驱动风车的可动部位的驱动装置和风车的制作方法

本发明涉及驱动风车的可动部位的驱动装置和风车。

背景技术：

风车具备机舱、叶片这样的可动部位。风车根据风向、风速使可动部位动作，高效地生成电力。风车为了使可动部位动作，使用驱动装置，该驱动装置具有与设于可动部位的从动齿轮啮合的驱动齿轮。日本特开2007-132207号公报公开一种小齿轮作为驱动齿轮。小齿轮与设于叶片、机舱的环齿轮啮合。

风车需要持续地生成电力(例如20年以上的期间)，因此，与一般的机械设备相比，风车更期望免维护的构造。因而，期望的是，小齿轮与环齿轮之间的接触压力在齿线方向上尽可能均匀化。

公知有鼓凸加工作为使接触压力均匀化的加工技术。适当的鼓凸加工的结果，驱动装置在驱动风车的可动部位的期间，小齿轮的齿面能够受到均匀化的接触压力。

风车也有时暴露于突发的强风。在该情况下，尽管驱动装置不驱动风车的可动部位，但小齿轮的外齿的齿面被按压于环齿轮的内齿的齿面，受到较高的接触压力。

本发明人等发现了如下内容：在驱动装置驱动可动部位的期间产生的接触压力的分布与因外力(例如上述的强风)产生的接触压力的分布有很大程度地不同。两条件间的接触压力的分布的差异归结于小齿轮和/或环齿轮的破损的风险的增大。即使例如以使在驱动装置驱动可动部位的期间产生的接触压力的分布平滑化的方式对小齿轮进行鼓凸加工，在外力的存在下，也呈现非常不均匀的接触压力的分布(在齿线方向上，变动幅度较大的接触压力的分布)。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在各种条件下都能够获得齿线方向上的接触压力的变动幅度较小的风车的驱动技术。

本发明的一技术方案的驱动装置对与风向的变化相应地发电的风车的可动部位进行驱动。驱动装置具备：马达，其生成用于驱动所述可动部位的驱动力；减速器，其将所述驱动力以预定的减速比放大；以及驱动齿轮，其与设于所述可动部位的从动齿轮啮合，将由所述减速器放大了的所述驱动力向所述从动齿轮传递。所述驱动齿轮包括具有在与所述驱动齿轮的旋转轴线平行的1个假想平面上弯曲的轮廓线的齿面。所述轮廓线包括第1曲线和曲率与所述第1曲线的曲率不同的第2曲线。

本发明的另一技术方案的风车具备：上述的驱动装置和与所述驱动齿轮啮合的环齿轮。

本发明的另一技术方案的驱动装置对与风向的变化相应地发电的风车的可动部位进行驱动。驱动装置具备：马达，其生成用于驱动所述可动部位的驱动力；减速器，其将所述驱动力以预定的减速比放大；以及驱动齿轮，其与设于所述可动部位的从动齿轮啮合，将由所述减速器放大了的所述驱动力向所述从动齿轮传递。所述驱动齿轮包括具有在与所述驱动齿轮的旋转轴线平行的1个假想平面上弯曲的轮廓线的齿面。所述轮廓线以所述齿面从所述从动齿轮受到第1负荷时的齿线方向上的接触压力的变动幅度与所述齿面从所述从动齿轮受到比所述第1负荷大的第2负荷时的所述齿线方向上的接触压力的变动幅度之间的差异被减小的方式形成。

上述的技术能够获得齿线方向上的接触压力的较小的变动幅度。

上述的驱动装置和风车的目的、特征和优点通过以下的详细说明和附图变得更清楚。

附图说明

图1是第1实施方式的风车的概略的局部剖视图。

图2是表示小齿轮的外齿的齿面的轮廓形状与施加于齿面的接触压力的分布之间的关系的表。

图3是被两侧支承的小齿轮所具有的外齿的概略的剖视图(第2实施方式)。

具体实施方式

＜第1实施方式>

对用于驱动风车的小齿轮实施鼓凸加工。利用鼓凸加工获得的齿面的曲率设定成，在驱动装置驱动风车时，小齿轮不与风车的环齿轮进行一端接触。然而，在风车暴露于突发的强风这样的外力时，齿面的曲率也有时不适当。在第1实施方式中，对具备具有适当地适合于各种环境的齿面形状的小齿轮的驱动装置进行说明。

图1是第1实施方式的风车100的概略的局部剖视图。参照图1说明风车100。

风车100具备第1部位101、第2部位102、以及驱动装置200。第2部位102相对于第1部位101进行相对地旋转。第1部位101也可以是塔架。在该情况下，第2部位102是安装到塔架的上端的机舱。作为替代，第1部位101也可以是毂。在该情况下，第2部位102是从毂呈放射状突出的多个叶片中的1个。第1部位101与第2部位102之间的连接可利用已知的风车所使用的各种连接构造。本实施方式的原理并不限定于第1部位101与第2部位102之间的特定的连接构造。在本实施方式中，可动部位由第2部位102例示。

第2部位102整体上是圆筒形状。第2部位102包括形成于内周面的环齿轮110。驱动装置200与环齿轮110连结。其结果，第2部位102由驱动装置200驱动。本实施方式中，从动齿轮由环齿轮110例示。

驱动装置200具备马达210、减速器220、以及小齿轮230。马达210生成用于驱动第2部位102的驱动力。马达210固定于减速器220。减速器220以预定的减速比将从马达210输出来的驱动力放大。减速器220包括内置有减速机构(未图示)的壳体221和从壳体221突出的输出轴222。壳体221固定于大致圆筒形状的第1部位101的内周面。输出轴222贯穿小齿轮230。小齿轮230与环齿轮110啮合。其结果，由减速器220放大了的驱动力向环齿轮110传递。在本实施方式中，驱动齿轮由小齿轮230例示。

马达210可利用已知的风车的驱动所使用的各种马达装置。本实施方式的原理并不限定于被用作马达210的特定的马达装置。

减速器220也可以包括具有摆动齿轮的减速机构。作为替代，也可以是，减速器220包括具有行星齿轮的减速机构。本实施方式的原理并不限定于减速器220所内置的特定的减速机构。

根据需要，减速器220也可以内置有离合器机构(未图示)。也可以是，若施加于输出轴222的扭矩超过预定的阈值，则离合器机构将在马达210与小齿轮230之间的驱动力的传递阻断。其结果，小齿轮230与环齿轮110之间的接触压力不会变得过高。在本实施方式中，阻断机构由内置于减速器220的离合器机构例示。阻断机构也可以配置于马达与减速器之间。作为替代，也可以是，阻断机构配置于减速器与小齿轮之间。

小齿轮230也可以是正齿轮。在该情况下，小齿轮230被容易且精度良好地加工。此外，小齿轮230不会产生向推力方向(日文：スラスト方向)的不需要的力。作为替代，小齿轮230也可以是其他种类的齿轮零部件。设计者也可以以适合于风车100所要求的特性的方式决定用作小齿轮230的齿轮的种类。本实施方式的原理并不限定于用作小齿轮230的齿轮的特定的种类。

图1概念性地表示第1轴线fax和第2轴线sax。第1轴线fax是指小齿轮230的旋转轴线。第2轴线sax是指第2部位102的旋转轴线。

驱动装置200在通常的环境(例如风车100没有暴露于过强的风的环境)下驱动第2部位102时，第1轴线fax与第2轴线sax大致平行。若风车100暴露于过强的风(即、高负荷环境下)，则即使驱动装置200不生成驱动力，第2部位102也被强风旋转。此时，较强的径向力作用于小齿轮230。小齿轮230安装于被单侧(日文：片持ち)支承的输出轴222，因此，径向力以输出轴222的顶端与环齿轮110分开的方式使输出轴222挠曲。

图2是表示小齿轮的外齿的齿面的轮廓形状与施加于齿面的接触压力的分布之间的关系的表。参照图1和图2对施加于外齿的接触压力进行说明。

图2的左栏涉及以适合施加较低的负荷的通常环境的方式整体上形成的小齿轮的外齿231(比较例)。图2的中栏涉及以适合施加较高的负荷的环境的方式整体上形成的小齿轮的外齿232(比较例)。图2的右栏表示与第1轴线fax平行的假想平面上的外齿233的概略的截面。图2的右栏所示的外齿233的形状适用于图1所示的小齿轮230。

左栏的分区(a)表示与小齿轮的旋转轴线平行的假想平面上的外齿231的概略的截面。减速器位于外齿231的右侧。

左栏的分区(a)表示齿面中的沿着齿线方向延伸的轮廓线ct1的形状。轮廓线ct1在齿线方向全长上由曲率半径r1的弧描绘。曲率半径r1被设定成适合施加较低的负荷的通常环境。

左栏的分区(b)是概略地表示施加较低的负荷的通常环境下的接触压力的齿线方向的分布的图表。曲率半径r1被设定成适合施加较低的负荷的通常环境，因此，接触压力的齿线方向上的变动在通常环境下较小。

左栏的分区(c)是概略地表示施加较高的负荷的环境(例如风车暴露于非常强的风的环境)下的接触压力的齿线方向的分布的图表。如参照图1进行说明那样，小齿轮的旋转轴线在施加较高的负荷的环境下倾斜，因此，小齿轮在靠近减速器的区域进行一端接触。因而，靠近减速器的区域的接触压力变得非常高。另一方面，接触压力在与减速器分开的位置非常小。因而，左栏所示的外齿231的齿面形状虽然在通常环境下是适当的，但在产生较高的负荷的环境下是不适当的。

中栏的分区(a)表示与小齿轮的旋转轴线平行的假想平面上的外齿232的概略的截面。减速器位于外齿232的右侧。

中栏的分区(a)表示齿面中的沿着齿线方向延伸的轮廓线ct2的形状。轮廓线ct2在齿线方向全长上由曲率半径r2的弧描绘。曲率半径r2被设定成适合施加较高的负荷的环境，因此，曲率半径r2比参照左栏进行了说明的曲率半径r1小。此外，考虑施加较高的负荷时的旋转轴线的倾斜(参照图1)，外齿232的厚度设计成，与参照左栏进行了说明的外齿231相比，在与减速器分开的位置最厚。

中栏的分区(b)是概略地表示施加较低的负荷的通常环境下的接触压力的齿线方向的分布的图表。曲率半径r2未被设定成适合施加较低的负荷的通常环境，因此，接触压力在齿线方向的中央附近变高。另一方面，接触压力在齿线方向的端部附近变小。

中栏的分区(c)是概略地表示施加较高的负荷的环境下的接触压力的齿线方向的分布的图表。曲率半径r2被设定成适合施加较高的负荷的通常环境，因此，接触压力的齿线方向上的变动在产生较高的负荷的环境下较小。中栏所示的外齿232的齿面形状虽然在产生较高的负荷的环境下是适当的，但在通常环境下是不适当的。

右栏的分区(a)表示与第1轴线fax平行的假想平面上的外齿233的概略的截面。减速器220位于外齿233的右侧。

右栏的分区(a)表示齿面中的沿着齿线方向延伸的轮廓线ct3的形状。轮廓线ct3包括曲率半径不同的轮廓线ct4、ct5。轮廓线ct4由曲率半径r4的弧描绘。轮廓线ct5由曲率半径r5的弧描绘。曲率半径r4比曲率半径r5大。

由轮廓线ct5表示的齿面区域位于比由轮廓线ct4表示的齿面区域靠近减速器220的位置。在本实施方式中，第1曲线由轮廓线ct4例示。第2曲线由轮廓线ct5例示。轮廓线ct4、ct5也可以定义为与第1轴线fax平行的假想平面同外齿233的齿面之间的交线。

右栏的分区(b)是概略地表示施加较低的负荷的通常环境下的接触压力的齿线方向的分布的图表。曲率半径r4比曲率半径r5大，因此，设计小齿轮230的设计者能够使曲率半径r4适合施加较低的负荷的通常环境。在通常环境下，第1轴线fax与第2轴线sax大致平行，因此，轮廓线ct5的较小的曲率半径r5未给接触压力的分布带来较大的变动。因而，接触压力在通常环境下被均匀化。

右栏的分区(c)概略地表示施加较高的负荷的环境下的接触压力的齿线方向的分布的图表。如参照图1进行了说明那样，第1轴线fax在施加较高的负荷的环境下从与第2轴线sax大致平行的位置倾斜。其结果，由轮廓线ct5形成的齿面区域易于与环齿轮110进行一端接触。然而，轮廓线ct5的曲率半径r5较小，因此，以由轮廓线ct4形成的齿面区域触碰环齿轮110的方式小齿轮230能够有效地自我修正第1轴线fax的偏向。其结果，接触压力在产生较高的负荷的环境下也被均匀化。

＜第2实施方式>

与第1实施方式相关联地进行了说明的齿面的设计原理也可适用于被两侧(日文：両持ち)支承的小齿轮。在第2实施方式中，对适用于被两侧支承的小齿轮的齿面的设计技术进行说明。

图3是被两侧支承的小齿轮(未图示)所具有的外齿234的概略的局部剖视图。参照图2和图3说明外齿234。标注与第1实施方式相同的附图标记的要素沿用第1实施方式的说明。

图3表示齿面中的沿着齿线方向延伸的轮廓线ct7的形状。与参照图2进行了说明的轮廓线ct3同样地，轮廓线ct7包括轮廓线ct4、ct5。轮廓线ct4、ct5沿用第1实施方式的说明。

轮廓线ct7还包括沿着齿线方向延伸的轮廓线ct6。轮廓线ct6位于与轮廓线ct4、ct5共同的假想平面上。轮廓线ct6与轮廓线ct4、ct5连续。轮廓线ct4位于轮廓线ct5、ct6之间。图3示出与轮廓线ct4交叉的对称轴。轮廓线ct6相对于对称轴与轮廓线ct5呈大致线对称。

轮廓线ct6由曲率半径r6的弧描绘。曲率半径r6与曲率半径r5大致相等。在本实施方式中，第3曲线由轮廓线ct6例示。

在施加较低的负荷的通常环境下，外齿234的中央区域(即、由轮廓线ct4形成的齿面区域)主要与环齿轮(未图示)触碰。轮廓线ct4的曲率半径r4比其他区域(即、包括轮廓线ct5、ct6的齿面区域)的曲率半径r4大，因此，外齿234的中央区域与环齿轮之间的接触压力不会过大。其结果，接触压力在施加较低的负荷的通常环境下也被均匀化。

在产生较高的负荷的环境下，外齿234的端部区域(即、由轮廓线ct5、ct6形成的齿面区域)易于碰到环齿轮。然而，由于轮廓线ct5的曲率半径r5、轮廓线ct6的曲率半径r6较小，因此，以由轮廓线ct4形成的齿面区域碰到环齿轮110的方式小齿轮230能够有效地自我修正与环齿轮110之间的触碰。其结果，接触压力在产生较高的负荷的环境下也被均匀化。

也可以是，由轮廓线ct4形成的齿面区域与由轮廓线ct5、ct6形成的齿面区域之间的边界以形成轮廓线ct7的平滑的弯曲形状的方式由适当的拟合曲线形成。拟合曲线也可以基于轮廓线ct4、ct5、ct6的曲率和/或弧长决定。本实施方式的原理并不限定于由轮廓线ct4形成的齿面区域与由轮廓线ct5、ct6形成的齿面区域之间的边界的特定的弯曲形状。

上述的各种实施方式的原理既可以部分地或者整体地组合，也可以变更，以适合于风车所要求的性能。

与上述的实施方式相关联地进行了说明的驱动装置和风车主要具备以下特征。

上述的实施方式的一技术方案的驱动装置对与风向的变化相应地发电的风车的可动部位进行驱动。驱动装置具备：马达，其生成用于驱动所述可动部位的驱动力；减速器，其以预定的减速比将所述驱动力放大；以及驱动齿轮，其与设于所述可动部位的从动齿轮啮合，将由所述减速器放大了的所述驱动力向所述从动齿轮传递。所述驱动齿轮包括具有在与所述驱动齿轮的旋转轴线平行的1个假想平面上弯曲的轮廓线的齿面。所述轮廓线包括第1曲线和曲率与所述第1曲线的曲率不同的第2曲线。

根据上述的结构，在与驱动齿轮的旋转轴线平行的1个假想平面上弯曲的轮廓线包括第1曲线和曲率与第1曲线的曲率不同的第2曲线，因此，外齿的齿面能够具有适当地适合于各种条件的曲率。因而，齿线方向上的接触压力的变动幅度在各种条件下变小。

关于上述的结构，也可以是，所述驱动齿轮安装于被单侧支承的所述减速器的输出轴。也可以是，所述第2曲线比所述第1曲线靠近所述减速器，且具有比所述第1曲线的曲率大的曲率。

根据上述的结构，驱动齿轮安装于被单侧支承的输出轴，因此，在产生较高的径向力的条件下，在靠近减速器的位置，驱动齿轮易于与从动齿轮进行一端接触。靠近减速器的第2曲线具有比第1曲线的曲率大的曲率，因此，驱动齿轮相对于从动齿轮的一端接触易于被修正。第1曲线具有比第2曲线的曲率小的曲率，因此，在不存在较高的径向力的条件下，难以产生第1曲线处的一端接触状态。因而，齿线方向上的接触压力的变动幅度在各种条件下变小。

关于上述的结构，也可以是，所述驱动齿轮被两侧支承。也可以是，所述轮廓线包括曲率与所述第2曲线的曲率相等的第3曲线。也可以是，所述第1曲线位于所述第2曲线与所述第3曲线之间。也可以是，所述第3曲线相对于与所述第1曲线交叉的对称线，与所述第2曲线呈线对称。

根据上述的结构，驱动齿轮被两侧支承，因此，在产生较高的径向力的条件下，驱动齿轮在第2曲线和第3曲线处易于与从动齿轮进行一端接触。第2曲线和第3曲线具有比第1曲线的曲率大的曲率，因此，驱动齿轮相对于从动齿轮的一端接触易于被修正。第1曲线具有比第2曲线和第3曲线的曲率小的曲率，因此，在不存在较高的径向力的条件下，难以产生第1曲线处的一端接触状态。因而，齿线方向上的接触压力的变动幅度在各种条件下变小。

关于上述的结构，也可以是，驱动装置还具备将所述驱动力的从所述马达向所述驱动齿轮的传递阻断的阻断机构。

根据上述的结构，阻断机构将驱动力的从马达向驱动齿轮的传递阻断，因此，驱动齿轮难以产生过高的径向力。因而，驱动齿轮和/或从动齿轮的破损的风险被降低。

上述的实施方式的另一技术方案的风车具备上述的驱动装置和与所述驱动齿轮啮合的环齿轮。

根据上述的结构，风车具备上述的驱动装置，因此，环齿轮能够在各种条件下承受具有齿线方向上的减小了的变动幅度的接触压力。因而，风车的破损的风险被降低。

上述的实施方式的另一技术方案的驱动装置对与风向的变化相应地发电的风车的可动部位进行驱动。驱动装置具备：马达，其生成用于驱动所述可动部位的驱动力；减速器，其以预定的减速比将所述驱动力放大；驱动齿轮，其与设于所述可动部位的从动齿轮啮合，将由所述减速器放大了的所述驱动力向所述从动齿轮传递。所述驱动齿轮包括具有在与所述驱动齿轮的旋转轴线平行的1个假想平面上弯曲的轮廓线的齿面。所述轮廓线以如下方式形成：所述齿面从所述从动齿轮受到第1负荷时的齿线方向上的接触压力的变动幅度与所述齿面从所述从动齿轮受到比所述第1负荷大的第2负荷时的所述齿线方向上的接触压力的变动幅度之间的差异被减小。

根据上述的结构，在与驱动齿轮的旋转轴线平行的1个假想平面上弯曲的轮廓线以齿面从从动齿轮受到第1负荷时的齿线方向上的接触压力的变动幅度与齿面从从动齿轮受到比第1负荷大的第2负荷时的齿线方向上的接触压力的变动幅度之间的差异被减小的方式形成，因此，齿线方向上的接触压力的变动幅度在驱动齿轮的旋转轴线相对于从动齿轮的旋转轴线倾斜的条件下也变小。

产业上的可利用性

上述的实施方式的原理可适当地利用于风车的可动部位的驱动。