JPWO2009113173A1 - 変速装置及び風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このように構成された風力発電装置においては、風力を回転力に変換する風車回転翼を備えたロータヘッド及び主軸が回転して軸出力を発生し、主軸に連結された増速機を介して回転数を増速した軸出力が発電機に伝達される。このため、風力発電装置は、風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機の駆動源とし、発電機の動力として風力を利用した発電を行うことができる。
図示の増速機10は、入力軸Siに設けた入力歯車(大歯車)11と、出力軸Soに設けた出力歯車(小歯車)12との間が、両端部に歯数の異なる歯車13,14を備えて周方向に4組配置されたピニオン軸Svを介して連結されている。
従って、図示の増速機10は、入力軸Siの回転数と変速軸Svの回転数との間で増速する第1段階の増速と、変速軸Svの回転数と出力軸Soの回転数との間で増速する第2段階の増速とを行う2段増速機となる。
ところで、平行歯車を組み合わせて構成される従来の増速機10は、ピニオン軸Svを複数設けて出力すれば、歯幅を薄くして重量を低減することが可能になる。しかし、複数設けたピニオン軸Svの出力を最終段の出力軸Soで1軸に戻す場合、ピニオン軸Svの数だけ存在する歯車14が同列に配置されていると、1段で増速可能となる増速比は歯車14の大きさにより制約を受ける。
図示の例においては、ピニオン軸Svが90度ピッチに4本配置されている。この場合、各ピニオン軸Svに設けられた4つの歯車14と噛合する出力歯車12の増速比を大きくするためには、出力歯車12の歯数を少なくして小径にするとともに、歯車14の歯数を多くして大径にする必要がある。しかし、4つの歯車14は同列(同一平面上)に配置されているので、隣接する歯車14との干渉を防止するためには、適切なクリアランスLを確保した配置が必要となる。従って、設定可能な増速比は、必要最小限のクリアランスLを確保できる値が限界となる。
また、増速機10のケーシング15については、単純な平面形状となることから、剛性を確保するため平面部にリブ等を設ける必要がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、少ない段数で大きなギア比を得られ、しかも軽量化が可能な変速装置及びこの変速装置を備えた風力発電装置を提供することにある。
本発明の変速装置は、平行歯車を組み合わせて構成され、入力軸に設けた入力歯車と出力軸に設けた出力歯車との間が、両端部に歯数の異なる歯車を備えて周方向に複数配置された変速軸を介して連結される変速装置であって、
複数ある前記変速軸の出力軸側歯車が、前記出力軸の軸方向にずらして複数設けた前記出力歯車と、周方向において交互に噛合していることを特徴とするものである。
また、平行歯車を組み合わせ、複数の変速軸を備えた構成となるので、歯車の歯幅を薄くして変速装置の軽量化も可能となる。
前記ドライブトレインが、請求項1から3のいずれかに記載の変速装置を備えていることを特徴とするものである。
3 ナセル
4 ロータヘッド
5 風車回転翼
10A,10B 増速機(変速装置)
11,11A 入力歯車
12A,12B 出力歯車
13,14A〜14D 歯車
15A ケーシング
20 発電機
D ドライブトレイン
Si 入力軸
So 出力軸
Sv ピニオン軸(変速軸)
図5に示す風力発電装置1は、基礎6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にしてナセル3に設けられるロータヘッド4とを有している。
また、このドライブトレインDは、増速機10Bが先端部側に位置しているので、発電機20をそのままにして増速機側のメンテナンス作業や交換作業を実施できるので、作業性も良好である。
また、複数あるピニオン軸Svの両端部に設けられた歯車13,14の内、出力軸So側の歯車14は、出力軸Soの軸方向にずらしてオフセットした状態に配置されている。
図1〜図4に示す増速機10Aの構成例では、ピニオン軸Svが4本使用され、周方向へ90度ピッチに配置されている。従って、歯車13,14についても各々ピニオン軸Svと同数の4個が使用されており、以下の説明では、ピニオン軸Svの出力軸側に位置する歯車14について、区別が必要となる場合は14A〜14Dの符号を付すことにする。
そして、上述した二組の歯車14A,14C及び歯車14B,14Dと各々噛合するようにして、出力軸So側には同じオフセット量Loだけ軸方向にずらして2個の出力歯車12A,12Bが設けられている。このオフセット量Loは、歯車14の歯幅より大きな値とすることで、正面から見て隣接する歯車14が重なる(図2参照)配置を可能にする。
すなわち、隣接する歯車14Aと歯車14Bとは軸方向にオフセット量Loを有しているため同列配置になく、従って、出力歯車12A,12Bの歯数を少なくして小径化し、そして/または、歯車14の歯数を多くして大径化しても、隣接する歯車14が干渉することはない。この結果、歯車14と出力歯車12A,12Bとの間では、従来と比較してギア比を大きく設定することが可能になる。
また、図示の実施例では、ピニオン軸Svを90度ピッチの4本としたが、6本または8本としてもよい。
なお、上述したピニオン軸Svの数を奇数としてもよいが、このような場合は、ピニオン軸Svの数を多くすることで出力軸Soの振動は比較的安定したものとなる。
具体的に説明すると、たとえば図3に示すように、二つある出力歯車12A,12Bに形成するはす歯を互いに逆向きとすれば、これと噛合する歯車14A,14C及び歯車14B,14Dに形成されるはす歯の向きも互いに逆向きとなる。従って、6枚のはす歯歯車よりなる出力歯車12A,12B及び歯車14A〜14Dについては、互いに逆向きとなるはす歯の向きが3枚ずつの同数となる。
また、歯車14の配置に合わせた形状とすることにより、連続する平板部分の面積が減少しているので、この点でもケーシング15Aの剛性が向上している。
すなわち、本発明の変速装置は、少ない段数で大きなギア比を得られ、しかも軽量化が可能な増速機10Aの提供を可能にする。そして、本発明の増速機10Aを備えた風力発電装置1は、増速機10Aが小型化及び軽量化されるので、ドライブトレインDを設置する支柱2やナセル台板及び基礎6等の荷重負担を軽減することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、そ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。
Claims (4)
- 平行歯車を組み合わせて構成され、入力軸に設けた入力歯車と出力軸に設けた出力歯車との間が、両端部に歯数の異なる歯車を備えて周方向に複数配置された変速軸を介して連結される変速装置であって、
複数ある前記変速軸の出力軸側歯車が、前記出力軸の軸方向にずらして複数設けた前記出力歯車と、周方向において交互に噛合していることを特徴とする変速装置。 - 前記変速軸が偶数設けられ、前記出力軸の軸中心を通って直交する直線上に対で配置されていることを特徴とする請求項1に記載の変速装置。
- 前記出力歯車及び前記変速軸の出力軸側歯車がはす歯歯車とされ、各はす歯歯車に形成されるはす歯の向きを同数にしたことを特徴とする請求項1または2に記載の変速装置。
- 風車回転翼が取り付けられて一体に回転するロータヘッドとドライブトレインを介して連結されている発電機を駆動して発電を行う風力発電装置であって、
前記ドライブトレインが、請求項1から3のいずれかに記載の変速装置を備えていることを特徴とする風力発電装置。
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