JP6255792B2 - Rotation transmission device and wind power generator equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、回転伝達装置、及びこれを備えた風力発電装置に関する。 The present invention relates to a rotation transmission device and a wind turbine generator including the rotation transmission device.
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。また、風力の変動等に起因する発電機の慣性トルクの変動を抑制し、増速機にかかる負荷を低減するため、増速機の出力軸と発電機の入力軸との間に一方向クラッチを設ける技術も知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a wind power generator that receives wind power from a blade, rotates a main shaft connected to the blade, and drives the generator by increasing the rotation of the main shaft by a speed increaser. In addition, a one-way clutch is provided between the output shaft of the speed increaser and the input shaft of the power generator in order to suppress fluctuations in the inertia torque of the power generator caused by wind power fluctuations and reduce the load on the speed increaser. There is also known a technique for providing (see, for example, Patent Document 1).
しかし、増速機と発電機との間に一方向クラッチを設けたとしても、増速機にかかる負荷は依然として大きいため、増速機は不具合が生じ易い装置の一つとなっている。また、増速機に大きな負荷が付与されると、一方向クラッチにも同様に大きな負荷が付与されるため、不具合が生じる可能性が高くなる。そのため、増速機や一方向クラッチに付与される負荷の状態を把握し、不具合の発生を未然に防止することが望まれる。 However, even if a one-way clutch is provided between the speed increaser and the generator, the load applied to the speed increaser is still large, so that the speed increaser is one of the devices that are prone to malfunction. In addition, when a large load is applied to the speed increaser, a large load is similarly applied to the one-way clutch, so that a possibility of occurrence of a problem is increased. Therefore, it is desired to grasp the state of the load applied to the speed increaser and the one-way clutch and prevent the occurrence of problems.
本発明は、増速機や一方向クラッチに付与される負荷を把握することができ、不具合発生の防止や不具合の早期発見等に役立てることができる回転伝達装置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。 The present invention relates to a rotation transmission device that can grasp a load applied to a speed increaser and a one-way clutch, and can be used for prevention of failure occurrence or early detection of failure, and a wind turbine generator including the rotation transmission device. The purpose is to provide.
本発明は、風力発電装置における主軸の回転を増速して出力する増速機の出力軸と、前記出力軸の回転を入力として発電する発電機の入力軸との間に設けられ、前記出力軸の回転速度が前記入力軸の回転速度を上回る状態で、前記出力軸と前記入力軸とを一体回転可能に接続し、前記出力軸の回転速度が前記入力軸の回転速度を下回る状態で、前記出力軸と前記入力軸との接続を遮断する一方向クラッチを有する回転伝達装置であって、前記一方向クラッチに付与される負荷の大きさによって変動する、当該一方向クラッチの状態を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて前記一方向クラッチに付与される負荷を取得する取得部と、を備え、前記一方向クラッチは、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の係合子とを有し、前記係合子が前記内輪及び外輪に噛み合うことにより前記出力軸と前記入力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り前記接続を遮断するものであり、前記測定部は、前記係合子に対して周方向に対向して配置され、かつ当該係合子との間の周方向のギャップを測定することを特徴とする。 The present invention is provided between an output shaft of a speed-up gear that speeds up and outputs the rotation of a main shaft in a wind turbine generator, and an input shaft of a power generator that generates power using the rotation of the output shaft as an input. In a state where the rotational speed of the shaft exceeds the rotational speed of the input shaft, the output shaft and the input shaft are connected so as to be integrally rotatable, and the rotational speed of the output shaft is lower than the rotational speed of the input shaft, A rotation transmission device having a one-way clutch that cuts off the connection between the output shaft and the input shaft, and measuring a state of the one-way clutch that varies depending on a load applied to the one-way clutch. A measurement unit; and an acquisition unit that acquires a load applied to the one-way clutch based on a measurement result of the measurement unit, wherein the one-way clutch includes an inner ring and an outer ring, and the inner ring and the outer ring. Multiple placed between An engagement element, and the engagement element meshes with the inner ring and the outer ring to connect the output shaft and the input shaft so as to be integrally rotatable, and the engagement is cut off by releasing the engagement. The measurement unit is arranged to face the engagement element in the circumferential direction, and measures a circumferential gap between the measurement part and the engagement element .
この構成によれば、測定部が一方向クラッチの状態を測定し、取得部が測定部の測定結果に基づき一方向クラッチに付与される負荷を取得するので、一方向クラッチや増速機に付与される負荷の状態を把握することができる。したがって、取得部が過大な負荷を取得した場合には、一方向クラッチや増速機に不具合が生じないような措置を講じることができる。 According to this configuration, the measurement unit measures the state of the one-way clutch, and the acquisition unit acquires the load applied to the one-way clutch based on the measurement result of the measurement unit. It is possible to grasp the state of the load to be performed. Therefore, when the acquisition unit acquires an excessive load, it is possible to take measures so as not to cause a problem with the one-way clutch or the gearbox.
また、一方向クラッチに付与される周方向の負荷(トルク負荷)の大きさと、係合子と測定部との間の周方向のギャップとは相関がある。そのため、当該ギャップを測定することによって一方向クラッチに付与される負荷を取得することが可能となる。 Further, there is a correlation between the magnitude of the circumferential load (torque load) applied to the one-way clutch and the circumferential gap between the engagement element and the measuring unit . Therefore, it is possible to acquire the load applied to the one-way clutch by measuring the gap .
前記一方向クラッチは、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に、前記内輪と前記外輪の間にくさび状空間を形成するためのカム面を有していてもよい。
この場合、係合子はカム面に噛み合う過程で周方向に移動する。この移動量は、一方向クラッチに付与される周方向の負荷が大きいほど大きくなる。したがって、係合子と測定部との間の周方向のギャップを測定すれば、一方向クラッチに付与される周方向の負荷を取得することが可能となる。
The one-way clutch may have a cam surface for forming a wedge-shaped space between the inner ring and the outer ring on the inner peripheral surface of the outer ring or the outer peripheral surface of the inner ring.
In this case, the engaging element moves in the circumferential direction in the process of meshing with the cam surface. The amount of movement increases as the circumferential load applied to the one-way clutch increases. Therefore, if the circumferential gap between the engagement element and the measuring unit is measured, it is possible to acquire the circumferential load applied to the one-way clutch.
前記一方向クラッチは、前記係合子としてのスプラグを有していてもよい。
この場合、スプラグはカム面に噛み合う過程で周方向に移動する。この移動量は、一方向クラッチに付与される周方向の負荷が大きいほど大きくなる。したがって、スプラグと測定部との間の周方向のギャップを測定することで一方向クラッチに付与される周方向の負荷を取得することが可能となる。
The one-way clutch may have a sprag as the engagement element.
In this case, the sprag moves in the circumferential direction in the process of meshing with the cam surface. The amount of movement increases as the circumferential load applied to the one-way clutch increases. Therefore, it is possible to acquire the circumferential load applied to the one-way clutch by measuring the circumferential gap between the sprag and the measurement unit .
本発明の風力発電装置は、風力による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軸から入力して発電する発電機と、上記の回転伝達装置と、この回転伝達装置の取得部によって取得された負荷に応じて前記発電機の電気負荷を調整する調整部とを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、一方向クラッチに付与される負荷が大きい場合には、発電機における電気負荷を低減させることによって、一方向クラッチに付与される負荷を小さくし、この一方向クラッチや増速機に生じる不具合を防止することができる。
A wind turbine generator according to the present invention includes a speed increaser that accelerates rotation of a main shaft by wind power and outputs the output from an output shaft, a generator that generates power by inputting rotation of the output shaft from an input shaft, and the rotation transmission described above. And an adjustment unit that adjusts the electric load of the generator according to the load acquired by the acquisition unit of the rotation transmission device.
According to this configuration, for example, when the load applied to the one-way clutch is large, the load applied to the one-way clutch is reduced by reducing the electric load in the generator, Problems that occur in the gearbox can be prevented.
上記風力発電装置は、前記一方向クラッチの状態の情報又は前記一方向クラッチに付与される負荷の情報を当該風力発電装置の外部に送信する送信部を備えていることが好ましい。
この構成によれば、例えば、風力発電装置を外部から監視する運転監視装置を備えている場合には、この運転監視装置に一方向クラッチの状態や一方向クラッチにかかる負荷を送信することで、一方向クラッチや増速機に対する負荷の状況や、電気負荷調整の状況等を遠隔において把握することができる。
The wind power generator preferably includes a transmission unit that transmits information on the state of the one-way clutch or information on a load applied to the one-way clutch to the outside of the wind power generator.
According to this configuration, for example, in the case of having an operation monitoring device that monitors the wind turbine generator from the outside, by transmitting the state of the one-way clutch and the load applied to the one-way clutch to the operation monitoring device, It is possible to remotely grasp the status of the load on the one-way clutch and gearbox, the status of electric load adjustment, and the like.
本発明によれば、増速機や一方向クラッチに付与される負荷を把握することができ、不具合の防止や早期発見等に役立てることができる。 According to the present invention, it is possible to grasp the load applied to the speed increaser and the one-way clutch, which can be used for prevention of trouble, early detection, and the like.
以下、参考例と本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
〔参考例〕
図1は、参考例に係る風力発電装置を示す概略側面図である。この風力発電装置(発電装置)1は、風力(外力)を受けて回転する主軸2と、この主軸2に連結された増速機3と、この増速機3に連結された発電機4と、この発電機4の運転を制御する制御ユニット9とを備えており、主軸2の回転を増速機3で増速した状態で、発電機4が駆動される。
Hereinafter, reference examples and embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[ Reference example ]
FIG. 1 is a schematic side view showing a wind turbine generator according to a reference example . This wind power generator (power generator) 1 includes a
主軸2の先端部には、例えばブレード(図示省略)が一体回転可能に連結されており、このブレードは風力を受けると主軸2とともに回転するようになっている。
発電機4は、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、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なっている。
For example, a blade (not shown) is connected to the tip of the
The generator 4 includes a drive shaft (input shaft) 41 that rotates by inputting the rotation increased by the speed increaser 3, a
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。
The
The
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。
The high
The
The
The
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。
With the above configuration, the rotation of the
風力発電装置1は、増速機3の出力軸35に一体回転可能に設けられた入力回転体5と、発電機4の駆動軸41に一体回転可能に設けられた出力回転体6と、入力回転体5と出力回転体6との間に配置された一方向クラッチ7と、一方向クラッチ7の軸方向両側に配置された一対の転がり軸受8とを有する回転伝達装置11をさらに備えている。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に伝達するようになっている。なお、参考例の風力発電装置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たものであってもよい。
The
図2は、増速機3の出力軸35と発電機4の駆動軸41との連結部分を示す断面図である。図2において、入力回転体5は、出力軸35と同心上に配置されており、円筒部51と、この円筒部51の軸方向他端部(図2の左端部)に形成されたフランジ部52とを有している。
フランジ部52は、円筒部51の外周面よりも径方向外側に延びて形成されており、出力軸35の出力端部35cに着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部52は、出力軸35の前記出力端部35cに形成されたフランジ部35c1に当接した状態で、図示しないボルト・ナットにより当該フランジ部35c1に締結固定されている。前記円筒部51の内周面は円筒面とされている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the
The
出力回転体6は、入力回転体5の径方向内側に同心上に配置されており、その軸方向一端部(図2の右端部)から軸方向他端部(図2の左端部)に向けて、フランジ部61、大径部62及び小径部63をこの順に有している。
フランジ部61は、大径部62の外周面よりも径方向外側に延びて形成されており、駆動軸41に着脱可能に固定されている。具体的には、フランジ部61は、駆動軸41に形成されたフランジ部41aに当接した状態で、図示しないボルト・ナットにより当該フランジ部41aに締結固定されている。なお、小径部63の端面と出力軸35のフランジ部35c1の端面との間には、隙間S1が形成されている。
The
The
入力回転体5の円筒部51における軸方向一端部(図2の右端部)の内周面と、出力回転体6の大径部62の外周面との隙間には、当該円筒部51と大径部62との間の環状空間を密封するための環状のシール部材10が設けられている。なお、入力回転体5の円筒部51の前記一端部側の端面と、この端面に対向する出力回転体6のフランジ部61の端面との間には、隙間S2が形成されている。この隙間S2と前記隙間S1とにより、駆動軸41から出力回転体6を切り離した状態で、出力回転体6は入力回転体5に対して軸方向に移動可能となっている。
A gap between the inner peripheral surface of one axial end portion (right end portion in FIG. 2) of the
図3は、一方向クラッチ7を示す断面図である。図2及び図3において、一方向クラッチ7は、外輪71及び内輪72と、この外輪71の内周面71aと内輪72の外周面72aとの間に配置された複数のころ(係合子)73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(ばね)75とを備えている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the one-
外輪71は、入力回転体5の円筒部51の一部、具体的には軸方向中央部の領域によって構成されている。そして、外輪71の内周面71aには、外輪カム面71a1が形成されている。内輪72は、出力回転体6における小径部63の一部、具体的には軸方向中央部の領域Bによって構成されている。ころ73は、円柱形状であり、本参考例では周方向に8つ配置されている。弾性部材75は、圧縮コイルバネからなり、外輪71の内周面71aに形成された収容凹部76に収容されている。
The
図3において、外輪71の内周面71aにはころ73と同数(8つ)の略平坦な外輪カム面71a1が形成されている。各外輪カム面71a1は外輪71の内周面の接線L方向に対して径方向外方へ所定角度X(例えば7〜10°)傾斜している。そして、この外輪カム面71a1と内輪72の外周面72aとの間には、くさび状空間Sが周方向に複数(8つ)形成されている。外輪カム面71a1の最大内径寸法d1(接線Lに対して径方向外方に最も離れている点における内径寸法)は、入力回転体5の内周面5a(後述する転がり軸受8の外輪81が圧入される面)の内径寸法d2以下に設定されている。
In FIG. 3, the same number (eight) of substantially flat outer ring cam surfaces 71 a 1 as the
各ころ73は各くさび状空間Sに個別に配置されており、弾性部材75がころ73をくさび状空間Sが狭くなる方向に付勢している。ころ73の外周面は、外輪カム面71a1及び内輪外周面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。なお、一方向クラッチ7は、内外輪72,71間に、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うけにくい潤滑剤であるグリースが設けられた環境にある。
Each
外輪71の内周面71aに形成された収容凹部76は、外輪カム面71a1の周方向一端部から連続して形成されている。収容凹部76は、弾性部材75の一端部をころ73に当接させた状態で、弾性部材75の他端部が当接する当接面76aと、この当接面76aに当接している弾性部材75が遠心力によって径方向外方へ移動するのを規制する規制面76bとを有している。そして、弾性部材75は、その両端部を当接面76aところ73との間に当接した状態で保持される。したがって、この参考例の一方向クラッチ7は、複数のころ73の周方向間隔を保持するとともに弾性部材75を取り付けるための保持器(例えば、第1の実施形態を参照)を備えていない。
The
こ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、外輪71が内輪72に対して一方向(図3の反時計回り方向)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が狭くなる方向へ僅かに移動して、ころ73の外周面(接触面)73aが外輪カム面71a1及び内輪外周面72aに圧接し、一方向クラッチ7はころ73が内外輪72,71の間に噛み合った状態となる。これにより、内外輪72,71は前記一方向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。
In the one-
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72,71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72,71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。
Further, when the
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、外輪71が内輪72に対して他方向(図3の時計回り方向)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72,71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。
On the other hand, when the rotating speed of the
図2において、一対の転がり軸受8は、入力回転体5の円筒部51と出力回転体6の小径部63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。転がり軸受8は、外輪81及び内輪82と、外輪81と内輪82との間に転動可能に配置された複数の円筒ころ83とを備えた円筒ころ軸受からなる。
In FIG. 2, the pair of rolling
外輪81は、内周に形成された外輪軌道面81aと、この外輪軌道面81aの軸方向両側において径方向内側に向かって突出して形成された外輪鍔部81bとを有している。外輪81の外周面は、入力回転体5の内周面5aに嵌合されている。各外輪鍔部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。
The
出力回転体6における小径部63の軸方向両端部の領域A及び領域Cは、転がり軸受8の内輪82とされており、この領域A,Cの各外周面が内輪82の内輪軌道面82aとして構成されている。この内輪軌道面82aと外輪軌道面81aとの間には、円筒ころ83が転動可能に配置されている。
A region A and a region C at both ends in the axial direction of the
参考例の風力発電装置1は、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ころ軸受38の円筒ころ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ころ軸受38の円筒ころに高荷重がかかったときに、ころ軸受38の円筒ころが内輪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。
The
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。
Further, by preventing the rotation due to the inertia of the
Further, by disconnecting the connection between the
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72,71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72,71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。
Further, a rolling
図4は、風力発電装置1における一方向クラッチ7の一部を拡大して示す断面図である。
図3及び図4に示されるように、回転伝達装置11を構成する一方向クラッチ7には、外輪71に生じる歪みを検出する歪みセンサ(測定部)13が設けられている。この歪みセンサ13は、外輪71の外周面における4箇所に等間隔に設けられている。また、歪みセンサ13は、外輪カム面71a1の径方向外側における外輪71の外周面であって、ころ73との噛み合いによって直接的に力が作用する領域に設けられている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the one-
As shown in FIGS. 3 and 4, the one-
より具体的には、外輪カム面71a1と内輪外周面72aとに噛み合っていない状態、例えば、外輪71及び内輪72が停止して動力伝達がなされていない無負荷の状態におけるころ73(図4に実線で示す)とカム面71a1との接触点をαとし、一方向クラッチ7にトルク負荷が付与されることによって、ころ73が外輪カム面71a1と内輪外周面72aとに最大に噛み込んだ状態におけるころ73(図4に2点鎖線で示す)とカム面71a1との接触点をβとしたとき、各接触点α、βからカム面71a1の法線方向に延びる仮想線が外輪71の外周面に交差する点α’と点β’との間の領域を含むように歪みセンサ13が設けられている。また、歪みセンサ13は、図2に示されるように、ころ73の軸方向中心Dに合わせて設けられている。
More specifically, the roller 73 (see FIG. 4) in a state where the outer ring cam surface 71a1 and the inner ring outer
そして、ころ73が外輪カム面71a1に噛み合うと、その径方向外側において外輪71には歪みが生じ、この歪みを歪みセンサ13が測定する。
各歪みセンサ13の測定値は、図示しない無線送信機によって制御ユニット9に送信される。この制御ユニット9は、図1に示されるように、一方向クラッチ7のトルク負荷を取得する取得部15と、このトルク負荷に基づいて、発電機4における電気負荷(発電量)を調整する電気負荷調整部16と、外輪71に生じる歪みと外輪71に付与されるトルク負荷との関係を対応づけたテーブルを格納している記憶部17と、を備えている。
When the
The measured value of each
取得部15は、各歪みセンサ13によって測定された歪みを読み込み、これらの平均値や中央値を求め、記憶部17に記憶されているテーブルを参照することによって、歪みの値に対応するトルク負荷を求める。
また、電気負荷調整部16は、取得部15によって取得されたトルク負荷に応じて発電機4における電気負荷を調整する。例えば、電気負荷調整部16は、取得部15によって取得されたトルク負荷が大きい場合には、発電機4の出力(発電量)を下げるように電気負荷を調整する。これによって、一方向クラッチ7に付与されるトルク負荷を低下させ、一方向クラッチ7にかかる負担を軽減することによって損傷等の不具合が生じるのを防止することができる。また、増速機3に付与されるトルク負荷も同様に低下させることができるため、増速機3に不具合が生じるのを防止することもできる。なお、発電機4の電気負荷の調整手法は、従来公知の種々の方法を採用することができる(例えば、特開2008−278725号公報等参照)。
The
The electric
制御ユニット9は、外輪71に生じた歪みの測定値や取得されたトルク負荷の情報を、運転監視装置(運転監視設備)20へ送信する送信部18をも有している。この運転監視装置20は、制御ユニット9から送信される歪みの測定値やトルク負荷についての情報等を利用することによって、風力発電装置1の運転状況や不具合の発生有無等を常時監視する。また、運転監視装置20は、複数の風力発電装置1の運転状況等を一括して監視することができる。
The control unit 9 also includes a
〔第1の実施形態〕
図5は、本発明の第1の実施形態に係る一方向クラッチ7を示す断面図、図6は、同一方向クラッチ7の一部を拡大して示す断面図である。
本実施形態の一方向クラッチ7は、内輪72の外周面72aに略平坦なカム面72a1が形成され、外輪71の内周面71aが円筒面に形成され、両面72a1,71aの間にくさび状空間Sが形成されたものとなっている。各くさび状空間Sには、係合子としてのころ73が配置されている。内輪72と外輪71との間には、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が設けられている。
First Embodiment
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the one-
In the one-
保持器74は、軸方向に対向する一対の円環部74aと、両円環部74aの間で軸方向に延びかつ周方向等間隔に配列されて当該両円環部74aを連結する複数の柱部74bとを有している。両円環部74aと隣接する柱部74bとの間には複数のポケット74cが形成されており、各ポケット74cに各ころ73が個別に収容されている。また、ポケット74cには、ころ73を一方向に弾性的に付勢する弾性部材75が設けられている。
The
また、本実施形態では、内輪72が入力回転体5側に設けられ、外輪71が出力回転体6側に設けられている。
本実施形態の一方向クラッチ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72が外輪71に対して一方向(図5の反時計回り方向)に相対回転しようとするが、弾性部材75の付勢力により、ころ73はくさび状空間Sが狭くなる方向へ僅かに移動して、ころ73の接触面73aが内輪72のカム面72a1及び外輪71の内周面71aに圧接し、一方向クラッチ7はころ73が内外輪72,71の間に噛み合った状態となる。これにより、内外輪72,71は前記一方向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。
In the present embodiment, the
In the one-
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72,71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72,71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。
Further, when the
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72が外輪71に対して他方向(図4の時計回り方向)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72,71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。
On the other hand, when the rotational speed of the
図6に示されるように、保持器74の柱部74bには、ギャップセンサ21が設けられている。このギャップセンサ21は、柱部74bにおけるころ73に対向する側面に取り付けられている。そして、ギャップセンサ21は、ころ73との間のギャップ(隙間)gを検出する。本実施形態では、図5に示されるように、4個のギャップセンサ21が、周方向に等間隔をあけて設けられている。つまり、8個のころ73のうち、1つのおきに配置された4個のころ73に対応してギャップセンサ21が設けられている。
As shown in FIG. 6, the
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、ころ73がくさび状空間S内が狭くなる方向に移動し、当該ころ73とギャップセンサ21とのギャップgが小さくなる。逆に、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、ころ73がくさび状空間Sが広くなる方向に移動し、当該ころ73とギャップセンサ21とのギャップgが大きくなる。
When the rotational speed of the
したがって、ころ73とギャップセンサ21とのギャップgを測定することによって、内外輪72,71に対するころ73の噛み合いの程度、すなわち、一方向クラッチ7に付与されるトルク負荷を把握することができる。具体的に、制御ユニット9の記憶部17には、ギャップセンサ21の測定値とトルク負荷との関係を対応づけたテーブルが記憶されており、取得部15は、ギャップセンサ21の測定値を読み込むとともに、テーブルを参酌することによってトルク負荷を求めるように構成されている。
したがって、本実施形態においても参考例と同様の効果を奏する。
Therefore, by measuring the gap g between the
Therefore, also exhibits the same effect as in Reference Example in the present embodiment.
〔第2の実施形態〕
図7は、本発明の第2の実施形態に係る一方向クラッチ7の一部を拡大して示す断面図である。
本実施形態の一方向クラッチ7は、保持器74にギャップセンサ21が設けられている点で第2の実施形態と同様であるが、係合子73としてスプラグが用いられている点が異なっている。また、一方向クラッチ7の内輪72が、入力回転体5の軸部53によって構成され、内輪72の外周面72aが軸部53の外周面53aによって構成されている。したがって、内輪72の外周面72aは、第2の実施形態のようなカム面が形成されておらず、円筒面に形成されている。
Second Embodiment
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a part of the one-
The one-
スプラグ73は、内輪72の外周面72aに当接する第1当接面73bと、外輪71の内周面71a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、内輪72の外周面72aと外輪71の内周面71a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、内輪72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、内輪72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。
The
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は内輪72の外周面72aと外輪71の内周面71a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、内輪72の外周面72a及び外輪71の内周面71aとの噛み合いが解除される。したがって、内輪72が外輪71に対して矢印a方向に相対回転しようとしたときに、内輪72と外輪71とが一体回転可能に接続され、内輪72が外輪71に対して矢印b方向に相対回転したときに、内輪72と外輪71との接続が遮断されるようになっている。
When the distance between the
また、保持器74の柱部74bに設けられたギャップセンサ21は、スプラグ73との間のギャップgを測定する。そして、スプラグ73とギャップセンサ21とのギャップgを測定することによって、内外輪72,71に対するスプラグ73の噛み合いの程度、すなわち、一方向クラッチ7に付与されるトルク負荷を把握することができる。具体的には、制御ユニット9の記憶部17には、ギャップセンサ21の測定値とトルク負荷との関係を対応づけたテーブルが記憶されており、取得部15は、ギャップセンサ21の測定値を読み込むとともに、テーブルを参酌することによってトルク負荷を求めるように構成されている。
したがって、本実施形態においても参考例と同様の効果を奏する。
Further, the
Therefore, also exhibits the same effect as in Reference Example in the present embodiment.
また、本実施形態では、一方向クラッチ7の内輪72(軸部53)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72として軸部53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、回転伝達装置11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回転伝達装置11を好適に配設することができる。
Moreover, in this embodiment, since it is not necessary to form a cam surface in the inner ring 72 (shaft portion 53) of the one-
なお、本発明は、前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、一方向クラッチ7の状態を測定する測定部としては、例えば、一方向クラッチ7の温度を測定する温度センサや一方向クラッチ7の振動を測定する振動センサを用いることができる。一方向クラッチ7に対する負荷、例えばトルク負荷が大きくなると一方向クラッチ7において発生する熱エネルギーが大きくなるため、一方向クラッチ7の温度を測定することによって一方向クラッチ7に付与される負荷を把握することが可能となる。同様に、一方向クラッチ7に対する負荷が大きくなると、振動も大きくなるため、一方向クラッチ7に生じる振動を測定することによって一方向クラッチ7に付与される負荷を把握することが可能となる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with appropriate modifications. For example, as the measurement unit that measures the state of the one-
上記第2の実施形態では、測定部を構成するセンサがギャップセンサ21とされていたが、内輪72の歪みを測定する歪みセンサ13とされていてもよい。この場合、カム面72a1の径方向内側に対応する位置に歪みセンサ13を設ければよい。
また、第1の実施形態では、測定部を構成するセンサが歪みセンサ13とされていたが、第2,第3の実施形態で説明したようなギャップセンサ21とされていてもよい。
In the second embodiment, the sensor constituting the measurement unit is the
In the first embodiment, the sensor constituting the measurement unit is the
上記各実施形態では、測定部13,21により測定した情報を無線送信する構成とされていたが、データロガー等の記録装置によって情報を記録し、定期的に記録装置から情報を取り出すようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the information measured by the measuring
1:風力発電装置、2:主軸、3:増速機、4:発電機、7:一方向クラッチ、11:回転伝達装置、13:歪みセンサ(測定部)、15:取得部、16:電気負荷調整部、18:送信部、20:運転監視装置、21:ギャップセンサ(測定部)、35:出力軸、41:駆動軸(入力軸)、71:外輪、71a:内周面、71a1:カム面、72:内輪、72a:外周面、72a1:カム面、73:係合子(ころ、スプラグ)、S:くさび状空間 1: wind power generator, 2: main shaft, 3: gearbox, 4: generator, 7: one-way clutch, 11: rotation transmission device, 13: strain sensor (measurement unit), 15: acquisition unit, 16: electricity Load adjustment unit, 18: transmission unit, 20: operation monitoring device, 21: gap sensor (measurement unit), 35: output shaft, 41: drive shaft (input shaft), 71: outer ring, 71a: inner peripheral surface, 71a1: Cam surface, 72: inner ring, 72a: outer peripheral surface, 72a1: cam surface, 73: engagement element (roller, sprag), S: wedge-shaped space
Claims (5)
前記一方向クラッチに付与される負荷の大きさによって変動する、当該一方向クラッチの状態を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記一方向クラッチに付与される負荷を取得する取得部と、を備え、
前記一方向クラッチは、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の係合子とを有し、前記係合子が前記内輪及び前記外輪に噛み合うことにより前記出力軸と前記入力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り前記接続を遮断するものであり、
前記測定部は、前記係合子に対して周方向に対向して配置され、かつ当該係合子との間の周方向のギャップを測定することを特徴とする回転伝達装置。 The rotation speed of the output shaft is provided between the output shaft of the speed increaser that increases the rotation speed of the main shaft in the wind turbine generator and the input shaft of the power generator that generates power using the rotation of the output shaft as an input. The output shaft and the input shaft are connected so as to be integrally rotatable in a state in which the rotational speed of the output shaft is lower than the rotational speed of the input shaft. A rotation transmission device having a one-way clutch that disconnects from the input shaft;
A measuring unit for measuring a state of the one-way clutch, which varies depending on a load applied to the one-way clutch;
An acquisition unit that acquires a load applied to the one-way clutch based on a measurement result of the measurement unit;
The one-way clutch includes an inner ring and an outer ring, and a plurality of engagement elements disposed between the inner ring and the outer ring, and the engagement elements mesh with the inner ring and the outer ring, thereby the output shaft and the outer ring. The input shaft and the input shaft are connected so as to be integrally rotatable, and the connection is interrupted by releasing the engagement.
The rotation transmitting device is characterized in that the measuring unit is arranged to face the engaging element in the circumferential direction and measures a circumferential gap between the measuring part and the engaging element .
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