JP4119073B2 - 風力発電装置に使用される伝動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、特許請求項の前文に記載されている特徴を備えた風力発電装置に使用される伝動装置に関する。
【０００２】
現代の風力発電装置は、つねにエコロジ面の規制と経済的な面の規制により強く影響されている。現代の風力発電装置は、例えば、化石燃料を使用した発電設備または原子力発電設備によりエネルギーを取り出す従来のやり方と競争することが経済面から要求されている。このため、コンパクトな構成態様で出力面での重要性は低くとも、装置の性能が高いことが前提条件となる。他方、負荷の面からの理由と（騒音の発生のごとき）環境の面からの理由に基づき動力学的な負荷は減らさなければならない。風力発電装置の設置場所を設定するにあたっては、できるだけ連続的でかつ強い風の状態が保証され、確実に保持することができるようにしなければならない。別のやり方としては、設置費用がかさむことを理由に出力性能にすぐれ、コンパクトでかつ軽量な装置を必要とする海岸から離れたところに設置される風力発電装置が提案されている。
【０００３】
公知の風力発電装置（ＥＰ−ＯＳ６３５６３９号参照）の駆動列（Ａｎｔｒｉｅｂｓｓｔｒａｎｇ）は、ローター・ノーズを備えたローター・ブレイドと、ローターのための軸受を備えたローター・シャフトと、多段の遊星歯車式平歯車伝動装置と、カップリングと、発電機とから構成されている。ローター・ブレイドはローター・ノーズと接続されていて、ローター・シャフトを駆動している。このローター・シャフトは、マシーン・フレームを介してアジマス・ベヤリング（Ａｚｉｍｕｔｌａｇｅｒ）と接続されている大きなローラー・ベヤリングの中に収容されている。この構成によれば、ローターに作用した風の力は塔体に伝達される。このやり方の場合、ローターと伝動装置との間にシャフトのための区画を用意することが必要である。さらに、第２のローター・シャフト・ベヤリングが伝動装置の中に配置されていて、該伝動装置の駆動側の中空のシャフトは、焼き嵌めされたディスクを介してローター・シャフトと接続されている。必要な場合、伝動装置は、ダブル・アーム式の回転モーメント支持部を介してマシーン・フレームに立設される。この公知の風力発電装置は、比較的広いスペースを必要とするので、出力性能の面で採用することが制約されている。
【０００４】
ローターを１段の遊星歯車式伝動装置の遊星歯車担体に直接連結した風力発電装置がＥＰ−０Ｓ８１１７６４号より公知である。この遊星歯車式伝動装置と発電機は、共通のマシーン・フレームに組み付けて据え付けられている。
【０００５】
風力発電装置に使用される２つの遊星歯車段を備えた２段式遊星歯車伝動装置がＷＯ−９６／１１３３８号より公知である。ローターが遊星歯車担体に直接組み付けられていて、そのベアリングは伝動装置ケーシングの中に収容されている。しかし、動力伝動装置を風力発電装置に組み付けて接続するやり方については、上記の公知の発明にはなんら記載されていない。
【０００６】
本発明の主たる目的は、ほぼ２．５から５ＭＷの範囲内で高い出力を出すタイプの風力発電装置に使用して好適な、構成がよりコンパクトで、重量が軽く、コストを低く抑えることができる風力発電装置用伝動装置を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１の特徴項に記載されている風力発電装置に使用される当初に挙げた種類の伝動装置が、本発明に従って提供されたのである。本発明の有利な実施態様については請求項２より９までの各記載を参照されたい。
【０００８】
本発明においては、ローター・ノーズを２段の遊星歯車伝動装置の駆動段と直接接続することにより、伝動装置をよりコンパクトにすることができる。この場合、伝動装置全体をローター・ノーズの中に取り付けることができるので、ローター・ノーズが伝動装置のケーシングと接続されたとき、装置をさらにコンパクトにすることが可能である。駆動段を複列のはすばで噛み合わせるとともに、被駆動段を単列のはすばで噛み合わせることにより、比較的狭いスペースで比較的高い変速比を得ることができる。さらに、本発明に従って構成された伝動装置においては、マシーン・フレームをなしですますことができるとともに、伝動装置または発電機のケーシングを直接アジマス・ベアリング（Ａｚｉｍｕｔｌａｇｅｒ）と接続することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
添付図面は、本発明の２つの好ましい実施形態を図解したものである。
【００１０】
以下、本発明につき添付図面を参照しながら詳細に説明する。
添付図面に示されている風力発電装置は、ローター・ノーズ２に保持されている複数のローター・ブレイド３を取り付けたローター１を備えている。該ローター１は、発電機６を備えていて、駆動段４と被駆動段５とより成る２段の遊星伝動装置を介して発電機６と接続されている。本発明に係る風力発電装置は、アジマス・ベヤリング７を介して塔体２７の上に設置されていて、アジマス駆動装置（Ａｚｉｍｕｔａｎｔｒｉｅｂｅｓ）８を使用して風を後ろに導くよう構成されている。
【００１１】
遊星歯車伝動装置の駆動段４は、複列のはすば歯車の遊星段として設計されていて、遊星歯車担体１０の周囲に沿って等間隔に配置されている負荷に応じて３つまたは４つの遊星歯車９を備えている。該遊星歯車９のベアリング１１は、選択的にローラー・ベアリングとして設計されるかまたはスライド・ベアリングとして設計することができる。遊星歯車９は、内ば歯車１２と太陽歯車１３とに噛合している。駆動段４の遊星歯車９と内ば歯車１２と太陽歯車１３とは、それぞれ複列のはすばを備えている。
【００１２】
駆動段４の太陽歯車１３は、図１に示すように、被駆動段５の遊星歯車担体１４と歯と歯の噛合により接続されている。この接続では、均一な負荷の分配状態を確保することができるようにするため、太陽歯車１３は該遊星歯車担体１４の中では回転することはできないが長さ方向には移動することができるようにされている。この構成によれば、被駆動段５の負荷の分配状態は、最適な状態に保たれていて、前記遊星歯車担体１４は調節のために移動できるようになっているとともに、歯が噛み合う力だけにより保持されている。
【００１３】
被駆動段５の遊星歯車担体１４内では、複数の遊星歯車１５がローラー・ベアリングまたはスライド・ベアリングにより支承されている。より高い変速比を実現するため、各遊星歯車１５は、２段の遊星歯車として設計されていて、その１つの段は内ば歯車１６と係合されているとともに、他の段は被駆動段５の太陽歯車１７と係合されている。
【００１４】
被駆動段５の太陽歯車１７のシャフト１８は、高速で回転する発電機６のシャフトと共働して１つのユニットを形成している。別のやりかたとして、太陽歯車１７の歯を直接発電機６のシャフト１９と係合させるかあるいは差し込みキィ（Ｓｔｅｃｋｒｉｔｚｅｌ）として太陽歯車１７を押し当てるようにすることが可能である。
【００１５】
駆動段４と被駆動段５の内ば歯車１２、１６は、伝動装置ケーシング２０と一つのユニットを形成していて、このユニットでは内ば歯車１２と１６はねじ込みされている。なお、内ば歯車１２と１６と伝動装置ケーシング２０を同じ材料から製作することも可能である。
【００１６】
図１に示されているように、ローター・ノーズ２は、例えば、ねじ止めにより駆動段４の遊星歯車担体１０と直接接続されている。遊星歯車担体１０は、ローター１の支承の働きをしている２つの大きなローラー・ベアリング２１間に伝動装置ケーシング２０の中で支持されている。この構成によれば、遊星歯車担体１０は、ローター・ブレイド３に作用する風の力全部を伝動装置ケーシング２０に伝達する働きをする。 伝動装置ケーシング２０は、アジマス・ベアリング７に直接ねじ止めされ、これにより風の力を塔体２７に導き入れることができるよう脚部２２と協働して機能するよう構成されている。発電機６のケーシング２３は、伝動装置ケーシング２０に直接フランジ止めされている。
【００１７】
図２に示されている遊星歯車伝動装置は、その全体がローター・ノーズ２の中に収容されている。伝動装置ケーシング２０はローター・ノーズ２と接続されているので、その駆動回転数を設定することができる。複列のはすばを有する駆動段４の内ば歯車１２と単列のはすばを有する被駆動段５の内ば歯車１６の両者は、回転する伝動装置ケーシング２０の中に収容されていて、カップリングを形成している。駆動段４は縦長に構成されており、その遊星歯車担体１０は、発電機６のケーシング２３に固定され、静止している。駆動段４の遊星歯車担体１０は、伝動装置ケーシング２０を担持し、これによりローター・ノーズ２を担持している２つの大きなローラー・ベアリング２１を備えている。ローター・ブレイド３に作用した風の力は、２つの大きなローラー・ベアリング２１を介して発電機６のケーシング２３に伝達される。発電機６のケーシング２３は、アジマス・ベアリング７にねじ止めされた脚部２４と一体に構成されているので、風の力を風力発電装置の塔体に直接伝えることができ。
【００１８】
駆動段４の遊星歯車担体１０を発電機６のケーシング２３に直接ねじ止めすることができるようにするためには、駆動段４を発電機６と被駆動段５との間に収容しなければならない。この構成によれば、被駆動段５の太陽歯車１７のシャフト１８を駆動段４の太陽歯車１３を貫通させて導くようにすることが必要である。
【００１９】
図２に示されている動力伝動装置においては、従来の風力発電装置に使用されている動力伝動装置と発電機６との間に配置されたフリーな状態にあるシャフト・エンドはディスク式ブレーキ２５を構成することができないので、ブレーキ２５は伝動装置ケーシング２０内に取り付けられることになる。ブレーキ２５を操作すると、被駆動段５の遊星歯車担体１４は、伝動装置ケーシング２０に対して制止した状態に制動される。
【００２０】
発電機６は、より高い性能を求めようとする理由からオイルで冷却することでき、この場合、このオイルの循環系が伝動装置のオイルの循環系と接続されるのが有利である。マシーン・ケーシングをコンパクトに設計することができるため、潤滑装置２６やアジマス駆動装置８のごとき装置類を塔体２７の上部の領域に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、風力発電装置を長さ方向に切断した断面図である
【図２】図２は、他の風力発電装置を長さ方向に切断した断面図である。
【符号の説明】
１ ローター
２ ローター・ノーズ
３ ローター・ブレイド
４ 駆動段
５ 被駆動段
６ 発電機
７ アジマス・ベアリング
８ アジマス駆動装置
９ 遊星歯車
１０ 遊星歯車担体
１２ 内ば歯車
１３ 太陽歯車
１４ 遊星歯車担体
１５ 遊星歯車
１６ 内ば歯車
１７ 太陽歯車
１８ シャフト
１９ シャフト
２０ 伝動装置ケーシング
２１ ローラー・ベアリング
２２ 脚部
２３ ケーシング
２５ ブレーキ
２６ 潤滑装置
２７ 塔体

Claims (9)

1. ローター（１）と発電機（６）とを備えた風力発電装置に使用される伝動装置であって、駆動段（４）と被駆動段（５）とを備えた２段の遊星歯車伝動装置として構成されていて、該遊星歯車伝動装置の駆動段（４）が直接ローター（１）と接続されているとともに、複列のはすばを備えているものにおいて、被駆動段（５）が単列のはすばを有する複数の遊星歯車（１５）を備えていること、駆動段（４）の太陽歯車（１３）が被駆動段（５）の遊星歯車担体（１４）と接続されており、該遊星歯車担体の中では回転することができないが長さ方向には移動することができるようにされていること、及び、被駆動段（５）の遊星歯車担体（１４）が調節を行うために移動できるよう構成されているとともに、この遊星歯車担体（１４）と前記太陽歯車（１３）の歯の噛合力のみによって保持されていることを特徴とする伝動装置。
2. 駆動段（４）の遊星歯車担体（１０）が２つのローラー・ベアリング（２１）を介して伝動装置ケーシング（２０）内に支承されていて、前記ローラー・ベアリング（２１）が同時にローター（１）を軸支する働きをすることを特徴とする請求項１記載の伝動装置。
3. 被駆動段（５）の太陽歯車（１７）が、直接発電機（６）のシャフト（１９）と接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の伝動装置。
4. 駆動段（４）の遊星歯車担体（１０）がローター・ノーズ（２）と接続されていることを特徴とする請求項１より３までのいずれか１項記載の伝動装置。
5. 伝動装置ケーシング（２０）が、発電機（６）のケーシング（２３）と接続されていて、脚部（２２）を備えていることを特徴とする請求項４記載の伝動装置。
6. 伝動装置ケーシング（２０）が、ローター・ノーズ（２）と接続されていることを特徴とする請求項１より３までのいずれか１項記載の伝動装置
7. 被駆動段（５）の太陽歯車（１７）のシャフト（１８）が、駆動段４）の太陽歯車（１３）を通って延設されていることを特徴とする請求項６記載の伝動装置。
8. 駆動段（４）の遊星歯車担体（１０）が、発電機（６）のケーシング（２３）と接続されていることを特徴とする請求項６または７記載の伝動装置。
9. ブレーキ（２５）が、伝動装置ケーシング（２０）の中に配置されていることを特徴とする請求項６より８までのいずれか１項記載の伝動装置

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