接头结构和风力发电设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的方面涉及一种用于风力发电设备的接头结构以及该风力发电设备。
【背景技术】
[0002]作为风力发电设备，已知一种设置有发电机、主轴、增速器和输入轴的设备，其中，该发电机具有通过接受风力而旋转的叶片，该主轴连接至叶片，该增速器将主轴的旋转速度增大，该输入轴联接至增速器的输出轴。在该风力发电设备中，叶片接受风力以使主轴旋转，并且主轴的旋转速度通过增速器而被增大以驱动发电机，由此执行发电。
[0003]在该风力发电设备中，通常，如图21中所示，增速器110的输出轴111和风力发电机114的输入轴113通过轴接头112被连接。
[0004]此外，由于在风力发电设备的组装中于输出轴111与输入轴113之间有时发生诸如偏心或角度偏差之类的未对准，因此在一些设备中，在轴111与轴113之间设置有挠性轴接头(例如，参见专利文献1)。
[0005]在风力发电设备的增速器中，设置有以可旋转的方式支承以高速旋转的输出轴的滚子轴承，并且该滚子轴承具有下述问题:由于在滚子的滚动表面以及诸如内圈和外圈之类的旋转圈的滚道面上发生卡伤(发生表面咬粘的现象)，滚子轴承的寿命缩短。因此，本申请的申请人对卡伤的发生机制进行了认真研究，已经发现在增速器的输出轴与发电机的输入轴之间设置单向离合器能够有效地抑制卡伤的发生，并且已经提出了与其相关的发明(参见专利文献2)。
[0006]相关技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献l:JP-A-2006-250034
[0009]专利文献2:JP-A-2013-76395
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的问题
[0011]此外，本申请的申请人已经提出了一种轴接头装置，该轴接头装置能够吸收发生在增速器的输出轴与发电机的输入轴之间的如上所述的未对准并且能够抑制卡伤的发生(日本专利申请N0.2013-048573)。该专利申请在本申请的优先权日2013年8月29日和2013年10月24日尚未公开。在下文中，该轴接头装置将被称为所提出的接头。
[0012]因此，研究了一种采用所提出的接头而不是图21中示出的轴接头112的风力发电设备。然而，在一些类型的风力发电设备中，轴接头112的轴向长度(设计长度)较短并且不能够代替轴接头112而结合所提出的接头。在这种情况下，难以获得如上所述的用于抑制卡伤发生的结构。具体地，当在设置有图21中示出的轴接头112的现有风力发电设备中，将轴接头112改成所提出的接头时，这种改变在轴接头112的轴向长度(设计长度)较短的情况下是不可能的。
[0013]因此，本发明的方面的目的在于提供下述新的技术方案:该技术方案使得能够抑制如上所述的卡伤发生，即使在不能够替代连接增速器的输出轴与发电机的输入轴的轴接头而结合所提出的接头的风力发电设备中，也是如此。
[0014]解决问题的方式
[0015](1)本发明的第一方面包括一种用于风力发电设备的接头结构，该风力发电设备通过来自增速器的输出轴的转矩使发电机的输入轴旋转而产生电力，该接头结构包括离合器单元，该离合器单元夹在轴接头与轴体之间，其中，该轴接头设置在输出轴与输入轴之间并且该轴接头允许在输出轴与输入轴之间传递转矩，该轴体是输出轴和输入轴中的一者，其中，离合器单元包括:轴联接部，该轴联接部与轴体一体旋转;接头联接部，该接头联接部与轴接头一体旋转；以及单向离合器，该单向离合器设置在轴联接部与轴接头联接部之间，并且其中，在输出轴的旋转速度高于输入轴的旋转速度的状态下，该单向离合器使轴联接部与接头联接部之间以能够一体旋转的方式连接，并且在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的状态下，该单向离合器解除轴联接部与接头联接部之间的连接。
[0016]根据本发明的第一方面，由于包括用于抑制卡伤发生的单向离合器的离合器单元夹在增速器的输出轴与轴接头之间或者夹在轴接头与发电机的输入轴之间，因此获得了下述接头结构:在该接头结构中，即使不存在足以将单向离合器设置在轴接头的区域中的空间，也能够抑制如上所述的卡伤发生。
[0017](2)优选地，轴联接部由与轴体分离并且联接至轴体的构件形成，并且接头联接部由与轴接头分离并且联接至轴接头的构件形成。
[0018]在这种情况下，接头结构能够被结合，同时将现有风力发电设备的现有轴接头保持原样。
[0019](3)优选地，以上(2)的轴联接部包括联接至轴体的联接轴部，在联接轴部和轴体中的一者的端部上形成有沿轴向方向延伸的孔，并且在联接轴部和轴体中的另一者的端部上形成有插入轴部，该插入轴部被插入该孔中并且不能够相对于孔相对旋转而能够相对于孔沿轴向方向移动。
[0020]在这种情况下，获得下述结构:在该结构中，即使在从输出轴至输入轴41的部分中轴向长度由于热膨胀和热收缩而改变，这种改变也能够通过插入轴部与孔之间的关系而被吸收并且转矩也能够从输出轴被传递至输入轴。
[0021](4)优选地，以上(3)的孔是花键孔，并且插入轴部是花键轴。在这种情况下，能够获得以上(3)的结构。
[0022](5)此外，在接头结构中，优选地，轴联接部和接头联接部中的一者由轴状构件形成，并且轴联接部和接头联接部中的另一者由定位在轴状构件的径向外侧的管状构件形成，单向离合器夹在轴联接部与接头联接部之间并且包括接合元件，在输出轴的旋转速度高于输入轴的旋转速度的状态下，该接合元件能够使轴联接部与接头联接部之间接合，并且在输出轴的旋转速度低于输入轴的旋转速度的状态下，该接合元件解除所述接合，并且离合器单元还包括滚动轴承，该滚动轴承夹在轴联接部与接头联接部之间。
[0023]在这种情况下，通过接合元件与轴联接部和接头联接部接合，轴联接部和接头联接部能够以能够一体旋转的方式被连接，并且通过解除所述接合，所述连接也被解除。即使当接合元件的接合被解除时，轴联接部和接头联接部也能够由滚动轴承同心地支承。
[0024](6)此外，在以上(2)的接头结构中，优选地，在轴体的端部上形成有阳螺纹，并且在轴联接部上形成有阴螺纹，该阴螺纹与阳螺纹螺纹连接使得在阴螺纹的旋转与阳螺纹的旋紧完成的状态下，在旋紧方向上，阴螺纹的旋转被锁定，并且该旋紧方向设定为与在通过发电机发电时输出轴和输入轴的旋转方向相同的方向。在这种结构的情况下，轴体与轴联接部之间的联接被容易地执行。
[0025](7)此外，在以上(6)的接头结构中，优选地，轴联接部和接头联接部中的一者由管状构件形成，轴联接部和接头联接部中的另一者由定位在管状构件的径向内侧的轴状构件形成，并且离合器单元还包括支承部，该支承部支承轴联接部和接头联接部，使得轴联接部和接头联接部能够沿轴向方向相对地移动并且能够相对旋转。
[0026]在这种情况下，即使在从输出轴至输入轴的部分中轴向长度由于热膨胀及热收缩而改变，这种改变也能够通过轴联接部和接头联接部的结构、以及支承部而被吸收。
[0027](8)此外，在以上(7)的接头结构中，优选地，支承部包括:多个滚珠，所述多个滚珠夹在轴联接部与接头联接部之间；以及保持架，该保持架保持滚珠在周向方向上的间隔。在这种结构的情况下，支承部能够以简单的结构实现。
[0028](9)此外，在以上(1)的接头结构中，优选地，离合器单元还包括:支承构件，该支承构件固定至风力发电设备的固定物；以及滚动轴承，该滚动轴承设置在支承构件与接头联接部之间，并且该滚动轴承将接头联接部支承成能够相对于支承构件旋转。
[0029]在这种情况下，接头联接部能够通过支承构件和滚动轴承以可旋转的方式附接至风力发电设备的固定物。为此，由于通过接头联接部作用的轴接头的重力(重量)、设置在接头联接部与轴联接部之间的单向离合器的重力(重量)以及接头联接部自身的重力(重量)所造成的负载被传递至固定物并且该固定物能够支承该负载。
[0030](10)此外，在以上(9)的接头结构中，优选地，接头联接部包括:旋转凸缘部，该旋转凸缘部联接至轴接头；以及旋转圆筒部，该旋转圆筒部与旋转凸缘部一体旋转，并且其中，单向离合器设置在旋转圆筒部的内周侧，支承构件包括:固定凸缘部，该固定凸缘部联接至固定物；以及固定圆筒部，该固定圆筒部与固定凸缘部成一体、该固定圆筒部与旋转圆筒部同心、并且该固定圆筒部定位在旋转圆筒部的径向外侧，并且滚动轴承设置在固定圆筒部的内周表面与旋转圆筒部的外周表面之间。
[0031]在这种情况下，所得的结构使得:单向离合器设置在接头联接部的旋转圆筒部的内周侧，并且滚动轴承设置在旋转圆筒部的外周侧。也就是说，这种结构使得单向离合器和滚动轴承在径向方向上对准，使得能够减小接头结构的轴向尺寸。
[0032](11)此外，在以上(10)的接头结构中，在固定圆筒部的内周表面上设置有滚动轴承的滚动元件的滚道，并且固定圆筒部也用作滚动轴承的外圈，由此能够减少部件的数目，并且部件数目的减少促进了组装。
[0033](12)此外，在以上(10)或(11)的接头结构中，在旋转圆筒部的外周表面上设置有滚动轴承的滚动元件的滚道，并且旋转圆筒部也用作滚动轴承的内圈，由此能够减少部件的数目，并且部件数目的减少促进了组装。
[0034](13)此外，在以上(9)至(12)的接头结构中，固定物是增速器的壳体，并且离合器单元夹在轴接头与输出轴之间。
[0035]在这种情况下，由于离合器单元的构成元件等的重力(重量)所造成的负载被传递至增速器的壳体，并且增速器的壳体能够支承该负载。增速器的壳体被布置在例如设置有风力发电设备的地板上并且由该地板支承。
[0036](14)此外，在以上(9)至(12)的接头结构中，固定物是发电机的壳体，并且离合器单元夹在轴接头与输入轴之间。
[0037]在这种情况下，由于离合器单元的构成元件等的重力(重量)所造成的负载被传递至发电机的壳体，并且发电机的壳体能够支承该负载。发电机的壳体被布置在例如设置有风力发电设备的地板上并且由该地板支承。
[0038](15)此外，本发明的第二方面包括风力发电设备，该风力发电设备包括:主轴，该主轴通过风力而旋转;增速器，该增速器将主轴的旋转速度增大，并且该增速器从输出轴输出旋转;发电机，该发电机包括与作为输入的输出轴的旋转一起旋转的输入轴，并且该发电机通过与输入轴的旋转一体旋转的转子的旋转而产生电力；轴接头，该轴接头设置在输出轴与输入轴之间，并且该轴接头允许在输出轴与输入轴之间传递转矩；以及以上(1)至(14)中的任一项的接头结构，该接头结构夹在轴接头与轴体之间，该轴体是输出轴和输入轴中的一者。
[0039]本发明的优势
[0040]根据本发明的方面，能够获得下述接头结构:在该接头结构中，即使不存在足以将单向离合器设置在轴接头的区域中的空间，也能够抑制在滚动轴承上发生卡伤。
【附图说明】
[0041]图1是根据本发明的实施方式的设置有接头结构的风力发电设备的示意性侧视图。
[0042]图2是示出了增速器和发电机的示意性侧视图。
[0043]图3是示出了增速器的滚子轴承的剖视图。
[0044]图4是示出了轴接头、离合器单元及其周围的纵向剖视图。
[0045]图5是在图4中的箭头A上截取的剖视图。
[0046]图6是示出了单向离合器的保持架的立体图。
[0047]图7是示出了单向离合器的相关部分的放大剖视图。
[0048]图8(a)和图8(b)是解释单向离合器的作用的解释性视图。
[0049]图9是解释负载转矩与传递转矩之间的关系的曲线图。
[0050]图10是设置有转矩限制器的单向离合器的剖视图。
[0051]图11是设置有转矩限制器的单向离合器的剖视图。
[0052]图12是示出了轴接头、离合器单元及其周围的纵向剖视图。
[0053]图13是示出了离合器单元的一部分的横向剖视图。
[0054]图14是示出了增速器和发电机的示意性侧视图。
[0055]图15是示出了风力发电设备的改型的示意性侧视图。
[0056]图16是示出了轴接头、离合器单元及其周围的纵向剖视图。
[0057]图17是示出了图16中示出的离合器单元的改型的纵向剖视图。
[0058]图18是示出了风力发电设备的改型的示意性侧视图。
[0059]图19(A)至图19(D)是解释离合器单元的组装方法的解释性视图。
[0060]图20(A)至图20(D)是解释离合器单元的组装方法的解释性视图。
[0061]图21是解释【背景技术】的风力发电设备的示意性结构的解释性视图。
【具体实施方式】
[0062]在下文中，将参照附图对本发明的实施方式进行描述。
[0063]【总体结构】
[0064]图1是根据本发明的实施方式的设置有接头结构的风力发电设备1的示意性侧视图。风力发电设备1具有下述结构:在该结构中，发电机4的输入轴41通过来自增速器3的输出轴35的转矩而被旋转，从而产生电力，并且根据本发明的实施方式的接头结构用于该风力发电设备1。
[0065]进一步地描述该结构，风力发电设备1设置有叶片(风力接受构件)11、支柱12和机舱13。叶片11由设置在主轴2的端部处的