TW201544686A - 風力發電裝置 - Google Patents

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Mitsuru Saeki
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Abstract

本發明目的在於提供可靠性提昇的風力發電裝置。 其特徵為：具備：中空之主軸，連接於支撐葉片的輪轂；中空之增速機(104)，將主軸的旋轉加以增速輸出；中空之發電機(106)，藉由增速機(104)所增速的旋轉力進行發電運轉；中空旋轉軸(201)、(204)，是將主軸、增速機(104)及發電機(106)的中空內貫穿；中空之接頭(105)，連接於增速機(104)的輸出軸(104b)及發電機(106)的輸入軸(106a)；第1軸承(202)，將增速機(104)的輸出軸(104b)和中空旋轉軸加以支撐；以及第2軸承(205)，將發電機的旋轉軸和中空旋轉軸加以支撐，至少在增速機和發電機之間的中空旋轉軸設置可撓性構造。

Description

風力發電裝置
本發明是有關於風力發電設備，特別是有關於旋轉軸的支撐。
專利文獻1中記載可將檢測螺旋槳的旋轉位置的位置檢測器小型化的風力發電設備。該專利文獻1中記載「發電裝置，其特徵為：具備：中空狀的增速機，是在與連結於螺旋槳的螺旋槳軸同一軸線上配置輸入軸及輸出軸，將前述螺旋槳軸的旋轉加以增速輸出；中空狀的發電機，是在與前述增速機同一軸線上配置輸入軸，藉由前述增速機的輸出進行發電；旋轉軸，配置在與前述增速機及前述發電機同一軸線上，在插入前述增速機及前述發電機的中空部的狀態下與前述螺旋槳一起旋轉；以及位置檢測器，藉由前述旋轉軸的旋轉位置檢測而檢測前述螺旋槳的旋轉位置。」。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1 日本特開2013-221406號公報
於專利文獻1，雖然記載具備與配置於同一軸線上之插入於中空狀的增速機和發電機的螺旋槳軸一起旋轉的中空旋轉軸的事項，但在如此般構造的情況下，仍有中空旋轉軸變長，因自重下墜與增速機軸及發電機軸接觸，或在增速機及發電機發生位移的情況下與中空旋轉軸的發生相對位移而與增速機軸及發電機軸接觸對支撐的軸承施加過大負荷，或因中空旋轉軸本身的熱伸長而施加過大負荷於支撐中空旋轉軸的軸承上的這類疑慮。
本發明之目地在於提供可靠性提昇的風力發電裝置。
為了解決上述課題，本發明之風力發電裝置，其特徵為：具備：中空之主軸，連接於支撐葉片的輪轂；中空之增速機，將前述主軸的旋轉加以增速輸出；中空之發電機，藉由前述增速機所增速的旋轉力進行發電運轉；中空旋轉軸，是將前述主軸、前述增速機及前述發電機的中空內貫穿；中空之接頭，連接於前述增速機的輸出軸及前述發電機的輸入軸；第1軸承，將前述增速機的輸出軸和前述中空旋轉軸加以支撐；以及第2軸承，將前述 發電機的旋轉軸和前述中空旋轉軸加以支撐，至少在前述增速機和前述發電機之間的前述中空旋轉軸設置可撓性構造。
藉由本發明可提供可靠性提昇的風力發電裝置。
101‧‧‧葉片
102‧‧‧輪轂
103‧‧‧主軸
104‧‧‧增速機
105‧‧‧中空之接頭
106‧‧‧發電機
107‧‧‧機艙
108‧‧‧塔架
201‧‧‧增速機側中空旋轉軸
202、205‧‧‧中空旋轉軸支撐用軸承
203‧‧‧中空旋轉軸用接頭
204‧‧‧發電機側中空旋轉軸
第1圖是表示本發明所搭載之風力發電裝置的全貌的概略側視圖
第2圖是表示本發明的第1實施方式相關的動力傳遞部的側視圖
第3圖是表示本發明的第2實施方式相關的動力傳遞部的側視圖
第4圖是表示本發明的第3實施方式相關的動力傳遞部的側視圖
第5圖是表示本發明的第4實施方式相關的動力傳遞部的側視圖
第6圖是表示本發明的第5實施方式相關的動力傳遞部的側視圖
第7圖是將本發明的第4實施方式相關的的旋轉檢測環從軸方向觀看的圖
第8圖是將本發明的第5實施方式相關的的旋轉檢測環從軸方向觀看的圖
以下，在實施本發明上針對合適的實施例使用圖式進行說明。
[實施例1]
以下，將本發明的一實施例按照第1圖、第2圖進行說明。
第1圖是表示有關於本實施例的風力發電裝置的構造的圖。風力發電裝置是葉片101利用風力，使輪轂102旋轉且使傳遞輪轂的旋轉的主軸103進行旋轉。主軸的旋轉是傳遞於增速機104，將旋轉加以增速而往增速機反驅動軸104b傳遞。在增速機反驅動軸(輸出軸)104b是以連接至發電機的軸(驅動側106a，輸入軸)的中空之接頭105來傳遞旋轉。發電機106是藉由其旋轉進行發電。於發電機，發電機是從以中空之接頭105連接之側貫穿發電機內，而朝與中空之接頭105相反側的發電機(反驅動側106b)突出。若以輪轂102的旋轉中心作為旋轉中心軸x，於旋轉中心軸上各旋轉機器的旋轉軸是配置成相同。為了之後的說明，正交於旋轉中心軸x的周方向定義為yz。
葉片101是將槳距角以可變之狀態進行設 置。藉著讓槳距角可變，可以將葉片從風接收到的能量加以調整。葉片101是連接於輪轂102。
機艙107是收納了輪轂102、主軸103、增速機104、及發電機106，且具有將其支撐的構造。機艙107是憑藉塔架108進行支撐。
增速機104是用來將旋轉速度加以增速。以風車用增速機的齒輪構造而言，雖然一般是以行星段和平行段所構成，但藉著形成僅行星段的齒輪構造，可以將增速機的驅動軸104a和反驅動軸104b之中空的軸，配置在與旋轉中心軸x同一軸線上。比起具有平行段的構造，由於以旋轉軸為中心形成對稱的構造，取得旋轉時的平衡，所以可以提高可靠性。
纜線109是用來控制葉片101之槳距角的電源或信號用，從葉片通過輪轂102、主軸103、增速機104、中空之接頭105、及發電機106，而連接至在與發電機的葉片101相反側的軸端設置的滑環。
第2圖是表示增速機104和發電機106之設置狀態的圖。
增速機104具備在主軸側與主軸103連結的驅動軸(輸入軸)104a，將增速後的旋轉傳遞至增速機的反驅動軸(輸出軸)104b。前述之軸是同樣配置在旋轉中心軸上且中空的構造。在其中空內，貫穿著在增速機內貫穿的增速機側中空旋轉軸201。為了讓增速機側中空旋轉軸201是以與葉片101、輪轂102的相同旋轉速度進行旋 轉，而以增速機的驅動軸104a和支撐構件104c進行連結。增速機104的反驅動軸側的中空旋轉軸201，是憑藉在增速機104的反驅動軸104b側設置的軸承202進行支撐。增速機側中空旋轉軸201內是形成供電纜通過。
發電機106具備將從增速機104來的旋轉，透過中空之接頭105來傳遞旋轉力的軸106a(輸入軸)、106b。發電機的軸106a、106b是形成中空構造，雖然亦可在發電機內部分割但在本說明為了簡便而以不分割的整根軸進行說明。發電機側中空旋轉軸204是貫穿發電機的軸106a、106b內。發電機側中空旋轉軸204是藉由設置在發電機106的反驅動軸106b側的發電機側中空旋轉軸用的軸承205進行支撐。發電機側中空旋轉軸204內是形成供電纜通過。
中空之接頭105是用來連接增速機的反驅動側軸104b和發電機的軸(驅動側)106a的接頭，將以增速機104增速之旋轉從增速機的反驅動側軸104b傳遞至發電機的軸(驅動側)106a。中空之接頭105是形成中空構造。再者，較理想為於中空之接頭105，從表面朝內部設置開口105a。雖然機艙107如前述般憑藉塔架108進行支撐，但塔架108通常設置於地上或海上、浮體結構物。所以，會因地震或風的影響造成機艙107搖動。這種時候，由於特別是增速機104和發電機106為重物，所以因搖動發生位移。中空之接頭105是應用可以某種程度吸收此些動作的構造，且抑制各機器的損傷。於中空之接頭 105內，從增速機側突出有貫穿增速機內而來的增速機側中空旋轉軸201，從發電機側是突出有貫穿發電機內的發電機側中空旋轉軸204。在本實施例中，中空旋轉軸是設置複數根(具體而言是兩根)，發電機側的發電機側中空旋轉軸204是在發電機的軸(驅動側)側106a不設置支撐軸承，與從增速機側貫穿而來的增速機側中空旋轉軸201(具有可撓性)以柔性結構的中空旋轉軸用接頭203進行連結。中空旋轉軸用接頭203是配置於增速機104和發電機106之間，將兩者加以連接。在本實施例中，相當於中空旋轉軸用接頭203設置在增速機和發電機之間的中空旋轉軸的可撓性構造。藉著採用柔性結構的中空旋轉軸用接頭203，可以提供不造成中空旋轉軸和增速機軸及發電機軸的妨礙，及不施加過大負荷於中空旋轉軸支撐軸承的中空旋轉軸構造。再者，發電機側的發電機側中空旋轉軸204是與增速機側的增速機側中空旋轉軸201一起，以與輪轂102、主軸103、增速機驅動側104a相同的轉數進行旋轉。將中空旋轉軸彼此連結的柔性結構的中空旋轉軸用接頭203的需求特性，是要求在周方向(yz方向)上讓增速機104的軸104a、104b及發電機106的軸106a、106b內側不接觸，並且可以支撐增速機側中空旋轉軸201及發電機側中空旋轉軸204的自重的剛性。於軸方向(中心軸x方向)，具有將增速機側中空旋轉軸201及發電機側中空旋轉軸204的熱伸長所造成的位移，收在支撐之軸承202、205的容許負荷內的剛性。
再者，從設在中空之接頭105的開口105a，可以進行將增速機側中空旋轉軸201和發電機側中空旋轉軸204以中空旋轉軸用接頭203連接的作業。藉此，在首先將中空之接頭105連接於各軸後，可以將增速機側中空旋轉軸201和發電機側中空旋轉軸204彼此的連接從作業用的開口105a執行，而能夠消除組裝順序的限制。
藉由以中空旋轉軸用接頭203進行連接，雖然增速機側中空旋轉軸201及發電機側中空旋轉軸204，是從增速機驅動軸104側貫穿至發電機軸(反驅動側106b)側，但中間隔著將增速機側中空旋轉軸201和發電機側中空旋轉軸204加以連接的中空旋轉軸用接頭203，在增速機反驅動軸104b側及發電機軸(反驅動側106b)側進行支撐。藉著確保其支撐軸承的間隔，即使在發生增速機104和發電機106的相對位移的情況下，亦可以旋轉軸用接頭203和軸承間隔長度來吸收位移。
[實施例2]
接著，使用第3圖表示本發明之第2實施例。此外，由於在第3圖中與第1圖及第2圖相同符號是表示相同零件，因而省略再次說明。在第1實施例中，雖然為了吸收各機器產生的位移所以將柔性結構的中空旋轉軸用接頭203，設置於支撐增速機側中空旋轉軸201及發電機側中空旋轉軸204的軸承間，但第2實施例所提及中空旋轉軸301本身具有(具可撓性)柔軟性的事項是在與 第1實施例做比較的情況下的變更處。
如第3圖所示般，在實施例2中不使用在增速機104和發電機106之間進行連接的柔性結構的接頭，而是將中空旋轉軸301以一根的中空軸構成。將中空旋轉軸301加以支撐的軸承，於增速機側與實施例1同樣地設置在反驅動軸104b側，於發電機側與實施例1同樣地設置在發電機軸(反驅動側106b)側，在確保軸承間隔的長度的方面與實施例1相同。藉著如此般構造，藉由中空旋轉軸30本身的柔軟性和軸承間隔長度，可以吸收位移並且可以減少零件數量。
[實施例3]
接著，使用第4圖表示本發明之第3實施例。此外，由於在第4圖中與第1圖至第3圖相同符號是表示相同零件，因而省略再次說明。在第1及第2實施例中，雖然將支撐中空旋轉軸的軸承設置於增速機及發電機外，但第3實施例將軸承設置於增速機及發電機內的事項，是在與第1及第2實施例比較的情況下的變更處。
如第4圖所示般，在實施例3將支撐增速機側中空旋轉軸201及發電機側中空旋轉軸204的軸承，憑藉在增速機內設置的軸承401及在發電機內設置的軸承402進行支撐。增速機內及發電機內例如有將軸承設置在增速機的反驅動軸104b內部、發電機的軸(反驅動側106b)側內部的方法。藉著如此般構造，可以將用來支撐 軸承的零件之刪除及系統整體的長度，以將軸承內置的部分來減少。
[實施例4]
接著，使用第5圖表示本發明之第4實施例。此外，由於在第5圖中與第1圖至第4圖相同符號是表示相同零件，因而省略再次說明。第4實施例之特徵為除了第1、第2及第3實施例之外，尚在發電機的軸(反驅動側106b)具備旋轉檢測裝置(旋轉檢測器501a及旋轉檢測用環501b)的事項。
一般的風車的構造，旋轉檢測器501a及旋轉檢測環501b是設置在滑環502之與前述葉片相反側的端部。滑環502的旋轉部是以與葉片101、輪轂102相同的旋轉速度進行旋轉。連接於滑環502之旋轉部的旋轉檢測器501a及旋轉檢測環501b，是檢測葉片101、輪轂102的旋轉速度而使用於風車控制。比起該情況，若如本實施例4般設置於發電機的軸(反驅動側107b)，發電機106的軸是在增速機104以將增速比分增速的速度進行旋轉。藉著將旋轉檢測器501a及旋轉檢測環501b設置在該發電機軸，因為在葉片101、輪轂102進行一次旋轉的期間，軸速度以增速比倍的旋轉速度進行檢測，所以可以以增速機的增速比分之一的分辨率進行檢測，可進行更細微的速度檢測。比起以與葉片101、輪轂102相同的速度進行旋轉檢測，可以以高分辨率檢測，而可將風車控制更細微地 加以設定。
[實施例5]
接著，使用第6圖、第7圖及第8圖表示本發明之第5實施例。此外，由於在第6圖、第7圖及第8圖中與第1圖至第5圖相同符號是表示相同零件，因而省略再次說明。第5實施例之特徵為將第4實施例的旋轉檢測環501b形成分割型。
第7圖是將實施例4的旋轉檢測環從軸方向x方向觀看的圖。
第8圖是將本實施例5之分割型的旋轉檢測環的一例從軸方向觀看的圖。
將未分割的旋轉檢測環501b安裝於發電機軸106b時，必須從軸方向插入。藉著形成分割型的旋轉檢測環601，可從軸的周方向進行安裝，而提昇組裝性及分解性。
此外，本發明並非限定於上述實施例，而是包含各式各樣變形例。例如，上述實施例是為了易於瞭解地說明本發明而進行詳細說明，並非限定必須具備所說明之全部構造。另外，能夠將某實施例之構造的一部分置換為其他實施例的構造，也能夠在某實施例之構造加上其他實施例的構造。另外，可針對各實施例的構造的一部分，進行其他構造的追加、削除、置換。
104‧‧‧增速機
104a‧‧‧増速機的驅動軸
104b‧‧‧增速機反驅動軸(輸出軸)
104c‧‧‧支撐構件
105‧‧‧中空之接頭
105a‧‧‧開口
106‧‧‧發電機
106a‧‧‧發電機的軸(驅動側)
106b‧‧‧反驅動軸
109‧‧‧纜線
201‧‧‧增速機側中空旋轉軸
202、205‧‧‧中空旋轉軸支撐用軸承
203‧‧‧中空旋轉軸用接頭
204‧‧‧發電機側中空旋轉軸

Claims (7)

  1. 一種風力發電裝置，其特徵為：具備：中空之主軸，連接於支撐葉片的輪轂；中空之增速機，將前述主軸的旋轉加以增速輸出；中空之發電機，藉由前述增速機所增速的旋轉力進行發電運轉；中空旋轉軸，是將前述主軸、前述增速機及前述發電機的中空內貫穿；中空之接頭，連接於前述增速機的輸出軸及前述發電機的輸入軸；第1軸承，將前述增速機的輸出軸和前述中空旋轉軸加以支撐；以及第2軸承，將前述發電機的旋轉軸和前述中空旋轉軸加以支撐，至少在前述增速機和前述發電機之間的前述中空旋轉軸設置可撓性構造。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的風力發電裝置，其中前述中空旋轉軸是以複數根形成，具備中空旋轉軸用接頭，該中空旋轉軸用接頭是配置在前述增速機和前述發電機之間將前述中空旋轉軸彼此連接並且具有可撓性。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載的風力發電裝置，其 中前述中空旋轉軸具有可撓性。
  4. 如申請專利範圍第1、2、或3項所記載的風力發電裝置，其中在前述中空之接頭設置開口。
  5. 如申請專利範圍第1、2、或3項所記載的風力發電裝置，其中前述第1軸承是配置在前述增速機的內部，前述第2軸承是配置在前述發電機的內部。
  6. 如申請專利範圍第1、2、或3項所記載的風力發電裝置，其中進一步具有前述發電機，並且具備：往與前述增速機相反側突出的發電機軸，以及設置在該發電機軸上檢測前述發電機的旋轉速度的旋轉檢測裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載的風力發電裝置，其中前述旋轉檢測裝置是配置於前述發電機軸的周圍，並且具備至少分割成兩個的旋轉檢測環。
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