JP2014173549A - Wind power generation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generation device capable of effectively suppressing generation of smearing on a rolling bearing supporting an output shaft of a speed-increasing gear.SOLUTION: A wind power generation device 1 includes: an input rotary body 5 integrally rotatably disposed on an output shaft 35 of a speed-increasing gear 3; an output rotary body 6 integrally rotatably disposed on an input shaft 41 of a power generator 4; and a one-way clutch 7 disposed between the input rotary body 5 and the output rotary body 6. The one-way clutch 7 integrally rotatably connects the input rotary body 5 and the output rotary body 6 in a state that a rotating speed of the input rotary body 5 is higher than a rotating speed of the output rotary body 6, and disconnects the input rotary body 5 and the output rotary body 6 in a state that the rotating speed of the input rotary body 5 is lower than the rotating speed of the output rotary body 6. Axial relative movement of the input rotary body 5 and the output rotary body 6 is permitted, and its maximum allowance is determined to be larger than a fluctuation amount of an axial interval between the input shaft 41 and the output shaft 35 due to state change.

Description

本発明は、風力による主軸の回転を増速機により増速させて発電機を駆動する風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine generator that drives a generator by increasing the rotation of a main shaft by wind power using a gearbox.
従来、風力発電装置として、ブレードにより風力を受けて当該ブレードに接続された主軸を回転させ、その主軸の回転を増速させて発電機を駆動させるために、増速機を用いたものがある。図19に示すように、この増速機202は、主軸200の回転を入力して増速する遊星歯車機構203と、この遊星歯車機構203により増速された回転を入力して、さらにその回転を増速する高速段歯車機構204と、この高速段歯車機構204の回転トルクを出力する出力軸205とを備えている。   Conventionally, as a wind power generator, there is a wind power generator that uses a speed increasing device to drive a generator by receiving wind power from a blade, rotating a main shaft connected to the blade, and increasing the rotation speed of the main shaft. . As shown in FIG. 19, the speed increaser 202 inputs the rotation of the planetary gear mechanism 203 that receives the rotation of the main shaft 200 and increases the speed, and further receives the rotation increased by the planetary gear mechanism 203. Is provided with a high-speed gear mechanism 204 that speeds up the rotation, and an output shaft 205 that outputs the rotational torque of the high-speed gear mechanism 204.
遊星歯車機構203は、主軸200と一体回転可能に連結された入力軸203aが回転すると、遊星キャリア203bが回転することによって、遊星歯車203cを介して太陽歯車203dが増速回転し、その回転を高速段歯車機構204の低速軸204aに伝達するようになっている。
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)。
In the planetary gear mechanism 203, when the input shaft 203a connected to the main shaft 200 so as to rotate integrally is rotated, the planet carrier 203b is rotated, so that the sun gear 203d is rotated at an increased speed via the planetary gear 203c. It is transmitted to the low-speed shaft 204a of the high-speed gear mechanism 204.
When the low-speed shaft 204a rotates, the high-speed gear mechanism 204 rotates the intermediate shaft 204d through the low-speed gear 204b and the first intermediate gear 204c, and further outputs the output shaft through the second intermediate gear 204e and the high-speed gear 204f. 205 is rotated at a high speed.
As bearings that rotatably support the low-speed shaft 204a, the intermediate shaft 204d, and the output shaft 205 of the speed increaser 202, roller bearings 206 to 211 are frequently used (see, for example, Patent Document 1).
特開2007−232186号公報JP 2007-232186 A
従来の風力発電装置では、高速回転する出力軸を支持するころ軸受において、ころの転動面や回転輪の軌道面にスメアリング(表層焼付きが起こる現象)が発生し、ころ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転がり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風力発電装置を提供することを目的とする。
In conventional wind turbine generators, in roller bearings that support high-speed rotating output shafts, smearing (a phenomenon in which surface seizure occurs) occurs on the rolling surfaces of the rollers and the raceways of the rotating wheels, and the life of the roller bearings is reduced. There was a problem of lowering.
This invention is made in view of such a situation, and provides the wind power generator which can suppress effectively that smearing generate | occur | produces in the rolling bearing which supports the output shaft of a gearbox. For the purpose.
本願発明者は、スメアリングの発生メカニズムについて鋭意研究を重ねた。その結果、風力の低下により主軸の回転速度が急激に低下すると、重量の重い発電機のロータの慣性により、出力軸の回転速度よりも発電機の駆動軸の回転速度が上回ることによっていわゆるトルク抜け(荷重抜け)が発生し、このトルク抜けによって出力軸を支持する転がり軸受に作用するラジアル荷重が減少し、転がり軸受の転動体と回転輪との転がり摩擦抵抗よりも、転動体とそれを保持する保持器との摺動摩擦抵抗等が上回ることにより、転動体の自転が遅れることを見出した。そして、この状態から風力の増加により主軸の回転速度が急激に増加したときに、増速の慣性トルクが加わり出力軸を支持する転がり軸受に作用するラジアル荷重が増加するため、その瞬間に転動体に高荷重がかかった状態で転動体が回転輪との接触面で滑り、その接触面が昇温することにより、スメアリングが発生するという知見を得、かかる知見に基づいて本願発明を完成させた。   The inventor of the present application has made extensive studies on the mechanism of smearing. As a result, when the rotation speed of the main shaft rapidly decreases due to a decrease in wind power, the inertia of the heavy generator rotor causes the rotation speed of the generator drive shaft to exceed the rotation speed of the output shaft, so-called torque loss. (Load loss) occurs, and this torque loss reduces the radial load acting on the rolling bearing that supports the output shaft, and maintains the rolling element and its rolling resistance rather than the rolling friction resistance between the rolling element and the rotating wheel of the rolling bearing. It has been found that the rotation of the rolling element is delayed by exceeding the sliding frictional resistance with the cage. From this state, when the rotation speed of the main shaft suddenly increases due to an increase in wind power, the inertial torque of the acceleration increases and the radial load acting on the rolling bearing that supports the output shaft increases. The rolling element slips on the contact surface with the rotating wheel in a state where a high load is applied to the rotating wheel, and the contact surface is heated to obtain the knowledge that smearing occurs, and the present invention has been completed based on such knowledge. It was.
すなわち、本発明は、主軸と、風力を受けることによって前記主軸を回転させる受風部材と、前記主軸の回転を入力して増速する回転伝達機構、及び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転がり軸受を有する増速機と、前記出力軸の回転を入力として回転する入力軸を有するとともに、当該入力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、を備えた風力発電装置であって、前記出力軸に一体回転可能に設けられた入力回転体と、前記入力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、前記入力回転体と前記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、前記入力回転体と前記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、前記入力回転体と前記出力回転体との接続を遮断する一方向クラッチとを備え、前記入力回転体と前記出力回転体とは軸方向の相対移動が許容され、その最大の許容量が、状態変化による前記入力軸と前記出力軸との軸方向間隔の変動量よりも大きく設定されていることを特徴とする。   That is, the present invention outputs a main shaft, a wind receiving member that rotates the main shaft by receiving wind force, a rotation transmission mechanism that inputs the rotation of the main shaft to increase the speed, and a rotation torque of the rotation transmission mechanism. A speed increaser having a rolling bearing that rotatably supports an output shaft, and an electric generator that has an input shaft that rotates with the rotation of the output shaft as an input, and that generates electric power with the rotation of a rotor that rotates integrally with the input shaft And an input rotator provided to be rotatable integrally with the output shaft; and a radially inner side or radial direction of the input rotator provided to be rotatable integrally with the input shaft. An output rotator disposed concentrically on the outer side, disposed between the input rotator and the output rotator, and the rotational speed of the input rotator exceeds the rotational speed of the output rotator; Input rotating body One direction that connects the output rotator and the output rotator in a state where the output rotator and the output rotator are connected to each other so as to be integrally rotatable. The input rotator and the output rotator are allowed to move relative to each other in the axial direction, and the maximum allowable amount is the amount of change in the axial interval between the input shaft and the output shaft due to a state change. It is characterized by being set larger than the above.
上記のように構成された風力発電装置によれば、前記一方向クラッチにより、入力回転体の回転速度が出力回転体の回転速度を上回るときは、入力回転体と出力回転体とを一体回転可能に接続し、入力回転体の回転速度が出力回転体の回転速度を下回ると、入力回転体と出力回転体との接続を遮断することができる。つまり、風力の低下により主軸を介して出力軸の回転速度が急激に低下しても、発電機のロータの慣性による回転が入力軸を介して出力軸に伝達されるのを防止することができる。これにより、出力軸を支持している転がり軸受に作用するラジアル荷重の減少及びこれに伴う転動体の自転遅れを抑制することができる。したがって、この状態から風力変化により主軸の回転速度が急激に増加して転がり軸受の転動体に高荷重がかかったときに、転動体が回転輪との接触面で滑りにくくなるため、転がり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。
また、前記入力回転体と前記出力回転体とは軸方向の相対移動が許容されるとともに、その最大の許容量が、状態変化による前記入力軸と前記出力軸との軸方向間隔の変動量よりも大きく設定されているので、風力発電装置の環境温度変化やナセル内の温度変化等によって入力軸や出力軸が伸縮した場合であっても入力回転体及び出力回転体が追従して相対移動し、入力軸及び出力軸やこれらを支持する部材等に軸方向の負荷が生じるのを抑制することができる。
According to the wind turbine generator configured as described above, when the rotational speed of the input rotating body exceeds the rotational speed of the output rotating body, the input rotating body and the output rotating body can be integrally rotated by the one-way clutch. When the rotational speed of the input rotator is lower than the rotational speed of the output rotator, the connection between the input rotator and the output rotator can be disconnected. In other words, even if the rotational speed of the output shaft suddenly decreases through the main shaft due to a decrease in wind power, it is possible to prevent the rotation due to the inertia of the rotor of the generator from being transmitted to the output shaft through the input shaft. . Thereby, the reduction of the radial load which acts on the rolling bearing which supports the output shaft, and the accompanying rotation delay of the rolling element can be suppressed. Therefore, when the rotational speed of the main shaft suddenly increases due to changes in wind power from this state and a high load is applied to the rolling element of the rolling bearing, the rolling element becomes difficult to slip on the contact surface with the rotating wheel. It is possible to effectively suppress smearing.
In addition, the input rotating body and the output rotating body are allowed to move in the axial direction, and the maximum allowable amount is based on the amount of change in the axial interval between the input shaft and the output shaft due to a state change. Therefore, even if the input shaft or output shaft expands or contracts due to the environmental temperature change of the wind turbine generator or the temperature change in the nacelle, the input rotator and output rotator follow and move relative to each other. Further, it is possible to suppress the occurrence of axial loads on the input shaft, the output shaft, the members that support these, and the like.
前記一方向クラッチは、前記入力回転体及び前記出力回転体のうち一方の回転体側に設けられる内輪外周面と、他方の回転体側に設けられかつ前記内輪外周面の径方向外側に配置される外輪内周面と、前記内輪外周面と前記外輪内周面との間に形成された空間に周方向に間隔をあけて配置された複数の係合子とを有し、前記係合子が前記内輪外周面及び前記外輪内周面に噛み合うことにより前記入力回転体と前記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、
前記入力回転体と前記出力回転体との間に、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円筒ころ軸受を備えていることが好ましい。
The one-way clutch includes an inner ring outer peripheral surface provided on one rotating body side of the input rotating body and the output rotating body, and an outer ring provided on the other rotating body side and disposed radially outside the inner ring outer peripheral surface. An inner peripheral surface, and a plurality of engagement elements arranged at intervals in a circumferential direction in a space formed between the inner ring outer peripheral surface and the outer ring inner peripheral surface, and the engagement element is the inner ring outer periphery. The input rotator and the output rotator are connected so as to be integrally rotatable by meshing with a surface and the inner peripheral surface of the outer ring, and the connection is interrupted by releasing the meshing.
It is preferable that a cylindrical roller bearing is provided between the input rotator and the output rotator to support the input rotator and the output rotator so that they can rotate relative to each other.
この場合、一方向クラッチの係合子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、第2の転がり軸受によって防止することができる。したがって、風力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。   In this case, when the engagement of the engagement element of the one-way clutch with the outer peripheral surface of the inner ring and the inner peripheral surface of the outer ring is released, a gap is generated between them, so that the input rotator and the output rotator are Relative movement in the radial direction can be prevented by the second rolling bearing. Therefore, it is possible to prevent the input rotator and the output rotator from rattling in the radial direction during operation of the wind turbine generator.
前記内輪外周面及び前記外輪内周面は、円筒面に形成され、前記係合子は、スプラグにより構成されていることが好ましい。
係合子としてスプラグを用いる場合、内輪外周面及び外輪内周面の双方を円筒面に形成することができるため、内輪外周面及び外輪内周面を容易に形成することができる。また、スプラグは、係合子として「ころ」を用いる場合に比べて剛性を高くしトルク容量を高めやすいため、当該スプラグの径方向や軸方向の寸法を小さくすることができ、その結果、外輪内周面が形成された他方の回転体の寸法を小さくし、一方向クラッチを小型化することができる。
It is preferable that the inner ring outer peripheral surface and the outer ring inner peripheral surface are formed in a cylindrical surface, and the engaging element is constituted by a sprag.
When a sprag is used as the engagement element, both the inner ring outer circumferential surface and the outer ring inner circumferential surface can be formed on the cylindrical surface, and therefore the inner ring outer circumferential surface and the outer ring inner circumferential surface can be easily formed. In addition, since the sprag is more rigid and easier to increase the torque capacity than when using “rollers” as the engagement elements, the radial and axial dimensions of the sprag can be reduced. It is possible to reduce the size of the other rotating body on which the peripheral surface is formed, and to reduce the size of the one-way clutch.
さらに、係合子がスプラグにより構成されている場合には、前記内輪外周面が、前記入力回転体及び前記出力回転体のうち径方向内側に配置された一方の回転体の外周面により構成されていることが好ましい。このような構成によって、一方の回転体とは別体で、内輪外周面を備えた内輪等を設けなくてもよいので、一方向クラッチをより径方向にコンパクトに形成することができる。   Furthermore, when the engagement element is configured by a sprag, the inner ring outer peripheral surface is configured by an outer peripheral surface of one of the input rotating bodies and the output rotating body that is disposed radially inward. Preferably it is. With such a configuration, the one-way clutch can be more compactly formed in the radial direction because it is not necessary to provide an inner ring or the like having an outer peripheral surface of the inner ring separately from the one rotating body.
但し、係合子は、前記内輪外周面と前記外輪内周面との間に形成された複数のくさび状空間に配置される円筒ころにより構成されていてもよい。   However, the engagement element may be constituted by a cylindrical roller disposed in a plurality of wedge-shaped spaces formed between the outer peripheral surface of the inner ring and the inner peripheral surface of the outer ring.
前記入力回転体及び前記出力回転体のうち径方向外側に配置された一方の回転体の内周面が円筒面に形成されるとともに、前記外輪内周面と前記外輪軌道面とを構成していることが好ましい。
この構成によれば、当該一方の回転体の内周面が外輪内周面及び外輪軌道面を構成しているので、当該一方の回転体を、外輪内周面を有する外輪及び外輪軌道面を有する外輪として兼用することができ、一方向クラッチ及び第2の転がり軸受の構造の簡素化を図ることができる。また、一方の回転体の内周面を内径が一定の円筒面に形成すれば、当該回転体を係合子及びころに対して軸方向に移動させることが可能となる。したがって、出力軸と入力軸との軸方向の間隔等に応じて入力回転体と出力回転体との軸方向の相対位置を調節することが可能となる。
An inner peripheral surface of one of the input rotator and the output rotator arranged on the radially outer side is formed as a cylindrical surface, and constitutes the outer ring inner peripheral surface and the outer ring raceway surface. Preferably it is.
According to this configuration, since the inner peripheral surface of the one rotating body constitutes the outer ring inner peripheral surface and the outer ring raceway surface, the one rotating body is replaced with the outer ring and outer ring raceway surface having the outer ring inner peripheral surface. The outer ring can also be used, and the structure of the one-way clutch and the second rolling bearing can be simplified. Further, if the inner peripheral surface of one of the rotating bodies is formed as a cylindrical surface having a constant inner diameter, the rotating body can be moved in the axial direction with respect to the engaging element and the roller. Therefore, the relative position in the axial direction between the input rotating body and the output rotating body can be adjusted in accordance with the axial distance between the output shaft and the input shaft.
前記入力回転体及び前記出力回転体は、前記出力軸と前記入力軸とを一体回転可能に接続する軸継手装置を構成し、前記一方向クラッチが当該軸継手装置に組み込まれていることが好ましい。
このような構成によって、出力軸と入力軸との間のスペースが狭い場合でも、出力軸と入力軸とを接続する軸継手装置を利用して一方向クラッチを好適に設けることができる。
It is preferable that the input rotating body and the output rotating body constitute a shaft coupling device that connects the output shaft and the input shaft so as to be integrally rotatable, and the one-way clutch is incorporated in the shaft coupling device. .
With such a configuration, even when the space between the output shaft and the input shaft is narrow, the one-way clutch can be suitably provided using a shaft coupling device that connects the output shaft and the input shaft.
本発明の発電装置によれば、増速機の出力軸を支持する転がり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。   According to the power generator of the present invention, it is possible to effectively suppress the occurrence of smearing in the rolling bearing that supports the output shaft of the speed increaser.
本発明の第1の実施形態に係る風力発電装置の概略側面図である。1 is a schematic side view of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention. 増速機及び発電機を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows a gearbox and a generator. 軸継手装置を示す側面図(一部断面図)である。It is a side view (partial sectional view) showing a shaft coupling device. 図3におけるA−A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing in FIG. 一方向クラッチ及び転がり軸受を拡大して示す軸継手装置の断面図である。It is sectional drawing of the shaft coupling apparatus which expands and shows a one-way clutch and a rolling bearing. 一方向クラッチの要部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the principal part of a one-way clutch. 一方向クラッチの保持器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the holder | retainer of a one-way clutch. 一方向クラッチの作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of a one way clutch. 負荷トルクと伝達トルクとの関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between load torque and transmission torque. 軸継手装置の組立手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the assembly procedure of a shaft coupling apparatus. 増速機のころ軸受を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the roller bearing of a gearbox. カバー部材の連結部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the connection part of a cover member. 本発明の第2の実施形態に係る風力発電装置の軸継手装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shaft coupling apparatus of the wind power generator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 一方向クラッチの要部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the principal part of a one-way clutch. 風力発電装置の変形例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the modification of a wind power generator. 他の実施形態における増速機及び発電機を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the gearbox and generator in other embodiment. さらに他の実施形態における一方向クラッチ及び転がり軸受を拡大して示す軸継手装置の断面図である。It is sectional drawing of the shaft coupling apparatus which expands and shows the one-way clutch and rolling bearing in other embodiment. さらに他の実施形態における一方向クラッチ及び転がり軸受を拡大して示す軸継手装置の断面図である。It is sectional drawing of the shaft coupling apparatus which expands and shows the one-way clutch and rolling bearing in other embodiment. 従来の増速機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional gear box.
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説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る風力発電装置の概略側面図である。
風力発電装置1は、ブレード(受風部材)11、支柱12、及びナセル13を備えている。ブレード11は、主軸2の先端に設けられた複数枚の羽根により構成され、風を受けることによって主軸2を回転させる。ナセル13は、主軸2と、この主軸2を支持するための支持機構15と、主軸2の回転を増速する増速機3と、増速機3によって増速された回転動力によって発電する発電機4と、これらを収容するケーシング18等を備えている。支柱12は、上下方向の軸心回りに水平旋回可能にナセル13を支持している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic side view of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention.
The wind power generator 1 includes a blade (wind receiving member) 11, a support 12, and a nacelle 13. The blade 11 is constituted by a plurality of blades provided at the tip of the main shaft 2 and rotates the main shaft 2 by receiving wind. The nacelle 13 generates power by using the main shaft 2, a support mechanism 15 for supporting the main shaft 2, a speed increasing device 3 for increasing the rotation of the main shaft 2, and rotational power increased by the speed increasing device 3. The machine 4 and the casing 18 etc. which accommodate these are provided. The support column 12 supports the nacelle 13 so as to be able to turn horizontally around the vertical axis.
図2は、増速機及び発電機を示す概略側面図である。
発電機4は、例えば誘導発電機により構成され、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(入力軸)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、発電機4は、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構成されている。また、駆動軸41には、当該駆動軸41を制動するためのブレーキ44が設けられている。
FIG. 2 is a schematic side view showing the speed increaser and the generator.
The generator 4 is constituted by, for example, an induction generator, and inputs a rotation speed increased by the speed increaser 3 to be rotated (input shaft) 41, a rotor 42 built in the power generator 4, and an illustration. And a stator that does not. The rotor 42 is coupled to the drive shaft 41 so as to be integrally rotatable, and the generator 4 is configured to generate electric power as the drive shaft 41 rotates and the rotor 42 is driven. The drive shaft 41 is provided with a brake 44 for braking the drive shaft 41.
増速機3は、主軸2の回転を入力してその回転を増速する歯車機構(回転伝達機構)30を備えている。この歯車機構30は、遊星歯車機構31と、この遊星歯車機構31により増速された回転を入力して、さらにその回転を増速する高速段歯車機構32とを備えている。
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。
The speed increaser 3 includes a gear mechanism (rotation transmission mechanism) 30 that inputs the rotation of the main shaft 2 and accelerates the rotation. The gear mechanism 30 includes a planetary gear mechanism 31 and a high-speed gear mechanism 32 that inputs the rotation accelerated by the planetary gear mechanism 31 and further accelerates the rotation.
The planetary gear mechanism 31 includes an internal gear (ring gear) 31a, a plurality of planetary gears 31b held by a planet carrier (not shown) coupled to the main shaft 2 so as to be integrally rotatable, and a sun gear 31c meshing with the planetary gear 31b. have. Accordingly, when the planet carrier rotates together with the main shaft 2, the sun gear 31 c rotates through the planetary gear 31 b, and the rotation is transmitted to the low speed shaft 33 of the high speed gear mechanism 32.
高速段歯車機構32は、低速ギヤ33aを有する前記低速軸33と、第1中間ギヤ34a及び第2中間ギヤ34bを有する中間軸34と、高速ギヤ35aを有する出力軸35とを備えている。
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。
The high speed gear mechanism 32 includes the low speed shaft 33 having a low speed gear 33a, the intermediate shaft 34 having a first intermediate gear 34a and a second intermediate gear 34b, and an output shaft 35 having a high speed gear 35a.
The low speed shaft 33 is a large rotating shaft having a diameter of about 1 m, for example, and is disposed concentrically with the main shaft 2. Both axial ends of the low speed shaft 33 are rotatably supported by roller bearings 36a and 36b.
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。
The intermediate shaft 34 is disposed above the low-speed shaft 33, and both axial ends thereof are rotatably supported by roller bearings 37a and 37b. The first intermediate gear 34a of the intermediate shaft 34 meshes with the low speed gear 33a, and the second intermediate gear 34b meshes with the high speed gear 35a.
The output shaft 35 is disposed above the intermediate shaft 34 and outputs rotational torque. One end portion 35b and the other end portion (output end portion) 35c side of the output shaft 35 are rotatably supported by roller bearings 38 and 39, respectively.
以上の構成により、主軸2の回転は、遊星歯車機構31のギヤ比、低速ギヤ33aと第1中間ギヤ34aとのギヤ比、及び第2中間ギヤ34bと高速ギヤ35aとのギヤ比により3段階に増速されて、出力軸35の出力端部35cから回転トルクが出力される。すなわち、風力による主軸2の回転は、増速機3により3段階に増速されて、発電機4を駆動するようになっている。   With the above configuration, the rotation of the main shaft 2 is made in three stages depending on the gear ratio of the planetary gear mechanism 31, the gear ratio between the low speed gear 33a and the first intermediate gear 34a, and the gear ratio between the second intermediate gear 34b and the high speed gear 35a. And the rotational torque is output from the output end portion 35 c of the output shaft 35. That is, the rotation of the main shaft 2 by wind power is increased in three stages by the speed increaser 3 to drive the generator 4.
図11は、増速機のころ軸受を示す断面図である。図11において、ころ軸受38は、円筒ころ軸受からなり、出力軸35に外嵌固定された内輪38aと、ハウジング(図示省略)に固定された外輪38bと、内輪38aと外輪38bとの間に転動可能に配置された複数の円筒ころ38cと、各円筒ころ38c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38dとを備えている。内輪38a、外輪38b、円筒ころ38cは例えば軸受鋼によって形成されており、保持器38dは例えば銅合金によって形成されている。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a roller bearing of a speed increaser. In FIG. 11, a roller bearing 38 is a cylindrical roller bearing, and is interposed between an inner ring 38a that is externally fitted and fixed to the output shaft 35, an outer ring 38b that is fixed to a housing (not shown), and an inner ring 38a and an outer ring 38b. A plurality of cylindrical rollers 38c arranged so as to be capable of rolling, and an annular cage 38d that holds each cylindrical roller 38c at predetermined intervals along the circumferential direction. The inner ring 38a, the outer ring 38b, and the cylindrical roller 38c are made of, for example, bearing steel, and the cage 38d is made of, for example, a copper alloy.
内輪38aは、その外周の軸方向中央部に形成された内輪軌道面38a1を有している。外輪38bは、内輪38aと同心上に配置されており、その内周の軸方向中央部に形成された外輪軌道面38b1と、この外輪軌道面38b1の軸方向両側に形成された一対の外輪鍔部38b2とを有している。外輪軌道面38b1は、内輪軌道面38a1に対向して配置されている。外輪鍔部38b2は、外輪38bの内周の軸方向両端部から径方向内側に向かって突出して形成されており、この外輪鍔部38b2に円筒ころ38cの端面が摺接するようになっている。   The inner ring 38a has an inner ring raceway surface 38a1 formed at the axial center of the outer periphery thereof. The outer ring 38b is disposed concentrically with the inner ring 38a, and has an outer ring raceway surface 38b1 formed at the axially central portion of the inner periphery thereof and a pair of outer ring rods formed on both axial sides of the outer ring raceway surface 38b1. Part 38b2. The outer ring raceway surface 38b1 is disposed to face the inner ring raceway surface 38a1. The outer ring flange 38b2 is formed to project radially inward from both axial ends of the inner periphery of the outer ring 38b, and the end surface of the cylindrical roller 38c is in sliding contact with the outer ring flange 38b2.
円筒ころ38cは、内輪38aの内輪軌道面38a1と外輪38bの外輪軌道面38b1との間に転動可能に配置されている。
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。なお、大型の風力発電装置1においては、増速機3の出力軸35を支持する転がり軸受には、大きな負荷が付与されるため、剛性が高く、かつ出力軸35の熱による軸方向の伸縮を好適に吸収することができるころ軸受38を用いることが好ましい。ただし、当該転がり軸受として玉軸受や円錐ころ軸受を用いてもよい。
The cylindrical roller 38c is disposed so as to be able to roll between the inner ring raceway surface 38a1 of the inner ring 38a and the outer ring raceway surface 38b1 of the outer ring 38b.
The retainer 38d has a pair of annular portions 38d1 that are disposed apart from each other in the axial direction, and a plurality of retainers 38d that are disposed at equal intervals along the circumferential direction of the annular portion 38d1 and connect the annular portions 38d1 to each other. Column part 38d2. A pocket 38d3 is formed between the pair of annular portions 38d1 and the adjacent column portion 38d2, and each cylindrical roller 38c is disposed in the pocket 38d3. In the large wind power generator 1, a large load is applied to the rolling bearing that supports the output shaft 35 of the speed increaser 3, so that the rigidity is high and the axial expansion and contraction due to the heat of the output shaft 35 is performed. It is preferable to use a roller bearing 38 that can absorb the above. However, a ball bearing or a tapered roller bearing may be used as the rolling bearing.
図2において、風力発電装置1は、増速機3の出力軸35と、発電機4の駆動軸41とを一体回転可能に接続する軸継手装置(カップリング装置)9を備えている。この軸継手装置9は、入力回転体(内側回転体)5と、出力回転体(外側回転体)6と、一方向クラッチ7と、転がり軸受8と、を備えており、クラッチユニットとしても構成されている。また、軸継手装置9は、駆動軸41用のブレーキ44よりも増速機3側に設けられている。   In FIG. 2, the wind turbine generator 1 includes a shaft coupling device (coupling device) 9 that connects the output shaft 35 of the speed increaser 3 and the drive shaft 41 of the generator 4 so as to be integrally rotatable. The shaft coupling device 9 includes an input rotating body (inner rotating body) 5, an output rotating body (outer rotating body) 6, a one-way clutch 7, and a rolling bearing 8, and is also configured as a clutch unit. Has been. The shaft coupling device 9 is provided closer to the speed increaser 3 than the brake 44 for the drive shaft 41.
図3は、軸継手装置を示す側面図(一部断面図)である。図4は、図3におけるA−A矢視断面図である。
入力回転体5は、軸部51と、この軸部51の軸方向一端部(図3における左端部)に設けられた入力側連結部52とを備えている。この入力側連結部52が出力軸35に一体回転可能かつ着脱可能に連結されている。
出力回転体6は、入力回転体5と同心上に配置されており、円筒形状に形成された円筒部61と、この円筒部61の軸方向他端部(図3における右端部)に設けられた出力側連結部62とを備えている。この出力側連結部62が駆動軸41に一体回転可能かつ着脱可能に接続されている。
FIG. 3 is a side view (partially sectional view) showing the shaft coupling device. 4 is a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG.
The input rotator 5 includes a shaft portion 51 and an input side connecting portion 52 provided at one axial end portion (left end portion in FIG. 3) of the shaft portion 51. The input side connecting portion 52 is connected to the output shaft 35 so as to be integrally rotatable and detachable.
The output rotator 6 is disposed concentrically with the input rotator 5 and is provided at a cylindrical portion 61 formed in a cylindrical shape and the other axial end portion (right end portion in FIG. 3) of the cylindrical portion 61. Output side connecting portion 62. The output side connecting portion 62 is connected to the drive shaft 41 so as to be integrally rotatable and detachable.
一方向クラッチ7は、入力回転体5と出力回転体6との間であって、径方向で互いに対向してオーバーラップしている部分に配置されている。また、転がり軸受8は、入力回転体5と出力回転体6との間であって一方向クラッチ7の軸方向両側に配置されている。一方向クラッチ7は、出力軸35の回転を入力回転体5及び出力回転体6を介して駆動軸41に断接可能に伝達するために設けられ、転がり軸受8は出力軸35と駆動軸41とを互いに支持するために設けられている。なお、本実施形態の風力発電装置1は、転がり軸受8が一方向クラッチ7の軸方向両側に配置されているが、一方向クラッチ7の軸方向一方側のみに配置されていてもよい。   The one-way clutch 7 is disposed between the input rotator 5 and the output rotator 6 and in a portion that overlaps each other in the radial direction. Further, the rolling bearings 8 are disposed between the input rotator 5 and the output rotator 6 on both axial sides of the one-way clutch 7. The one-way clutch 7 is provided to transmit the rotation of the output shaft 35 to the drive shaft 41 via the input rotator 5 and the output rotator 6 so as to be connectable and disconnectable, and the rolling bearing 8 is connected to the output shaft 35 and the drive shaft 41. Are provided to support each other. In the wind power generator 1 of the present embodiment, the rolling bearings 8 are disposed on both axial sides of the one-way clutch 7, but may be disposed only on one axial side of the one-way clutch 7.
図3において、入力側連結部52は、軸部51の一端部に固定されたフランジ部52aと、このフランジ部52aと出力軸35との間に介在する撓み部材52bとを備えている。軸部51は、円柱形状に形成され、軸方向一端部(図3における左端部)の外周面にはキー溝51bが形成されている。フランジ部52aは、円環状に形成されるとともに、径方向外方に突出する複数(例えば4個)の突出部52a1(図4参照)を周方向に間隔をあけて備えている。各突出部52a1にはボルト挿通孔52a2が貫通して形成されている。フランジ部52aの中心部には、嵌合孔52a3が形成され、この嵌合孔52a3に軸部51の一端部が圧入等によって嵌合される。また、嵌合孔52a3には、キー溝52a4が形成されている。軸部51とフランジ部52aとは、2つのキー溝52a4,キー溝51bにキー53が取り付けられることによって、一体回転可能に連結される。   In FIG. 3, the input side connecting portion 52 includes a flange portion 52 a fixed to one end portion of the shaft portion 51, and a bending member 52 b interposed between the flange portion 52 a and the output shaft 35. The shaft portion 51 is formed in a cylindrical shape, and a key groove 51b is formed on the outer peripheral surface of one axial end portion (left end portion in FIG. 3). The flange portion 52a is formed in an annular shape and includes a plurality of (for example, four) protruding portions 52a1 (see FIG. 4) protruding outward in the radial direction at intervals in the circumferential direction. Each protrusion 52a1 is formed with a bolt insertion hole 52a2. A fitting hole 52a3 is formed at the center of the flange portion 52a, and one end of the shaft portion 51 is fitted into the fitting hole 52a3 by press fitting or the like. A keyway 52a4 is formed in the fitting hole 52a3. The shaft portion 51 and the flange portion 52a are coupled so as to be integrally rotatable by attaching a key 53 to the two key grooves 52a4 and 51b.
出力側連結部62は、円筒部61の軸方向他端部に設けられたフランジ部62aと、このフランジ部62aと駆動軸41との間に介在する撓み部材62bとを備えている。フランジ部62aは、鍛造等によって円筒部61の一端部に一体成形され、円筒部61の外周面から径方向外方へ突出し、ボルト挿通孔62a1が貫通して形成されている。また、フランジ部62aは、入力側連結部52のフランジ部52aの突出部52a1と同様に、周方向に間隔をあけて複数(例えば、4個)設けられている。   The output side connecting portion 62 includes a flange portion 62 a provided at the other axial end portion of the cylindrical portion 61, and a bending member 62 b interposed between the flange portion 62 a and the drive shaft 41. The flange portion 62a is integrally formed at one end portion of the cylindrical portion 61 by forging or the like, protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical portion 61, and is formed with a bolt insertion hole 62a1 passing therethrough. Moreover, the flange part 62a is provided with two or more (for example, four pieces) at intervals in the circumferential direction similarly to the protrusion part 52a1 of the flange part 52a of the input side connection part 52.
入力側連結部52の撓み部材52bは、フランジ部52aと、出力軸35の出力端部に35cに設けられたフランジ部35c1との間に配置されている。また、出力側連結部62の撓み部材62bは、フランジ部62aと、駆動軸41の入力端部に設けられたフランジ部41aとの間に配置されている。この撓み部材52b,62bは、複数のリンク状部材又はディスク状部材からなり、それぞれボルト及びナットからなる締結具52c,62cによって各フランジ部52a,35c1,62a,41aに連結されている。   The bending member 52b of the input side connecting portion 52 is disposed between the flange portion 52a and a flange portion 35c1 provided on the output end portion of the output shaft 35 on the 35c. Further, the bending member 62 b of the output side connecting portion 62 is disposed between the flange portion 62 a and the flange portion 41 a provided at the input end portion of the drive shaft 41. The bending members 52b and 62b are composed of a plurality of link-like members or disk-like members, and are connected to the flange portions 52a, 35c1, 62a and 41a by fasteners 52c and 62c, respectively, which are bolts and nuts.
この撓み部材52b,62bは、自身の撓み(弾性変形)によって出力軸35と駆動軸41との間の偏心や偏角(軸心のずれ)等のミスアライメントを吸収する機能を有している。この撓み部材52b,62bの構成やこれと組み合わせて用いられるフランジ部52a,35c1,62a,41aの構成は特に限定されるものではなく、上記機能を有するものであれば従来公知の構造(例えば、特開2006−250034号公報、特開2001−349335号公報等に記載の構成)を適用することができる。また、入力側連結部52は出力軸35側のフランジ部35c1を構成要素として含んでいてもよく、出力側連結部62は、駆動軸41側のフランジ部41aを構成要素として含んでいてもよい。   The bending members 52b and 62b have a function of absorbing misalignment such as eccentricity and declination (shift of the axial center) between the output shaft 35 and the drive shaft 41 by its own bending (elastic deformation). . The configuration of the deflecting members 52b and 62b and the configuration of the flange portions 52a, 35c1, 62a, and 41a used in combination therewith are not particularly limited. The configurations described in JP 2006-250034 A, JP 2001-349335 A, and the like can be applied. Further, the input side connecting portion 52 may include the flange portion 35c1 on the output shaft 35 side as a component, and the output side connecting portion 62 may include the flange portion 41a on the drive shaft 41 side as a component. .
入力回転体5の軸部51と出力回転体6の円筒部61との間には、その内部に配置された一方向クラッチ7及び転がり軸受8を潤滑するためのグリース(潤滑剤)が充填される。そして、軸継手装置9には、一方向クラッチ7及び転がり軸受8の収容領域である軸部51と円筒部61との間にグリースを充填するための密封空間を形成する密封手段10を備えている。この密封手段10は、左側の転がり軸受8と入力回転体5のフランジ部52aとの間において軸部51の外周面に嵌合された環状のシール受け部材101と、このシール受け部材101の外周面と出力回転体6の円筒部61の内周面との隙間に設けられた環状の第1シール部材102と、円筒部61の右端側の開口を塞ぐ蓋部材103と、この蓋部材103と円筒部61の端面との間に設けられたOリングからなる第2シール部材104とを備えている。蓋部材103は、円形状に形成された金属製の板材からなり、フランジ部62aの付け根部において取付ネジ103aによって着脱可能に取り付けられている。このような密封手段10を備えることによって入力回転体5の軸部51と出力回転体6の円筒部61との間にグリースを封入し、一方向クラッチ7及び転がり軸受8を好適に潤滑することができる。   Grease (lubricant) for lubricating the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8 disposed therein is filled between the shaft portion 51 of the input rotator 5 and the cylindrical portion 61 of the output rotator 6. The The shaft coupling device 9 is provided with a sealing means 10 that forms a sealed space for filling grease between the shaft portion 51 and the cylindrical portion 61, which are accommodation regions of the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8. Yes. The sealing means 10 includes an annular seal receiving member 101 fitted on the outer peripheral surface of the shaft portion 51 between the left rolling bearing 8 and the flange portion 52 a of the input rotating body 5, and an outer periphery of the seal receiving member 101. A ring-shaped first seal member 102 provided in a gap between the surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 61 of the output rotator 6, a lid member 103 that closes an opening on the right end side of the cylindrical portion 61, and the lid member 103 And a second seal member 104 made of an O-ring provided between the end surface of the cylindrical portion 61. The lid member 103 is made of a metal plate formed in a circular shape, and is detachably attached to the base portion of the flange portion 62a by an attachment screw 103a. By providing such a sealing means 10, grease is sealed between the shaft portion 51 of the input rotator 5 and the cylindrical portion 61 of the output rotator 6, and the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8 are suitably lubricated. Can do.
なお、軸部51と円筒部61との間の密封空間における一方向クラッチ7の配置箇所と転がり軸受8の配置箇所とは軸方向に連通し、グリースが一方向クラッチ7と転がり軸受8との間で行き渡るようになっている。また、グリースは遠心力によって径方向外側に偏りやすいため、本実施形態のように、一方向クラッチ7の外輪内周面72a及び転がり軸受8の外輪軌道面82a側において密封空間が連通していることが好ましい。   In addition, the arrangement location of the one-way clutch 7 and the arrangement location of the rolling bearing 8 in the sealed space between the shaft portion 51 and the cylindrical portion 61 are communicated in the axial direction, and grease is provided between the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8. It is supposed to spread between. Further, since grease tends to be biased radially outward due to centrifugal force, the sealed space communicates with the outer ring inner peripheral surface 72a of the one-way clutch 7 and the outer ring raceway surface 82a side of the rolling bearing 8 as in the present embodiment. It is preferable.
また、円筒部61の外周部には、グリースニップル(逆止弁付き給油口)64が取り付けられた給油孔61aが前記密封空間にまで径方向に貫通して形成されている。この給油孔61aは、一方向クラッチ7と一方の転がり軸受8との間に対応して設けられている。具体的に、給油孔61aは、一方向クラッチ7の外輪内周面72aと転がり軸受8の外輪軌道面82aとの間に対応して形成されている。また、給油孔61aは周方向の複数箇所、例えば、図4に示すように4箇所に等間隔に設けられ、いずれかの給油孔61aから密封空間内にグリースを供給することが可能となっている。   In addition, an oil supply hole 61a to which a grease nipple (an oil supply port with a check valve) 64 is attached is formed in the outer peripheral portion of the cylindrical part 61 so as to penetrate in the radial direction to the sealed space. The oil supply hole 61 a is provided correspondingly between the one-way clutch 7 and one of the rolling bearings 8. Specifically, the oil supply hole 61 a is formed between the outer ring inner peripheral surface 72 a of the one-way clutch 7 and the outer ring raceway surface 82 a of the rolling bearing 8. Further, the oil supply holes 61a are provided at a plurality of positions in the circumferential direction, for example, at four positions as shown in FIG. 4 at equal intervals, and grease can be supplied into the sealed space from any of the oil supply holes 61a. Yes.
また、いずれかの給油孔61aからグリースを供給する際に、他の給油孔61aのグリースニップル64を取り外すことで、当該他の給油孔61aから古いグリースを排出することができる。したがって、給油孔61aは、グリースの供給部としての機能だけでなく排出部としても機能をも有している。なお、グリースの排出は、給油孔61aに限らず、蓋部材103を出力回転体6から取り外すことによっても行うことができる。この場合、円筒部61の端部の開口全体を開放することができるので、効率よくグリースを排出することができる。   Further, when grease is supplied from any one of the oil supply holes 61a, the old grease can be discharged from the other oil supply holes 61a by removing the grease nipple 64 of the other oil supply holes 61a. Therefore, the oil supply hole 61a has not only a function as a grease supply part but also a function as a discharge part. The grease can be discharged not only by the oil supply hole 61 a but also by removing the lid member 103 from the output rotating body 6. In this case, since the entire opening at the end of the cylindrical portion 61 can be opened, the grease can be discharged efficiently.
出力回転体6が回転すると給油孔61aの位置も変動するが、当該給油孔61aは周方向に複数設けられているので、最も給油し易い位置に配置された給油孔61aを選択して給油することができる。したがって、給油作業を容易に行うことができる。
また、給油孔61aは、一方向クラッチ7と一方の転がり軸受8との間に対応して設けられているので、両者に対するグリースの供給を確実に行うことができる。給油孔61aは、一方向クラッチ7と他方の転がり軸受8との間に対応して設けられていてもよく、一方向クラッチ7と双方の転がり軸受8との間に対応して設けられていてもよい。なお、一方向クラッチ7の潤滑に用いるグリースは、基油にエステル、増ちょう剤にウレア系のもの等を用いた温度変化に影響を受けにくいものを用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。
When the output rotating body 6 rotates, the position of the oil supply hole 61a also fluctuates. However, since a plurality of oil supply holes 61a are provided in the circumferential direction, the oil supply hole 61a arranged at a position where oil supply is most easily performed is selected and supplied. be able to. Therefore, the refueling operation can be easily performed.
Moreover, since the oil supply hole 61a is provided correspondingly between the one-way clutch 7 and the one rolling bearing 8, the grease can be reliably supplied to both. The oil supply hole 61 a may be provided between the one-way clutch 7 and the other rolling bearing 8, or provided between the one-way clutch 7 and both the rolling bearings 8. Also good. The grease used for lubricating the one-way clutch 7 is preferably one that is less susceptible to temperature changes using an ester as the base oil and a urea-based one as the thickener, but is limited to this. It is not a thing.
円筒部61の軸方向一端部(図3における左端部)の端面と、この端面に対向する入力回転体5のフランジ部52aの端面との間には、隙間s2が形成されている。また、軸部51の先端と蓋部材103との間には、隙間s3が形成されている。この隙間s2,s3により、出力回転体6は、駆動軸41から出力回転体6を切り離した状態で、入力回転体5に対して軸方向両側に移動可能となっている。   A gap s2 is formed between the end surface of one end portion in the axial direction of the cylindrical portion 61 (left end portion in FIG. 3) and the end surface of the flange portion 52a of the input rotating body 5 facing the end surface. Further, a gap s <b> 3 is formed between the tip of the shaft portion 51 and the lid member 103. Due to the gaps s 2 and s 3, the output rotator 6 can move to both sides in the axial direction with respect to the input rotator 5 in a state where the output rotator 6 is separated from the drive shaft 41.
図5は、一方向クラッチ及び転がり軸受を拡大して示す軸継手装置の断面図である。
図4及び図5に示すように、一方向クラッチ7は、内輪71及び外輪72と、この内輪71の外周面71aと外輪72の内周面72aとの間に配置された複数のころ(係合子)73とを備えている。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the shaft coupling device showing the one-way clutch and the rolling bearing.
As shown in FIGS. 4 and 5, the one-way clutch 7 includes an inner ring 71 and an outer ring 72, and a plurality of rollers (engagement between the outer peripheral surface 71 a of the inner ring 71 and the inner peripheral surface 72 a of the outer ring 72. 73).
内輪71は、入力回転体5の軸部51の軸方向中間部に嵌合されることによって固定されており、軸部51と一体回転するようになっている。出力回転体6における円筒部61の軸方向中間部の領域Bは、一方向クラッチ7の外輪72とされている。したがって、円筒部61の領域Bの内周面が、ころ73が転動する外輪内周面72aを構成している。本実施形態では、ころ73が円柱形状に形成され、周方向に8個設けられている。   The inner ring 71 is fixed by being fitted to the axially intermediate portion of the shaft portion 51 of the input rotating body 5, and rotates integrally with the shaft portion 51. A region B in the axial direction intermediate portion of the cylindrical portion 61 in the output rotating body 6 is an outer ring 72 of the one-way clutch 7. Accordingly, the inner peripheral surface of the region B of the cylindrical portion 61 constitutes an outer ring inner peripheral surface 72a on which the rollers 73 roll. In this embodiment, the rollers 73 are formed in a cylindrical shape, and eight rollers are provided in the circumferential direction.
一方向クラッチ7は、各ころ73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74と、各ころ73を一方向に弾性的に付勢する複数の弾性部材(付勢部材)75とをさらに備えている。
図7は、一方向クラッチの保持器を示す斜視図である。図7において、保持器74は、軸方向に対向する一対の円環部76と、これら円環部76とは別体であって、両円環部76に軸方向両端部がそれぞれ嵌合される複数の柱部77とを有している。両円環部76と周方向に隣接する柱部77とに囲まれた空間によってポケット78が構成されており、各ポケット78に各ころ73が個別に収容されている(図4参照)。
The one-way clutch 7 includes an annular retainer 74 that holds each roller 73 at predetermined intervals along the circumferential direction, and a plurality of elastic members (biasing members) that elastically bias each roller 73 in one direction. 75).
FIG. 7 is a perspective view showing a cage of the one-way clutch. In FIG. 7, the retainer 74 is a pair of annular portions 76 facing in the axial direction, and these annular portions 76 are separate from each other, and both ends in the axial direction are fitted into the annular portions 76. A plurality of column portions 77. A pocket 78 is constituted by a space surrounded by both annular portions 76 and a column portion 77 adjacent in the circumferential direction, and each roller 73 is individually accommodated in each pocket 78 (see FIG. 4).
円環部76は、炭素鋼やアルミ等の金属材料により形成され、例えば、外径が300mm、軸方向の厚みが15mmに設定されている。円環部76の内周には、円周方向に所定間隔をあけて複数の凹部76aが形成されている。
柱部77は、本体部77aと、本体部77aの周方向の一端面に突設された突起部77bと、本体部77aの軸方向両端部にそれぞれ形成された一対の嵌合部77cとを有している。そして、本体部77a、突起部77b、及び嵌合部77cは、合成樹脂材料を射出成形することにより一体成形されている。
The annular portion 76 is made of a metal material such as carbon steel or aluminum, and has an outer diameter of 300 mm and an axial thickness of 15 mm, for example. A plurality of concave portions 76 a are formed on the inner periphery of the annular portion 76 at predetermined intervals in the circumferential direction.
The column part 77 includes a main body part 77a, a protruding part 77b projecting from one end surface in the circumferential direction of the main body part 77a, and a pair of fitting parts 77c formed at both axial ends of the main body part 77a. Have. And the main-body part 77a, the projection part 77b, and the fitting part 77c are integrally molded by injection-molding a synthetic resin material.
突起部77bは、図4に示すように、ポケット78内に収容された弾性部材75を案内(位置決め)するものである。具体的には、突起部77bは、先端に向かうに従って徐々に細くなるように形成されている。そして、弾性部材75が、突起部77bの先端側から遊嵌されるようになっている。なお、弾性部材75は、軸方向に細長く形成された圧縮コイルバネからなっている。但し、弾性部材75は、板バネ等の他の形式のバネであってもよい。   As shown in FIG. 4, the protrusion 77 b guides (positions) the elastic member 75 accommodated in the pocket 78. Specifically, the protrusion 77b is formed so as to become gradually thinner toward the tip. And the elastic member 75 is loosely fitted from the front end side of the projection part 77b. The elastic member 75 is composed of a compression coil spring that is elongated in the axial direction. However, the elastic member 75 may be another type of spring such as a leaf spring.
図7に示すように、嵌合部77cは、本体部77aよりも径方向の厚みが薄く形成されており、この嵌合部77cを凹部76aに嵌合させた状態で円環部76の外周面と本体部77aの外周面とがほぼ面一となるように嵌合部77cの厚さが設定されている。   As shown in FIG. 7, the fitting portion 77c is formed to be thinner in the radial direction than the main body portion 77a, and the outer periphery of the annular portion 76 in a state where the fitting portion 77c is fitted in the recess 76a. The thickness of the fitting portion 77c is set so that the surface and the outer peripheral surface of the main body portion 77a are substantially flush with each other.
以上のように保持器74は、円環部76と柱部77とから構成され、これらは互いに別体で形成されているので、円環部76及び柱部77をそれぞれ個別に製作することができる。したがって、保持器74の全体を一体に製作する場合に比べて、保持器74を容易に製作することができる。特に、風力発電装置1に用いられる保持器74は大型であり、全体を一体に製作することが困難であるので、円環部76と柱部77とを別体で構成することがより有益である。また、円環部76を金属製とすることによって保持器74の強度を十分に確保することができ、柱部77を合成樹脂製とすることによって保持器74全体の軽量化を図ることができる。   As described above, the retainer 74 includes the annular portion 76 and the column portion 77, which are formed separately from each other. Therefore, the annular portion 76 and the column portion 77 can be individually manufactured. it can. Therefore, the retainer 74 can be easily manufactured as compared with the case where the entire retainer 74 is manufactured integrally. In particular, since the retainer 74 used in the wind power generator 1 is large and difficult to manufacture as a whole, it is more beneficial to configure the annular portion 76 and the column portion 77 separately. is there. Further, the strength of the cage 74 can be sufficiently secured by making the annular portion 76 made of metal, and the weight of the cage 74 as a whole can be reduced by making the column portion 77 made of synthetic resin. .
図4に示すように、内輪71の外周面71aにはころ73と同数(8つ)の平坦なカム面71a1が形成されており、外輪72の内周面72aは円筒面に形成されている。内輪71のカム面71a1と外輪72の円筒面72aとの間には、くさび状空間Sが周方向に複数(8箇所)形成されている。
図6は、一方向クラッチの要部を拡大して示す断面図である。
ころ73は各くさび状空間Sに個別に配置されている。また、ころ73は、弾性部材75によってくさび状空間Sが狭くなる方向に付勢されている。ころ73の外周面は、内輪71のカム面71a1及び外輪72の内周面72aに接触する接触面73aとなっており、この接触面73aは幅方向(軸方向)に真っ直ぐに形成されている。
As shown in FIG. 4, the same number (eight) of flat cam surfaces 71a1 as the rollers 73 are formed on the outer peripheral surface 71a of the inner ring 71, and the inner peripheral surface 72a of the outer ring 72 is formed in a cylindrical surface. . Between the cam surface 71a1 of the inner ring 71 and the cylindrical surface 72a of the outer ring 72, a plurality of wedge-shaped spaces S are formed in the circumferential direction (eight locations).
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the one-way clutch.
The rollers 73 are individually arranged in each wedge-shaped space S. The rollers 73 are urged by the elastic member 75 in the direction in which the wedge-shaped space S is narrowed. The outer peripheral surface of the roller 73 is a contact surface 73a that contacts the cam surface 71a1 of the inner ring 71 and the inner peripheral surface 72a of the outer ring 72, and the contact surface 73a is formed straight in the width direction (axial direction). .
以上のように構成された一方向クラッチ7では、入力回転体5が増速回転することにより、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場合には、内輪71が外輪72に対して一方向(図4の反時計回り方向;図6の矢印a方向)に相対回転しようとする。この場合、弾性部材75の付勢力により、ころ73はくさび状空間Sが狭くなる方向(図6の右方向)へ僅かに移動して、ころ73の接触面73aが内輪71の外周面71a(カム面71a1;被噛み合い面)及び外輪72の内周面(被噛み合い面)72aに圧接し、ころ73が内外輪71,72の間に噛み合った状態となる。これにより、内外輪71,72は前記一方向aに一体回転可能となり、入力回転体5と出力回転体6とを一体回転可能に接続することができる。   In the one-way clutch 7 configured as described above, when the rotational speed of the input rotating body 5 exceeds the rotational speed of the output rotating body 6 due to the input rotating body 5 rotating at an increased speed, the inner ring 71 is An attempt is made to rotate relative to the outer ring 72 in one direction (counterclockwise direction in FIG. 4; arrow a direction in FIG. 6). In this case, due to the biasing force of the elastic member 75, the roller 73 slightly moves in the direction in which the wedge-shaped space S is narrowed (the right direction in FIG. 6), and the contact surface 73a of the roller 73 is the outer peripheral surface 71a of the inner ring 71 ( The cam surface 71 a 1; the meshed surface) and the inner peripheral surface (meshed surface) 72 a of the outer ring 72 are pressed against each other, and the roller 73 is meshed between the inner and outer rings 71 and 72. Thereby, the inner and outer rings 71 and 72 can be integrally rotated in the one direction a, and the input rotating body 5 and the output rotating body 6 can be connected so as to be integrally rotatable.
また、入力回転体5が増速回転後に一定速回転となり、入力回転体5の回転速度が、出力回転体6の回転速度と同一になった場合には、ころ73が内外輪71,72の間に噛み合った状態で保持される。このため、一方向クラッチ7は、内外輪71,72の前記一方向への一体回転を維持し、入力回転体5及び出力回転体6は一体回転し続ける。   Further, when the input rotator 5 is rotated at a constant speed after the accelerated rotation and the rotation speed of the input rotator 5 is the same as the rotation speed of the output rotator 6, the rollers 73 are connected to the inner and outer rings 71 and 72. It is held in a state of being engaged with each other. Therefore, the one-way clutch 7 maintains the integral rotation of the inner and outer rings 71 and 72 in the one direction, and the input rotator 5 and the output rotator 6 continue to rotate integrally.
一方、入力回転体5が減速回転することにより、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場合には、内輪71が外輪72に対して他方向(図4の時計回り方向;図6の矢印b方向)に相対回転しようとする。この場合には、弾性部材75の付勢力に抗して、ころ73がくさび状空間Sが広くなる方向へ僅かに移動することにより、ころ73と内外輪71,72との噛み合いが解除される。このように、ころ73の噛み合いが解除されることで、入力回転体5と出力回転体6との接続が遮断される。
なお、各くさび状空間Sを形成する外輪内周面72aは、周方向に連続する円筒面の一部(円弧面)によって構成されているが、周方向に連続しない円弧面、例えば、周方向に隣接するくさび状空間Sの外輪内周面72aの間に平坦面や変曲点が介在するような独立した円弧面であってもよい。
On the other hand, when the rotational speed of the input rotator 5 is lower than the rotational speed of the output rotator 6 due to the input rotator 5 rotating at a reduced speed, the inner ring 71 moves in the other direction (the timepiece of FIG. Rotation direction; direction of arrow b in FIG. In this case, the roller 73 slightly moves in the direction in which the wedge-shaped space S widens against the urging force of the elastic member 75, so that the engagement between the roller 73 and the inner and outer rings 71, 72 is released. . In this way, the connection between the input rotator 5 and the output rotator 6 is cut off by releasing the meshing of the rollers 73.
The outer ring inner peripheral surface 72a forming each wedge-shaped space S is constituted by a part of a cylindrical surface (arc surface) that is continuous in the circumferential direction, but an arc surface that is not continuous in the circumferential direction, for example, the circumferential direction It may be an independent circular arc surface in which a flat surface or an inflection point is interposed between the inner peripheral surface 72a of the outer ring of the wedge-shaped space S adjacent thereto.
入力回転体5において、一方向クラッチ7の内輪71は、軸部51に対して所定の締め代をもって締まり嵌めによって嵌合されている。したがって、軸部51に対する内輪71の締め付け力によって両者が一体回転可能となる。また、軸部51に対する内輪71の締め付け力は、ころ73と内外輪71,72との噛み合いによって増大するようになっている。以下、この作用について詳細に説明する。   In the input rotating body 5, the inner ring 71 of the one-way clutch 7 is fitted to the shaft portion 51 with an interference with a predetermined interference. Therefore, both of them can be rotated together by the tightening force of the inner ring 71 with respect to the shaft portion 51. Further, the tightening force of the inner ring 71 with respect to the shaft portion 51 is increased by the engagement between the roller 73 and the inner and outer rings 71 and 72. Hereinafter, this operation will be described in detail.
図6に示すように、内輪71が外輪72に対して図6の矢印a方向に相対回転しようとしたとき、カム面71a1と外輪内周面72aとにころ73が噛み込み、ころ73は、図8に示すように、外輪内周面72aから荷重Fa,Fbを受け、内輪71のカム面71a1は、荷重Fa,Fbの分力である垂直成分荷重Fa1,Fb1をころ73から受ける。したがって、この垂直成分荷重Fa1,Fb1によって軸部51に対する内輪71の締め付け力は増大する。   As shown in FIG. 6, when the inner ring 71 tries to rotate relative to the outer ring 72 in the direction of arrow a in FIG. 6, the roller 73 is engaged with the cam surface 71 a 1 and the outer ring inner peripheral surface 72 a, As shown in FIG. 8, the loads Fa and Fb are received from the inner peripheral surface 72a of the outer ring, and the cam surface 71a1 of the inner ring 71 receives vertical component loads Fa1 and Fb1, which are component forces of the loads Fa and Fb, from the rollers 73. Therefore, the tightening force of the inner ring 71 against the shaft portion 51 is increased by the vertical component loads Fa1 and Fb1.
そのため、軸部51と内輪71との嵌め合いによる締め付け力(以下、「初期の締め付け力」ともいう)によって軸部51から内輪71に伝達可能なトルク(伝達トルク)T2は、風力発電装置1を作動させるための負荷トルク(発電機4のロータ42を回すための発電トルクや慣性トルク)が最大となったときに、軸部51から内輪71に伝達されるべき最大の伝達トルクT1maxよりも小さくすることができる。すなわち、T2とT1maxとを、
T1max>T2 ・・・(1)
の関係に設定することができる。
Therefore, the torque (transmission torque) T2 that can be transmitted from the shaft portion 51 to the inner ring 71 by the tightening force (hereinafter also referred to as “initial tightening force”) due to the fitting between the shaft portion 51 and the inner ring 71 is the wind power generator 1. Than the maximum transmission torque T1max to be transmitted from the shaft portion 51 to the inner ring 71 when the load torque (the power generation torque or inertia torque for rotating the rotor 42 of the generator 4) is maximized. Can be small. That is, T2 and T1max are
T1max> T2 (1)
The relationship can be set.
また、ころ73と内外輪71,72との噛み合いによる締め付け力(以下、「追加の締め付け力」ともいう)によって軸部51から内輪71に伝達可能な伝達トルクをT3としたとき、T2とT3とを加算した値が、風力発電装置1を作動させるために必要な最小限の伝達トルクT1よりも常に大きくなっている。すなわち、
T1<T2+T3 ・・・(2)
特に、負荷トルクが最大となったときの追加の締め付け力で、軸部51から内輪71に伝達可能な伝達トルクT3maxは、以下の条件を満たしている。
T1max<T2+T3max ・・・(3)
Also, T2 and T3 when the transmission torque that can be transmitted from the shaft portion 51 to the inner ring 71 by the tightening force (hereinafter also referred to as “additional tightening force”) between the rollers 73 and the inner and outer rings 71 and 72 is T3. Is always larger than the minimum transmission torque T1 necessary for operating the wind turbine generator 1. That is,
T1 <T2 + T3 (2)
In particular, the transmission torque T3max that can be transmitted from the shaft portion 51 to the inner ring 71 with an additional tightening force when the load torque becomes maximum satisfies the following conditions.
T1max <T2 + T3max (3)
以上の負荷トルクと各伝達トルクT1〜T3との関係は、図9にグラフで示す通りである。なお、上述の最大の負荷トルクとは、風力発電装置1の設計条件として想定した最大の負荷トルクのことをいい、風力発電装置1が故障したときや異常気象により想定を超える風速の急変動が生じたときなどに発生する過大な負荷トルクのことではない。
上記(1)〜(3)の関係が満たされることによって、軸部51と内輪71との嵌め合いによる初期の締め付け力を可及的に小さくすることができ、両者の嵌め合いに必要な締め代を小さくし、当該嵌め合いによって内輪71に生じる内部応力(特に円周方向の応力)を小さくすることができる。内輪71の内部応力を小さくすることで内輪71の耐久性を高め、一方向クラッチ7、ひいては軸継手装置9の寿命を高めることができる。なお、軸部51と内輪71の間の締め代は、最小で10μmとすることができる。
The relationship between the above load torque and each of the transmission torques T1 to T3 is as shown in the graph of FIG. The maximum load torque mentioned above refers to the maximum load torque assumed as a design condition for the wind turbine generator 1, and when the wind turbine generator 1 breaks down or due to abnormal weather, sudden fluctuations in wind speed exceeding the assumptions occur. It is not an excessive load torque that occurs when it occurs.
By satisfying the above relationships (1) to (3), the initial tightening force due to the fitting of the shaft portion 51 and the inner ring 71 can be made as small as possible, and the tightening necessary for the fitting of both of them. The allowance can be reduced, and the internal stress (especially the stress in the circumferential direction) generated in the inner ring 71 by the fitting can be reduced. By reducing the internal stress of the inner ring 71, the durability of the inner ring 71 can be improved, and the life of the one-way clutch 7 and thus the shaft coupling device 9 can be increased. In addition, the interference between the shaft part 51 and the inner ring 71 can be set to 10 μm at the minimum.
なお、一方向クラッチ7の内輪71を省略し、軸部51に直接カム面を形成すれば、上記のような嵌め合いに伴う内輪71の応力集中を抑制することができ、好適である。しかし、本実施形態のように風力発電装置1に用いられる一方向クラッチ7は大型であるため、軸部51に対して直接カム面を形成するのは困難であり、現実的ではない。したがって、上記(1)〜(3)のように各伝達トルクT1〜T3と負荷トルクとの関係を設定することが最も有効である。   If the inner ring 71 of the one-way clutch 7 is omitted and a cam surface is formed directly on the shaft portion 51, stress concentration of the inner ring 71 due to the fitting as described above can be suppressed, which is preferable. However, since the one-way clutch 7 used in the wind turbine generator 1 is large as in this embodiment, it is difficult to form a cam surface directly on the shaft portion 51, which is not realistic. Therefore, it is most effective to set the relationship between the transmission torques T1 to T3 and the load torque as in the above (1) to (3).
一方、負荷トルクの増大に伴って、ころ73と内外輪71,72との噛み合いによる締め付け力が過度に大きくなると、内輪71の負担が大きくなり、却って耐久性が低下してしまうおそれがある。そのため、本実施形態では、負荷トルクが大きくなるほど、負荷トルクの増分に対する、ころ73から内輪71(カム面71a1)に付与される垂直成分荷重の増分を小さくし、内輪71への負担を可及的に小さくできるようにしている。   On the other hand, if the tightening force due to the engagement between the rollers 73 and the inner and outer rings 71 and 72 is excessively increased as the load torque is increased, the load on the inner ring 71 is increased, and the durability may be reduced. Therefore, in the present embodiment, as the load torque increases, the increase in the vertical component load applied from the roller 73 to the inner ring 71 (cam surface 71a1) with respect to the increase in the load torque is reduced, and the burden on the inner ring 71 is made possible. Can be made small.
具体的には、図6に示すように、外輪内周面72aは、円弧面に形成されているため、くさび状空間Sが狭い領域ほど、くさび角は大きくなる。図8(a)は、くさび状空間Sが比較的広く、くさび角θaが小さい領域にころ73が位置している状態を示し、図8(b)は、くさび状空間Sが比較的狭く、くさび角θbが大きい領域にころ73が位置している状態を示している。   Specifically, as shown in FIG. 6, the outer ring inner peripheral surface 72 a is formed in an arcuate surface, and thus the wedge angle increases as the wedge-shaped space S becomes narrower. FIG. 8A shows a state in which the wedge-shaped space S is relatively wide and the roller 73 is located in a region where the wedge angle θa is small, and FIG. 8B shows that the wedge-shaped space S is relatively narrow. A state is shown in which the rollers 73 are located in a region where the wedge angle θb is large.
また、ころ73がくさび状空間Sの広い領域に位置するのは、ころ73と内外輪71,72との噛み合いの初期、例えば非回転の状態からカットイン風速(発電のために最低必要な風速)に達して回転し始めるときや、カットイン風速で回転が一定となり安定しているとき等のように負荷トルクが小さい場合であり、また、ころ73がくさび状空間Sの狭い領域に位置するのは、定格風速以上の風速となり定格出力に達したときなどの負荷トルクが大きい場合である。カットイン風速は、瞬間風速であってもよいし、所定時間の平均風速であってもよい。
したがって、図8において、外輪内周面72aからころ73に付与される荷重Fa,Fbは、
Fa<Fb ・・・(4)
の関係がある。
Further, the roller 73 is positioned in a wide area of the wedge-shaped space S because the roller 73 and the inner and outer rings 71 and 72 are engaged at the initial stage, for example, from the non-rotating state to the cut-in wind speed (the minimum wind speed necessary for power generation). ), And when the load torque is small, such as when the rotation is constant and stable at the cut-in wind speed, the roller 73 is positioned in a narrow region of the wedge-shaped space S. This is the case when the load torque is high when the wind speed is higher than the rated wind speed and the rated output is reached. The cut-in wind speed may be an instantaneous wind speed or an average wind speed for a predetermined time.
Therefore, in FIG. 8, the loads Fa and Fb applied to the rollers 73 from the inner peripheral surface 72a of the outer ring are:
Fa <Fb (4)
There is a relationship.
そして、図8(b)において、外輪内周面72aからころ73に付与される荷重Fbに対する垂直成分荷重Fb1の割合(Fb/Fb1)は、図8(a)において、荷重Faに対する垂直成分荷重Fa1の割合(Fa/Fa1)よりも小さくなる。そのため、負荷トルクが増大したとしても、垂直成分荷重Fb1はそれほど大きくならず、内輪71に対する負担を軽減することができる。   8 (b), the ratio (Fb / Fb1) of the vertical component load Fb1 to the load Fb applied to the roller 73 from the outer ring inner peripheral surface 72a is the vertical component load relative to the load Fa in FIG. 8 (a). It becomes smaller than the ratio of Fa1 (Fa / Fa1). Therefore, even if the load torque increases, the vertical component load Fb1 does not increase so much, and the burden on the inner ring 71 can be reduced.
ころ73と内外輪71,72との噛み合いの初期の負荷トルクが作用したときのくさび角θaと、最大の負荷トルクが作用したときのくさび角θbとは、
1.0°<θb−θa<1.5° ・・・(5)
の関係に設定されている。
くさび角θaは、4°〜9°の範囲にあることが好ましく、くさび角θbは、5.5°〜10°の範囲にあることが好ましい。くさび角θaが4°よりも小さいと、ころ73からカム面71a1に付与される垂直成分荷重Fa1が必要以上に大きくなる可能性があり、くさび角θaが9°を超えると、他方のくさび角θbが大きくなりすぎ、ころと両周面との噛み合いが不十分となる可能性があるからである。また、くさび角θbが、5.5°よりも小さいと、他方のくさび角θaが小さくなりすぎ、ころ73からカム面71a1に付与される垂直成分荷重Fa1が必要以上に高まる可能性があり、くさび角θbが10°を超えると、ころ73と内外輪71,72との噛み合いが不十分となる可能性があるからである。
The wedge angle θa when the initial load torque of meshing between the rollers 73 and the inner and outer rings 71 and 72 is applied, and the wedge angle θb when the maximum load torque is applied are:
1.0 ° <θb−θa <1.5 ° (5)
The relationship is set.
The wedge angle θa is preferably in the range of 4 ° to 9 °, and the wedge angle θb is preferably in the range of 5.5 ° to 10 °. If the wedge angle θa is smaller than 4 °, the vertical component load Fa1 applied to the cam surface 71a1 from the roller 73 may be increased more than necessary. If the wedge angle θa exceeds 9 °, the other wedge angle This is because θb becomes too large, and the engagement between the roller and both peripheral surfaces may be insufficient. If the wedge angle θb is smaller than 5.5 °, the other wedge angle θa becomes too small, and the vertical component load Fa1 applied from the roller 73 to the cam surface 71a1 may increase more than necessary. This is because if the wedge angle θb exceeds 10 °, the engagement between the rollers 73 and the inner and outer rings 71 and 72 may be insufficient.
また、くさび角θaとθbとの比は、
1.1<θb/θa<1.4 ・・・(6)
(より好ましくは、1.11<θb/θa<1.38)
に設定されている。
くさび角θa,θbが以上のような関係に設定されることによって、ころ73と内輪71及び外輪72との噛み合いの初期から負荷トルクが最大となるまでの間、軸部51と内輪71とのトルク伝達を確実に行うことができるとともに内輪71の負担も軽減することができる。
The ratio between the wedge angles θa and θb is
1.1 <θb / θa <1.4 (6)
(More preferably, 1.11 <θb / θa <1.38)
Is set to
By setting the wedge angles θa and θb in the relationship as described above, the shaft 51 and the inner ring 71 are in contact between the initial stage of meshing between the roller 73 and the inner ring 71 and the outer ring 72 until the load torque becomes maximum. Torque can be transmitted reliably and the burden on the inner ring 71 can be reduced.
上記(5)、(6)のような関係は、外輪72の内径、ころ73の外径やP.C.D、外輪内周面72aとカム面71a1との間隔等を調整することによって設定することができる。また、一方向クラッチ7におけるころ73の数は、4個〜8個に設定することが好ましい。ころ73の数が8個を超えると、外輪内周面72aから各ころ73への荷重Fa,Fbが分散し、ころ73からカム面71a1への垂直成分荷重Fa1,Fb1が小さくなり、軸部51に対する内輪71の締め付け力を十分に得ることができなくなる可能性があるからである。また、ころ73の数が4個より少ないと、軸部51に対する内輪71の締め付け力が大きくなりすぎ、内輪71への局所的な負担が大きくなるからである。   The above relationships (5) and (6) are related to the inner diameter of the outer ring 72, the outer diameter of the roller 73, and the P.P. C. D, and can be set by adjusting the distance between the inner peripheral surface 72a of the outer ring and the cam surface 71a1. Further, the number of rollers 73 in the one-way clutch 7 is preferably set to 4 to 8. When the number of the rollers 73 exceeds 8, the loads Fa and Fb from the inner peripheral surface 72a of the outer ring to the rollers 73 are dispersed, and the vertical component loads Fa1 and Fb1 from the rollers 73 to the cam surface 71a1 are reduced, so that the shaft portion This is because there is a possibility that sufficient tightening force of the inner ring 71 with respect to 51 cannot be obtained. Further, when the number of rollers 73 is less than four, the tightening force of the inner ring 71 with respect to the shaft portion 51 becomes too large, and the local load on the inner ring 71 is increased.
図5において、一対の転がり軸受8は、入力回転体5の軸部51と出力回転体6の円筒部61との間にそれぞれ配置されており、入力回転体5及び出力回転体6を互いに相対回転可能に支持している。また、各転がり軸受8は、一方向クラッチ7の軸方向両側にそれぞれワッシャ(位置決め具)91を介して隣接して配置されている。   In FIG. 5, the pair of rolling bearings 8 are respectively disposed between the shaft portion 51 of the input rotator 5 and the cylindrical portion 61 of the output rotator 6, so that the input rotator 5 and the output rotator 6 are relative to each other. It is rotatably supported. The rolling bearings 8 are arranged adjacent to each other on both sides in the axial direction of the one-way clutch 7 via washers (positioning tools) 91.
転がり軸受8は、軌道輪としての内輪81及び外輪82と、内輪81と外輪82との間に転動可能に配置された複数の円筒ころ(転動体)83と、複数の円筒ころ83の周方向の間隔を保持する保持器84とを備えた円筒ころ軸受からなる。
内輪81は、外周に形成された内輪軌道面81aと、この内輪軌道面81aの軸方向両側において径方向外側へ突出して形成された内輪鍔部81bとを有している。各内輪鍔部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に隣接する内輪鍔部81bは、その径方向外端部が、一方向クラッチ7の保持器74の軸方向側方に位置するように一方向クラッチ7の内輪71よりも径方向外方へ突出している。
The rolling bearing 8 includes an inner ring 81 and an outer ring 82 as raceway rings, a plurality of cylindrical rollers (rolling elements) 83 disposed between the inner ring 81 and the outer ring 82, and a plurality of cylindrical rollers 83. It consists of a cylindrical roller bearing provided with a cage 84 that holds the gap in the direction.
The inner ring 81 has an inner ring raceway surface 81a formed on the outer periphery, and an inner ring flange 81b formed to project radially outward on both axial sides of the inner ring raceway surface 81a. Both end surfaces of the cylindrical roller 83 are in sliding contact with the inner surface of each inner ring collar 81b. Further, the inner ring flange 81b adjacent to the one-way clutch 7 is more than the inner ring 71 of the one-way clutch 7 so that the radially outer end thereof is positioned on the axial direction side of the retainer 74 of the one-way clutch 7. Projects radially outward.
出力回転体6における円筒部61の軸方向両端部の領域A及び領域Cは、転がり軸受8の外輪82とされており、この領域A,Cの各内周面に外輪82の外輪軌道面82aが形成されている。この外輪軌道面82aと内輪軌道面81aとの間には、円筒ころ83が転動可能に配置されている。したがって、出力回転体6の円筒部61は、一方向クラッチ7の外輪72と転がり軸受8の外輪82とを兼ねており、一方向クラッチ7の外輪内周面72aと転がり軸受8の外輪軌道面82aとは、同一の内径に形成されている。言い換えると、一方向クラッチ7の外輪72と転がり軸受8の外輪82とは一体に形成されている。   A region A and a region C at both ends in the axial direction of the cylindrical portion 61 in the output rotator 6 serve as an outer ring 82 of the rolling bearing 8, and an outer ring raceway surface 82 a of the outer ring 82 is formed on each inner peripheral surface of the regions A and C. Is formed. A cylindrical roller 83 is disposed between the outer ring raceway surface 82a and the inner ring raceway surface 81a so as to be able to roll. Therefore, the cylindrical portion 61 of the output rotator 6 serves as the outer ring 72 of the one-way clutch 7 and the outer ring 82 of the rolling bearing 8, and the outer ring inner peripheral surface 72 a of the one-way clutch 7 and the outer ring raceway surface of the rolling bearing 8. 82a has the same inner diameter. In other words, the outer ring 72 of the one-way clutch 7 and the outer ring 82 of the rolling bearing 8 are integrally formed.
ワッシャ91は、SPCC等の金属製の薄板材をリング状に形成することによって構成され、その断面形状の軸方向の厚さ寸法は、径方向の幅寸法の方よりも小さく形成されている。また、ワッシャ91は、入力回転体5の軸部51の外周面に嵌合(遊嵌)され、一方向クラッチ7の内輪71と転がり軸受8の内輪81とで挟持されている。また、ワッシャ91は、一方向クラッチ7の内輪71よりも径方向外側に突出されており、一方向クラッチ7の保持器74の軸方向側面に当接可能となっている。   The washer 91 is formed by forming a metal thin plate material such as SPCC into a ring shape, and the axial thickness dimension of the cross-sectional shape is smaller than the radial width dimension. The washer 91 is fitted (freely fitted) to the outer peripheral surface of the shaft portion 51 of the input rotator 5 and is sandwiched between the inner ring 71 of the one-way clutch 7 and the inner ring 81 of the rolling bearing 8. Further, the washer 91 protrudes radially outward from the inner ring 71 of the one-way clutch 7 and can come into contact with the axial side surface of the cage 74 of the one-way clutch 7.
したがって、一方向クラッチ7の保持器74は、ワッシャ91によって軸方向に関して位置決めされる。また、一方向クラッチ7の保持器74と、転がり軸受8の保持器84との間にはワッシャ91が配置されるので、両者は直接的に接触しない。したがって、両保持器74,84が接触することに伴う摩耗や焼き付きを防止することができる。また、ワッシャ91を一方向クラッチ7の内輪71と転がり軸受8の内輪81との間で挟持することによって、ワッシャ91を軸部51に対して遊嵌しても当該ワッシャ91を強固に固定することができる。したがって、ワッシャ91を可及的に薄肉に形成することができるとともに、確実に保持器74の位置決めを行うことができる。また、転がり軸受8の内輪81に形成された鍔部81bは、一方向クラッチ7の内輪71よりも径方向外側に突出し、保持器74の軸方向側方に配置されているので、内輪81の鍔部81bによってワッシャ91をバックアップし、より強固にワッシャ91を支持することができる。そのため、ワッシャ91をより薄肉に形成することができ、ワッシャ91を設けることに伴う一方向クラッチ7の軸方向寸法の増大を抑制することができる。   Therefore, the retainer 74 of the one-way clutch 7 is positioned with respect to the axial direction by the washer 91. Moreover, since the washer 91 is arrange | positioned between the holder | retainer 74 of the one-way clutch 7 and the holder | retainer 84 of the rolling bearing 8, both do not contact directly. Therefore, it is possible to prevent wear and seizure associated with the contact between the two retainers 74 and 84. Further, by holding the washer 91 between the inner ring 71 of the one-way clutch 7 and the inner ring 81 of the rolling bearing 8, even if the washer 91 is loosely fitted to the shaft portion 51, the washer 91 is firmly fixed. be able to. Therefore, the washer 91 can be formed as thin as possible, and the retainer 74 can be positioned reliably. Further, the flange 81b formed on the inner ring 81 of the rolling bearing 8 protrudes radially outward from the inner ring 71 of the one-way clutch 7 and is disposed on the axial direction side of the retainer 74. The washer 91 can be backed up by the collar portion 81b, and the washer 91 can be supported more firmly. Therefore, the washer 91 can be formed thinner, and an increase in the axial dimension of the one-way clutch 7 accompanying the provision of the washer 91 can be suppressed.
なお、ワッシャ91は、一方向クラッチ7と転がり軸受8との間のグリースの流通を阻害しないよう、円筒部61との間にグリースの流通路となる隙間をあけて配置されている。   The washer 91 is disposed with a gap serving as a grease passage between the cylindrical portion 61 so as not to hinder the flow of grease between the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8.
図10は、軸継手装置の組立手順を示す説明図である。
以下、図10を参照して軸継手装置9の組立手順を説明する。まず、図10(a)に示すように、入力回転体5の軸部51の外周面に、一方の転がり軸受8、ワッシャ91、一方向クラッチ7の内輪71、保持器74の円環部76、柱部77、円環部76、ワッシャ91、他方の転がり軸受8を順次取り付ける。この際、転がり軸受8は、予め内輪81に保持器84及び円筒ころ83を組み付けた状態としておく。転がり軸受8の内輪81及び一方向クラッチ7の内輪71は、焼き嵌め又は冷やし嵌めによって軸部51の外周面51aに嵌合することによって取り付ける。したがって、内輪81,71は、所定の締め代をもって締まり嵌めで軸部51に強固に嵌合される。保持器74の取り付けは、まず一方の円環部76を内輪71の外周面に遊嵌し、この円環部76の各凹部76a(図7参照)に、柱部77の一方の嵌合部77c(図7参照)を嵌合し、その後、他方の円環部76を内輪71に遊嵌しつつ、その凹部76aを柱部77の他方の嵌合部77cに嵌合させることにより行う。
FIG. 10 is an explanatory view showing an assembly procedure of the shaft coupling device.
Hereinafter, the assembly procedure of the shaft coupling device 9 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 10A, one rolling bearing 8, a washer 91, an inner ring 71 of the one-way clutch 7, and an annular portion 76 of the retainer 74 are formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 51 of the input rotating body 5. The column portion 77, the annular portion 76, the washer 91, and the other rolling bearing 8 are attached in sequence. At this time, the rolling bearing 8 is in a state in which the cage 84 and the cylindrical roller 83 are assembled to the inner ring 81 in advance. The inner ring 81 of the rolling bearing 8 and the inner ring 71 of the one-way clutch 7 are attached by being fitted to the outer peripheral surface 51a of the shaft portion 51 by shrink fitting or cold fitting. Therefore, the inner rings 81 and 71 are firmly fitted to the shaft portion 51 with an interference fit with a predetermined allowance. The retainer 74 is attached by first loosely fitting one annular portion 76 to the outer peripheral surface of the inner ring 71, and one fitting portion of the column portion 77 in each recess 76 a (see FIG. 7) of the annular portion 76. 77c (see FIG. 7) is fitted, and then the other annular portion 76 is loosely fitted to the inner ring 71 while the concave portion 76a is fitted to the other fitting portion 77c of the column portion 77.
次いで、図10(b)に示すように、シール受け部材101を軸部51の外周面に焼き嵌め等によって嵌合する。また、一方向クラッチ7の弾性部材75及びころ73を保持器74に装着する。   Next, as shown in FIG. 10B, the seal receiving member 101 is fitted to the outer peripheral surface of the shaft portion 51 by shrink fitting or the like. Further, the elastic member 75 and the roller 73 of the one-way clutch 7 are attached to the cage 74.
次いで、図10(c)に示すように、出力回転体6の円筒部61を、入力回転体5に装着した転がり軸受8の円筒ころ83及び一方向クラッチ7のころ73の径方向外側に装着する。この際に、一方向クラッチ7のころ73は、図6に示すように、ポケット78内で弾性部材75によって押圧され、カム面71a1の端部側に位置しているので、出力回転体6の円筒部61の内周面、すなわち、一方向クラッチ7の外輪内周面72aよりも径方向外側に突出した状態となる。そのため、円筒部61をころ73の径方向外側に嵌合させるときに、円筒部61の先端部(図における下端部)をころ73の端部に当接させた状態で、弾性部材75がころ73を付勢する方向とは反対方向に円筒部61を回転させる。   Next, as shown in FIG. 10C, the cylindrical portion 61 of the output rotator 6 is mounted on the radially outer side of the cylindrical roller 83 of the rolling bearing 8 and the roller 73 of the one-way clutch 7 mounted on the input rotator 5. To do. At this time, as shown in FIG. 6, the roller 73 of the one-way clutch 7 is pressed by the elastic member 75 in the pocket 78 and is positioned on the end side of the cam surface 71 a 1. The inner circumferential surface of the cylindrical portion 61, that is, the outer ring inner circumferential surface 72 a of the one-way clutch 7 protrudes radially outward. Therefore, when the cylindrical portion 61 is fitted to the outer side in the radial direction of the roller 73, the elastic member 75 is in a state where the tip end portion (lower end portion in the drawing) of the cylindrical portion 61 is in contact with the end portion of the roller 73. The cylindrical portion 61 is rotated in a direction opposite to the direction in which 73 is urged.
これにより、ころ73をカム面71a1の中央側に移動させつつ径方向内側へ後退させることができ、ころ73の径方向外側に円筒部61の内周面を容易に嵌合させることが可能となる。
また、風力発電装置1は大型であり、軸継手装置9の個々の部品も大型化するため、当該部品をクレーンで吊った不安定な状態で組立作業が行われることになる。そのため、出力回転体6の円筒部61を、入力回転体5に装着した一方向クラッチ7のころ73の径方向外側に装着する際に、円筒部61の先端部と一方向クラッチ7のころ73の端部との位置を合わせにくくなる。また、ころ73は弾性部材75により押圧されることでカム面71a1の周方向端部側に位置しているため、円筒部61をころ73の径方向外側に装着するには、当該ころ73をカム面71a1の周方向中央側に寄せる必要があるが、円筒部61の先端部と一方向クラッチ7のころ73の端部との位置を合わせにくい状態では組立作業が著しく困難となる。本実施形態では、円筒部61の先端内周面には、内径を拡大するようなテーパー面61bが形成されている。そして、このテーパー面61bをころ73の端部に押し当てることで、円筒部61の先端部ところ73の端部との位置合わせを容易にし、円筒部61の先端部をころ73の端部に噛み込ませ易くしている。また、テーパー面61bをころ73の端部に押し当てた状態での円筒部61の保持が容易になるため、ころ73をカム面71a1の周方向中央側によせ易くなり、円筒部61の組付けをより容易に行うことができる。
As a result, the roller 73 can be moved back inward in the radial direction while moving to the center side of the cam surface 71 a 1, and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 61 can be easily fitted to the outer side in the radial direction of the roller 73. Become.
Moreover, since the wind power generator 1 is large and the individual components of the shaft coupling device 9 are also enlarged, the assembly work is performed in an unstable state in which the components are suspended by a crane. Therefore, when the cylindrical portion 61 of the output rotator 6 is mounted on the radially outer side of the roller 73 of the one-way clutch 7 mounted on the input rotator 5, the tip of the cylindrical portion 61 and the roller 73 of the one-way clutch 7 are mounted. It becomes difficult to align the position with the end of the. Since the roller 73 is pressed by the elastic member 75 and is positioned on the circumferential end side of the cam surface 71a1, the roller 73 is attached to the cylindrical portion 61 on the radially outer side of the roller 73. Although it is necessary to bring it closer to the center in the circumferential direction of the cam surface 71a1, the assembling work becomes extremely difficult when it is difficult to align the tip of the cylindrical portion 61 and the end of the roller 73 of the one-way clutch 7. In the present embodiment, a tapered surface 61 b that expands the inner diameter is formed on the inner peripheral surface of the tip of the cylindrical portion 61. The tapered surface 61 b is pressed against the end of the roller 73 to facilitate alignment with the end of the cylindrical portion 61 and the end of the cylindrical portion 61, and the end of the cylindrical portion 61 is brought into contact with the end of the roller 73. Easy to bite. Further, since the cylindrical portion 61 can be easily held in a state where the tapered surface 61b is pressed against the end portion of the roller 73, the roller 73 can be easily moved to the center side in the circumferential direction of the cam surface 71a1. The attachment can be performed more easily.
なお、一方向クラッチ7のころ73の軸方向端部の外周縁73eには、円筒部61の組み付けの際にテーパー面61bと位置合わせしやすいようにテーパー面が形成されていることが好ましい。また、軸部51の軸方向端部の外周面や軸部51に嵌合される内輪71,81の軸方向端部の内周面にもテーパー面やR面を形成することで、両者の芯合わせや組み付けを容易に行うことができる。
最後に、図10(d)に示すように、軸部51のキー溝51bにキー53を取り付け、軸部51の外周面51aにフランジ部52aを嵌合する。
The outer peripheral edge 73e at the axial end of the roller 73 of the one-way clutch 7 is preferably formed with a tapered surface so that it can be easily aligned with the tapered surface 61b when the cylindrical portion 61 is assembled. Further, by forming a taper surface or an R surface on the outer peripheral surface of the axial end portion of the shaft portion 51 and the inner peripheral surface of the axial ends of the inner rings 71 and 81 fitted to the shaft portion 51, Centering and assembly can be easily performed.
Finally, as shown in FIG. 10 (d), the key 53 is attached to the key groove 51 b of the shaft portion 51, and the flange portion 52 a is fitted to the outer peripheral surface 51 a of the shaft portion 51.
なお、一方向クラッチ7の組立方法として、まず、入力回転体5の軸部51の外周部に一方の転がり軸受8を組み付け、その後、出力回転体6の円筒部61を組み付け、軸部51と円筒部61との間に、予め組んでおいた一方向クラッチを挿入する方法が考えられる。しかし、風力発電装置1に使用される一方向クラッチは大型であるため、当該一方向クラッチを予め組んだ状態で軸部51と円筒部61との間の狭い空間に挿入するのは非常に困難である。しかも、ころ73は、弾性部材75とカム面71a1の作用により円筒部61の内周面72aよりも径方向外側に突出するため、一方向クラッチ7を円筒部61の内側に挿入するには各ころ73を径方向内側に押さえなければならず、作業が極めて煩雑となる。   As a method of assembling the one-way clutch 7, first, one rolling bearing 8 is assembled to the outer peripheral portion of the shaft portion 51 of the input rotating body 5, and then the cylindrical portion 61 of the output rotating body 6 is assembled. A method of inserting a pre-assembled one-way clutch between the cylindrical portion 61 is conceivable. However, since the one-way clutch used in the wind power generator 1 is large, it is very difficult to insert the one-way clutch into the narrow space between the shaft portion 51 and the cylindrical portion 61 in a state where the one-way clutch is assembled in advance. It is. In addition, the roller 73 protrudes radially outward from the inner peripheral surface 72a of the cylindrical portion 61 by the action of the elastic member 75 and the cam surface 71a1, so that the one-way clutch 7 must be inserted into the cylindrical portion 61 inside. The roller 73 must be pressed inward in the radial direction, and the operation becomes extremely complicated.
これに対して、図10を参照して説明した本実施形態の組立方法では、外輪72,82を除き一方向クラッチ7及び転がり軸受8を入力回転体5の軸部51に組み付けた状態で出力回転体6を組み付けており、この組み付けの際に出力回転体6の円筒部61を回転させることによって複数のころ73を同時に径方向内側へ後退させることができるので、軸継手装置9を容易に組み立てることができる。   On the other hand, in the assembling method of this embodiment described with reference to FIG. 10, the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8 except for the outer rings 72 and 82 are output in a state where they are assembled to the shaft portion 51 of the input rotating body 5. Since the rotating body 6 is assembled and the plurality of rollers 73 can be simultaneously retracted radially inward by rotating the cylindrical portion 61 of the output rotating body 6 during the assembly, the shaft coupling device 9 can be easily operated. Can be assembled.
なお、定格出力が1MWを超えるような大型の風力発電装置1では、増速機3の出力軸35や発電機4の駆動軸41の軸径も大きくなり、軸継手装置9の重量も必然的に大きくなる。したがって、軸継手装置9を組み立てる際に人が直接部品を持ち上げて作業することは非常に困難となる。例えば、2MW級の発電機4を有する風力発電装置1は、軸継手装置9の重量が100kgを超える場合があり、クレーンで吊った部品を不安定な状態で組み付けたり、特別な治具を用いたりするなど、組み立て作業に要する労力が非常に大きくなる。そのため、上記のように軸継手装置9を組み立てることが極めて有効となる。   In the large-scale wind turbine generator 1 with a rated output exceeding 1 MW, the shaft diameters of the output shaft 35 of the speed increaser 3 and the drive shaft 41 of the generator 4 are also increased, and the weight of the shaft coupling device 9 is inevitably required. Become bigger. Therefore, when assembling the shaft coupling device 9, it is very difficult for a person to lift and work directly. For example, in the wind turbine generator 1 having a 2 MW class generator 4, the weight of the shaft coupling device 9 may exceed 100 kg, and components suspended by a crane are assembled in an unstable state or a special jig is used. For example, the labor required for the assembly work becomes very large. Therefore, assembling the shaft coupling device 9 as described above is extremely effective.
なお、図10(c)に到るまでの組立手順は、適宜変更することが可能である。例えば、転がり軸受8の内輪81、保持器84、及び円筒ころ83は、それぞれ別々に軸部51に対して組み付けてもよい。   In addition, the assembly procedure until it reaches FIG.10 (c) can be changed suitably. For example, the inner ring 81, the cage 84, and the cylindrical roller 83 of the rolling bearing 8 may be separately assembled to the shaft portion 51.
図1に示すように、本実施形態の風力発電装置1は、軸継手装置9を覆うカバー部材(遮蔽手段)92が設けられている。このカバー部材92は、弾性変形可能な合成樹脂やゴム等によって形成されている。また、図3にも示すように、カバー部材92は、円筒形状に形成されており、軸方向の両端部に連結部93,94が設けられ、両連結部93,94の間に蛇腹部95が設けられている。一方の連結部93は、駆動軸41の外周面(又は、フランジ部41aであってもよい)に固定バンド等によって固定されている。また、他方の連結部94は、出力軸35のフランジ部35c1に係合することによって連結されている。蛇腹部95は、軸方向の伸縮と径方向の曲げ、撓み等が可能となっている。   As shown in FIG. 1, the wind turbine generator 1 of the present embodiment is provided with a cover member (shielding means) 92 that covers the shaft coupling device 9. The cover member 92 is made of elastically deformable synthetic resin, rubber, or the like. As shown in FIG. 3, the cover member 92 is formed in a cylindrical shape, provided with connecting portions 93 and 94 at both ends in the axial direction, and a bellows portion 95 between the connecting portions 93 and 94. Is provided. One connecting portion 93 is fixed to the outer peripheral surface of drive shaft 41 (or may be flange portion 41a) by a fixing band or the like. The other connecting portion 94 is connected by engaging with the flange portion 35 c 1 of the output shaft 35. The bellows portion 95 can be expanded and contracted in the axial direction and bent or bent in the radial direction.
図12は、カバー部材の連結部を拡大して示す断面図である。
連結部94は、断面L字形状の芯金94aと、この芯金94aの外面に接着された弾性部材94bとを備えている。また、連結部94の先端部には、フランジ部35c1の増速機3側の側面に当接する摺動部材94cが設けられている。この摺動部材94cは、フランジ部35c1に対する摺動抵抗が小さい部材、例えば金属板の表面にコーティング処理を施すことによって摩擦係数を小さくした部材が用いられる。また、摺動部材94cは、蛇腹部95が矢印c方向に収縮する力によってフランジ部35c1に押圧されており、この摺動部材94cのシール作用によってカバー部材92の内外の気流の流通が抑制されている。
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of the connecting portion of the cover member.
The connecting portion 94 includes a cored bar 94a having an L-shaped cross section and an elastic member 94b bonded to the outer surface of the cored bar 94a. In addition, a sliding member 94c that contacts the side surface of the flange portion 35c1 on the side of the speed increaser 3 is provided at the distal end portion of the connecting portion 94. As the sliding member 94c, a member having a small sliding resistance with respect to the flange portion 35c1, for example, a member having a friction coefficient reduced by coating the surface of a metal plate is used. The sliding member 94c is pressed against the flange portion 35c1 by the force that the bellows portion 95 contracts in the direction of the arrow c, and the flow of the airflow inside and outside the cover member 92 is suppressed by the sealing action of the sliding member 94c. ing.
沿岸や洋上に設置される風力発電装置1は、塩分を多量に含む風を受けて作動するが、ナセル内の機器に外気流が侵入すると塩害による金属腐食等の問題が生じ、耐久性に大きく影響する。本実施形態の風力発電装置1は、軸継手装置9がカバー部材92によって覆われており、軸継手装置9への異物や気流の侵入が抑制されている。そのため、塩害等による軸継手装置9の機能低下、特に、一方向クラッチ7の機能低下を防止することができる。   The wind power generator 1 installed on the coast or on the ocean operates by receiving a wind containing a large amount of salt. However, if an external air current enters the equipment in the nacelle, problems such as metal corrosion due to salt damage occur, resulting in a large durability. Affect. In the wind turbine generator 1 of the present embodiment, the shaft coupling device 9 is covered with a cover member 92, and entry of foreign matter and airflow into the shaft coupling device 9 is suppressed. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the function of the shaft coupling device 9 due to salt damage or the like, particularly deterioration of the function of the one-way clutch 7.
また、カバー部材92は、軸方向の一端が駆動軸41に固定されるが、軸方向の他端は出力軸35に相対回転可能に連結されるので、一方向クラッチ7による出力軸35と駆動軸41の相対回転でカバー部材92がねじれてしまうことがない。さらに、蛇腹部95の弾性変形(収縮)を利用して連結部94の摺動部材94cをフランジ部35c1に押圧しているので、異物や気流の侵入を抑制しながら両者の相対回転を許容することができる。   The cover member 92 has one end in the axial direction fixed to the drive shaft 41, but the other end in the axial direction is connected to the output shaft 35 so as to be relatively rotatable, so that the cover member 92 is driven with the output shaft 35 by the one-way clutch 7. The cover member 92 is not twisted by the relative rotation of the shaft 41. Further, since the sliding member 94c of the connecting portion 94 is pressed against the flange portion 35c1 by utilizing the elastic deformation (contraction) of the bellows portion 95, relative rotation of both is allowed while suppressing intrusion of foreign matter and airflow. be able to.
本実施形態の風力発電装置1によれば、増速機3の出力軸35とともに一体回転する入力回転体5と、発電機4の駆動軸41とともに一体回転する出力回転体6との間に配置した一方向クラッチ7により、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ことができる。つまり、風力の低下により主軸2を介して出力軸35の回転速度が急激に低下しても、発電機4のロータ42の慣性による回転が駆動軸41を介して出力軸35に伝達されるのを防止することができる。これにより、出力軸35を支持しているころ軸受38に作用するラジアル荷重の減少及びこれに伴う円筒ころ38cの自転遅れを抑制することができる。したがって、この状態から風力変化により主軸2の回転速度が急激に増加して円筒ころ38cに高荷重がかかったときに、円筒ころ38cが内輪38aとの接触面で滑りにくくなるため、ころ軸受38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。   According to the wind power generator 1 of the present embodiment, the wind turbine generator 1 is disposed between the input rotator 5 that rotates together with the output shaft 35 of the speed increaser 3 and the output rotator 6 that rotates together with the drive shaft 41 of the generator 4. When the rotational speed of the input rotator 5 falls below the rotational speed of the output rotator 6 by the one-way clutch 7, the connection between the input rotator 5 and the output rotator 6 can be disconnected. That is, even if the rotational speed of the output shaft 35 rapidly decreases via the main shaft 2 due to a decrease in wind power, the rotation due to the inertia of the rotor 42 of the generator 4 is transmitted to the output shaft 35 via the drive shaft 41. Can be prevented. As a result, it is possible to suppress a reduction in the radial load acting on the roller bearing 38 supporting the output shaft 35 and a rotation delay of the cylindrical roller 38c associated therewith. Accordingly, when the rotational speed of the main shaft 2 suddenly increases due to a change in wind force from this state and a high load is applied to the cylindrical roller 38c, the cylindrical roller 38c becomes difficult to slip on the contact surface with the inner ring 38a. Smearing can be effectively suppressed.
また、ロータ42の慣性による回転が出力軸35に伝達されるのを防止することにより、増速機3のころ軸受36a,36b,37a,37b,38,39等に作用する負荷を低減することができる。これにより、遊星歯車機構31の各歯車31b,31cや、高速段歯車機構32の各軸33〜35及びころ軸受36a,36b,37a,37b,38,39をいずれも小型化することができるため、増速機3を軽量化することができ、かつ低コストで製造することができる。
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。
Further, by preventing the rotation due to the inertia of the rotor 42 from being transmitted to the output shaft 35, the load acting on the roller bearings 36a, 36b, 37a, 37b, 38, 39, etc. of the speed increaser 3 can be reduced. Can do. As a result, the gears 31b and 31c of the planetary gear mechanism 31 and the shafts 33 to 35 of the high-speed gear mechanism 32 and the roller bearings 36a, 36b, 37a, 37b, 38, and 39 can all be downsized. The speed increaser 3 can be reduced in weight and can be manufactured at low cost.
Further, by disconnecting the connection between the input rotator 5 and the output rotator 6, the rotor 42 of the generator 4 continues to rotate due to inertia without suddenly decelerating, so the average rotational speed of the rotor 42 is increased. Can do. Thereby, the power generation efficiency of the generator 4 can be improved.
また、入力回転体5と出力回転体6との間には、これらを互いに相対回転可能に支持する転がり軸受8が配置されているため、一方向クラッチ7においてころ73と内外輪71,72との噛み合いが解除されることにより、くさび状空間Sでころ73と内外輪71,72との間に隙間が発生したときに、転がり軸受8によって入力回転体5及び出力回転体6が互いに径方向に相対移動するのを防止することができる。したがって、風力発電装置1の運転中に、入力回転体5及び出力回転体6が径方向にがたつくのを防止することができる。   Further, since a rolling bearing 8 is disposed between the input rotator 5 and the output rotator 6 so as to be relatively rotatable with each other, the roller 73 and the inner and outer rings 71 and 72 in the one-way clutch 7 are arranged. When the gap between the roller 73 and the inner and outer rings 71 and 72 is generated in the wedge-shaped space S, the input rotating body 5 and the output rotating body 6 are radially connected to each other by the rolling bearing 8. It is possible to prevent relative movement. Therefore, it is possible to prevent the input rotator 5 and the output rotator 6 from rattling in the radial direction during the operation of the wind turbine generator 1.
また、一方向クラッチ7の外輪内周面72a及び転がり軸受8の外輪軌道面82aは、共通の部材である出力回転体6の円筒部61の内周面に形成されている。そのため、出力回転体6を、一方向クラッチ7の外輪72、及び各転がり軸受8の外輪82として兼用することができる。これにより、風力発電装置1全体の構造を簡素化することができる。   The outer ring inner peripheral surface 72a of the one-way clutch 7 and the outer ring raceway surface 82a of the rolling bearing 8 are formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 61 of the output rotating body 6 that is a common member. Therefore, the output rotating body 6 can be used as the outer ring 72 of the one-way clutch 7 and the outer ring 82 of each rolling bearing 8. Thereby, the structure of the wind power generator 1 whole can be simplified.
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の外輪72及び転がり軸受8の外輪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。   The output rotator 6 is detachably fixed to the drive shaft 41 of the generator 4 and is movably disposed in the axial direction with respect to the input rotator 5, so that the output rotator 6 is connected to the drive shaft. The output rotator 6 can be removed from the input rotator 5 by removing it from 41 and moving it in the axial direction relative to the input rotator 5. Thereby, since the outer ring 72 of the one-way clutch 7 and the outer ring 82 of the rolling bearing 8 can be removed at the same time, the maintenance work of the one-way clutch 7 and the rolling bearing 8 can be easily performed. At this time, since the generator 4 does not need to be moved, the maintenance work can be performed more easily.
図5に示すように、入力回転体5と出力回転体6とは、隙間s2,s3が設けられていること、一方向クラッチ7の係合子73や転がり軸受8の転動体83が円筒ころにより形成されていること、及び当該円筒ころ73,83が転動する外輪内周面72a及び外輪軌道面82aが円筒面(円弧面)に形成されていること等によって、軸方向の相対移動が許容されている。そのため、周囲の状態変化、例えば、温度変化により出力軸35、駆動軸41が軸方向に伸縮(両軸の軸方向間隔が変動)したとしても、入力回転体5と出力回転体6との軸方向の相対移動によって当該伸縮を吸収することができる。これにより、出力軸35や駆動軸41を支持している部材(転がり軸受等)に軸方向の負荷が付与されるのを抑制することができる。   As shown in FIG. 5, the input rotator 5 and the output rotator 6 are provided with gaps s2 and s3, and the engagement element 73 of the one-way clutch 7 and the rolling element 83 of the rolling bearing 8 are made of cylindrical rollers. Relative movement in the axial direction is allowed due to the fact that the outer ring inner circumferential surface 72a and the outer ring raceway surface 82a on which the cylindrical rollers 73 and 83 roll are formed on a cylindrical surface (arc surface). Has been. Therefore, even if the output shaft 35 and the drive shaft 41 expand and contract in the axial direction due to a change in the surrounding state, for example, a temperature change (the axial distance between both axes varies), the axis between the input rotator 5 and the output rotator 6 The expansion and contraction can be absorbed by relative movement in the direction. Thereby, it is possible to suppress an axial load from being applied to a member (such as a rolling bearing) that supports the output shaft 35 and the drive shaft 41.
また、入力回転体5と出力回転体6との軸方向の相対移動によって一方向クラッチ7の外輪内周面72a及び転がり軸受8の外輪軌道面82aが円筒ころ73,83に対して軸方向に移動すると、実質的な外輪内周面72a及び外輪軌道面82aが軸方向に位置ずれする。特に、風力発電装置1は大型であるため位置ずれ量も必然的に大きくなる。このような位置ずれに対応するため、予め円筒部61の内周面には、想定される位置ずれ量も含む範囲で外輪円筒面72a及び外輪軌道面82aに必要な表面処理を行っておくことが好ましい。なお、この位置ずれ量は、風力発電装置1が使用される環境温度、発電機4の発熱量を加味したナセル内の温度等から温度変化域(例えば、−40℃〜60℃)を想定し、この温度変化域における各部材の伸縮量を計算や実験により求めることによって、推定することができる。また、隙間s2,s3は、想定される温度変化域の上限(最高温度)における各軸の軸方向の伸張量よりも大きい寸法に設定されることが好ましい。また、外輪内周面72aや外輪軌道面82aの表面処理としては、例えば、浸炭窒化処理等の表面改質処理や、黒染め処理やDLC被膜などの被膜処理であってもよい。また、焼き入れや焼き戻し等の熱処理であってもよい。   Further, the relative movement in the axial direction between the input rotator 5 and the output rotator 6 causes the outer ring inner peripheral surface 72 a of the one-way clutch 7 and the outer ring raceway surface 82 a of the rolling bearing 8 to move in the axial direction with respect to the cylindrical rollers 73 and 83. When moved, the outer ring inner circumferential surface 72a and the outer ring raceway surface 82a are displaced in the axial direction. In particular, since the wind power generator 1 is large, the amount of displacement is inevitably large. In order to deal with such a positional deviation, the inner peripheral surface of the cylindrical portion 61 is previously subjected to the necessary surface treatment on the outer ring cylindrical surface 72a and the outer ring raceway surface 82a within a range including the assumed positional deviation amount. Is preferred. In addition, this positional deviation amount assumes a temperature change region (for example, −40 ° C. to 60 ° C.) from the environmental temperature in which the wind power generator 1 is used, the temperature in the nacelle in consideration of the heat generation amount of the generator 4, and the like. The amount of expansion and contraction of each member in this temperature change region can be estimated by calculating or experimenting. In addition, the gaps s2 and s3 are preferably set to dimensions larger than the axial extension amount of each axis at the upper limit (maximum temperature) of the assumed temperature change range. Further, as the surface treatment of the outer ring inner peripheral surface 72a and the outer ring raceway surface 82a, for example, surface modification treatment such as carbonitriding treatment, coating treatment such as blackening treatment or DLC coating may be used. Further, it may be a heat treatment such as quenching or tempering.
図2に示すように、駆動軸41を制動するブレーキ44が設けられている場合、一方向クラッチ7やこれを内蔵した軸継手装置9は、増速機3と、ブレーキ44との間に配置されることが好ましい。仮にブレーキ44と発電機4との間に一方向クラッチ7が配置されていたとすると、回転中にブレーキ44をかけても、増速機3側の回転が減速するだけで、発電機4側の回転は一方向クラッチ7によって継続し空転するため、発電機4の異常時等に発電機4を迅速に止めることが困難になるからである。   As shown in FIG. 2, in the case where a brake 44 for braking the drive shaft 41 is provided, the one-way clutch 7 and the shaft coupling device 9 incorporating this are arranged between the speed increaser 3 and the brake 44. It is preferred that Assuming that the one-way clutch 7 is disposed between the brake 44 and the generator 4, even if the brake 44 is applied during rotation, the rotation on the gearbox 3 side only decelerates, and the generator 4 side This is because the rotation is continued and idled by the one-way clutch 7 and it is difficult to quickly stop the generator 4 when the generator 4 is abnormal.
しかしながら、一方向クラッチ7や軸継手装置9は、必ずしもブレーキ44と発電機4との間に設けられていなくてもよく、図16に示すようにブレーキ44と発電機4との間に設けられていてもよい。また、出力軸35用のブレーキと駆動軸41用のブレーキとが設けられている場合には、両ブレーキの間に一方向クラッチ7や軸継手装置9を設けてもよい。   However, the one-way clutch 7 and the shaft coupling device 9 are not necessarily provided between the brake 44 and the generator 4, and are provided between the brake 44 and the generator 4 as shown in FIG. 16. It may be. When the brake for the output shaft 35 and the brake for the drive shaft 41 are provided, the one-way clutch 7 and the shaft coupling device 9 may be provided between the two brakes.
図13は、本発明の第2の実施形態に係る軸継手装置を示す断面図、図14は、同一方向クラッチ7の要部を拡大して示す断面図である。
本実施形態の軸継手装置9は、係合子73としてスプラグが用いられている。また、一方向クラッチ7の内輪が、入力回転体5の軸部51によって構成され、内輪の外周面71aが軸部51の外周面51aによって構成されている。内輪外周面71aは、第1実施形態のようなカム面は形成されておらず、円筒面に形成されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a shaft coupling device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the same-direction clutch 7.
In the shaft coupling device 9 of the present embodiment, a sprag is used as the engagement element 73. Further, the inner ring of the one-way clutch 7 is configured by the shaft portion 51 of the input rotating body 5, and the outer peripheral surface 71 a of the inner ring is configured by the outer peripheral surface 51 a of the shaft portion 51. The inner ring outer peripheral surface 71a is not formed with a cam surface as in the first embodiment, but is formed in a cylindrical surface.
また、転がり軸受8の内輪も、入力回転体5の軸部51によって構成され、内輪の外周面81aが軸部51の外周面51aによって構成されている。
一方向クラッチ7の保持器74における一方の円環部76には、径方向外方に突出する突条部76bが形成されている。この突条部76bは、出力回転体6の円筒部61の内周面に形成された周方向溝61c1に摺動可能に嵌合されており、これによって保持器74の軸方向の位置が規制されている。
The inner ring of the rolling bearing 8 is also constituted by the shaft portion 51 of the input rotating body 5, and the outer peripheral surface 81 a of the inner ring is constituted by the outer peripheral surface 51 a of the shaft portion 51.
One annular portion 76 in the retainer 74 of the one-way clutch 7 is formed with a protrusion 76b that protrudes radially outward. The protruding portion 76b is slidably fitted in a circumferential groove 61c1 formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 61 of the output rotator 6, whereby the axial position of the cage 74 is regulated. Has been.
同様に、転がり軸受8の保持器84における一方の円環部86にも径方向外方に突出する突条部86bが形成されている。この突条部86bは、円筒部61の内周面に形成された周方向溝61c2に摺動可能に嵌合されており、これによって保持器84の軸方向の位置が規制されている。   Similarly, a protrusion 86b that protrudes radially outward is also formed on one annular portion 86 of the cage 84 of the rolling bearing 8. The protruding portion 86b is slidably fitted in a circumferential groove 61c2 formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 61, whereby the axial position of the cage 84 is regulated.
スプラグ73は、軸部51の外周面51a(内輪外周面71a)に当接する第1当接面73bと、外輪72(円筒部61)の内周面72aに当接する第2当接面73cとを備え、第1当接面73b及び第2当接面73cはそれぞれ凸状かつ略円弧状に形成されている。また、軸部51の外周面51aと外輪内周面72aに当接している第1当接面73bと第2当接面73cとの距離は、スプラグ73の傾きによって変化し、軸部51が矢印a方向に回転したときは、スプラグ73は矢印e方向に傾き、第1当接面73bと第2当接面73cとの距離が拡大する。逆に、軸部51が矢印b方向に回転したときは、スプラグ73は矢印eとは反対方向に傾き、第1当接面73bと第2当接面73cとの距離は縮小する。   The sprag 73 includes a first contact surface 73b that contacts the outer peripheral surface 51a (inner ring outer peripheral surface 71a) of the shaft portion 51, and a second contact surface 73c that contacts the inner peripheral surface 72a of the outer ring 72 (cylindrical portion 61). The first contact surface 73b and the second contact surface 73c are each formed in a convex and substantially arc shape. Further, the distance between the first contact surface 73b and the second contact surface 73c that are in contact with the outer peripheral surface 51a of the shaft portion 51 and the inner peripheral surface 72a of the outer ring varies depending on the inclination of the sprag 73, and the shaft portion 51 is When rotated in the direction of arrow a, the sprag 73 tilts in the direction of arrow e, and the distance between the first contact surface 73b and the second contact surface 73c increases. Conversely, when the shaft 51 rotates in the direction of arrow b, the sprag 73 tilts in the direction opposite to the arrow e, and the distance between the first contact surface 73b and the second contact surface 73c decreases.
そして、第1当接面73bと第2当接面73cとの距離が拡大すると、スプラグ73は軸部51の外周面51aと外輪72の内周面72aとに噛み合い、逆に、第1当接面73bと第2当接面73cとの距離が縮小すると、スプラグ73と、軸部51の外周面51a及び外輪72の内周面72aとの噛み合いが解除される。したがって、軸部51が外輪72に対して矢印a方向に相対回転しようとしたときに、軸部51と外輪72とが一体回転可能に接続され、軸部51が外輪72に対して矢印b方向に相対回転したときに、軸部51と外輪との接続が遮断されるようになっている。   When the distance between the first contact surface 73b and the second contact surface 73c is increased, the sprag 73 is engaged with the outer peripheral surface 51a of the shaft portion 51 and the inner peripheral surface 72a of the outer ring 72. When the distance between the contact surface 73b and the second contact surface 73c is reduced, the engagement between the sprag 73 and the outer peripheral surface 51a of the shaft portion 51 and the inner peripheral surface 72a of the outer ring 72 is released. Accordingly, when the shaft 51 is about to rotate relative to the outer ring 72 in the direction of the arrow a, the shaft 51 and the outer ring 72 are connected so as to be integrally rotatable, and the shaft 51 is connected to the outer ring 72 in the direction of the arrow b. When the shaft rotates relatively, the connection between the shaft 51 and the outer ring is cut off.
本実施形態では、第1実施形態と同様の効果を奏するほか、一方向クラッチ7の内輪(軸部51)には、カム面を形成する必要がないので、製造コストを低減することができる。また、内輪として軸部51を用いることができるので、より製造コストを低減することができるとともに、一方向クラッチ7の構造の簡素化及び径方向の小型化を図ることができる。また、スプラグ73は、ころに比べて剛性を高くしトルク容量を高めやすいため、スプラグ73自体の径方向及び軸方向の寸法を小さくすることができる。したがって、一方向クラッチ7の径方向及び軸方向の寸法を小さくし、小型化を図ることができる。このように一方向クラッチ7を小型化することによって、軸継手装置9全体を径方向及び軸方向に小型化することができる。したがって、増速機3の出力軸35と発電機4の駆動軸41との間のスペースが狭い場合でも軸継手装置9を好適に配設することができる。   In the present embodiment, in addition to the same effects as the first embodiment, it is not necessary to form a cam surface on the inner ring (shaft portion 51) of the one-way clutch 7, so that the manufacturing cost can be reduced. Further, since the shaft portion 51 can be used as the inner ring, the manufacturing cost can be further reduced, and the structure of the one-way clutch 7 can be simplified and the radial direction can be reduced. In addition, since the sprag 73 has higher rigidity and higher torque capacity than the roller, the radial and axial dimensions of the sprag 73 itself can be reduced. Therefore, the size in the radial direction and the axial direction of the one-way clutch 7 can be reduced, and the size can be reduced. Thus, by reducing the size of the one-way clutch 7, the entire shaft coupling device 9 can be reduced in the radial direction and the axial direction. Therefore, even when the space between the output shaft 35 of the speed increaser 3 and the drive shaft 41 of the generator 4 is narrow, the shaft coupling device 9 can be suitably arranged.
なお、第2実施形態においては、軸部51の外周面51a上でスプラグ73及び円筒ころ83が軸方向に移動可能となっており、これによって、入力回転体5と出力回転体6との軸方向の相対移動が許容されている。また、この相対移動によって、スプラグ73及び円筒ころ83に対応する内輪外周面71a及び内輪軌道面81aが軸方向に位置ずれするが、内輪外周面71a及び内輪軌道面81aには、想定される位置ずれ量も含む範囲で必要な表面処理(表面改質処理や被膜処理、熱処理)を行うことが好ましい。
また、第2実施形態においては、軸部51の外周面に内輪を嵌合するとともに、この内輪の外周面にスプラグ73を噛み合わせてもよい。この場合、軸部51と内輪とは、上記式(1)〜(3)を満たすように、締まり嵌めで嵌合させることが好ましい。
In the second embodiment, the sprag 73 and the cylindrical roller 83 are movable in the axial direction on the outer peripheral surface 51 a of the shaft portion 51, whereby the shaft between the input rotating body 5 and the output rotating body 6. Relative movement in the direction is allowed. In addition, the relative movement causes the inner ring outer peripheral surface 71a and the inner ring raceway surface 81a corresponding to the sprag 73 and the cylindrical roller 83 to be displaced in the axial direction. It is preferable to perform necessary surface treatment (surface modification treatment, coating treatment, heat treatment) within a range including the deviation amount.
In the second embodiment, the inner ring may be fitted to the outer peripheral surface of the shaft portion 51 and the sprag 73 may be engaged with the outer peripheral surface of the inner ring. In this case, it is preferable that the shaft portion 51 and the inner ring are fitted with an interference fit so as to satisfy the above formulas (1) to (3).
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、出力回転体6は、入力回転体5の径方向外側に配置されているが、図18に示すように、入力回転体5の径方向内側に配置されていてもよい。具体的には、出力回転体6に軸部65を設けるとともに、入力回転体5に円筒部54を設け、軸部65の径方向外側に円筒部54を同心上に配置してもよい。また、円筒部54の内周面を一方向クラッチ7の外輪内周面及び転がり軸受8の外輪軌道面とし、出力回転体6の軸部65に一方向クラッチ7及び転がり軸受8の内輪71,81を嵌合してもよい。
また、この場合、一方向クラッチ7は外輪内周面をカム面とし、内輪外周面を円筒面としてもよい。さらにこの場合には、出力回転体6の軸部65の外周面に内輪外周面を形成し、軸部65を内輪として兼用してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment and can be implemented with appropriate modifications.
For example, although the output rotator 6 is disposed on the radially outer side of the input rotator 5, it may be disposed on the radially inner side of the input rotator 5, as shown in FIG. Specifically, the output rotator 6 may be provided with the shaft portion 65, the input rotator 5 may be provided with the cylindrical portion 54, and the cylindrical portion 54 may be disposed concentrically outside the shaft portion 65 in the radial direction. Further, the inner peripheral surface of the cylindrical portion 54 is used as an outer peripheral surface of the outer ring of the one-way clutch 7 and an outer ring raceway surface of the rolling bearing 8, and the one-way clutch 7 and the inner rings 71 of the rolling bearing 8 are connected to the shaft portion 65 of the output rotating body 6. 81 may be fitted.
In this case, the one-way clutch 7 may have an inner peripheral surface of the outer ring as a cam surface and an outer peripheral surface of the inner ring as a cylindrical surface. Further, in this case, an outer peripheral surface of the inner ring may be formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 65 of the output rotating body 6, and the shaft portion 65 may also be used as the inner ring.
さらに、出力回転体を、一方向クラッチの外輪及び転がり軸受の外輪としているが、これらの外輪を出力回転体に対して別部材として設けてもよい。
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。
Furthermore, although the output rotating body is the outer ring of the one-way clutch and the outer ring of the rolling bearing, these outer rings may be provided as separate members with respect to the output rotating body.
Further, the rolling bearing disposed between the input rotator and the output rotator is a cylindrical roller bearing for moving the output rotator in the axial direction. However, when the output rotator is not moved in the axial direction, It may be a ball bearing.
一方向クラッチの保持器は、円環部と柱部とを同一の材料によって一体に形成したものであってもよく、その材料は金属であってもよいし合成樹脂であってもよい。保持器を形成する合成樹脂材料としては、フェノール樹脂やポリアミド樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂等を用いることができる。
本発明の風力発電装置は、図1に示す水平軸タイプのものに限らず、図15に示す垂直軸タイプのものであってもよい。この場合においても増速機3と発電機4との間に一方向クラッチを含む軸継手装置9を設けることができる。
The cage of the one-way clutch may be one in which the annular portion and the column portion are integrally formed of the same material, and the material may be a metal or a synthetic resin. As the synthetic resin material forming the cage, phenol resin, polyamide resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, or the like can be used.
The wind power generator of the present invention is not limited to the horizontal axis type shown in FIG. 1, but may be the vertical axis type shown in FIG. Even in this case, a shaft coupling device 9 including a one-way clutch can be provided between the speed increaser 3 and the generator 4.
密封手段10を構成する蓋部材103は、図17に示すように入力回転体5の軸部51に対して固定ねじ103bにより取り付けられてもよい。この場合、蓋部材103は、密封手段10として構成されるだけでなく、入力回転体5と出力回転体6とが軸方向に外れてしまうのを防止する「外れ防止部材」としても機能する。このような外れ防止部材103が設けられることによって、増速機3と発電機4との間に軸継手装置9を組み付ける場合や出荷のために軸継手装置9を輸送する場合などにクレーンで軸継手装置9を吊り上げたとき、入力回転体5と出力回転体6とが分離してしまわないようにすることができる。また、外れ防止部材としての機能のみが必要な場合は、シール部材104を省略することもできる。   The lid member 103 constituting the sealing means 10 may be attached to the shaft portion 51 of the input rotating body 5 by a fixing screw 103b as shown in FIG. In this case, the lid member 103 is not only configured as the sealing means 10, but also functions as a “detachment prevention member” that prevents the input rotating body 5 and the output rotating body 6 from coming off in the axial direction. By providing such a disengagement prevention member 103, the shaft coupling device 9 is assembled with a crane when the shaft coupling device 9 is assembled between the speed increaser 3 and the generator 4 or when the shaft coupling device 9 is transported for shipment. When the joint device 9 is lifted, the input rotator 5 and the output rotator 6 can be prevented from separating. Further, when only a function as a detachment preventing member is required, the seal member 104 can be omitted.
本発明は、増速機3の出力軸35と発電機4の駆動軸41とを軸継手装置9を介して接続したものに限らず、出力軸35及び駆動軸41の間に直接的に一方向クラッチ7を組み付けた構成であってもよい。
また、本発明における出力軸35は、軸継手装置9において出力軸35に接続された部分までを含むことができ、同様に駆動軸41は、軸継手装置9において駆動軸41に接続された部分までを含むことができる。
The present invention is not limited to one in which the output shaft 35 of the speed increaser 3 and the drive shaft 41 of the generator 4 are connected via the shaft coupling device 9, but one directly between the output shaft 35 and the drive shaft 41. The structure which assembled | attached the direction clutch 7 may be sufficient.
Further, the output shaft 35 in the present invention can include a portion connected to the output shaft 35 in the shaft coupling device 9, and similarly, the drive shaft 41 is a portion connected to the drive shaft 41 in the shaft coupling device 9. Can be included.
1:風力発電装置、2:主軸、3:増速機、4:発電機、5:入力回転体、6:出力回転体、7:一方向クラッチ、8:転がり軸受(円筒ころ軸受)、11:ブレード(受風部材)、30:歯車機構(回転伝達機構)、35:出力軸、38:ころ軸受、41:駆動軸、42:ロータ、71a:外周面(内輪外周面)、72a:内周面(外輪内周面)、73:係合子(ころ、スプラグ)、74:保持器、81b:内輪鍔部、82a:外輪軌道面、83:円筒ころ、S:くさび状空間   1: wind power generator, 2: main shaft, 3: gearbox, 4: generator, 5: input rotor, 6: output rotor, 7: one-way clutch, 8: rolling bearing (cylindrical roller bearing), 11 : Blade (wind receiving member), 30: gear mechanism (rotation transmission mechanism), 35: output shaft, 38: roller bearing, 41: drive shaft, 42: rotor, 71a: outer peripheral surface (inner ring outer peripheral surface), 72a: inner Peripheral surface (outer ring inner peripheral surface), 73: engagement element (roller, sprag), 74: cage, 81b: inner ring collar, 82a: outer ring raceway surface, 83: cylindrical roller, S: wedge-shaped space

Claims (7)

  1. 風力を受けることによって前記主軸を回転させる受風部材と、
    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転がり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入力軸を有するとともに、当該入力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、を備えた風力発電装置であって、
    前記出力軸に一体回転可能に設けられた入力回転体と、
    前記入力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、
    前記入力回転体と前記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、前記入力回転体と前記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、前記入力回転体と前記出力回転体との接続を遮断する一方向クラッチとを備え、
    前記入力回転体と前記出力回転体とは軸方向の相対移動が許容され、その最大の許容量が、状態変化による前記入力軸と前記出力軸との軸方向間隔の変動量よりも大きく設定されていることを特徴とする風力発電装置。
    A wind receiving member that rotates the main shaft by receiving wind force; and
    A speed increaser having a rotation transmission mechanism that inputs and accelerates rotation of the main shaft, and a rolling bearing that rotatably supports an output shaft that outputs a rotational torque of the rotation transmission mechanism;
    A wind turbine generator having an input shaft that rotates with the rotation of the output shaft as an input, and a generator that generates electric power with rotation of a rotor that rotates integrally with the input shaft,
    An input rotator provided on the output shaft so as to be integrally rotatable;
    An output rotator provided on the input shaft so as to be integrally rotatable, and arranged concentrically on the radially inner side or radially outer side of the input rotator;
    Arranged between the input rotator and the output rotator, the input rotator and the output rotator can be rotated together in a state where the rotation speed of the input rotator exceeds the rotation speed of the output rotator. A one-way clutch that cuts off the connection between the input rotator and the output rotator in a state where the rotation speed of the input rotator is lower than the rotation speed of the output rotator,
    The input rotator and the output rotator are allowed to move relative to each other in the axial direction, and the maximum allowable amount is set to be larger than the amount of change in the axial interval between the input shaft and the output shaft due to a state change. Wind power generator characterized by that.
  2. 前記一方向クラッチは、前記入力回転体及び前記出力回転体のうち一方の回転体側に設けられる内輪外周面と、他方の回転体側に設けられかつ前記内輪外周面の径方向外側に配置される外輪内周面と、前記内輪外周面と前記外輪内周面との間に形成された空間に周方向に間隔をあけて配置された複数の係合子とを有し、前記係合子が前記内輪外周面及び前記外輪内周面に噛み合うことにより前記入力回転体と前記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、
    前記入力回転体と前記出力回転体との間に、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円筒ころ軸受を備えている、請求項1に記載の風力発電装置。
    The one-way clutch includes an inner ring outer peripheral surface provided on one rotating body side of the input rotating body and the output rotating body, and an outer ring provided on the other rotating body side and disposed radially outside the inner ring outer peripheral surface. An inner peripheral surface, and a plurality of engagement elements arranged at intervals in a circumferential direction in a space formed between the inner ring outer peripheral surface and the outer ring inner peripheral surface, and the engagement element is the inner ring outer periphery. The input rotator and the output rotator are connected so as to be integrally rotatable by meshing with a surface and the inner peripheral surface of the outer ring, and the connection is interrupted by releasing the meshing.
    2. The wind turbine generator according to claim 1, further comprising a cylindrical roller bearing between the input rotator and the output rotator that supports the input rotator and the output rotator so as to be rotatable relative to each other.
  3. 前記内輪外周面及び前記外輪内周面は、円筒面に形成され、前記係合子は、スプラグにより構成されている、請求項2に記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to claim 2, wherein the inner ring outer peripheral surface and the outer ring inner peripheral surface are formed in a cylindrical surface, and the engagement element is configured by a sprag.
  4. 前記内輪外周面が、前記入力回転体及び前記出力回転体のうち径方向内側に配置された一方の回転体の外周面により構成されている、請求項3に記載の風力発電装置。   The wind power generator according to claim 3, wherein the outer peripheral surface of the inner ring is constituted by an outer peripheral surface of one of the input rotators and the one of the output rotators arranged radially inside.
  5. 前記内輪外周面と前記外輪内周面との間に複数のくさび状空間が形成され、前記係合子が、各くさび状空間に配置される円筒ころにより構成されている、請求項2に記載の風力発電装置。   The plurality of wedge-shaped spaces are formed between the outer peripheral surface of the inner ring and the inner peripheral surface of the outer ring, and the engagement element is configured by a cylindrical roller disposed in each wedge-shaped space. Wind power generator.
  6. 前記入力回転体及び前記出力回転体のうち径方向外側に配置された一方の回転体の内周面が円筒面に形成されるとともに、前記外輪内周面と前記外輪軌道面とを構成している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の風力発電装置。   An inner peripheral surface of one of the input rotator and the output rotator arranged on the radially outer side is formed as a cylindrical surface, and constitutes the outer ring inner peripheral surface and the outer ring raceway surface. The wind power generator according to any one of claims 1 to 5.
  7. 前記入力回転体及び前記出力回転体は、前記出力軸と前記入力軸とを一体回転可能に接続する軸継手装置を構成し、前記一方向クラッチが当該軸継手装置に組み込まれている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の風力発電装置。   The input rotating body and the output rotating body constitute a shaft coupling device that connects the output shaft and the input shaft so as to be integrally rotatable, and the one-way clutch is incorporated in the shaft coupling device. The wind power generator of any one of 1-6.
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