TWI296302B - - Google Patents

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TWI296302B
TWI296302B TW093129050A TW93129050A TWI296302B TW I296302 B TWI296302 B TW I296302B TW 093129050 A TW093129050 A TW 093129050A TW 93129050 A TW93129050 A TW 93129050A TW I296302 B TWI296302 B TW I296302B
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Masaaki Shibata
Hisao Miyake
Tomohiro Numajiri
Yasuyoshi Tozaki
Katsuhiko Shoda
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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Description

1296302 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種風力發電用之風車。 【先前技術】 〃風力發電用之風車係在設置於支柱上之短臉上設有風車 旋翼’經由主轴等輸入該風車旋翼所受之風力之增速機， 及由增速機之輸出所驅動之發電機者。這種風力發電用之 風車記載於後述之專利文獻i、2、3。 例如，專利文獻丨中所記載之風力發電用之風車係設有風 車旋翼之轉子直接裝在增速機之行星架上，並由增速機所 支持之構造。 此外，專利文獻2中所記載之風力發電用之風車係轉子之 軸轂直接裝在行星座，並由增速機所支持之構造。 再者，專利文獻3中所記載之風力發電用之風車係轉子嵌 入增速機内，並由增速機所支持之構造。此外，該轉子直 接安裝有增速機之環狀齒輪架及環狀齒輪，轉子本身構成 增速機之一部分。 [專利文獻1]歐洲專利申請公開第08 11764號說明書（第3 欄，及圖1) [專利文獻2]國際公開第02/079644號小冊子（第4欄，及 圖2) [專利文獻3]美國專利申請公開第2〇〇2/〇〇49108號說明 書（摘要，及圖示） [發明所欲解決之問題] 96227-960611 .doc 1296302 可是，該等先前之風力發電用之風車存在以下問題。即 由於風車凝翼及轉子係由增速機支持之構造，增速機及支 持增速機之增速機支持體要求只是能夠接住添加於轉子之 負載，例如徑向負載、推力負載、彎曲負載之強度。 增速機之大小不僅受其增速比，還受所要求之強度支 配。即，即使係同樣的增速比，強度高的增速機會因此變 大。因此，專利文獻丨、2、3之中所記載之風力發電用之風 車需要使用大型的增速機。 而且，該等大型的增速機由於重量重，添加於增速機單 體、短艙及支持短艙的支柱之負載亦變大。因此，需要使 該等構件亦持有更高強度，此時該等構件將大型化，重量 亦會增加。 根據該等理由，先前之構成之風力發電用之風車不僅製 造成本高1速機及短m等各構成構件之搬運、安 裝作業亦會變困難。 並且’如此使用該等大型的增速機，短臉内之空間將變 窄，短艙之構造之自由度及設置於短艙内之零件之配置之 自由度將變低，設計費事。 此外’如此轉子由增速機所支持之構成，在因維修而分 解增速機時’需要暫時將轉子從增速機取下放置地面上: 所以維修作業變得繁雜。 本表明鑒於該等情形而完成 π隹％、提供一種犯歹口j 設置於短擒上之構件小型、輕量化，並且容易維修之風 發電用之風車。 96227-960611.doc 1296302 【發明内容】 為解決上述課題，本發明之風力發電用之風車採用有以 下手段。 $ 外即’關於本發明之風力發電用之風車具有以下特徵·於 -又置於支柱上之短驗設有安裝風車旋翼之主軸、增速該主 轴之旋轉並輸4之增速機及被該增速機之輸出所驅^發 電機_Li4主軸連接於上述增速機之輸入轴端，並經由一 台複數排滾錐軸承為上述短艙所支持。 、關於本發明之風力發電用之風車，由設置於短餘之一台 複數排滾錐軸承支持主軸。複數排滾錐軸承係單體且能狗 承受施加於所支持軸之徑向負載、推力負載及彎曲負載 者。即，施加於主軸之徑向負載、推力負載及彎曲負載全 部由該一台複數排滾錐軸承承受。 如此_於本發明之風力發電用之風車由於由一台複數 排滾錐軸承支持主軸，所以主軸之支持構造變得小型。 再者如此施加於主軸之徑向負載、推力負載及彎曲負 載由複數排滾錐軸承承受，所以為增速機所要求之強度小 即可。 增速機之大小不僅受其增速比，還受所要求之強度支 配。關於本發明之風力|電用之風車由於如此為增速機所 要求之強度小即可’所以作為增速機，可以使用比用於先 前之風力發電用之風車者小型、輕量者。 再者，主軸連接於增速機之輸入軸，由於主軸與增速機 可以分離，戶斤以在維修增速㈣，能狗將增速機和主軸分 96227-960611.doc !2963〇2 ’只維修增速機。同樣在維修主軸時，可以將主軸和增 逮機分離，只維修主軸。 關於本發明之風力發電用之風車具有以下特徵·於設置 =支柱上之短艙設有安裝風車旋翼之主軸、增速該主軸之 =轉並輸出之增速機及被該增速機之輸出所驅動之發電 機j上述主軸連接於上述增速機之輸入軸端，並經由具有 承受徑向負載之滚子之列與承受推力負載之一對滾子之列 之一台三排滾子軸承，為上述短艙所支持。 如此，關於本發明之風力發電用之風車由於由具有承受 徑向負載之滾子之列與承受推力㈣之—對滾子之列之一 台三排滾子軸承支持主軸，所以主軸之支持構造變得小型。 此外，如此施加於主轴之徑向負載、推力負載及彎曲負 載由各滚子軸承之列所承受’所以為增速機及增速機支持 體所要求之強度小即可。 增速機之大小不僅受盆辦诘μ 又/、丨日迷比，遇受所要求之強度支 配。關於本發明之風力發雷 、 用之風車由於如此為增速機所 要求之強度小即可，所以作為辦 卞馬、速機，可以使用比用於先 前之風力發電用之風車者小型、輕量者。 此外，主軸連接於增速$ t ^ 俄之輸入軸，由於主軸與增速機 可以分離，所以在維修增诘M _ θ速機時，能夠將増速機和主軸分 離，只維修增速機。同樣在維修 ι王釉時，可以將主軸和辦 速機分離，只維修主軸。 曰 私、赞明具有以下特徵：其係請^ 1或2所記載之風力發電用之 風車，上述主軸對於軸線〕 96227-960611.doc 1296302 長度形成外徑大的圓環狀或者圓盤狀。 如此構成之風力發電用之風車對於軸線方向長度較大地 設定外徑（外徑與軸線方向長度之比設定得較大）。即，對於 先别之主軸，縮短其軸線方向長度。但是，主軸確保有設 置複數排滾錐軸承之空間。 藉此，可抑制主軸之軸線方向長度，可抑制主軸之重量。 此外，由於風車旋翼在迎風時施加於主軸之彎矩變小， 所以為主軸及主軸支持構造所要求之強度小即可。 而且，由於如此為主軸及主軸支持構造所要求之強度變 小，所以主軸及主軸之支持構造能夠更小型化。 此外，請求項4所記載之發明具有以下之特徵：其係請求 項1或者2所記載之風力發電用之風車；上述主軸與上述辦 速機之輸人軸經由連詩連接；請求項5所記載之 ^ 以下之特徵：其係請求項3所記載之風力發電用之風車1 述主軸與上述增速機之輸入軸經由連結器連接。， 如此構成之風力發電用之風車由於主 軸經由連結器連接，所以 逯機之輸入 等需熟練之調整作章.XT轴與輸入轴之校准調整 卞栗組裝與維修變得容易。 此外，由於藉由連結器亦可防止 負載、推力貞載及f曲負载 增速機之徑向 之強度更切可。貞栽之傳達，所以為增速機所要求 除齒輪式連結器、圓盤式 藉由銷之連接構造之外， 在此，本發明中作為連結器 連結器、藉由套管之連接構造 可使用任意之連結器。 96227-960611.doc 1296302 [發明之效果] ::本發明之風力發電用之風車，由於能夠使主轴之支 、冓造、增速機之類之設置於絲之構件小型、輕量化， 所以能夠使短艙小型、輕量化。此外，由於能夠如此使短 艙及設置於短艙上之構件小型、輕量化，所以短艙及各構 件之搬达、安裝變得容易。此外，施加於支持該等構件之 支柱之負擔減少，支柱之構造亦能夠簡化。 此外，由於主軸與增速機在構造上分離，所以可以獨立 維修此等，提高維修性。 【實施方式】 以下對關於本發明之實施形態，參照圖式施行說明。 [第一實施形態] 以下，對於本發明之第一實施形態，使用圖丨至圖3施行 說明。 有關本實施形態之風力發電用之風車丨，如圖i所示，包 含立設於基礎B上之支柱2、設置於支柱2之上端之短艙3及 可以圍繞大致水平軸線旋轉而設置於短艙3之轉子頭4。 轉子頭4圍繞其旋轉轴成放射狀安裝有複數片風車旋翼 5。因此，可將從轉子頭4之旋轉軸線方向碰到風車旋翼5 之風力轉換成使轉子頭4圍繞旋轉軸線旋轉之動力。 支柱2形成上下連接例如複數組合之構成。短艙3設置於 構成支柱2之組合中，設在最上部之組合上。 短艙3包含安裝於支柱2之上端之短艙底板6(參照圖2)及 從上方覆蓋該短艙底板6之蓋7(參照圖1)。 96227-960611.doc 1296302 在此，短艙底板6係能夠對於支柱2在水平面上旋轉地設 置’短臉3藉由未圖式之驅動裝置驅動短艙底板6，藉此能 夠改變在水平面上之方向。 短艙底板6如圖2所示，包含於支柱2之上端大致水平地安 裝之底部6a及從上方覆蓋底部6a之殼體6b。 殼體6b包含從與底部6a之連接部向上方起立之壁部W1 及連接該壁部W1與底部6a之周邊部彼此之圓頂部W2。 此外’在壁部W1形成有第一開口部η 1，位於圓頂部W2 在對向於第一開口部Η1之位置設置有第二開口部Η2。而 且，通過該等第一、第二開口部H1、Η2連接設置於短艙底 板6之内外之構件彼此。 短艙底板6如圖2所示，設置有主軸u、增速主軸丨丨之旋 轉並輸出之增速機12及由增速機12之輪出所驅動之發電機 13 〇 增速機12設置於短艙底板6内，發電機13配置於短艙底板 6外之與圓頂部W2之第二開口部Η2相對之位置處。該等增 速機12及發電機13分別由未圖式之支撐等固定於短艙底板 6 〇 增速機12係輸入轴12a通過第一開口部Η1，限制對於主軸 11之圍繞軸線之相對旋轉而連接，將從主轴11輸入至輸入 軸12a之旋轉增速至適合發電機13之發電之旋轉速度，並輸 出至輸出軸12b者。 關於本實施形態之增速機12係施行一段或者複數段之增 速者，例如在輸入軸12a與輸出軸12b之間，使用有行星齒 96227-960611.doc -12· 1296302 輪裝置之行星段及使用有正齒輪裝置之平行段各自一段或 者複數段串聯設置。此外，藉由該等行星段、平行段，將 輸入至輸入軸12a之旋轉各自增速，最終作為適當的旋轉速 度輸出至輸出軸12b。 此外，發電機13之發電機軸（未圖式）通過第二開口部 H2 ’限制對於增速機12之輸出轴12b之圍繞轴線之相對旋轉 而連接，藉由輸出軸12b旋轉驅動發電機13施行發電。 在此，作為發電機13，可以使用感應型、線圈型、2次電 阻控制線圈感應型（以下RCC、轉子電流控制型）、2次勵磁 控制線圈感應型（以下D.F、靜止謝爾比烏斯（scherbius)式、 同步型、永久磁鐵型、感應多極式等任意形態之發電機13。 主軸11配置於短艙底板6外之與壁部W1之第一開口部Η1 相對之位置。主軸11將其軸線方向之一端朝向第一開口部 Η1而設置，在主軸11與壁部W1之間介裝有複數排滚錐轴承 16。主軸11對於增速機12之輸入軸12a之前端，經由複數排 滾錐軸承16而連接。 此外，在主軸11之轴線方向之另一端，轉子頭4限制圍繞 對於主軸11之旋轉軸線之相對旋轉而設置。藉此，轉子頭4 與主軸11可圍繞軸線一體旋轉。 複數排滾錐軸承16在主軸11之軸線方向之一端與壁部 W1之間，與主軸11同軸設置，將主軸11能夠圍繞其軸線旋 轉地支持。即，主軸11經由複數排滾錐軸承16被壁部W1所 支持。 此外，複數排滾錐軸承16與增速機12之輸入軸12a之間設 96227-960611.doc -13· 1296302 置有連結器17(參照圖3)。即，主軸11對於輸入軸12a，經由 複數排滾錐軸承16及連結器17而連接。在此，本實施形態 使用齒輪式連結器作為連結器17。 以下對於主軸11之構造、主軸11之支持構造及主軸丨i與 增速機12之連接構造，使用圖2及圖3進行詳細說明。 如圖2所示’主轴11為短軸’具體而言，外徑d 1對於軸線 方向長度L1形成大的大致圓環狀（亦可為大致圓盤狀）。此 外，關於主軸11之軸線方向之端部，在裝有轉子頭4之一端 設置有第一凸緣11a。在該第一凸緣11 a藉由栓固等安裝有 轉子頭4。 此外’在主軸11之軸線方向之另一端設置有第二凸緣 lib。在該第二凸緣ub藉由栓固等連接複數排滾錐軸承16。 如圖2及圖3所示，複數排滾錐軸承16包含對於壁部由 栓固等連接之外環l6a及同軸設於外環16a之徑向内側並且 主軸11由栓固等連接之内環16b。 如圖3所示，在與該等外環16a、内輪16b之間，沿圓周方 向没置有複數個滚動體。使用錐形滾子（圓錐滾子）R作為滚 動體。以下，關於複數排滾錐軸承16，將在軸線方向同一 位置配置於圓周方向之錐形滾子統一稱為錐形滾子排。該 錐形滾子R排係沿軸線方向配置複數排（本實施形態顯示設 置兩排錐形滾子R排之例）。 進一步對具體的構成進行說明，在外環16a之内周面遍及 全周設置有對於軸線傾斜之外環傾斜面C1。該外環傾斜面 ci沿軸線方向設置兩個，每個外環傾斜面ci各自對於軸線 96227-960611.doc -14- 1296302 之傾斜方向形成相反方向。 在本實施形態，主軸丨丨側之外環傾斜面c丨形成主軸丨i側 位於控方向外側，增速機12側位於徑方向内侧之傾斜面。 此外’增速機12侧之外環傾斜面。形成主軸丨丨側位於徑方 向内側’增速機12側位於徑方向外侧之傾斜面。即，外環 16a之内周面形成剖面視山形。 此外’關於内環16b之外周面，在與各外環傾斜面c丨相對 向之位置’各自設置有内環傾斜面C2。各内環傾斜面（：;2之 傾斜方向形成與相對向之外環傾斜面c丨之傾斜方向相同之 方向’各内環傾斜面C2對於軸線之傾斜角度比相對向之外 環傾斜面C1設定得稍為不陡。 在本實施形態，主軸11侧之内環傾斜面C2形成主軸丨i侧 位於徑方向外侧，增速機12側位於徑方向内側之傾斜面。 此外’增速機12侧之内環傾斜面C2形成主軸丨丨側位於徑方 向内側，增速機12側位置於徑方向外側之傾斜面。即，内 環16b之内周面形成剖面視谷形。 錐形滾子R在該等外環傾斜面C1與内環傾斜面C2之各對 之間，各自沿圓周方向設置複數，該等錐形滾子R排配置有 設於主軸11側之排及設於增速機丨2侧之排之共兩排。 各排之錐形滾子R係對於複數排滚錐軸承丨6之軸線，在與 相對向之外環傾斜面C1、内環傾斜面C2相同方向使轴線傾 斜而設。 具體而言，各排之錐形滾子R係各自小徑側位於徑方向 側，大徑側位於徑方向外側而設。而且，在主軸丨丨側之滾 96227-960611.doc -15- 1296302 錐軸承R排，錐形滾子R係大徑侧面向主軸11側，小徑側面 向增速機12側而設置。此外，在增速機12側之滾錐軸承r 排，錐形滾子R係大徑側面向增速機12側，小徑側面向主軸 11侧而設置。 上述連結器17如圖2及圖3所示，由複數排滾錐軸承16之 内環16b、在複數排滾錐軸承16與輸入軸12a之間與輸入軸 12a大致同軸而介裝之大致圓筒形狀之内筒is及輸入軸12a 構成。在此，輸入軸12a之前端部形成圓筒狀，在其内部插 入有内筒18之軸線方向之一端。而且，藉由使增速機12移 動至發電機13側，能夠從輸入軸12a内抽出内筒18，解除輸 入軸12a與内筒18之接合。 如圖3所示，在内環16b之内周面設置有第一内齒輪21， 於内筒18，在與内環16b之内周面相對向之區域設置有嚙合 於第一内齒輪21之第一外齒輪22。 於内筒18，在插入輸入軸12a之區域設置有第二外齒輪 23，在輸入轴12a之前端部内面設置有與第二外齒輪23嚙合 之第二内齒輪24。 第二内齒輪24形成比第一内齒輪21小徑，藉此，在内環 10b與輸入軸l2a之間施行轉矩傳達。 以下，對於如此構成之風力發電用之風車1之動作進行說 明。 關於風力發電用之風車1，可將從轉子頭4之旋轉軸線方 向碰到風車旋翼5之風力轉換成使轉子頭4圍繞旋轉軸線旋 轉之動力。 96227-960611.doc -16- 1296302 忒轉子頭4之旋轉傳達至主軸11，從主軸丨丨通過複數排滾 錐軸承16之内環16b、連結器17之内筒18，傳達至增速機12 之輸入軸12a。並且，該旋轉由增速機12增速，通過輸出軸 12b輸入發電機13，施行由發電機丨3之發電。 此處至少進行發電之間，適當使短艙3在水平面上旋轉， 將轉子頭4朝向上風，以便可使風力有效作用於風車旋翼5。 如此風碰到風車旋翼5時，於主軸11除旋轉轉矩外還施加 徑向負載、推力負載及彎曲負載。 然而，在有關本實施形態之風力發電用之風車1，如此施 加於主軸11之負載由支持主軸U之複數排滾錐軸承16承 受，對增速機12之輸入軸12a幾乎不傳達旋轉轉矩以外之負 載。 以下，對於複數排滚錐軸承16之作用進行具體說明。 關於複數排滾錐軸承16，在内環16b之徑方向外側設置有 錐形滾子R排。在該錐形滾子R排之更加徑方向外側設置有 外環16a，該外環16a由短艙底板6之壁部W1所支持。 即，内環16b由於由壁部W1進行徑方向支持，所以即使 向主軸11施加徑向負載，亦可將主軸丨丨向徑方向之位移限 制在最小限度。如此，即使向主軸U施加徑向負載，由於 該徑向負載由複數排滾錐軸承16承受，所以向增速機12之 輸入轴12a亦幾乎不傳達徑向負載。 並且，在複數排滾錐軸承16,錐形滾子R排沿軸線方向設 置有兩排。即，由於内環16b由軸線方向之兩處所支持，即 使向主軸11施加彎曲負載，亦可將主軸11之傾斜限制在最 96227-960611.doc -17- 1296302 =限度。如此’即使向絲lu“f曲負載，由於該彎曲 負載由複數排滾錐軸承16承受，所以向增速機以輸入轴 12a亦幾乎不傳達彎曲負載。 • 另一方面，關於複數排滾錐軸㈣，在外環16a之内周 面，對於軸線傾斜之外環傾斜SC1沿轴線方向設置有兩 個’在内環⑽，與各外環傾斜面叫目對向設置有内環傾斜 面C2。 而且，此等外環傾斜面C1與内環傾斜面c2之對各自對於 軸線之傾斜方向形成相反方向。 因此，向主軸11施加推力負載時，即使推力負載施加之 方向為軸線方向之任何方向，於此等外環傾斜面C1與内環 傾斜面C2之對中任何-方之對，内環傾斜面C2亦隔著錐形 滾子R由外環傾斜面C1所承受。 即，内環16b由外環l6a及錐形滾子R從軸線方向亦支持， 即使向主軸11施加推力負載，由於該推力負載由複數排滚 錐軸承16承受，所以向增速機12之輸入軸12a亦幾乎不傳達 推力負載。 如此，關於本實施形態之風力發電用之風車1，由於由一 台複數排滾錐軸承16支持主軸11，所以主軸11之支持構造 變得小型。 再者’如此施加於主轴11之徑向負載、推力負載及彎曲 負載由複數排滾錐軸承16承受，所以為增速機丨2及增速機 支持體所要求之強度小即可。 並且，由於如此為增速機12所要求之強度小即可，所以 96227-960611.doc -18- 1296302 作為增速機12可以使用比用於先前之風力發電用之風車者 小型、輕量者。 此外，主軸11對於軸線方向長度L1形成外徑D1大的圓環 狀。即，主軸11之長度L(軸線方向之尺寸）比先前之主軸設 定得短。 藉此，可抑制主軸11之重量，此外，由於風車旋翼5在迎 風時施加於主軸11之彎矩變小，所以為主軸11及主軸丨i之 支持構造所要求之強度小即可。 而且，由於如此為主軸11及主軸11之支持構造所要求之 強度變小，所以主軸11及主軸U之支持構造能夠更小型化。 如此，關於本實施形態之風力發電用之風車1，由於能夠 使主軸11之支持構造、增速機12、增速機之支持體之類之 叹置於短艙3上之構件小型、輕量化，所以能夠使短臉3小 型、輕里化。此外’由於能夠如此使短驗3及設置於短艙3 上之構件小型、輕量化，所以短艙3及各構件之搬送、安裝 變得容易。此外，施加於支持該等構件之支柱2之負擔減 少，支柱2之構造亦能夠簡化。 此外，風力發電用之風車丨之主軸丨丨與增速機12在構造上 分離。因此，主軸U與增速機12可以分別獨立維修，維修 性高。 " 例如，在維修增速機12時，可以將增速機12和主軸“分 離不從短艙3卸下主軸11，而只維修增速機丨2。此外，在 維修主軸11時，可以將主軸u和增速機12分離，只維修主 軸11。 96227-960611.doc -19- 1296302 此外，由於主軸11與增速機12之輸入軸12a經由連結器17 連接，所以不需要主軸^與輸入軸12a之校准調整等需熟練 之調整作業，組裝與維修變得容易。 此外，由於藉由連結器17亦可防止從主軸丨丨至增速機12 之徑向負冑、推力負載及彎曲負載之傳達，所以為增速機 12及增速機支持體所要求之強度更小即可。 並且，在本實施形態主軸丨丨與增速機12經由齒輪式連結 為之連結器17連接。而且，藉由將增速機12向離開主軸u 之方向抽出，分離連結器17，能夠容易分開主軸u與增速 機12。如此，關於本實施形態之風力發電用之風車丨，主軸 11與增速機12能夠容易分離，維修性高。 此處，在本實施形態中，作為連結器，顯示使用齒輪式 連結器之例，但不限於此，除圓盤式連結器、藉由套管之 連接構造、藉由銷之連接構造之外，可使用任意之連結器。 [第二實施形態] 以下，對於本發明之第二實施形態使用圖4進行說明。 關於本實施形態之風力發電用之風車31係如圖4所示，對 於第一實施形態所示之風力發電用之風車1變更一部分構 成者。 以下，關於風力發電用之風車31，對於與風力發電用之 風車1相同或同樣之構成使用同一符號表示，對於已經說明 之構成省略詳細說明。 關於本實施形態之風力發電用之風車31係以對於風力發 電用之風車丨更改主軸之形狀、主軸之支持構造及增速機之 96227-960611.doc -20- 1296302 構成為主要特徵者。 在風力發電用之風車31作為連接轉子頭4之主軸，使用短 軸之主軸32，具體而言，對於軸線方向長度L2外徑D2大之 大致圓環狀之主軸32(大致圓盤狀亦可）。 並且，轉子頭4與主軸32由例如栓固等任意之連接構造連 接。 主軸32其外周由複數排錐形軸承16之内環16b所承受，經 由複數排錐形軸承16由短驗底板6所支持。 此外，在主軸32之徑方向内侧，經由連結器33連接有增 速機34之輸入軸34a。輸入軸34a對於主軸32限制圍繞同軸 並且對於主軸32之軸線之相對旋轉而連接。 作為連結器33，使用例如由設置於主軸32之内周面之内 齒輪及設置於輸入軸34 a之外周面而與内齒輪相嚙合之外 齒輪構成之齒輪式連結器。在此，連結器33不限定與齒輪 式連結器，除圓盤式連結器、藉由套管之連接構造、藉由 銷之連接構造之外，可使用任意之連結器。 增速機34係將從主軸32輸入至輸入軸34a之旋轉增速至 適當的旋轉速度而輸出至輸出軸34b，輸入軸端及輸出軸端 以外之部分收容在外箱34c内。 在輸入軸34a與輸出軸34b之間設置有使用行星齒輪裝置 之行星段36及使用與行星段36串聯連接之正齒輪之平行段 37 ’並在各段施行增速。在本實施形態增速機34具有一段 行星段36與兩段平行段37，將從輸入軸34a輸入之旋轉經三 個階段之增速而增速至適當的旋轉速度。 96227-960611.doc -21- 1296302 行星段36係設置與輸入軸34a與平行段37之間者，即所_ 的行星方式者。具體而言，包含設置於平行段37之輪^車由 37a之太陽齒輪41、與太陽齒輪41同軸並且同一轴線方向位 置所設置之環狀之内齒輪42及設置於太陽齒輪41與内齒_ 42之間並與該等齒輪相响合之一對行星齒輪43、44。 内齒輪42由未圖式之支撐等固定設置於外箱3牧上、限制 對於外箱34c之圍繞軸線之相對旋轉。 一對行星齒輪43、44挾住太陽齒輪42設置於相反侧、各 行星齒輪43、44之支持軸43a、44a各自支持於輸入軸34a。 輸入軸34a係與主軸32同軸而設者，包含插入主軸32之徑 方向内側之圓盤部46(亦可為圓環部）及從圓盤部46突出至 行星齒輪43、44側，並且一面容許圍繞軸線旋轉一面支持 行星齒輪43、44之支持軸43a、44a之軸承部47。 在如此所構成之風力發電用之風車31，一旦主軸32由風 力圍繞軸線旋轉驅動，藉由連結器33與主軸32連接之增速 機34之輸入軸34a亦與主軸32—體圍繞軸線旋轉。 於是，保持於輸入軸34a之軸承部47之行星齒輪43、44圍 繞輸入軸34a之軸線旋轉（公轉）。 行星齒輪43、44藉由與固定設置之内齒輪42相嚙合，並 圍繞輸入軸34a之轴線旋轉驅動，各自圍繞支持軸43a、44a 旋轉（自轉）。 如此藉由行星齒輪43、44各自自轉，與行星齒輪43、44 相嚙合之太陽齒輪41與平行段37之輸入軸37a一同圍繞軸 線旋轉驅動。 96227-960611.doc -22- 1296302 如此，行星段36將主軸32之旋轉增速一段並傳達至平行 段37。平行段37將輸入至輸入軸37a至旋轉再增速兩段，輸 出至輸出軸34b。而且，輸出軸3 4b之旋轉輸入至發電機π， 提供給發電機13發電。 關於如此構成之風力發電用之風車3 1，亦可以採用與增 速機34構造不同之其他增速機。 以下，對於關於本實施形態之風力發電用之風車之增速 機之其他構成例，使用圖5至圖7進行說明。 如圖5所示之增速機51(第一例）係在如圖4所示之增速機 34使用所謂星（star)方式之行星段52代替行星段36者。具體 而言，行星段52係在行星段36藉由連接於外箱34c(在圖5未 圖式）之支撐53支持，代替將行星齒輪43、44之支持軸43a、 44a支持在輸入軸34a而構成。 在此，支持軸43a、44a係限制圍繞太陽齒輪41之旋轉（公 轉）而被支持’行星齒輪43、44係能夠各自自轉地被支持。 此外，在行星段52，使用輸入軸51a代替設置輸入軸34a 與内齒輪42。輸入軸51a包含同軸插入在主軸32之徑方向内 侧之圓柱部56(亦可為圓筒部）及與設置於圓柱部％之太陽 齒輪41側之行星齒輪43、44相唾合之内齒輪57。 在此’圓柱部5 6亦對於主軸3 2經由連結器3 3連接。 在如此所構成之增速機51，一旦主軸32由風力圍繞軸線 旋轉驅動’藉由連結器33與主軸32連接之增速機51之輸入 軸5 la亦與主轴32—體圍繞軸線旋轉。 於是，與輸入轴5 la之内齒輪57相响合之行星齒輪43、44 96227-960611.doc -23- 1296302 各自自轉。 如此，藉由行星齒輪43、44各自自轉，與行星齒輪43、 44相嚙合之太陽齒輪41與平行段37之輸入軸37a—同圍繞 軸線旋轉驅動。 如此，在行星段52將主軸32之旋轉增速一段並傳達至平 行段37。 如圖6所示之增速機61(第二例）係於如圖4所示之增速機 34，使用所謂複合行星方式之行星段62取代行星段％。具 體而言，在行星段62將於行星段36與内齒輪42相嚙合之太 陽齒輪41比内齒輪42移動到平行段37側而設置。而且，為 取代行星齒輪43、44，設置有與太陽齒輪41相嚙合之第一 行星齒輪63、64，及配置於該等第一行星齒輪63、M之輸 入軸34a側並各自與内齒輪42相嚙合之第二行星齒輪66、 67 〇 第一行星齒輪63和第二行星齒輪66係藉由輸入軸3乜所 支持之支持軸68限制同軸及圍繞軸線之相對旋轉而所支 持。同樣，第一行星齒輪64和第二行星齒輪67係藉由輸入 軸34a所支持之支持軸69限制同軸及圍繞軸線之相對旋轉 而所支持。 在此，第一行星齒輪63和第二行星齒輪66可與支持軸68 一同圍繞軸線旋轉。同樣，第一行星齒輪64和第二行星齒 輪67可與支持軸69—同圍繞軸線旋轉。 在該增速機61，一旦輸入軸34a旋轉，保持於輸入轴34a 之第二行星齒輪66、67就公轉。第二行星齒輪66、67與内 96227-960611.doc -24· 1296302 齒輪42相嚙合，故如此公轉，和支持軸68、69一同自轉。 如此，一旦第二行星齒輪66、67自轉，經由該等第二行 星齒輪66、67與支持軸68、69所連接之第一行星齒輪63、 64亦自轉。藉此，旋轉驅動與該等第一行星齒輪63、以相 嚙合之太陽齒輪41，向後段之平行段37輸入旋轉。 在忒增速機61，由於太陽齒輪41及第一行星齒輪ο、" 比内齒輪42更位於平行段37侧，所以無需將該等齒輪組之 尺寸收到内齒輪42之内徑以内。 即在該增速機61，可將第一行星齒輪63、64之直徑形 成比第二行星齒輪66、67大徑，並於該等第一、第二行星 齒輪之間可以施行一段增速。 因此，該增速機61與圖4所示之增速機34相比，能夠更加 提南增速比。 如圖7所示之增速機71 (第三例）係於如圖5所示之增速機 5 1，使用所謂複合行星方式之行星段72取代行星段52者。 具體而言，在行星段72將於行星段52與内齒輪42相嚙合之 太陽齒輪41比内齒輪42移動到平行段37側而設置。而且， 為取代行星齒輪43、44,設置有與太陽齒輪41相嚙合之第 一行星齒輪73、74，及配置於該等第一行星齒輪73、74之 輸入軸34a側並各自與内齒輪42相嚙合之第二行星齒輪 76 > 77 〇 第一行星齒輪73和第二行星齒輪76經由支撐80設置於未 圖式之外箱所支持之支持軸78，該等第一行星齒輪73和第 二行星齒輪76係由支持軸78限制同軸及圍繞軸線之相對旋 96227-960611.doc -25- 1296302 轉而所支持。同樣，第一行星齒輪74和第二行星齒輪77經 由支撐80設置於外箱所支持之支持軸79，該等第一行星齒 輪74和第二行星齒輪77係由支持韩79限制同轴及圍繞轴線 之相對旋轉而所支持。 苐行星齒輪73和第二行星齒輪76可盘支持軸78 -同圍繞軸線旋轉。同樣，第一行星齒輪?4和第二行星齒 輪77可與支持軸79_同圍繞軸線旋轉。 在該增速機71，-旦輸入轴51a自轉，與輸入轴w之内 齒輪57相嚙合之第二行星齒輪76、77就各自自轉。 如此，一旦第二行星齒輪76、77自轉，和此等經由支持 轴78、79所連接之第一行星齒輪乃、”亦自轉。藉此，旋 轉驅動與第一行星齒輪73、74相嚙合之太陽齒輪“，向後 丰又之平彳于段3 7輸入旋轉。 在該增速機71，由於太陽齒輪41及第一行星齒輪73、74 比内齒輪42更位於平行段37側，所以亦無需將該等齒輪組 之尺寸收到内齒輪42之内徑以内。 因此，可將第一行星齒輪73、74之直徑形成比第二行星 齒輪76、77大徑，並於該等第一、第二行星齒輪之間可以 施行一段增速。 因此，該增速機71與圖5所示之增速機51相比，能夠更加 提高增速比。 此外，上述之增速機51、61、71之構成亦可適用於第一 實施形態所示之風力發電用之風車1之增速機12。 在此，於上述之各實施形態亦可使用多極發電機作為發 96227-960611.doc -26- I2%3〇2 電機13。 多極發電機即使發電機13之發電機軸之旋轉速度慢亦能 夠產生充分之電力。即，由增速機產生之增速比小即可， 作為增速機能夠使用施行只是一段增速之增速機。 例如’如圖8所示，作為增速機可使用只由上述行星段36 構成之增速機81，或如圖9所示，作為增速機可使用只由上 述行星段52構成之增速機82。 此外，發電機由於極數多則能降低可安定發電之發電機 轴之旋轉速度之下限，所以使用8極以上者為佳。 圖8和圖9係增速機架及發電機之定子直接組裝於短艙底 板6之模式圖，增速機81、82之外箱或發電機13之外箱亦可 組裝於短艙底板6。 如此施行只是一段增速之增速機與先前之施行多段增速 之4速機相比’非常小型、輕量即可。而且，如此之增速 機由於齒輪之使用數少，所以信賴性高，可大幅節省維修 工夫。並且，增速機發出之噪音減少，難以給與周圍環境 不良影響。 在此，同步型之發電機由於需要將發電的電力全部輸入 電力轉換裝置並調整為適當之輸出，所以需要於短搶3上設 置比較大型之電力變換裝置。對此，感應型之發電機（例如 doubly-fed式或轉子電流控制式）由於僅將二次側之輸出輸 入換流器而轉換，所以在短艙3上僅設置小型換流器即可。 因此，藉由使用感應型之發電機，與使用同步型之發電機 相比，可以有效利用短艙3上之空間。 96227-960611.doc -27- 1296302 此外’於上述各實施形態，顯示以主軸和轉子頭為不同 構件之例，但不限於此，例如圖10所示，以主軸丨丨與轉子 頭4為-體化之接合體86亦可。如此之接合體％例如 1 製造。 运 在此構成，由於不需要轉子頭與主軸之組裝作業，能夠 減低風力發電用之風車之組裝工數。而且，由於不需要在 主軸設置用於安裝之凸緣，所以與以主軸和轉子為^構 件時相比，能夠謀求輕量化。 再者，於上述各實施形態，作為主軸與增速機之輸入軸 之連接構造，顯示了使用有齒輪連結器之例，但不限於此， 使用例如圖11所示之連接構造亦可。 如圖11所示之連接構造係於第一實施形態内，除去設置 於内筒18之第二外齒輪23及設置於輸入軸12之第二内齒輪 24,取而代之，於設置有第二外齒輪23之區域外周面:: 隨朝向輸入軸12a側而外徑縮徑之形成剖面視楔形之錐形 狀環8 7用螺栓或油麼向軸向插入者。 在此連接構造，係將設置於内筒18之外周面之錐形狀環 87強力插入於輸入軸12a之内面，藉由面壓在錐形狀環”與 輸入軸12a之間產生大的摩擦力。而且，藉由該摩擦力，從 主軸11傳達至内筒18之旋轉經由錐形狀環87傳達至輸入軸 12a 〇 [第三實施形態] 以下，對於本發明之第三實施形態使用圖12進行說明。 關於本實施形態之風力發電用之風車91，如圖12所示， 96227-960611.doc -28 - 1296302 係變更第一實施形態所示之風力發電用之風車丨之一部分 者。 以下，關於風力發電用之風車91，對於與風力發電用之 風車1相同或同樣之構成使用同一符號表示，對於已經說明 之構成省略詳細說明。 具體而言，在風力發電用之風車91作為支持主軸u之支 持構造，取代複數排滾錐軸承16，採用經由具有承受徑向 負載之滾子排與承受推力負載之一對滾子排之一台三排滾 子軸承92而支持於短艙3之構造。 三排滾子軸承92在主軸U之軸線方向之一端與壁部wi 之間’與主軸U持有同一軸線而設，將主軸丨丨可圍繞其軸 線旋轉地支持。即，主軸U經由三排滾子軸承92支持於壁 部W1 〇 三排滾子轴承92包含對於壁部W1由栓固等所連接之外 % 92a及在外j衣92a之徑方向内侧持有同一軸線而設並對於 主軸11由栓固等所固定之内環92b。 在該等外環92a、内環92b之間，沿圓周方向設置有複數 個滾動體。作為滾動體使用圓筒滾子Rc。以下，關於三排 滾子軸承92，將在軸線方向同一位置配置於圓周方向之圓 筒滾子統一稱謂滾子排。該滚子排沿軸線方向配置三排。 對其具體構成進行進一步說明，在外環92a之内周面，徑 向I伸之开》成剖面視矩形之第一凹槽93遍及全周而形 成。此外，大够 隹第一凹槽93之底面，比第一凹槽93寬度窄之 徑方向延# > & % 甲之形成剖面視矩形第二凹槽94遍及全周而形 96227-960611 .doc 1296302 成。 第-凹槽93之側壁93a形成與外環仏之軸線同軸並與轴 、、良 又之平面。此外，第二凹槽94之底面94a形成與外 環92a之軸線同軸之圓筒面。 此外’在内環92b之外周面於與第—凹槽93相對向之區 域，圓周方向延伸之剖面視矩形之突狀部95遍及全周而形 成。該突狀部95位於形成在外環92a之第一凹槽93内。 該突狀部95之側壁95a形成與軸線大致正交之平面，外周 面95b形成與軸線同軸之圓筒面。 即，第一凹槽93之側壁93a和突狀部95之側壁95a形成相 互平行之平面，第二凹槽94之底面94a和突狀部95之外周面 95b形成相互平行之圓筒面。 在該等側壁93a與側壁95a之間，複數個圓筒滾子Rc係將 軸線形成以三排滾子軸承92之軸線為中心之放射狀而設 置。該等圓筒滾子Rc所形成之滾子排為第一滾子排R1。 此外’在底面94a與外周面95b之間，複數個圓筒滾子Rc 係將軸線形成與三排滾子軸承92之軸線大致平行而設置。 該等圓筒滾子Rc排為第二滚子排R2。 在採用該構成之風力發電用之風車91，施加於主軸丨丨之 負載經由支持主軸11之三排滾子軸承92由壁部wi所承 受’所以旋轉轉矩以外之負載幾乎不被傳達到增速機12之 輸入轴12 a。 以下，對於三排滾子軸承92之作用進行具體說明。 在設置有主軸11之内環92b之突狀部95之軸線方向兩 96227-960611.doc -30- 1296302 側，經由第一滾子排R1由外環92a所承受。因此，在主軸u 施加推力負載，就在容許内環92b對於外環92a之相對旋轉 之狀態下，由外環92a承受推力負載。 此外’違苐一滾子排r 1於突狀部9 5之兩側分別設置，突 狀部95從軸線方向之兩側由外環92a所支持，所以即使在主 軸11施加彎曲負載，亦一面容許内環92b對於外環92a之相 對旋轉，一面由外環92a承受彎曲負載。 再者’在没置於内環92b之突狀部95之外周面95b和設置 於外環92a之第二凹槽94之底面94a之間，設置有第二滾子 排R2。 内％ 92b經由該第二滾子排们從外周不被外環92&所承 受。因此，在主軸11施加徑向負載，就在容許内環92b對於 外環92a之相對旋轉之狀態下，由外環92a承受推力負載。 外環92a安裝於短艙3之壁部W1，從主軸丨丨向内環92b所 傳達之徑向負載、彎曲負載及推力負載經由三排滾子軸承 92由壁部W1所承受。 如此，關於本實施形態之風力發電用之風車91由於由一 台二排滾子軸承92支持主軸U，所以主軸丨丨之支持構造變 得小型。 再者，如此施加於主軸u之徑向負載、推力負载及彎曲 負載由三排滚子軸承92所承受，所以為增速機12及增速機 支持體所要求之強度小即可。 並且，由於如此為增速機12所要求之強度小即可，所以 作為增速機丨2可以使用比用於先前之風力發電用之風車者 96227-960611.doc -31- 1296302 小型、輕量者。 此外，關於本實施形態之風力發電用之風車9 1，可以適 用關於第二實施形態之風力發電用之風車之構成，及關於 第一、第二實施形態之風力發電用之風車之變形例之構成。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示關於本發明之第一實施形態之風力發電用之 風車之側剖面圖。 圖2係顯示關於本發明之第一實施形態之風力發電用之 風車之短艙内之構成之側剖面圖。 圖3係圖2之部分擴大圖。 圖4係顯示關於本發明之第二實施形態之風力發電用之 風車之構成之側剖面圖。 圖5係顯示關於第二實施形態之風力發電用之風車之其 他構成例之侧剖面圖。 圖6係顯示關於第二實施形態之風力發電用之風車之其 他構成例之側剖面圖。 圖7係顯不關於第二實施形態之風力發電用之風車之其 他構成例之側剖面圖。 之風力發電用之風車之一變形例 之風力發電用之風車之一變形例 圖8係顯示關於本發明 之側剖面圖。 圖9係顯不關於本發明 之側剖面圖。 圖10係顯示關於本發明 之側剖面圖。 之風力發電用之風車之一變形例 96227-9606H.doc !2963〇2 圖11係顯示關於本發 之側剖面圖。 明之風力發電用 之風車之一變形例 圖12係顯示關於本發明+ * 个知明之第三實施形態之風力發電用之 風車之側剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 風力發電用之風車 2 支柱 3 短艙 4 旋翼頭 5 風車旋翼 6 短搶底板 6a 底部 6b 殼體 7 蓋 11 主軸 1 la 弟一凸緣 lib 第二凸緣 12 增速機 12a 輸入轴 12b 輸出軸 13 發電機 16 複數排滾錐軸承 16a 外環 16b 内環 96227-960611.doc -33- 1296302 17 連結器 18 内筒 21 第一内齒輪 22 第二外齒輪 31 關於第二實施形態之風力發電用之風車 32 主軸 33 連結器 34 增速器 34a 輸入軸 34b 輸出軸 34c 外箱 36 行星段 37 平行段 37a 平行段之輸入軸 42 太陽齒輪 43 行星齒輪 44 行星齒輪 43a 行星齒輪43之支持軸 44a 行星齒輪44之支持軸 46 圓盤部 47 軸承部 51 增速機 51a 輸入軸 52 行星段 96227-960611.doc -34- 53 1296302 56 57 61 62 63 64 66 67 71 72 73 74 76 77 78 80 81 82 86 87 91 92 92a 支撐 圓柱部 内齒輪 增速機 行星段 第一行星齒輪 第一行星齒輪 苐二行星齒輪 第二行星齒輪 增速機 行星段 第一行星齒輪 第一行星齒輪 苐二行星齒輪 第二行星齒輪 支持軸 支撐 增速機 增速機 接合體 錐形狀環 風力發電用之風車 三排滾子軸承 外環 96227-960611.doc -35- 1296302 92b 内環 93 第一凹槽 93a 侧壁 94 第二凹槽 94a 底面 95 突狀部 95a 侧壁 95b 外周面 Cl 外輪傾斜面 C2 内輪傾斜面 D1 外徑 HI 第一開口部 H2 第二開口部 LI 軸線方向長度 L2 軸線方向長度 R 錐形滾子 Rc 圓筒滚子 R1 第一滾子排 R2 第二滚子排 W1 壁部 W2 圓頂部
96227-960611.doc •36-

Claims (1)

  1. 129^^9:50號專利申請案 文申Μ專利範圍替換本(96年10月） 十、申請專利範圍： 風力發電狀財，其㈣在於：在設置於支柱上 :艙裝設有：主轴’其安裝有風車旋翼；增速機，其 二主軸之旋轉增速並輸出；及發電機，其由該增速機 之輸出所驅動； 述主軸經由連結器連接於上述增速機之輸入轴端， 趣由-台複數排滾錐軸承支持於上述短艙之壁部，該 一台複數排滚錐軸承係於上述主轴之軸線方向之一端與 上述短艙之壁部之間、或於上述短艙之壁部前方，與主 軸同軸而設置。 2· 一種風力發電用之風車，其特徵在於：在設置於支柱上 之短艙凌叹有·主軸，其安裝有風車旋翼；增速機，其 將該主軸之旋轉增速並輸出；及發電機，其由該增速機 之輸出所驅動；且 上述主軸經由連結器連接於上述增速機之輸入轴端， 並經由一台三排滾子軸承支持於上述短艙之壁部，該一 台三排滾子軸承係於上述主軸之軸線方向之一端與上述 短艙之壁部之間、或於上述短艙之壁部前方，與主軸同 軸而設置，且具有承受徑向負載之滾子排及承受推力負 載之一對滾子排。 3·如請求項1或2之風力發電用之風車，其中 上述主軸對於軸線方向長度形成外徑大之圓環狀或圓 盤狀。 96227-961031.doc 1296302 第093129050號申請案 中文圖式替換頁(96年6月） 論^ (丨修勢 函
    '96227.doc 1296302 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 2 支柱 3 短艙 4 旋翼頭 6 短艙底板 6a 底部 6b 殼體 11 主軸 11a 第一凸緣 lib 第二凸緣 12 增速機 12a 輸入軸 12b 輸出軸 13 發電機 16 複數排滾錐軸承 D1 外徑 HI 第一開口部 H2 第二開口部 LI 軸線方向長度 W1 壁部 W2 圓頂部 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 96227-960611.doc
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