风力发电设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的一方面涉及一种风力发电设备，在该风力发电设备中，发电机是通过借助于增速齿轮装置来增大由例如风力引起的主轴旋转的速度来驱动的。
【背景技术】
[0002]作为【背景技术】的风力发电设备的示例，叶片接受风力以使连接至叶片的主轴旋转，并且为了增大主轴的旋转速度以驱动发电机而使用了增速齿轮装置。如图23所示，这种增速齿轮装置202包括行星齿轮机构203、高速级齿轮机构204和输出轴205，行星齿轮机构203接受主轴200的旋转以增大行星齿轮机构203的速度，高速级齿轮机构204接受在速度上被行星齿轮机构203增大的旋转以进一步增大高速级齿轮机构204的速度，输出轴205输出高速级齿轮机构204的运转转矩。
[0003]在行星齿轮机构203中，当以能够一体地旋转的方式连接至主轴200的输入轴203a旋转时，行星架203b被旋转而使太阳齿轮203d经由行星齿轮203c以增大的速度旋转，使得太阳齿轮的旋转可以传递至高速级齿轮机构204的低速轴204a。
[0004]在高速级齿轮机构204中，当低速轴204a旋转时，中间轴204d经由低速齿轮204b和第一中间齿轮204c以增大的速度旋转，使得输出轴205可以进一步经由第二中间齿轮204e和高速齿轮204f以增大的速度旋转。
[0005]作为用于对增速齿轮装置202的低速轴204a、中间轴204d和输出轴205进行可旋转地支承的轴承，频繁地使用滚子轴承206至滚子轴承211 (例如，参见专利文献I)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:JP-A-2007-232186
[0009]专利文献2 JP-A-H04-344198
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的问题
[0011]在上述风力发电设备中，在对以高速旋转的输出轴进行支承的滚子轴承中，滚子的滚动接触表面或转动轮的滚道表面上发生擦损磨耗(表面层中造成咬粘的现象)，这导致了滚子轴承的寿命缩短的问题。
[0012]考虑到该问题，由于对擦损磨耗的发生机制的认真研究，本申请人已经发现并提出对于抑制擦损磨耗的出现而言在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是有效的。该提案已作为日本专利申请N0.2011-198354提交给日本专利局并公开为JP-A-2013-060825。应当指出的是，日本专利申请N0.2011-198354在本申请要求优先权的申请(具体为日本专利申请N0.2013-048593、日本专利申请N0.2013-048618、日本专利申请N0.2013-048628和日本专利申请N0.2013-048642)提交时未被公开(即，是非公知的)。附带地，在以上提及的专利文献2中公开了出于不同的目的在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的技术。
[0013]本发明的一方面是考虑到这种实际情况而实现的，并且目的在于提供一种风力发电设备，在该风力发电设备中，能够有效地抑制对增速齿轮装置的输出轴进行支承的滚动轴承中的擦损磨耗的出现。
[0014]解决问题的手段
[0015]本发明的第一方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括:风接受构件，该风接受构件接受风力以使主轴旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置包括旋转传递机构和滚动轴承，旋转传递机构接受主轴的旋转以使旋转在速度上增大，滚动轴承以可旋转的方式支承输出轴，输出轴输出旋转传递机构的运转转矩；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；输入旋转体，该输入旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输出轴上；输出旋转体，该输出旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输入轴上，并且输出旋转体同轴地布置在输入旋转体的径向内侧或径向外侧；以及单向离合器，该单向离合器布置在输入旋转体与输出旋转体之间，单向离合器在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下将输入旋转体和输出旋转体以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器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断开输入旋转体与输出旋转体之间的连接，其中，输入旋转体和输出旋转体被允许沿轴向方向相对地移动，并且其移动的最大允许量设定为大于由状态改变造成的输入轴与输出轴之间的沿轴向方向的间距的变化量。
[0016]本发明的第二方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括:增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大由风力引起的主轴旋转的速度以从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器设置在输出轴与输入轴之间，单向离合器在输出轴的旋转速度超过输入轴的旋转速度的状态下将输出轴和输入轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的状态下断开输出轴与输入轴之间的连接，其中，单向离合器包括:圈，该圈配合在随输出轴旋转的旋转体上；布置成与圈的周向表面的在径向方向上的外侧或内侧相对并且设置在输入轴侧的另一周向表面；以及多个接合元件，所述多个接合元件布置在周向表面之间的空间中，其中，输出轴和输入轴是通过使接合元件接合周向表面而以能够一体地旋转的方式连接至彼此的，并且这种连接是通过解除接合元件与周向表面之间的接合而被断开的，其中，当用于操作发电机的负载转矩最大时从旋转体传递至圈的最大传递转矩Tlniax与由于通过将圈配合在旋转体上所获得的紧固力而能够从旋转体传递至圈的传递转矩T2满足Tl_> Τ2的关系，并且其中，从旋转体传递至圈以操作发电机的的必要最小传递转矩Tl、由于通过接合元件与周向表面的接合所获得的紧固力而从旋转体传递至圈的传递转矩Τ3、以及传递转矩Τ2满足Tl < Τ2+Τ3的关系。
[0017]本发明的第三方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括:增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大由风力引起的主轴旋转的速度以从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器设置在输出轴与输入轴之间，单向离合器在输出轴的旋转速度超过输入轴的旋转速度的状态下将输出轴和输入轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的状态下破坏输出轴与输入轴之间的连接，其中，单向离合器包括:圈，该圈配合在随输出轴旋转的旋转体上；布置成与圈的周向表面的在径向方向上的外侧或内侧相对并且设置在输出轴侧的另一周向表面；以及多个接合元件，所述多个接合元件布置在周向表面之间的空间中，其中，输出轴和输入轴是通过使接合元件接合周向表面而以能够一体地旋转的方式连接至彼此的，并且这种连接是通过解除接合元件与周向表面之间的接合而被断开的，其中，当用于操作发电机的负载转矩最大时从旋转体传递至圈的最大传递转矩Tlniax与由于通过将圈配合在旋转体上所获得的紧固力而能够从旋转体传递至圈的传递转矩T2满足Tl_> Τ2的关系，并且其中，从旋转体传递至圈以操作发电机的的必要最小传递转矩Tl、由于通过接合元件与周向表面的接合所获得的紧固力而从旋转体传递至圈的传递转矩Τ3、以及传递转矩Τ2满足Tl < Τ2+Τ3的关系。
[0018]本发明的第四方面提供了一种风力发电设备，该风力发电设备包括:主轴，该主轴通过风力旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大主轴旋转的速度并且从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括输入轴，输入轴通过接受输出轴的旋转而旋转，并且发电机根据与输入轴一体地旋转的转子的旋转而产生电力；壳体，该壳体容纳增速齿轮装置和发电机；输入旋转体，该输入旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输出轴上；输出旋转体，该输出旋转体以能够一体地旋转的方式设置在输入轴上，并且该输出旋转体同轴地布置在输入旋转体的径向内侧或径向外侧；单向离合器，该单向离合器布置在输入旋转体与输出旋转体之间，单向离合器在输入旋转体的旋转速度超过输出旋转体的旋转速度的状态下将输入旋转体和输出旋转体以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器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断开输入旋转体与输出旋转体之间的连接；以及遮蔽装置，该遮蔽装置将壳体内的空间与布置单向离合器的区域隔离。
[0019]本发明的第五方面提供了一种发电设备，该发电设备包括:主轴，该主轴通过外力旋转；增速齿轮装置，该增速齿轮装置增大从主轴接受的旋转的速度并且从输出轴输出速度增大的旋转；发电机，该发电机包括驱动轴和转子，驱动轴通过接受输出轴的旋转而旋转，转子与驱动轴一体地旋转，并且发电机根据转子的旋转而产生电力；单向离合器，该单向离合器设置在输出轴与驱动轴之间，单向离合器在输出轴的旋转速度超过驱动轴的旋转速度的第一状态下将输出轴和驱动轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此，并且单向离合器在输出轴的旋转速度低于驱动轴的旋转速度的第二状态下断开输出轴与驱动轴之间的连接；连接装置，该连接装置设置在输出轴与驱动轴之间，并且该连接装置至少在第二状态下能够将输出轴与驱动轴以能够一体地旋转的方式连接至彼此；以及控制单元，该控制单元根据预定条件来控制连接装置的操作以将输出轴与驱动轴连接至彼此。
[0020]本发明的优点
[0021]根据本发明的各方面，能够有效地抑制对增速齿轮装置的输出轴进行支承的滚动轴承中的擦损磨耗的出现。
【附图说明】
[0022]图1为根据本发明的第一实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。
[0023]图2为增速齿轮装置和发电机的示意性侧视图。
[0024]图3为联轴装置的侧视图(部分剖视图)。
[0025]图4为沿图3的箭头A-A截取的剖视图。
[0026]图5为联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
[0027]图6为单向离合器的主要部分的放大剖视图。
[0028]图7为单向离合器的保持架的立体图。
[0029]图8(a)和图8(b)为示出了单向离合器的动作的说明图。
[0030]图9为说明了负载转矩与传递转矩之间的关系的曲线图。
[0031]图10(a)至图10(d)为示出了联轴装置的组装过程的说明图。
[0032]图11为增速齿轮装置的滚子轴承的剖视图。
[0033]图12为覆盖构件的连接部的放大剖视图。
[0034]图13为根据本发明的第二实施方式的风力发电设备的联轴装置的剖视图。
[0035]图14为单向离合器的主要部分的放大剖视图。
[0036]图15为风力发电设备的改型的示意性侧视图。
[0037]图16为根据另一实施方式的增速齿轮装置和发电机的示意性侧视图。
[0038]图17为根据又一实施方式的联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
[0039]图18为根据又一实施方式的联轴装置的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被放大地示出。
[0040]图19为根据本发明的第三实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。
[0041]图20为风力发电设备中的增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间的连接部的剖视图，其中，单向离合器和滚动轴承被尤其详细地示出。
[0042]图21为风力发电设备的单向离合器的剖视图。
[0043]图22为风力发电设备中的增速齿轮装置的输出轴与发电机的驱动轴之间的连接部的剖视图，其中，单向离合器、电磁离合器和滚动轴承的结构被尤其详细地示出。
[0044]图23为示出了根据【背景技术】的增速齿轮装置的剖视图。
【具体实施方式】
[0045]现在将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。
[0046]图1为根据本发明的第一实施方式的风力发电设备的示意性侧视图。
[0047]风力发电设备I包括叶片(风接受构件)11、支柱12和机舱13。叶片11包括设置在主轴2的末端处的多个翼片并且通过接受风而使主轴2旋转。机舱13包括主轴2、用于支承主轴2的支承机构15、用于使主轴2的旋转速度增大的增速齿轮装置3、用于通过速度被增速齿轮装置3增大的旋转力产生电的发电机4、用于容置这些部件的壳体18等。支柱12围绕竖向轴线以能够水平旋转的方式支承机舱13。
[0048]图2为增速齿轮装置和发电机的示意性侧视图。
[0049]发电机4由例如感应发电机形成并且包括驱动轴(输入轴)41、内设在发电机4中的转子42和未图示的定子等，驱动轴41是通过接受速度已经被增速齿轮装置3增大的旋转而旋转的。转子42以能够一体地旋转的方式连接至驱动轴41，并且发电机4构造成由于通过驱动轴41的旋转来驱动转子42而产生电。除此之外，驱动轴41设置有用于使驱动轴41制动的制动器44。
[0050]增速齿轮装置3包括接受主轴2的旋转以使旋转的速度增大的齿轮机构(旋转传递机构)30。齿轮机构30包括行星齿轮机构31和高速级齿轮机构32，高速级齿轮机构32接受速度已经被行星齿轮机构31增大的旋转以进一步增大高速级齿轮机构32的速度。
[0051]行星齿轮机构31包括内齿轮(环形齿轮)31a、多个行星齿轮31b以及与行星齿轮31b啮合的太阳齿轮31c，所述多个行星齿轮31b保持在以能够一体地旋转的方式连接至主轴2的行星架(未图示)上。因此，当行星架与主轴2—起旋转时，太阳齿轮31c经由行星齿轮31b旋转，并且该旋转被传递至高速级齿轮机构32的低速轴33。
[0052]高速级齿轮机构32包括具有低速齿轮33a的低速轴33、具有第一中间齿轮34a和第二中间齿轮34b的中间轴34、以及具有高速齿轮35a的输出轴35。
[0053]低速轴33由具有直径为例如约Im的大型旋转轴形成并且与主轴2同轴地布置。低速轴33的沿轴向方向的两个端部由滚子轴承36a和滚子轴承36b以可旋转的方式支承。
[0054]中间轴34布置在低速轴33的上方，并且中间轴34的沿轴向方向的两个端部由滚子轴承37a和滚子轴承37b以可旋转的方式支承。中间轴34的第一中间齿轮34a与低速齿轮33a啮合，并且第二中间齿轮34b与高速齿轮35a啮合。
[0055]输出轴35布置在中间轴34的上方，以输出运转转矩。输出轴35的沿轴向方向的第一端部35b和第二端部(输出端部)35c分别由滚子轴承38和滚子轴承39以可旋转的方式支承。
[0056]由于上述结构，主轴2的旋转速度是通过行星齿轮机构31的传动比、低速齿轮33a与第一中间齿轮34a之间的传动比以及第二中间齿轮34b与高速齿轮35a之间的传动比分三级增大的，使得运转转矩可以从输出轴35的输出端部35c输出。换句话说，由风引起的主轴2旋转的速度通过增速齿轮装置3分三级增大以驱动发电机4。
[0057]图11为增速齿轮装置的对例如输出轴35的第一端部35b进行支承的滚子轴承的剖视图。在图11中，滚子轴承38由筒状的滚子轴承形成并且包括内圈38a、外圈38b、多个柱状滚子38c以及环状保持架38d，内圈38a外部地配合并固定在输出轴35上，外圈38b固定在外壳(未图示)上，所述多个柱状滚子38c布置成能够通过在内圈38a与外圈38b之间进行滚动而移动，环状保持架38d用于沿周向方向以预定的间隔保持柱状滚子38c。内圈38a、外圈38b和柱状滚子38c由例如轴承钢制成，并且保持架38d由例如铜合金制成。
[0058]内圈38a在其外周上具有形成在沿轴向方向的中央部中的内圈滚道表面38al。外圈38b与内圈38a同轴地布置并且在外圈38b的内周上包括形成在沿轴向方向的中央部中的外圈滚道表面38bl、以及形成在外圈滚道表面38bl的沿轴向方向的两侧的一对外圈凸缘部38b2。外圈滚道表面38bl布置成与内圈滚道表面38al相对。外圈凸缘部38b2形成为从外圈38b的内周的沿轴向方向的两个端部径向向内突出，并且柱状滚子38c的端面与这些外圈凸缘部38b2滑动接触。
[0059]柱状滚子38c布置成能够通过在内圈38a的内圈滚道表面38al与外圈38b的外圈滚道表面38b I之间进行滚动而移动。
[0060]保持架38d包括一对环状部38dl以及多个柱部38d2，所述一对环状部38dl布置成沿轴向方向彼此间隔开，所述多个柱部38d2沿环状部38dl的周向方向以相等的间隔布置以将环状部38dl连接至彼此。所述一对环状部38dl与彼此相邻的两个柱部38d2之间形成凹穴38d3，并且每个柱状滚子38c均布置在每个凹穴38d3中。附带地，在具有大尺寸的风力发电设备I中，大负载施加至对增速齿轮装置3的输出轴35进行支承的滚子轴承，并且因此，所使用的滚子轴承38优选地具有高的刚性并且能够适当地吸收输出轴35的沿轴向方向的热胀/冷缩。应当指出的是，滚珠轴承或圆锥轴承可以用作滚动轴承。
[0061]在图2中，风力发电设备I包括联轴装置(联接装置)9，联轴装置9用于将增速齿轮装置3的输出轴35与发电机4的驱动轴41以能够一体地旋转的方式连接至彼此。该联轴装置9包括输入旋转体(内侧旋转体)5、输出旋转体(外侧旋转体)6、单向离合器7和滚动轴承8，并且联轴装置9也形成为离合器单元。除此之外，联轴装置9设置在用于驱动轴41的制动器44的更接近增速齿轮装置3的一侧。
[0062]图3为联轴装置的侧视图(部分剖视图)。图4为沿图3的箭头A-A截取的剖视图。
[0063]输入旋转体5包括轴部51和输入侧连接部52，输入侧连接部52设置在轴部51的沿轴向方向的第一端部(图3中的左端部)中。输入侧连接部52以能够一体地旋转且可移除的方式连接至输出轴35。
[0064]输出旋转体6与输入旋转体5同轴地布置并且包括筒状部61和输出侧连接部62，筒状部61形成为圆筒形状，输出侧连接部62设置在筒状部61的沿轴向方向的第二端部(图3中的右端部)中。输出侧连接部62以可一体地旋转且可移除的方式连接至驱动轴41ο
[0065]单向离合器7布置在输入旋转体5与输出旋转体6之间的旋转体径向相对并彼此交叠的部分中。除此之外，滚动轴承8布置在输入旋转体5与输出旋转体6之间并且位于单向离合器7的沿轴向方向的两侧。单向离合器7设置成用于以能够连接/能够断开连接的方式将输出轴35的旋转经由输入旋转体5和输出旋转体6传递至驱动轴41，并且滚动轴承8设置成用于相互地支承输出轴35和驱动轴41。附带地，尽管滚动轴承8在本实施方式的风力发电设备I中布置在单向离合器7的沿轴向方向的两侧，但滚动轴承可以布置在单向离合器7的沿轴向方向的仅一侧。
[0066]在图3中，输入侧连接部52包括凸缘部52a和弯曲构件52b，凸缘部52a固定在轴部51的一端上，弯曲构件52b布置在凸缘部52a与输出轴35之间。轴部51形成为圆柱形状并且具有在其沿轴向方向的第一端部(图3中的左端部)的外周向表面上形成的键槽51b。凸缘部52a沿周向方向以一定间隔具有多个(例如四个)突出部52al(参见图4)，每个突出部52al均呈圆形形状并且在径向方向上向外突出。每个突出部52al均具有穿过其形成的螺栓插入孔52a2。配合孔52a3形成在凸缘部52a的中央部中，并且轴部51的第一端部通过压配合等配合在该配合孔52a3中。除此之外，配合孔52a3中形成有键槽52a4。轴部51和凸缘部52a通过在两个键槽52a4和键槽51b中设置键53而以能够一体地旋转的方式连接至彼此。
[0067]输出侧连接部62包括凸缘部62a和弯曲构件62b，凸缘部62a设置在筒状部61的沿轴向方向的第二端部中，弯曲构件62b布置在凸缘部62a与驱动轴41之间。凸缘部62a通过锻造等一体地模制在筒状部61的第一端部中、从筒状部61的外周向表面沿径向方向向外突出，并且凸缘部62a具有穿过其形成的螺栓插入孔62al。除此之外，凸缘部62a以与输入侧连接部52的凸缘部