JP4093785B2 - ブレーキ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮することのできるブレーキ装置に係り、例えば、風車の回転軸の過回転を抑止するための装置として適用できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車として、従来、回転軸を垂直方向に備える垂直軸型風車や、回転軸を水平方向に備えるプロペラ型の水平軸型風車などが知られている。この種の風車は、例えば、風力発電機を駆動するための動力源として利用されている。また、冷凍機や冷凍倉庫などに適用される冷凍システムにおける冷媒圧縮用の圧縮機を駆動するための動力源として利用することも考えられている。このような風車では、自然の風力をエネルギー源として利用するので、使用環境下での予測し得ない強風や突風などにより回転軸が過回転することがある。この場合、回転軸の回転出力が上記風力発電機あるいは圧縮機などの駆動対象装置の定格出力を超えることがあるので、その対策として回転軸にブレーキ装置を設ける必要がある。この種のブレーキ装置は、風車等が無人環境で運用されることに鑑み、所定以上の過回転に応じて自動的にブレーキ作用が働くものであることが望ましい。
【０００３】
上記風車に設けられるブレーキ装置としては、従来、風車の回転軸から必要設定回転以上の過回転が入力軸側に発生した時、該回転軸の回転を止めずに必要設定回転トルクを出力軸を介して駆動対象装置の駆動軸に機械的に伝達する装置が知られている。この装置は、入力軸を備える摩擦盤と出力軸を備える摩擦盤との間にスプリング若しくは磁性材料からなるパウダーを具備させ、通常の風力による回転軸の回転時には、両摩擦盤にスプリングの反力、若しくはパウダーを磁気的に固化させて圧力を加えることで発生する摩擦力によってトルク伝達を行う。回転軸の過回転トルクの発生時には、両摩擦盤をスリップさせ、所定の設定トルク（スリップトルク）を取り出して回転軸に伝達するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようと課題】
上記従来のブレーキ装置では、回転軸の過回転トルク発生時に両摩擦盤をスリップさせるので、摩擦盤同士のスリップによる発熱と摩耗などの問題がある。このため、例えば上記ブレーキ装置を風力発電機に適用した場合、強風時などに必要な長時間にわたるスリップトルクの伝達に適していないという問題があった。また、摩擦盤の摩耗などにより定期的なメンテナンスを必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、発熱や摩耗などの不都合を生じることなく、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮することのできるブレーキ装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るブレーキ装置は、回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、出力軸と、粘性流体を密封収納したオイル室と、前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合する第１のカプラ部材と、前記出力軸に結合する第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方がスプライン式羽根部材からなるものと、前記第１および第２のカプラ部材を結合させる方向に付勢力を与える付勢手段とを備え、前記スプライン式羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が前記粘性流体を介して結合されることで前記入力軸の回転が前記出力軸に伝達され、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記スプライン式羽根部材が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材の結合が解かれ、前記出力軸が制動されることを特徴とするものである。
これによれば、回転軸の過回転時に、スプライン式羽根部材が過剰に送り出す粘性流体の圧力により付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動することにより、粘性流体による第１および第２のカプラ部材の結合が解かれる。これによって、入力軸の回転を粘性流体を介して出力軸に伝達する回転トルクが減少し、出力軸を自動的に制動できる。また、スプライン式羽根部材が有する傾斜した羽根によりその回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう作用し、過回転時において過剰に送り出された粘性流体の圧力によりスプライン式羽根部材が付勢力に抗して軸方向に移動する構成でありますので、簡単な構成でありながら、スプライン式羽根部材の軸方向の移動制御を確実に行うことができる。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るブレーキ装置は、回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、粘性流体を密封収納したオイル室と、前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合して回転する羽根部材からなる第１のカプラ部材と、回転不能な第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が軸方向に移動可能であるものと、前記第１および第２のカプラ部材を離す方向に付勢力を与える付勢手段とを備え、前記第１のカプラ部材の羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が離されていることで前記入力軸に制動がかからず、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記第１および第２のカプラ部材の前記少なくとも一方が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材が近接結合し、前記入力軸が制動されることを特徴とするものである。
これによれば、回転軸の過回転時に、第１のカプラ部材が過剰に送り出す粘性流体の圧力により第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動することにより、第１および第２のカプラ部材が粘性流体を介して近接結合する。これによって、第１のカプラ部材による粘性流体の攪拌抵抗が増大し、入力軸を自動的に制動できる。また、第１のカプラ部材の羽根部材が有する傾斜した羽根によりその回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう作用し、過回転時において過剰に送り出された粘性流体の圧力により第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢力に抗して軸方向に移動する構成であるので、簡単な構成でありながら、カプラ部材の軸方向の移動制御を確実に行うことができる。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るブレーキ装置は、回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、粘性流体を密封収納したオイル室と、前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合して回転する第１のカプラ部材と、前記第１のカプラ部材とは逆向きに回転するよう前記入力軸に結合した第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方がスプライン式羽根部材からなるものと、前記第１および第２のカプラ部材を離す方向に付勢力を与える付勢手段とを備え、前記スプライン式羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が離されていることで前記入力軸に制動がかからず、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記第１および第２のカプラ部材の前記少なくとも一方が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材が近接結合し、前記入力軸が制動されることを特徴とするものである。
これによれば、回転軸の過回転時に、スプライン式羽根部材が過剰に送り出す粘性流体の圧力により、入力軸と同方向に回転する第１のカプラ部材および該カプラ部材とは逆向きに回転する第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動することにより、第１および第２のカプラ部材が粘性流体を介して近接結合する。これによって、第１のカプラ部材による粘性流体の攪拌抵抗が増大し、入力軸を自動的に制動できる。また、スプライン式羽根部材が有する傾斜した羽根によりその回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう作用し、過回転時において過剰に送り出された粘性流体の圧力により第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢力に抗して軸方向に移動する構成であるので、簡単な構成でありながら、スプライン式羽根部材の軸方向の移動制御を確実に行うことができる。更に、この装置では、第１のカプラ部材が第２のカプラ部材の回転方向とは逆向きに回転して粘性流体を攪拌するので、上述の装置に比べより大きな攪拌抵抗を得ることができ、入力軸の制動能力をより向上できる。
【０００９】
よって、上述した各装置は、発熱や摩耗などを生じることなく、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態では、本発明に係るブレーキ装置を風車に適用した例を説明する。図１は、本発明に係るブレーキ装置の一実施例の概略構成を示す略断面図である。
図１において、ブレーキ装置は、円筒状に形成されたオイル室１を具備し、該オイル室１の上面に軸受２Ａを介して入力軸３を回転可能に保持し、該オイル室１の下面に軸受２Ｂを介して出力軸４を回動可能に保持してなる。オイル室１内にはオイルＯが密封して収納されており、入力軸３と出力軸４が液密に入り込んでいる。入力軸３には、プーリＰ１が固定取り付けされ、該プーリＰ１に巻回されたベルトＶ１を介して図示しない風車の回転軸の回転が伝達される。出力軸４には、プーリＰ２が固定取り付けされており、該プーリＰ２に巻回されたベルトＶ２を介して駆動対象装置の駆動軸、例えば風力発電機の駆動軸あるいは冷凍システムにおける冷媒圧縮用の圧縮機の駆動軸等に該出力軸４の回転が伝達される。
【００１１】
オイル室１内において、入力軸３の先端部が出力軸４に対して軸受２Ｃを介して回転可能に保持されており、該入力軸３には、スプライン外筒５Ａと羽根部材５Ｂとを備えた回転体５がスプライン結合されている。回転体５の上部とオイル室１の天井面との間にはスプリング（コイルばね）６が設けられている。スプライン外筒５Ａの内周には、入力軸３の外周のスプライン係合部３Ａにスプライン結合するスプライン係合部５Ａ１が設けられている。羽根部材５Ｂは、スプライン外筒５Ａの径方向に放射状に配置された複数の羽根からなり、オイルＯを攪拌して出力軸４側に送り出せるような任意の傾斜角度をもって配設されている。風車の回転軸の一定方向の回転に応じて入力軸３が一定方向（時計方向ＣＷとする）に回転し、これに応じて回転体５が回転して羽根部材５ＢでオイルＯを攪拌しオイル渦を発生させて出力軸４側に送り出す。このとき、回転体５には、オイル渦の送り出し力（圧力）に応じた浮力が発生する。
【００１２】
出力軸４の軸保持部４Ａは、羽根部材４Ｂを具備する。羽根部材４Ｂは、軸保持部４Ａの径方向に放射状に配置された複数の羽根からなり、オイル渦を受けて回転トルクを生成できるような任意の傾斜角度をもって配設されている。各羽根部は、オイル渦を大きな面域で受けることができるように、回転体５の羽根よりもオイル室１の内周側面に向けて延出している。
なお、オイル室１内における入力軸３側の羽根部材５Ｂ、出力軸４側の羽根部材４ＢおよびオイルＯは流体カプラとして機能し、羽根部材５Ｂは第１のカプラ部材に相当し、羽根部材４Ｂは第２のカプラ部材に相当する。
【００１３】
スプリング６は、所定のバネ定数によって定まる所定の付勢力Ｓｆをもって回転体５を出力軸４側に付勢している。このスプリング６の付勢力Ｓｆは、風車の回転軸が突風又は強風以外の通常の風力で回転する通常回転時において回転体５に発生する浮力Ｆ１よりも大きく、同回転軸が突風又は強風などにより過回転する過回転時において回転体５に発生する浮上Ｆ２よりも小さくなるように設定されている（Ｆ１＜Ｓｆ＜Ｆ２）。したがって、スプリング６は、回転軸の通常回転時において、回転体５を出力軸４側に付勢力Ｓｆで付勢して入力軸３の所定位置（スプライン溝部３Ａの下端位置）に位置させる。しかし、回転軸の過回転時においては、入力軸３の軸方向への回転体５の上昇を可能にする。
【００１４】
同図を参照して、本例に示すブレーキ装置の動作を説明する。
回転軸の通常回転時では、回転体５は、入力軸３と共に時計方向ＣＷに回転してオイルＯを攪拌することによりオイル渦を出力軸４側に送り出す。このとき、回転体５に発生する浮力Ｆ１はスプリング６の付勢力Ｓｆよりも小さいので、回転体５は、上記入力軸３の所定位置に位置し、その位置で羽根部材５Ａが出力軸４の羽根部材４ＡにオイルＯを介して結合している。出力軸４では、回転体５から送り出されたオイル渦を羽根部材４Ｂで受けることにより回転軸の通常回転に応じた回転トルクＴ１を得る。これにより、出力軸４が回転され、該出力軸４の回転がベルトＶ２を介して駆動軸に伝達される。
回転軸の過回転時では、回転体５は、回転軸の通常回転時よりも高速に回転してオイルＯを攪拌する。このとき、出力軸４側に通常回転時よりもオイルＯが過剰に送り出され、これによって、回転体５にはスプリング６の付勢力Ｓｆよりも大きい浮力Ｆ２が発生する。回転体５は、その浮力Ｆ２で入力軸３の軸方向に上昇する。これにより、回転体５と出力軸４との間の空間が広がり、オイルＯによる回転体５の羽根部材５Ａと出力軸４の羽根部材４Ａとの結合が解かれる。これによって、出力軸４の羽根部材４Ｂでオイル渦を受ける受け圧力が小さくなり、これに応じて出力軸４の回転トルクが減少し、出力軸４が制動される。これにより、出力軸４の回転が減速され、該出力軸４の回転がベルトＶ２を介して駆動軸に伝達される。
【００１５】
図２は、本発明に係るブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図である。
図２において、ブレーキ装置は、オイル室１の上面に軸受１１Ａを介して入力軸１２を回転可能に保持し、該オイル室１の下面に軸保持部１３を固定保持してなる。オイル室１内には密封して収納されており、入力軸１２が液密に入り込んでいる。入力軸１２には、風車の回転軸Ｓに連動して回転するよう直結されている。また、入力軸１２には、出力プーリＰ１１が固定取り付けされており、該プーリＰ１１に巻回されたベルトＶ１１を介して駆動対象装置の駆動軸に該入力軸１２の回転が伝達される。
【００１６】
オイル室１内において、入力軸１２の先端部が軸保持部１３に軸受１１Ｂを介して回転可能に保持されてなり、該入力軸１２には、スプライン外筒５Ａと羽根部材５Ｂとを備えた回転体５がスプライン結合されている。回転体５と軸保持部１３との間にはスプリング（コイルばね）１４が設けられている。スプライン外筒５Ａの内周には、入力軸１２の外周のスプライン係合部１２Ａにスプライン結合するスプライン係合部５Ａ１が設けられている。本例に示す羽根部材５Ｂは、図１に示す羽根部材５Ｂと同じ構成であるので、その説明を援用する。風車の回転軸の一定方向の回転に応じて入力軸１２が一定方向（反時計方向ＣＣＷとする）に回転し、これに応じて回転体５が回転して羽根部材５ＢでオイルＯを攪拌しオイル渦を発生させてオイル室１内の天井面側に送り出す。このとき、回転体５には、天井面からオイル渦の送り出し力（圧力）応じた下向きの押圧力が作用する。
【００１７】
軸保持部１３は、羽根部材４Ｂを具備する。羽根部材４Ｂは、軸保持部１３の径方向に放射状に配置された複数の羽根からなる。各羽根は、オイル室１の下面に固定取り付けされており、オイル室１内の発生するオイル渦を受けてオイルＯに乱流を発生させることにより回転体５によるオイルＯの攪拌抵抗を増大させる。この各羽根は、オイル渦を大きな面域で受けることができるように、回転体５の羽根よりもオイル室１の内周側面に向けて延出している。
【００１８】
スプリング１４は、所定のバネ定数によって定まる所定の付勢力Ｓｆ１をもって回転体５を羽根部材４Ｂから離す方向に付勢している。このスプリング１４の付勢力Ｓｆ１は、風車の回転軸が突風又は強風以外の通常の風力で回転する通常回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ１１よりも小さく、同回転軸が突風又は強風などにより過回転する過回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ１２よりも大きい（Ｆ１２＜Ｓｆ１＜Ｆ１１）。したがって、スプリング１４は、回転軸の通常回転時において、回転体５を天井面側に付勢力Ｓｆ１で付勢して入力軸１２の所定位置（スプライン結合部１２Ａの上端位置）に位置させる。しかし、回転軸の過回転時においては、入力軸１２の軸方向への回転体５の下降を可能にする。
【００１９】
同図を参照して、本例に示すブレーキ装置の動作を説明する。
回転軸の通常回転時では、回転体５は、入力軸１２と共に反時計方向ＣＣＷに回転してオイルＯを攪拌することによりオイル渦を軸保持部１３側に送り出す。このとき、回転体５に作用する押圧力Ｆ１１はスプリング６の付勢力Ｓｆ１よりも小さいので、回転体５は、上記入力軸３の所定位置で回転することになる。すなわち、回転体５の羽根部材５Ｂと羽根部材４Ｂとはスプリング６の付勢力Ｓｆ１によって離されているので入力軸１２が制動されず、該入力軸１２の回転がベルトＶ１１を介して駆動軸に伝達される。
回転軸の過回転時では、回転体５は、回転軸の通常回転時よりも高速に回転してオイルＯを攪拌する。このとき、軸保持部１３側に通常回転時よりもオイルＯが過剰に送り出され、これによって、回転体５にはスプリング６の付勢力Ｓｆ１よりも大きい押圧力Ｆ１２が作用する。回転体５は、その押圧力Ｆ１２で入力軸１２の軸方向に下降する。これにより、回転体５の羽根部材５Ａと羽根部材４Ｂとの間の空間が狭まり、該羽根部材５Ａと羽根部材４ＢとがオイルＯを介して近接結合する。このとき、回転体５は、羽根部材５Ａで羽根部材４Ｂ側にオイル渦を勢いよく送り出すので、該羽根部材４Ｂがそのオイル渦を受けてオイルＯに乱流を発生させる。そのオイルＯを羽根部材５Ａが攪拌することにより該羽根部材５Ａの攪拌抵抗が増大し、入力軸１２が制動される。これにより、入力軸１２の回転が減速され、該入力軸１２の回転がベルトＶ１１を介して駆動軸に伝達される。
【００２０】
図３は、本発明に係るブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図である。
図３において、ブレーキ装置は、オイル室１の上方で軸受２１Ａを介して入力軸２２を回転可能に保持し、入力軸２２に回転自在に貫入された筒状の反転軸２３をオイル室１の上面で軸受２１Ｃを介して回転可能に保持する。オイル室１内にはオイルＯが密封して収納されており、入力軸２２と反転軸２３が液密に入り込んでいる。
入力軸２２には、風車の回転軸Ｓに連動して回転するよう直結されている。また、入力軸２２には、出力プーリＰ１１が固定取り付けされており、該プーリＰ１１に巻回されたベルトＶ１１を介して駆動対象装置の駆動軸に該入力軸２２の回転が伝達される。また、入力軸２２には、回転変換機構を構成する３つの傘歯車２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのうち、１つの傘歯車２４Ａがキーなどにより固定取り付けされている。他の１つの傘歯車２４Ｃは、反転軸２３にキーなどにより固定取り付けされている。残りの１つの傘歯車２４Ｂは、歯車２４Ａ及び２４Ｃにそれぞれ結合されている。回転変換機構において、例えば傘歯車２４Ａが入力軸２２と共に時計回り方向ＣＷに回転すると、該傘歯車２４Ａは傘歯車２４Ｂを支軸に対して反時計回り方向に回転し、該傘歯車２４Ｂは傘歯車２４Ｃを入力軸２２に対して反時計回り方向ＣＣＷに回転する。したがって、傘歯車２４Ｃは反転軸２３を入力軸２２に対して反時計回り方向ＣＣＷに回転する。
【００２１】
オイル室１内において、入力軸２２の先端部がオイル室１内の下面に軸受２１Ｂを介して回転可能に保持されおり、該入力軸２２の軸保持部２２Ａには、反転軸２３の先端部が軸受２１Ｄを介して回転可能に保持されている。反転軸２３には、スプライン外筒５Ａと羽根部材５Ｂとを備えた回転体５がスプライン結合されている。回転体５と軸保持部２２Ａとの間にはスプリング（コイルばね）２５が設けられている。スプライン外筒５Ａの内周には、反転軸２３の外周のスプライン係合部２３Ａにスプライン結合するスプライン係合部５Ａ１が設けられている。本例に示す羽根部材５Ｂは、図１に示す羽根部材５Ｂと同じ構成であるので、その説明を援用する。風車の回転軸の一定方向の回転に応じて入力軸２２が一定方向（時計方向ＣＷとする）に回転し、これ応じて軸保持部２２Ａの羽根部材２２Ｂが回転してオイルＯを攪拌する。入力軸２２の一定方向の回転に応じて反転軸２３が逆向き方向（反時計方向ＣＣＷとする）に回転し、これに応じて回転体５が回転して羽根部材５ＢでオイルＯを攪拌しオイル渦を発生させてオイル室１内の天井面側に送り出す。このとき、回転体５には、天井面からオイル渦の送り出し力（圧力）応じた下向きの押圧力が作用する。
【００２２】
入力軸２２の軸保持部２２Ａは、羽根部材４Ｂを具備する。羽根部材４Ｂは、軸保持部２２Ａの径方向に放射状に配置された複数の羽根からなり、オイル渦を確実に受けることのできる任意の傾斜角度をもって配設されている。各羽根は、オイル渦を大きな面域で受けることができるように、回転体５の羽根よりもオイル室１の内周側面に向けて延出している。
【００２３】
スプリング２５は、所定のバネ定数によって定まる所定の付勢力Ｓｆ２をもって回転体５を軸保持部２２Ａから離す方向に付勢している。このスプリング２５の付勢力Ｓｆ２は、風車の回転軸が突風又は強風以外の通常の風力で回転する通常回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ２１よりも小さく、同回転軸が突風又は強風などにより過回転する過回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ２２よりも大きい（Ｆ２２＜Ｓｆ２＜Ｆ２１）。したがって、スプリング２５は、回転軸の通常回転時において、回転体５を天井面側に付勢力Ｓｆ２で付勢して反転軸２３の所定位置（スプライン結合部２３Ａの上端位置）に位置させる。しかし、回転軸の過回転時においては、反転軸２２の軸方向への回転体５の下降を可能にする。
【００２４】
同図を参照して、本例に示すブレーキ装置の動作を説明する。
回転軸の通常回転時では、回転体５は、反転軸２３と共に反時計方向ＣＣＷに回転してオイルＯを攪拌することによりオイル渦を入力軸２２の軸保持部２２Ａ側に送り出す。このとき、回転体５に作用する押圧力Ｆ２１はスプリング２５の付勢力Ｓｆ２よりも小さいので、回転体５は、上記反転軸２３の所定位置で回転することになる。すなわち、回転体５の羽根部材５Ｂと入力軸２２の羽根部材４Ｂとはスプリング２５の付勢力Ｓｆによって離されているので入力軸２２が制動されず、該入力軸２２の回転がベルトＶ１１を介して駆動軸に伝達される。
回転軸の過回転時では、回転体５は、回転軸の通常回転時よりも高速に回転してオイルＯを攪拌する。このとき、軸保持部２２Ａ側に通常回転時よりもオイルＯが過剰に送り出され、これによって、回転体５にはスプリング２５の付勢力Ｓｆ２よりも大きい押圧力Ｆ２２が作用する。回転体５は、その押圧力Ｆ２２で入反転軸２３の軸方向に下降する。これにより、回転体５の羽根部材５Ａと入力軸２２の羽根部材４Ｂとの間の空間が狭まり、該羽根部材５Ａと羽根部材４ＢとがオイルＯを介して結合する。このとき、回転体５は、羽根部材５Ａで羽根部材４Ｂ側にオイル渦を勢いよく送り出すので、該羽根部材４Ｂがそのオイル渦を受けて攪拌する。回転体５の回転方向とは逆向きに回転する入力軸２２の羽根部材４ＢでそのオイルＯを攪拌することにより該羽根部材４Ｂの攪拌抵抗が増大し、入力軸２２が制動される。この場合、羽根部材４Ｂは回転体５とは逆向きに回転してオイルＯを攪拌するので、図２に示される装置に比べより大きな攪拌抵抗を得ることができ、入力軸２２の制動能力をより向上できる。したがって、本例に示すブレーキ装置は、特に、大型の風車に適用できる。
【００２５】
本実施の形態において、図１に示すブレーキ装置では、羽根部材５Ｂを入力軸３の軸方向に移動可能な回転体５に具備させ、羽根部材４Ｂを出力軸４に固定して具備させたが、同図に係わる本発明のブレーキ装置は、これに限られるものでなく、一変形例として、出力軸に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けると共に、入力軸に羽根部材を固定して具備させるように構成しても同様な効果を得ることができる。また、他の変形例として、出力軸と入力軸との双方に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けるように構成しても同様な効果を得ることができる。
また、図２に示すブレーキ装置では、羽根部材５Ｂを入力軸１２の軸方向に移動可能な回転体５に具備させ、羽根部材４Ｂを軸保持部１３に固定して具備させたが、同図に係わる本発明のブレーキ装置は、これに限られるものでなく、一変形例として、軸保持部に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けると共に、入力軸に羽根部材を固定して具備させるように構成しても同様な効果を得ることができる。また、他の変形例として、入力軸と軸保持部との双方に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けるように構成しても同様を効果を得ることができる。
また、図３に示すブレーキ装置では、羽根部材５Ｂを反転軸２３の軸方向に移動可能な回転体５に具備させ、羽根部材４Ｂを入力軸２２に固定して具備させたが、同図に係わる本発明のブレーキ装置は、これに限られるものでなく、一変形例として、入力軸に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けると共に、反転軸に羽根部材を固定して具備させるように構成しても同様な効果を得ることができる。また、他の変形例として、反転軸と入力軸との双方に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けるように構成しても同様な効果を得ることができる。
また、各実施例において、スプリング６，１４，２５は、必要に応じてオイル室１の外部に配置してよい。
また、本発明に係るブレーキ装置は、風車だけに適用されるものでなく、回転軸の過回転に応じて制動を必要とする各種装置、機械等にも適用できるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るブレーキ装置は、発熱や摩耗などを生じることなく、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮する、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るブレーキ装置の一実施例の概略構成を示す略断面図。
【図２】 同ブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図。
【図３】 同ブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図。
【符号の説明】
１ オイル室
３，１２，２２ 入力軸
４ 出力軸
４Ａ，１３，２２Ａ 軸保持部
４Ｂ 羽根部材
５ 回転体
５Ｂ 羽根部材
６，１４，２５ スプリング
２３ 反転軸
２４Ａ〜２４Ｃ 傘歯車
Ｏ オイル
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮することのできるブレーキ装置に係り、例えば、風車の回転軸の過回転を抑止するための装置として適用できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車として、従来、回転軸を垂直方向に備える垂直軸型風車や、回転軸を水平方向に備えるプロペラ型の水平軸型風車などが知られている。この種の風車は、例えば、風力発電機を駆動するための動力源として利用されている。また、冷凍機や冷凍倉庫などに適用される冷凍システムにおける冷媒圧縮用の圧縮機を駆動するための動力源として利用することも考えられている。このような風車では、自然の風力をエネルギー源として利用するので、使用環境下での予測し得ない強風や突風などにより回転軸が過回転することがある。この場合、回転軸の回転出力が上記風力発電機あるいは圧縮機などの駆動対象装置の定格出力を超えることがあるので、その対策として回転軸にブレーキ装置を設ける必要がある。この種のブレーキ装置は、風車等が無人環境で運用されることに鑑み、所定以上の過回転に応じて自動的にブレーキ作用が働くものであることが望ましい。
【０００３】
上記風車に設けられるブレーキ装置としては、従来、風車の回転軸から必要設定回転以上の過回転が入力軸側に発生した時、該回転軸の回転を止めずに必要設定回転トルクを出力軸を介して駆動対象装置の駆動軸に機械的に伝達する装置が知られている。この装置は、入力軸を備える摩擦盤と出力軸を備える摩擦盤との間にスプリング若しくは磁性材料からなるパウダーを具備させ、通常の風力による回転軸の回転時には、両摩擦盤にスプリングの反力、若しくはパウダーを磁気的に固化させて圧力を加えることで発生する摩擦力によってトルク伝達を行う。回転軸の過回転トルクの発生時には、両摩擦盤をスリップさせ、所定の設定トルク（スリップトルク）を取り出して回転軸に伝達するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようと課題】
上記従来のブレーキ装置では、回転軸の過回転トルク発生時に両摩擦盤をスリップさせるので、摩擦盤同士のスリップによる発熱と摩耗などの問題がある。このため、例えば上記ブレーキ装置を風力発電機に適用した場合、強風時などに必要な長時間にわたるスリップトルクの伝達に適していないという問題があった。また、摩擦盤の摩耗などにより定期的なメンテナンスを必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、発熱や摩耗などの不都合を生じることなく、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮することのできるブレーキ装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るブレーキ装置は、回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、出力軸と、粘性流体を密封収納したオイル室と、前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合する第１のカプラ部材と、前記出力軸に結合する第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方がスプライン式羽根部材からなるものと、前記第１および第２のカプラ部材を結合させる方向に付勢力を与える付勢手段とを備え、前記スプライン式羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が前記粘性流体を介して結合されることで前記入力軸の回転が前記出力軸に伝達され、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記スプライン式羽根部材が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材の結合が解かれ、前記出力軸が制動されることを特徴とするものである。
これによれば、回転軸の過回転時に、スプライン式羽根部材が過剰に送り出す粘性流体の圧力により付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動することにより、粘性流体による第１および第２のカプラ部材の結合が解かれる。これによって、入力軸の回転を粘性流体を介して出力軸に伝達する回転トルクが減少し、出力軸を自動的に制動できる。また、スプライン式羽根部材が有する傾斜した羽根によりその回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう作用し、過回転時において過剰に送り出された粘性流体の圧力によりスプライン式羽根部材が付勢力に抗して軸方向に移動する構成でありますので、簡単な構成でありながら、スプライン式羽根部材の軸方向の移動制御を確実に行うことができる。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るブレーキ装置は、回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、粘性流体を密封収納したオイル室と、前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合して回転する羽根部材からなる第１のカプラ部材と、回転不能な第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が軸方向に移動可能であるものと、前記第１および第２のカプラ部材を離す方向に付勢力を与える付勢手段とを備え、前記第１のカプラ部材の羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が離されていることで前記入力軸に制動がかからず、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記第１および第２のカプラ部材の前記少なくとも一方が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材が近接結合し、前記入力軸が制動されることを特徴とするものである。
これによれば、回転軸の過回転時に、第１のカプラ部材が過剰に送り出す粘性流体の圧力により第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動することにより、第１および第２のカプラ部材が粘性流体を介して近接結合する。これによって、第１のカプラ部材による粘性流体の攪拌抵抗が増大し、入力軸を自動的に制動できる。また、第１のカプラ部材の羽根部材が有する傾斜した羽根によりその回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう作用し、過回転時において過剰に送り出された粘性流体の圧力により第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢力に抗して軸方向に移動する構成であるので、簡単な構成でありながら、カプラ部材の軸方向の移動制御を確実に行うことができる。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るブレーキ装置は、回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、粘性流体を密封収納したオイル室と、前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合して回転する第１のカプラ部材と、前記第１のカプラ部材とは逆向きに回転するよう前記入力軸に結合した第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方がスプライン式羽根部材からなるものと、前記第１および第２のカプラ部材を離す方向に付勢力を与える付勢手段とを備え、前記スプライン式羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が離されていることで前記入力軸に制動がかからず、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記第１および第２のカプラ部材の前記少なくとも一方が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材が近接結合し、前記入力軸が制動されることを特徴とするものである。
これによれば、回転軸の過回転時に、スプライン式羽根部材が過剰に送り出す粘性流体の圧力により、入力軸と同方向に回転する第１のカプラ部材および該カプラ部材とは逆向きに回転する第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢手段の付勢力に抗して軸方向に移動することにより、第１および第２のカプラ部材が粘性流体を介して近接結合する。これによって、第１のカプラ部材による粘性流体の攪拌抵抗が増大し、入力軸を自動的に制動できる。また、スプライン式羽根部材が有する傾斜した羽根によりその回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう作用し、過回転時において過剰に送り出された粘性流体の圧力により第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が付勢力に抗して軸方向に移動する構成であるので、簡単な構成でありながら、スプライン式羽根部材の軸方向の移動制御を確実に行うことができる。更に、この装置では、第１のカプラ部材が第２のカプラ部材の回転方向とは逆向きに回転して粘性流体を攪拌するので、上述の装置に比べより大きな攪拌抵抗を得ることができ、入力軸の制動能力をより向上できる。
【０００９】
よって、上述した各装置は、発熱や摩耗などを生じることなく、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態では、本発明に係るブレーキ装置を風車に適用した例を説明する。図１は、本発明に係るブレーキ装置の一実施例の概略構成を示す略断面図である。
図１において、ブレーキ装置は、円筒状に形成されたオイル室１を具備し、該オイル室１の上面に軸受２Ａを介して入力軸３を回転可能に保持し、該オイル室１の下面に軸受２Ｂを介して出力軸４を回動可能に保持してなる。オイル室１内にはオイルＯが密封して収納されており、入力軸３と出力軸４が液密に入り込んでいる。入力軸３には、プーリＰ１が固定取り付けされ、該プーリＰ１に巻回されたベルトＶ１を介して図示しない風車の回転軸の回転が伝達される。出力軸４には、プーリＰ２が固定取り付けされており、該プーリＰ２に巻回されたベルトＶ２を介して駆動対象装置の駆動軸、例えば風力発電機の駆動軸あるいは冷凍システムにおける冷媒圧縮用の圧縮機の駆動軸等に該出力軸４の回転が伝達される。
【００１１】
オイル室１内において、入力軸３の先端部が出力軸４に対して軸受２Ｃを介して回転可能に保持されており、該入力軸３には、スプライン外筒５Ａと羽根部材５Ｂとを備えた回転体５がスプライン結合されている。回転体５の上部とオイル室１の天井面との間にはスプリング（コイルばね）６が設けられている。スプライン外筒５Ａの内周には、入力軸３の外周のスプライン係合部３Ａにスプライン結合するスプライン係合部５Ａ１が設けられている。羽根部材５Ｂは、スプライン外筒５Ａの径方向に放射状に配置された複数の羽根からなり、オイルＯを攪拌して出力軸４側に送り出せるような任意の傾斜角度をもって配設されている。風車の回転軸の一定方向の回転に応じて入力軸３が一定方向（時計方向ＣＷとする）に回転し、これに応じて回転体５が回転して羽根部材５ＢでオイルＯを攪拌しオイル渦を発生させて出力軸４側に送り出す。このとき、回転体５には、オイル渦の送り出し力（圧力）に応じた浮力が発生する。
【００１２】
出力軸４の軸保持部４Ａは、羽根部材４Ｂを具備する。羽根部材４Ｂは、軸保持部４Ａの径方向に放射状に配置された複数の羽根からなり、オイル渦を受けて回転トルクを生成できるような任意の傾斜角度をもって配設されている。各羽根部は、オイル渦を大きな面域で受けることができるように、回転体５の羽根よりもオイル室１の内周側面に向けて延出している。
なお、オイル室１内における入力軸３側の羽根部材５Ｂ、出力軸４側の羽根部材４ＢおよびオイルＯは流体カプラとして機能し、羽根部材５Ｂは第１のカプラ部材に相当し、羽根部材４Ｂは第２のカプラ部材に相当する。
【００１３】
スプリング６は、所定のバネ定数によって定まる所定の付勢力Ｓｆをもって回転体５を出力軸４側に付勢している。このスプリング６の付勢力Ｓｆは、風車の回転軸が突風又は強風以外の通常の風力で回転する通常回転時において回転体５に発生する浮力Ｆ１よりも大きく、同回転軸が突風又は強風などにより過回転する過回転時において回転体５に発生する浮上Ｆ２よりも小さくなるように設定されている（Ｆ１＜Ｓｆ＜Ｆ２）。したがって、スプリング６は、回転軸の通常回転時において、回転体５を出力軸４側に付勢力Ｓｆで付勢して入力軸３の所定位置（スプライン溝部３Ａの下端位置）に位置させる。しかし、回転軸の過回転時においては、入力軸３の軸方向への回転体５の上昇を可能にする。
【００１４】
同図を参照して、本例に示すブレーキ装置の動作を説明する。
回転軸の通常回転時では、回転体５は、入力軸３と共に時計方向ＣＷに回転してオイルＯを攪拌することによりオイル渦を出力軸４側に送り出す。このとき、回転体５に発生する浮力Ｆ１はスプリング６の付勢力Ｓｆよりも小さいので、回転体５は、上記入力軸３の所定位置に位置し、その位置で羽根部材５Ａが出力軸４の羽根部材４ＡにオイルＯを介して結合している。出力軸４では、回転体５から送り出されたオイル渦を羽根部材４Ｂで受けることにより回転軸の通常回転に応じた回転トルクＴ１を得る。これにより、出力軸４が回転され、該出力軸４の回転がベルトＶ２を介して駆動軸に伝達される。
回転軸の過回転時では、回転体５は、回転軸の通常回転時よりも高速に回転してオイルＯを攪拌する。このとき、出力軸４側に通常回転時よりもオイルＯが過剰に送り出され、これによって、回転体５にはスプリング６の付勢力Ｓｆよりも大きい浮力Ｆ２が発生する。回転体５は、その浮力Ｆ２で入力軸３の軸方向に上昇する。これにより、回転体５と出力軸４との間の空間が広がり、オイルＯによる回転体５の羽根部材５Ａと出力軸４の羽根部材４Ａとの結合が解かれる。これによって、出力軸４の羽根部材４Ｂでオイル渦を受ける受け圧力が小さくなり、これに応じて出力軸４の回転トルクが減少し、出力軸４が制動される。これにより、出力軸４の回転が減速され、該出力軸４の回転がベルトＶ２を介して駆動軸に伝達される。
【００１５】
図２は、本発明に係るブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図である。
図２において、ブレーキ装置は、オイル室１の上面に軸受１１Ａを介して入力軸１２を回転可能に保持し、該オイル室１の下面に軸保持部１３を固定保持してなる。オイル室１内には密封して収納されており、入力軸１２が液密に入り込んでいる。入力軸１２には、風車の回転軸Ｓに連動して回転するよう直結されている。また、入力軸１２には、出力プーリＰ１１が固定取り付けされており、該プーリＰ１１に巻回されたベルトＶ１１を介して駆動対象装置の駆動軸に該入力軸１２の回転が伝達される。
【００１６】
オイル室１内において、入力軸１２の先端部が軸保持部１３に軸受１１Ｂを介して回転可能に保持されてなり、該入力軸１２には、スプライン外筒５Ａと羽根部材５Ｂとを備えた回転体５がスプライン結合されている。回転体５と軸保持部１３との間にはスプリング（コイルばね）１４が設けられている。スプライン外筒５Ａの内周には、入力軸１２の外周のスプライン係合部１２Ａにスプライン結合するスプライン係合部５Ａ１が設けられている。本例に示す羽根部材５Ｂは、図１に示す羽根部材５Ｂと同じ構成であるので、その説明を援用する。風車の回転軸の一定方向の回転に応じて入力軸１２が一定方向（反時計方向ＣＣＷとする）に回転し、これに応じて回転体５が回転して羽根部材５ＢでオイルＯを攪拌しオイル渦を発生させてオイル室１内の天井面側に送り出す。このとき、回転体５には、天井面からオイル渦の送り出し力（圧力）応じた下向きの押圧力が作用する。
【００１７】
軸保持部１３は、羽根部材４Ｂを具備する。羽根部材４Ｂは、軸保持部１３の径方向に放射状に配置された複数の羽根からなる。各羽根は、オイル室１の下面に固定取り付けされており、オイル室１内の発生するオイル渦を受けてオイルＯに乱流を発生させることにより回転体５によるオイルＯの攪拌抵抗を増大させる。この各羽根は、オイル渦を大きな面域で受けることができるように、回転体５の羽根よりもオイル室１の内周側面に向けて延出している。
【００１８】
スプリング１４は、所定のバネ定数によって定まる所定の付勢力Ｓｆ１をもって回転体５を羽根部材４Ｂから離す方向に付勢している。このスプリング１４の付勢力Ｓｆ１は、風車の回転軸が突風又は強風以外の通常の風力で回転する通常回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ１１よりも小さく、同回転軸が突風又は強風などにより過回転する過回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ１２よりも大きい（Ｆ１２＜Ｓｆ１＜Ｆ１１）。したがって、スプリング１４は、回転軸の通常回転時において、回転体５を天井面側に付勢力Ｓｆ１で付勢して入力軸１２の所定位置（スプライン結合部１２Ａの上端位置）に位置させる。しかし、回転軸の過回転時においては、入力軸１２の軸方向への回転体５の下降を可能にする。
【００１９】
同図を参照して、本例に示すブレーキ装置の動作を説明する。
回転軸の通常回転時では、回転体５は、入力軸１２と共に反時計方向ＣＣＷに回転してオイルＯを攪拌することによりオイル渦を軸保持部１３側に送り出す。このとき、回転体５に作用する押圧力Ｆ１１はスプリング６の付勢力Ｓｆ１よりも小さいので、回転体５は、上記入力軸３の所定位置で回転することになる。すなわち、回転体５の羽根部材５Ｂと羽根部材４Ｂとはスプリング６の付勢力Ｓｆ１によって離されているので入力軸１２が制動されず、該入力軸１２の回転がベルトＶ１１を介して駆動軸に伝達される。
回転軸の過回転時では、回転体５は、回転軸の通常回転時よりも高速に回転してオイルＯを攪拌する。このとき、軸保持部１３側に通常回転時よりもオイルＯが過剰に送り出され、これによって、回転体５にはスプリング６の付勢力Ｓｆ１よりも大きい押圧力Ｆ１２が作用する。回転体５は、その押圧力Ｆ１２で入力軸１２の軸方向に下降する。これにより、回転体５の羽根部材５Ａと羽根部材４Ｂとの間の空間が狭まり、該羽根部材５Ａと羽根部材４ＢとがオイルＯを介して近接結合する。このとき、回転体５は、羽根部材５Ａで羽根部材４Ｂ側にオイル渦を勢いよく送り出すので、該羽根部材４Ｂがそのオイル渦を受けてオイルＯに乱流を発生させる。そのオイルＯを羽根部材５Ａが攪拌することにより該羽根部材５Ａの攪拌抵抗が増大し、入力軸１２が制動される。これにより、入力軸１２の回転が減速され、該入力軸１２の回転がベルトＶ１１を介して駆動軸に伝達される。
【００２０】
図３は、本発明に係るブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図である。
図３において、ブレーキ装置は、オイル室１の上方で軸受２１Ａを介して入力軸２２を回転可能に保持し、入力軸２２に回転自在に貫入された筒状の反転軸２３をオイル室１の上面で軸受２１Ｃを介して回転可能に保持する。オイル室１内にはオイルＯが密封して収納されており、入力軸２２と反転軸２３が液密に入り込んでいる。
入力軸２２には、風車の回転軸Ｓに連動して回転するよう直結されている。また、入力軸２２には、出力プーリＰ１１が固定取り付けされており、該プーリＰ１１に巻回されたベルトＶ１１を介して駆動対象装置の駆動軸に該入力軸２２の回転が伝達される。また、入力軸２２には、回転変換機構を構成する３つの傘歯車２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのうち、１つの傘歯車２４Ａがキーなどにより固定取り付けされている。他の１つの傘歯車２４Ｃは、反転軸２３にキーなどにより固定取り付けされている。残りの１つの傘歯車２４Ｂは、歯車２４Ａ及び２４Ｃにそれぞれ結合されている。回転変換機構において、例えば傘歯車２４Ａが入力軸２２と共に時計回り方向ＣＷに回転すると、該傘歯車２４Ａは傘歯車２４Ｂを支軸に対して反時計回り方向に回転し、該傘歯車２４Ｂは傘歯車２４Ｃを入力軸２２に対して反時計回り方向ＣＣＷに回転する。したがって、傘歯車２４Ｃは反転軸２３を入力軸２２に対して反時計回り方向ＣＣＷに回転する。
【００２１】
オイル室１内において、入力軸２２の先端部がオイル室１内の下面に軸受２１Ｂを介して回転可能に保持されおり、該入力軸２２の軸保持部２２Ａには、反転軸２３の先端部が軸受２１Ｄを介して回転可能に保持されている。反転軸２３には、スプライン外筒５Ａと羽根部材５Ｂとを備えた回転体５がスプライン結合されている。回転体５と軸保持部２２Ａとの間にはスプリング（コイルばね）２５が設けられている。スプライン外筒５Ａの内周には、反転軸２３の外周のスプライン係合部２３Ａにスプライン結合するスプライン係合部５Ａ１が設けられている。本例に示す羽根部材５Ｂは、図１に示す羽根部材５Ｂと同じ構成であるので、その説明を援用する。風車の回転軸の一定方向の回転に応じて入力軸２２が一定方向（時計方向ＣＷとする）に回転し、これ応じて軸保持部２２Ａの羽根部材２２Ｂが回転してオイルＯを攪拌する。入力軸２２の一定方向の回転に応じて反転軸２３が逆向き方向（反時計方向ＣＣＷとする）に回転し、これに応じて回転体５が回転して羽根部材５ＢでオイルＯを攪拌しオイル渦を発生させてオイル室１内の天井面側に送り出す。このとき、回転体５には、天井面からオイル渦の送り出し力（圧力）応じた下向きの押圧力が作用する。
【００２２】
入力軸２２の軸保持部２２Ａは、羽根部材４Ｂを具備する。羽根部材４Ｂは、軸保持部２２Ａの径方向に放射状に配置された複数の羽根からなり、オイル渦を確実に受けることのできる任意の傾斜角度をもって配設されている。各羽根は、オイル渦を大きな面域で受けることができるように、回転体５の羽根よりもオイル室１の内周側面に向けて延出している。
【００２３】
スプリング２５は、所定のバネ定数によって定まる所定の付勢力Ｓｆ２をもって回転体５を軸保持部２２Ａから離す方向に付勢している。このスプリング２５の付勢力Ｓｆ２は、風車の回転軸が突風又は強風以外の通常の風力で回転する通常回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ２１よりも小さく、同回転軸が突風又は強風などにより過回転する過回転時において回転体５に作用する押圧力Ｆ２２よりも大きい（Ｆ２２＜Ｓｆ２＜Ｆ２１）。したがって、スプリング２５は、回転軸の通常回転時において、回転体５を天井面側に付勢力Ｓｆ２で付勢して反転軸２３の所定位置（スプライン結合部２３Ａの上端位置）に位置させる。しかし、回転軸の過回転時においては、反転軸２２の軸方向への回転体５の下降を可能にする。
【００２４】
同図を参照して、本例に示すブレーキ装置の動作を説明する。
回転軸の通常回転時では、回転体５は、反転軸２３と共に反時計方向ＣＣＷに回転してオイルＯを攪拌することによりオイル渦を入力軸２２の軸保持部２２Ａ側に送り出す。このとき、回転体５に作用する押圧力Ｆ２１はスプリング２５の付勢力Ｓｆ２よりも小さいので、回転体５は、上記反転軸２３の所定位置で回転することになる。すなわち、回転体５の羽根部材５Ｂと入力軸２２の羽根部材４Ｂとはスプリング２５の付勢力Ｓｆによって離されているので入力軸２２が制動されず、該入力軸２２の回転がベルトＶ１１を介して駆動軸に伝達される。
回転軸の過回転時では、回転体５は、回転軸の通常回転時よりも高速に回転してオイルＯを攪拌する。このとき、軸保持部２２Ａ側に通常回転時よりもオイルＯが過剰に送り出され、これによって、回転体５にはスプリング２５の付勢力Ｓｆ２よりも大きい押圧力Ｆ２２が作用する。回転体５は、その押圧力Ｆ２２で入反転軸２３の軸方向に下降する。これにより、回転体５の羽根部材５Ａと入力軸２２の羽根部材４Ｂとの間の空間が狭まり、該羽根部材５Ａと羽根部材４ＢとがオイルＯを介して結合する。このとき、回転体５は、羽根部材５Ａで羽根部材４Ｂ側にオイル渦を勢いよく送り出すので、該羽根部材４Ｂがそのオイル渦を受けて攪拌する。回転体５の回転方向とは逆向きに回転する入力軸２２の羽根部材４ＢでそのオイルＯを攪拌することにより該羽根部材４Ｂの攪拌抵抗が増大し、入力軸２２が制動される。この場合、羽根部材４Ｂは回転体５とは逆向きに回転してオイルＯを攪拌するので、図２に示される装置に比べより大きな攪拌抵抗を得ることができ、入力軸２２の制動能力をより向上できる。したがって、本例に示すブレーキ装置は、特に、大型の風車に適用できる。
【００２５】
本実施の形態において、図１に示すブレーキ装置では、羽根部材５Ｂを入力軸３の軸方向に移動可能な回転体５に具備させ、羽根部材４Ｂを出力軸４に固定して具備させたが、同図に係わる本発明のブレーキ装置は、これに限られるものでなく、一変形例として、出力軸に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けると共に、入力軸に羽根部材を固定して具備させるように構成しても同様な効果を得ることができる。また、他の変形例として、出力軸と入力軸との双方に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けるように構成しても同様な効果を得ることができる。
また、図２に示すブレーキ装置では、羽根部材５Ｂを入力軸１２の軸方向に移動可能な回転体５に具備させ、羽根部材４Ｂを軸保持部１３に固定して具備させたが、同図に係わる本発明のブレーキ装置は、これに限られるものでなく、一変形例として、軸保持部に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けると共に、入力軸に羽根部材を固定して具備させるように構成しても同様な効果を得ることができる。また、他の変形例として、入力軸と軸保持部との双方に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けるように構成しても同様を効果を得ることができる。
また、図３に示すブレーキ装置では、羽根部材５Ｂを反転軸２３の軸方向に移動可能な回転体５に具備させ、羽根部材４Ｂを入力軸２２に固定して具備させたが、同図に係わる本発明のブレーキ装置は、これに限られるものでなく、一変形例として、入力軸に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けると共に、反転軸に羽根部材を固定して具備させるように構成しても同様な効果を得ることができる。また、他の変形例として、反転軸と入力軸との双方に羽根部材を具備させた回転体を移動可能に取り付けるように構成しても同様な効果を得ることができる。
また、各実施例において、スプリング６，１４，２５は、必要に応じてオイル室１の外部に配置してよい。
また、本発明に係るブレーキ装置は、風車だけに適用されるものでなく、回転軸の過回転に応じて制動を必要とする各種装置、機械等にも適用できるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るブレーキ装置は、発熱や摩耗などを生じることなく、回転軸に所定以上の過回転が生じたときに自動的に制動作用を発揮する、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るブレーキ装置の一実施例の概略構成を示す略断面図。
【図２】 同ブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図。
【図３】 同ブレーキ装置の他の実施例の概略構成を示す略断面図。
【符号の説明】
１ オイル室
３，１２，２２ 入力軸
４ 出力軸
４Ａ，１３，２２Ａ 軸保持部
４Ｂ 羽根部材
５ 回転体
５Ｂ 羽根部材
６，１４，２５ スプリング
２３ 反転軸
２４Ａ〜２４Ｃ 傘歯車
Ｏ オイル
Claims (5)
- 回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、
前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、
出力軸と、
粘性流体を密封収納したオイル室と、
前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合する第１のカプラ部材と、前記出力軸に結合する第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方がスプライン式羽根部材からなるものと、
前記第１および第２のカプラ部材を結合させる方向に付勢力を与える付勢手段と
を備え、前記スプライン式羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が前記粘性流体を介して結合されることで前記入力軸の回転が前記出力軸に伝達され、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記スプライン式羽根部材が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材の結合が解かれ、前記出力軸が制動されることを特徴とするブレーキ装置。 - 回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、
前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、
粘性流体を密封収納したオイル室と、
前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合して回転する羽根部材からなる第１のカプラ部材と、回転不能な第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方が軸方向に移動可能であるものと、
前記第１および第２のカプラ部材を離す方向に付勢力を与える付勢手段と
を備え、前記第１のカプラ部材の羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が離されていることで前記入力軸に制動がかからず、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記第１および第２のカプラ部材の前記少なくとも一方が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材が近接結合し、前記入力軸が制動されることを特徴とするブレーキ装置。 - 回転軸の過回転に応じて制動を行うブレーキ装置であって、
前記回転軸に連動して回転するように該回転軸に結合される入力軸と、
粘性流体を密封収納したオイル室と、
前記オイル室内に収納されたカプラ手段であって、前記入力軸に結合して回転する第１のカプラ部材と、前記第１のカプラ部材とは逆向きに回転するよう前記入力軸に結合した第２のカプラ部材とを含み、前記第１および第２のカプラ部材の少なくとも一方がスプライン式羽根部材からなるものと、
前記第１および第２のカプラ部材を離す方向に付勢力を与える付勢手段と
を備え、前記スプライン式羽根部材は回転に応じて所定方向に前記粘性流体を送り出すよう傾斜した羽根を有しており、通常時は送り出された前記粘性流体の圧力よりも勝る前記付勢手段の付勢力により前記第１および第２のカプラ部材が離されていることで前記入力軸に制動がかからず、過回転時において過剰に送り出された前記粘性流体の圧力により前記第１および第２のカプラ部材の前記少なくとも一方が前記付勢力に抗して軸方向に移動することで前記第１および第２のカプラ部材が近接結合し、前記入力軸が制動されることを特徴とするブレーキ装置。 - 前記付勢手段は、所定のバネ定数からなるスプリングである請求項１乃至３のいずれかに記載のブレーキ装置。
- 前記回転軸は、風車の回転軸である請求項１乃至４のいずれかに記載のブレーキ装置。
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