JP2007146666A - 風力発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造にて増速機の所要部に確実に潤滑油を供給することができ、しかもメンテナンスの不要な潤滑構造を有する風力発電機を提供する。
【解決手段】増速機１の中心部に位置するようにケース５に固着され、羽根部への動力線、電気信号線、油圧配管および空圧配管のうちの少なくとも１つを内蔵する固定配管６と、この固定配管６の外周面に取り付けられ、増速機１の所要部に向けて潤滑油を噴出する噴出口を有する潤滑油配管３９，４０とを備える。
を備える
【選択図】図２

Description

本発明は、風力発電機に関し、より詳しくは風力発電機における増速機の潤滑構造に関するものである。

一般に、風力発電機は、羽根部が風力を受けて回転し、この羽根部からの回転動力を入力軸を介して増速機に伝達し、この増速機によって増速された回転動力により発電機を回転させて電気エネルギに変換するように構成されている。ここで、増速機としては、遊星歯車機構を用いたものが多く使用されている。

ところで、この種の風力発電機において、増速機としての遊星歯車機構におけるギア噛合部やサンギア位置決めプレート等の潤滑構造としては、従来、増速機のケースに設けた潤滑油孔を通してキャリア、サンギア等の回転部品間の空隙部へ潤滑油を強制給油するとともに、この回転部品とケース間にシール部材を配するようにした所謂シール潤滑方式のものと、増速機のケース内に適量封入された潤滑油により各部の潤滑を行う所謂油浴潤滑方式のものとが知られている。

なお、本願発明に関連する先行技術として、特許文献１にて提案された技術がある。この特許文献１に開示される潤滑構造は、自動変速機等の遊星歯車装置の潤滑構造に関するもので、プラネタリギアへの潤滑油の供給を、入力軸内に設けた油路および自動変速機の構成要素に設けた油路、さらにはキャンセルプレートに設けたリップシールとキャリアとの隙間、そしてピニオンシャフト内の油路を通して行うように構成されたものである。

特開２００４−１９８４２号公報

しかしながら、従来の増速機に用いられているシール潤滑方式のものでは、経年変化や摩耗により油漏れが生じ、潤滑油量不足を引き起こす恐れがある。また、この方式では、定期的にシール部材のメンテナンスを行う必要があるが、この種の風力発電機の増速機は高所に取り付けられているために、そのメンテナンスのための分解作業を行うことが極めて困難であるという問題点がある。

一方、前記油浴潤滑方式のものでは、特に高速回転部においてオイルバスの油面上方部での油量不足により油切れ・焼付きが発生する恐れがある。

また、前記特許文献１に開示された技術では、回転軸である入力軸内の油路を通して所要部に潤滑油を供給する構造であるために、特に回転軸の先端部に行くにしたがって潤滑油が供給され難く、やはり油量不足による油切れが発生し易いという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構造にて増速機の所要部に確実に潤滑油を供給することができ、しかもメンテナンスの不要な潤滑構造を有する風力発電機を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による風力発電機は、
風力を受ける羽根部からの回転動力を増速して発電機に伝達する増速機と、
前記増速機を収容するケースと、
前記増速機の中心部に位置するように前記ケースに固着され、前記羽根部への動力線、電気信号線、油圧配管および空圧配管のうちの少なくとも１つを内蔵する固定配管と、
前記固定配管の外周面に取り付けられ、前記増速機の所要部に向けて潤滑油を噴出する噴出口を有する潤滑油配管と
を備えることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記固定配管の外周部に間隙を有して回転部品が配置され、前記回転部品の内周面に前記噴出口から噴出した潤滑油が吹き付けられるのが好ましい（第２発明）。

前記第２発明において、前記潤滑油が吹き付けられる前記回転部品の内周面には凹部が形成され、この凹部の底面にはその凹部に溜められた潤滑油を前記回転部品の外周側に配される部品に供給する潤滑孔が形成されるのが良い（第３発明）。

また、前記第１〜第３発明において、低速側の第１の遊星歯車機構と高速側の第２の遊星歯車機構とよりなる２段の遊星歯車機構が設けられ、前記固定配管は、前記第１の遊星歯車機構と前記第２の遊星歯車機構とに対応して複数本設けられるのが好ましい（第４発明）。

本発明によれば、潤滑油配管が、増速機の中心部に位置する固定配管の外周面に取り付けられているので、この潤滑油配管に設けられた噴出口から増速機の所要部に向けて確実に潤滑油を供給することができる。したがって、増速機の回転部品等に油量不足が発生することがなく、それら回転部品等を円滑に運転させることができる。しかも、シール部材のメンテナンスを行う必要がなく、構造も極めて簡素である。

また、前記第３発明の構成を採用すれば、回転部品の内周面に形成された凹部に溜まった潤滑油は回転部品の回転による遠心力で吹き飛ばされて他の部品に供給できるとともに、潤滑孔を通って外周側に配される部品にも供給でき、増速機全体の潤滑を確実に行うことができる。また、前記第４発明によれば、各段の遊星歯車機構に個別に潤滑油を供給することができるので、油量不足をより確実に回避することができる。

次に、本発明による風力発電機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る風力発電機における増速機の正面図が示され、図２には、本実施形態の増速機の縦断面図が示され、図３には、図２のＡ−Ａ線断面図が、図４には、図２のＢ−Ｂ線断面図（ａ）およびＣ−Ｃ線断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。

本実施形態の風力発電機は、風力を受ける羽根部（図示せず、図１にて左方に配される。）と、この羽根部からの回転動力を増速する増速機１と、この増速機１によって増速された回転動力を電気エネルギに変換する発電機（図示せず、図１にて右方に配される。）とを備えて構成されている。ここで、増速機１は、遊星歯車機構からなる第１段増速装置（低速遊星部）２と、遊星歯車装置からなる第２段増速装置（中速遊星部）３と、歯車機構からなる第３段増速装置（高速列部）４とよりなり、これら各増速装置２，３，４がケース５内に収容されて構成されている。

増速機１の中心部には、両端部が前記ケース５に固着された固定配管６が前後方向（図１，２で左右方向）に配されている。この固定配管６内には、前記羽根部に設けられる電動モータへの動力線および電気信号線が挿通される。なお、電動モータは、羽根部における羽根のピッチ角を風速に応じて変更するためのものである。前記固定配管６の外側には、主軸７が前記ケース５に回転自在に支持されて配され、この主軸７が図示されない羽根部の主軸（風車軸）に連結されて回転駆動されるようになっている。ここで、主軸７は、羽根部側が上向きになるように水平面に対して５°程度傾斜させて配されている。

図２に示されるように、前記第１段増速装置２は、主軸７の軸端に外嵌されるキャリア８と、このキャリア８に円周方向等間隔に軸受９を介して回転自在に支持される複数個の遊星ギア１０と、前記ケース５に固定され前記遊星ギア１０に噛合するリングギア１１と、前記固定配管６の外周部に配され前記遊星ギア１０に噛合するサンギア１２とを備え、前記遊星ギア１０が、サンギア１２の外周とリングギア１１の内周との間に配されて、これらサンギア１２およびリングギア１１の双方に噛み合って遊星運動をするように構成されている。

前記キャリア８は、一対の円盤状の基部１３，１４間が周方向に沿って所定ピッチで配設される連結部１５（図３参照）にて連結されてなり、互いに隣り合う連結部１５間に配される軸部材１６に軸受９を介して遊星ギア１０が回転自在に支持されて構成されている。

前記サンギア１２は、前記遊星ギア１０と噛合する歯部が形成された本体部１２ａと、この本体部１２ａから軸線方向他方側（図２で右側）へ延設された延設部１２ｂを備えており、この延設部１２ｂの外周面にスプライン部（インボリュートスプライン）１２ｃが設けられて構成されている。

一方、前記第２段増速装置３は、ケース５に軸受１７を介して回転自在に支持されるキャリア１８と、このキャリア１８に円周方向等間隔に軸受１９を介して回転自在に支持される複数個の遊星ギア２０と、前記ケース５に固定され前記遊星ギア２０に噛合するリングギア２１と、前記固定配管６の外周部に配され前記遊星ギア２０に噛合するサンギア２２とを備え、前記遊星ギア２０が、サンギア２２の外周とリングギア２１の内周との間に配されて、これらサンギア２２およびリングギア２１の双方に噛み合って遊星運動をするように構成されている。

前記キャリア１８は、一対の円盤状の基部２３，２４間が周方向に沿って所定ピッチで配設される連結部２５（図４（ａ）参照）にて連結されてなり、互いに隣り合う連結部２５間に配される軸部材２６に軸受１９を介して遊星ギア２０が回転自在に支持されて構成されている。また、このキャリア１８の一方の基部２３には、この基部２３から軸線方向一方側（図２で左側）へ延設された延設部２７が設けられ、この延設部２７の内周面にスプライン部（インボリュートスプライン）２７ａが設けられている。このスプライン部２７ａは、前記第１段増速装置２のサンギア１２に形成されたスプライン部１２ｃに係合され、これにより第１段増速装置２のサンギア１２から第２段増速装置３のキャリア１８に対して動力の伝達がなされる。

また、図５（図２のＤ部拡大図）に示されるように、前記第１段増速装置２のサンギア１２における延設部１２ｂの端部外周部には段部１２ｄが形成される一方、前記第２段増速装置３のキャリア１８における延設部２７の内周面には突起部２７ｂが形成されている。こうして、前記突起部２７ｂを、前記段部１２ｄと、延設部１２ｂの端面に取り付けられる位置決めプレート（サンギア位置決めプレート）２８とによって挟み込むことによって、キャリア１８の軸方向の位置決めがなされるようになっている。

前記第２段増速装置３のサンギア２２は、前記遊星ギア２０と噛合する歯部が形成された本体部２２ａと、この本体部２２ａから軸線方向他方側（図２で右側）へ延設された延設部２２ｂを備えており、この延設部２２ｂの外周面にスプライン部（インボリュートスプライン）２２ｃが設けられて構成されている。

次に、第３段増速装置４は、前記第２段増速装置３のサンギア２２に形成されたスプライン部２２ｃに係合されるスプライン部（インボリュートスプライン）２９ｃを内周面に有する第１ギア２９と、この第１ギア２９に噛合する第２ギア３０と、この第２ギア３０の回転によって回転する出力軸３１とを備えている。

図６（図２のＥ部拡大図）に示されるように、前記第１ギア２９は、第２ギア３０と噛合する歯部が形成された本体部２９ａと、この本体部２９ａから軸線方向他方側（図２で右側）へ延設された延設部２９ｂを備えている。そして、この延設部２９ｂの端面と、前記第２段増速装置３のサンギア２２における延設部２２ｂの端面とには断面Ｌ字形の位置決めプレート（サンギア位置決めプレート）３２が接当され、かつその位置決めプレート３２の一部が、前記延設部２９ｂの端面に接当される位置決めプレート３３によって挟み込まれることによって、サンギア２２の軸方向の位置決めがなされるようになっている。なお、前記第１ギア２９は、一端側が軸受３４を介して、他端側が軸受３５を介してそれぞれケース５に支持され、また出力軸３１は、軸受３６，３７を介してケース５に支持されている。

以上のように構成されている増速機１においては、図示省略された羽根部に風が当たることによって主軸７が回転すると、この主軸７の軸端に外嵌されるキャリア８が回転し、遊星ギア１０がリングギア１１に噛合しながらサンギア１２の周りを公転しつつ自転する。これによってサンギア１２が増速されて回転し、第１段増速装置（低速遊星部）２による増速がなされる。次いで、サンギア１２の回転はスプライン部１２ｃ，２７ａの係合によって第２段増速装置（中速遊星部）３のキャリア１８に伝達され、このキャリア１８が回転することによって、遊星ギア２０がリングギア２１に噛合しながらサンギア２２の周りを公転しつつ自転する。これによってサンギア２２が増速されて回転し、第２段増速装置３による増速がなされる。さらに、前記サンギア２２の回転はスプライン部２２ｃ，２９ｃの係合によって第３段増速装置４の第１ギア２９に伝達され、この第１ギア２９とそれに噛合する第２ギア３０との歯数比によって３段目の増速がなされ、出力軸３１が上述の３段に亘って増速された高速回転で回転せしめられる。そして、この出力軸３１が図示省略された発電機に接続されることで、この発電機が駆動されて発電が行われる。

ところで、前記増速機１においては、各段の歯車機構におけるギア噛合部やサンギア位置決めプレート等に潤滑油を供給する潤滑油供給手段が設けられている。以下、この潤滑油供給手段の詳細構造について説明する。

本実施形態において、ケース５は外周部が液密に閉塞されて、内部空間に潤滑油を貯留できるようにされている。図２にて記号ＯＬにて示されるオイルレベルは、増速機１が前述のように傾斜配置されることから、ケース５の軸線に対して傾斜している。前記第１段増速装置２において、前記オイルレベルＯＬは、キャリア８の基部１３，１４と連結部１５とで囲まれた空間内に位置するように設定されており、かつ軸部材１６に一端側が開放された軸方向孔３８ａと、この軸方向孔３８ａと軸部材１６の内周面および外周面とを連通する径方向孔３８ｂとよりなる油路（潤滑孔）３８が設けられている。これにより、ケース５内に貯留された潤滑油を油路３８内に導いて、軸部材１６の中央部とそれに外嵌される遊星ギア１０の軸受９が潤滑される。

また、前記第３段増速装置４においては、前記第１ギア２９の一部が前記オイルレベルＯＬより下方に位置するように構成されているので、貯留潤滑油を第３増速装置４を構成する歯車機構の各構成部材に効果的に供給することができる。

本実施形態では、上述のような油浴による潤滑に加えて、強制潤滑用の潤滑油配管が配されている。すなわち、図７にも示されているように、増速機１の中心部に配される固定配管６の上面には第１の潤滑油配管３９が設けられるとともに、この固定配管６の下面には第２の潤滑油配管４０が設けられている。これら潤滑油配管３９，４０には、貯留潤滑油を循環駆動する油圧ポンプ（図示せず）から送り出される潤滑油が供給される。これら潤滑油配管３９，４０は、固定配管６の上面もしくは下面が部分的に切り欠かれて形成された平坦面６ａ，６ｂに沿うように取り付けられ、先端部がキャップ部４１にて塞がれるとともに、このキャップ部４１の箇所で平坦面６ａ，６ｂに溶接されて固定される。なお、長い方の第１の潤滑油配管３９については、中間部が固定配管６に固着されたクリップ部材４２により保持される。

前記第１の潤滑油配管３９の先端部は、第１段増速装置２におけるサンギア１２の延設部１２ｂの端部まで延設されており、その先端部には、サンギア１２とキャリア１８との係止部に向けて潤滑油を噴出する２つの噴出口３９ａ，３９ｂが設けられている（図７（ｄ）参照）。

より具体的には、図５に示されているように、サンギア１２の延設部１２ｂの先端部内周面には位置決めプレート２８との間に油溜部（凹部）４３ａが形成され、この油溜部４３ａに向けて噴出口３９ａから潤滑油が噴出される。前記油溜部４３ａには、その油溜部４３ａに貯留された潤滑油をサンギア１２の外周面に導く油路（潤滑孔）４４が設けられるとともに、この油路４４から分岐させてその潤滑油を突起部２７ｂと段部１２ｄとの当接面に導く油路（潤滑孔）４５が設けられている。また、前記油溜部４３ａには、その油溜部４３ａに貯留された潤滑油を突起部２７ｂの内周面と延設部１２ｂの先端部外周面との当接面に導く油路（潤滑孔）４６が設けられている。さらに、前記油路４４の外周端には、油路４４に連通するように、スプライン部２２ｃ，２７ａの端縁とキャリア１８の延設部２７における突起部２７ｂ、さらには延設部２７の内周面および延設部１２ｂの外周面とに囲まれたて油溜部（凹部）４３ｂが形成されている。

また、前記キャリア１８の基部２３の内周面には、前記突起部２７ｂに隣接して油溜部（凹部）４７が形成され、この油溜部４７に向けて噴出口３９ｂから潤滑油が噴出される。なお、前記油溜部４７には、その油溜部４７に貯留された潤滑油をキャリア１８の外周側へ導く油路４８が設けられている。この油路４８は、キャリア１８の軸部材２６に形成された油路４９と連通されており、この油路４９を介して潤滑油を遊星ギア２０の軸受１９に供給する。

一方、図６に示されているように、前記第２の潤滑油配管４０の先端部は、第３段増速装置４における第１ギア２９の中央部まで延設されており、その先端部と中間部には、潤滑油噴出のための噴出口４０ａ，４０ｂがそれぞれ設けられている。ここで、噴出口４０ａは、サンギア２２の延設部２２ｂの外周面に形成された油溜部（凹部）５０ａに対向する位置に設けられ、この油溜部５０ａに向けて潤滑油を噴出する。また、噴出口４０ｂは、サンギア２２の延設部２２ｂの先端部近傍に形成された油溜部（凹部）５１に対向する位置に設けられ、この油溜部５１に向けて潤滑油を噴出する。

前記油溜部５０ａには、その油溜部５０ａに貯留された潤滑油をサンギア２２の外周面であって、スプライン部２２ｃおよび第１ギア２９のスプライン部２９ｃの各端縁部近傍に形成された油溜部５０ｂに導く油路５２が設けられている。また、前記油溜部５１には、その油溜部５１に貯留された潤滑油をサンギア２２の延設部２２ｂと第１ギア２９の延設部２９ｂとの間隙部に導く油路５３が設けられている。また、この油路５３には、その油路５３内の潤滑油を分岐して延設部２２ｂの端面と位置決めプレート３２との当接面へ導く油路５４、さらにはその油路５４から潤滑油を位置決めプレート３２と位置決めプレート３３との当接面に導く油路５５が連設されている。

このように構成されているので、第１の潤滑油配管３９によって第１段増速装置２と第２段増速装置３との連結部近傍に供給された潤滑油は、噴出口３９ａから油溜部４３ａに向けて噴出され、この油溜部４３ａおよび油溜部４３ｂに一時的に貯留された後、スプライン係合部（スプライン部１２ｃ，２７ａ）を潤滑する。また、この油溜部４３ａ内の潤滑油は油路４４を通ってサンギア１２の外周面側に導かれ、その油路４４から分岐される油路４５を通って突起部２７ｂと段部１２ｄとの当接面に導かれてその当接面を潤滑する。また、油溜部４３ａ内の潤滑油は、油路４６を通って突起部２７ｂの内周面と延設部１２ｂの先端部外周面との当接面および突起部２７ｂおよび延設部１２ｂの各端面と位置決めプレート２８との当接面に導かれそれら当接面を潤滑する。

一方、第１の潤滑油配管３９の噴出口３９ｂから油溜部４７に向けて噴出された潤滑油は、この油溜部４７に一時的に貯留された後、油路４８から油路４９を通って遊星ギア２０の軸受１９に供給されてその軸受を潤滑する。このようにして第１段増速装置２と第２段増速装置３との連結部における回転部品であるサンギア１２、キャリア１８およびその位置決めプレート２８等が効果的に潤滑される。

また、第２の潤滑油配管４０によって第２段増速装置３と第３段増速装置４との連結部近傍に供給された潤滑油は、噴出口４０ａから油溜部５０ａに向けて噴出され、この油溜部５０ａおよび油溜部５０ｂに一時的に貯留された後、スプライン係合部（スプライン部２２ｃ，２９ｃ）を潤滑する。

一方、第２の潤滑油配管４０の噴出口４０ｂから油溜部５１に向けて噴出された潤滑油は、この油溜部５１に一時的に貯留された後、油路５３を通って延設部２２ｂと第１ギア２９の延設部２９ｂとの間隙部に導かれるとともに、この油路５３から分岐されて油路５４に供給され、延設部２２ｂの端面と位置決めプレート３２との当接面を潤滑する。この後、潤滑油は油路５５を通って位置決めプレート３２と位置決めプレート３３との当接面に導かれ、この部分を軸受を潤滑する。このようにして第２段増速装置３と第３段増速装置４との連結部における回転部品であるサンギア２２、第１ギア２９およびその位置決めプレート３２，３３等が効果的に潤滑される。

本実施形態では、上述したように固定配管６の上下面に第１の潤滑油配管３９および第２の潤滑油配管４０がそれぞれ設けられて、給油必要部位の強制潤滑が行われるように構成されているが、これらの潤滑油配管のほかにも、図２に示されているように、ケース５に外側配管（図示せず）と連結された潤滑油供給用の油路５６およびその油路５６から分岐する油路５７等が設けられ、これら油路の先端部に噴出口５８，５９等を設けて、遊星ギア１０とリングギア１１との係合部、遊星ギア２０とリングギア２１との係合部等が適宜潤滑されるように構成されている。

以上のように本実施形態の増速機１における潤滑構造によれば、潤滑油配管３９，４０が、増速機１の中心部に位置する固定配管６の外周面に取り付けられているので、これら潤滑油配管３９，４０に設けられた噴出口３９ａ，３９ｂ；４０ａ，４０ｂから増速機１の回転部品に向けて確実に潤滑油を供給することができる。また、これら噴出口３９ａ，３９ｂ；４０ａ，４０ｂから噴出された潤滑油をサンギア１２，２２およびキャリア１８の内周面に設けられた油溜部（凹部）４３ａ，４３ｂ，４７；５０ａ，５０ｂ，５１に一旦貯留するとともに、この貯留された潤滑油をサンギア１２，２２，キャリア１８等の回転部品の回転による遠心力で吹き飛ばして他の部品に供給し、かつ潤滑孔を通って外周側に配される部品にも供給できるので、増速機１の回転部品等に油量不足が発生することがなく、それら回転部品等を円滑に運転させることができる。しかも、シール部材のメンテナンスを行う必要がなく、構造も極めて簡素であるという利点がある。

特に、本実施形態においては、高速回転部の潤滑を行うのに、回転軸内を通して潤滑油を供給する方式ではなく、固定配管によって潤滑油が供給されるので、潤滑必要部位に確実に潤滑油を供給できるという効果がある。なお、本実施形態では、固定配管６内に電動モータ用の動力線および電気信号線を挿通する例について説明したが、電動モータに代えて油圧モータもしくは空圧モータが用いられる場合には、この固定配管６内には油圧配管もしくは空圧配管が挿通されることになる。

本発明の一実施形態に係る風力発電機における増速機の正面図 本実施形態の増速機の縦断面図 図２のＡ−Ａ線断面図 図２のＢ−Ｂ線断面図（ａ）およびＣ−Ｃ線断面図（ｂ） 図２のＤ部拡大図 図２のＥ部拡大図 潤滑油配管の構造を示す図

符号の説明

１ 増速機
２ 第１段増速装置（低速遊星部）
３ 第２段増速装置（中速遊星部）
４ 第３段増速装置（高速列部）
５ ケース
６ 固定配管
７ 主軸
１２ｃ，２７ａ，２２ｃ，２９ｃ スプライン部
２８，３２，３３ 位置決めプレート
３９ 第１の潤滑油配管
３９ａ，３９ｂ 噴出口
４０ 第２の潤滑油配管
４０ａ，４０ｂ 噴出口
４３ａ，４３ｂ，４７，５０ａ，５０ｂ，５１ 油溜部（凹部）

Claims (4)

1. 風力を受ける羽根部からの回転動力を増速して発電機に伝達する増速機と、
   前記増速機を収容するケースと、
   前記増速機の中心部に位置するように前記ケースに固着され、前記羽根部への動力線、電気信号線、油圧配管および空圧配管のうちの少なくとも１つを内蔵する固定配管と、
   前記固定配管の外周面に取り付けられ、前記増速機の所要部に向けて潤滑油を噴出する噴出口を有する潤滑油配管と
   を備えることを特徴とする風力発電機。
2. 前記固定配管の外周部に間隙を有して回転部品が配置され、前記回転部品の内周面に前記噴出口から噴出した潤滑油が吹き付けられる請求項１に記載の風力発電機。
3. 前記潤滑油が吹き付けられる前記回転部品の内周面には凹部が形成され、この凹部の底面にはその凹部に溜められた潤滑油を前記回転部品の外周側に配される部品に供給する潤滑孔が形成される請求項２に記載の風力発電機。
4. 低速側の第１の遊星歯車機構と高速側の第２の遊星歯車機構とよりなる２段の遊星歯車機構が設けられ、前記固定配管は、前記第１の遊星歯車機構と前記第２の遊星歯車機構とに対応して複数本設けられる請求項１〜３のいずれかに記載の風力発電機。

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