JP2013238309A - 発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】風力発電装置1は、増速機3の出力軸35に一体回転可能に設けられた入力回転体5と、発電機4の駆動軸41に一体回転可能に設けられた出力回転体6と、入力回転体5と出力回転体6との間に配置された一方向クラッチ7とを備える。一方向クラッチ7は、入力回転体5の回転速度が出力回転体6の回転速度を上回ると、入力回転体5と出力回転体6とを一体回転可能に接続し、入力回転体5の回転速度が出力回転体6の回転速度を下回ると、入力回転体5と出力回転体6との接続を遮断する。前記一方向クラッチ7に、出力軸の回転速度が所定値を超えると、前記入力回転体と出力回転体との接続を遮断する回転速度リミッタとを備える。
【選択図】図1
Description
高速段歯車機構204は、低速軸204aが回転すると、低速ギヤ204b及び第1中間ギヤ204cを介して中間軸204dを増速回転させ、さらに第2中間ギヤ204e及び高速ギヤ204fを介して出力軸205を増速回転させるようになっている。
増速機202の低速軸204a、中間軸204d及び出力軸205をそれぞれ回転自在に支持する軸受として、ころ軸受206〜211が多用されている(例えば、特許文献1参照)。
また、前記ブレード調整機構が故障した場合には、発電機の駆動軸が高速回転(異常回転)して、発電機のブラシ等の摺動部が異常摩耗したり破損したりするおそれがあった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、増速機の出力軸を支持するころ軸受にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができるとともに、発電機の駆動軸が異常回転するのを防止することができる発電装置を提供することを目的とする。
前記主軸の回転を入力して増速する回転伝達機構と、前記回転伝達機構の回転トルクを出力する出力軸を回転自在に支持するころ軸受とを有する増速機と、
前記出力軸の回転を入力として回転する駆動軸を有するとともに、当該駆動軸と一体回転するロータの回転に伴って発電する発電機と、を備えた発電装置であって、
前記出力軸に一体回転可能に設けられた入力回転体と、
前記駆動軸に一体回転可能に設けられ、前記入力回転体の径方向内側又は径方向外側に同心上に配置された出力回転体と、
前記入力回転体と出力回転体との間に配置され、前記入力回転体の回転速度が前記出力回転体の回転速度を上回る状態で、前記入力回転体と出力回転体とを一体回転可能に接続し、前記入力回転体の回転速度が前記出力回転体の回転速度を下回る状態で、前記入力回転体と出力回転体との接続を遮断する一方向クラッチと、
前記入力回転体と出力回転体とを接続した状態で前記出力軸の回転速度が所定値を超えると、前記入力回転体と出力回転体との接続を遮断する回転速度リミッタとを備えることを特徴とする。
この場合、前記一方向クラッチと回転速度リミッタとを兼用することができるので、別途回転速度リミッタを設ける場合よりも、発電装置の構造を簡素化することができる。
この場合、一方向クラッチの外輪内周面が一体に形成された入力回転体又は出力回転体を、一方向クラッチの外輪として兼用することができるため、装置全体の構造を簡略化することができる。
この場合、外輪内周面に形成された外輪カム面の最大内径寸法が、前記一体に形成された入力回転体又は出力回転体の内周面の内径寸法以下に設定されているため、外輪カム面を冷間鍛造又は引抜き加工により容易に成形することができる。
この場合、一方向クラッチのころと内輪外周面及び外輪内周面との噛み合いが解除されたときに、これらの間に隙間が生じることに起因して、入力回転体と出力回転体とが互いに径方向に相対移動するのを、転がり軸受によって防止することができる。したがって、発電装置の運転中に、入力回転体及び出力回転体が径方向にがたつくのを防止することができる。
この場合、一方向クラッチの保持器の軸方向両端面が、一対の転がり軸受の軸方向端部にそれぞれ当接することにより、前記保持器が軸方向両側に移動するのを規制することができる。
この場合、転がり軸受の鍔部を、保持器の軸方向移動を規制する部材として兼用することができるため、転がり軸受の構造を簡略化することができる。
この場合、出力回転体を、一方向クラッチの内輪内周面を有する内輪、及び各円筒ころ軸受の内輪軌道面を有する内輪として兼用することができるため、装置全体の構造を簡略化することができる。
この場合、出力回転体を、一方向クラッチの外輪内周面を有する外輪、及び各円筒ころ軸受の外輪軌道面を有する外輪として兼用することができるため、装置全体の構造を簡略化することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る風力発電装置を示す概略側面図である。この風力発電装置(発電装置)1は、風力(外力)を受けて回転する主軸2と、この主軸2に連結された増速機3と、この増速機3に連結された発電機4とを備えており、主軸2の回転を増速機3で増速した状態で、発電機4が駆動される。
発電機4は、増速機3により増速された回転を入力して回転する駆動軸41と、発電機4に内蔵されたロータ42と、図示しないステータ等とを有する。ロータ42は駆動軸41に一体回転可能に連結されており、駆動軸41が回転してロータ42が駆動することに伴って発電するようになっている。
遊星歯車機構31は、内歯車(リングギヤ)31aと、主軸2に一体回転可能に連結された遊星キャリア(図示省略)に保持された複数の遊星歯車31bと、遊星歯車31bに噛み合う太陽歯車31cとを有している。これにより、前記主軸2とともに遊星キャリアが回転すると、遊星歯車31bを介して太陽歯車31cが回転し、その回転が高速段歯車機構32の低速軸33に伝達される。
低速軸33は、その直径が例えば約1mの大型の回転軸からなり、主軸2と同心上に配置されている。低速軸33の軸方向両端部はころ軸受36a,36bにより回転自在に支持されている。
中間軸34は、低速軸33の上方に配置されており、その軸方向両端部はころ軸受37a,37bにより回転自在に支持されている。中間軸34の第1中間ギヤ34aは低速ギヤ33aと噛み合い、第2中間ギヤ34bは高速ギヤ35aと噛み合っている。
出力軸35は、中間軸34の上方に配置されており、回転トルクを出力するようになっている。出力軸35の軸方向の一端部35b及び他端部(出力端部)35c側は、それぞれころ軸受38,39により回転自在に支持されている。
保持器38dは、軸方向に離反して配置された一対の円環部38d1と、この円環部38d1の周方向に沿って等間隔おきに配置されて両円環部38d1同士を連結する複数の柱部38d2とを有している。一対の円環部38d1と隣接する柱部38d2との間には、それぞれポケット38d3が形成されており、このポケット38d3内に各円筒ころ38cが配置されている。
フランジ部52は、円筒部51の外周面よりも径方向外側に延びて形成されており、出力軸35の出力端部35cに着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部52は、出力軸35の前記出力端部35cに形成されたフランジ部35c1に当接した状態で、図示しないボルト・ナットにより当該フランジ部35c1に締結固定されている。前記円筒部51の内周面は円筒面とされている。
フランジ部61は、大径部62の外周面よりも径方向外側に延びて形成されており、駆動軸41に着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部61は、駆動軸41に形成されたフランジ部41aに当接した状態で、図示しないボルト・ナットにより当該フランジ部41aに締結固定されている。なお、小径部63の端面と出力軸35のフランジ部35c1の端面との間には、隙間S1が形成されている。
外輪71は、入力回転体5の円筒部51の軸方向中央部に内嵌して固定されており、入力回転体5と一体回転するようになっている。出力回転体6における小径部63の軸方向中央部の領域Bは、一方向クラッチ7の内輪72とされている。ころ73は、円柱形状であり、本実施形態では周方向に8つ配置されている。
保持器74は、軸方向に対向する一対の円環部74aと、両円環部74aの間で軸方向に延びかつ周方向等間隔に配列されて当該両円環部74aを連結する複数の柱部74bとを有している。両円環部74aと隣接する柱部74bとの間には複数のポケット74cが形成されており、各ポケット74cに各ころ73が個別に収容されている。
弾性部材75は、圧縮コイルバネからなり、保持器74の各ポケット74cに個別に収容されて柱部74bに取り付けられている。
外輪81は、内周に形成された外輪軌道面81aと、この外輪軌道面81aの軸方向両側において径方向内側に向かって突出して形成された外輪鍔部81bとを有している。各外輪鍔部81bの内側面には、円筒ころ83の両端面がそれぞれ摺接するようになっている。また、一方向クラッチ7に隣接する外輪鍔部81bの外側面81b1は、一方向クラッチ7の保持器74の軸方向端面である円環部74aの外側面が当接する当接面とされている。
さらに、入力回転体5と出力回転体6との接続を遮断することにより、発電機4のロータ42は、急激に減速することなく慣性によって回転し続けるため、ロータ42の平均回転速度を上げることができる。これにより、発電機4の発電効率を向上させることができる。
また、転がり軸受8の外輪鍔部81bに、一方向クラッチ7の保持器74の軸方向両端面(円環部74aの外側面)を当接させるため、転がり軸受8の外輪鍔部81bを、前記保持器74の軸方向移動を規制する部材として兼用することができる。これにより、転がり軸受8の構造を簡略化することができる。
また、出力回転体6は、発電機4の駆動軸41に着脱可能に固定されるとともに、入力回転体5に対して軸方向に移動可能に配置されているため、出力回転体6を駆動軸41から取り外して入力回転体5に対して軸方向へ移動させれば、入力回転体5から出力回転体6を取り外すことができる。これにより、一方向クラッチ7の内輪72及び転がり軸受8の内輪82を同時に取り外すことができるため、一方向クラッチ7及び転がり軸受8のメンテナンス作業を容易に行うことができる。この際、発電機4を移動させる必要がないため、前記メンテナンス作業をさらに容易に行うことができる。
この実施形態が図3及び図4に示す実施形態と主に相違する点は、出力回転体60を入力回転体50の径方向外側に配置している点であり、図3に示す実施形態と同じ部分については同じ符号を付している。
出力回転体60は、図3に示す実施形態における出力回転体6と同じ形状のものを、図5において左右対称に配置し、そのフランジ部62を、駆動軸41のフランジ部41aに着脱可能に固定している。
内輪82は、外周に形成された内輪軌道面82aと、この内輪軌道面82aの軸方向両側において径方向外側に向かって突出して形成された内輪鍔部82bとを有している。この内輪82は入力回転体50の小径部53の外周に一体回転可能に嵌合されている。
各内輪鍔部82bの内側面には、円筒ころ83の両端面がそれぞれ摺接するようになっている。また、一方向クラッチ7に隣接する内輪鍔部82bの外側面82b1は、一方向クラッチ7の保持器74の軸方向端面である円環部74aの外側面が当接する当接面とされている。
内輪72は、入力回転体50の小径部53の軸方向中央部に外嵌して固定されており、小径部53と一体回転するようになっている。出力回転体60における円筒部61の軸方向中央部の領域Bは、一方向クラッチ7の外輪71とされている。したがって、円筒部71の領域Bの内周面に、前記内周面71aが形成されている。
なお、入力回転体50の大径部52と出力回転体60の左端部の内周との間の環状空間は、シール部材10によって密封されている。
この実施形態が図3及び図4に示す実施形態と主に相違する点は、一方向クラッチ7の構成が異なる点であり、図3に示す実施形態と同じ部分については同じ符号を付している。
外輪カム面71a1の最大内径寸法d1(接線Lに対して径方向外方に最も離れている点における内径寸法)は、入力回転体5の内周面5a(転がり軸受8の外輪81が圧入される面)の内径寸法d2以下に設定されている。
また、この実施形態では、一方向クラッチ7の弾性部材75を外輪内周面71aに形成された当接部76により保持されているが、図4に示す実施形態のように、保持器74により保持されていてもよい。
また、外輪カム面71a1の最大内径寸法d1が、入力回転体5の内周面5aの内径寸法d2以下に設定されているため、上述のように外輪カム面71a1を冷間鍛造又は引抜き加工により容易に成形することができる。
また、一方向クラッチ7の外輪内周面71aには、弾性部材75の一端部をころ73に当接させた状態で弾性部材75の他端部が当接する当接部76が形成されているため、弾性部材75をころ73と当接部76との間で保持することができる。これにより、弾性部材75を保持するための保持器が不要になるため、装置全体の構造をさらに簡略化することができる。
また、入力回転体と出力回転体との間に配置される転がり軸受は、出力回転体を軸方向へ移動させるために円筒ころ軸受としているが、出力回転体を軸方向へ移動させない場合には玉軸受としてもよい。
Claims (11)
- 外力により回転する主軸と、
前記主軸の回転を入力して増速する回転伝達機構と、前記回転伝達機構の回転トルクを出力する出力軸を回転自在に支持するころ軸受とを有する増速機と、
前記出力軸の回転を入力として回転する駆動軸を有するとともに、当該駆動軸と一体回転するロータの回転に伴って発電する発電機と、を備えた発電装置であって、
前記出力軸に一体回転可能に設けられた入力回転体と、
前記駆動軸に一体回転可能に設けられ、前記入力回転体の径方向内側又は径方向外側に同心上に配置された出力回転体と、
前記入力回転体と出力回転体との間に配置され、前記入力回転体の回転速度が前記出力回転体の回転速度を上回る状態で、前記入力回転体と出力回転体とを一体回転可能に接続し、前記入力回転体の回転速度が前記出力回転体の回転速度を下回る状態で、前記入力回転体と出力回転体との接続を遮断する一方向クラッチと、
前記入力回転体と出力回転体とを接続した状態で前記出力軸の回転速度が所定値を超えると、前記入力回転体と出力回転体との接続を遮断する回転速度リミッタと、
を備えることを特徴とする発電装置。 - 前記一方向クラッチが、内輪外周面及び外輪内周面と、当該内輪外周面と外輪内周面との間に形成された複数のくさび状空間において個別に配置された複数のころと、各ころを一方向に付勢して前記内輪外周面及び外輪内周面に噛み合わせるばねとを有し、前記各ころが前記内輪外周面及び外輪内周面に噛み合うことにより前記入力回転体と出力回転体とを一体回転可能に接続し、その噛み合いを解除することにより前記接続を遮断するものであり、
前記回転速度リミッタが、前記一方向クラッチのころが前記内輪外周面及び外輪内周面に噛み合った状態で、前記出力軸の回転速度が所定値を超えると、遠心力によって前記複数のころを前記ばねの付勢力に抗して移動させてその噛み合いを解除するものである請求項1記載の発電装置。 - 前記一方向クラッチの外輪内周面が、その径方向外側に配置された前記入力回転体又は出力回転体の内周面と一体に形成されている請求項2に記載の発電装置。
- 前記外輪内周面には、前記くさび状空間を形成する外輪カム面が形成され、
前記外輪カム面の最大内径寸法が、前記一体に形成された内周面の内径寸法以下に設定されている請求項3に記載の発電装置。 - 前記一方向クラッチの外輪内周面には、前記ばねの一端部を前記ころに当接させた状態で当該ばねの他端部が当接する当接部が形成されている請求項3又は4に記載の発電装置。
- 前記入力回転体と出力回転体との間に配置され、当該入力回転体及び出力回転体を互いに相対回転可能に支持する転がり軸受をさらに備えている請求項2〜5のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記一方向クラッチは、前記複数のころを円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器を有し、
前記転がり軸受は、その軸方向端部に前記一方向クラッチの保持器の軸方向両端面が当接可能に、前記一方向クラッチの軸方向両側にそれぞれ隣接して一対配置されている請求項6に記載の発電装置。 - 前記転がり軸受は、複数の円筒ころと、この円筒ころの端面が摺接する鍔部とを有する円筒ころ軸受であり、
前記円筒ころ軸受の鍔部に、前記一方向クラッチの保持器の軸方向両端面が当接する請求項7に記載の発電装置。 - 前記一方向クラッチの内輪外周面は、円筒面とされており、
前記円筒ころ軸受は、前記円筒ころが転動する内輪軌道面を有し、
前記出力回転体は、前記入力回転体の径方向内側に配置され、当該出力回転体の外周面に前記一方向クラッチの内輪外周面及び前記円筒ころ軸受の内輪軌道面が形成されている請求項8に記載の発電装置。 - 前記一方向クラッチの外輪内周面は、円筒面とされており、
前記円筒ころ軸受は、前記円筒ころが転動する外輪軌道面を有し、
前記出力回転体は、前記入力回転体の径方向外側に配置され、当該出力回転体の内周面に前記一方向クラッチの外輪内周面及び前記円筒ころ軸受の外輪軌道面が形成されている請求項8に記載の発電装置。 - 前記出力回転体は、前記駆動軸に着脱可能に固定されているとともに、前記入力回転体に対して軸方向に移動可能に配置されている請求項9又は10に記載の発電装置。
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