JP2008208959A - Speed increasing gear and wind power generating device - Google Patents
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- Y02E10/70—Wind energy
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Abstract
Description
本発明は、入力軸に入力される回転を増速して出力軸から出力する増速機と、それを用いた風力発電装置に関する。 The present invention relates to a speed increaser that speeds up rotation input to an input shaft and outputs it from an output shaft, and a wind turbine generator using the speed increaser.
風力発電装置は、風車の回転により発電機を駆動して発電を行うもので、その発電機として誘導発電機を用いる場合は、風車の主軸と発電機の回転子との間に、風車の回転を発電機の同期速度以上に増速して出力する増速機を設ける必要がある。このような風力発電装置に組み込まれている増速機の一例を図2に示す(特許文献1参照。)。この例では、2つの遊星ローラ式の摩擦伝動増速機51、52が軸方向に直結されており、1段目増速機51の入力軸53の回転がリングローラ54に伝わり、リングローラ54から遊星ローラ55を介して太陽軸56に伝わる。そして、この1段目の太陽軸56の回転が、この太陽軸56のフランジ部に連結されて2段目リングローラ57に案内される2段目遊星ローラ58を介して、2段目の太陽軸である出力軸59を回転させるようになっている。
ここで、上記図2に示した例において増速機が軸方向に2つ直結されて組み込まれているのは、次の理由による。すなわち、このような遊星ローラ式増速機では、その増速比がリングローラの内径と太陽軸の外径の比で決定されるため、設計上の制約から増速比を数倍程度に設定するのが一般的である。一方、誘導発電機を用いた風力発電装置では、数十rpm程度の風車の回転速度を発電機の同期速度(通常1500〜1800rpm)以上に増速する必要がある。そこで、2つの増速機を直結して組み込むことにより、必要とされる大きな増速比が得られるようにしているのである。 Here, in the example shown in FIG. 2, the two speed increasers are incorporated by being directly connected in the axial direction for the following reason. That is, in such a planetary roller type gearbox, the speed increase ratio is determined by the ratio of the inner diameter of the ring roller and the outer diameter of the sun shaft, so the speed increase ratio is set to several times due to design restrictions. It is common to do. On the other hand, in a wind turbine generator using an induction generator, it is necessary to increase the rotational speed of a wind turbine of about several tens of rpm to a speed higher than the generator synchronous speed (usually 1500 to 1800 rpm). Therefore, the required large speed increase ratio is obtained by directly connecting and installing the two speed increasers.
しかしながら、上記のように増速機を多段に組み込んだ風力発電装置では、これらの増速機や発電機を収納するナセルが軸方向に長くなって装置全体が大型化してしまい、このことが製造コストを押し上げたり設置時の作業性を低くしたりする一因となっている。 However, in the wind turbine generator in which the gearboxes are incorporated in multiple stages as described above, the nacelle that houses these gearboxes and the generators becomes longer in the axial direction, which increases the size of the entire device. This contributes to raising costs and lowering workability during installation.
また、誘導発電機を用いた風力発電装置では、増速機として遊星歯車式のものやヘリカルギア式のものを採用することもあるが、その場合も、上記遊星ローラ式増速機を採用した場合と同様に、構造上1段の増速機で必要な増速比を得ることが困難なため、増速機を多段に組み込むことになりナセルが長くなってしまう。 In addition, in a wind power generator using an induction generator, a planetary gear type or a helical gear type may be adopted as a speed increaser. In this case, the planetary roller type speed increaser is also used. Similarly to the case, since it is difficult to obtain a required speed increase ratio with a one-stage speed increaser, the speed increaser is incorporated in multiple stages, and the nacelle becomes longer.
本発明の課題は、1段で大きな増速比が得られる増速機と、それを用いたコンパクトな風力発電装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a speed increaser capable of obtaining a large speed increase ratio in a single stage and a compact wind power generator using the speed increaser.
上記の課題を解決するため、本発明の増速機は、入力軸と、一端部に偏心軸部を有し、前記入力軸と同軸上に配置された出力軸と、前記偏心軸部に回転自在に支持されてケーシング内周に設けられた内歯と噛み合うとともに、その内歯よりも歯数が少ない外歯車と、前記入力軸と外歯車の相互間に設けられて、入力軸の回転を外歯車に伝達するトルク伝達手段とからなり、前記外歯車が入力軸から伝達されたトルクにより自転運動しながら公転運動し、その公転運動が出力軸に伝達されるようにした構成を採用したのである。 In order to solve the above-described problems, a speed increaser of the present invention includes an input shaft, an eccentric shaft portion at one end portion, an output shaft disposed coaxially with the input shaft, and rotating to the eccentric shaft portion. It is freely supported and meshes with the internal teeth provided on the inner periphery of the casing, and is provided between the external gear having a smaller number of teeth than the internal teeth, and between the input shaft and the external gear, thereby rotating the input shaft. Because it is composed of torque transmission means that transmits to the external gear, the external gear revolves while rotating by the torque transmitted from the input shaft, and the revolving motion is transmitted to the output shaft. is there.
すなわち、この増速機では、入力軸が回転すると、その回転がトルク伝達手段を介して出力軸の偏心軸部に支持された外歯車に伝わり、外歯車が偏心軸部のまわりに自転する。このとき、外歯車はケーシング内周に設けられた内歯と噛み合っており、その外歯の数は内歯の数よりも少ないため、外歯車は外歯と内歯の歯数差分だけ自転する間に出力軸を中心に自転方向と逆方向に1回転分公転し、その公転運動が出力軸に伝達される。従って、入力軸の回転が増速されて出力軸に伝達されることになり、外歯と内歯の数を適切に設定するだけで1段でも大きな増速比が得られる。 That is, in this speed increaser, when the input shaft rotates, the rotation is transmitted to the external gear supported by the eccentric shaft portion of the output shaft via the torque transmission means, and the external gear rotates around the eccentric shaft portion. At this time, since the external gear meshes with the internal teeth provided on the inner periphery of the casing, and the number of external teeth is smaller than the number of internal teeth, the external gear rotates by the difference in the number of teeth between the external teeth and the internal teeth. In the meantime, it revolves by one rotation around the output shaft in the direction opposite to the rotation direction, and the revolving motion is transmitted to the output shaft. Accordingly, the rotation of the input shaft is accelerated and transmitted to the output shaft, and a large speed increase ratio can be obtained even with only one stage by simply setting the number of external teeth and internal teeth.
上記の構成において、前記外歯車の外歯をトロコイド曲線歯形とし、前記内歯を外ピンとすることにより、噛み合い率を高めることができるとともに、歯が折損することの少ない耐久性に優れた増速機を得ることができる。 In the above-described configuration, the external gear of the external gear has a trochoidal curve tooth profile and the internal tooth is an external pin, so that the meshing rate can be increased, and the speed increase with excellent durability with less tooth breakage. You can get a chance.
また、前記出力軸に形成された偏心軸部を2つとし、その2つの偏心軸部の位相を180°ずらし、各偏心軸部の外周に前記外歯車を設け、各外歯車と入力軸の相互間に前記トルク伝達手段を設けることにより、入力軸の動力を2つの経路から出力軸に伝達することができるので、1つの経路から伝達される回転動力の負荷を軽減し、より安定した回転動力を伝達できるとともに、偏心軸部の偏心回転によって発生する振動を互いに打ち消すことができ、振動発生の少ない増速機を得ることができる。 Further, there are two eccentric shaft portions formed on the output shaft, the phases of the two eccentric shaft portions are shifted by 180 °, the external gear is provided on the outer periphery of each eccentric shaft portion, and each external gear and the input shaft are By providing the torque transmission means between each other, the power of the input shaft can be transmitted from the two paths to the output shaft, so the load of the rotational power transmitted from one path is reduced and more stable rotation is achieved. Power can be transmitted, and vibrations generated by the eccentric rotation of the eccentric shaft portion can be canceled each other, and a speed up gear with less vibration can be obtained.
また、前記トルク伝達手段としては、前記入力軸と外歯車の対向面の一方に複数の内ピンを同心円上に等間隔で設け、その内ピンを前記対向面の他方に形成された内ピン径より大きい直径の円形孔に挿入して、円形孔の内壁の一部に接触させた構成からなるものを採用することができる。 Further, as the torque transmission means, a plurality of inner pins are provided on one of the opposed surfaces of the input shaft and the external gear at equal intervals on a concentric circle, and the inner pins are formed on the other of the opposed surfaces. It is possible to adopt a structure in which the hole is inserted into a circular hole having a larger diameter and is in contact with a part of the inner wall of the circular hole.
ここで、前記各内ピンにローラを回転自在に嵌め込み、そのローラを前記円形孔の内壁の一部に接触させれば、内ピンと円形孔の接触が転がり接触となるため、接触抵抗が小さくなり、トルク損失を低減することができる。 Here, if a roller is rotatably fitted to each inner pin and the roller is brought into contact with a part of the inner wall of the circular hole, the contact between the inner pin and the circular hole becomes a rolling contact, so that the contact resistance is reduced. Torque loss can be reduced.
そして、本発明の風力発電装置は、風力により主軸を中心として回転する風車と、前記風車の主軸を入力軸とし、その回転を増速して出力する上記構成の増速機と、前記増速機の出力軸に回転子を連結された誘導発電機とを備えたものとした。 The wind turbine generator according to the present invention includes a wind turbine that rotates about the main shaft by wind power, a speed increasing device configured as described above that uses the main shaft of the wind turbine as an input shaft, and accelerates and outputs the rotation. And an induction generator having a rotor connected to the output shaft of the machine.
すなわち、風車と誘導発電機の回転子との間に、上記のように1段で大きな増速比が得られる増速機を組み込むことにより、従来のように増速機を多段構成とする必要をなくし、従来よりも増速機設置スペースが軸方向に短くなる分だけナセルの長さを短縮できるようにしたのである。 That is, it is necessary to make the speed increaser have a multistage configuration as in the prior art by incorporating a speed increaser capable of obtaining a large speed increase ratio in one stage as described above between the wind turbine and the rotor of the induction generator. As a result, the length of the nacelle can be shortened by the amount that the space for installing the gearbox is shorter in the axial direction than before.
本発明の増速機は、上述したように、入力軸が回転すると、出力軸の偏心軸部に支持された外歯車がその外歯と内歯の歯数差分だけ自転する間に、出力軸を中心に自転方向と逆方向に1回転分公転し、その公転運動が出力軸に伝達されるので、入力軸の回転を大きな増速比で出力軸に伝達することができる。 As described above, when the input shaft rotates, the speed increaser of the present invention rotates the output shaft while the external gear supported by the eccentric shaft portion of the output shaft rotates by the difference in the number of teeth between the external teeth and the internal teeth. As a result, the revolution movement is transmitted to the output shaft in the direction opposite to the rotation direction, and the rotation of the input shaft can be transmitted to the output shaft with a large speed increase ratio.
また、本発明の風力発電装置は、風車と誘導発電機の回転子との間に上記増速機を組み込んで、1段の増速機で必要な増速比が得られるようにしたので、従来に比べてナセルの長さを短縮して装置全体をコンパクト化することができる。 In addition, the wind power generator of the present invention incorporates the above speed increaser between the wind turbine and the rotor of the induction generator so that the required speed increase ratio can be obtained with a single speed increaser. Compared with the prior art, the length of the nacelle can be shortened and the entire apparatus can be made compact.
以下、図1に基づき、本発明の実施形態を説明する。この風力発電装置は、主軸1aの一端部に複数の翼1bを有し、風力により主軸1aを中心として回転する風車1と、風車1の主軸1aの回転を増速して出力する増速機2と、増速機2の出力軸2aに回転子3aを連結された誘導発電機3とを備え、増速機2および発電機3を収納するナセル4を、地上に立設されるタワー5の上端に取り付けたものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This wind power generator has a plurality of
前記増速機2は、その出力軸2aを入力軸となる風車主軸1aと同軸上に配置し、外歯がトロコイド曲線歯形からなる2枚の外歯車6a、6bを、それぞれ出力軸2aの一端部に設けられた2つの偏心軸部7a、7bで回転自在に支持して、ケーシング8内周に設けられた複数の外ピン(内歯)9と噛み合わせるとともに、主軸1aの外歯車6aとの対向面に同心円上に等間隔で取り付けられた複数の内ピン10を、各外歯車6a、6bの主軸1aとの対向面に同心円上に形成された内ピン径より大きい直径の円形孔に挿入して、円形孔の内壁の一部に接触させることにより、主軸1aと外歯車6a、6bの相互間に主軸1aの回転を外歯車6a、6bに伝達するトルク伝達手段を形成している。
The
前記出力軸2aの2つの偏心軸部7a、7bは周方向に180°位相をずらして設けられ、その偏心回転によって発生する振動を互いに打ち消すようになっている。また、各外ピン9および各内ピン10は、それぞれの外周に回転自在に嵌め込まれたローラを介して外歯車6a、6bの外歯および円形孔と転がり接触しており、これらの部位でのトルク損失を抑えるようになっている。
The two
そして、主軸1aが回転すると、内ピン10が各外歯車6a、6bの円形孔の内壁を押し、各外歯車6a、6bを出力軸2aの偏心軸部7a、7bのまわりに回転(自転運動)させる。このとき、各外歯車6a、6bは、自転しながら、その外歯と噛みあう外ピン9で案内されて、自転方向とは逆向きに出力軸2aの軸心のまわりに偏心回転(公転運動)し、この公転運動が出力軸2aに回転運動として伝達される。
When the main shaft 1a rotates, the
ここで、外歯車6a、6bの外歯は外ピン9の数よりも少なく形成されており、外歯車6a、6bは外歯と外ピン9の数の差分だけ自転する間に出力軸2aを中心に自転方向と逆方向に1回転分公転する。従って、主軸1aの回転が増速されて出力軸2aに伝達されることになり、その増速比は、外ピン9の数をZ1、外歯車6a、6bの外歯の数をZ2とすると、Z2/(Z1−Z2)で算出される。すなわち、この増速機2では、増速比の設定における設計上の制約は少なく、Z1、Z2を適切に設定するだけで、1段でも風力発電装置に必要とされる大きな増速比が得られる。
Here, the
前記誘導発電機3は、その回転子3aが増速機2の出力軸2aに連結され、回転子3aの外側に、箱状取付部材11の内面に取り付けられた固定子3bが配置されており、風車1の回転が増速機2により同期速度以上に増速されて回転子3aに伝わると、電力を発生させるようになっている。
In the
この風力発電装置は、上記の構成であり、風車1と誘導発電機3の回転子3aとの間に1段で大きな増速比が得られる増速機2を組み込んで、従来のように増速機を多段構成としなくてもよいようにしたので、従来よりも増速機設置スペースが軸方向に短くなる分だけナセル4が短くなり、装置全体がコンパクトなものとなっている。
This wind power generator is configured as described above, and the speed increaser 2 capable of obtaining a large speed increase ratio in one stage is incorporated between the
1 風車
1a 主軸
1b 翼
2 増速機
2a 出力軸
3 誘導発電機
3a 回転子
3b 固定子
4 ナセル
5 タワー
6a、6b 外歯車
7a、7b 偏心軸部
8 ケーシング
9 外ピン
10 内ピン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007048443A JP2008208959A (en) | 2007-02-28 | 2007-02-28 | Speed increasing gear and wind power generating device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150357951A1 (en) * | 2010-07-20 | 2015-12-10 | Differential Dynamics Corporation | Adjustable assembly of rotor and stator and applications thereof with a variable power generator |
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2007
- 2007-02-28 JP JP2007048443A patent/JP2008208959A/en active Pending
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