JP2009257262A - Yaw driving device for wind turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための駆動装置である風車用ヨー(Yaw)駆動装置に関する。 The present invention relates to a windmill yaw driving device that is a driving device for turning a nacelle of a windmill according to a wind direction.
従来より、風力発電装置として風車が用いられている。この風車として、タワーの上部に設けられてブレード(羽根)が取り付けられるとともに内部に発電機等が配置されるナセルを備えるものがよく用いられる。そして、このような風車においては、特許文献1に開示されているように、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための駆動装置であるヨー駆動装置(風車用ヨー駆動装置)が設けられている。特許文献1においては、タワーの上部でリングギアと噛み合うピニオンを備えて構成されたヨー駆動装置が開示されている。このピニオンがモータにより回転駆動されることで、ナセルの旋回動作が行われる。
Conventionally, a windmill is used as a wind power generator. As this windmill, what is provided in the upper part of a tower and is equipped with the nacelle by which a blade | wing (blade | blade) is attached and a generator etc. is arrange | positioned inside is often used. And in such a windmill, as disclosed in
上述した風車においては、近年、ブレードの直径が大きくなる傾向にあることから、出力トルクの向上を図った高出力仕様のヨー駆動装置が要求される状況にある。一方で、ヨー駆動装置は、ナセル内にその一部又は全部が配置されるため、ナセル内の他の機器との干渉を避けて配置できる構成であることが必要であるとともに、ナセル内でのヨー駆動装置の取付性を向上させた構成であることも要求される。このため、ヨー駆動装置では、その径方向(回転中心線の方向である軸方向に対して垂直な方向)において小型化した構造、即ち、小径化を図ることが求められる。 In the wind turbine described above, since the diameter of the blade tends to increase in recent years, a high-output specification yaw driving device with improved output torque is required. On the other hand, since a part or all of the yaw drive device is arranged in the nacelle, it is necessary to have a configuration that can be arranged avoiding interference with other devices in the nacelle. It is also required that the configuration improves the mountability of the yaw drive device. For this reason, the yaw drive device is required to be downsized in the radial direction (direction perpendicular to the axial direction that is the direction of the rotation center line), that is, to reduce the diameter.
これに対し、出力トルクの向上と小径化とを図るために必要な大きい減速比を実現可能な減速機として、特許文献2に開示されているように、偏心型減速機として構成された産業用ロボットの関節駆動装置が知られている。この特許文献2に開示された駆動装置(産業用ロボットの関節駆動装置)においては、偏心して回転する外歯歯車と、外歯歯車が噛み合う内歯歯車とが設けられており、内歯歯車にはピン状の部材として形成された複数のピン内歯が設けられている。 On the other hand, as a reduction gear capable of realizing a large reduction ratio necessary for improving the output torque and reducing the diameter, as disclosed in Patent Document 2, the industrial reduction gear is configured as an eccentric reduction gear. Robot joint drive devices are known. In the drive device (joint drive device of an industrial robot) disclosed in Patent Document 2, an external gear that rotates eccentrically and an internal gear that meshes with the external gear are provided. Are provided with a plurality of pin internal teeth formed as pin-shaped members.
特許文献1に開示されたヨー駆動装置に、特許文献2に開示された駆動装置を風車用ヨー駆動装置として用いることで、ヨー駆動装置において出力トルクの向上とともに小径化を図ることが考えられる。一方、風車の耐久性は数十年以上であることが一般的であるため、風車用ヨー駆動装置においても同等の耐久性が要求される。しかしながら、特許文献2に開示された駆動装置を小径化してヨー駆動装置として用いると、ピン内歯の径も小さくなってしまうため、各ピン内歯に作用する負荷が相対的に大きくなってしまい、ヨー駆動装置の耐久性が低下してしまうという問題がある。
By using the drive device disclosed in Patent Literature 2 as the yaw drive device for windmills in the yaw drive device disclosed in
本発明は、上記実情に鑑みることにより、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a windmill yaw drive device that can improve the output torque and reduce the diameter without impairing the durability.
上記目的を達成するための第1発明に係る風車用ヨー駆動装置は、風車のナセルを旋回させる風車用ヨー駆動装置であって、風車のナセル内に少なくとも一部が配置されたケースと、前記ケースの内周に配置され、ピン状の部材として形成された複数のピン内歯と、前記ケースに収納されるとともに、前記ピン内歯に噛み合う外歯が外周に設けられた外歯歯車と、前記外歯歯車に形成されたクランク用孔を貫通し、回転することで前記外歯歯車を偏心させて回転させるクランク軸と、前記クランク軸の一端側を回転自在に保持する基部キャリアと、前記クランク軸の他端側を回転自在に保持する端部キャリアと、前記基部キャリアに固定され、前記基部キャリアと前記端部キャリアとを連結する支柱と、前記基部キャリアに固定され、風車のタワーに固定された歯車に噛み合うピニオンが取り付けられる出力軸と、前記クランク軸を回転させる第1太陽歯車と、前記第1太陽歯車に連結された第1キャリアと、前記第1キャリアに回転自在に保持された第1遊星歯車と、前記ケースに固定され、内周側で前記第1遊星歯車に噛み合うリングギアと、前記第1遊星歯車に噛み合う第2太陽歯車と、前記第2太陽歯車に連結された第2キャリアと、前記第2キャリアに回転自在に保持され、モータの回転軸が連結される第2遊星歯車と、を備えていることを特徴とする。 A windmill yaw drive device according to the first invention for achieving the above object is a windmill yaw drive device for turning a nacelle of a windmill, wherein the case is disposed at least partially in the nacelle of the windmill, A plurality of pin internal teeth arranged as pin-shaped members disposed on the inner periphery of the case, and external gears that are housed in the case and have external teeth meshing with the pin internal teeth on the outer periphery; A crankshaft that passes through a hole for a crank formed in the external gear and rotates to rotate the external gear eccentrically; a base carrier that rotatably holds one end of the crankshaft; An end carrier that rotatably holds the other end side of the crankshaft, a support that is fixed to the base carrier, connects the base carrier and the end carrier, and is fixed to the base carrier. An output shaft to which a pinion that meshes with a gear fixed to a worm is attached, a first sun gear that rotates the crankshaft, a first carrier that is coupled to the first sun gear, and a first carrier that is rotatable. The first planetary gear held, the ring gear fixed to the case and meshing with the first planetary gear on the inner peripheral side, the second sun gear meshing with the first planetary gear, and the second sun gear connected And a second planetary gear that is rotatably held by the second carrier and to which a rotating shaft of a motor is coupled.
この発明によると、モータからの回転駆動力が、第2遊星歯車、第2キャリア、第2太陽歯車、リングギア、第1遊星歯車、第1キャリア、及び第1太陽歯車を備えて構成される遊星歯車機構を介してクランク軸に伝達される。そして、クランク軸の回転に伴って外歯歯車がケースの内周に配置されたピン内歯と噛み合いながら偏心して回転し、支柱を介して連結されてクランク軸を回転自在に保持する基部キャリア及び端部キャリアとともに出力軸が回転する。風車のタワーに固定された歯車と噛み合うピニオンが取り付けられた出力軸が回転することで、ケースが配置されたナセルが旋回することになる。 According to this invention, the rotational driving force from the motor is configured to include the second planetary gear, the second carrier, the second sun gear, the ring gear, the first planetary gear, the first carrier, and the first sun gear. It is transmitted to the crankshaft via the planetary gear mechanism. A base carrier that rotates eccentrically while meshing with the pin internal teeth disposed on the inner periphery of the case as the crankshaft rotates, and is connected via a support to rotatably hold the crankshaft. The output shaft rotates with the end carrier. When the output shaft to which the pinion that meshes with the gear fixed to the tower of the windmill rotates, the nacelle in which the case is arranged turns.
よって、この発明によると、モータからの回転駆動力が先に伝達される減速機部分である前段部として設けられた遊星歯車機構と、前段部からの入力により作動する減速機部分である後段部として設けられた偏心型減速機とを備えるヨー駆動装置を構成できるため、高い減速比を確保することができ、出力トルクの向上を図ることができる。そして、前段部として遊星歯車機構が設けられ、さらに、この遊星歯車機構が2段の遊星歯車段を備える機構として設けられているため、前段部での減速比を大きく確保することができる。このため、後段部の偏心型減速機における減速比を相対的に小さくでき、外歯歯車及びピン内歯における減速比を小さくすることができる。これにより、各ピン内歯と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ピン内歯の径を小さくすることができ、ヨー駆動装置の小径化を図ることができる。ヨー駆動装置の小径化が図られることで、ナセル内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置を配置することが容易になり、さらに、ナセル内でのヨー駆動装置の取付性を向上させることができる。また、上述のようにピン内歯と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ヨー駆動装置の耐久性が低下してしまうことも防止できる。 Therefore, according to the present invention, the planetary gear mechanism provided as the front stage part which is the speed reducer part to which the rotational driving force from the motor is transmitted first, and the rear stage part which is the speed reducer part operated by the input from the front stage part Therefore, a high reduction ratio can be ensured, and the output torque can be improved. Since the planetary gear mechanism is provided as the front stage, and this planetary gear mechanism is provided as a mechanism including two planetary gear stages, a large reduction ratio in the front stage can be ensured. For this reason, the reduction ratio in the eccentric type reduction gear at the rear stage can be made relatively small, and the reduction ratios in the external gear and the pin internal teeth can be made small. As a result, the number of meshes between the internal teeth of each pin and the external gear and the number of rotations of the crankshaft can be reduced, so that the diameter of the pin internal teeth can be reduced and the diameter of the yaw drive device can be reduced. be able to. By reducing the diameter of the yaw drive device, it becomes easy to arrange the yaw drive device while avoiding interference with other devices in the nacelle, and further improve the attachment of the yaw drive device in the nacelle Can be made. In addition, since the number of meshes between the pin internal teeth and the external gear and the rotation speed of the crankshaft can be reduced as described above, it is possible to prevent the durability of the yaw drive device from being lowered.
従って、本発明によると、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a windmill yaw drive device that can improve the output torque and reduce the diameter without impairing the durability.
第2発明に係る風車用ヨー駆動装置は、第1発明の風車用ヨー駆動装置において、前記第1太陽歯車は、前記クランク軸に対して回転中心線が一致する同軸上に配置され、前記クランク軸に固定されていることを特徴とする。 A windmill yaw drive device according to a second aspect of the present invention is the windmill yaw drive device of the first aspect, wherein the first sun gear is disposed on the same axis so that a rotation center line coincides with the crankshaft. It is fixed to the shaft.
この発明によると、第1太陽歯車がクランク軸に対して同軸上で固定される。このため、第1太陽歯車からクランク軸への駆動力の伝達においてスパーギア等の他の歯車要素などが使用されないため、部品点数を削減できる。そして、前段部の遊星歯車機構と後段部の偏心型減速機とがその間において他の歯車要素等が介在せずに連結されるため、ヨー駆動装置の寸法を軸方向においても短くすることができる。これにより、ナセル内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置を配置することをさらに容易にすることができる。 According to the present invention, the first sun gear is fixed coaxially with the crankshaft. For this reason, since other gear elements, such as a spur gear, are not used in transmission of the driving force from the 1st sun gear to a crankshaft, the number of parts can be reduced. Since the planetary gear mechanism at the front stage and the eccentric type reduction gear at the rear stage are connected without any other gear elements between them, the dimensions of the yaw drive device can be shortened in the axial direction as well. . Thereby, it is possible to further easily arrange the yaw driving device while avoiding interference with other devices in the nacelle.
第3発明に係る風車用ヨー駆動装置は、第2発明の風車用ヨー駆動装置において、前記第1太陽歯車は、前記クランク軸の他端側が配置される前記端部キャリアの内側において、前記クランク軸の他端側に嵌め込まれて当該クランク軸に固定されていることを特徴とする。 A yaw drive device for a windmill according to a third invention is the yaw drive device for a windmill according to the second invention, wherein the first sun gear is located inside the end carrier where the other end side of the crankshaft is disposed, It is fitted to the other end side of the shaft and is fixed to the crankshaft.
この発明によると、第1太陽歯車が端部キャリアの内側においてクランク軸に対して嵌め込まれて固定される。このため、前段部の遊星歯車機構と後段部の偏心型減速機との連結部が端部キャリアの内側に位置することで、前段部と後段部とがさらに接近して配置されることになり、ヨー駆動装置の寸法を軸方向においてさらに短くすることができる。 According to the present invention, the first sun gear is fitted and fixed to the crankshaft inside the end carrier. For this reason, the front stage part and the rear stage part are arranged closer to each other because the connecting part between the planetary gear mechanism of the front stage part and the eccentric type reduction gear of the rear stage part is located inside the end carrier. The dimension of the yaw drive device can be further shortened in the axial direction.
本発明によると、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving an output torque, the yaw drive device for windmills which can aim at diameter reduction, without impairing durability can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施形態に係る風車用ヨー駆動装置は、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための首振り用の駆動装置として広く適用することができるものである。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The windmill yaw drive device according to the embodiment of the present invention can be widely applied as a swinging drive device for turning the nacelle of the windmill according to the wind direction.
(風車及びナセルの構成)
図1は、本発明の一実施の形態に係る風車用ヨー駆動装置1(以下、単に「ヨー駆動装置1」という)が適用される風車100の概略を説明するための模式図である。図1に示すように、風車100は、タワー101、ナセル102、ブレード103、ナセル102内に配置される発電機107等の機器などを備えて構成されている。尚、図1においては、ナセル102については内部構造を模式的に図示している。タワー101は、地上から鉛直上方に向かって延びるように設置されており、タワー101の上部には、外周または内周に歯が設けられたリングギアとして形成された歯車101aが固定されている。そして、タワー101の上部にはナセル102が設置されている。
(Configuration of windmill and nacelle)
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of a
ナセル102は、タワー101の上部の歯車101aと噛み合うピニオン112(図2、図3参照)が取り付けられる後述のヨー駆動装置1によりタワー101に対して略水平面内で旋回するように設置されている。そして、ナセル102には複数枚(本実施形態では、3枚)のブレード103が回転自在に取り付けられ、これらのブレード103はナセル102に対して均等角度に放射状に延びるように取り付けられている。また、ナセル102の内部には、動力伝達軸104、増速機105、ブレーキ装置106、発電機107、変圧器108、ヨー駆動装置1などが配置されている。動力伝達軸104はハブ109を介してブレード103に連結されており、ブレード103が風力により回転することで、動力伝達軸104も回転する。そして、動力伝達軸104の回転駆動力が増速機105でその回転速度が増速されるとともにブレーキ装置106で適宜調整されて発電機107へと入力される。これにより、発電機107において発電が行われ、その発電された電力が、変圧器108と、タワー101内及び地中を通過するように敷設されたケーブル110とを経て地上の変電設備等に送電されることになる。
The
(風車用ヨー駆動装置の全体構成)
次に、本実施形態に係るヨー駆動装置1について説明する。図2は、ナセル102内の一部を上方から見た状態を模式的に示す平面図であって、ヨー駆動装置1の配置を示す図である。尚、図2では、ナセル102内におけるヨー駆動装置1及び歯車101a以外の要素を省略している。また、図3は、ヨー駆動装置1を示す断面図である。
(Whole structure of windmill yaw drive device)
Next, the
図1乃至図3に示すように、ヨー駆動装置1は、ナセル102内において、タワー101の歯車101aの周囲の複数個所(本実施形態では、4箇所)に配置されている。このヨー駆動装置1は、ケース11、遊星歯車機構12、偏心型減速機13、出力軸14等をそなえて構成され、ケース11においてナセル102に対してボルト113(図3において破線で図示)を介して取り付けられる。そして、ヨー駆動装置1は、下側に配置された一端側においてケース11から突出するように位置する出力軸14に対してピニオン112が取り付けられ、上側に配置された他端側においてケース11に対してモータ111が取り付けられる。尚、図3においては、ヨー駆動装置1の回転中心線P(即ち、モータ111及び出力軸14の回転中心線)を一点鎖線で示しており、この回転中心線Pに対して左側に表した断面と右側に表した断面とで周方向(回転中心線Pを中心とした周方向)における異なる角度の断面を図示している。また、後述する図4及び図5においても同様に、回転中心線Pに対して左側と右側とで周方向における異なる角度の断面を図示している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ヨー駆動装置1においては、上側に配置されたモータ111から入力された回転をケース11内に配置された遊星歯車機構12及び偏心型減速機13を介して減速して伝達して出力軸14に取り付けられたピニオン112に出力する。ピニオン112は、スプライン結合を介して出力軸14に固定されており、さらに、タワー101の上部に固定された歯車101aに噛み合うように配置されている。そして、ケース11にてナセル102に取り付けられたヨー駆動装置1が作動してピニオン112が回転することにより、ヨー駆動装置1が歯車101aの周囲に沿って移動するとともにナセル102がタワー101の上部に対して旋回することになる。
In the
また、ヨー駆動装置1のケース11は、ナセル102内に配置されており(図1、図2参照)、筒状の第1ケース部11aと、複数(本実施形態では、3つ)のリング状の部材が直列に結合されて構成される第2ケース部11bとで構成され、これらの縁部同士がボルトで連結されている(図3参照)。そして、ケース11の内部には、遊星歯車機構12、偏心型減速機13、出力軸14の一部などが収納されている。尚、第2ケース部11bの内側に遊星歯車機構12が配置され、第1ケース部11aの内側に偏心型減速機13が配置されており、遊星歯車機構12、偏心型減速機13、及び出力軸14は、ヨー駆動装置1の回転中心線Pの方向である軸方向に沿って直列に配置されている。また、ケース11は、出力側である一端側(第1ケース部11aの端部側)が開口形成され、入力側である他端側(第2ケース部11bの端部側)には前述のようにモータ111が固定されている。
Further, the
(遊星歯車機構の構成)
図3に示すように、ケース11内に配置される遊星歯車機構12は、モータ111からの回転駆動力が先に伝達される減速機部分である前段部として設けられている。図4は、図3における遊星歯車機構12及びその近傍を拡大して示す断面図である。図3及び図4に示すように、遊星歯車機構12は、第1太陽歯車(本実施形態では、スプライン)15、第1キャリア16、第1遊星歯車17、リングギア18、第2太陽歯車19、第2キャリア20、第2遊星歯車21等を備えて構成されている。そして、この遊星歯車機構12は、第1太陽歯車15、第1キャリア16、及び第1遊星歯車17を備えて構成される1段目の遊星歯車段と、第2太陽歯車19、第2キャリア20、及び第2遊星歯車21を備えて構成される2段目の遊星歯車段とを有する2段の遊星歯車機構として設けられている。尚、モータ111からの回転駆動力は2段目の遊星歯車段に伝達され、1段目の遊星歯車段から偏心型減速機13に回転駆動力が伝達される。
(Configuration of planetary gear mechanism)
As shown in FIG. 3, the
図4によく示すように、入力側に位置する2段目の遊星歯車段における第2遊星歯車21は、ケース11の他端側からケース11の内部に向かって突出するように配置されたモータ111の回転軸111aの周囲に複数個(本実施形態では、3個)配置されている。この第2遊星歯車21は、プラネタリギアとして形成されており、回転軸111aに対してヨー駆動装置1の径方向(回転中心線Pを中心としてヨー駆動装置1の軸方向に対して垂直な方向)に位置するように配置されている。また、モータ111の回転軸111aには、その端部の外周において歯車が形成されており、この回転軸111aの端部の歯車と各第2遊星歯車21とが噛み合うことで、回転軸111aと各第2遊星歯車21とが連結されている。
As shown well in FIG. 4, the second
第2キャリア20は、複数の第2遊星歯車21を回転自在に保持するとともに公転動作を行う遊星枠として形成されている。そして、第2キャリア20は、複数の第2遊星歯車21を回転軸111aを中心とした周方向に沿って均等角度の位置に保持している。この第2キャリア20には、中心部で貫通孔を形成する内周部分においてスプライン溝としての歯車部分が形成されている。
The
第2太陽歯車19は、回転中心線Pに沿ってその軸方向が位置するように配置されており、その一端側の外周において第1遊星歯車17と噛み合う歯車が形成されている。また、第2太陽歯車19は、その他端側の外周において第2キャリア20の内周のスプライン溝と嵌まり合うスプライン歯としての歯車部分が形成されており、これにより、第2キャリア20とスプライン結合により連結されている。
The
リングギア18は、第2ケース部11bを構成するよう直列に結合された3つのリング状の部材のうちの中間に位置した部材に対して、一体に形成されるとともにその内周部分に形成された歯車として設けられている。そして、このリングギア18は、ケース11に対して一体に形成されることでケース11に固定されるとともに、内周側で第2遊星歯車21及び第1遊星歯車17に噛み合うように構成されている。尚、リングギア18は、ケース11に対して別部材として形成されてケース11に対して固定されてもよい。
The
図4によく示すように、遊星歯車機構12において出力側に位置する1段目の遊星歯車段における第1遊星歯車17は、第2太陽歯車19の周囲に複数個(本実施形態では、4個)配置されており、第2太陽歯車19に対してヨー駆動装置1の径方向に位置するように配置されている。そして、この第1遊星歯車17は、プラネタリギアとして形成されており、第2太陽歯車19に噛み合うように配置されている。
As shown well in FIG. 4, a plurality of first
第1キャリア16は、複数の第1遊星歯車17を回転自在に保持するとともに公転動作を行う遊星枠として形成されている。そして、第1キャリア16は、複数の第1遊星歯車17を第2太陽歯車19を中心とした周方向に沿って均等角度の位置に保持している。この第1キャリア16には、中心部で貫通孔を形成する内周部分においてスプライン溝としての歯車部分が形成されている。
The
第1太陽歯車15は、回転中心線Pに沿ってその軸方向が位置するように配置されている。そして、第1太陽歯車15は、その一端側の外周には、後述する偏心型減速機13のクランク軸23に固定されるためのスプライン歯としての歯車部分が形成されている。一方、第1太陽歯車15の他端側の外周には、第1キャリア16の内周のスプライン溝と嵌まり合うスプライン歯としての歯車部分が形成されており、これにより、第1太陽歯車15と第1キャリア16とがスプライン結合により連結されている。尚、第1太陽歯車15は、上述のようにクランク軸23に固定されることで、クランク軸23を回転させるように構成されている。そして、第1太陽歯車15は、クランク軸23に対して回転中心線が一致する同軸上に配置され(即ち、第1太陽歯車15及びクランク23とも回転中心線P上に配置され)、クランク軸23に固定されている。
The
(偏心型減速機の構成)
図3によく示すように、ケース11内に配置される偏心型減速機13は、前段部である遊星歯車機構12から入力される回転駆動力により作動して出力軸14に対して回転を伝達する減速機部分である後段部として設けられている。図5は、図3における偏心型減速機13及びその近傍を拡大して示す断面図である。図3及び図5に示すように、偏心型減速機13は、ピン内歯22、クランク軸23、ガイドクランク軸24、基部キャリア25、端部キャリア26、支柱27、外歯歯車28、支柱ボルト29等を備えて構成されている。この偏心型減速機13は、径方向における中心である回転中心線P上にクランク軸23が配置されたセンタクランクタイプの偏心型減速機として構成されている。
(Configuration of eccentric type reducer)
As shown well in FIG. 3, the
ピン内歯22は、図5によく示すように、ピン状の部材(丸棒状の部材)として形成され、ケース11の内周に沿って複数配置されている。ピン内歯22は、その長手方向が回転中心線Pと平行に位置するように配置されるとともに、ケース11の内周において等間隔でケース11に対して嵌め込まれた状態で配列され、後述する外歯歯車28の外歯31と噛み合うように構成されている。
As shown well in FIG. 5, the pin
クランク軸23は、図5によく示すように、その回転中心線が、ヨー駆動装置1の回転中心線Pと一致するように配置され(即ち、軸方向が一致するように配置され)、第1太陽歯車15の回転中心線とも一致するように配置されている。そして、このクランク軸23は、外歯歯車28に形成されたクランク用孔30を貫通するように配置されており、回転することで外歯歯車28を偏心させて回転させる軸部材として設けられている。
As shown well in FIG. 5, the
また、クランク軸23は、第1カム部分23a、第2カム部分23b、第1軸部23c、及び第2軸部23dを備えて構成されており、第1軸部23c、第1カム部分23a、第2カム部分23b、第2軸部23dの順番で直列に設けられている。そして、第1カム部分23a及び第2カム部分23bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成されており、それぞれの中心位置がクランク軸23の回転中心線(第1軸部23c及び第2軸部23dの中心位置)に対して偏心するように設けられている。クランク軸23の一端側に配置された第1軸部23cは後述する基部キャリア25に対してころ軸受34を介して回転自在に保持されており、他端側に配置された第2軸部23dは後述する端部キャリア26に対してころ軸受35を介して回転自在に保持されている。また、クランク軸23の他端側の第2軸部23dには、遊星歯車機構12の第1太陽歯車15の一端側が嵌め込まれる嵌合穴が他端側に向かって開口形成されており、この嵌合穴の内周には第1太陽歯車15の一端側に形成されたスプライン歯と嵌まり合うスプライン溝が形成されている。これにより、第1太陽歯車15がクランク軸23に対してスプライン結合により固定されている。
The
ガイドクランク軸24は、図5によく示すように、クランク軸23の周囲においてクランク軸23を中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数(本実施形態では4つ)配置されており、その軸方向が回転中心線Pと平行となるように配置されている。そして、各ガイドクランク軸24は、外歯歯車28に形成されたガイドクランク用孔39をそれぞれ貫通するように配置されており、クランク軸23の回転に伴う外歯歯車28の回転とともに回転(自転)しながら公転動作を行う軸部材として設けられている。
As shown in FIG. 5, a plurality of guide crankshafts 24 (four in this embodiment) are arranged at equal angular positions around the
また、各ガイドクランク軸24は、第1カム部分24a、第2カム部分24b、第1軸部24c、及び第2軸部24dを備えて構成されており、第1軸部24c、第1カム部分24a、第2カム部分24b、第2軸部24dの順番で直列に設けられている。そして、第1カム部分24a及び第2カム部分24bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成されており、それぞれの中心位置がガイドクランク軸24の回転中心線(第1軸部24c及び第2軸部24dの中心位置)に対して偏心するように設けられている。これらの第1カム部分24a及び第2カム部分24bは、クランク軸23の第1カム部分23a及び第2カム部分23bにそれぞれ対応する位置で偏心するように配置されている。ガイドクランク軸24の一端側に配置された第1軸部24cは基部キャリア25に対してころ軸受41を介して回転自在に保持されており、他端側に配置された第2軸部24dは端部キャリア26に対してころ軸受42を介して回転自在に保持されている。
Each
基部キャリア25は、図3及び図5に示すように、その一端側において出力軸14と一体に形成され、ケース11内に配置されている。また、基部キャリア25には、支柱27の一端側を保持する支柱保持穴33が回転中心線Pを中心とした周方向に沿って均等角度の位置に形成されている。そして、基部キャリア25は、その外周側においてころ軸受36を介してケース11における第1ケース部11aの内周側に対して回転自在に保持されている。尚、ころ軸受36は、基部キャリア25に対して固定される位置決め部材44によって基部キャリア25に対する位置が規定され、その一端側が位置決め部材44に係合し、その他端側が第1ケース部11aの一端側に係合した状態で配置されている。また、基部キャリア25は、その他端側において、クランク軸23の一端側をその第1軸部23cにてころ軸受34を介して回転自在に保持するとともに、各ガイドクランク軸24の一端側をその第1軸部24cにてころ軸受41を介して回転自在に保持している。尚、本実施形態では、出力軸14は、基部キャリア25に一体に形成されることで、基部キャリア25に対して固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
端部キャリア26は、図3及び図5に示すように、支柱27を介して基部キャリア25と連結されており、円板状の部材として設けられている。この端部キャリア26は、その外周側において玉軸受37を介してケース11の内周側に対して回転自在に保持されている。尚、玉軸受37は、その一端側がケース11における第1ケース部11aの他端側に係合し、その他端側が端部キャリア26の他端側においてフランジ状に張り出した縁部26aに係合した状態で配置されている。そして、端部キャリア26には、その中心部にクランク軸23の他端側の第2軸部23dが配置される中心貫通孔43が形成されており、この中心貫通孔43においてクランク軸23の他端側がその第2軸部23dにてころ軸受35を介して回転自在に保持されている。また、端部キャリア26には、ガイドクランク軸24の他端側の第2軸部24dをころ軸受42を介して回転自在に保持する孔と、支柱27の他端側が貫通状態で係合する支柱用孔32とが、中心貫通孔43の周囲にその周方向に沿って交互に配置されるよう形成されている。尚、回転中心線Pの方向における、クランク軸23の他端側が配置される端部キャリア26の中心貫通孔43の内側の位置において、第1太陽歯車15がクランク軸23の他端側に嵌め込まれて固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
支柱27は、図3及び図5に示すように、円筒状の部材として設けられ、中心を貫通する貫通孔は支柱ボルト29が挿通される支柱ボルト孔47として形成されている。そして、支柱27は、クランク軸23の周囲においてクランク軸23を中心とした周方向に沿った均等角度の位置に複数(本実施形態では4つ)配置されており、その軸方向が回転中心線Pと平行となるように配置されている。尚、支柱27とガイドクランク軸24とは、クランク軸23を中心とした周方向に沿って交互に配置されている。また、各支柱27は、その一端側の端部が基部キャリア25に形成された支柱保持孔33に嵌め込まれて配置されている。そして、各支柱27には、一端側の端部から他端側にかけて延びる円筒状の周囲側面として形成された外周部45と、他端側の端部に設けられて外周部45よりも直径が大きく拡径した部分として形成された大径部46とが形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
支柱ボルト29は、図3及び図5に示すように、雄ネジ部分として形成されたネジ部29aが一端側に設けられ、六角レンチ等で締め付けるための六角穴付のネジ頭部分が他端側に設けられている。この支柱ボルト29及び支柱27により基部キャリア25と端部キャリア26とが連結される。基部キャリア25と端部キャリア26との連結の際には、まず、支柱用孔32に対して支柱27が一端側から挿入される。支柱用孔32には支柱27の外周部45及び大径部46の外形に対応した段部が形成されており、外周部45が支柱用孔32に挿通されるとともに、大径部46が支柱用孔32の段部と係合する。この状態で、支柱27の一端側が基部キャリア25の支柱保持穴33に嵌め込まれ、さらに、支柱ボルト29が支柱27の支柱ボルト孔47に挿通される。そして、基部キャリア25の支柱保持穴33の中心部分には雌ネジ部分としてのネジ孔部がさらに形成されており、このネジ孔部に対して支柱ボルト29の一端側のネジ部29aが螺合するようにねじ込まれる。このときの支柱ボルト29による締め付け力によって、支柱27は、一端側の端部において基部キャリア25に固定されるとともに、他端側の端部の大径部46を支柱用孔32の段部に係合させて端部キャリア26に締め付け力を作用させ、基部キャリア25と端部キャリア26とを連結するように構成されている。尚、基部キャリア25と端部キャリア26とを連結する上記の締め付け力は、位置決め部材44、ころ軸受36、ケース11の第1ケース部11a、及び玉軸受37を介して作用することになる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
外歯歯車28は、図5によく示すように、平行に重ねられた状態でケース11内に収納される第1外歯歯車28a及び第2外歯歯車28bを備えて構成されている。第1外歯歯車28a及び第2外歯歯車28bにはそれぞれ、クランク軸23が貫通するクランク用孔30、ガイドクランク軸24が貫通するガイドクランク用孔39、及び、支柱27が貫通する支柱貫通孔48が形成されている。第1外歯歯車28a及び第2外歯歯車28bは、回転中心線Pと平行な方向において、クランク用孔30、ガイドクランク用孔39、及び支柱貫通孔48の位置がそれぞれ対応するように配置されている。
As shown well in FIG. 5, the
外歯歯車28のクランク用孔30は、円形孔として形成され、クランク軸23に対応して外歯歯車28の中心部に配置されている。このクランク用孔30は、第1外歯歯車28aにおいては第1カム部分23aを、第2外歯歯車28bにおいては第2カム部分23bを、それぞれニードル軸受38を介して保持している。ガイドクランク用孔39は、円形孔として形成され、ガイドクランク軸24に対応して外歯歯車28の周方向に沿って均等角度の位置に複数(本実施形態では4つ)配置されている。このガイドクランク用孔39は、第1外歯歯車28aにおいては第1カム部分24aを、第2外歯歯車28bにおいては第2カム部分24bを、それぞれニードル軸受40を介して保持している。支柱貫通孔48は、円形孔として形成され、支柱27に対応して外歯歯車28の周方向に沿って均等角度の位置に複数(本実施形態では4つ)配置されている。そして、支柱貫通孔48は、ガイドクランク用孔39と外歯歯車28の周方向において交互に形成されている。尚、支柱貫通孔48には、支柱27が遊嵌状態で貫通している。
The
尚、外歯歯車28、クランク軸23、ガイドクランク軸24が上述のように配設されているため、第1太陽歯車15から回転駆動力が伝達されてクランク軸23が回転すると、このクランク軸23の回転に伴い第1カム部分23a及び第2カム部分23bから外歯歯車28に対して荷重が作用する。この荷重により、外歯歯車28(第1外歯歯車28a、第2外歯歯車28b)が揺動して回転し、この外歯歯車28の揺動回転に対応してガイドクランク軸24が自転しながら公転動作を行うことになる。尚、ガイドクランク軸24の公転動作が回転中心線Pを中心として行われるように、クランク軸23及びガイドクランク軸24のカム部分(23a、23b、24a、24b)の径寸法、位置及び位相等は適宜調整されている。
Since the
また、第1外歯歯車28a及び第2外歯歯車28bのそれぞれの外周には、ピン内歯22に噛み合う外歯31が設けられている。外歯歯車28(28a、28b)の外歯31の歯数は、ピン内歯22の歯数よりも1個或いは数個程度少なくなるように設けられている。このため、クランク軸23が回転するごとに、噛み合う外歯31とピン内歯22との噛み合いがずれ、外歯歯車28(第1外歯歯車28a、第2外歯歯車28b)が偏心して揺動回転するように構成されている。
In addition,
(風車用ヨー駆動装置の作動)
次に、上述したヨー駆動装置1の作動について説明する。ヨー駆動装置1は、風車100において、図示しない制御装置が、例えば風向計(図示せず)の検知結果に基づいて、ナセル102の向きを風向きに応じて旋回させる旋回指令を発してモータ111を運転させることにより、作動する。上記旋回指令に基づいてモータ111の運転が開始されると、モータ111の回転軸111aが回転する。回転軸111aが回転すると、これに連結された第2遊星歯車21がリングギア18と噛み合いながら回転するとともに公転動作を行う。これにより、第2キャリア20が回転し、この第2キャリア20に連結された第2太陽歯車19が回転する。そして、第2太陽歯車19が回転すると、これに噛み合う第1遊星歯車17がリングギア18と噛み合いながら回転するとともに公転動作を行う。これにより、第1キャリア16が回転し、この第1キャリア16に連結された第1太陽歯車15が回転する。
(Operation of yaw drive device for windmill)
Next, the operation of the above-described
第1太陽歯車15が回転すると、この第1太陽歯車15が他端側の端部で固定されたクランク軸23が回転し、このクランク軸23とともに第1カム部分23a及び第2カム部分23bが回転する。この回転に伴って、前述のように、第1外歯歯車28a及び第2外歯歯車28bがピン内歯22と噛み合いをずらしながら偏心して回転する。そして、第1外歯歯車28a及び第2外歯歯車28bの偏心回転に伴って、ニードル軸受40で外歯歯車28に回転保持されたガイドクランク軸24も回転中心線Pを中心として公転動作を行う。これにより、支柱27及び支柱ボルト29で連結され、クランク軸23及びガイドクランク軸24を回転自在に保持する基部キャリア25及び端部キャリア26とともに、出力軸14が回転し、大きなトルクがピニオン112から出力されることになる。そして、タワー101に固定された歯車101aに対してピニオン112が噛み合いながら回転することで、ヨー駆動装置1が取り付けられたナセル102の旋回動作が行われることになる。
When the
(風車用ヨー駆動装置の効果)
以上説明したヨー駆動装置1によると、前段部として設けられた遊星歯車機構12と、後段部として設けられた偏心型減速機13とを備えるヨー駆動装置を構成できるため、高い減速比を確保することができ、出力トルクの向上を図ることができる。そして、前段部として遊星歯車機構12が設けられ、さらに、この遊星歯車機構12が2段の遊星歯車段を備える機構として設けられているため、前段部での減速比を大きく確保することができる。このため、後段部の偏心型減速機13における減速比を相対的に小さくでき、外歯歯車28及びピン内歯22における減速比を小さくすることができる。これにより、各ピン内歯22と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ピン内歯22の径を小さくすることができ、ヨー駆動装置1の小径化を図ることができる。ヨー駆動装置1の小径化が図られることで、ナセル102内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置1を配置することが容易になり、さらに、ナセル102内でのヨー駆動装置1の取付性を向上させることができる。また、上述のようにピン内歯22と外歯歯車との噛み合い回数、並びにクランク軸の回転数を少なくすることができるため、ヨー駆動装置1の耐久性が低下してしまうことも防止できる。
(Effects of windmill yaw drive)
According to the
従って、本実施形態によると、出力トルクの向上を図るとともに、耐久性を損なうことなく小径化を図ることができる、風車用ヨー駆動装置1を提供することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the windmill
また、ヨー駆動装置1によると、第1太陽歯車15がクランク軸23に対して同軸上で固定される。このため、第1太陽歯車15からクランク軸23への駆動力の伝達においてスパーギア等の他の歯車要素などが使用されないため、部品点数を削減できる。そして、前段部の遊星歯車機構12と後段部の偏心型減速機13とがその間において他の歯車要素等が介在せずに連結されるため、ヨー駆動装置1の寸法を軸方向においても短くすることができる。これにより、ナセル102内の他の機器との干渉を避けてヨー駆動装置1を配置することをさらに容易にすることができる。
Further, according to the
また、ヨー駆動装置1によると、第1太陽歯車15が端部キャリア26の内側においてクランク軸23に対して嵌め込まれて固定される。このため、前段部の遊星歯車機構12と後段部の偏心型減速機13との連結部が端部キャリア26の内側に位置することで、前段部と後段部とがさらに接近して配置されることになり、ヨー駆動装置1の寸法を軸方向においてさらに短くすることができる。
Further, according to the
(変形例)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。例えば、次のような変形例を実施することができる。
(Modification)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. For example, the following modifications can be implemented.
(1)本実施形態においては、クランク軸がヨー駆動装置の回転中心線上に配置されたセンタクランクタイプのヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、複数のクランク軸が回転中心線を中心とする周方向に沿って配置されるように構成されたヨー駆動装置であってもよい。 (1) In this embodiment, the center crank type yaw driving device in which the crankshaft is arranged on the rotation center line of the yaw driving device has been described as an example. The yaw driving device may be configured to be arranged along a circumferential direction centering on the rotation center line.
(2)本実施形態においては、出力軸が基部キャリアに対して一体に設けられることで固定されているヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、出力軸が基部キャリアとは別部材として設けられて基部キャリアに対して固定されているヨー駆動装置であってもよい。 (2) In the present embodiment, the yaw driving device fixed by the output shaft being provided integrally with the base carrier has been described as an example. However, this need not be the case, and the output shaft may be the base carrier. And a yaw drive device provided as a separate member and fixed to the base carrier.
(3)本実施形態においては、支柱が基部キャリアに対して別部材として設けられて固定されているヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、支柱が基部キャリアに対して一体に形成されることで固定されているヨー駆動装置であってもよい。 (3) In the present embodiment, the yaw driving device in which the support column is provided and fixed as a separate member with respect to the base carrier has been described as an example. It may be a yaw driving device that is fixed by being integrally formed.
(4)本実施形態においては、2つの構成要素が重ねられた外歯歯車を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、3つ以上の構成要素が重ねられた外歯歯車であってもよい。この場合、クランク軸やガイドクランク軸においても外歯歯車の構成要素の数に対応してカム部分を設ける構成とし、実施することができる。 (4) In the present embodiment, the external gear on which two components are stacked has been described as an example. However, this need not be the case, and the external gear may be a stack of three or more components. May be. In this case, the crankshaft and the guide crankshaft can be implemented by providing a cam portion corresponding to the number of components of the external gear.
(5)本実施形態においては、支柱が4つ設けられるヨー駆動装置を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、支柱が3つ又は5つ以上設けられるヨー駆動装置であってもよい。 (5) In the present embodiment, the yaw driving device provided with four support columns has been described as an example. However, this need not be the case, and the yaw driving device provided with three or more support columns may be used. Good.
(6)本実施形態においては、第1キャリアと第1太陽歯車とが別体で形成されているが、一体に形成しても良い。また、第1太陽歯車とクランク軸とが別体で形成されているが、一体に形成しても良い。 (6) In the present embodiment, the first carrier and the first sun gear are formed separately, but may be formed integrally. Moreover, although the 1st sun gear and the crankshaft are formed separately, they may be formed integrally.
本発明は、風向きに応じて風車のナセルを旋回させるための駆動装置である風車用ヨー駆動装置として、広く適用することができるものである。 The present invention can be widely applied as a yaw driving device for a windmill that is a driving device for turning a nacelle of a windmill according to the wind direction.
1 風車用ヨー駆動装置
11 ケース
14 出力軸
15 第1太陽歯車
16 第1キャリア
17 第1遊星歯車
18 リングギア
19 第2太陽歯車
20 第2キャリア
21 第2遊星歯車
22 ピン内歯
23 クランク軸
25 基部キャリア
26 端部キャリア
27 支柱
28 外歯歯車
30 クランク用孔
31 外歯
100 風車
101 タワー
101a 歯車
102 ナセル
111 モータ
111a 回転軸
112 ピニオン
DESCRIPTION OF
Claims (3)
風車のナセル内に少なくとも一部が配置されたケースと、
前記ケースの内周に配置され、ピン状の部材として形成された複数のピン内歯と、
前記ケースに収納されるとともに、前記ピン内歯に噛み合う外歯が外周に設けられた外歯歯車と、
前記外歯歯車に形成されたクランク用孔を貫通し、回転することで前記外歯歯車を偏心させて回転させるクランク軸と、
前記クランク軸の一端側を回転自在に保持する基部キャリアと、
前記クランク軸の他端側を回転自在に保持する端部キャリアと、
前記基部キャリアに固定され、前記基部キャリアと前記端部キャリアとを連結する支柱と、
前記基部キャリアに固定され、風車のタワーに固定された歯車に噛み合うピニオンが取り付けられる出力軸と、
前記クランク軸を回転させる第1太陽歯車と、
前記第1太陽歯車に連結された第1キャリアと、
前記第1キャリアに回転自在に保持された第1遊星歯車と、
前記ケースに固定され、内周側で前記第1遊星歯車に噛み合うリングギアと、
前記第1遊星歯車に噛み合う第2太陽歯車と、
前記第2太陽歯車に連結された第2キャリアと、
前記第2キャリアに回転自在に保持され、モータの回転軸が連結される第2遊星歯車と、
を備えていることを特徴とする、風車用ヨー駆動装置。 A windmill yaw driving device for turning a windmill nacelle,
A case in which at least a part is arranged in the nacelle of the windmill,
A plurality of pin internal teeth disposed on the inner periphery of the case and formed as a pin-shaped member;
An external gear that is housed in the case and has external teeth that engage with the pin internal teeth on the outer periphery; and
A crankshaft that passes through a hole for a crank formed in the external gear and rotates the external gear eccentrically by rotating;
A base carrier for rotatably holding one end side of the crankshaft;
An end carrier for rotatably holding the other end of the crankshaft;
A post fixed to the base carrier and connecting the base carrier and the end carrier;
An output shaft to which a pinion fixed to the base carrier and engaged with a gear fixed to a wind turbine tower is attached;
A first sun gear that rotates the crankshaft;
A first carrier coupled to the first sun gear;
A first planetary gear rotatably held by the first carrier;
A ring gear fixed to the case and meshing with the first planetary gear on the inner peripheral side;
A second sun gear meshing with the first planetary gear;
A second carrier coupled to the second sun gear;
A second planetary gear that is rotatably held by the second carrier and to which a rotating shaft of a motor is coupled;
A windmill yaw drive device comprising:
前記第1太陽歯車は、前記クランク軸に対して回転中心線が一致する同軸上に配置され、前記クランク軸に固定されていることを特徴とする、風車用ヨー駆動装置。 It is a yaw drive device for windmills of Claim 1, Comprising:
The first sun gear is arranged coaxially with a rotation center line coinciding with the crankshaft, and is fixed to the crankshaft.
前記第1太陽歯車は、前記クランク軸の他端側が配置される前記端部キャリアの内側において、前記クランク軸の他端側に嵌め込まれて当該クランク軸に固定されていることを特徴とする、風車用ヨー駆動装置。 A windmill yaw drive device according to claim 2,
The first sun gear is fitted to the other end side of the crankshaft and fixed to the crankshaft inside the end carrier where the other end side of the crankshaft is disposed. Yaw drive device for windmill.
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