TW200918743A - Wind power generator - Google Patents

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200918743 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於使用將自然能源的風轉換成旋轉力的風 車進行發電的風力發電裝置。 【先前技術】 以往，利用將自然能源的風力進行發電的風力發電裝 置爲人所熟知。此種風力發電裝置是在設置於支柱上的發 電機艙，設置：安裝風車旋轉翼的旋轉頭；與該旋轉頭一 體轉動連結的主軸；連結風車旋轉翼接受風力轉動的主軸 的增速機；及藉著增速機的軸輸出而驅動的發電機。以上 所構成的風力發電機裝置中，具備將風力轉換成旋轉力的 風車旋轉翼的旋轉頭及主軸轉動產生軸輸出，經由連結在 主軸的增速機將轉數增速的輸出軸傳達至發電機。因此， 以風力轉換成旋轉力的軸輸出作爲發電機的驅動源，可進 行利用風力作爲發電機動力的發電。 上述以往的風力發電裝置中，通常的場合，具備增速 機或發電機的動力傳動系統是配置在動力艙內。因此，支 撐動力傳動系統的動力艙台板等的框架是形成確保動力傳 動系統設置空間等用的具備較有重量的構造。又，單軸成 構造的場合，增速機兼具旋轉頭的支撐構造，因此更換時 會有支撐旋轉頭的方法困難等的問題。 另外，也有在轉子與動力艙之間配置發電機的構造， 但是此一場合不能進行發電機的更換。 -4- 200918743 並且，提出以動力艙的小型化及輕量化爲目的，在旋 轉頭的內部設置從主軸經由增速機到發電機爲止的動力傳 動系統的構成。（例如，參閱專利文獻1 ) 【發明內容】 近年來，風力發電裝置隨著大輸出力而有大型化的傾 向，因此爲了減輕支柱或基礎等的負擔而謀求動力艙台板 的構造的輕量化。並針對收納設置在動力艙內的發電機等 的動力傳動系統構成機器考慮更換與維修時，有在動力艙 內預先確保作業空間的必要。以上作業空間的確保由於是 形成運轉時不使用的空間，導致動力艙形狀大型化的要因 〇 另外，隨著風力發電裝置的大型化，對於動力傳動系 統的構成機器等也有大型化增加重量的傾向，並且設置場 所的作業條件也漸趨嚴苛。因此，尤其是針對現場的設置

工程或機器更換等的維修作業，以可以容易進行的構成爲 佳D 本發明是有鑑於上述問題所硏創而成，其目的是提供 可以使動力艙的小型•輕量化的同時，機器更換等的維修 性也優異的風力發電裝置。 本發明爲了解決上述課題，採用下述的手段。 本發明涉及的發明爲驅動藉著安裝有風車旋轉翼一體 轉動的旋轉頭與動力傳動系統所連結的發電機進行發電的 風力發電裝置，其特徵爲：將旋轉力從上述旋轉頭傳達到 -5- 200918743 上述發電機爲止的動力傳動系統的至少一部份配設在上述 旋轉頭的動力艙相反側。 並且，旋轉頭的動力艙相反側是意味著逆風型風力發 電裝置的旋轉頭前方，更意味著順風型風力發電裝置的旋 轉頭後方’任意的場合’包含構成動力傳動系統的增速機 及/或發電機的一部份被配置在旋轉頭內及/或動力艙內的 構成。 根據以上的風力發電裝置，由於將旋轉力從旋轉頭傳 達到發電機爲止的動力傳動系統的至少一部份配設在旋轉 頭的動力艙相反側（旋轉頭的前方或後方），因此可降低 收納設置在動力艙內的重的機器類的同時，可確保使用在 維修時等目的所需空間的減少。 又’上述的動力傳動系統中，發電機是以1個以上構 成爲佳，尤其是採用具備複數個發電機的複合式時，提升 小型•輕量化與發電機更換等的維修性。此外，具備複數 個發電機的複合式的場合，即使發電機發生問題也不需要 停止風力發電裝置整體的運轉，因此可以持續根據其他正 常發電機進行發電。 又，上述動力傳動系統是藉著增速機將發電機配置在 動力艙側爲佳，藉此可以使動力傳動系統的重心位置接近 動力艙（主軸承側）。此時，至少將發電機的一部份，最 好是將發電機與增速機的一部份配設在旋轉頭內爲佳，藉 此可以使動力傳動系統的重心位置更爲接近動力艙側。 又，發電機藉著增速機配置在動力艙側的場合，將發 -6 - 200918743 電機配置在動力艙的內部，可藉此使動力傳動系統的重心 位置更爲接近動力艙側。 根據上述本發明的風力發電裝置，旋轉力從旋轉頭傳 達到發電機爲止的動力傳動系統的至少一部份是配設在旋 轉頭的動力艙相反側，即逆風型是在動力艙的前方，順風 型是在動力艙的後方，因此可降低維修用等爲目的而必須 預先在動力艙內確保的一般運轉時的空間，可以使動力艙 的本體小型化或得纖細的形狀。 尤其是採用複數個發電機所構成複合式的構成時，可 容易進行小型化的發電機的更換等維修作業的同時，發電 機即使發生問題仍可在發電輸出降低的狀態下持續運轉。 並且，風力發電裝置即使大型化，以往構造中在動力 艙內支撐動力傳動系統的動力艙台板側並非如發電機或增 速機的大型且重的機器僅支撐主軸即可，因此可以獲得動 力艙台板的小型輕量化。並且與習知構造比較的場合，預 估大槪可獲得1 0〜1 5 %程度的輕量化。 尤其是發電機藉著增速機配置在動力艙側使得動力傳 動系統的重心位置接近動力艙側（主軸承側）時，可藉著 力矩的降低使支撐構造輕量化，可以容易獲得輕量且小型 的動力傳動系統與動力艙的構造。 又，動力傳動系統安裝在旋轉頭的前方或後方時，卸 下旋轉頭蓋的場合’動力傳動系統形成向前方或後方伸出 的狀態’因此可藉著起重機容易進行動力傳動系統及其構 成機器的更換作業。 200918743 尤其是藉著增速機將發電機配置在動力艙側時，維修 或更換頻率高的增速機位在端部側而可有效提升其作業性 0 【實施方式】 以下，根據圖示說明本發明所涉及風力發電裝置的一 實施形態。 第2圖表示的風力發電裝置1，具有：豎立設置在基 礎6上的支柱2;設置在支柱2上端的動力艙3;及可在 大致水平的軸線周圍轉動設置在動力艙3的旋轉頭4。 旋轉頭4在其旋轉軸線周圍呈輻射狀安裝有複數片風 車旋轉翼5。藉此，從旋轉頭4的旋轉軸線方向接觸到風 車旋轉翼5的風力，轉換成使得旋轉頭4在旋轉軸線周圍 轉動的動力。並且’圖示的風力發電裝置1稱爲在動力艙 3的前方風車旋轉翼5轉動的逆風型。 <第1實施形態> 第1圖是顯示針對配置在動力艙3前方的旋轉頭4， 及配設在旋轉頭4前方的動力傳動系統1〇，卸下旋轉頭蓋 (未圖示）的狀態之內部構成例的主要部的放大剖面圖。 再者’以下說明的實施形態中’動力傳動系統1 0爲旋轉 頭4的轉動並非經由增速機而是就其狀態傳達至發電機2〇 的構成。 第1圖中’具備風車旋轉譯5的旋轉頭4是經由軸承 12被支撐在從動力艙3朝向前方突出的主軸〗I上。亦即 -8- 200918743 ’旋轉頭4是根據風車旋轉翼5所承受的風，使固定支撐 在動力艙3的主軸11的周圍與風車旋轉翼5 —體轉動。 固定支撐在動力艙3的主軸11的前端部側設有構成 發電機20的圓筒型的定子21。並在旋轉頭4的前端面上 ’爲了維持與定子21間的間隙，藉撓性聯結軸1 3安裝有 同樣構成發電機20的圓筒型的轉子22。再者，圖示的構 成中雖是使用撓性聯結軸13，但是以將轉子22直接固定 在旋轉頭4前端面的構造或藉剛性聯結軸固定的構造爲基 本。 該轉子22是較定子21小直徑，轉子22被配置在定 子21的內側。亦即，此時的發電機20中，與旋轉頭4同 時轉動的轉子22是在定子21的內側大致同軸轉動，因此 可根據電磁感應的法則進行發電。 又’上述的實施形態中，雖是採用轉子22配置在定 子2 1內側的構成’但是也可以例如第3圖表示的變形例 ，將定子21配置在轉子22內側的構成。亦即，第3圖表 示的動力傳動系統10’爲不具備增速機的構成，主軸11的 前端部藉轉子22固定安裝有小直徑的定子21，旋轉頭4 的前端面上經由撓性聯結軸1 3所安裝的轉子2 2在定子2 1 的外側轉動。對於此時的轉子22，同樣不限定於使用撓性 聯結軸13的構造’而是以直接固定在旋轉頭4前端面的 構造或藉剛性聯結軸固定的構造爲基本。 如上述，對於定子21及轉子22的內外配置採用其中 任意的配置都可根據電磁感應進行發電。 -9- 200918743 如上述，將風車旋轉翼5受風所產生旋轉力傳 電機20的動力傳動系統10、1〇’配設在旋轉頭4前 成’可減少動力艙3內所產生的多餘空間。亦即， 3內不需要收納設置發電機20等的動力傳動系統構 類’因此該等大型支撐高重量的機器類的動力艙台 圖示）的荷重負載會大幅度地減輕。因此，即使風 裝置1大型化，動力艙3內的動力艙台板側僅支撐 1 1即可’因此可形成動力艙台板的小型輕量化。 又，將旋轉力從旋轉頭4傳達到發電機20爲 力傳動系統10、10’配設在旋轉頭4的前方，因此 3內產生多餘的空間，即作爲維修等的作業空間加 的空間可獲得降低，使動力艙3本身具備所需最小 間得以小型化或得纖細的形狀。 又’將動力傳動系統10' 10’安裝在旋轉頭4 時，卸下旋轉頭蓋的場合，動力傳動系統10形成 轉頭4的前方伸出的狀態，因此可容易藉著起重機 力傳動系統10、10’即發電機20等的構成機器的更 <第2實施形態> 接著’針對本發明所涉及的風力發電裝置，根 圖說明第2實施形態如下。並且，與上述實施形態 部份賦予相同的符號並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統〗0A爲了使旋轉頭 達到發 方的構 動力艙 成機器 板（未 力發電 著主軸 止的動 動力艙 以確保 限的空 的前方 朝著旋 進行動 換作業 據第4 相同的 4的旋 -10- 200918743 轉增速傳達到發電機20，在旋轉頭4與發電機20之間具 備增速機30。此時的增速機30爲行星式的1段增速機’ 圖中的符號31爲中心齒輪、符號32爲行星齒輪。 上述增速機30咬合著經由軸承12可自由轉動支撑在 主軸1 1的前端部側的中心齒輪3 1 ’及藉著剛性聯結軸1 4 支撐在旋轉頭4前端面的複數個行星齒輪32 ’並且’與形 成在行星齒輪32與外殼33內周圍面的齒輪部33a咬合’ 等間距配置在中心齒輪3 1緣周方向的行星齒輪3 2可以和 旋轉頭4 一體在中心齒輪31周圍一邊自轉一邊迴轉。其 結果，對應中心齒輪3 1及行星齒輪3 2的齒輪速比，中心 齒輪3 1是從旋轉頭4的轉數來增速後轉動。 再者，針對行星齒輪32的支撐構造’雖然可以直接 固定使用上述剛性聯結軸14的構造及行星齒輪32的構造 ，但是以藉著剛性聯結軸固定的構造爲基本。 另一方面，發電機20是將定子21固定在主軸11的 前端部，與中心齒輪31 —體連結的轉子22在定子21內 側大致同軸地轉動。亦即，該實施形態的發電機20是在 定子21與旋轉頭4的轉速所增速轉動的轉子22之間產生 電磁感應而發電。再者，雖然省略其圖示，但是也可以在 增速機30的行星段之後，採用不只是1軸而是具有多軸 的輸出軸構成的複數是發電機。該複合式發電機例如根據 地1 6圖到1 8圖後述的實施形態，具有增速機爲2段行星 或者平行齒輪所構成的多軸輸出軸，藉著各輸出軸來驅動 複數個發電機。 -11 - 200918743 以上的構成也可以和上述第1實施形態相同 動力艙3內不需要收納設置發電機20等的動力 構成機器類，因此可大幅地降低支撐該等大型且 器類的動力艙台板（未圖示）的荷重負擔。因此 力發電裝置1大型化時，動力艙3內的動力艙台 支撐主軸11即可，因此可形成動力艟台板的小 〇 又，從旋轉頭4將傳達旋轉力至發電機20 力傳動系統10A配設在旋轉頭4的前方，因此可 力艙3內產生的多餘空間，使動力艙3本身所需 空間得以小型化形成纖細的形狀。 又，將動力傳動系統1 0 A安裝在旋轉頭4的 卸下旋轉頭蓋的場合，動力傳動系統1 0是形成 頭4的前方伸出的狀態，因此可容易藉著起重機 傳動系統10A及發電機20等構成機器的更換作姜 <第3實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置，根 說明第3實施形態如下。並且，與上述實施形態 份賦予相同符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統1 0B爲了使旋轉 動增速以傳達至發電機20，在旋轉頭4與發電損 具備增速機30A。此時的增速機30爲星型的1 ’圖中的符號31A爲中心齒輪、符號32A爲行 ’由於在 傳動系統 高重量機 ，即使風 板側只要 型輕量化 爲止的動 以減少動 最小限的 前方時， 朝著旋轉 進行動力 據第5圖 相同的部 頭4的轉 | 20之間 段增速機 星齒輪。 -12- 200918743 星型的增速機30A的行星齒輪32A可自由旋轉地被支撐 在固定側的主軸1 1上，外圍側與形成在和旋轉頭4 一體 轉動的外殻33A的內周圍面的齒輪部33a咬合。 因此，外殼33A是和旋轉頭4以相同的轉數轉動，對 應外殻33A的齒輪部33a、行星齒輪32A及中心齒輪31A 的齒輪速比使得中心齒輪31 A增速。此時的轉子22是與 中心齒輪3 1 A同軸，因此該實施形態的發電機20同樣在 定子21與旋轉頭4的轉數所增速而轉動的轉子22之間， 產生電磁感應而發電。再者，該實施例中同樣可以採用複 合式發電機來代替發電機20。 以上個構成與上述實施形態同樣，不須在動力艙3內 收納設置發電機20等的動力傳動系統構成機器類，因此 可大幅地減輕支撐該等大型且高重量機器類的動力艙台板 (未圖示）的荷重負擔。 <第4實施形態> 接著，針對本發明所涉及的風力發電裝置，根據第6 圖說明第4實施形態如下。並且’與上述實施形態相同的 部份賦予相同符號’並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統l〇C爲不具備增速功能的 型式，與發電機20的構成不同。亦即，此時的發電機20 構成爲轉子22在定子21的外側轉動而發電。 在動力艙3的前端面藉撓性聯結軸13固定支撐著定 子21的主軸Η的前端部上，更藉著撓性聯結軸13加以 -13- 200918743 安裝。圖示的例中’雖是以2段撓性聯結軸〗3，但是也可 以1段或3段以上的多段，並且包含撓性短軸。另外，撓 性聯結軸13包含齒輪聯結軸、隔膜板 '多盤式、微型襯 套等。 旋轉頭4在設置於動力艙3的前端面及定子21後端 面的支撐部上’藉軸承12A可自由轉動地被支撐著。在此 使用的軸承12A是對應徑向及軸向荷重的同時，例如可進 行雙列圓錐滾子軸承或3滾子軸承等力矩的支撐。並且， 旋轉頭4的前端面安裝有一體轉動的轉子22。亦即，此時 的發電機20中’與旋轉頭4同時轉動的轉子22在定子21 的外側大致同軸轉動’因此可藉著電磁感應的法則進行發 電。 以上的構成與上述實施形態同樣，由於在動力艙3內 不須收納設置發電機20等的動力傳動系統構成機器類， 可大幅減輕支撐該等大型且高重量機器類的動力艙台板（ 未圖不）的荷重負擔。 再者’針對動力艙3與旋轉頭4的支撐關係，旋轉頭 4不僅限於在軸承1 2 A外圍側轉動的外圈旋轉式，也可以 採用旋轉頭4在軸承12A內周圍側轉動的內圈旋轉式（參 閱後述的第1 3圖）。 <第5實施形態> 接著’針對本發明涉及的風力發電裝置，根據第7圖 說明第5實施形態如下。並且’與上述實施形態相同的部 -14- 200918743 份賦予相同符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統10D是與第4實施形 樣不具備增速功能的型式，與發電機20的構成不同 即，此時的發電機20是構成轉子22在定子21的內 動發電。 此時的轉子22是經由剛性聯結軸1 4安裝在旋轉 的前端面。並且，在轉子22與定子21之間設置軸承 ，因此與旋轉頭4 一體轉動的轉子22是可相對於固 撐在主軸11前端部的定子21轉動。再者，轉子22 裝不限於使用上述剛性聯結軸1 4的構造，也可以直 定在旋轉頭4前端面的構造。 亦即，此時的發電機20中，與旋轉頭4同時轉 轉子22是在定子21的內側大致同軸轉動，因此可根 磁感應的法則進行發電。 另外，對於動力艙3與旋轉頭4的支撐關係，不 於旋轉頭4在軸承12A的外圍側轉動的外圈旋轉式， 以採用旋轉頭4在軸承12A的內周圍側轉動的內圈旋 (參閱後述的第13圖）。 又’桌8圖表不構成的動力傳動系統i〇d’爲第 的第1變形例。該第1圖的變形例爲支撐發電機2 〇 子22的構造不同。 亦即’該變形例的發電機20是在具備2段的撓 結軸13的主軸11的前端安裝定子21’轉子22是與 頭4 一體在定子2 1的內側轉動發電。 態同 。亦 側轉 頭4 12A 定支 的安 接固 動的 據電 僅限 也可 轉式 7圖 的轉 性聯 旋轉 -15- 200918743 此時的轉子2 2是經由一對軸承1 2可轉動地支撐在〜 對的軸承12上。並且，支撐轉子22轉動的主軸π的前 端部側與支撐主軸1 1的另外端側的動力艙3之間，設有2 段的撓性聯結軸13。因此，風力發電機1的轉動系與構造 系之間爲撓性聯結軸1 3所斷開，可抑制從轉動系朝著構 造系的輸入傳達，同時可以使定子21與轉子22之間的間 隙維持在預定的範圍內。 並且，第9圖表示構成的動力傳動系統10D”爲第7 圖的第2變形例。該第2變形例是主軸1 1經由一對軸承 12支撐著旋轉頭4的轉動。此時的主軸11在支撐旋轉頭 4轉動的動力艙3側的部份與支撐轉子22轉動的前端部側 的部份之間，具備斷開轉動系與構造系之間的1段的撓性 聯結軸1 3。 以上的第2變形例的構成是風力發電機同樣地，風力 發電裝置1的旋轉系與構造系之間爲撓性聯結軸1 3所斷 開，抑制從旋轉系對於構造系的輸入傳達，同時定子2 1 與轉子22之間的間隙可維持在預定的範圍內。 但是，圖示的第2變形例中撓性聯結軸13雖爲1段 ，但是也可以如上述第1變形例，在動力艙3側的端部追 加撓性聯結軸形成爲2段。 再者，上述的變形例中，例如也可以使用雙列圓錐滾 子軸承除去力矩的構成來取代支撐轉子12的一對軸承12 -16- 200918743 <第6實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置，根據第1〇 圖說明第6實施形態如下。並且，與上述實施形態相同的 部份賦予相同符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統10E是採用行星式1段的 增速機30。又，該動力傳動系統Ι0Ε是在具備2段撓性 聯結軸13的主軸11的前端安裝有定子21，轉子22是與 中心齒輪31 —體轉動。該中心齒輪31藉著一邊與旋轉頭 4自轉一邊在中心齒輪31的周圍轉動的行星齒輪32從旋 轉頭4的轉數增速而轉動。 亦即’此時的發電機20中，由於與中心齒輪31同時 轉動的轉子22在定子21的內側大致同軸轉動，因此可根 據電磁感應的法則進行發電。再者，該實施形態中，例如 可根據第18圖採用如後述的2段增速的複合式發電機。 又’如第1 1圖表示的變形例，旋轉頭4的旋轉支撐 構造也可以採用經軸承12支撐在主軸I〗的同時，撓性聯 結軸13爲1段的動力傳動系統log，。該變形例中，發電 機20是與上述本實施形態相同的構成所構成，因此也可 以採用複合式發電機。 再者’針對動力艙3與旋轉頭4的支撐關係，不僅限 於旋轉頭4在軸承12A的外圍側轉動的外圈旋轉式，也可 以採用旋轉頭4在軸承12A的內周圍側轉動的內圈旋轉式 (參閱後述的第13圖）。 •17- 200918743 <第7實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置，根據第12 圖說明第7實施形態如下。並且，與上述實施形態相同的 部份賦予相同符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統1 0F是採用星型1段的增 速機3 0A。又，該動力傳動系統1 0F是在具備2段撓性聯 結軸13的主軸11的前端支撐著行星齒輪32A，並且在前 端部側安裝有定子21。另一方面，轉子22被與可轉動地 支撐在定子21後端面的中心齒輪31A同軸連結。 並且，外殼33是與旋轉頭4 一體轉動，藉此咬合外 殻33的齒輪部33a、行星齒輪32A及中心齒輪31A，因此 可對應齒輪速比爲旋轉頭4的轉數所增速而使得轉子同時 轉動。亦即，此時的發電機20中，與中心齒輪31A同時 轉動的轉子22在定子21的內側大致同軸轉動，因此可根 據電磁感應進行發電。並且，該實施形態中，同樣例如可 採用根據如第19圖後述的2段增速的複合式發電機。 又，第13圖表示的構成爲第12圖的第1變形例。亦 即，動力艙3與旋轉頭4的支撐關係不同，第12圖爲旋 轉頭4在軸承12A的外圍側轉動的外圈旋轉式，第13圖 爲旋轉頭4在軸承12A的內周圍側轉動的內圈旋轉式。並 且，該第1變形例中，同樣可採用複合式發電機來代替發 電機20。 又，第14圖表示的構成爲第1 2圖的第2變形例。亦 即，旋轉頭4的旋轉支撐構造也可以經由軸承1 2支撐在 -18- 200918743 主軸11的同時，採用1段撓性聯結軸13的動力傳動系統 10F” 。再者，該第2變形例中，同樣可採用複合式發電 機來代替發電機20。 <第8實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置，根據第15 圖說明第8實施形態如下。並且，與上述實施形態相同的 部份賦予相同的符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統〗0G爲了使旋轉頭4的轉 動增速傳達至發電機20，在旋轉頭4與發電機20之間具 備增速機30B。該增速機3 0B爲平行式2段增速機，圖中 的符號3 1A爲從動齒輪，32A、32B爲從動齒輪，33a爲 形成在外殼33A內周圍面的齒輪部。 該增速機30B使直接固定在旋轉頭4前端面的外殼 33A —體轉動’藉以使得和齒輪部33a咬合的行星齒輪 32A轉動。該行星齒輪32A藉著撓性聯結軸13固定支撐 在主軸1 1前端部側的外殻構件3 3 B，經軸承1 2形成可自 由轉動地支撐。 另外’上述從動齒輪32A是與大直徑的從動齒輪32B 同軸連結。該行星齒輪32B是和與轉子22同軸的從動齒 輪3 1 A咬合。因此，旋轉頭4的轉動是以對應齒輪部3 3 a 、行星齒輪32A、32B及中心齒輪31A的齒輪速比而增速 的轉數使轉子22轉動。亦即，此時的發電機2〇使得與中 心齒輪31A同時轉動的轉子22在定子21的內側大致同軸 -19- 200918743 轉動，因此可根據電磁感應的法則進行發電。並且，該實 施形態中，同樣可採用負核式發電機來代替發電機20。 又，第16圖表示的構成爲第15圖的變形例，第17 圖表示的構成爲第15圖的第2變形例。亦即，動力艙3 與旋轉頭4的支撐關係不同，第16圖爲旋轉頭4在軸承 12A的外圍側轉動的外圈旋轉式，第17圖爲旋轉頭4在 軸承12A的內周圍側轉動的內圈旋轉式，其他的構成是與 第1 5圖的實施形態相同。並且，該等第1變形例及第2 變形例中，同樣可採用複合式發電機來代替發電機20。 <第9實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置，根據第18 圖說明第9實施形態如下。並且，與上述實施形態相同的 部份賦予相同的符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統10H是採用第10圖所示 第6實施形態的增速機30爲2段增速的增速機3 0C，同 時採用2段增速後的輸出軸爲複數來驅動小型發電機的複 合式發電機40。該複合式發電機40爲複數個組合小型且 輸出小的子發電機41所構成。圖示的子發電機41是與上 述發電機20相同’轉子21在定子22的內側轉動進行發 電。 又，此時的增速機3 0C是將正齒輪組合在第10圖表 示的行星式1段增速機30上的2段增速機。該增速機 3 0C爲在中心齒輪3 1的輸出軸上組合正齒輪以進行2段 -20- 200918743 增速’外齒的第1齒輪35是與中心齒輪31 —體轉動，使 配設在第1齒輪35外圍而咬合的外齒的第2齒輪36增速 轉動。亦即，將齒數較第1齒輪35少的第2齒輪36朝著 周圍方向等間距分配設置複數個，在各第2齒輪36的輸 出軸上安裝子發電機41的轉子21所構成。再者，圖示的 例中第2齒輪3 6雖是以等間距分配，但是不僅限於等間 距。 根據以上的構成，旋轉頭4的轉動是藉增速機3 0C進 行2段增速，使各子發電機41的轉子21在定子22的內 側轉動，因此各子發電機41中根據電磁感應的法則進行 發電’各子發電機41的發電量的總計値是形成複合式發 電機40的總發電量。因此，可形成各子發電機41的小型 •輕量化，因此可容易進行高處作業的維修作業或故障等 問題發生時的修理•更換作業。又，由於具有複數子發電 機4 1的所有問題都同時發生的槪率低，因此僅發生問題 的子發電機4 1停止發電，即可防止因發電總量降低使得 風力發電裝置整體停止運轉的問題。 <第1 0實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置，根據第19 圖說明第1 〇實施形態如下。並且，與上述實施形態相同 的部份賦予相同的符號’並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統1 〇1是採用第1 2圖所示 第7實施形態的增速機30A爲2段增速的增速機30D，同 * 21 - 200918743 時採用2段增速後的輸出軸爲複數來驅動小型發電機的複 合式發電機40。該複合式發電機40爲複數個組合小型的 子發電機41所構成。圖示的子發電機41是與上述發電機 20相同，轉子21在定子22的內側轉動進行發電。 又，此時的增速機3 0D是將正齒輪組合在第12圖表 示的星型1段增速機3 0A上的2段增速機。該增速機3 0D 爲在中心齒輪31A的輸出軸上組合正齒輪以進行2段增速 ，外齒的第1齒輪35是與中心齒輪31A —體轉動，使配 設在第1齒輪35外圍而咬合的外齒的第2齒輪36增速轉 動。亦即，將齒數較第1齒輪35少的第2齒輪36朝著周 圍方向等間距分配設置複數個，在各第2齒輪36的輸出 軸上安裝子發電機41的轉子21所構成。 根據以上的構成，旋轉頭4的轉動是藉增速機30D進 行2段增速’使各子發電機41的轉子21在定子22的內 側轉動，因此各子發電機41中根據電磁感應的法則進行 發電，各子發電機41的發電量的總計値是形成複合式發 電機40的總發電量。因此，可形成各子發電機41的小型 •輕量化，因此可容易進行高處作業的維修作業或故障等 問題發生時的修理•更換作業。又，由於具有複數子發電 機4 1的所有問題都同時發生的槪率低，因此僅發生問題 的子發電機4 1停止發電，即可防止因發電總量降低使得 風力發電裝置整體停止運轉的問題。 <第1 1實施形態> -22- 200918743 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置’根據第20A 圖及第20B圖說明第11實施形態如下。並且’與上述實 施形態相同的部份賦予相同的符號’並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統10]是採用組合2段正齒 輪所構成的增速機30E，採用2段增速後的輸出軸爲複數 來驅動小型發電機的複合式發電機40。該複合式發電機 40爲複數個組核小型的子發電機41所構成。圖示的子發 電機41是與上述的發電機20相同，轉子21在定子22的 內側轉動進行發電。 此時的增速機3 0E是藉著與旋轉頭4 一體轉動的外齒 的主動齒輪37，及等間距配設在主動輪37的外圍咬合的 複數個第1從動輪38構成第1段增速機構。此外，第1 段增速機構的第1從動齒輪38分別設有同軸的第2從動 齒輪3 9A，設置與各第2從動齒輪3 9A分別咬合的第3從 動齒輪39B，藉此構成第2增速機構。因此，增速機30E 將旋轉頭4的轉動2階段增速後的轉數從第3從動齒輪 3 9B的轉軸輸出，使得與各第3從動齒輪3 9B同軸安裝的 轉子21在定子22的內側轉動，可藉以根據子發電機41 進行發電。 再者，圖示的例中雖是以等間距配設第1從動齒輪3 8 ，但是不僅限於等間距。 根據以上的構成，旋轉頭4的轉動藉著增速機3 0E進 行2段增速，使各子發電機41的轉子21在定子22的內 側轉動，因此各子發電機4 1中根據電磁感應的法則進行 -23- 200918743 發電’各子發電機4 1的發電量總計的値是形成複合式發 電機40的總發電量。因此，可形成各子發電機41的小型 •輕量化，可容易進行高處作業的維修作業或故障等問題 發生時的修理•更換作業。又，由於具有複數子發電機41 的所有問題都同時發生的槪率低，因此僅發生問題的子發 電機41停止發電，即可防止因發電總量降低使得風力發 電裝置整體停止運轉的問題。 但是，上述第3從動齒輪39B是如第20A圖表示，配 設在第2從動齒輪3 9 A的內側，即主軸1 1側。但是，該 位置上一旦配置第3從動齒輪3 9B時，整體的外徑尺寸不 會被子發電機41所限定，因此可形成適合小型化的配置 構成。但是，根據形成同軸的子發電機41的形狀等，也 可能會因爲子發電機4 1彼此間的互相干涉而不能設置。 因此，如第20B圖表示，在第3從動齒輪39B與第2 從動齒輪39A的位置關係中，在配置（咬合）的方向可能 有下述的變形例。 第1變形例的配置例是如第20B圖的2點虛線表示， 在增速機30E的最外圍側配設第3從動齒輪39B’與第2 從動齒輪39A咬合即可。採用以上的配置時，由於是根據 子發電機41外圍位置來決定防止子發電機41彼此間的干 涉的動力傳動系統1 01及增速機3 0E的外徑尺寸，因此會 有裝置整體的外徑尺寸大型化之虞。 第2變形例的配置例是如第2〇B圖的1點虛線表示， 也可以在上述第3從動齒輪39B、39B’的中間位置，即朝 -24- 200918743 著第2從動齒輪39A周圍方向移動90度程度 設第3從動齒輪39”使其與第2從動齒輪39A 以上的配置時，可形成小型化與子發電機41 防止等雙方的配置構成。 如上述，針對第3從動齒輪39B、39B’、 ，同時包含兩變形例的中間位置，適當選擇對 最適當位置即可。 <第1 2實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置， 圖說明第12實施形態如下。並且，與上述實 的部份賦予相同的符號，並省略其詳細說明。 本實施形態的動力傳動系統10K爲了使旋 動增速傳達給發電機20，具備增速機30A及: 此時的增速機30A爲星型的1段增速機，圖！ 爲中心齒輪，符號3 2A爲行星齒輪。星型增每 行星齒輪32A可自由轉動地被支撐在固定側的 ’在外圍側與形成和旋轉頭4 一體轉動的外殼 側的齒輪部3 3 a咬合。 該動力傳動系統10K是將發電機20藉著 配置在發動艙3側所構成。亦即，上述各實施 傳動系統是形成與軸方向的配置順序相反，在 配置發電機2 0的同時，前端部側配置有增速 且，圖示的構成例中，發電機20的至少一部 的位置上配 咬合。採用 彼此的干涉 39B”的位置 應諸條件的 1根據第21 施形態相同 轉頭4的轉 發電機20。 中的符號3 1 琶機30A的 J主軸〗1上 33A內周圍 增速機30A 形態的動力 動力艙3側 機 30A。並 份被定位在 -25- 200918743 旋轉頭4的內部’其結果’動力傳動系統〗〇κ的重心位置 接近動力艙3側（形成主軸承的軸承丨2 a側）。 又’第22圖表示的第1變形力的動力傳動系統〗〇κ’ 中’除了將發電機20藉增速機3 0Α配置在動力艙3側之 外’將發電機20與增速機30Α的一部份配設在旋轉頭4 的內部。亦即’第1變形例的構成是盡可能地使第2 1圖 表示的實施形態的動力傳動系統10Κ朝著動力艙3側移動 ’將發電機20的整體及增速機30Α的大部份配置在旋轉 頭4的內部，藉此可以使動力傳動系統κ’的重心位置更 爲接近動力艙3側。 因此，上述的動力傳動系統10Κ、10Κ’是使得外殼 3 3Α以相同的轉數與旋轉頭4轉動，對應外殼33Α的齒輪 部33a、行星齒輪32Α及中心齒輪31Α的齒輪數比使中心 齒輪31A增速。此時的轉子22由於是與中心齒輪31A同 軸，因此該實施形態的發電機20同樣在定子21與旋轉頭 4的轉速所增速而轉動的轉子22之間產生電磁感應而發電 〇 以上所構成的動力傳動系統10K、10K’是藉著增速機 3 〇 A將發電機20配置在動力艙3側，至少一部份被配置 在旋轉頭4的內部，因此可以使動力傳動系統本體的重心 位置接近動力艙3側。 因此，會降低作用在軸承12A的力矩，使得支撐構造 輕量化。亦即，可以減輕支撐軸承1 2 A的動力艙3的荷重 ，可以該量使得動力艙3的構造簡化及輕量化。又，針對 -26- 200918743 動力傳動系統10κ、〗οκ，也可以使主軸丨】縮短等形成輕 量小型的構造。 又’動力傳動系統10Κ、10Κ’的維修或進行機器更換 的場合’一旦卸下旋轉頭蓋時，增速機30 Α存在於端部側 。增速機30A與發電機20比較維修的頻率或機器更換的 可能性高’因此在發電機20側狀態下實施作業的配置也 可以有效提升維修等的作業性。 又’如上述動力傳動系統10K、10K，，藉增速機30A 將發電機20配置在動力艙3側，例如採用第23圖表示第 2變形例的增速機10L或第24圖表示第3變形例的增速 機10M等，不限定增速機或發電機的組合。並且，第23 圖及第24圖中’與上述實施形態相同的部份賦與相同的 符號，並省略其詳細說明。 第23圖表示的第2變形例是採用具備星型+行星式2 段增速機30F的動力傳動系統i〇L。此時，發電機20及 增速機3 0F的大約一半是配置在旋轉頭4內，因此重心位 置接近動力艙3側可形成輕量化與小型化。又，該動力傳 動系統1 0L中，前增速機30F位在端部側，因此也具有良 好的維修等的作業性。 另外，第24圖表示的第3變形例中，採用具備組合2 段正齒輪所構成的增速機30G的動力傳動系統10M。此時 ，同樣發電機20及增速機3 0G的大約一半是配置在旋轉 頭4內，因此重心位置接近動力艙3側可形成輕量化與小 型化。又，該動力傳動系統10M中，前增速機30G位在 -27- 200918743 端部側，因此也具有良好的維修等的作業性。 <第1 3實施形態> 接著，針對本發明涉及的風力發電裝置’根據第25 圖說明第1 3實施形態如下。並且，與上述實施形態相同 的部份賦予相同的符號，並省略其詳細說明° 本實施形態的動力傳動系統1 0N爲了使旋轉頭4的轉 動增速傳達給發電機20，具備增速機3 OF及發電機20。 此時的增速機30F是與上述第12實施形態的第2變形例 (參閱第23圖）相同所構成的星型+行星式的2段增速機 ，增速機3 OF的大致一半被配置在旋轉頭4內。但是’對 於發電機20其整體是以剛性支撐或者防震橡膠等柔性支 撐配置在動力艙3的內部。 該動力傳動系統1 0N中，增速機30F的輸出軸與設置 在動力艙3內的發電機20的轉子22之間，爲兩端間隔著 撓性聯結軸13的主軸所連結。並且，圖中的符號13’雖是 使用間隔於動力艙3與增速機30F之間的轉矩臂襯套，但 是也可以使用上述撓性聯結軸13來代替轉矩臂襯套13’。 根據以上的構成，發電機20的整體配置在動力艙3 內的同時，增速機3 0F的大約一半被配置在旋轉頭4內， 因此動力傳動系統1 0N的重心位置更爲接近動力艙3側容 易獲得輕量化與小型化。又，該動力傳動系統1 0N中，前 增速機3 0F位在端部側，因此維修等的作業性同樣良好。 根據上述本發明，將旋轉力從旋轉頭4傳達至發電機 -28- 200918743 20或子發電機41的動力傳動系統i〇、10A〜N配設在旋轉 頭4的動力艙相反側’即上述逆風型的動力艙3的前方， ’因此可以減少維修用等目的在動力艙3內必須確保通常 運轉時不需要的空間。因此，可以形成動力艙3的小型化 。並且’即使風力發電機1大型化，仍可以形成動力艙台 板的小型輕量化。 又，將動力傳動系統1 0、1 0 A〜N安裝在旋轉頭4的 前方’藉此卸下旋轉頭蓋時動力傳動系統4形成朝向前方 伸出的狀態。因此’可以利用起重機容易進行位在高處的 動力傳動系統及其構成機器的更換作業。 尤其是維修機會多的增速機配置在前端側的動力傳動 系統10K、10K’、10L、10M、10N的構成是卸下旋轉頭蓋 時發電機在其狀態下，即設置發電機的狀態下可以實施增 速機的相關維修等的作業，可獲得良好的作業性。 另外，上述各實施形態中，例如在活動側與固定側之 間考慮必要的電元與控制訊號等的傳達構造的場合，使用 撓性聯結軸13的構成（例如，參閱第8圖、第10圖、第 18圖及第19圖等）具有可容易進行滑環配置的優點。 又，小型•輕量的面中有利於採用複合式發電機40 的構成，一般是如第18圖或第19圖表示，組合2段增速 的增速機與副核式發電機40的構成尤其有利。 此外，對於直徑大的齒輪的外齒較內齒可廉價製造。 並且，一旦考慮主軸11等的荷重傳達路徑有關的效 率化時，例如第1 8圖及第1 9圖表示，由於荷重小直徑細 -29- 200918743 而以可輕量化的構成爲佳。 因此，第18圖表示的第9實施形態或第19圖表示的 第10實施形態的構成除了使用上述撓性聯結軸13、複合 式發電機40及外齒齒輪的構成，對於荷重傳達路徑的效 率化形成有利的構成，因此整體可形成大致具備有利於小 型輕量化之達成條件的構成。 但是’上述實施形態中，針對風力發電裝置爲逆風式 的場合已作說明，但是也可適用在順風式。 順風式的場合’動力傳動系統配設在動力艙3的後方 ，可獲得與上述逆風式相同的作用效果。 又，增速機配置在動力艙側的場合，對於構成動力傳 動系統的增速機及發電機，其構成元件的一部份也可以配 置在旋轉頭及/或動力艙的內部。 另一方面，發電機配置在動力艙側的場合，對於構成 動力傳動系統的發電機及增速機，其構成元件的一部份也 可以配置在旋轉頭的內部爲佳，並且發電機整體也可以配 置在動力艙內。 亦即，本發明針對構成動力傳動系統的增速機及/或 發電機，包含其一部份配置在旋轉頭內及/或動力艙內的 構成。換言之，構成動力傳動系統的增速機及/或發電機 的至少一部份可以是配設在旋轉頭的動力艙相反側的構成 〇 再者，本發明不僅限於上述的實施形態，例如增速機 的構成或發電機的構成等相關組合的變更，或者軸承及聯 -30- 200918743 結軸相關組合的變更等，在不脫離其主旨的範圍內適當進 行變更。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明所涉及風力發電裝置的一實施形 態的圖，第1實施形態是放大動力艙周邊的主要部表示內 部構成例的剖面圖。 第2圖是表示風力發電裝置的整體構成例的圖。 第3圖是表示第1實施形態的變形例的剖面圖。 第4圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第2實施 形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面圖 〇 第5圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第3實施 形態’放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面圖 〇 第6圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第4實施 形態’放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面圖 〇 第7圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第5實施 形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面圖 〇 第8圖是表示第5實施形態的第1變形例的剖面圖。 第9圖是表示第5實施形態的第2變形例的剖面圖。 第〗〇圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第6實 -31 - 200918743 施形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 第1 1圖是表示第6實施形態的變形例的剖面圖。 第12圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第7實 施形態’放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 第13圖是表示第7實施形態的第1變形例的剖面圖 〇 第14圖是表示第7實施形態的第2變形例的剖面圖 〇 第〗5圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第8實 施形態’放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 第16圖是表示第8實施形態的第1變形例的剖面圖 〇 第1 7圖是表示第8實施形態的第2變形例的剖面圖 〇 第18圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第9實 施形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 第19圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第10實 施形態’放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 第20A圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第u -32- 200918743 實施形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖 面圖。 第20B圖爲第20A圖的A-A剖面圖。 第21圖是作爲本發明所涉及風力發電裝置的第12實 施形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 第22圖是表示第1 2實施形態的第1變形例的剖面圖 〇 第23圖是表示第1 2實施形態的第2變形例的剖面圖 〇 第24圖是表示第1 2實施形態的第3變形例的剖面圖 〇 第25圖是作爲本發明所涉·及風力發電裝置的第13實 施形態，放大動力艙周邊的主要部表示內部構成例的剖面 圖。 【主要元件符號說明】 1 :風力發電裝置 2 :支柱 3 :動力艙 4 :旋轉頭 5 :風車旋轉翼 10、〗0A~10N :動力傳動系統 1 1 :主軸 -33- 200918743 20 :發電機 30 A~3 0G :增速機 40 :複合式發電機 41 :子發電機

Claims (1)

1. 200918743 十、申請專利範圍 】· 一種風力發電裝置’係驅動藉著安裝有風車旋轉 翼一體轉動的旋轉頭與動力傳動系統所連結的發電機進行 發電的風力發電裝置，其特徵爲： 將旋轉力從上述旋轉頭傳達到上述發電機爲止的動力 傳動系統的至少一部份配設在上述旋轉頭的動力艙相反側 0 2. 如申請專利範圍第1項記載的風力發電裝置，其 中，上述動力傳動系統的發電機爲1個以上所構成。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的風力發電 裝置，其中，上述動力傳動系統是藉著增速機將發電機配 置在動力艙側。 -35-