JP5234464B2 - 自然エネルギの回収システム用の減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、自然エネルギの回収システム用の減速装置に関する。

特許文献１によれば、図８に示す自然エネルギの回収システムの一例である風力発電装置のヨー駆動装置５００に用いる減速機５０２が示されている。この減速機５０２は、１段減速部５１０、該１段減速部５１０に連結される２段減速部５２０、並びに該２段減速部５２０に連結される３段減速部５３０から成っている。

２段減速部５２０は、遊星減速機構の第１キャリヤ５０７に連結される入力平歯車５２１及び該入力平歯車５２１に噛み合う複数の平歯車５２２（４個）からなる平歯車式減速機構機から構成されている。また、３段減速部５３０は、内周に形成された固定の内歯歯車体５３１と、該内歯歯車５３１に噛み合う複数（２個）の外歯歯車５３４と、該複数の外歯歯車５３４に挿入され、２段減速部５２０の平歯車５２２に連結され回転することで該複数の外歯歯車５３４を偏心回転させる複数（４個）のクランク軸５３５と、該クランク軸５３５の軸方向両端部を回転可能に支持する出力部材としての出力側のキャリヤ５４０とを備えた偏心揺動型減速機構で構成されている。

出力ピニオン５３９が設けられている出力軸５３７は、キャリヤ５４０と一体化されており、１個の軸受５４１で支持されている。出力側のキャリヤ５４０は、モータ側のキャリヤ５４２と連結され、このモータ側のキャリヤ５４２が、軸受５４４によって支持されている。

特開２００５−６１５１９号公報（請求項１、図１）

しかしながら、自然エネルギを回収するシステム用の減速装置の場合、突風、台風等の風力により、出力側から予期せぬ大荷重（ラジアル荷重）が加わるときがある。この場合、従来の構造だと、このラジアル荷重を受ける軸受５４４が、最終段の第３減速機構５３０よりもモータ側にあり、当該大ラジアル荷重が第３減速機構５３０内を通過し、該第３減速機構５３０が破損等するおそれがあった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ラジアル方向における耐衝撃性を増大し、特に外力によるラジアル荷重の減速機構への伝達を防止する自然エネルギの回収システム用の減速装置を提供することを課題とする。

本発明は、自然エネルギの回収システムにおいて使用される減速装置であって、該減速装置の減速機構部よりも出力側において、出力軸が減速機構部側の第１軸受及び反減速機構部側の第２軸受にて支持され、且つ、該出力軸の前記第１軸受で支持されている部分の軸径が、前記第２軸受で支持されている部分の軸径よりも大きく形成され、前記第１軸受の転動体が、ころで構成され、前記減速機構部が、内歯がころで構成された内歯歯車を有し、前記第１軸受の転動体を構成するころと前記内歯を構成するころは、前記減速装置のケーシングに連続して形成された溝部に組み込まれている構造とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明では、減速機構部よりも出力側において、出力軸が減速機構部側の第１軸受及び反減速機構部側の第２軸受にて支持され、且つ、該出力軸の前記第１軸受で支持されている部分の軸径が、前記第２軸受で支持されている部分の軸径よりも大きく形成されている。

これにより、減速機構部よりも出力側において、一対の軸受で出力軸を支持することができるため、出力ピニオンから入ってくる外力（突風等による大ラジアル荷重）を、特に減速機構部側で径の大きな第１軸受で受けることができ、ラジアル方向（軸方向に対し垂直方向）のぶれ（外力）に対する十分な耐衝撃性を備えることができる。この結果、突風等による大ラジアル荷重が、減速機構部に伝わるのを効果的に防止することができる。

本発明によれば、ラジアル方向における耐衝撃性を増大し、特に外力によるラジアル荷重の減速機構への伝達を防止する自然エネルギの回収システム用の減速装置を提供できる。

本発明の実施形態の一例にかかる風力発電機用サイクロ減速装置の縦断面図 図１に示す風力発電機用サイクロ減速装置におけるＩＩ−ＩＩ断面図 図１に示す風力発電機用サイクロ減速装置におけるＩＩＩ部拡大図 本発明の他の実施形態の一例にかかる風力発電機用サイクロ減速装置の縦断面図 本発明の参考例にかかる風力発電機用サイクロ減速装置の縦断面図 上記実施形態に係る動力伝達装置が組み込まれている風力発電システムの概略側面図 同風力発電システムにおける発電ユニットの概略を示す斜視図 従来の風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機

減速装置Ｇ１の用途を明確にするため、便宜上、最初に自然エネルギの回収システムの一例である風力発電機のヨー駆動装置について説明する。このヨー駆動装置を図６、７に示す。

本実施形態では、ヨー駆動装置１４の減速装置Ｇ１に本発明が適用されている。ヨー駆動装置１４は、電動モータＭｏ、出力ピニオン２４付きの減速装置Ｇ１、及び該出力ピニオン２４と噛合する旋回内歯歯車２８を備える。減速装置Ｇ１は、図７の例では４個描写されており、それぞれ発電ユニット１２の本体側に固定されている。一方、４個の減速装置Ｇ１の各出力ピニオン２４（図１参照）が噛合している旋回内歯歯車２８は、円筒支柱１１側に固定されており、図示せぬヨーベアリングの内輪を構成している。ヨーベアリングの外輪（図示略）は、発電ユニット１２の本体側に固定されている。この構成により、電動モータＭｏによって減速装置Ｇ１を介して出力ピニオン２４を回転させることにより、該出力ピニオン２４と噛合している旋回内歯歯車２８が回転し、発電ユニット１２全体を円筒支柱１１の軸心３７（図７）の周りで旋回させることができる。この結果、ノーズコーン１８を所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。しかしながら、その一方で、突風や台風等により、発電ユニット１２の向きが強制的に変えられると、減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４が、大きなラジアル荷重を受ける。そのため、この大きなラジアル荷重が、減速機構４０、４１内をそのまま通過すると、該減速機構４０、４１が破損してしまうおそれがある。

そこで、この実施形態では、減速装置Ｇ１について図１、図２に示されるような構成を採用している。

図１は、本発明の実施形態にかかる減速装置Ｇ１の縦断面図を示している。また、図２は、減速装置Ｇ１のＩＩ部拡大図、図３は、減速装置Ｇ１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示している。

まず、減速装置Ｇ１の構造について説明する。

この減速装置Ｇ１は、電動モータＭｏ（図６参照）の回転を減速する２段（複数段）の減速機構（第１、第２減速機構４０、４１）を上下方向に直列に連結したものである。モータＭｏの回転は、遊星歯車のキャリヤ３６から動力を取り出す遊星歯車機構で構成された第１、第２減速機構４０、４１によって減速され、出力軸３２から出力される。出力軸３２の先端には、前記出力ピニオン２４が取り付けられている。

この第１、第２減速機構４０、４１は、中心軸が鉛直方向に伸びるケーシング（枠体）５６の内部に上下方向に設置されており、下側ほど低速段となる減速機構である。なお、ケーシング５６は前述したように発電ユニット１２（図６、図７）の本体側に取り付けられている。

第１、第２減速機構４０、４１は、ほぼ同様の構成の内接噛合型遊星歯車機構を用いた減速機構であるため、ここでは代表して下側に配置した低速段の第２減速機構４１について説明することとし、上側に配置した高速段の第１減速機構４０については重複説明を省略する。

この第２減速機構４１は、２枚の外歯歯車５０（５０Ａ、５０Ｂ）と、該外歯歯車５０が内接噛合する内歯歯車５８と、を備える。外歯歯車５０は、偏心揺動しながら内歯歯車５８と内接噛合し、この内接噛合によって生じる外歯歯車５０と該内歯歯車５８との相対回転が出力として取り出される。

第２減速機構４１の入力軸４７は第１減速機構４０の出力軸１３２に相当しており、軸受６６（６６Ａ、６６Ｂ）により、いわゆる両持ち支持されている。入力軸４７のこの軸受６６間には２つの偏心体４６（４６Ａ、４６Ｂ）が連結されている。これらの偏心体４６は、入力軸４７に作用する荷重が相殺されるように１８０度の位相差で配置されている。該偏心体４６の外周には、ころ４９（４９Ａ、４９Ｂ）を介して、前記外歯歯車５０が組み込まれている。

外歯歯車５０は、内歯歯車５８よりも「１」だけ少ない歯数を有している。この外歯歯車５０は、外歯歯車５０を貫通する内ピン孔４５を備えている。内ピン孔４５には内ピン６０が遊嵌している。内ピン６０の外周には、摺動部品促進部材として内ローラ６２が取り付けられている。該内ピン６０は、キャリヤ３６と一体化されており、キャリヤ３６は出力軸３２と一体化されて、該出力軸３２の一部を構成している。

これに対し、内歯歯車５８は、ケーシング５６内周に一体的に形成されている。内歯歯車５８の内歯は、ころ７３によって構成されている。

キャリヤ３６を含む出力軸３２は、第２減速機構４１側の第１軸受６８と反減速機構側の第２軸受７０により支持されている。第１軸受６８は、出力軸３２における前記キャリヤ３６相当部分の外周を支持している。即ち、第１軸受６８で支持されている出力軸３２の軸径ｄ１は、第２軸受７０で支持されている出力軸３２の部分の軸径ｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）。

上述したように、第１減速機構４０の構成自体は、第２減速機構４１とほぼ同一であるため、同一又は類似する機能を有する部材に第２減速機構４１と下二桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

本実施形態では、出力軸３２が、出力軸３２とケーシング５６の一部をそれぞれ外輪と内輪として利用する第１軸受６８を用いて支持されている。

以下、第１軸受６８の構造について詳述する。

第１軸受６８の転動体は、ころ６４で構成されている。

ころ６４は、第２減速機構４１よりも出力側にあるキャリヤ３６を含む出力軸３２の当該キャリヤ３６相当部分の外周６５と接触している。この出力軸３２の外周６５が、ころ（転動体）６４の転動面を構成する。即ち、出力軸３２の（キャリヤ３６相当部分の）外周６５が第１軸受６８の内輪を兼ねている。

また、ころ６４は、キャリヤ３６を含む出力軸３２の当該キャリヤ３６相当部分と対峙する部位のケーシング５６の内周６６と接触している。このケーシングの内周６６が、ころ（転動体）６４の転動面を構成する。即ち、ケーシング５６のキャリヤ３６相当部分と対峙する部位の内周６６が第１軸受６８の外輪を兼ねている。

ころ（転動体）６４は、上述したキャリヤ３６を含む出力軸３２（内輪）とケーシング（外輪）５６との間に形成される円周方向の空間に並列に隙間なく挿入される（図３参照）。また、このころ６４は、内歯歯車５８の内歯を構成するころ７３と同一径とされており、両者７３、６４の軸心Ａ１は、減速装置Ｇ１における同一の半径方向位置に配置されている。

なお、第１軸受６８のころ（転動体）６４は、内歯歯車５８の内歯を構成するころ７３とは機能が異なるため、該内歯歯車５８のころ７３と分離されていることが好ましい。例えば、第１軸受６８のころ６４は、自身の直径が１０μｍ単位で数種類用意され、シム調整によりケーシング（外輪）５６と出力軸（内輪）３２に対し最適な接触状態のものが選択される。一方、内歯歯車５８のころ７３は、このような厳格な精度は要求されない。このように２つのころ７３、６４を別部材とすることにより、出力軸３２の一端を確実にぶれなく支持すると共に、（分離されていることにより）減速機構４１側に出力軸３２のラジアル方向のぶれを伝達させないようにするためである。一方、内歯歯車５８と第１軸受６８は、加工精度に違いはあるものの、基本的に、同じ材料（ころ６４、７３）で構成してあり、且つころ６４、７３を受ける溝部分のケーシング５６の加工は連続して一度で行なえるため、コストダウンを図ることができる。

なお、ころ６４の下面６７は、ケーシング（外輪）５６の内周に形成されたＬ字状の段差部７７により支持されている。ころ６４の上面６９は、ころ７３を介してカバー７８により外部への飛び出しが防止されている。

次に、減速装置Ｇ１の作用について説明する。

まず、第１、第２減速機構４０、４１の作用について説明する。

第１、第２減速機構４０、４１はほぼ同一の減速作用を有するため、ここでは第２減速機構４１についてのみ説明する。

第２減速機構４１は、内歯歯車５８がケーシング５６に固定されているため、外歯歯車５０は、入力軸４７が１回回転すると１回揺動して内歯歯車５８との噛合位置が１歯だけ（歯数差分だけ）ずれる。この結果、外歯歯車５０は、該内歯歯車５８に対して該歯数差に相当する角度だけ相対回転する（入力軸４７の回転と逆方向に自転する）。この内歯歯車５８に対する外歯歯車５０の相対回転（自転）が内ピン６０を介してキャリヤ３６、即ち、該キャリヤ３６と一体化された出力軸３２に伝達され、該出力軸３２に設けられた出力ピニオン２４から出力されるようになっている。

次に、本発明にかかる第１軸受６８の作用について説明する。

第１軸受６８は、出力軸３２のキャリヤ３６相当部分の外周６５（内輪）とケーシング５６のキャリヤ相当部分と対峙する部位の内周６６（外輪）により形成される軌道が、水平に形成されている。これにより、剛性の高い内外輪を構成することができる。また、第２減速機構４１より出力側で出力軸３２は２点支持され、しかも単に出力軸３２の小さな軸径ｄ２の軸部を２点支持するのではなく、第１軸受６８は減速機構側の大きな軸径ｄ１の軸部で支持するので、第２軸受７０を支点として出力ピニオン２４から出力軸３２に伝達されてくるラジアル方向の外力（荷重）に対する十分な耐衝撃性を得ることができる。この結果、大ラジアル荷重が減速機構部４０、４１へ伝達されることを防止し、減速機構部４０、４１の損傷を防止することができる。

さらに、ころ（転動体）６４は第２減速機構４１の内歯歯車５８を構成するころ７３と分離されているため、ラジアル方向の外力（荷重）が第２減速機構４１に伝達されるという不具合をさらに低減させることができる。

本実施形態では、出力軸３２を支持する第１軸受６８の支持位置はキャリヤ３６の外周であるため、出力軸３２の軸方向長を長くすることなく、第１、第２軸受６８、７０間のスパンを長く保ち、出力軸３２を支持することができる。この結果、減速装置Ｇ１全体として軸方向の長さを短くすることができている。また、ラジアル荷重によるモーメントを受ける腕に相当する部分の長さ（第２軸受７０（支点）から第１軸受６８の距離）が長くなるため、ラジアル荷重に対する十分な耐衝撃性を得ることができ、減速機構部４０、４１の損傷を防止することができる。

第１軸受６８の内外輪は、キャリヤ３６と一体化された出力軸３２、ケーシング５６と兼用されている。これにより、減速装置Ｇ１全体として半径方向のコンパクト化も図ることができる。

また、上記の第１軸受６８を用いることにより、内外輪を有する専用の第１軸受を設ける構造と比べて減速装置Ｇ１全体の部品点数を削減することができるという利点も有する。

これにより、結果として、第１、第２軸受６８、７０間の間隔を長く確保しつつ、出力軸３２自体を短くすることができ、減速装置Ｇ１全体の大きさを軸方向、半径方向とも小さくすることができる。

さらに、ころ（転動体）６４が出力軸（内輪）３２とケーシング（外輪）５６と転がり接触する状態で平行に挿入されているため、出力軸３２に伝達される動力もほとんど損失せず、むしろ円滑且つ低振動の（効率の良い）転がり運動ができる（図２参照）。

また、ころ（転動体）６４は、段差部７７とカバー７８により位置決めされているため、万が一、スラスト方向（軸方向）の外力（荷重）が与えられたとしても、第１軸受６８のころ（転動体）６４や内歯歯車５８のころ７３が減速装置Ｇ１からぬけることはなく、出力軸３２を安定して支持することができる（図２参照）。なお、この構成を採用することにより、軸方向の上下（入力側・出力側）いずれか一方の側からもころ６４、７３の双方を容易に組付けることができる。また、ケーシング５６に第１軸受６８の外輪を兼用させていることから、内径ｄ１を最大限大きく確保することができる。

以上のことから、ラジアル方向における耐衝撃性を増大し、特に外力によるラジアル荷重の減速機構４０、４１への伝達を防止する自然エネルギの回収システム用の減速装置Ｇ１を提供できる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

図４に他の実施形態の例を示す。

この図４に示す実施形態では、第１減速機構２４０については先の実施形態（図１にて図示）の第１、あるいは第２減速機構４０、４１と同様であるが、第２減速機構２４１の構成が、いわゆる振分タイプの内接噛合遊星歯車減速機構とされている。即ち、この第２減速機構２４１は、第２減速機構２４１の入力軸２４７と連結された３個（１個のみ図示）のスパーギヤ２９３と、該３個のスパーギヤ２９３によってそれぞれ回転される３本の（１個のみ表示）偏心体軸２９７と、それぞれの偏心体軸２９７に組み込まれ偏心体軸２９７に対して同位相で偏心している偏心体２４６と、各偏心体２４６に係合している外歯歯車２５０と、該外歯歯車２５０が内接噛合している内歯歯車２５８とで主に構成されている。

この第２減速機構２４１では、外歯歯車２５０が、（前記実施形態のように中央に配置された偏心体２４６によって揺動回転するのではなく）３本の偏心体軸２９７に同位相で組み込まれた偏心体２４６が同時に同一の回転速度で回転することによって揺動回転する。内歯歯車２５８はケーシング２５６に取り付けられたころ２７３により構成されており、外歯歯車２５０と内歯歯車２５８との相対回転は、３本の偏心体軸２９７の軸心Ｏ周りの公転成分としてキャリヤ２３６から取り出される。キャリヤ２３６は出力軸２３２と軸方向に一体化されている。

本実施形態でも、キャリヤ２３６と一体化された出力軸２３２（内輪）とケーシング（外輪）２５６及び両者の間に挿入されるころ（転動体）２６４とから構成される第１軸受２６８を用いている。この第１軸受２６８で支持されている出力軸２３２の軸径ｄ３は、第２軸受２７０で支持されている出力軸２３２の部分の軸径ｄ４よりも大きく設計されている（ｄ３＞ｄ４）。第２減速機構２４１より出力側で出力軸２３２は２点支持され、しかも単に出力軸２３２の小さな軸径ｄ４の軸部を２点支持するのではなく、第１軸受２６８は第２減速機構２４１側の大きな軸径ｄ３の軸部で支持するので、第２軸受２７０を支点として出力ピニオン２２４から出力軸２３２に伝達されてくるラジアル方向の外力（荷重）に対する十分な耐衝撃性を得ることができる。この結果、大ラジアル荷重が第１、第２減速機構２４０、２４１へ伝達することが防止され、減速機構２４０、２４１の損傷を防止することができる。

即ち、ラジアル方向における耐衝撃性を備え、特に外力によるラジアル方向のぶれを減速機構２４０、２４１に伝えない自然エネルギの回収システム用の減速装置Ｇ２を提供できる。

その他の構成は、既に説明した実施形態と基本的に同様であるため、図中で同一または同一の機能を有する部分に下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

このように、本発明が用いられる減速機構の構成は、特に限定されない。例えば、図５に示されるような減速機構３４０〜３４３を有する減速装置Ｇ３にも適用できる。この図５の例は、第１軸受の転動体を構成するころと、内歯を構成するころが、減速装置のケーシングに連続して形成された溝部に組み込まれていない点で本発明からは外れるが、採用し得る減速機構の他の例を示す参考例として、以下簡単に説明する。

この減速装置Ｇ３は、電動モータＭｏの回転を計４段の単純遊星歯車減速機構３４０〜３４３にて減速し、最終段の出力部材の回転を、キャリヤ３３６と一体化された出力軸３３２に伝達する構成とされている。

本参考例でも、キャリヤ３３６と一体化された出力軸３３２（内輪）とケーシング（外輪）３５６及び両者の間に挿入されるころ（転動体）３６４とから構成される第１軸受３６８を用いている。この第１軸受３６８で支持されている出力軸２３２の軸径ｄ５は、第２軸受３７０で支持されている出力軸２３２の部分の軸径ｄ６よりも大きく設計されている（ｄ５＞ｄ６）。これにより、同様の効果が得られる。

なお、上述した実施形態では、出力軸がキャリヤと一体化されていたが、出力軸は、キャリヤと別体でボルト等で連結されていてもよい。

また、第１軸受で支持されている出力軸の軸径が、第２軸受で支持されている出力軸の部分の軸径よりも大きいとの要件を満たすのであれば、第１軸受が支持する部位は、キャリヤ相当部位でなくてもよい。

第１軸受のころは、内歯歯車のころと一体として兼用させてもよい。この場合、減速機全体の部品点数をさらに削減することができる。また、第１軸受の内輪は、出力軸等と兼用させるのではなく、独立した内輪部材を用いてもよい。

さらに、本発明にかかる第１軸受は、風力発電装置のヨー駆動装置だけでなく、ブレードの方向を変えるピッチ駆動装置、更には、太陽光発電の受光パネルの受光方向や受光角度を変更する減速装置にも適用することができる。

即ち、突風や台風等により、予期せぬ大荷重を受けるおそれのある環境で使用される自然エネルギの回収システム用の減速装置に好適に使用できる。

Ｇ１…減速装置
３２…出力軸（（第１軸受の）内輪）
３６…キャリヤ
５０…外歯歯車
５６…ケーシング（枠体）（（第１軸受の）外輪）
５８…内歯歯車
６４…ころ（（第１軸受の）転動体）
６８…第１軸受
７０…第２軸受

Claims (6)

1. 自然エネルギの回収システムにおいて使用される減速装置であって、
   該減速装置の減速機構部よりも出力側において、出力軸が減速機構部側の第１軸受及び反減速機構部側の第２軸受にて支持され、
   且つ、
   該出力軸の前記第１軸受で支持されている部分の軸径が、前記第２軸受で支持されている部分の軸径よりも大きく形成され、
   前記第１軸受の転動体が、ころで構成され、
   前記減速機構部が、内歯がころで構成された内歯歯車を有し、
   前記第１軸受の転動体を構成するころと前記内歯を構成するころは、前記減速装置のケーシングに連続して形成された溝部に組み込まれている
   ことを特徴とする自然エネルギの回収システム用の減速装置。
2. 請求項１において、
   前記減速機構が、遊星歯車のキャリヤから動力を取り出す遊星歯車機構で構成され、該キャリヤが前記出力軸と一体化されており、且つ、該キャリヤが前記第１軸受で支持されている
   ことを特徴とする自然エネルギの回収システム用の減速装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１軸受の転動体を構成するころと前記内歯を構成するころは、同じ材料で構成されている
   ことを特徴とする自然エネルギの回収システム用の減速装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記第１軸受の転動体を構成するころが、該内歯歯車の内歯を構成するころと同一径とされ、且つ、同一の半径方向位置に配置されている
   ことを特徴とする自然エネルギの回収システム用の減速装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記第１軸受の転動体を構成するころは、軸方向一端が前記ケーシングにより位置決めされ、軸方向他端が前記内歯を構成するころを介して、前記ケーシングに固定されたカバーにより位置決めされている
   ことを特徴とする自然エネルギの回収システム用の減速装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記出力軸の外周が、前記第１軸受の内輪を兼ねている
   ことを特徴とする自然エネルギの回収システム用の減速装置。

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