JP2004532370A - 遊星ギアを備える風力タービン - Google Patents

Abstract

風力タービンはロータ、発電機室、およびタワーを備えている。発電機室はロータのハブ（６）が固着された遊星ホルダー（５）を有する遊星ギア（４）を備え、遊星ホルダーは発電機の軸に接続可能である。遊星ギア（４）は発電機室内のエンジンフレーム（９）またはそのフレームに固着された部材（８）に固定されたリングギア（７）を備えている。遊星ギアの遊星ホィール（１７ａ、１７ｂ）は中心に配置されたサンホィール（１４）と係合しながらその周囲に沿って走行可能である。サンホィールは平行ギア（３０）と選択可能に接続される。遊星ホルダー（５）は少なくとも２組（１７）の遊星ツインホィール（１７ａ、１７ｂ）によってリングギア（７）に回転可能に取り付けられている。遊星ツインホィールの各組は前記遊星ホルダーに設けられた支持軸（１９）に回転可能に取り付けられている。リングギアよりも径方向外側に位置する軸方向後方を向いたカラー（２３）を介して、遊星ホルダー（５）は外側ラジアル−アキシャルローラ軸受（２７）によってリングギア（７）の湾曲外面（７ｂ）に回転可能に配置されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ、発電機室、およびタワーを備え、発電機室はロータのハブが固着された遊星ホルダーを有する遊星ギアを備え、遊星ホルダーは発電機の軸に接続されるかまたは接続可能であり、遊星ギアは発電機室内のエンジンフレームまたはフレームに固着された部材に固定されたリングギアを備え、遊星ギアの遊星ホィールは中心に配置されたサンホィールの周囲に沿って走行可能であり、遊星ホィールは平行ギアと選択可能に接続されるサンホィールと係合しているような風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータ、発電機室、およびタワーを備え、ロータのハブを従来の取付け部である主軸受ではなく、遊星ギアの遊星ホルダーに固着するような風力タービンが知られている。遊星ギアのリングギアは、公知の風力タービンの管状部材の内側に固定され、この管状部材はエンジンフレームに固着されている。遊星ホルダーの複数の遊星ホィールの歯は、リングギアの内側ギア部と噛合し、遊星ホルダーはリングギアの両側に配置されたラジアル−アキシャルローラ軸受、およびボール軸受によって管状部材の内側に回転可能に配置されている。遊星ホィールは単純かつ幅広の構造を有し、軸受は大きな剛性を有しているので、遊星ホルダーに付加される力が瞬間的に極めて大きくなったときにロータを破断するおそれがある。このような構造は、極めて大きい電力を生成する風力タービンにとって十分に満足すべきものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、極めて大きいな電力を生成する風力タービンに適し、かつ極めて小型でありながら遊星ホルダーの軸受に所定の弾性を持たせることができる上記の型式の風力タービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による風力タービンは、遊星ホルダーが少なくとも２組の遊星ツインホィールによってリングギア内に回転可能に取り付けられ、遊星ツインホィールの各組は遊星ホルダーに設けられた支持軸（bogie shaft）に回転可能に取り付けられ、遊星ホルダーは外側ラジアル−アキシャルローラ軸受によって前記リングギアの湾曲外面にリングギアよりも径方向外側に位置し、軸方向後方を向いたカラーを介して回転可能に配置される、ことを特徴とする。その結果、極めて小型の構造を得ることができ、遊星ホルダーに取り付けられたロータに大きな応力が付加されたとき、遊星ホルダーは遊星ホィールの各組の各遊星ホィールにわずかな撓みを生じさせることができる。
【０００５】
本発明によれば、遊星ツインホィールの各組の各遊星ホィールは、ダブル球面ローラ軸受、好ましくは、ラジアル−アキシャルローラ軸受によって支持軸に取り付けられ、ダブル球面ローラ軸受の複数のローラはその軸受の外輪の共通球面軌道上を走行可能であるように構成するとよい。その結果、ロータに大きな応力が付加されたとき、遊星ホィールの各組の遊星ホィールはいずれもごくわずか横方向に傾斜し、それらの遊星ホィールの歯に伝達された応力を歯の幅全体に均一に分散させるという特に好ましい利点を得ることができる。
【０００６】
本発明によれば、遊星ホルダーの外側ラジアル−アキシャルローラ軸受は実質的に径方向において、遊星ホルダーの支持部に対向して配置するとよい。この構成によって、特に好ましい利点を有する構造を得ることができる。
【０００７】
本発明によれば、遊星ツインホィールの各組の遊星ホィールを支持する支持軸は、弾性を有するキャリアプレートによって支持され、キャリアプレートは遊星ホルダーに取り付けられ、遊星ホィールの各組の遊星ホィールを互いに分離するように構成するとよい。この構成によって、極めて大きな力およびその力のモーメントが遊星ホルダーに付加されても、個々の遊星ホィールを有効に支持することができる。
【０００８】
また、本発明によれば、ロータハブの回転数に対する発電機の回転数の比を増す補助遊星ギアを遊星ギアの後方側に組み込むとよい。この構成によって、上記の回転数の比を増すことができる。
【０００９】
本発明によれば、ロータハブは遊星ホルダーのカラーにボルトを締め込むことによって遊星ホルダーに固着され、それらのボルトはさらに外側ラジアル−アキシャルローラ軸受の外輪内に延長するように構成するとよい。この構成によって、ロータの固定における信頼性を特に高めることができる。
【００１０】
本発明によれば、遊星ホルダーの外側ラジアル−アキシャルローラ軸受の外輪は径方向内方に突出する周方向突起を有し、その周方向突起は円錐台状の２つの対応する面を有し、ローラ軸受のローラが走行する外側軌道を形成し、一方ローラ軸受の内輪は対応する周方向凹部を有し、その凹部は円錐台状の２つの対応する面を有し、ローラが走行する軌道を形成するように構成するとよい。この構成によって、ラジアル−アキシャルローラ軸受の作動における信頼性を特に高めることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、遊星ホルダーは実質的に鍋状の形状を有し、少なくとも２つの軸方向内方に延長する突起を備え、キャリアプレートは、突起にボルトで螺合させるエンドプレートによって突起の軌道内に圧搾されることによって、突起に固定されるように構成するとよい。この構成によって、キャリアプレートを特に効率的かつ簡単に固定することができる。
【００１２】
本発明によれば、外側ラジアル−アキシャル軸受はリングギアの外側エンドカラーの外周に取り付けるとよい。その結果、遊星ホルダーのリングギアの外側に配置される軸受を強化することができる。
【００１３】
最後に、本発明によれば、遊星ホィールの各々は支持軸の幅の０．３５ないし０．４５倍の幅を有しているとよい。
【００１４】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示す風力タービンはロータ１、発電機室２、およびタワー３を備えている。図２および３に示すように、発電機室２は遊星ギア４を備え、ロータ１のハブ６は遊星ギア４の遊星ホルダー５に固着されている。遊星ギア４は発電機（図示せず）の軸に接続されているかまたは接続可能な状態になっている。遊星ギア４は、径方向内側に歯７ａを有するリングギア７を備えている。リングギア７はハウジング部８に固定され、ハウジング部８は発電機室内のエンジンフレーム９に固着されている。あるいは、リングギア７はエンジンフレーム９に直接固定してもよい。遊星ギア４は、中心に配置されたサンホィール１４と係合する複数の遊星ホィール１７を備えている。サンホィール１４は、管状延長部１５を有している。なお、概略的に示す平行ギア３０を管状延長部と発電機の軸（図示せず）間に挿入してもよい。平行ギアの出力軸を参照番号３１に示す。ハブ６は３つの開口１６（一つのみ図示）を有し、ロータの羽根がこれらの開口内に固定される。遊星ホルダーは、上記の遊星ホィールによってリングギア７に回転可能に取り付けられている。遊星ホィールは、少なくとも２組の遊星ツインホィールからなり、遊星ツインホィールの第１の組１７は、遊星ホィール１７ａおよび１７ｂからなる。なお、遊星ツインホィールの第２の組は図示していないが、第１の組と同一である。遊星ツインホィールの各組１７は、支持軸１９の支持部に取り付けられている。支持軸１９は遊星ホルダー５に固着されたキャリアプレート２１に固定されている。遊星ホルダーは、さらに外側ラジアル−アキシャルローラ軸受２７によって、リングギア７の湾曲外面７ｂに回転可能に配置されている。このラジアル−アキシャルローラ軸受２７は、上記の外面７ｂと遊星ホルダー５の軸方向後方のカラー２３間に取り付けられている。このカラーは、径方向においてリングギア７よりも外側に突出している。
【００１６】
図示するように、遊星ツインホィールの各組の各遊星ホィール１７ａまたは１７ｂは、ダブル球面ローラ軸受２５によって支持軸１９に取り付けられる。このローラ軸受２５は、好ましくはラジアル−アキシャルローラ軸受であり、その軸受の２つのローラ２５’は、図３に示すように、軸受の外輪２５”’の共通球面軌道２５”上を走行することができる。遊星ホィール１７ａに関する上記の説明は、遊星ホィール１７ｂについても適用され、さらに他の遊星ホィールを含む場合にも適用される。
【００１７】
図示するように、遊星ホルダーのカラー２３のラジアル−アキシャルローラ軸受２７はリングギアの外面７ａ上に配置され、さらに詳細には、リングギアの外面７ａ上において、遊星ホルダー５の支持部（一セットの遊星ツインホィールを支持する支持軸の支持部）と対向する位置に配置される。
【００１８】
キャリアプレート２１はいくらか弾性的であり、図示するように、各支持部における遊星ホィール１７ａおよび１７ｂは、キャリアプレート２１によって分離されている。換言すれば、遊星ホィール１７ａおよび１７ｂはキャリアプレート２１の両側に配置されている。
【００１９】
補助遊星ギア３４は、遊星ギア４の後方側に接続するとよい。図面には、補助遊星ギア３４のハウジングのみを示している。この補助遊星ギアは、ロータハブ６の回転数に対する発電機（図示せず）の軸の回転数の比を増すために設けられる。
【００２０】
ロータハブ６は、遊星ホルダー５のカラー２３に、複数のボルト３３を締め込むことによって遊星ホルダーに固着されている。なお、ボルトはさらに外側ラジアル−アキシャルローラ軸受２７の外輪２７ａ内に延長している。軸受２７の外輪２７ａは、径方向内方に突出する周方向突起２７’を有している。周方向突起２７ａ’は、円錐台状の２つの対向する面を有し、軸受２７のローラ２７ａ”’が走行する外側軌道２７ａ”を形成する。一方、軸受２７の内輪２７ｂは、対応する周方向凹部を有している。この凹部は円錐台状の対向する２つの面を有し、ローラ２７ａ”’が走行する軌道２７ｂ”を形成する。
【００２１】
遊星ホルダー５は実質的に鍋状の形状を有し、少なくとも２つの軸方向内方に延長する突起５ｂを備えている。キャリアプレート２１は、これらの軸方向内方に延長する突起に固定される。例えば、キャリアプレートを突起に形成した軌道３６内に嵌め込み、ボルト４１によって突起に螺合されるエンドプレート４０によってキャリアプレートを挟み込むことによって、キャリアプレートを突起に固定することができる。
【００２２】
もし使用中に風力タービンに極めて大きな風力が付加されても、キャリアプレート２１と遊星ツインホィール１７ａおよび１７ｂはわずかに撓み、その結果、キャリアプレートはわずかに弾性変形し、遊星ホィールのローラ２５’は支持軸１９がわずかに回転するにつれて球面軌道２５”上をわずかに移動することができる。その結果、遊星ホィール内に伝達された力を係合位置において各歯に対して均一に分散させることができる。
【００２３】
本発明は、その範囲から逸脱することなく種々変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による風力タービンを示す図である。
【図２】風力タービンのロータハブと風力タービンの遊星ギアの接続を説明するための発電機室の一部の概略図であって、遊星ギアと隣接部を示すために発電機室内を縦方向に破断した図である。
【図３】図２の中心部の拡大図である。

Claims (10)

1. ロータ（１）、発電機室（２）、およびタワー（３）を備え、前記発電機室は前記ロータのハブ（６）が固着された遊星ホルダー（５）を有する遊星ギア（４）を備え、前記遊星ホルダーは発電機の軸に接続されるかまたは接続可能であり、前記遊星ギア（４）は前記発電機室内のエンジンフレーム（９）または前記フレームに固着された部材（８）に固定されたリングギア（７）を備え、前記遊星ギアの遊星ホィール（１７）は中心に配置されたサンホィール（１４）の周囲に沿って走行可能であり、前記遊星ホィールは平行ギア（３０）と選択可能に接続される前記サンホィール（１４）と係合しているような風力タービンにおいて、
   前記遊星ホルダー（５）は少なくとも２組（１７）の遊星ツインホィール（１７ａ、１７ｂ）によってリングギア（７）内に回転可能に取り付けられ、前記遊星ツインホィールの各組は前記遊星ホルダーに設けられた支持軸（１９）に回転可能に取り付けられ、前記遊星ホルダー（５）は外側ラジアル−アキシャルローラ軸受（２７）によって前記リングギア（７）の湾曲外面（７ｂ）に前記リングギアよりも径方向外側に位置する軸方向後方を向いたカラー（２３）を介して回転可能に配置されている
   ことを特徴とする風力タービン。
2. 前記遊星ツインホィールの各組の各遊星ホィールはダブル球面ローラ軸受（２５）、好ましくは、ラジアル−アキシャルローラ軸受によって前記支持軸（１９）に取り付けられ、前記ダブル球面ローラ軸受の複数のローラ（２５’）は前記軸受の外輪（２５”’）の共通球面軌道（２５”）上を走行可能であることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
3. 前記遊星ホルダー（５）の前記外側ラジアル−アキシャルローラ軸受（２７）は実質的に径方向において前記遊星ホルダー（５）の支持軸（１９）に対向して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力タービン。
4. 前記遊星ツインホィールの各組の遊星ホィール（１７ａ、１７ｂ）を支持する前記支持軸（１９）は弾性を有するキャリアプレート（２１）によって支持され、前記キャリアプレートは前記遊星ホルダー（５）に取り付けられ、前記遊星ホィールの各組の前記遊星ホィール（１７ａ、１７ｂ）を互いに分離することを特徴とする請求項１、２、または３に記載の風力タービン。
5. 補助遊星ギア（３４）が遊星ギア（４）の後方側に接続され、前記補助遊星ギア（３４）によって、前記ロータハブ（６）の回転数に対する発電機の回転数の比を増すようにしたことを特徴とする請求項１ないし４の１つ以上に記載の風力タービン。
6. 前記ロータハブ（６）は、カラー（２３）にボルト（３３）を締め込むことによって前記遊星ホルダーに固着され、前記ボルトはさらに前記外側ラジアル−アキシャルローラ軸受（２７）の外輪（２７ａ）内に延在していることを特徴とする請求項１ないし５の１つ以上に記載の風力タービン。
7. 前記遊星ホルダー（５）の前記外側ラジアル−アキシャルローラ軸受（２７）の外輪（２７ａ）は径方向内方に突出する周方向突起（２７ａ’）を有し、前記周方向突起は、円錐台状の２つの対向する面を有し、軸受（２７）のローラ（２７ａ”’）が走行する外側軌道（２７ａ”）を形成し、一方前記軸受の内輪（２７ｂ）は対応する周方向凹部を有し、前記凹部は円錐台状の２つの対向する面を有し、前記ローラ（２７ａ”’）が走行する軌道（２７ｂ”）を形成していることを特徴とする請求項１ないし６の１つ以上に記載の風力タービン。
8. 前記遊星ホルダー（５）は実質的に鍋状の形状を有し、少なくとも２つの軸方向内方に延出する突起（５ｂ）を備え、前記キャリアプレート（２１）は、前記突起（５ｂ）にボルト（４１）で螺合させるエンドプレート（４０）に介して前記突起の軌道（３６）内に挟み込むことにより、前記突起に固定されていることを特徴とすることを請求項１ないし７の１つ以上に記載の風力タービン。
9. 前記外側ラジアル−アキシャル軸受（２７）は前記リングギア（７）の外側エンドカラー（２８）の外周に取り付けられでいることを特徴とする請求項１ないし８の１つ以上に記載の風力タービン。
10. 前記遊星ホィールの各々は前記支持軸の幅の０．３５ないし０．４５倍の幅を有していることを特徴とする請求項１ないし８の１つ以上に記載の風力タービン。