管等を不要にでき、構成の簡略化を図ることができる。
【００３４】
次に、風力発電用動力伝達装置５２の作用について説明する。
ロータブレード５１が風を受けて回転することにより、ロータシャフト５９が回転する。ロータシャフト５９の回転がトルク平滑化装置５７およびクラッチ装置５８を介して増速機５６に伝えられる。
このとき突風等の急激な風を受けてもトルク平滑化装置５７により急激に増化したトルクを吸収することで、増速機５６に急激なトルクが伝わることを防ぐことができる。
【００３５】
増速機５６に伝えられたロータシャフト５９の回転数は増速機５６で概略１００倍に増速され、増速機５６の出力軸５４を介して発電機５３に伝えられる。
これにより、発電機５３を駆動させて、風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００３６】
ここで、ロータブレード５１の回転中に、風速の変化に合わせてロータブレード５１の回転数が変化する。このロータブレード５１の回転数の変化により、トルクが変化するが、このトルクの変化をトルク平滑化装置５７で吸収する。
よって、増速機５６にトルクの変化が伝わることを防止できる。
【００３７】
一方、ロータブレード５１の回転中に異常（停電、機械的異常等）を検知した場合には、増速機５６の出力軸５４と発電機５３の間に設置した制動装置５５によって、増速機５６の出力軸５４を制動するとともに、風車発電装置５０の運転を停止する。
【００３８】
このとき、制動装置５５の制動時に合わせて、クラッチ装置を「連結」の状態から「切断」の状態に切りかえる。これにより、ロータシャフト５９およびトルク平滑化装置５７を無負荷の状態で回転させることができるので、トルク平滑化装置５７に過大なトルクがかかることを防できる。
【００３９】
次に、図２に基づいて第２実施形態の風力発電用動力伝達装置８０について説明する。なお、第２実施形態において、図１に示す第１実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
図２は本発明に係る第２実施形態の風力発電用動力伝達装置を備えた風力発電装置を示す概略図である。
第２実施形態の風力発電用動力伝達装置８０は、風を受けてロータブレード５１を回転することで風の運動エネルギーを動力に変換し、このロータブレード５１の動力を風力発電用動力伝達装置８２を介して発電機５３に伝えることにより、発電機５３を駆動して前記動力を電気エネルギーに変換し、増速機５２の回転を発電機５３に伝える出力軸５４を制動する制動装置５５を備える。
【００４０】
第２実施形態の風力発電用動力伝達装置８２は、ロータブレード５１と増速機５６との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置８３を設け、増速機５６の入力軸８４に入力軸トルクセンサー８５を設け、増速機５６の出力軸５４に出力軸トルクセンサー８６を設け、入力軸トルクセンサー８５で検知した入力軸８４のトルクと、出力軸トルクセンサー８６で検知した出力軸５４のトルクとを比較したトルク比を表示するモニターを設け、トルク比が所定のしきい値を超えた場合に制御装置８８がアクチュエータ８９を稼動し、アクチュエータ８９でトルク平滑化装置８３を作動させてトルク比を調整するように構成したものである。
【００４１】
入力軸トルクセンサー８５および出力軸トルクセンサー８６としては、非接触式のトルクセンサーや、歪ゲージ式のトルクセンサーが使用される。
トルク平滑化装置８３としては、トルク制御機能付きクラッチ装置や電気・磁気粘性流体継手が使用される。
トルク制御機能付きクラッチ装置や電気・磁気粘性流体継手は、制御装置８８の信号に基づいて駆動したアクチュエータ８９で作動可能に構成されている。
【００４２】
すなわち、トルク制御機能付きクラッチ装置や電気・磁気粘性流体継手は、入力軸８４と出力軸５４とのトルク比がしきい値以下の場合には、入力軸８４のトルクと出力軸５４のトルクを１：１の割合で伝え、トルク比がしきい値を超えた場合には、トルク比がしきい値以下になるように入力軸８４のトルクを低減させて出力軸５４に伝えるものである。
【００４３】
さらに、トルク制御機能付きクラッチ装置は、クラッチが内蔵されていて、ロータブレード５１の回転中に異常（停電、機械的異常等）を、トルク比から検知して風車発電装置８０の運転を停止した場合に、内蔵したクラッチを「連結」状態から「切断」状態に切りかえるように構成したものである。
これにより、ロータシャフト５９およびトルク平滑化装置８３を無負荷の状態で回転させることができるので、トルク平滑化装置８３に過大なトルクがかかることを防する。
【００４４】
第２実施形態の風力発電用動力伝達装置８２によれば、増速機５６の入力軸８４のトルクを入力軸トルクセンサー８５で検知し、出力軸５４のトルクを出力軸トルクセンサー８６で検知し、それぞれのトルク比をモニター８７で表示し、トルク比が所定のしきい値を超えた場合に、制御装置８８がアクチュエータ８９を稼動し、トルク比がしきい値以下になるように調整する。
この場合は、第１実施形態の風力発電用動力伝達装置８２で必要としたクラッチ装置５８を不要にできる。
【００４５】
その他、前述した各実施形態において例示した制動装置５５、トルク平滑化装置５７，８３、クラッチ装置５８等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所，厚さ寸法等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、ロータブレードと増速機との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置を設けた。
よって、ロータブレードが風を受けて回転を開始する際や突風等の急激な風を受けた場合、トルク平滑化装置は急激に増化したトルクを吸収して、増速機に急激なトルクが伝わることを防止する。
【００４７】
また、風速の変化に対応してロータブレードの回転数が変化することにより、トルクが変化するが、このトルクの変化をトルク平滑化装置で吸収することで、増速機にトルクの変化が伝わることを防止する。
【００４８】
さらに、トルク平滑化装置と増速機との間に、制動装置の制動により発生した急激なトルク増大を回避するクラッチ装置（図示せず）を設けた。
よって、ロータブレードの回転中に異常（停電、機械的異常等）を検知して、増速機の出力軸と発電機の間に設置した制動装置で増速機の出力軸を制動する際に、制動装置の制動時に合わせて、クラッチ装置を「連結」状態から「切断」状態に切りかえることができる。
これにより、トルク平滑化装置をロータブレードと一体に無負荷の状態で回転させることができるので、トルク平滑化装置に過大なトルクがかかることを防できる。
【００４９】
この結果、風速の変化に伴うトルク変動を緩和し増速機の信頼性、耐久性を向上させるとともに、風速の変化しやすい環境において風力発電装置の設置を可能とした。
【００５０】
また、請求項２によれば、トルク平滑化装置として、比較的入手が容易で、構成が簡素な機械式トルク平滑化装置を使用することで、風力発電装置のコストを抑えることができる。
【００５１】
さらに、請求項３によれば、ロータブレードと増速機との間に、トルク変動を緩和するトルク平滑化装置を設けた。
よって、ロータブレードが風を受けて回転を開始する際や突風等の急激な風を受けた場合、トルク平滑化装置は急激に増化したトルクを吸収して、増速機に急激なトルクが伝わることを防止する。
【００５２】
また、風速の変化に対応してロータブレードの回転数が変化することにより、トルクが変化するが、このトルクの変化をトルク平滑化装置で吸収することで、増速機にトルクの変化が伝わることを防止する。
【００５３】
さらに、トルク平滑化装置にクラッチ装置を内蔵した。よって、ロータブレードの回転中に異常（停電、機械的異常等）を検知して風車発電装置の運転を停止した場合に、内蔵したクラッチを「連結」状態から「切断」状態に切りかえることができる。
これにより、トルク平滑化装置をロータブレードと一体に無負荷の状態で回転させることができるので、トルク平滑化装置に過大なトルクがかかることを防できる。
【００５４】
この結果、風速の変化に伴うトルク変動を緩和し増速機の信頼性、耐久性を向上させるとともに、風速の変化しやすい環境において風力発電装置の設置を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の風力発電用動力伝達装置を備えた風力発電装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態の風力発電用動力伝達装置を備えた風力発電装置を示す概略図である。
【図３】従来の風力発電装置を示す側面図である。
【図４】従来の風力発電装置の要部を示す側面図である。
【符号の説明】
５０，８０ 風力発電装置
５２，８２ 風力発電用動力伝達装置
５１ ロータブレード
５６ 増速機
５３ 発電機
５５ 制動装置
５７，８３ トルク平滑化装置
５８ クラッチ装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power transmission device for wind power generation, and more particularly to a wind power transmission device that transmits torque suitable for a gearbox and a generator by alleviating harmful torque fluctuation of a rotor shaft that transmits rotation of a rotor blade to a gearbox. The present invention relates to a power transmission device.
[0002]
[Prior art]
For example, a wind power generator 1 shown in FIG. 3 includes a rotor blade 10, a generator 17 driven via a transmission 12 attached to a rotor shaft 11 of the rotor blade 10, And a tower 13 for holding the generator 12, the generator 17 and the like at a predetermined height.
A wind power generator 1 using such a windmill 1 converts kinetic energy of wind into power using a rotor blade 10 that rotates in response to wind and drives a generator 17 with this power to convert it into electric energy. Convert.
[0003]
That is, the wind turbine generator 1 is configured so that the rotor blade 10 generates power by receiving a wind exceeding the cut-in wind speed.
This rotor blade 10 has a pitch control method in which the rotation speed is controlled by changing the mounting angle of the rotor blade 10 in accordance with the wind speed, and a method in which the mounting angle of the rotor blade 10 is fixed and the wind speed exceeds a threshold value. There are two stall control systems that stall.
[0004]
The rotor shaft 11 for transmitting the rotation of the rotor blade 10 to the gear box 12 is supported by a pair of bearings 14 and connected to the gear box 12 as shown in FIG. Speeded up.
The rotation speed of the rotor shaft 11 is usually several tens of rpm, and the rated rotation speed of the generator 17 is 1500 to 1800 rpm. Therefore, the speed increase ratio by the speed increaser 12 is about 100 times.
[0005]
The generator 17 is driven by the output shaft 15 whose speed has been increased by the speed increaser 12, thereby generating power.
The speed increaser 12 is supported by the flexible structure 16 and absorbs a certain amount of torque fluctuation.
A braking device 18 is provided between the gearbox 12 and the generator 17, and this braking device 18 is mainly used for emergency or inspection in case of abnormality.
These devices are stored in a nacelle 19 (see FIG. 3) installed on the tower 13 except for the rotor blade 10 (see FIG. 3).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the wind power generator 1 relies on wind, which is a natural phenomenon, the output of the generator 17 may change drastically depending on the day and time.
Such a sudden change in the wind speed causes a sudden change in the torque transmitted to the rotor shaft 11. Further, since the number of rotor blades 10 used is as small as two to three, periodic torque fluctuation due to imbalance or the like is likely to occur.
[0007]
This rapid and periodic torque fluctuation may cause the following inconvenience in the speed increasing device 12 of the gear mechanism or the traction drive mechanism.
(1) When the gearbox is a gear mechanism A gear usually has a backlash, but the load fluctuates between the meshing tooth surfaces due to the torque fluctuation. Eventually, a repeated amplitude load is applied to the tooth surface, causing fatigue damage (pitting) and leading to early gear damage.
[0008]
(2) When the gearbox is a traction drive mechanism A traction drive system in which torque is transmitted by a contact force of a roller instead of a gear is also used for the gearbox. In this case, if there is a torque fluctuation, slippage occurs between the rollers transmitting the contact force, which leads to damage such as smearing and seizure due to oil film breakage.
[0009]
As a method for solving this problem, a technique has been proposed in which the rotational speed ratio between the input side and the output side of the traction drive mechanism is controlled to minimize slippage between rollers caused by torque fluctuation (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 9-157572). , Patent Documents 1 and 2).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-6-66360 (page 1, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-147334 (page 1, FIG. 1)
[0011]
However, this method cannot be applied to the speed increaser of the gear mechanism because the rotation speed ratio between the input shaft and the output shaft is constant.
Furthermore, even when this method is applied to a traction drive mechanism, if there is no slippage between the rollers of the gearbox, the rotational speed ratio between the input shaft and the output shaft does not change, so it is necessary to detect torque fluctuation. Can not.
For this reason, it is conceivable that damages such as smearing and seizure may occur between the rollers of the gearbox due to oil film breakage.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to alleviate the torque fluctuation harmful to the gearbox due to a change in wind speed to improve the reliability and durability of the gearbox with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a power transmission device for wind power generation that enables installation of a wind power generation device in an environment where the wind speed is likely to change.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the kinetic energy of the wind is converted into motive power by rotating the rotor blade in response to the wind, and the motive power of the rotor blade is transmitted to the generator via the gearbox, thereby generating power. A wind power generator having a braking device that drives a machine to convert the power into electric energy and brakes an output shaft that transmits the rotation of the gearbox to a generator. A torque smoothing device for alleviating torque fluctuation is provided therebetween, and a clutch device is provided between the torque smoothing device and the gearbox to avoid a sudden increase in torque generated by braking of the braking device. It is characterized by the following.
[0014]
In the present invention, a torque smoothing device is provided between the rotor blade and the gearbox to reduce torque fluctuation.
Therefore, when the rotor blade receives a wind and starts to rotate, if a sudden wind such as a gust is received, a suddenly increased torque is applied to the torque smoothing device. At this time, the torque smoothing device absorbs the abruptly increased torque and prevents the abrupt torque from being transmitted to the gearbox.
[0015]
Further, the wind speed may change during the rotation of the rotor blade by the wind. At this time, the torque changes as the rotation speed of the rotor blade changes according to the change in the wind speed. The change in torque is absorbed by the torque smoothing device, thereby preventing the change in torque from being transmitted to the gearbox.
[0016]
Further, a clutch device is provided between the torque smoothing device and the gearbox to avoid a sudden increase in torque generated by braking of the braking device.
Therefore, when an abnormality (power failure, mechanical abnormality, etc.) is detected during the rotation of the rotor blade, the output shaft of the gearbox is braked by the braking device installed between the output shaft of the gearbox and the generator. The clutch device can be switched from the "coupled" state to the "disconnected" state at the time of braking of the braking device.
Thus, the torque smoothing device can be rotated integrally with the rotor blade without load, so that excessive torque can be prevented from being applied to the torque smoothing device.
[0017]
The invention according to claim 2 is characterized in that the torque smoothing device is a mechanical torque smoothing device.
Here, since the mechanical torque smoothing device is relatively easily available and has a simple configuration, the cost of the wind power generator can be reduced by using the mechanical torque smoothing device as the torque smoothing device. .
[0018]
Further, the invention according to claim 3 converts the kinetic energy of the wind into power by rotating the rotor blade in response to the wind, and transmits the power of the rotor blade to the generator via the gearbox. A wind power generator that drives a generator to convert the power into electric energy, wherein a torque smoothing device is provided between the rotor blade and the gearbox to reduce torque fluctuations. And a built-in clutch device.
[0019]
In the present invention, a torque smoothing device is provided between the rotor blade and the gearbox to reduce torque fluctuation.
Therefore, when the rotor blade receives a wind and starts to rotate, if a sudden wind such as a gust is received, a suddenly increased torque is applied to the torque smoothing device. At this time, the torque smoothing device absorbs the abruptly increased torque and prevents the abrupt torque from being transmitted to the gearbox.
[0020]
Further, the wind speed may change during the rotation of the rotor blade by the wind. At this time, the torque changes as the rotation speed of the rotor blade changes according to the change in the wind speed. The change in torque is absorbed by the torque smoothing device, thereby preventing the change in torque from being transmitted to the gearbox.
[0021]
Further, a clutch device is incorporated in the torque smoothing device. Therefore, when the operation of the wind turbine generator is stopped by detecting an abnormality (power failure, mechanical abnormality, etc.) during the rotation of the rotor blade, the built-in clutch is switched from the “coupled” state to the “disconnected” state. Can be.
Thus, the torque smoothing device can be rotated integrally with the rotor blade without load, so that excessive torque can be prevented from being applied to the torque smoothing device.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a power transmission device for wind power generation according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing a wind turbine generator including a power transmission device for wind turbine according to a first embodiment of the present invention.
The wind power generator 50 of the first embodiment receives the wind and rotates the rotor blades 51 to convert the kinetic energy of the wind into power, and the power of the rotor blades 51 is transmitted via the power transmission device 52 for wind power generation. A braking device 55 is provided for driving the generator 53 to convert the power to electric energy by transmitting the rotation to the generator 53 and transmitting the rotation of the speed increaser 52 to the generator 53 for braking the output shaft 54.
[0023]
In the power transmission device 52 for wind power generation of the first embodiment, a torque smoothing device 57 for reducing torque fluctuation is provided between the rotor blade 51 and the speed increasing device 56, and the torque smoothing device 57 and the speed increasing device 56 are provided. And a clutch device 58 for preventing a sudden increase in torque generated by braking of the braking device 55.
[0024]
Specifically, the power transmission device 52 for wind power generation attaches the rotor blade 51 to the rotor shaft 59, rotatably supports the rotor shaft 59 with a pair of rotor support bearings 61, and attaches the rotor shaft 59 to the torque smoothing device 57. The output shaft of the torque smoothing device 57 is connected to the input shaft of the clutch device 58, and the output shaft 62 of the clutch device 58 is connected to the carrier 63 of the gearbox 56. The output shaft 54 includes a braking device 55.
[0025]
The torque smoothing device 57 is a mechanical torque smoothing device, and corresponds to, for example, an inertial joint, an elastic joint, a fluid joint, or a joint having a flexible structure.
Since the mechanical torque smoothing device is relatively easily available and has a simple configuration, the cost of the wind turbine generator can be reduced by using the mechanical torque smoothing device as the torque smoothing device.
[0026]
The inertial joint is a joint using a flywheel, and is configured to absorb excessive torque due to rotational inertia.
[0027]
The elastic joint is a joint in which an elastic body such as rubber or a spring is interposed, and is configured to absorb an excessive torque by elastically deforming the elastic body.
[0028]
The fluid coupling is a coupling for transmitting torque using a fluid, and is configured to absorb excessive torque by disabling transmission of torque when excessive torque is generated.
[0029]
The joint having the bending structure is a joint using a torsion bar, a cage structure, or the like, and is configured to absorb excessive torque by elastically deforming the bending structure.
[0030]
The gearbox 56 meshes a plurality of planetary gears 65 around the sun gear 64, connects the plurality of planetary gears 65 with a carrier 63, connects the output shaft 62 of the clutch device 58 to the carrier 63, and A planetary gear mechanism in which a ring gear 66 meshes with the outside of the gear 65 is adopted.
A gear 68 is attached to a shaft 67 supporting the sun gear 64, a pinion gear 69 is meshed with the gear 68, and a braking device 55 is provided on an output shaft 54 supporting the pinion gear 69.
[0031]
The brake device 55 employs a hydraulic disc brake as an example.
Here, the reason that the braking device 55 is provided on the output shaft 54 of the gearbox 56 is that the output shaft 54 has a small torque by increasing the rotation speed by the gearbox 56, so that the output of the gearbox 56 is small. This is because the shaft 54 can be braked with a small braking force.
[0032]
In addition, the power transmission device 52 for wind power generation includes a control unit 70 that outputs a signal for operating the clutch device 58 based on braking by the braking device 55, and operates the clutch device 58 based on a signal from the control unit 70. An actuator 71 is provided.
Here, since a hydraulic disc brake is used as the braking device 55 as an example, a hydraulic actuator is used as the actuator 71. Accordingly, when the braking device 55 is braked by hydraulic pressure, the clutch device 58 can be hydraulically switched from the “connected” state to the “disconnected” state in accordance with the braking.
[0033]
In addition, by using a clutch device having a built-in torque limiter as the clutch device 58, the clutch device 58 can be protected from excessive torque by the torque limiter when the braking device 55 is braking.
Therefore, there is no need to operate the clutch device 58 by the control unit 70 in accordance with the braking of the braking device 55, and the hydraulic piping and the like can be eliminated, and the configuration can be simplified.
[0034]
Next, the operation of the power transmission device 52 for wind power generation will be described.
When the rotor blade 51 receives the wind and rotates, the rotor shaft 59 rotates. The rotation of the rotor shaft 59 is transmitted to the speed increaser 56 via the torque smoothing device 57 and the clutch device 58.
At this time, even if a sudden wind such as a gust is received, the torque that is rapidly increased by the torque smoothing device 57 is absorbed, so that it is possible to prevent the rapid torque from being transmitted to the speed increaser 56.
[0035]
The rotation speed of the rotor shaft 59 transmitted to the speed increaser 56 is approximately 100 times increased by the speed increaser 56, and transmitted to the generator 53 via the output shaft 54 of the speed increaser 56.
Thus, the generator 53 is driven to convert the kinetic energy of the wind into electric energy.
[0036]
Here, during the rotation of the rotor blade 51, the rotation speed of the rotor blade 51 changes according to the change of the wind speed. The torque changes due to the change in the rotation speed of the rotor blade 51, and the change in the torque is absorbed by the torque smoothing device 57.
Therefore, it is possible to prevent the change in torque from being transmitted to the speed increaser 56.
[0037]
On the other hand, when an abnormality (power failure, mechanical abnormality, etc.) is detected during the rotation of the rotor blade 51, the gearbox is provided by a braking device 55 installed between the output shaft 54 of the gearbox 56 and the generator 53. The output shaft 54 is braked, and the operation of the wind turbine generator 50 is stopped.
[0038]
At this time, the clutch device is switched from the “coupled” state to the “disconnected” state at the time of braking of the braking device 55. Thus, the rotor shaft 59 and the torque smoothing device 57 can be rotated without load, so that an excessive torque can be prevented from being applied to the torque smoothing device 57.
[0039]
Next, a power transmission device 80 for wind power generation according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same members as those in the first embodiment shown in FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a wind turbine generator provided with a wind turbine power transmission device according to a second embodiment of the present invention.
The power transmission device for wind power generation 80 of the second embodiment converts the kinetic energy of the wind into power by rotating the rotor blade 51 in response to the wind, and converts the power of the rotor blade 51 to the power transmission device for wind power generation 82. And a braking device 55 that drives the generator 53 to convert the power into electric energy and transmits the rotation of the speed increaser 52 to the generator 53 to brake the output shaft 54. .
[0040]
In the power transmission device 82 for wind power generation of the second embodiment, a torque smoothing device 83 for reducing torque fluctuation is provided between the rotor blade 51 and the gearbox 56, and an input is provided to an input shaft 84 of the gearbox 56. A shaft torque sensor 85 is provided, and an output shaft torque sensor 86 is provided on the output shaft 54 of the speed increaser 56. The torque of the input shaft 84 detected by the input shaft torque sensor 85 and the output shaft 54 detected by the output shaft torque sensor 86 A monitor is provided to display a torque ratio that is compared with the torque of the controller. When the torque ratio exceeds a predetermined threshold, the control device 88 operates the actuator 89, and the actuator 89 operates the torque smoothing device 83. The configuration is such that the torque ratio is adjusted.
[0041]
As the input shaft torque sensor 85 and the output shaft torque sensor 86, a non-contact type torque sensor or a strain gauge type torque sensor is used.
As the torque smoothing device 83, a clutch device with a torque control function or an electro-magnetorheological fluid coupling is used.
The clutch device with the torque control function and the electro-magnetorheological fluid coupling are configured to be operable by an actuator 89 driven based on a signal from the control device 88.
[0042]
That is, when the torque ratio between the input shaft 84 and the output shaft 54 is equal to or less than the threshold value, the clutch device with the torque control function and the electro-magnetorheological fluid coupling reduce the torque of the input shaft 84 and the torque of the output shaft 54. When the torque ratio exceeds the threshold value, the torque of the input shaft 84 is reduced and transmitted to the output shaft 54 so that the torque ratio becomes equal to or less than the threshold value.
[0043]
Further, the clutch device with a torque control function has a built-in clutch, and detects an abnormality (power failure, mechanical abnormality, etc.) during rotation of the rotor blade 51 from the torque ratio and stops the operation of the wind turbine generator 80. In such a case, the built-in clutch is configured to be switched from the "coupled" state to the "disconnected" state.
Thus, the rotor shaft 59 and the torque smoothing device 83 can be rotated without load, so that excessive torque is prevented from being applied to the torque smoothing device 83.
[0044]
According to the power transmission device 82 for wind power generation of the second embodiment, the torque of the input shaft 84 of the gearbox 56 is detected by the input shaft torque sensor 85, and the torque of the output shaft 54 is detected by the output shaft torque sensor 86. The respective torque ratios are displayed on the monitor 87, and when the torque ratio exceeds a predetermined threshold, the control device 88 operates the actuator 89 to adjust the torque ratio to be equal to or less than the threshold.
In this case, the clutch device 58 required for the power transmission device for wind power generation 82 of the first embodiment can be omitted.
[0045]
In addition, the present invention can be achieved by the material, shape, size, form, number, location, thickness, and the like of the braking device 55, the torque smoothing devices 57 and 83, the clutch device 58, and the like illustrated in the above-described embodiments. If it is a thing, it is arbitrary and is not limited.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the torque smoothing device for reducing the torque fluctuation is provided between the rotor blade and the gearbox.
Therefore, when the rotor blade starts rotating by receiving the wind or when a sudden wind such as a gust is received, the torque smoothing device absorbs the suddenly increased torque, and the sudden torque is applied to the gearbox. Prevent transmission.
[0047]
Also, the torque changes due to the change in the number of revolutions of the rotor blades corresponding to the change in the wind speed. The change in the torque is transmitted to the speed increaser by absorbing the change in the torque by the torque smoothing device. To prevent that.
[0048]
Further, a clutch device (not shown) is provided between the torque smoothing device and the gearbox to avoid a sudden increase in torque generated by braking of the braking device.
Therefore, when an abnormality (power failure, mechanical abnormality, etc.) is detected during the rotation of the rotor blade, the output shaft of the gearbox is braked by the braking device installed between the output shaft of the gearbox and the generator. The clutch device can be switched from the "connected" state to the "disconnected" state at the time of braking of the braking device.
Accordingly, the torque smoothing device can be rotated integrally with the rotor blade without load, so that an excessive torque can be prevented from being applied to the torque smoothing device.
[0049]
As a result, torque fluctuation due to a change in wind speed is reduced, reliability and durability of the gearbox are improved, and a wind power generator can be installed in an environment where the wind speed is likely to change.
[0050]
According to the second aspect of the present invention, the cost of the wind power generator can be reduced by using a mechanical torque smoothing device that is relatively easily available and has a simple configuration as the torque smoothing device.
[0051]
Further, according to the third aspect, a torque smoothing device for reducing torque fluctuation is provided between the rotor blade and the gearbox.
Therefore, when the rotor blade starts rotating by receiving the wind or when a sudden wind such as a gust is received, the torque smoothing device absorbs the suddenly increased torque, and the sudden torque is applied to the gearbox. Prevent transmission.
[0052]
Also, the torque changes due to the change in the number of revolutions of the rotor blades corresponding to the change in the wind speed. The change in the torque is transmitted to the speed increaser by absorbing the change in the torque by the torque smoothing device. To prevent that.
[0053]
Further, a clutch device is incorporated in the torque smoothing device. Therefore, when the operation of the wind turbine generator is stopped by detecting an abnormality (power failure, mechanical abnormality, etc.) during the rotation of the rotor blade, the built-in clutch can be switched from the “coupled” state to the “disconnected” state. .
Accordingly, the torque smoothing device can be rotated integrally with the rotor blade without load, so that an excessive torque can be prevented from being applied to the torque smoothing device.
[0054]
As a result, torque fluctuation due to a change in wind speed is reduced, reliability and durability of the gearbox are improved, and a wind power generator can be installed in an environment where the wind speed is likely to change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a wind turbine generator including a power transmission device for wind turbine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a wind turbine generator including a power transmission device for wind turbine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a conventional wind power generator.
FIG. 4 is a side view showing a main part of a conventional wind turbine generator.
[Explanation of symbols]
50, 80 Wind power generators 52, 82 Power transmission device for wind power generation 51 Rotor blade 56 Gearbox 53 Generator 55 Brake device 57, 83 Torque smoothing device 58 Clutch device
