TWI557316B - 風力發電系統 - Google Patents

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Description

風力發電系統
本發明是關於風力發電系統。
風力發電系統，逐漸廣泛運用為可再生能源的重心。在風力發電系統，透過用來支撐葉片的轂部的旋轉，將旋轉動力傳達到主軸，藉由使發電機旋轉來進行發電運轉。
這裡例如有記載於專利文獻1的技術作為習知的風力發電系統。在該專利文獻1，是在機艙內配置有：支撐葉片而與葉片一起旋轉的轂部、配置於轂部的內徑側，並且經由彈性連結部連接於轂部的長旋轉主軸、與長旋轉主軸連接的增速機、及受到經由增速機增速的旋轉動力的發電機。
在該專利文獻1，由於未支撐因轉子的重量導致的彎曲應力，而可將旋轉主軸設計得細長。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-200781號公報
在專利文獻1記載的風力發電系統，將長旋轉主軸與轂部經由高可撓性的彈性連結部連接，藉由相對於轉子重量讓彈性連結部與長旋轉主軸順暢地變形，則能減輕旋轉主軸的彎曲應力與振動。
這裡的旋轉主軸與彈性連結部的連接部，會有零件數量增加而連接作業增加、彈性連結部的重量增加、將長旋轉主軸覆蓋的框架的重量增加這樣的課題，且會有在旋轉主軸與彈性連結部的連接面產生滑動的危險性。
這裡加以說明，旋轉主軸與彈性連結部的連接面，由於位於轂部與彈性連結部的連接面的內周側，所以旋轉主軸與彈性連結部的連接面的接合力，必須大於轂部與彈性連結部的連接面的接合力，而在旋轉主軸與彈性連結部的連接面產生滑動的危險性，大於在轂部與彈性連結部的連接面產生滑動的可能性，而需要以高可靠度維持旋轉主軸與彈性連結部的連接面的接合。
本發明的目的是要提供高可靠度的風力發電系統。
依據上述目的，本發明的風力發電系統，具備有：受到風力而旋轉的葉片、支撐上述葉片的重量的機艙、支撐上述機艙的塔部、支撐上述葉片且與葉片一起旋轉的轂部、伴隨上述轂部的旋轉而旋轉的旋轉主軸、連接於上述旋轉主軸而將轉速增速的增速機、以及以藉由上述增速機所增速的旋轉所驅動的發電機；其特徵為：上述旋轉主軸直接連接於上述轂部。
藉由本發明，則能提供高可靠度的風力發電系統。
1‧‧‧葉片
2‧‧‧機艙
3‧‧‧塔部
4‧‧‧轂部
5‧‧‧旋轉主軸
6‧‧‧增速機
7‧‧‧固定主軸
8‧‧‧框架
9‧‧‧貫穿孔
10a‧‧‧軸承
10b‧‧‧軸承
11‧‧‧開口部
12‧‧‧轂部凸緣
13‧‧‧軸承
14a‧‧‧轂部凸緣
14b‧‧‧轂部凸緣
15‧‧‧空隙
第1圖是顯示風力發電系統的外觀的全體圖。
第2圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中的轂部與旋轉主軸的連接機構的剖面圖。
第3圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中的轂部與旋轉主軸的連接機構的剖面圖。
第4圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中的轂部與旋轉主軸的連接機構的剖面圖。
第5圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中 的轂部與旋轉主軸的連接機構的剖面圖。
第6圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中的轂部與旋轉主軸的連接機構的剖面圖。
第7圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中的轂部與旋轉主軸的連接機構的剖面圖。
第8圖是顯示本發明的一實施例的風力發電系統之中的轂部的構造的其他例子的顯示圖。
以下根據圖面來說明本發明的實施方式。可是下述的具體例子只是舉例，並非限定發明內容。
[實施例1]
針對實施例1使用第1圖及第2圖來說明。在第1圖，風力發電系統，大致是由：承受風力而旋轉的葉片1、支撐葉片1的荷重的機艙2、及支撐機艙2的塔部3所構成。機艙2，是被支撐為相對於塔部3在大致水平面內可旋轉，因應風向而被旋轉驅動。
第2圖，是用來說明轂部與旋轉主軸的連接機構的圖面，在第1圖相當於以虛線包圍的部位。如該圖示，本實施例的風力發電系統，具有：葉片1、支撐葉片1，並且連同葉片1一起旋轉的轂部4、連接於轂部4，並且伴隨轂部4的旋轉而旋轉的旋轉主軸5、連接於旋轉主軸5而使轉速增速的增速機6、在旋轉主軸5的外徑側相 對於旋轉主軸5設有空隙而配置的固定主軸7、及支撐固定主軸7並且連接於塔部3的框架8。在增速機6，連接有未圖示的發電機，以藉由增速機6提升了轉速的旋轉動力來驅動發電機的轉子進行發電運轉。而旋轉主軸5直接連接於轂部4內部的階段部。在旋轉主軸5具有：轂部內部的電氣機器控制用的電線或配管用的貫穿孔9。
以內包有旋轉主軸5的一部分的方式連接於框架8的固定主軸7並未旋轉，在轂部4與固定主軸7之間設置有兩個軸承10a、10b，來支撐葉片1及轂部4的重量。
轂部4，在旋轉主軸5的軸方向在增速機6的相反側具有開口部11。旋轉主軸5的最大徑，小於開口部11的內徑，可從開口部11將旋轉主軸5搬入到轂部4的內部。
旋轉主軸5的內外徑，為在旋轉主軸5的軸方向從增速機6側朝與轂部4的連接面側擴大的喇叭口形狀，由該旋轉主軸的內外徑差所構成的旋轉主軸5的板厚度從增速機6側越接近與轂部4的連接面越薄。且只有旋轉主軸5與轂部4的螺栓緊固部附近成為厚壁部形狀。藉由該旋轉主軸5的轂部側連接部附近的順暢的喇叭口形狀部局部變形，而可將旋轉主軸5的軸方向與徑方向兩方的錯位予以吸收的構造。上述厚度設定是用來提高其吸收力。
由於旋轉主軸5的喇叭口形狀吸收錯位，所 以相較於上述專利文獻1的構造，能以較短的旋轉主軸形狀減輕旋轉主軸的彎曲應力與振動，藉由將覆蓋較短旋轉主軸的框架小型化，則有減輕重量的效果。由於是不需要上述專利文獻1的彈性連結部之構造，所以會有：沒有彈性連結部的連接作業的效果、減少彈性連結部與其連接零件的重量的效果、及由於沒有旋轉主軸與彈性連結部的連接面，而沒有旋轉主軸與彈性連結部之間的滑動危險性之效果。
該效果是因為將旋轉主軸5直接連結於轂部4所致。這裡所謂的直接是代表未經由其他構件的彈性連結構件。例如將旋轉主軸5與轂部4以螺栓固定的情況，之間夾著墊圈等，在這裡也包含於所謂直接連接。
之所以不需要彈性連結構件，是因為旋轉主軸5具有允許變形的可撓部。在本實施例雖然該可撓部為喇叭口形狀部，而只要是舉例，其他的可撓部也可達到相同效果。
[實施例2]
針對實施例2使用第3圖來說明。針對與實施例1重複的構造及效果，在此省略說明。在實施例1，雖然旋轉主軸5連接於轂部4內部的階段部，而在本實施例，旋轉主軸5是連接於：朝轂部4內部突出的轂部凸緣12的與增速機6側相反面的開口部11側的面部。藉由使旋轉主軸5的喇叭口的最大徑小於實施例1，則轂部4的 開口部11也變小，有使轂部4較上述實施例1更輕量化的效果。藉由旋轉主軸5的喇叭口形狀部局部變形，而可將旋轉主軸5的軸方向與徑方向兩方的錯位予以吸收的構造。
[實施例3]
針對實施例3使用第4圖來說明。針對與實施例2重複的構造及效果，在此省略說明。在實施例2，雖然旋轉主軸5是連接於：朝轂部4內部突出的轂部凸緣12的與增速機6側相反面的開口部11側的面部，而在本實施例，旋轉主軸5是連接於：朝轂部4內部突出的轂部凸緣12的與開口部11相反面的增速機6側的面部。旋轉主軸5的喇叭口的最大徑小於固定主軸7的內徑(最小徑)，則可從固定主軸7與框架8的連接側將旋轉主軸5搬入到轂部4的內部。縮小至用來維修開口部的出入口所需要的尺寸，則有將轂部4相較上述實施例1與實施例2更輕量化的效果。藉由旋轉主軸5的喇叭口形狀部局部變形，亦可將旋轉主軸5的軸方向與徑方向兩方的錯位予以吸收的構造。
[實施例4]
針對實施例4使用第5圖來說明。針對與實施例1重複的構造及效果，在此省略說明。在實施例1設有兩個的軸承變成一個，為將軸承13配置於轂部4的內 部的構造。
[實施例5]
針對實施例5使用第6圖來說明。針對與實施例2重複的構造及效果，在此省略說明。在實施例2設有兩個的軸承變成一個，為將軸承13配置於轂部4的內部的構造。
[實施例6]
針對實施例6使用第7圖來說明。針對與實施例3重複的構造及效果，在此省略說明。在實施例1設有兩個的軸承變成一個，為將軸承13配置於轂部4的內部的構造。
[實施例7]
針對實施例7使用第8圖來說明。在上述各實施例，說明旋轉主軸5具有允許變形的可撓部的例子。本實施例另外在轂部4側也設置有允許變形的可撓部。
在第8圖(a)顯示一個例子。在第8圖(a)如四角包圍的放大圖，藉由將轂部凸緣14a作成曲面構造，能在轂部4側也具有可撓性，可使構造全體的可撓性提升。
在第8圖(b)顯示另一個例子。第8圖(b)是從旋轉主軸5的軸方向觀察轂部凸緣14b的視 圖。如該圖所示，藉由在轂部凸緣14b設置空隙15，則能在轂部4側也具有可撓性。結果可使構造全體的可撓性更提升。在本例子的情況也有能使轂部4輕量化的效果。
1‧‧‧葉片
3‧‧‧塔部
4‧‧‧轂部
5‧‧‧旋轉主軸
6‧‧‧增速機
7‧‧‧固定主軸
8‧‧‧框架
9‧‧‧貫穿孔
10a‧‧‧軸承
10b‧‧‧軸承
11‧‧‧開口部

Claims (8)

  1. 一種風力發電系統，具備有：受到風力而旋轉的葉片、支撐上述葉片的重量的機艙、支撐上述機艙的塔部、支撐上述葉片且與葉片一起旋轉的轂部、伴隨上述轂部的旋轉而旋轉的旋轉主軸、連接於上述旋轉主軸而將轉速增速的增速機、以及以藉由上述增速機所增速的旋轉所驅動的發電機，其特徵為還具有：連接於上述塔部的框架；及連接於上述框架，設置成內包有上述旋轉主軸的一部分之固定主軸，且具有：配置於上述轂部與上述固定主軸之間的軸承，上述旋轉主軸直接連接於上述轂部。
  2. 如申請專利範圍第1項的風力發電系統，其中上述旋轉主軸具有：允許變形的可撓部。
  3. 如申請專利範圍第2項的風力發電系統，其中上述可撓部是朝與上述轂部的連接部側擴大的喇叭口形狀部。
  4. 如申請專利範圍第3項的風力發電系統，其中上述旋轉主軸具有貫穿孔，上述喇叭口形狀部，是上述旋轉主軸的內外徑差也就 是板厚部越接近與上述轂部的連接面側越薄的形狀。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的風力發電系統，其中上述轂部，在上述旋轉主軸的軸方向在上述增速機的相反側具有開口部，上述旋轉主軸的最大徑小於上述開口部的內徑。
  6. 如申請專利範圍第5項的風力發電系統，其中上述轂部具有朝內周側突出的轂部凸緣，上述轂部凸緣之在上述旋轉主軸的軸方向與上述增速機相反側的面部連接著上述旋轉主軸。
  7. 如申請專利範圍第3或4項的風力發電系統，其中具有：連接於上述塔部的框架、及連接於上述框架，設置成內包有上述旋轉主軸的一部分之固定主軸；上述固定主軸的最小徑小於上述旋轉主軸的最大徑。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的風力發電系統，其中上述轂部具有允許變形的可撓部。
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