JP6142587B2 - クラッチユニット及び風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置における増速機の出力軸と発電機の入力軸との間に好適に適用することができるクラッチユニット、及びこれを備えた風力発電装置に関する。

従来、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機により増速させて発電機を駆動するようにした風力発電装置が知られている。
この風力発電装置の増速機には、高速で回転する出力軸を回転自在に支持するころ軸受が設けられている。しかし、このころ軸受は、ころの転動面や回転輪の軌道面に発生したスメアリング（表層焼付きが起こる現象）によって寿命が低下するという問題があった。そのため、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、当該スメアリングの発生を抑制するためには、増速機の出力軸と発電機の駆動軸との間に一方向クラッチを設けることが有効であると見出し、これを従前に提案している（特願２０１１−１９８３５４号（ただし、この出願は、本願の出願時には未公開（非公知技術）である））。なお、目的が異なるが、増速機の出力軸と発電機の駆動軸との間に一方向クラッチを設けた技術は、特許文献３において知られている。

特開平４−３４４１９８号公報

一方向クラッチが、径方向に対向する２面間に形成された空間にころ等の係合子を配置し、この係合子を当該２面に噛み合わせることによって出力軸と駆動軸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って前記接続を遮断するものである場合、前記２面と係合子との噛み合いが解除されたときに、２面間に径方向のがたつきが生じる可能性がある。そのため、当該２面を互いに支持する転がり軸受を並設することが望ましい。
しかし、風力発電装置の出力軸と駆動軸との軸方向の間隔には限りがあるため、一方向クラッチと転がり軸受とを並設するには両者をできるだけ近づけて配置することが必要となる。この場合に、一方向クラッチの係合子を保持する保持器と、転がり軸受の転動体を保持する保持器とが互いに接触してしまうと、摩耗や焼き付きが生じ、耐久性が低下するという問題がある。特に、風力発電装置に用いられる一方向クラッチは高い信頼性が求められるため、かかる問題は確実に解消する必要がある。

したがって、本発明は、一方向クラッチの保持器の軸方向の位置決めを確実に行うことができ、当該保持器の摩耗や焼き付き等の損傷を抑制することができるクラッチユニット、及びこれを備えた風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明のクラッチユニットは、風力発電装置における増速機の出力軸及び発電機の入力軸の一方側に設けられる内側回転体と、前記出力軸及び前記入力軸の他方側に設けられ、かつ前記内側回転体の径方向外側に配置される外側回転体と、前記内側回転体と前記外側回転体との径方向の間に配置され、前記内側回転体と前記外側回転体のうち一方の回転体に対する他方の回転体の周方向一方側への相対回転を許容し、同他方側への相対回転を制限する一方向クラッチと、前記内側回転体と前記外側回転体との径方向の間において前記一方向クラッチに軸方向に隣接して配置され、前記内側回転体と前記外側回転体とを互いに相対回転可能に支持する転がり軸受と、を備えており、前記一方向クラッチは、前記内側回転体側に設けられた内輪外周面と前記外側回転体側に設けられた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、前記一方の回転体に対して前記他方の回転体が前記周方向他方側へ相対回転しようとすると前記内輪外周面及び前記外輪内周面に噛み合い、前記一方の回転体に対して前記他方の回転体が前記周方向一方側へ相対回転しようとすると前記噛み合いが解除される複数の係合子と、この係合子を保持する環状の保持器とを備え、前記一方向クラッチと前記転がり軸受との間に、前記保持器の軸方向の側面に当接可能であり、当該保持器を軸方向に関して位置決めする位置決め具が設けられることを特徴とする。

この構成によれば、一方向クラッチと転がり軸受との間には位置決め具が設けられるので、保持器の軸方向の位置決めを確実に行うことができるとともに、当該保持器とこれに隣接する転がり軸受の保持器とが互いに接触するのを位置決め具によって防止することが可能となり、保持器の摩耗や焼き付き等も防止することができる。

前記一方向クラッチは、前記内側回転体及び前記外側回転体のうち一方の回転体に嵌合されるとともに、前記内輪外周面又は前記外輪内周面が形成された輪体（内輪又は外輪）をさらに備え、前記転がり軸受は、前記一方の回転体に嵌合された軌道輪を備え、前記位置決め具が、前記輪体と前記軌道輪とによって挟持されていることが好ましい。
このような構成によって輪体と軌道輪とによって位置決め具を強固に保持することができる。したがって、位置決め具自体は、輪体に対して強固に嵌合する必要が無いので、位置決め具の構造を簡素化し、特に軸方向に関して可及的に薄肉に形成することができる。したがって、位置決め具を設けることに伴ってクラッチユニットの軸方向の寸法が拡大するのを抑制することができる。

前記軌道輪には、当該軌道輪上を転動する転動体の軸方向位置を規制する鍔部が形成され、この鍔部は、前記位置決め具を挟持するとともに、その少なくとも一部が前記保持器の軸方向側方に位置していることが好ましい。この構成によれば、鍔部によって位置決め具をより強固に支持することができ、位置決め具をより薄肉化することが可能となる。また、鍔部によって転がり軸受の転動体及び保持器の軸方向位置が規制されるため、一方向クラッチの保持器と転がり軸受の保持器との接触をより確実に防止することができる。

前記位置決め具は、径方向の幅寸法よりも軸方向の厚さ寸法が小さい環状の板材によって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位置決め具を設けることに伴いクラッチユニットの軸方向の寸法が拡大するのを確実に抑制することができる。
また、前記一方向クラッチの軸方向両側に前記転がり軸受が設けられていることが好ましい。これにより、一方向クラッチの保持器の軸方向両側における位置決めを行うことができる。

本発明は、風力によって生成された主軸の回転を増速して出力軸から出力する増速機と、前記出力軸の回転を入力として回転する駆動軸を有するとともに、当該駆動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、を備えている風力発電装置であって、上記のクラッチユニットを備え、前記クラッチユニットの一方の回転体が前記出力軸に一体回転可能に連結され、前記クラッチユニットの他方の回転体が前記駆動軸に一体回転可能に連結されることを特徴とする。
この構成によれば、クラッチユニットの耐久性高め、信頼性の高い風力発電装置を提供することができる。

本発明のクラッチユニットによれば、一方向クラッチの保持器の軸方向の位置決めを確実に行うことができ、当該保持器の摩耗や焼き付き等の損傷を抑制することができる。したがって、このクラッチユニットを備えた風力発電装置の信頼性を高めることができる。

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。 増速機及び発電機を示す概略側面図である。 軸継手装置を示す側面図（一部断面図）である。 図３におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 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。 一方向クラッチの要部を拡大して示す断面図である。 一方向クラッチの保持器を示す斜視図である。 一方向クラッチの作用を示す説明図である。 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。 軸継手装置の組立手順を示す説明図である。 増速機のころ軸受を示す断面図である。 カバー部材の連結部を拡大して示す断面図である。 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。 一方向クラッチの要部を拡大して示す断面図である。 風力発電装置の変形例を示す概略側面図である。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１：風力発電装置、３：増速機、４：発電機、５：入力回転体（内側回転体）、６：出力回転体（外側回転体）、７：一方向クラッチ、３５：出力軸、４１：駆動軸、７１：内輪（輪体）、７１ａ：内輪外周面、７２ａ：外輪内周面、７３：係合子（ころ、スプラグ）、７４：保持器、８１：軌道輪、８１ｂ：鍔部、９１：ワッシャ（位置決め具）

Claims (6)

1. 風力発電装置における増速機の出力軸及び発電機の入力軸の一方側に設けられる内側回転体と、
   前記出力軸及び前記入力軸の他方側に設けられ、かつ前記内側回転体の径方向外側に配置される外側回転体と、
   前記内側回転体と前記外側回転体との径方向の間に配置され、前記内側回転体と前記外側回転体のうち一方の回転体に対する他方の回転体の周方向一方側への相対回転を許容し、同他方側への相対回転を制限する一方向クラッチと、
   前記内側回転体と前記外側回転体との径方向の間において前記一方向クラッチに軸方向に隣接して配置され、前記内側回転体と前記外側回転体とを互いに相対回転可能に支持する転がり軸受と、を備えており、
   前記一方向クラッチは、前記内側回転体側に設けられた内輪外周面と前記外側回転体側に設けられた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、前記一方の回転体に対して前記他方の回転体が前記周方向他方側へ相対回転しようとすると前記内輪外周面及び前記外輪内周面に噛み合い、前記一方の回転体に対して前記他方の回転体が前記周方向一方側へ相対回転しようとすると前記噛み合いが解除される複数の係合子と、この係合子を保持する環状の保持器とを備え、
   前記一方向クラッチと前記転がり軸受との間に、前記保持器の軸方向の側面に当接可能であり、当該保持器を軸方向に関して位置決めする位置決め具が設けられることを特徴とする、クラッチユニット。
2. 前記一方向クラッチは、前記内側回転体及び前記外側回転体のうち一方の回転体に嵌合されるとともに、前記内輪外周面又は前記外輪内周面が形成された輪体をさらに備え、
   前記転がり軸受は、前記一方の回転体に嵌合された軌道輪を備え、
   前記位置決め具が、前記輪体と前記軌道輪とによって挟持されている、請求項１に記載のクラッチユニット。
3. 前記軌道輪には、当該軌道輪上を転動する転動体の軸方向位置を規制する鍔部が形成され、この鍔部は、前記位置決め具を挟持するとともに、その少なくとも一部が前記保持器の軸方向側方に位置している、請求項２に記載のクラッチユニット。
4. 前記位置決め具は、径方向の幅寸法よりも軸方向の厚さ寸法が小さい環状の板材によって構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のクラッチユニット。
5. 前記一方向クラッチの軸方向両側に前記転がり軸受が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のクラッチユニット。
6. 風力によって生成された主軸の回転を増速して出力軸から出力する増速機と、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、を備えている風力発電装置であって、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のクラッチユニットを備え、
   前記クラッチユニットの一方の回転体が前記出力軸に一体回転可能に連結され、
   前記クラッチユニットの他方の回転体が前記入力軸に一体回転可能に連結されることを特徴とする風力発電装置。

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