发电设备及旋转部分支承结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的一个方面涉及一种发电设备以及在该发电设备中使用的旋转部分支承结构，其中，在该发电设备中，发电机是通过用增速机增大由外力引起的主轴的旋转的速度而进行驱动的。
【背景技术】
[0002]—些风力发电设备装有增速机，这些风力发电设备用于通过借助由叶片接受的风力使主轴旋转而产生电力。增速机将主轴的旋转速度增大以驱动发电机。
[0003]如图9中所示出的，增速机202包括行星齿轮机构203和高速级齿轮机构204，其中，行星齿轮机构203接受主轴200的旋转而使主轴200的速度增大，高速级齿轮机构204接受通过行星齿轮机构203而速度增大了的旋转而进一步增大其速度。此外，设置有高速轴205，高速轴205用于输出通过高速级齿轮机构204而速度增大的旋转，并且该高速轴205连接至发电机的驱动轴(未示出)，并且发电机的转子附接至该驱动轴。
[0004]在行星齿轮机构203中，当以可一体地旋转的方式连接至主轴200——主轴200附接有叶片(未示出)——的输入轴203a旋转时，行星架203b旋转，从而通过行星齿轮203c使太阳齿轮203d以增大的速度旋转。然后，该旋转被传递至高速级齿轮机构204的低速轴204ao
[0005]在高速级齿轮机构204中，当低速轴204a旋转时，中间轴204d通过低速齿轮204b和第一中间齿轮204c而以增大的速度旋转，并且进一步地，高速轴205通过第二中间齿轮204e和输出齿轮204f以增大的速度旋转。
[0006]此外，就用于以可旋转的方式支承增速机202中的低速轴204a、中间轴204d和高速轴205的轴承而言，经常使用的是滚动轴承(滚子轴承)206至211 (例如见专利文献1)。
[0007]相关技术文献
[0008]专利f献
[0009]专利文献1:JP-A-2007-232186
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的问题
[0011]在图9中示出的风力发电设备中，在对以高速度旋转的高速轴205进行支承的滚动轴承(滚子轴承)210和211中，滚动元件(滚子)的滚动接触表面或转轮的滚道表面上会出现卡伤(表面层中出现卡死的现象)，这会导致滚动轴承210和211的寿命减短的问题。
[0012]顺便指出的是，据推测，不仅设置在风力发电设备中的滚动轴承(滚子轴承)中会出现卡伤，而且设置在下述另一类型的发电设备中的滚动轴承(滚子轴承)中也会出现类似卡伤:在所述发电设备中，主轴的旋转的速度通过增速机而增大以驱动发电机。
[0013]因此，本发明的一个方面的目的在于提供一种发电设备以及在该发电设备中使用的旋转部分支承结构，其中，在该发电设备中，能够抑制对高速轴进行支承的滚动轴承中出现卡伤，该高速轴以通过增速机而增大的速度旋转。
_4] 解决问题的方式
[0015]本发明人对卡伤的发生机制进行过认真的研究。因而，发现了以下现象:当主轴的旋转速度由于外力(风力)的降低而突然降低时，高速轴上会发生所谓的扭矩损失(负载损失)，这是因为:由于发电机的重量很重的转子的惯性，与转子一体地旋转的发电机的驱动轴的旋转速度会超过以通过增速机而增大的速度旋转的高速轴的旋转速度。由于这种扭矩损失，在对高速轴进行支承的滚动轴承中，滚动元件与对滚动元件进行保持的保持架之间的滑动摩擦阻力及类似阻力变得大于滚动元件与转轮之间的滚动摩擦阻力，因而，滚动元件的旋转被延迟了。当主轴的旋转速度由于外力(风力)增大而从该状态突然增大时，转子的惯性扭矩作用于高速轴，使得作用于对高速轴进行支承的滚动轴承的径向载荷突然增大。因此，此时(在瞬时状态中)，在高载荷作用于滚动元件的情况下，滚动元件与转轮之间会发生滑动，这会使滚动元件与转轮之间的接触表面的温度增大，而这是卡伤的原因所在。基于这个发现完成了本发明。
[0016](1)具体地，本发明的第一方面包括这样的一种发电设备，该发电设备包括:主轴，该主轴通过外力而旋转；增速机，该增速机包括旋转传递机构和输出齿轮，旋转传递机构将主轴的旋转速度增大，输出齿轮将通过旋转传递机构而速度增大的旋转输出；高速轴，该高速轴通过接受输出齿轮的旋转力而能够旋转；滚动轴承，该滚动轴承以可旋转的方式支承高速轴；发电机，该发电机包括通过接受高速轴的旋转而旋转的驱动轴、以及与该驱动轴一体地旋转的转子，并且该发电机随着转子的旋转而产生电力；以及单向离合器，该单向离合器布置在输出齿轮与高速轴之间，并且在主轴沿正方向旋转的状态下，如果输出齿轮的旋转速度超过高速轴的旋转速度，则该单向离合器将输出齿轮与高速轴以能够一体地旋转的方式彼此连接，而如果输出齿轮的旋转速度变得低于高速轴的旋转速度，则该单向离合器断开输出齿轮与高速轴之间的连接。
[0017]根据本发明的第一方面，当输出齿轮的旋转速度超过高速轴的旋转速度时，设置在增速机的输出齿轮与高速轴之间的单向离合器将输出齿轮与高速轴以能够一体地旋转的方式彼此连接，因而，动力从输出齿轮被传递至高速轴和驱动轴。因而，驱动轴和转子旋转而产生电力。
[0018]相反，当输出齿轮的旋转速度变得低于高速轴的旋转速度时，输出齿轮与高速轴之间的连接(动力传递)被断开。因此，即使主轴的旋转速度由于外力降低而突然降低且因此输出齿轮的旋转速度突然降低时，高速轴由于惯性而与发电机的转子和驱动轴一起旋转，因而，防止突然的扭矩损失，并且能够抑制对高速轴进行支承的滚动轴承的滚动元件的旋转延迟。因此，即使当主轴的旋转速度由于外力改变而从该状态突然增大、并且输出齿轮与高速轴彼此连接而通过接受自输出齿轮的旋转力使高速轴旋转时，滚动元件难以在与对高速轴进行支承的滚动轴承中的转轮的接触表面上滑动，因而，能够抑制滚动轴承中出现卡伤。
[0019](2)优选地，在根据上述⑴的发电设备中，输出齿轮是环形齿轮，所述环形齿轮在高速轴的外周侧与高速轴同轴地设置，从而单向离合器由环形齿轮与高速轴夹在中间，并且单向离合器包括设置在输出齿轮的内周侧上并且与输出齿轮一体地旋转的第一离合器部段、与高速轴一体地旋转的第二离合器部段、以及布置在该对离合器部段之间的接合元件。
[0020]在该情况下，单向离合器能够设置在输出齿轮的沿径向方向的内侧。
[0021](3)此外，本发明的第二方面包括这样的一种发电设备，该发电设备包括:主轴，该主轴通过外力而旋转；增速机，该增速机包括旋转传递机构和输出齿轮，旋转传递机构将主轴的旋转速度增大，输出齿轮将通过旋转传递机构而速度增大的旋转输出；高速轴，该高速轴通过接受输出齿轮的旋转力而能够旋转；滚动轴承，该滚动轴承以可旋转的方式支承高速轴；以及发电机，该发电机包括通过接受高速轴的旋转而旋转的驱动轴、以及与该驱动轴一体地旋转的转子，并且该发电机随着转子的旋转而产生电力，其中，高速轴包括与输出齿轮一体地旋转的第一轴部段、由滚动轴承支承的第二轴部段、以及设置在第一轴部段与第二轴部段之间的连接部段；并且其中，连接部段是单向离合器，并且在主轴沿正方向旋转的状态下，如果第一轴部段的旋转速度超过第二轴部段的旋转速度，则单向离合器将第一轴部段与第二轴部段以能够一体地旋转的方式彼此连接，而如果第一轴部段的旋转速度变得低于第二轴部段的旋转速度，单向离合器断开第一轴部段与第二轴部段之间的连接。
[0022]根据本发明的第二方面，在高速轴中，当与增速机的输出齿轮一体地旋转的第一轴部段的旋转速度变得低于第二轴部段的旋转速度时，单向离合器会断开第一轴部段与第二轴部段之间的连接(动力传递)。因此，即使主轴的旋转速度由于外力降低而突然降低且因此输出齿轮和第一轴部段的旋转速度突然降低，第二轴部段也会由于惯性而旋转，因而，防止突然的扭矩损失，并且能够抑制对高速轴(第二轴部段)进行支承的滚动轴承的滚动元件的旋转延迟。因此，即使当主轴的旋转速度由于外力改变而从该状态突然增大并且第一轴部段与第二轴部段彼此连接而通过接受自第一轴部段的旋转力使第二轴部段旋转时，滚动元件难以在与对第二轴部段进行支承的滚动轴承中的转轮的接触表面上滑动，因而，能够抑制滚动轴承中出现卡伤。
[0023](4)优选地，在根据上述(3)的发电设备中，第一轴部段和第二轴部段中的一者包括位于其轴端处的圆筒形部分，第一轴部段和第二轴部段中的另一者包括位于其轴端处并且布置在圆筒形部分的径向内周侧的中央轴部分，并且单向离合器包括设置在圆筒形部分内侧并且与圆筒形部分一体地旋转的第一离合器部段、与中央轴部分一体地旋转的第二离合器部段、以及设置在该对离合器部段之间的接合元件。
[0024]在该情况下，单向离合器能够设置为高速轴的一部分。
[0025](5)优选地，在根据上述(2)或⑷的发电设备中，单向离合器还包括以可相对旋转的方式支承第一离合器部段和第二离合器部段的离合器滚动轴承部段。
[0026]在该情况下，第一离合器部段和第二离合器部段通过离合器滚动轴承部段而沿径向方向对准。
[0027](6)优选地，在根据上述(5)的发电设备中，离合器滚动轴承部段包括外圈部分、内圈部分、以及布置在外圈部分与内圈部分之间并且在外圈部分的内周表面和内圈部分的外周表面上滚动的圆柱滚子，并且第一离合器部段和第二离合器部段能够沿轴向方向相对移动。
[0028]在该情况下，由于第一离合器部段和第二离合器部段能够沿轴向方向相对移动，因此即使高速轴由于温度改变而膨胀/收缩，该膨胀/收缩也能够被释放，因此，能够防止高速轴及类似部件中出现大的热应力。
[0029](7)优选地，在根据上述⑷的发电设备中，允许第一离合器部段和第二离合器部段沿轴向方向相对移动，并且该相对移动的最大容许量设定成大于第一轴部段和第二轴部段沿轴向方向的移动量。
[0030]在该情况下，由于第一离合器部段和第二离合器部段能够沿轴向方向相对移动，因此即使高速轴由于温度改变而膨胀/收缩，该膨胀/收缩也能够被释放，因此，能够防止高速轴中出现大的热应力。
[0031](8)此外，本发明的第三方面包括一种用于发电设备的旋转部分支承结构，该发电设备包括:增速机，该增速机包括旋转传递机构和输出齿轮，旋转传递机构将通过外力而旋转的主轴的旋转速度增大，输出齿轮将通过旋转传递机构而速度增大的旋转输出；以及发电机，该发电机包括通过接受来自增速机的输出而旋转的驱动轴、以及与该驱动轴一体地旋转的转子，并且该发电机随着转子的旋转而产生电力，该旋转部分支承结构包括:高速轴，该高速轴通过接受输出齿轮的旋转力而能够旋转，并且该高速轴将该旋转力传递至驱动轴；滚动轴承，该滚动轴承以可旋转的方式支承高速轴；以及单向离合器，该单向离合器设置在输出齿轮与高速轴之间，并且在主轴沿正方向旋转的状态下，如果输出齿轮的旋转速度超过高速轴的旋转速度，则该单向离合器将输出齿轮与高速轴以能够一体地旋转的方式彼此连接，而如果输出齿轮的旋转速度变得低于高速轴的旋转速度，则该单向离合器断开输出齿轮与高速轴之间的连接。
[0032]根据本发明的第三方面，能够获得与上述(1)的发电设备的效果相同的效果。
[0033](9)此外，本发明的第四方面包括一种用于发电设备的旋转部分支承结构，该发电设备包括:增速机，该增速机包括旋转传递机构和输出齿轮，旋转传递机构将通过外力而旋转的主轴的旋转速度增大，输出齿轮将通过旋转传递机构而速度增大的旋转输出；以及发电机，该发电机包括通过接受来自增速机的输出而旋转的驱动轴、以及与该驱动轴一体地旋转的转子，并且该发电机随着转子的旋转而产生电力，该旋转部分支承结构包括:高速轴，该高速轴通过接受输出齿轮的旋转力而能够旋转，并且该高速轴将该旋转力传递至驱动轴；以及滚动轴承，该滚动轴承以可旋转的方式支承高速轴，其中，高速轴包括与输出齿轮一体地旋转的第一轴部段、由滚动轴承支承的第二轴部段、以及设置在第一轴部段与第二轴部段之间的连接部段，并且其中，连接部段是单向离合器，并且在主轴沿正方向旋转的状态下，如果第一轴部段的旋转速度超过第二轴部段的旋转速度，则