WO2019054322A1 - 垂直軸風車の増速機 - Google Patents

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WO2019054322A1
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bearing
grease
input shaft
upper bearing
vertical axis
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広平 小野
近藤　博光
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Ntn株式会社
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a step-up gear of a vertical axis wind turbine used as a wind turbine.
  • wind power converts wind power into torque and uses that torque to generate power, there is less environmental impact.
  • a wind power generator Since a wind power generator is generally installed in a natural environment and basically operates with irregular wind energy as a motive power, relatively large fluctuation torques act on the components of the wind power generator. Such torque fluctuation leads to shortening of the life of the component. Since the wind power generator has a high initial investment amount of equipment and is installed at high places and difficult to maintain, the components of the wind power generator are required to have a long life.
  • Components affected by irregular torque in a wind turbine generator include a speed increaser that accelerates the rotation of a main shaft of a wind turbine (for example, Patent Document 1), a deceleration provided in a nacelle yaw drive device or a blade pitch control device Machines (for example, Patent Documents 2 and 3). Increasing the lubricating performance of the bearings provided in these speed increasing gears and speed reducing gears leads to prolonging the life of the component.
  • the speed increaser described in Patent Document 1 is a speed increaser of a horizontal axis wind turbine, and a planetary gear mechanism is used.
  • a gap is formed, which allows a relatively small displacement of at least two of the gear, the bearing, and the support member in the radial direction, and a liquid such as a lubricant is sealed in the gap. It is described that the damper effect is exhibited against a strong impact on the gear in the speed-up gear that occurs due to a sudden change in wind speed or wind direction. There is no description on the lubricating performance of the bearing.
  • the reduction gear described in Patent Document 2 is a reduction gear for a yaw drive device, and is grease lubrication instead of conventional oil lubrication.
  • both the upper speed reduction mechanism and the lower speed reduction mechanism disposed on the upper side are grease-lubricated, and a grease supply port is provided in the high speed reduction mechanism. This makes it possible to prevent oil leakage against unexpected large loads typical of wind power generators while eliminating seals of complex construction.
  • the object of grease lubrication is all of the gears, bearings, etc. provided in each reduction mechanism, and the specific bearings are not the targets of lubrication.
  • a coupling having a torque limiter mechanism is disposed between the front and rear reduction gears, and a space in which the front reduction gear is accommodated and the coupling are accommodated.
  • An oil seal is provided to seal the space being sealed. Therefore, the front stage reduction mechanism can be separated from the coupling in the state of being sealed by the oil seal, and maintenance work is easy.
  • the purpose of this proposal is to improve the convenience of maintenance work and is not related to bearing lubrication.
  • Patent No. 5836035 gazette JP, 2010-216355, A JP 2012-225490 A
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the internal structure of the step-up gear of the vertical axis wind turbine.
  • the input shaft 2 and the output shaft 3 are rotatably supported by a pair of upper and lower bearings 6, 7, 8, 9 for the input shaft and the output shaft, which are installed in the housing 11 of the speed increaser 1.
  • Lubricating oil for lubricating and cooling the lower bearings 7 and 9 and the input side gear 4 and the output side gear 5 is enclosed in the housing 11.
  • the upper bearings 6, 8 are generally lubricated with grease because lubrication by the lubricating oil in the housing 11 is difficult.
  • the base oil of the grease is gradually discharged from the rolling contact surface of the bearings 6 and 8 during operation, so the lubricant is exhausted early and late, and good lubricating performance is achieved. Can not be obtained. Further, in the method of providing the oil supply port 31, it is necessary to supply oil regularly at a certain frequency, and maintenance work is not easy.
  • the object of the present invention is to prevent the premature exhaustion of the lubricant of the bearing provided on the upper part of the housing, prolong the maintenance cycle, and maintain the performance of the bearing well for a long period of time.
  • An axial wind turbine is to provide a step-up gear.
  • the vertical axis wind turbine speed increaser of the present invention is With the housing, An input shaft and an output shaft which are vertically disposed parallel to each other in the housing and whose upper ends project from the housing; An input-side gear and an output-side gear which are respectively provided on the input shaft and the output shaft and mesh with each other; An upper bearing and a lower bearing for an input shaft which are disposed on upper and lower side walls of the housing and rotatably support the input shaft; An upper bearing and a lower bearing for an output shaft which are installed on upper and lower side walls of the housing and rotatably support the output shaft; And a bearing lid mounted on the upper surface of the housing so as to individually cover the upper side of one or both of the upper bearing for the input shaft and the upper bearing for the output shaft.
  • the upper bearing and the lower bearing are tapered roller bearings in combination with each other in front of each other
  • the bearing lid has an inner circumferential wall located on an outer periphery of the input shaft or the output shaft supported by a target upper bearing that is an upper bearing covered by the bearing lid.
  • An annular grease holding space is formed between the outer peripheral wall of the bearing lid and the inner peripheral wall,
  • the outer diameter of the inner peripheral wall is larger than the inner diameter of the outer ring of the target upper bearing, and the lower end of the inner peripheral wall is opposed to the upper width surface of the outer ring of the target upper bearing with a gap.
  • the size of the gap is such that the base oil separated from the grease in the grease holding space leaks in small amounts in the later description.
  • the speed increaser of the vertical axis wind turbine of this configuration is used by filling the grease holding space of the bearing lid with grease.
  • the grease holding space is in communication with the bearing space between the outer ring and the inner ring in the target upper bearing via a gap between the lower end of the inner peripheral wall and the upper width surface of the outer ring of the target upper bearing. Most part of the grease holding space is located above the gap. Therefore, the base oil separated from the grease in the grease holding space flows little by little through the gap by gravity and is supplied to the rolling surface of the target upper bearing along the upper width surface of the outer ring of the target upper bearing.
  • the tapered roller bearing exerts an operation of sending the fluid present in the bearing space from the small diameter side to the large diameter side by the centrifugal force due to the rotation.
  • the fluid is fed from the upper side to the lower side with respect to the upper bearing.
  • the tapered roller bearing the base oil of grease is stably supplied from the grease holding space to the target upper bearing.
  • the target upper bearing Since the base oil of the grease is thus supplied little by little to the rolling surface of the target upper bearing, the target upper bearing which is difficult to lubricate with the lubricating oil in the housing is also over a long period without exhausting the lubricant. Good lubrication can be maintained. As a result, failure of the target upper bearing can be prevented, and the maintenance cycle can be extended.
  • the bearing cover includes a grease supply port for supplying grease from the outside to the grease holding space, and a pressure control valve located apart from the grease supply port for adjusting the internal pressure of the grease holding space. You may have.
  • the grease can be replenished into the grease holding space from the grease supply port.
  • the pressure control valve by adjusting the internal pressure of the grease holding space with the pressure control valve, the amount of grease base oil supplied can be arbitrarily changed. Furthermore, the negative pressure in the grease holding space can be suppressed by the pressure control valve, and the supply of the grease base oil can be prevented from being delayed.
  • the grease filled in the grease holding space may be a thermally solidified grease obtained by solidifying the grease with a thermosetting resin.
  • the heat setting type grease is cured while holding a large amount of base oil by heating and cooling once. For this reason, even if strong vibration or a large centrifugal force acts, the base oil is not separated more than necessary, and the base oil can be supplied to the target upper bearing for a long period of time.
  • a sealing portion for sealing between the inner peripheral wall of the bearing lid and a shaft rotatably supported by the target upper bearing of the input shaft and the output shaft may have a labyrinth structure.
  • the seal portion has a labyrinth structure, the friction torque of the seal portion is reduced, so that the power generation efficiency is improved.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a speed increaser of a vertical axis wind turbine according to a first embodiment.
  • the input shaft 2 and the output shaft 3 are arranged in parallel with each other in the vertical direction (direction substantially along the vertical direction) in the housing 11 of the speed increaser 1.
  • the input gear 4 and the output gear 5 respectively provided on the 2 and the output shaft 3 mesh with each other.
  • the input gear 4 and the output gear 5 are, for example, helical gears.
  • the input shaft 2 is rotatably supported by the housing 11 by bearings 6 and 7 for the input shaft positioned on both sides in the axial direction of the input side gear 4.
  • the output shaft 3 is rotatably supported by the housing 11 by bearings 8 and 9 for the output shaft respectively positioned on both sides in the axial direction of the output side gear 5.
  • Each of the bearings 6, 7, 8, 9 is a tapered roller bearing.
  • the pair of bearings 6 and 7 for the input shaft and the pair of bearings 8 and 9 for the output shaft are disposed in a front combination.
  • the bearings 6 and 8 may be referred to as “upper bearings”
  • the bearings 7 and 9 may be referred to as “lower bearings”.
  • the housing 11 has a horizontal upper side wall 11a provided with an upper bearing 6 for the input shaft and an upper bearing 8 for the output shaft, a lower bearing 7 for the input shaft and a lower bearing 9 for the output shaft. It consists of a horizontal lower side wall 11b provided and a cylindrical standing wall 11c connecting outer peripheral edges of the upper side wall 11a and the lower side wall 11b.
  • the input shaft 2 extends upward through the upper side wall 11a.
  • the main shaft of a vertical axis wind turbine (not shown) is connected directly or indirectly to the input end of the upper end of the input shaft 2 located above the upper side wall portion 11 a. Further, the output shaft 3 penetrates the upper side wall portion 11 a and extends upward.
  • the main shaft of a generator (not shown) is directly or indirectly connected to the output end of the upper end of the output shaft 3 located above the upper side wall 11a.
  • the lower ends of the input shaft 2 and the output shaft 3 protrude slightly below the lower side wall portion 11 b.
  • An upper bearing lid 12 for an input shaft is attached to the upper surface of the upper side wall 11 a of the housing 11.
  • the input shaft upper bearing lid 12 covers the upper side of the input shaft upper bearing 6 in a state of being sealed with the input shaft 2.
  • the upper bearing 6 for the input shaft is the “target upper bearing” in the claims.
  • an upper bearing cover for the output shaft may be provided to cover the upper bearing 8 for the output shaft.
  • a lower bearing cover 14 for the input shaft and a lower bearing cover 15 for the output shaft are attached to the lower surface of the lower side wall 11 b of the housing 11.
  • the input shaft lower bearing cover 14 covers the lower end of the input shaft 2 and the lower end of the lower bearing 7 for the input shaft.
  • the output shaft lower bearing lid 15 covers the lower end of the output shaft 3 and the lower end of the output shaft lower bearing 9. Between the housing 11 and the lower bearing cover 14 for the input shaft and between the housing 11 and the lower bearing cover 15 for the output shaft are sealed.
  • lubricating oil serving as lubrication and cooling of the input gear 4, the output gear 5 and the lower bearings 7 and 9 is provided. It is enclosed.
  • a lubricating oil synthetic oil with few impurities and high fluidity is used.
  • FIG. 2 is a partial enlarged view of FIG. 1 and shows the upper bearing lid 12 for the input shaft and the periphery thereof.
  • the input shaft upper bearing lid 12 has a top plate portion 20 having an annular planar shape, an inner peripheral wall 21, and an outer peripheral wall 22.
  • the inner circumferential wall 21 extends downward from the inner diameter edge of the top plate portion 20 and is positioned on the outer periphery of the output shaft 2.
  • the outer peripheral wall 22 extends downward from the outer diameter edge of the top plate portion 20 toward the diagonal outer diameter side.
  • An oil seal 23 is provided at a contact portion of the inner circumferential wall 21 with the input shaft 2 as a seal portion for sealing between the inner circumferential wall 21 and the input shaft 2.
  • a space surrounded by the inside of the upper bearing cover 12 for the input shaft, that is, the top plate portion 20, the inner peripheral wall 21, the outer peripheral wall 22, and the upper side wall 11a of the housing 11 is an annular grease holding space 24. It has become.
  • An outer diameter dimension D1 of the inner circumferential wall 21 forming the grease holding space 24 is larger than an inner diameter dimension D2 of the outer ring 6a of the upper bearing 6, and a lower end of the inner circumferential wall 21 is on the upper width face of the outer ring 6a of the upper bearing.
  • the size of the gap ⁇ is such an extent that the base oil separated from the grease G in the grease holding space 24 leaks by a small amount in the later description.
  • the outer ring 6a of the upper bearing 6 is at the same height as the upper surface of the upper side wall 11a of the housing 11 in the example of the drawing, the outer ring 6a is sunk more than the upper surface of the upper side wall 11a
  • the lower end of the inner peripheral wall 21 is made to protrude by the amount of depression of the outer ring 6 a so that the gap ⁇ between the lower end of the inner peripheral wall 21 and the outer ring 6 a of the upper bearing has an appropriate size.
  • a grease supply port 25 for supplying grease G to the grease holding space 24 is provided in the upper side wall portion 11 a.
  • the base oil of the grease G supplied to the grease holding space 24 is preferably the same synthetic oil as the lubricating oil sealed in the housing 11.
  • SHC600 series made by Mobil can be used as a grease.
  • heat setting type grease for example, poly loop
  • the thermally solidified grease is a grease which is solidified with a thermosetting resin material, and once heated and cooled, it hardens while holding a large amount of base oil. Therefore, the base oil is not separated more than necessary even if strong vibration or large centrifugal force is applied.
  • a pressure control valve 26 for adjusting the internal pressure of the grease holding space 24 is provided on the upper side wall 11a at a position away from the grease supply port 25.
  • the grease holding space 24 of the upper bearing lid 12 for the input shaft is located on the upper side through the gap ⁇ between the lower end of the inner circumferential wall 21 and the upper width surface of the outer ring 6a of the upper bearing 6 for the input shaft which is the target upper bearing. It communicates with the bearing space between the outer ring 6a and the inner ring 6b in the bearing 6. Most part of the grease holding space 24 is located above the gap ⁇ . Therefore, the base oil separated from the grease G in the grease holding space 24 flows little by little through the gap ⁇ by gravity and travels along the upper width surface of the outer ring 6 a of the upper bearing 6 to the rolling surface of the upper bearing 6. Supplied.
  • the tapered roller bearing exerts an operation of sending the fluid present in the bearing space from the small diameter side to the large diameter side by the centrifugal force due to the rotation.
  • the upper bearing 6 since the upper bearing 6 and the lower bearing 7 are a front combination, the upper bearing 6 sends the base oil that has flowed out through the gap ⁇ from the upper side to the lower side. By this feeding action, the base oil of the grease G is stably supplied from the grease holding space 24 to the upper bearing 6.
  • the base oil of the grease G is supplied little by little to the rolling surface of the upper bearing 6, the upper bearing 6, which is difficult to lubricate with the lubricating oil in the housing 11, is also exhausted without exhausting the lubricant.
  • the lubrication status can be maintained well over a period of time.
  • the failure of the upper bearing 6 can be prevented, and the maintenance cycle can be extended.
  • the base oil can be supplied to the target upper bearing for a long period of time because the base oil hardly leaks.
  • the grease G in the grease holding space 24 decreases, the grease G can be replenished from the grease supply port 25. Further, by adjusting the internal pressure of the grease holding space 24 by the pressure adjusting valve 26, the amount of supply of the base oil of the grease G can be arbitrarily changed. Further, the negative pressure of the grease holding space 24 can be suppressed by the pressure adjusting valve 26, and the supply of the base oil of the grease G can be prevented from being delayed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an upper bearing cover for an input shaft and its periphery in a speed increaser of a vertical axis wind turbine according to a second embodiment.
  • the oil seal 23 is provided as a seal portion for sealing between the inner peripheral wall 21 and the input shaft 2 in the second embodiment.
  • a seal between the inner circumferential wall 21 and the input shaft 2 is performed by the labyrinth seal 27 as the seal portion.
  • the pre-labyrinth space 28 between the input shaft 2 and the inner circumferential wall 21 and continuing to the bearing side end of the passage of the labyrinth seal 27 is also filled with the same grease G as that for filling the grease holding space 24.
  • the seal portion has a labyrinth structure
  • the friction torque of the seal portion is reduced, so that the power generation efficiency is improved.
  • the base oil is sequentially supplied from the grease holding space 24 to the grease G in the pre-labyrinth space 28, the grease G in the pre-labyrinth space 28 does not have a reduced consistency due to the reduction of the base oil, and a low torque state Maintained.
  • the pre-labyrinth space 28 is filled with the grease G, the sealing effect of the seal portion is further enhanced.

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Abstract

増速機（１）は、縦向きに配置された入力軸（２）を有する。入力軸（２）は、互いに正面組合せで配置された円すいころ軸受である上側軸受（６）と下側軸受とで、回転自在に支持される。上側軸受（６）は、軸受蓋（１２）で覆われる。軸受蓋（１２）において、内周壁（２１）と外周壁（２２）との間に円環状のグリース保持空間（２４）が形成されている。グリース保持空間（２４）を形成する、内周壁（２１）の外径寸法（Ｄ１）が上側軸受（６）の外輪（６ａ）の内径寸法（Ｄ２）よりも大きく、かつ内周壁（２１）の下端が、上側軸受（６）の外輪（６ａ）の上側の幅面に対して隙間（δ）を介して対向している。

Description

垂直軸風車の増速機 関連出願
　本出願は、２０１７年９月１５日出願の特願２０１７－１７７７４０の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、風力発電装置として用いられる垂直軸風車の増速機に関する。
　近年、環境意識の高まりを受け、環境に優しいクリーンなエネルギーへの需要が高まっている。クリーンエネルギーを代表するものの一つに風力発電がある。風力発電は、風の力をトルクに変換し、そのトルクを使用して発電するので、環境への負荷が少ない。
　風力発電装置は、一般に自然環境下に設置され、基本的には不規則な風エネルギーを動力として稼働するので、風力発電装置の構成要素には比較的大きく変動するトルクが作用する。このようなトルク変動は、前記構成要素の寿命短縮につながる。風力発電装置は設備の初期投資額が高額であり、また高所に設置されメンテナンスが困難であることから、風力発電装置の構成要素には長寿命であることが要求される。
　風力発電装置における不規則トルクの影響を受ける構成要素としては、風車の主軸の回転を増速させる増速機（例えば特許文献１）、ナセルのヨー駆動装置やブレードのピッチ制御装置に設けられる減速機（例えば特許文献２，３）等がある。これら増速機や減速機に設けられる軸受の潤滑性能を高めることが、当該構成要素の長寿命化に繋がる。
　特許文献１に記載の増速機は、水平軸風車の増速機であり、遊星歯車機構が使用されている。この文献には、歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を相対的に径方向に微小変位を可能とする隙間を形成し、この隙間に液体、例えば潤滑剤を封入することにより、風速や風向の急変等に起因して発生する増速機内の歯車への強い衝撃に対してダンパー効果を発揮させることが記載されている。軸受の潤滑性能に関する記載はない。
　特許文献２に記載の減速機は、ヨー駆動装置用の減速機であり、従来のオイル潤滑に代えてグリース潤滑にしたものである。具体的には、上側に配置された高速段の減速機構と下側に配置された低速段の減速機構の両方をグリース潤滑し、グリースの給脂口を高速段の減速機構に設ける。これにより、複雑な構造のシールを排除しつつ、風力発電装置に特有の予期せぬ巨大な荷重に対してオイル漏れを防ぐことを可能としている。グリース潤滑の対象は、各減速機構に設けられているギヤ、軸受等のすべてであり、特定の軸受を潤滑の対象としているものではない。
　特許文献３に記載の風力発電装置の減速装置は、前段と後段の各減速機構の間に、トルクリミッタ機構を有するカップリングが配置され、前段減速機構が収容されている空間とカップリングが収容されている空間とをシールするオイルシールが設けられている。このため、前段減速機構をオイルシールによりシールされた状態でカップリングから分離可能であり、メンテナンス作業が容易である。この提案は、メンテナンス作業の利便性を向上させることが目的であり、軸受の潤滑とは関係ない。
特許第５８３６０３５号公報 特開２０１０－２１６３５５号公報 特開２０１２－２２５４９０号公報
　風力発電装置に用いられる風車には水平軸風車と垂直軸風車とがあるが、垂直軸風車は、風向を問わずに回転が得られて、翼の回転音が比較的静粛であることから、比較的小型の風車として開発が進められている。垂直軸風車を用いた風力発電装置の場合、垂直軸風車から下方に延びる主軸の下端に増速機の入力軸が接続される。
　図４は、垂直軸風車の増速機の内部構造の一例を示す断面図である。入力軸２および出力軸３は、増速機１のハウジング１１に設置された入力軸用および出力軸用の各上下一対の軸受６，７，８，９によって、それぞれ回転自在に支持される。ハウジング１１の内部には、下側の軸受７，９や入力側ギヤ４および出力側ギヤ５を潤滑および冷却するための潤滑油が封入される。上側の軸受６，８については、ハウジング１１内の潤滑油による潤滑が難しいことから、グリース潤滑するのが一般的である。
　グリース潤滑の方法としては、使用に先立って予め軸受６，８に十分な量のグリースを給脂する方法がある。また、図４の例に示されているように、上側の軸受６の上方を覆う軸受蓋３０に、軸受６にグリースを供給する給脂口３１を設ける方法がある。図４では、入力軸用の上側の軸受６のグリース潤滑のみを示しているが、出力軸用の上側の軸受８についても同様にグリース潤滑を行うことができる。
　しかし、予め十分な量のグリースを給脂する方法は、運転により軸受６，８の転動面からグリースの基油が徐々に排出されるため、早晩に潤滑剤が枯渇し、良好な潤滑性能が得られなくなる。また、給脂口３１を設ける方法は、ある程度の頻度で定期的に給脂を行わなければならず、メンテンス作業が容易でない。
　この発明の目的は、ハウジングの上部に設けられる軸受の潤滑剤の早期枯渇を防止して、メンテナンス周期の延長を図ることができると共に、軸受の性能を長期間にわたって良好に維持することができる垂直軸風車の増速機を提供することである。
　この発明の垂直軸風車の増速機は、
　ハウジングと、
　前記ハウジング内に互いに平行に縦向きに配置されて上端が前記ハウジングからそれぞれ突出する入力軸および出力軸と、
　これら入力軸および出力軸にそれぞれ設けられ、互いに噛み合う入力側ギヤおよび出力側ギヤと、
　前記ハウジングの上側壁部および下側壁部に設置されて前記入力軸を回転自在に支持する入力軸用の上側軸受および下側軸受と、
　前記ハウジングの上側壁部および下側壁部に設置されて前記出力軸を回転自在に支持する出力軸用の上側軸受および下側軸受と、
　前記入力軸用の上側軸受および前記出力軸用の上側軸受のいずれかまたは両方の上方をそれぞれ個別に覆うように前記ハウジングの上面に取り付けられた軸受蓋とを備える。
　この垂直軸風車の増速機において、前記上側軸受と前記下側軸受とが互いに正面組合せの円すいころ軸受であり、
　前記軸受蓋は、この軸受蓋が覆う上側軸受である対象上側軸受が支持する前記入力軸または前記出力軸の外周に位置する内周壁を有し、
　前記軸受蓋の外周壁と前記内周壁との間に円環状のグリース保持空間が形成され、
　前記内周壁の外径寸法が前記対象上側軸受の外輪の内径寸法よりも大きく、かつ前記内周壁の下端が、前記対象上側軸受の外輪の上側の幅面に対して隙間を介して対向している。
　前記隙間の大きさは、後段の説明において、グリース保持空間のグリースから分離した基油が微量ずつ漏れ出す程度である。
　この構成の垂直軸風車の増速機は、軸受蓋のグリース保持空間にグリースを充填して使用される。グリース保持空間は、その内周壁の下端と対象上側軸受の外輪の上側幅面との間の隙間を介して、対象上側軸受における外輪と内輪との間の軸受空間と連通している。グリース保持空間の大半部分は、前記隙間よりも上側に位置する。このため、グリース保持空間内のグリースから分離した基油が、重力によって前記隙間を通って少しずつ流れ出し、対象上側軸受の外輪の上側幅面を伝って対象上側軸受の転動面に供給される。
　ところで、円すいころ軸受は、回転による遠心力で、軸受空間に存在する流体を小径側から大径側へ送る作用を奏する。この発明の構成の場合、上側軸受と下側軸受とが互いに正面組合せであるため、上側軸受については、流体は上側から下側へ送られる。上記円すいころ軸受の作用により、グリース保持空間から対象上側軸受へグリースの基油が安定して供給される。
　このようにグリースの基油が対象上側軸受の転動面に少しずつ供給されるため、ハウジング内の潤滑油では潤滑が困難な対象上側軸受についても、潤滑剤を枯渇させることなく、長期間にわたって良好に潤滑状況を維持することができる。これにより、対象上側軸受の故障が予防され、またメンテナンス周期の延長を図ることができる。
　この発明において、前記軸受蓋は、外部から前記グリース保持空間にグリースを供給するためのグリース供給口と、このグリース供給口から離れて位置し前記グリース保持空間の内圧を調整する圧力調整弁とを有していてもよい。この場合、グリース供給口からグリース保持空間内にグリースを補給することができる。また、圧力調整弁によりグリース保持空間の内圧を調整することで、グリースの基油の供給量を任意に変えることができる。さらに、圧力調整弁によりグリース保持空間の負圧を抑制し、グリースの基油の供給が滞ることを防止できる。
　この発明において、前記グリース保持空間に充填されるグリースは、グリースを熱硬化性樹脂で固形化した熱固化型グリースであってもよい。熱固化型グリースは、一度加熱し冷却することで、多量の基油を保持したまま硬化する。このため、強い振動や大きな遠心力が作用しても基油が必要以上に分離することがなく、長期間に亘って対象上側軸受に基油を供給することができる。
　この発明において、前記軸受蓋の前記内周壁と、前記入力軸および前記出力軸のうちの前記対象上側軸受が回転自在に支持する軸との間をシールするシール部がラビリンス構造であってもよい。前記シール部がラビリンス構造であると、シール部の摩擦トルクが低減されるため、発電効率が向上する。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る垂直軸風車の増速機の縦断面図である。 図１の部分拡大図である。 この発明の第２の実施形態に係る垂直軸風車の増速機における入力軸用上側軸受蓋とその周辺部を示す断面図である。 従来の垂直軸風車の増速機の縦断面図である。
　この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
　図１は第１の実施形態に係る垂直軸風車の増速機の縦断面図である。この垂直軸風車の増速機１は、増速機１のハウジング１１内において、入力軸２および出力軸３が互いに平行に縦向き（ほぼ鉛直方向に沿った向き）に配置され、これら入力軸２および出力軸３にそれぞれ設けられた入力側ギヤ４および出力側ギヤ５が互いに噛み合っている。入力側ギヤ４および出力側ギヤ５は、例えばヘリカルギヤである。
　前記入力軸２は、入力側ギヤ４の軸方向両側にそれぞれ位置する入力軸用の軸受６，７によってハウジング１１に回転自在に支持されている。また、前記出力軸３は、出力側ギヤ５の軸方向両側にそれぞれ位置する出力軸用の軸受８，９によってハウジング１１に回転自在に支持されている。各軸受６，７，８，９は、いずれも円すいころ軸受である。また、一対の入力軸用の軸受６，７および一対の出力軸用の軸受８，９は、いずれも正面組合せで配置されている。
　なお、以下の説明では、軸受６，８を「上側軸受」と称し、軸受７，９を「下側軸受」と称する場合がある。
　ハウジング１１は、入力軸用の上側軸受６および出力軸用の上側軸受８が設けられた水平状の上側壁部１１ａと、入力軸用の下側軸受７および出力軸用の下側軸受９が設けられた水平状の下側壁部１１ｂと、これら上側壁部１１ａおよび下側壁部１１ｂの外周縁同士を繋ぐ筒状の立壁部１１ｃとからなる。
　入力軸２は上側壁部１１ａを突き抜けて上方へ延びている。入力軸２の、上側壁部１１ａの上方に位置する上端の入力端に、垂直軸風車（図示せず）の主軸が直接または間接的に接続される。また、出力軸３は上側壁部１１ａを突き抜けて上方へ延びている。出力軸３の、上側壁部１１ａの上方に位置する上端の出力端に、発電機（図示せず）の主軸が直接または間接的に接続される。入力軸２および出力軸３の下端は、下側壁部１１ｂよりも少し下方に突出している。
　ハウジング１１の上側壁部１１ａの上面には、入力軸用上側軸受蓋１２が取り付けられている。入力軸用上側軸受蓋１２は、入力軸２とシールされた状態で入力軸用の上側軸受６の上側を覆っている。図１の例の場合、入力軸用の上側軸受６が請求項で言う「対象上側軸受」である。なお、図１には図示されていないが、出力軸用の上側軸受８を覆う出力軸用上側軸受蓋が設けられていてもよい。
　ハウジング１１の下側壁部１１ｂの下面には、入力軸用下側軸受蓋１４および出力軸用下側軸受蓋１５が取り付けられている。入力軸用下側軸受蓋１４は、入力軸２の下端および入力軸用の下側軸受７の下端を覆っている。出力軸用下側軸受蓋１５は、出力軸３の下端および出力軸用の下側軸受９の下端を覆っている。ハウジング１１と入力軸用下側軸受蓋１４との間、およびハウジング１１と出力軸用下側軸受蓋１５との間は密封状態とされている。
　ハウジング内の空間１６の下部および下側軸受蓋１４，１５内の空間１７，１８には、入力側ギヤ４、出力側ギヤ５、および下側軸受７，９の潤滑と冷却を兼ねる潤滑油が封入される。潤滑油としては、不純物が少なく、流動性が高い合成油が使用される。
　図２は図１の部分拡大図であり、前記入力軸用上側軸受蓋１２とその周辺部を示している。入力軸用上側軸受蓋１２は、平面形状が円環状の天板部２０と、内周壁２１と、外周壁２２とを有している。内周壁２１は、天板部２０の内径縁から下方に延び出力軸２の外周に位置している。外周壁２２は、天板部２０の外径縁から斜め外径側に向かいつつ下方に延びている。内周壁２１における入力軸２との接触部には、内周壁２１と入力軸２との間をシールするシール部としてオイルシール２３が設けられている。
　入力軸用上側軸受蓋１２の内部、すなわち天板部２０と、内周壁２１と、外周壁２２と、ハウジング１１の上側壁部１１ａとに囲まれた空間は、円環状のグリース保持空間２４となっている。このグリース保持空間２４を形成する、内周壁２１の外径寸法Ｄ１が上側軸受６の外輪６ａの内径寸法Ｄ２よりも大きく、かつ内周壁２１の下端が、上側軸受の外輪６ａの上側の幅面に対して隙間δを介して対向している。隙間δの大きさは、後段の説明において、グリース保持空間２４のグリースＧから分離した基油が微量ずつ漏れ出す程度である。
　なお、図の例では、上側軸受６の外輪６ａの上側幅面がハウジング１１の上側壁部１１ａの上面と同一高さとされているが、外輪６ａが幅押えによって上側壁部１１ａの上面よりも沈み込む場合は、内周壁２１の下端と上側軸受の外輪６ａとの隙間δが適正な大きさとなるように、内周壁２１の下端を外輪６ａの沈み込み分だけ突出させる。
　上側壁部１１ａには、グリース保持空間２４にグリースＧを供給するためのグリース供給口２５が設けられている。グリース保持空間２４に供給されるグリースＧの基油は、ハウジング１１内に封入される潤滑油と同じ合成油であることが好ましい。例えば、潤滑油として、モービル社製のＳＨＣ６００シリーズを用いる場合、グリースとして、モービル社製のＳＨＣ６００シリーズを使用することができる。また、熱固化型グリース（例えばポリループ）を使用してもよい。熱固化型グリースは、グリースを熱硬化性の樹脂材料で固形化したものであり、一度加熱し冷却することで、多量の基油を保持したまま硬化する。このため、強い振動や大きな遠心力が作用しても基油が必要以上に分離することがない。
　また、図１に示すように、上側壁部１１ａには、前記グリース供給口２５から離れた位置に、グリース保持空間２４の内圧を調整する圧力調整弁２６が設けられている。
　この垂直軸風車の増速機１の作用および効果について説明する。入力軸用上側軸受蓋１２のグリース保持空間２４は、その内周壁２１の下端と対象上側軸受である入力軸用の上側軸受６の外輪６ａの上側幅面との間の隙間δを介して、上側軸受６における外輪６ａと内輪６ｂとの間の軸受空間と連通している。グリース保持空間２４の大半部分は、前記隙間δよりも上側に位置する。このため、グリース保持空間２４内のグリースＧから分離した基油が、重力によって前記隙間δを通って少しずつ流れ出し、上側軸受６の外輪６ａの上側幅面を伝って上側軸受６の転動面に供給される。
　ところで、円すいころ軸受は、回転による遠心力で、軸受空間に存在する流体を小径側から大径側へ送る作用を奏する。この増速機１の場合、上側軸受６と下側軸受７とが互いに正面組合せであるため、上側軸受６は、隙間δを通って流れ出した基油を上側から下側へ送る。この送り作用により、グリース保持空間２４から上側軸受６へグリースＧの基油が安定して供給される。
　このようにグリースＧの基油が上側軸受６の転動面に少しずつ供給されるため、ハウジング１１内の潤滑油では潤滑が困難な上側軸受６についても、潤滑剤を枯渇させることなく、長期間にわたって良好に潤滑状況を維持することができる。これにより、上側軸受６の故障が予防され、またメンテナンス周期の延長を図ることができる。特に、グリースＧとして熱固化型グリースを使用する場合は、基油が漏れにくいため、長期間に亘って対象上側軸受に基油を供給することができる。
　グリース保持空間２４内のグリースＧが減少した場合、グリース供給口２５からグリースＧを補給することができる。また、圧力調整弁２６によりグリース保持空間２４の内圧を調整することで、グリースＧの基油の供給量を任意に変えることができる。さらに、圧力調整弁２６によりグリース保持空間２４の負圧を抑制し、グリースＧの基油の供給が滞ることを防止できる。
　上側軸受６の転動面に供給された基油のうち消費されずに残った余分の基油は、上側軸受６から落下してハウジング１１内の潤滑油に混じる。グリースＧの基油が潤滑油と同じ合成油であると、グリースＧの基油が潤滑油に混じっても問題が無い。
［第２の実施形態］
　図３は第２の実施形態に係る垂直軸風車の増速機における入力軸用上側軸受蓋とその周辺部を示す断面図である。第１の実施形態の入力軸用上側軸受蓋１２においては、内周壁２１と入力軸２との間をシールするシール部としてオイルシール２３を設けているのに対し、この第２の実施形態の入力軸用上側軸受蓋１２においては、上記シール部としてラビリンスシール２７により内周壁２１と入力軸２との間のシールを行っている。入力軸２と内周壁２１との間にあってラビリンスシール２７の通路の軸受側端に続くラビリンス前空間２８にも、グリース保持空間２４に充填されるものと同じグリースＧが充填される。
　このように、シール部がラビリンス構造であると、シール部の摩擦トルクが低減されるため、発電効率が向上する。グリース保持空間２４から前記ラビリンス前空間２８のグリースＧに基油が逐次供給されるため、ラビリンス前空間２８のグリースＧが、基油の減少により稠度が小さくなることがなく、低トルクの状態が維持される。また、ラビリンス前空間２８にグリースＧが充填されていることにより、シール部の密封効果がより一層高い。
　以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１…垂直軸風車の増速機
２…入力軸
３…出力軸
４…入力側ギヤ
５…出力側ギヤ
６…入力軸用の上側軸受（対象上側軸受）
６ａ…外輪
７…入力軸用の下側軸受
８…出力軸用の上側軸受
９…出力軸用の下側軸受
１１…ハウジング
１１ａ…上側壁部
１１ｂ…下側壁部
１２…入力軸用上側軸受蓋
２１…内周壁
２２…外周壁
２４…グリース保持空間
２５…グリース供給口
２６…圧力調整弁
２７…ラビリンスシール
Ｇ…グリース
δ…隙間

Claims (4)

  1. 　ハウジングと、
    　前記ハウジング内に互いに平行に縦向きに配置されて上端が前記ハウジングからそれぞれ突出する入力軸および出力軸と、
    　これら入力軸および出力軸にそれぞれ設けられ、互いに噛み合う入力側ギヤおよび出力側ギヤと、
    　前記ハウジングの上側壁部および下側壁部に設置されて前記入力軸を回転自在に支持する入力軸用の上側軸受および下側軸受と、
    　前記ハウジングの上側壁部および下側壁部に設置されて前記出力軸を回転自在に支持する出力軸用の上側軸受および下側軸受と、
    　前記入力軸用の上側軸受および前記出力軸用の上側軸受のいずれかまたは両方の上方をそれぞれ個別に覆うように前記ハウジングの上面に取り付けられた軸受蓋と、
    を備える垂直軸風車の増速機であって、
    　前記上側軸受と前記下側軸受とが互いに正面組合せの円すいころ軸受であり、
    　前記軸受蓋は、この軸受蓋が覆う上側軸受である対象上側軸受が支持する前記入力軸または前記出力軸の外周に位置する内周壁を有し、
    　前記軸受蓋の外周壁と前記内周壁との間に円環状のグリース保持空間が形成され、
    　前記内周壁の外径寸法が前記対象上側軸受の外輪の内径寸法よりも大きく、かつ前記内周壁の下端が、前記対象上側軸受の外輪の上側の幅面に対して隙間を介して対向している垂直軸風車の増速機。
  2. 　請求項１に記載の垂直軸風車の増速機において、前記軸受蓋は、外部から前記グリース保持空間にグリースを供給するためのグリース供給口と、このグリース供給口から離れて位置し前記グリース保持空間の内圧を調整する圧力調整弁とを有する垂直軸風車の増速機。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の垂直軸風車の増速機において、前記グリース保持空間に充填されるグリースは、グリースを熱硬化性樹脂で固形化した熱固化型グリースである垂直軸風車の増速機。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の垂直軸風車の増速機において、前記軸受蓋の前記内周壁と、前記入力軸および前記出力軸のうちの前記対象上側軸受が回転自在に支持する軸との間をシールするシール部がラビリンス構造である垂直軸風車の増速機。
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