用于风力发电装置的单向离合器和单向离合器单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及例如用于风力发电装置的单向离合器和单向离合器单元。
【背景技术】
[0002]在根据本申请的【背景技术】的风力发电装置中，在接受风力时，叶片使连接至叶片的主轴旋转，并且增速齿轮装置使主轴的旋转增速，从而驱动发电机。
[0003]然而，在上述风力发电装置中，主轴的旋转速度因风速或风向的变化而改变，由此风力发电装置具有下述缺点:待从增速齿轮装置输入至发电机的主轴的旋转转矩改变并且风力发电装置的发电效率降低。因此，在风力发电装置中，需要一种用于抑制旋转转矩变化并且提高发电效率的技术。
[0004]此外，安装风力发电装置基于下述假设:发电装置通常使用很长时间比如10年或10年以上。此外，风力发电装置因由主轴的旋转和发电机的驱动引起的噪音、风况等而例如安装在多山地区或沿海地区或海上。另外，由于风力发电装置的主要部件需要安装在较高的地方处比如风力发电塔处并且部件自身大而笨重，因此在维修时需要大量劳动力来安装和移除该部件。因此，期望的是，所需的维修尽可能地少并且需要一种具有长寿命和高可靠性的风力发电装置。
[0005]另一方面，为了在运转状态下并联运转与另一系统中的发电机同步的同步发电机，提出在同步发电机的增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间设置单向离合器(例如，参照专利文献I)。
[0006]相关技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:JP-A-H04_344198
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的问题
[0010]在上述风力发电装置中，在滚动元件——比如滚子——的滚动面以及滚动轴承一一比如用于对以高速旋转的风力发电装置的输出轴进行支承的滚子轴承一一的旋转圈的滚道面上发生擦伤污斑(在表面层上造成咬粘的现象)，并且这引起下述情形:其中，滚动轴承比如滚子轴承的寿命减少。
[0011 ] 此外，在单向离合器中，在旋转的波动范围很小的情况下，例如如持续在风速的波动很小的状态的情况下，油膜几乎不形成在离合器的每个接合元件的接合面与离合器的内圈的滚道面之间以及在接合面与离合器的外圈的滚道面之间，并且这引起下述情形:其中，接合元件的接合面、内圈的滚道面以及外圈的滚道面易于磨损并且很难在长时间使用情况下维持足够硬度。
[0012]考虑到上述技术中遇到的上述情形，本发明的方面意在提供用于风力发电装置的单向离合器和单向离合器单元，其能够有效地抑制擦伤污斑发生在用于对风力发电装置的增速齿轮装置的输出轴进行支承的滚子轴承上并且还能够甚至在长期磨耗之后仍在长时间使用情况下维持足够硬度。
[0013]解决问题的手段
[0014]本发明的发明者已经认真地研究了造成擦伤污斑的机制。因此，发现:当主轴的旋转速度由于风力的降低而急剧降低时，发电机的驱动轴的旋转速度由于具有较大质量的发电机的转子的惯性而变得高于输出轴的旋转速度，并且所谓的转矩遗漏(载荷遗漏)发生；施加至用于支承输出轴的滚动轴承比如滚子轴承的径向载荷由于该转矩遗漏而减小；例如滚动元件比如滚子轴承的滚子与用于保持滚动元件的保持架之间的滑动摩擦阻力变得高于滚子轴承比如滚子轴承的滚动元件(例如，滚子)与其旋转圈之间的滚动摩擦阻力；并且滚动元件比如滚子自身的旋转被延迟。另外，还发现:当主轴的旋转速度从上述状态由于风力的增加而急剧增大时，惯性转矩由于速度的增大而增大并且施加至用于对输出轴进行支承的滚动轴承比如滚子轴承的径向载荷增大，由此，在增速时刻，滚子在高载荷施加至滚子的状态下在介于滚子与旋转圈之间的接触面上滑动，接触面处的温度上升并且擦伤污斑发生；基于这些发现，发明者已经完成本发明。
[0015]更具体地，本发明的方面提供了单向离合器，该单向离合器包括:内圈，该内圈设置在输入旋转体和输出旋转体中的一个旋转体上，其中，输入旋转体设置成与风力发电装置的增速齿轮装置的输出轴可一体地旋转，输出旋转体设置成与发电机的驱动轴可一体地旋转并且同轴地设置在输入旋转体的径向内侧或外侧，其中，输出轴的旋转传递至发电机的驱动轴；外圈，该外圈设置在另一旋转体上并且设置在内圈的径向外侧；以及多个接合元件，所述多个接合元件各自地设置在多个空间中，所述多个空间形成在内圈的滚道面和外圈的滚道面两者之间，其中，在输入旋转体的旋转速度高于输出旋转体的旋转速度的状态下，接合元件与内圈的滚道面和外圈的滚道面两者接合以将输入旋转体连接至输出旋转体，使得转子能够一体地旋转，并且在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下，接合元件释放接合以切断输入旋转体与输出旋转体之间的连接，并且其中，多个接合元件或内圈和外圈由通过使马氏体不锈钢材料经受软氮化处理而获得的基材制成，距离下述接触部的表面直至20 μ m的部分的维氏硬度为100Hv至1500Hv，在该接触部处，基材由于基材与配合构件之间的滑动或接合而接触配合构件。
[0016]此外，本发明的另一方面提供了单向离合器单元，该单向离合器单元包括:上述单向离合器；以及滚动轴承，该滚动轴承设置成与单向离合器相邻并且设置在输入旋转体与输出旋转体之间，其中，输入旋转体设置成与风力发电装置的增速齿轮装置的输出轴可一体地旋转，输出旋转体设置成与发电机的驱动轴可一体地旋转并且同轴地设置在输入旋转体的径向内侧或外侧，其中，输出轴的旋转传递至发电机的驱动轴；并且滚动轴承对输入旋转体和输出旋转体进行支承使得旋转体可相对于彼此旋转。
[0017]通过采用了上述构型的单向离合器和单向离合器单元，在输入旋转体的旋转速度高于输出旋转体的旋转速度的状态下，接合元件与内圈的滚道面和外圈的滚道面两者接合以将输入旋转体连接至输出旋转体，使得旋转体可一体地旋转，并且在输入旋转体的旋转速度低于输出旋转体的旋转速度的状态下，接合元件释放接合以切断输入旋转体与输出旋转体之间的连接；因此，即使输出轴的旋转速度由于外部力的降低而经由主轴急剧降低，仍可以防止发电机的转子的惯性旋转经由驱动轴传递至输出轴，由此可以抑制施加至用于对输出轴进行支承的滚动轴承的径向载荷的降低以及伴随径向载荷的降低的滚动元件自身的旋转的延迟。因此，通过采用了上述构型的单向离合器，当主轴的旋转速度从上述状态由于外部力的变化而急剧增大并且高载荷施加至滚动元件时，滚动元件几乎不能在与旋转圈接触的接触面上滑动，由此，可以有效地抑制用于对风力发电装置的增速齿轮装置的输出轴进行支承的滚动轴承上发生擦伤污斑。
[0018]此外，通过采用了上述构型的单向离合器和单向离合器单元，由于使用了通过使马氏体不锈钢材料经受软氮化处理而获得的基材，并且距离接触部的表面直至20 μ m的部分的维氏硬度为100Hv至1500Hv，因此多个相应的接合元件的接合面或内圈的滚道面和外圈的滚道面可以保持为甚至在长期磨耗之后仍具有用于风力发电装置的足够的表面硬度。
[0019]在上述用于风力发电装置的单向离合器和单向离合器单元中，接触部的内部硬度优选地为54HRC或更高。在这种情况下，由于接触部的内部硬度足够用于风力发电装置，因此可以保证足够的抗疲劳强度。
[0020]此外，在上述单向离合器和单向离合器单元中，距离接触部的表面直至20μπι的部分的维氏硬度优选地为1150Hv至1500Hv。在这种情况下，即使将其估计的10年的磨耗量考虑在内，仍可以保证足够的硬度，并且多个相应的接合元件的接合面或内圈的滚道面和外圈的滚道面可以保持为甚至在长期磨耗之后仍具有较高的表面硬度。
[0021]更进一步地，在上述单向离合器和单向离合器单元中，优选的是，接合元件为柱状滚子或楔块，在输入旋转体的沿轴向方向的稍端部与驱动轴的与输入旋转体的沿轴向方向的稍端部相对的相对面之间设置有间隙，并且在输出旋转体的沿轴向方向的稍端部与输入旋转体的与输出旋转体的沿轴向方向的稍端部相对的相对面之间设置有另一间隙，由此，内圈和外圈能够在轴向方向上相对地移动；并且距离下述部分的表面直至20 μπι的部分的维氏硬度为100Hv至1500Hv:当输入旋转体或输出旋转体由于温度变化而在轴向方向上膨胀或收缩时接合元件相对于所述部分滑动或与所述部分接合。此时，在上述单向离合器中，滚动轴承为滚子轴承。在这种情况下，即使错位在下述部分处发生:接合元件由于温度变化而相对于所述部分滑动或与所述部