JP4738027B2 - Wind power generator shaft coupling structure - Google Patents
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Description
本発明は、風力発電装置に適用される軸カップリング構造に関する。 The present invention relates to a shaft coupling structure applied to a wind power generator.
従来より、風力発電装置においては、増速機と発電機との間を連結して軸トルクを伝達するとともに、両軸のミスアライメントを吸収する軸カップリングが用いられている。
このような風力発電装置用の軸カップリングとしては、ステンレス製の薄板を重ね合わせたディスク型カップリングが使用されている。
Conventionally, in wind turbine generators, a shaft coupling that transmits a shaft torque by connecting a speed increaser and a generator and absorbs misalignment of both shafts has been used.
As such a shaft coupling for a wind turbine generator, a disk-type coupling in which thin stainless steel plates are stacked is used.
さらに、近年の風力発電装置においては、風車の大型化に伴い、繊維強化プラスチック(FRP)製の厚板リンク方式を採用した軸カップリング構造もある。
また、軸トルクの伝達に用いられる駆動用カップリングとしては、耐久性を向上させるため、薄板であるラミネートプレートを複数枚重ね合わせて構成されたラミネートカップリングが提案されている。このラミネートカップリングにおいては、板厚の薄いラミネートを複数枚重ね合わせた中間部を、板厚の厚い両端のラミネートプレートで挟んで構成することにより、疲労破壊の防止や共振に対する信頼性が向上するとされる。(たとえば、特許文献1参照)
Further, as a driving coupling used for transmission of shaft torque, a laminating coupling configured by laminating a plurality of thin laminating plates has been proposed in order to improve durability. In this laminate coupling, the intermediate part where a plurality of thin laminates are stacked is sandwiched between the laminate plates on both ends of the thick plate, thereby preventing fatigue failure and improving the reliability of resonance. Is done. (For example, see Patent Document 1)
ところで、近年における風力発電装置の大型化に伴い、空力荷重の増加、ナセルの大型化及び軽量化が進み、特に増速機と発電機との間を連結する高速軸でのミスアライメント量が増加する傾向にある。しかしながら、従来のステンレス製薄板を重ね合わせたディスク型カップリングは、増加傾向にあるミスアライメントの吸収量に限界があるので、風力発電装置の大型化を困難にする要因の一つとなっている。
このような背景から、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造の開発が望まれる。
By the way, with the recent increase in size of wind turbine generators, the increase in aerodynamic load, the increase in size and weight of nacelles has progressed, and in particular, the amount of misalignment at the high-speed shaft connecting the gearbox and the generator has increased. Tend to. However, the conventional disk-type coupling in which thin stainless steel plates are superposed is one of the factors that make it difficult to increase the size of the wind power generator because there is a limit to the amount of misalignment that tends to increase.
From such a background, it is desired to develop a shaft coupling structure of a wind turbine generator that has a large misalignment absorption amount and high reliability.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、風力発電装置の大型化を容易にするため、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances. The purpose of the present invention is to increase the amount of misalignment and to provide a highly reliable wind power generator in order to facilitate the enlargement of the wind power generator. It is to provide a shaft coupling structure.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置の軸カップリング構造は、増速機と発電機との間を連結して軸トルクの伝達をする風力発電装置の軸カップリング構造であって、軸部と、繊維材を同一方向に配列した一方向材からなる繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなり、両端連結部にはダブルバイアスマット材を貼り付けたリンク部材とを備え、前記リンク部材は、前記軸部の中心軸と直交する面上に、前記中心軸を中心として円周方向に複数枚が均等に配置されるとともに、入力軸側では、一端が入力軸に、他端が前記軸部に連結され、出力軸側では、一端が出力軸に、他端が前記軸部に連結されてトルク伝達を行い、前記リンク部材が3枚の場合には、全ての前記リンク部材が、前記入力軸側では、該リンク部材の前記他端から前記一端に向かう方向が前記入力軸の回転方向に一致するように配置されるとともに、前記出力軸側では、該リンク部材の前記一端から前記他端に向かう方向が前記軸部の回転方向に一致するように配置され、前記リンク部材が4枚の場合には、前記中心軸を介して対向する少なくとも一対の前記リンク部材が、前記入力軸側では、該リンク部材の前記他端から前記一端に向かう方向が前記入力軸の回転方向に一致するように配置されるとともに、前記出力軸側では、該リンク部材の前記一端から前記他端に向かう方向が前記軸部の回転方向に一致するように配置されることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
A shaft coupling structure of a wind turbine generator according to the present invention is a shaft coupling structure of a wind turbine generator that transmits shaft torque by connecting a speed increaser and a generator. A laminated member made of fiber-reinforced plastic made of unidirectional material in which materials are arranged in the same direction, and a link member having a double bias mat material attached to both end connecting portions, and the link member includes the shaft On the surface orthogonal to the central axis of the part, a plurality of pieces are evenly arranged in the circumferential direction around the central axis, and on the input shaft side, one end is connected to the input shaft and the other end is connected to the shaft part. It is, in the output shaft side, at one end the output shaft, the other end have rows torque transmission is connected to the shaft portion, when the link member is three, all of the link member, said input shaft On the side, from the other end of the link member to the one end The direction is arranged so as to coincide with the rotation direction of the input shaft, and on the output shaft side, the direction from the one end of the link member toward the other end is arranged so as to coincide with the rotation direction of the shaft portion. In the case where the number of link members is four, at least a pair of the link members facing each other via the central axis has a direction from the other end of the link member toward the one end on the input shaft side. Arranged so as to coincide with the rotation direction of the input shaft, and on the output shaft side, the direction from the one end of the link member toward the other end is arranged to coincide with the rotation direction of the shaft portion. It is characterized by.
このような風力発電装置の軸カップリング構造によれば、軸部と、繊維材を同一方向に配列した一方向材からなる繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなり、両端連結部にはダブルバイアスマット材を貼り付けたリンク部材とを備え、リンク部材は、軸部の中心軸と直交する面上に、中心軸を中心として円周方向に複数枚が均等に配置されるとともに、入力軸側では、一端が入力軸に、他端が軸部に連結され、出力軸側では、一端が出力軸に、他端が軸部に連結されてトルク伝達を行うことにより、ヤング率が小さくフレキシブル性の高いリンク部材により、トルクの伝達を確実に行うとともに、ミスアライメントの吸収量を増加させることができる。 According to such a shaft coupling structure of a wind turbine generator, a shaft portion and a thin plate made of fiber reinforced plastic made of a unidirectional material in which fiber materials are arranged in the same direction are stacked, and double-ended at both end connecting portions. A link member having a bias mat material attached thereto , and the link member is arranged on the surface orthogonal to the central axis of the shaft portion, a plurality of the members are evenly arranged in the circumferential direction around the central axis, and the input shaft On the side, one end is connected to the input shaft and the other end is connected to the shaft portion. On the output shaft side, one end is connected to the output shaft and the other end is connected to the shaft portion to transmit torque, thereby reducing the Young's modulus. The highly reliable link member can reliably transmit torque and increase the amount of misalignment absorption.
上記の発明において、前記リンク部材は、同一面上の円周方向に4枚が90度ピッチで均等に配置されていることが好ましく、これにより、逆回転方向のトルク伝達にも対応することができる。
この場合、前記リンク部材は、前記入力軸側と前記出力軸側のそれぞれで、前記中心軸に対し左右対称となるよう90度ピッチに4枚が配置されていることが望ましい。
また、前記リンク部材は、一端が前記入力軸側の端部に固着したフランジに固定され、他端が前記軸部の端部に固着した支持板に固定されるとともに、前記入力軸側に対して前記出力軸側の前記リンク部材及び前記支持板を全体的に円周方向へ90度回転させた配置になっていることが望ましい。
前記リンク部材は、繊維材を同一方向に配列した一方向材と、該一方向材の両端連結部に貼り付けたダブルバイアスマット材とを組み合わせた構成であることが好ましく、これにより、リンク部材に作用する引張応力と略同方向に繊維材を配列して強度特性を最適化することができる。
In the above invention, it is preferable that four of the link members are evenly arranged at a pitch of 90 degrees in the circumferential direction on the same plane, so that torque transmission in the reverse rotation direction can also be handled. it can.
In this case, it is preferable that four link members are arranged at a 90-degree pitch so as to be symmetrical with respect to the central axis on each of the input shaft side and the output shaft side.
The link member has one end fixed to a flange fixed to the end on the input shaft side and the other end fixed to a support plate fixed to the end of the shaft. It is preferable that the link member and the support plate on the output shaft side are arranged to be rotated 90 degrees in the circumferential direction as a whole.
The link member is preferably configured by combining a unidirectional material in which fiber materials are arranged in the same direction and a double bias mat material attached to both ends of the unidirectional material. The fiber material can be arranged in substantially the same direction as the tensile stress acting on the material to optimize the strength characteristics.
上述した本発明によれば、フレキシブル性の高い繊維強化プラスチック(FRP)製薄板のリンクを重ね合わせた構成としたので、確実なトルク伝達に加えて、ミスアライメントの吸収量が大きく信頼性の高い風力発電装置の軸カップリング構造を提供することができる。このため、風力発電装置の大型化を妨げている要因の一つであるミスアライメントの問題が解消され、風力発電装置の大型化を容易にするという顕著な効果が得られる。
また、ミスアライメントの吸収量が大きい軸カップリング構造を採用することで、製造工場及び設置現場において増速機と発電機の間で厳密なセンターリングを行う必要がなくなるので、組立作業時の工数低減にも有効である。
According to the present invention described above, since the link of the highly flexible fiber reinforced plastic (FRP) thin plate is superposed, in addition to reliable torque transmission, the misalignment absorption amount is large and the reliability is high. A shaft coupling structure of a wind turbine generator can be provided. For this reason, the problem of misalignment, which is one of the factors hindering the increase in size of the wind turbine generator, is solved, and a remarkable effect of facilitating the increase in size of the wind turbine generator can be obtained.
In addition, by adopting a shaft coupling structure that absorbs a lot of misalignment, it is not necessary to perform exact centering between the gearbox and the generator at the manufacturing plant and installation site. It is also effective for reduction.
以下、本発明に係る風力発電装置の軸カップリング構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図8に示す風力発電装置1は、基礎上に立設される支柱2と、支柱2の上端に設置されるナセル3と、略水平な軸線周りに回転可能としてナセル3に設けられるローターヘッド4とを有している。
ローターヘッド4には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車翼5が取り付けられている。これにより、ローターヘッド4の回転軸線方向から風車翼5に当たった風の力が、ローターヘッド4を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
Hereinafter, an embodiment of a shaft coupling structure of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
A wind turbine generator 1 shown in FIG. 8 includes a
A plurality of
ナセル3の内部には、風力で回転する風車翼5及びロータヘッド4の回転数を増速して効率よく発電するため、図示しない増速機及び発電機が収納設置されている。増速機及び発電機の軸間は、カップリングを介して互いに連結し、軸トルクが伝達されるようになっている。
図1に示すように、両機器の入力軸6及び出力軸7を連結する軸間には、ミスアライメントを吸収してトルク伝達を行うため、軸カップリング装置10が設けられている。この軸カップリング装置10は、フレキシブル性の高い素材である繊維強化プラスチック(以下、FRP)製の薄板を複数枚積層してなるリンク部材20を介してトルク伝達を行うように構成されている。
Inside the
As shown in FIG. 1, a
図示の軸カップリング装置10は、図2に示すように、軸部12の両端部に、すなわち入力軸6と軸部12との間及び出力軸7と軸部12との間に、各々4枚のリンク部材20を配置した構成とされる。
4枚のリンク部材20は、図2(a)に示すように、矩形状の両端部を略半円形状に切り欠いたもので、軸部12の中心軸(点C)を中心にして、同一面上の円周方向に90度ピッチで均等に配置されている。また、各リンク部材20の長手方向となる軸線Lは、軸部12の中心軸を通り、この中心軸と直交する軸部12の断面円周方向を90度に分割する直線Dと直交する配置とされる。
As shown in FIG. 2, the illustrated
As shown in FIG. 2 (a), the four
各リンク部材20は、一端が入力軸6側の端部に固着したフランジ6aにボルト・ナット13をもって固定され、他端が軸部12の端部に固着した支持板14にボルト・ナット15をもって固定されている。すなわち、各リンク部材20は、一端が入力軸6側に連結され、他端が軸部12側に連結された構成となる。なお、リンク部材20が入力軸6と連結される部分の支持板14は切り欠かれて存在せず、同様に、リンク部材20が軸部12と連結される部分のフランジ6aには、貫通孔6b(図1参照)が穿設されている。
また、図2(b)に示す出力軸7側については、リンク部材20等の配置を全体に円周方向へ90度回転させた構成とし、かつ、リンク部材20の一端を固定する相手が出力軸7のフランジ7aとなる以外は、実質的に上述した入力軸6側と同じになる。なお、図1における符号7bは、リンク部材20が軸部12と連結される部分のフランジ7aに穿設された貫通孔である。
Each
In addition, the
続いて、上述したリンク部材20の構成を図3及び図4に基づいて説明する。
リンク部材20は、薄板積層体21の両端に連結部22,23を設けた構成とされる。連結部22,23は、薄板積層体21を貫通するスリーブ24の鍔部24aと、板状部材25とにより、薄板積層体21を両面から挟持した構成とされる。連結部22,23は、各々異なる面に鍔部24a及び板状部材25が配置されている。また、スリーブ24の貫通孔は、上述したボルト・ナット13,15を通す穴となる。
Then, the structure of the
The
薄板積層体21は、図4に示すFRP製薄板30を複数枚(たとえば7枚)積層したものである。FRP製薄板30は、繊維材を同一方向に配列した一方向材(UD材)よりなる板材31と、板材31の両端部にダブルバイアスマット材(DBM材)32を両面に貼り付けた連結部33とにより構成される。ここで使用するFRPの一方向材は、繊維材をリンク部材20の軸線Lと同一方向に配列した板材31とされる。また、ダブルバイアスマット材32は、複数方向から入力を受ける連結部33の補強材として機能するように、繊維材を複数方向(たとえば直交する2方向)に配列したFRP板材である。なお、図中の符号34は、上述したスリーブ24を挿入するための貫通孔である。
このように、両端部の両面にダブルバイアスマット材32を貼り付けたFRP製薄板30を複数枚積層した薄板積層体21は、図示されてはいないものの、実際には隣接する板材31間に、ダブルバイアスマット材32を2枚重ねた厚さに相当する微小な隙間が形成されている。
The
In this way, the
以下、上述した構成の軸カップリング装置10について、その動作及び作用を図1、図5ないし図7に基づいて説明する。
図5は、入力軸6から出力軸7にトルク伝達を行う場合において、軸カップリング装置10に作用する接線方向の力Ftを示している。この力Ftは、入力軸6の回転がフランジ6aを介してボルト・ナット13に伝達され、さらに、リンク部材20及びボルト・ナット15を介して支持板14に伝達される。このようにして支持板14と一体である軸部12に伝達されたトルクは、実質的に上述した入力軸6と同様の方法で出力軸7にトルク伝達が行われる。
Hereinafter, the operation and action of the
FIG. 5 shows a tangential force Ft acting on the
このような力Ftを受けると、リンク部材20においても、図6(a)に示すように、同様の力Ftが作用する。このような力Ftを受けることにより、図7に示すように、各板材31には引張力fとして作用するが、この引張力fと略同方向に繊維材を配列した一方向材が採用されている。この繊維材は引張応力が大きいため、一方向材の特性を利用することで強度上極めて有利になる。
また、入力軸6及び出力軸7間にミスアライメントが生じた場合、図6(b)に示すような力Fmがリンク部材20に作用する。この結果、リンク部材20の薄板積層体21には引張力fが作用するので、各板材31にも同様の引張力fが作用する。従って、この引張力fと略同方向に繊維材を配列した一方向材の採用により、リンク材20がフレキシブルに撓んで広範囲にわたってミスアライメントを吸収するとともに、強度面でも極めて有利になる。
When such a force Ft is received, a similar force Ft acts on the
Further, when misalignment occurs between the
すなわち、上述した風力発電装置のカップリング構造によれば、繊維強化プラスチック製の薄い板材31を積層してなるリンク部材20を介してトルク伝達を行うので、ヤング率が小さくフレキシブル性の高いリンク材20により、トルクの伝達を確実に行うとともに、強度面の向上とともに信頼性が増し、かつ、ミスアライメントの吸収量も増加させることができる。
また、リンク部材20は、軸線Lが中心Cを通り円周方向を分割する直線Dと直交するように配置され、かつ、繊維材を軸線Lと同一方向に配列した一方向材と、この一方向材の両端連結部に貼り付けたダブルバイアスマット材とを組み合わせた構成としたので、リンク部材20の軸線方向に作用する引張応力と略同方向に繊維材が配列されて強度特性を最適化することができる。
That is, according to the coupling structure of the wind power generator described above, torque transmission is performed through the
The
また、リンク部材20は、左右対称となるよう90度ピッチに4枚が配置されているので、逆回転方向のトルク伝達にも対応することが可能である。
なお、伝達トルクの大きさによっては、リンク部材20を3枚とすることも可能である。この場合、逆回転方向のトルク伝達に対しては、リンク部材20に圧縮力が付加される。
さらに、図4に示す薄板積層材は、ダブルバイアスマットを両端のスリーブ貫通孔の周囲にのみ配しいているが、伝達トルク及びミスアライメントの大きさによっては、ダブルバイアスマットを薄板積層材の全面に配することも可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば板材31の積層枚数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
In addition, since four
Depending on the magnitude of the transmission torque, the number of
Further, in the thin plate laminate shown in FIG. 4, the double bias mat is disposed only around the sleeve through holes at both ends. However, depending on the magnitude of the transmission torque and misalignment, the double bias mat is disposed on the entire surface of the thin plate laminate. It is also possible to arrange them.
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, it can change suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention, such as the lamination | stacking number of the board |
1 風力発電装置
3 ナセル
6 入力軸
7 出力軸
6a,7a フランジ
10 軸カップリング装置
12 軸部
13,15 ボルト・ナット
14 支持板
20 リンク部材
21 薄板積層体
24 スリーブ
24a 鍔部
25 板状部材
30 FRP製薄板
31 板材(一方向材/UD材)
32 ダブルバイアスマット材(DBM材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
32 Double bias mat material (DBM material)
Claims (4)
軸部と、
繊維材を同一方向に配列した一方向材からなる繊維強化プラスチック製の薄板を積層してなり、両端連結部にはダブルバイアスマット材を貼り付けたリンク部材とを備え、
前記リンク部材は、前記軸部の中心軸と直交する面上に、前記中心軸を中心として円周方向に複数枚が均等に配置されるとともに、入力軸側では、一端が入力軸に、他端が前記軸部に連結され、出力軸側では、一端が出力軸に、他端が前記軸部に連結されてトルク伝達を行い、
前記リンク部材が3枚の場合には、全ての前記リンク部材が、前記入力軸側では、該リンク部材の前記他端から前記一端に向かう方向が前記入力軸の回転方向に一致するように配置されるとともに、前記出力軸側では、該リンク部材の前記一端から前記他端に向かう方向が前記軸部の回転方向に一致するように配置され、
前記リンク部材が4枚の場合には、前記中心軸を介して対向する少なくとも一対の前記リンク部材が、前記入力軸側では、該リンク部材の前記他端から前記一端に向かう方向が前記入力軸の回転方向に一致するように配置されるとともに、前記出力軸側では、該リンク部材の前記一端から前記他端に向かう方向が前記軸部の回転方向に一致するように配置されることを特徴とする風力発電装置の軸カップリング構造。 A shaft coupling structure of a wind turbine generator that transmits shaft torque by connecting a speed increaser and a generator,
The shaft,
It is composed of laminated thin sheets made of fiber reinforced plastic made of unidirectional material in which fiber materials are arranged in the same direction, and provided with a link member to which a double bias mat material is pasted at both end connecting portions,
A plurality of the link members are evenly arranged in a circumferential direction around the central axis on a surface orthogonal to the central axis of the shaft portion, and at the input shaft side, one end serves as the input shaft. end connected to the shaft portion, the output shaft side, at one end the output shaft and the other end is connected to the shaft portion have rows torque transmission,
When there are three link members, all the link members are arranged on the input shaft side so that the direction from the other end of the link member toward the one end coincides with the rotation direction of the input shaft. In addition, on the output shaft side, the direction from the one end of the link member toward the other end is arranged so as to coincide with the rotation direction of the shaft portion,
In the case where the number of the link members is four, at least a pair of the link members facing each other via the central axis is such that the direction from the other end of the link member toward the one end is the input shaft on the input shaft side. The link member is arranged so that the direction from the one end to the other end of the link member coincides with the rotation direction of the shaft portion. A shaft coupling structure of a wind power generator.
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