JP2014043899A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油を装置全体に亘って循環させることができる減速装置を提供する。
【解決手段】本発明の減速装置１は、上下方向に互いに隣接して配置された上段減速機構６及び下段減速機構７を備えている。上段減速機構６は、入力軸３の回転を入力して、入力軸３の下方に配置された中間軸４を所定の減速比で回転させる。下段減速機構７は、中間軸４の回転を入力して、中間軸４の下方に配置された出力軸５を所定の減速比で回転させる。中間軸４は、中空筒状に形成されており、その下端部には中間軸４の内部に潤滑油を導入する内側油路８が径方向に貫通して形成されている。減速装置１は、中間軸４の内部に配置されているとともに軸方向一端部が入力軸３に取り付けられ、入力軸３とともに回転することで内側油路８から中間軸４の内部に導入された潤滑油を下から上へ掻き上げるスクリュ１０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下方向に複数段の減速機構を配置してなる減速装置に関する。

風力発電装置には、ブレードが風力を正面から受けることができるように、発電ユニットを風向きに応じてタワーに対して旋回させるヨー駆動装置が設けられている。このヨー駆動装置は、高減速比（約１／２０００）を得るために、複数段の減速機構を組み合わせた減速装置を備えている。このような減速装置では、一般的に各減速機構に用いられる転がり軸受はオイル潤滑されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２１６３５５号公報

前記減速装置の転がり軸受は、高荷重かつ低速回転下で使用されるため、当該転がり軸受に潤滑用の油膜が形成され難い。その上、前記減速機構は縦置きに配置されているため、装置内部の潤滑油が自重で落下することにより、装置全体に亘って潤滑油を十分に循環させることができない。このため、転がり軸受には、油膜形成不良による表面起点剥離が発生し、転がり軸受の寿命が低下するという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、潤滑油を装置全体に亘って循環させることができる減速装置を提供することを目的とする。

本発明の減速装置は、上下方向に互いに隣接して配置された上段減速機構及び下段減速機構と、上下方向の軸線回りに回転自在とされ、前記上段減速機構に回転を入力する入力軸と、前記入力軸の下方において当該入力軸と同軸状に配置され、前記上段減速機構により所定の減速比で回転するとともにその回転を前記下段減速機構に入力する中間軸と、前記中間軸の下方において当該中間軸と同軸状に配置され、前記下段減速機構により所定の減速比で回転する出力軸と、を備えた減速装置であって、前記中間軸は、中空筒状に形成されており、前記中間軸の下端部には、当該中間軸の内部に潤滑油を導入する内側油路が径方向に貫通して形成され、前記中間軸の内部に配置されているとともに軸方向一端部が前記入力軸に取り付けられ、当該入力軸とともに回転することで前記油路から前記中間軸の内部に導入された潤滑油を下から上へ掻き上げるスクリュを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、中間軸の内部に配置されたスクリュが入力軸とともに回転すると、上段減速機構により中間軸が所定の減速比で回転するため、入力軸と中間軸との間で回転速度差が生じ、スクリュが中間軸に対して相対回転する。これにより、中間軸の下端部からその内部に導入された潤滑油をスクリュによって下から上へ掻き上げることができるため、潤滑油を装置全体に亘って上下方向に積極的に循環させることができる。その結果、減速装置に用いられる転がり軸受に油膜形成不良による表面起点剥離が発生するのを抑制することができる。

前記出力軸は、中空筒状に形成されており、前記出力軸の上端部の内周面は、前記中間軸の下端部の外周面よりも大径に形成されるとともに当該外周面を覆った状態で配置され、前記出力軸の上端部には、当該出力軸の内部に潤滑油を導入する外側油路が径方向に貫通して形成されていることが好ましい。
この場合、出力軸の外側に滞留する潤滑油を、出力軸の外側油路及び中間軸の内側油路を介して中間軸の内部に導入し、スクリュによって下から上へ掻き上げることができる。これにより、潤滑油を装置全体に亘ってさらに積極的に循環させることができる。

前記減速装置は、前記スクリュの軸方向他端部が、磁気軸受を介して前記中間軸の内周面に回転自在に支持されていることが好ましい。この場合、潤滑油に含まれる金属製の異物（転がり軸受の摩耗粉等）を、磁気軸受の磁力により吸着させることができるため、潤滑油の清浄度を改善することができる。

本発明の減速装置によれば、潤滑油を装置全体に亘って循環させることができる。

本発明の一実施形態に係る減速装置を示す断面図である。 上記減速装置の上段減速機構を示す断面図である。 上記減速装置のハウジング内に封入された潤滑油の循環径路を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る減速装置を示す断面図である。
この減速装置１は、風力発電装置の発電ユニットをタワーに対して旋回させるヨー駆動装置に設けられており、高減速比（１／１６００〜１／２５００）を得るために複数段（２段）の減速機構を組み合わせて構成されている。図１において、減速装置１は、ハウジング２と、入力軸３と、中間軸４と、出力軸５と、上段減速機構６と、下段減速機構７とを備えている。

前記入力軸３は、ハウジング２内に配置されており、軸本体部３ａと、この軸本体部３ａに外嵌して固定された外筒部３ｂとによって構成されている。入力軸３の軸方向一端部（上端部）は、ハウジング２の上端において第１転がり軸受（玉軸受）１１を介して上下方向の軸線Ｘ回りに回転自在に支持されている。
前記中間軸４は、ハウジング２内の入力軸３の下方において入力軸３と同軸状に配置されており、中空円筒状に形成された軸本体部４ａと、この軸本体部４ａに外嵌して固定された外筒部４ｂとによって構成されている。中間軸４の軸方向一端部（上端部）の内周面は、入力軸３の外周面よりも大径に形成されており、第２転がり軸受（玉軸受）１２を介して入力軸３の軸方向他端部（下端部）を回転自在に支持している。また、中間軸４の軸方向一端部の外周面とハウジング２の内周面との間には第３転がり軸受１３が介在し、中間軸４の軸方向一端部はハウジング２に対して回転自在に支持されている。

前記出力軸５は、中空円筒状に形成され、ハウジング２内の中間軸４の下方において、中間軸４と同軸状に配置されている。出力軸５の軸方向一端部（上端部）の内周面は、中間軸４の外周面よりも大径に形成されるとともに当該外周面を覆った状態で配置されている。出力軸５の軸方向一端部（上端部）は、中間軸４の軸方向他端部（下端部）を、第４転がり軸受１４を介して回転自在に支持している。また、出力軸５の軸方向一端部の外周面とハウジング２の内周面との間には第５転がり軸受（円すいころ軸受）１５が介在し、出力軸５の軸方向一端部はハウジング２に対して回転自在に支持されている。出力軸５の軸方向他端部（下端部）は、第６転がり軸受（円すいころ軸受）１６を介してハウジング２に回転自在に支持されている。

図２は、前記上段減速機構６を示す断面図である。図２において、上段減速機構６は、入力軸３の回転を入力して、中間軸４を入力軸３に対して所定の減速比（例えば１／４０〜１／５０）で回転させる高速段の減速機構である。
本実施形態の上段減速機構６は、複数（２個）の第１偏心カム２１と、複数（２個）の第１外歯歯車２２と、第１内歯歯車２３と、複数の第１出力ピン２４とを備えている。

前記各第１偏心カム２１は、入力軸３の外筒部３ｂの外周において軸方向に隣接して一体に形成され、互いに１８０°の位相差で配置されている。各第１偏心カム２１の外周には、第７転がり軸受２５を介して各第１外歯歯車２２がそれぞれ回転自在に支持されている。
前記第１外歯歯車２２は、第１内歯歯車２３よりも所定数（例えば１個）少ない歯数を有している。第１外歯歯車２２には、周方向に所定間隔をあけて軸方向に貫通する複数のピン孔２２ａが形成されており、各ピン孔２２ａに前記第１出力ピン２４がそれぞれ遊嵌されている。

前記第１出力ピン２４の外周には、前記ピン孔２２ａとの摺動抵抗を軽減するために、複数のローラ２７ａを有する第８転がり軸受（ニードル軸受）２７が取り付けられている。第１出力ピン２４の軸方向一端部（図２の下端部）は、中間軸４に圧入して固定され、第１出力ピン２４の軸方向他端部（図２の上端部）は、中間軸４と一体に形成された第１フランジ体２６に圧入して固定されている。
前記第１内歯歯車２３は、ハウジング２の内周において第１外歯歯車２２に対応する位置に一体に形成されている。

以上の構成により、入力軸３が高速（例えば２５００ｒｐｍ）で回転すると、第１偏心カム２１を介して第１外歯歯車２２が揺動し、第１外歯歯車２２と第１内歯歯車２３との噛合位置が歯数差分だけずれる。その結果、第１外歯歯車２２が第１内歯歯車２３に対して、歯数差に相当する角度だけ相対回転（入力軸３の回転方向と逆方向に自転）する。この第１外歯歯車２２の相対回転（自転）は、第１出力ピン２４を介して中間軸４に伝達され、中間軸４は、前記減速比に対応して中速（例えば５０ｒｐｍ）で回転する。

図１において、前記下段減速機構７は、中間軸４の回転を入力して、出力軸５を中間軸４に対して所定の減速比（例えば１／４０〜１／５０）で回転させる低速段の減速機構である。
本実施形態の下段減速機構７は、複数（２個）の第２偏心カム４１と、複数（２個）の第２外歯歯車４２と、第２内歯歯車４３と、複数の第２出力ピン４４とを備えている。

前記各第２偏心カム４１は、中間軸４の外筒部４ｂの外周において軸方向に隣接して一体に形成され、互いに１８０°の位相差で配置されている。各第２偏心カム４１の外周には、第９転がり軸受４５を介して各第２外歯歯車４２がそれぞれ回転自在に支持されている。
前記第２外歯歯車４２は、第２内歯歯車４３よりも所定数（例えば１個）少ない歯数を有している。第２外歯歯車４２には、周方向に所定間隔をあけて軸方向に貫通する複数のピン孔４２ａが形成されており、各ピン孔４２ａに前記第２出力ピン４４がそれぞれ遊嵌されている。

前記第２出力ピン４４の外周には、前記ピン孔４２ａとの摺動抵抗を軽減するために、複数のローラ４７ａを有する第１０転がり軸受（ニードル軸受）４７が取り付けられている。第２出力ピン４４の軸方向一端部（図１の下端部）は、出力軸５に圧入して固定され、第２出力ピン４４の軸方向他端部（図１の上端部）は、出力軸５と一体に形成された第２フランジ体４６に圧入して固定されている。第２フランジ体４６は、第１１転がり軸受（玉軸受）４８を介して中間軸４に対して回転自在に支持されている。
前記第２内歯歯車４３は、ハウジング２の内周において第２外歯歯車４２に対応する位置に一体に形成されている。

以上の構成により、中間軸４が中速で回転すると、第２偏心カム４１を介して第２外歯歯車４２が揺動し、第２外歯歯車４２と第２内歯歯車４３との噛合位置が歯数差分だけずれる。その結果、第２外歯歯車４２が第２内歯歯車４３に対して、歯数差に相当する角度だけ相対回転（中間軸４の回転方向と逆方向に自転）する。この第２外歯歯車４２の相対回転（自転）は、第２出力ピン４４を介して出力軸５に伝達され、出力軸５は、前記減速比に対応して低速（例えば１ｒｐｍ）で回転する。

図１において、第４転がり軸受１４の下方には、中間軸４の下端部の外周面と出力軸５の内周面との隙間を密封するシール部材１７が設けられている。また、第５転がり軸受１５の下方には、ハウジング２の内周面と出力軸５の外周面との隙間を密封するシール部材１８が設けられている。前記シール部材１７，１８よりも上方のハウジング２内には前記各転がり軸受１１〜１５，２５，２７，４５，４７，４８をオイル潤滑するための潤滑油が封入されている。

中間軸４の下端部には、その中間軸の内部に潤滑油を導入する内側油路８が、軸本体部４ａ及び外筒部４ｂを径方向に貫通して形成されている。内側油路８は、中間軸４の周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。また、出力軸５の上端部には、その内部に潤滑油を導入する外側油路９が径方向に貫通して形成されている。前記外側油路９は、出力軸５の周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。

減速装置１は、中間軸４の内部に配置されたスクリュ１０を備えている。このスクリュ１０は、前記軸線Ｘと同軸状に配置されたスクリュ軸１０ａと、このスクリュ軸１０ａの外周において軸方向全長に亘って形成されたブレード１０ｂとによって構成されている。スクリュ軸１０ａの軸方向一端部（上端部）は、入力軸３の軸本体部３ａに圧入して固定されており、スクリュ軸１０ａの軸方向他端部（下端部）は、磁気軸受１９を介して中間軸４の軸本体部４ａの内周面に対して前記軸線Ｘ回りに回転自在に支持されている。ブレード１０ｂは、入力軸３とともにスクリュ軸１０ａを回転することで、前記内側油路８から中間軸４の内部に導入された潤滑油を下から上へ掻き上げるように形成されている。

以上の構成により、入力軸３が回転してスクリュ１０が回転すると、上段減速機構６により中間軸４が所定の減速比で回転するため、入力軸３と中間軸４との間で回転速度差が生じ、スクリュ１０が中間軸４に対して相対回転する。これにより、中間軸４の下端部から内側油路８を介して中間軸４の内部に導入された潤滑油をスクリュ１０によって下から上へ掻き上げることができるため、潤滑油を装置全体に亘って上下方向に積極的に循環させることができる。

図３は、ハウジング２内に封入された潤滑油の循環径路を示す断面図である。図３において、潤滑油の循環径路は、中間軸４と出力軸５との間を通過する循環径路Ａと、出力軸５とハウジング２との間を通過する循環径路Ｂとに大別される。
前記循環径路Ａでは、中間軸４と出力軸５との間において自重で落下した潤滑油は、内側油路８から中間軸４の内部に導入され、スクリュ１０によって中間軸４の下端から上端へ掻き上げられる。この上端に導かれた潤滑油は、第２転がり軸受１２を通過して中間軸４の上方へ押し出され、第７，第８転がり軸受２５，２７を通過する。その後、潤滑油は、自重により落下しながら、第３転がり軸受１３，第１１転がり軸受４８，第９転がり軸受４５，第４転がり軸受１４をこの順に通過し、再び内側油路８から中間軸４の内部に導入される。

前記循環径路Ｂでは、出力軸５とハウジング２の間において自重で落下した潤滑油は、外側油路９及び内側油路８を通過して中間軸４の内部に導入され、スクリュ１０によって中間軸４の下端から上端へ掻き上げられる。この上端に導かれた潤滑油は、循環径路Ａと同様に、第２転がり軸受１２を通過して中間軸４の上方へ押し出され、第７，第８転がり軸受２５，２７を通過する。その後、潤滑油は、自重により落下しながら、第３転がり軸受１３，第１０転がり軸受４７，第５転がり軸受１５をこの順に通過し、再び外側油路９及び内側油路８を通過して中間軸４の内部に導入される。

このように、潤滑油が循環径路Ａ，Ｂにおいて上下方向に循環することにより、ハウジング２内に収容されている転がり軸受のうち、特に低速回転下で使用される転がり軸受１３〜１５，４５，４７，４８を通過するため、これらの各転がり軸受１３〜１５，４５，４７，４８に油膜形成不良による表面起点剥離が発生するのを抑制することができる。
また、スクリュ１０の下端部は、磁気軸受１９を介して中間軸４に回転自在に支持されているため、潤滑油に含まれる金属製の異物（転がり軸受の摩耗粉等）を、磁気軸受１９の磁力により吸着させることができる。これにより、潤滑油の清浄度を改善することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態の減速装置１は、２段の減速機構６，７を備えているが、３段以上の減速機構を備えているものであってもよい。この場合、スクリュ１０は、上記実施形態のように１段目の減速機構と２段目の減速機構とを連結する中間軸に配置してもよいし、これに加えて又はこれに代えて、２段目以降の減速機構において上下方向に互いに隣接する減速機構を連結する中間軸に配置するようにしてもよい。
また、スクリュ１０の下端部は、磁気軸受１０によって回転自在に支持されているが、潤滑油を清浄する必要がない場合は、転がり軸受によって回転自在に支持されていてもよい。

１：減速装置、３：入力軸、４：中間軸、５：出力軸、６：上段減速機構、７：下段減速機構、８：内側油路、９：外側油路、１０：スクリュ、１９：磁気軸受

Claims (3)

1. 上下方向に互いに隣接して配置された上段減速機構及び下段減速機構と、
   上下方向の軸線回りに回転自在とされ、前記上段減速機構に回転を入力する入力軸と、
   前記入力軸の下方において当該入力軸と同軸状に配置され、前記上段減速機構により所定の減速比で回転するとともにその回転を前記下段減速機構に入力する中間軸と、
   前記中間軸の下方において当該中間軸と同軸状に配置され、前記下段減速機構により所定の減速比で回転する出力軸と、を備えた減速装置であって、
   前記中間軸は、中空筒状に形成されており、
   前記中間軸の下端部には、当該中間軸の内部に潤滑油を導入する内側油路が径方向に貫通して形成され、
   前記中間軸の内部に配置されているとともに軸方向一端部が前記入力軸に取り付けられ、当該入力軸とともに回転することで前記油路から前記中間軸の内部に導入された潤滑油を下から上へ掻き上げるスクリュを備えていることを特徴とする減速装置。
2. 前記出力軸は、中空筒状に形成されており、
   前記出力軸の上端部の内周面は、前記中間軸の下端部の外周面よりも大径に形成されるとともに当該外周面を覆った状態で配置され、
   前記出力軸の上端部には、当該出力軸の内部に潤滑油を導入する外側油路が径方向に貫通して形成されている請求項１に記載の減速装置。
3. 前記スクリュの軸方向他端部が、磁気軸受を介して前記中間軸の内周面に回転自在に支持されている請求項１又は２に記載の減速装置。

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