表现为通过转子42的惯性力而继续旋转。在这种情况下，与输出轴35—起一体旋转的轴联接部21的旋转速度变得低于与输入轴41 一起一体旋转的接头联接部22的旋转速度，并且输出轴35的轴联接部21以及输入轴41侧的接头联接部22通过单向离合器7而被断开连接。
[0212]也就是说，即使由于风力减小而通过主轴3使得输出轴35的旋转速度急剧地减小，也能够防止由于发电机4的转子42的惯性所造成的旋转通过输入轴41被传递至输出轴35。
[0213]因此，即使输出轴35减速，由于输出轴35以及设置在输出轴35的增速器3侧的其他轴惯性地旋转，仍能够防止急剧的转矩释放，使得能够抑制支承输出轴35和其他轴的滚动轴承(例如，图3中的滚子轴承38)的滚动元件(圆柱滚子38c)的旋转延迟。
[0214]为此，当在输出轴35减速之后风力增大以恢复输出轴35的以增大速度的旋转时，输出轴35的旋转速度超过输入轴41的旋转速度、输出轴35和输入轴41通过单向离合器7再一次被连接、并且径向负载作用在滚动轴承(滚子轴承38)上；然而，由于抑制了滚动轴承(滚子轴承38)的滚动元件(圆柱滚子38c)的旋转延迟被抑制，因此由于在滚动元件(圆柱滚子38c)以及滚道面一一这些滚动元件在滚道面上滚动一一上发生的卡伤所造成的滚动轴承(滚子轴承38)的寿命的减小能够得到抑制。
[0215]此外，当由于风力减小而通过主轴2使得输出轴35的旋转速度急剧减小时，由于通过轴联接部21和接头联接部22断开连接、发电机4的转子42不会急剧减小而是由于惯性继续旋转，因此能够增大转子42的平均旋转速度。因此，能够提高发电机4的发电效率。
[0216]此外，根据图4中示出的滚动轴承8、图12中示出的支承部56以及图16中示出的支承构件66和滚动轴承68，即使输出轴35的轴联接部21以及输入轴41侧的接头联接部22通过单向离合器7被断开连接，也就是说，即使作为单向离合器7的接合元件的滚子73的接合被解除，轴联接部21和接头联接部22也能够被同心地支承，使得能够防止轴联接部21和接头联接部22的径向颠动(晃动)。
[0217]此外，在上述实施方式中，单向离合器7没有设置在轴接头9的在轴向方向上的区域中，而是作为设置在轴接头9与增速器3之间的离合器单元20的一个构成元件。为此，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7设置在轴接头9的区域中的空间，也能够抑制如上所述的卡伤的发生。
[0218]此外，由于轴联接部21由与输出轴35分离的构件形成并且联接至输出轴35、并且接头联接部22由与轴接头9分离的构件形成并且联接至轴接头9，因此，接头结构能够结合在设置有增速器3和发电机4的现有风力发电设备1中，同时将现有的轴接头9保持原样。然而，输出轴35需要被更换或加工。也就是说，作为输出轴35，需要采用如图4中示出的形成有孔35d的输出轴35、或者需要采用如图12中示出的形成有阳螺纹46的输出轴35。
[0219]此外，特别在图12示出的实施方式的情况下，当由于轴联接部21和接头联接部22沿轴向方向的相对于运动而使得单向离合器7的外圈72的内周表面72a沿轴向方向相对于滚子73移动时，实质的内周表面72a的位置沿轴向方向平移。具体地，由于风力发电设备1的尺寸较大，因此位置平移量必然较大。为了应对与该位置平移，优选的是，在圆筒主体部22b的内周表面72a上，在包括估计的位置平移量的区域中预先执行内周表面72a所需的表面处理。能够通过根据使用风力发电设备1的环境温度、机舱中的考虑发电机4的发热量的温度等假设温度变化范围(例如，-40°至60° )、并通过计算或实验得到每个构件在该温度范围内的膨胀/收缩量来估计该位置平移量。
[0220]对内周表面72a的表面处理可以是，例如，诸如碳氮共渗处理之类的表面改性处理，或者诸如染黑处理或DLC涂层之类的涂层处理。此外，该表面处理可以是诸如淬火或回火之类的热处理。
[0221]此外，根据图12中示出的空间(间隙)S2以及图4中示出的空间(间隙)S1和S2，即使轴沿轴向方向膨胀或收缩，也能够防止轴与轴向相邻的构件相干涉。优选的是，这些空间S1和S2的尺寸设定成大于在所假设的温度变化范围的上限(最大温度)下、轴的轴向膨胀/收缩量。
[0222]此外，当对输入轴41进行制动的制动器44设置为图2中所示那样时，优选的是，单向离合器7(结合有该单向离合器7的离合器单元20)设置在增速器3与制动器44之间。这是因为:如果单向离合器7设置在制动器44与发电机4之间，则在例如发生发电机4的异常时，难以迅速地停止发电机4，这是因为即使在旋转期间应用了制动器44，也只有增速器3侧的旋转减速，而发电机4侧的旋转通过单向离合器7而继续以造成空转。
[0223]本发明不局限于上述实施方式并且可以在实施时进行适当地修改。
[0224]例如，尽管在上述实施方式中(参见图2)描述了离合器单元20设置在增速器3的输出轴35与轴接头9之间的情况，但作为另一实施方式，如图14中所示，离合器单元20也可以设置在轴接头9与发电机4的输入轴41之间。即使在这种情况下，轴联接部21联接至发电机4的输入轴41，而离合器单元20的结构是相同的。也就是说，离合器单元20仅需要具有联接至由输入轴41或输出轴35形成的轴体的轴联接部21、联接至轴接头9的接头联接部22以及设置在轴联接部21与接头联接部22之间的单向离合器7即可。
[0225]此外，尽管在上述实施方式中描述了单向离合器7具有在径向方向上彼此相向的轴联接部21和接头联接部22的结构，但尽管未示出，也可以采用在轴向方向上彼此相向的轴联接部21和接头联接部22的结构。在这种情况下，单向离合器7呈止推类(thrust)型。
[0226]此外，风力发电设备不局限于图1中示出的水平轴线型设备，而是也可以是图15中示出的竖向轴线型设备。
[0227]本申请基于于2013年8月29日提交的日本专利申请(专利申请2013-178228)、以及于2013年10月24日提交的日本专利申请(专利申请2013-220888)，并且这些申请的全部内容通过参引并入本文中。
[0228]附图标记描述
[0229]1:风力发电设备2:主轴3:增速器4:发电机4a:壳体(固定物)7:单向离合器8:滚动轴承9:轴接头14:壳体(固定物)20:离合器单元21:轴联接部21b:联接轴部21c:插入轴部22:接头联接部22d:旋转凸缘部22e:旋转圆筒部35:输出轴35d:孔35e:端部41:输入轴46:阳螺纹47:阴螺纹56:支承部57:滚珠58:保持架66:支承构件66d:固定凸缘部66e:固定圆筒部68:滚动轴承68d、68f:滚道73:滚子(接合元件)73:楔块(接合元件)
【主权项】
1.一种用于风力发电设备的接头结构，所述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，所述接头结构包括: 离合器单元，所述离合器单元夹在轴接头与轴体之间，其中，所述轴接头设置在所述输出轴与所述输入轴之间并且所述轴接头允许在所述输出轴与所述输入轴之间传递转矩，所述轴体是所述输出轴和所述输入轴中的一者， 其中，所述离合器单元包括:轴联接部，所述轴联接部与所述轴体一体旋转;接头联接部，所述接头联接部与所述轴接头一体旋转；以及单向离合器，所述单向离合器设置在所述轴联接部与所述接头联接部之间，以及 其中，在所述输出轴的旋转速度高于所述输入轴的旋转速度的状态下，所述单向离合器使所述轴联接部与所述接头联接部之间以能够一体旋转的方式连接，并且在所述输出轴的旋转速度低于所述输入轴的旋转速度的状态下，所述单向离合器解除所述轴联接部与所述接头联接部之间的所述连接。2.根据权利要求1所述的接头结构， 其中，所述轴联接部由与所述轴体分离并且联接至所述轴体的构件形成，以及 其中，所述接头联接部由与所述轴接头分离并且联接至所述轴接头的构件形成。3.根据权利要求2所述的接头结构， 其中，所述轴联接部包括联接至所述轴体的联接轴部，以及 其中，在所述联接轴部和所述轴体中的一者的端部上形成有沿轴向方向延伸的孔，并且在所述联接轴部和所述轴体中的另一者的端部上形成有插入轴部，所述插入轴部被插入所述孔中并且不能够相对于所述孔相对旋转而能够相对于所述孔沿轴向方向移动。4.根据权利要求3所述的接头结构， 其中，所述孔是花键孔，并且所述插入轴部是花键轴。5.根据权利要求1至4中的任一者所述的接头结构， 其中，所述轴联接部和所述接头联接部中的一者由轴状构件形成，并且所述轴联接部和所述接头联接部中的另一者由定位在所述轴状构件的径向外侧的管状构件形成， 其中，所述单向离合器夹在所述轴联接部与所述接头联接部之间，并且所述单向离合器包括接合元件，在所述输出轴的旋转速度高于所述输入轴的旋转速度的状态下，所述接合元件能够使所述轴联接部与所述接头联接部接合，并且在所述输出轴的旋转速度低于所述输入轴的旋转速度的状态下，所述接合元件解除所述接合，以及 其中，所述离合器单元还包括滚动轴承，所述滚动轴承夹在所述轴联接部与所述接头联接部之间。6.根据权利要求2所述的接头结构， 其中，在所述轴体的端部上形成有阳螺纹， 其中，在所述轴联接部上形成有阴螺纹，所述阴螺纹与所述阳螺纹螺纹连接，使得在所述阴螺纹与所述阳螺纹完成旋紧的状态下，在旋紧方向上，所述阴螺纹的旋转被锁定，以及 所述旋紧方向设定为与在通过所述发电机发电时所述输出轴和所述输入轴的旋转方向相同的方向。7.根据权利要求6所述的接头结构， 其中，所述轴联接部和所述接头联接部中的一者由管状构件形成，并且所述轴联接部和所述接头联接部中的另一者由定位在所述管状构件的径向内侧的轴状构件形成，以及其中，所述离合器单元还包括支承部，所述支承部支承所述轴联接部和所述接头联接部，使得所述轴联接部和所述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。8.根据权利要求7所述的接头结构， 其中，所述支承部包括:多个滚珠，所述多个滚珠夹在所述轴联接部与所述接头联接部之间；以及保持架，所述保持架将所述滚珠在周向方向上间隔开保持。9.根据权利要求1所述的接头结构， 其中，所述离合器单元还包括:支承构件，所述支承构件固定至所述风力发电设备的固定物；以及滚动轴承，所述滚动轴承设置在所述支承构件与所述接头联接部之间，并且所述滚动轴承将所述接头联接部支承成能够相对于所述支承构件旋转。10.根据权利要求9所述的接头结构， 其中，所述接头联接部包括:旋转凸缘部，所述旋转凸缘部联接至所述轴接头；以及旋转圆筒部，所述旋转圆筒部与所述旋转凸缘部一体旋转，并且其中，所述单向离合器设置在所述旋转圆筒部的内周侧， 其中，所述支承构件包括:固定凸缘部，所述固定凸缘部联接至所述固定物；以及固定圆筒部，所述固定圆筒部与所述固定凸缘部成一体、所述固定圆筒部与所述旋转圆筒部同心、并且所述固定圆筒部定位在所述旋转圆筒部的径向外侧，以及 其中，所述滚动轴承设置在所述固定圆筒部的内周表面与所述旋转圆筒部的外周表面之间。11.根据权利要求10所述的接头结构， 其中，在所述固定圆筒部的内周表面上设置有所述滚动轴承的滚动元件的滚道，并且所述固定圆筒部也用作所述滚动轴承的外圈。12.根据权利要求10或11所述的接头结构， 其中，在所述旋转圆筒部的外周表面上设置有所述滚动轴承的滚动元件的滚道，并且所述旋转圆筒部也用作所述滚动轴承的内圈。13.根据权利要求9至12中的任一项所述的接头结构， 其中，所述固定物是所述增速器的壳体，以及 其中，所述离合器单元夹在所述轴接头与所述输出轴之间。14.根据权利要求9至12中的任一项所述的接头结构， 其中，所述固定物是所述发电机的壳体，以及 其中，所述离合器单元夹在所述轴接头与所述输入轴之间。15.—种风力发电设备，包括: 主轴，所述主轴通过风力而旋转； 增速器，所述增速器将所述主轴的旋转速度增大，并且所述增速器从输出轴输出旋转；发电机，所述发电机包括输入轴，所述输入轴以所述输出轴的旋转作为输入而旋转，并且所述发电机通过与所述输入轴的旋转一体旋转的转子的旋转而产生电力； 轴接头，所述轴接头设置在所述输出轴与所述输入轴之间，并且所述轴接头允许在所述输出轴与所述输入轴之间传递转矩；以及 根据权利要求1至14中的任一项所述的接头结构，所述接头结构夹在所述轴接头与轴体之间，所述轴体是所述输出轴和所述输入轴中的一者。
【专利摘要】一种接头结构配备有轴接头和离合器单元，该离合器单元夹在轴接头与轴体之间，轴体是增速机的输出轴和发电机的输入轴中的一者。离合器单元具有轴联接部、接头联接部和单向离合器，其中，该轴联接部与轴体一体旋转，该接头联接部与轴接头一体旋转，该单向离合器设置在轴联接部与接头联接部之间。在输出轴的旋转速度快于输入轴的旋转速度的状态下,单向离合器将轴联接部与接头联接部以能够一体旋转的方式连接在一起，并且在输出轴的旋转速度慢于输入轴的旋转速度的状态下,单向离合器将轴联接部与接头联接部彼此断开连接。
【IPC分类】F03D15/00, F16D41/08, F16D41/07, F16D41/067, F03D80/00
【公开号】CN105492763
【申请号】CN201480047625
【发明人】藤原英树
【申请人】株式会社捷太格特
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月28日
【公告号】EP3040552A1, US20160201649, WO2015030114A1