CN101675268A - 变速装置及风力发电装置 - Google Patents

Abstract

提供一种变速装置(10A)，能够以较少的级数获得较大的齿数比，并且能够实现轻型化。变速装置(10A)通过组合平行齿轮而构成，在输入轴(Si)上设置的输入齿轮(11)和在输出轴(So)上设置的输出齿轮(12A、12B)之间经由小齿轮轴(Sv)连结，该小齿轮轴(Sv)在两端部具有齿数不同的齿轮(13、14A～14B)，并在周向上配置有多个。在具有多个的小齿轮轴(Sv)的输出轴(So)侧设置的齿轮(14A～14D)与在输出轴(So)的轴向上错开设置的多个输出齿轮(12A、12B)，在周向上交替啮合。

Description

变速装置及风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种变速装置及风力发电装置。

背景技术

以往，公知有利用作为自然能源的风力进行发电的风力发电装置。该种风力发电装置在设于支柱上的机舱(nacelle)上设置有：安装有风车旋转翼的旋翼头、与该旋翼头连结成一体旋转的主轴、与在风车旋转翼上受到风力而旋转的主轴连结的增速器、被增速器的轴输出驱动的发电机。

在这样构成的风力发电装置中，具有将风力变换为旋转力的风车旋转翼的旋翼头以及主轴进行旋转，产生轴输出，经由与主轴连结的增速器将转速增速，将增速后的轴输出传递给发电机。因此，风力发电装置能够将风力变换为旋转力而得到的轴输出作为发电机驱动源，利用风力作为发电机的动力进行发电。

作为上述的风力发电装置的增速器(变速装置)，例如如图7至图9所示，公知有下述结构，即，组合平行齿轮而构成，并在形成于输入轴和输出轴之间的变速级上设置若干个小齿轮轴(变速轴)。另外，组合了平齿轮的增速器通过设置多个与第一级的大齿轮啮合的小齿轮轴，能够减轻重量。

对图示的增速器10而言，设置在输入轴Si上的输入齿轮(大齿轮)11和设置在输出轴So上的输出齿轮(小齿轮)12之间经过小齿轮轴Sv连结，该小齿轮轴Sv在两端部具有齿数不同的齿轮13、14，并在周向上配置了4组。

即，增速器10的小齿轮轴Sv根据输入齿轮11与所啮合的齿轮13的齿数比，从输入轴Si的转速开始进行增速。进而，增速器10的输出轴So根据和齿轮13同轴的齿轮14与所啮合的输出齿轮12的齿数比，从变速轴Sv的转速开始进行增速。

因此，图示的增速器10为两级增速器，进行在输入轴Si的转速和变速轴Sv的转速之间增速的第一阶段的增速和在变速轴Sv的转速和输出轴So的转速之间的增速的第二阶段的增速。

此外，作为上述的风力发电装置的增速器，例如有下述结构，即，在第一级的低速级中使用平行轴齿轮将动力路径分配成多个，在所分配的各输出轴上连结有行星齿轮(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平8-177711号公报

发明内容

近年来，风力发电装置具有大输出化以及大型化的倾向，因此为了减轻支柱或地基等的负担，要求传动轮系(drive train)或机舱结构的轻型化。

在组合平行齿轮而构成的以往的增速器10中，只要设置多个小齿轮轴Sv进行输出，就能够减薄齿宽而减轻重量。但是，在将设置了多个的齿轮轴Sv的输出在最终级的输出轴So上返回为1个轴的情况下，在具有小齿轮轴Sv数量的齿轮14同排配置时，1级中所能增速的增速比受到齿轮14大小的限制。

以下参照图8对上述的增速比的限制进行具体说明。

在图示的例子中，4根小齿轮轴Sv按90度间距(pitch)配置。在这种情况下，为了增大与设置在各小齿轮轴Sv上的4个齿轮14啮合的输出齿轮12的增速比，需要使输出齿轮12的齿数较少而成为小径，并且使齿轮14的齿数较多而成为大径。但是，由于4个齿轮14同排(同一平面上)配置，因此为了防止与相邻的齿轮14的干涉，需要确保适当的间隙(clearance)L的配置。因此，能够保证所需最小限度的间隙L的值成为能设定的增速比的界限。

此外，在上述的增速器10中，若在平行齿轮中使用单面斜齿轮则不能够抵消推力，因此需要在各轴上设置推力轴承。

此外，对于增速器10的壳体15，由于是简单的平面形状，因此为了确保刚性需要在平面部上设置肋部等。

出于这样的背景，在组合平行齿轮而构成的变速装置中，能够以少的级数得到大的齿数比(变速比；增速比及溅速比)并且还能够实现轻型化的装置的开发受到期待。另外，变速装置如果将输入轴和输出轴调换，则增速器变为减速器，或者减速器变为增速器。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种变速装置及具备该变速装置的风力发电装置，能够以较少的级数获得较大的齿数比，并且能够实现轻型化。

本发明为了实现上述课题，采用下述装置。

本发明的变速装置通过组合平行齿轮而构成，在输入轴上设置的的输入齿轮和在输出轴上设置的输出齿轮之间，经由变速轴连结，该变速轴在两端部具有齿数不同的齿轮，并在周向上配置了多个，其特征在于，具有多个的所述变速轴的输出轴侧齿轮与在所述输出轴的轴向上错开设置了多个的所述输出齿轮在周向上交替地啮合。

根据这样的变速装置，具有多个的所述变速轴的输出轴侧齿轮与在所述输出轴的轴向上错开设置了多个的输出齿轮在周向上交替啮合，因此，能够防止相邻的输出轴侧齿轮彼此之间的干涉，能够以较少的级数获得较大的齿数比。

此外，由于组合平行齿轮并具有多个变速轴，因此能够减薄齿轮的齿宽，能够实现变速装置的轻型化。

在上述发明中，优选的是，所述变速轴设置偶数个，并在通过所述输出轴的轴中心而正交的直线上成对配置，由此，能够抑制输出轴的振动，使其稳定。

在上述发明中，优选的是，所述输出齿轮及所述变速轴的输出轴侧齿轮为斜齿轮，各斜齿轮上形成的斜齿的朝向为相同数量，由此，能够使作用在各斜齿轮上的推力相互抵消或减轻。

本发明的风力发电装置驱动发电机进行发电，该发电机经由传动轮系与安装有风车旋转翼且一体旋转的旋翼头连结，其特征在于，所述传动轮系具有技术方案1至3中任一项所述的变速装置。

根据这样的风力发电装置，传动轮系具有技术方案1至3中的任一项所述的变速装置，因此，以较少的级数得到较大的齿数比的可实现轻型化的变速装置能够减轻支柱或机舱的载荷负担。

根据上述的本发明，能够提供一种以较少的级数获得较大的齿数比，并且能够实现轻型化的变速装置。因此，具备本发明的变速装置的风力发电装置由于能够使设置在支柱上高处的传动轮系的增速器实现小型化及轻型化，因此能够减轻支柱或机舱台板等的载荷负担。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的变速装置的一个实施方式的结构例的剖面图(图2的A-A剖面)。

图2是从输出轴侧观察图1所示变速装置的正视图。

图3是表示设置在图1所示变速装置的输出轴上的输出齿轮的斜齿方向例的图。

图4是表示图1所示变速装置的壳体形状例的立体图。

图5是表示风力发电装置的整体结构例的图。

图6是作为图1所示变速装置的适用例，表示用于风力发电装置中的传动轮系的结构例的图。

图7是表示变速装置的以往例子的剖面图(图8的B-B剖面)。

图8是从输出轴侧观察图7所示变速装置的正视图。

图9是对图7所示以往的变速装置表示壳体的形状例的立体图。

标号说明

1风力发电装置

3机舱

4旋翼头

5风车旋转翼

10A、10B增速器(变速装置)

11、11A输入齿轮

12A、12B输出齿轮

13、14A～14D齿轮

15A壳体

20发电机

D传动轮系

Si输入轴

So输出轴

Sv小齿轮轴(变速轴)

具体实施方式

以下、基于附图说明本发明所涉及的风力发电装置的一个实施方式。

图5所示风力发电装置1具有：立设在地基6上的支柱2、设置在支柱2的上端的机舱3以及能够绕大致水平的轴线旋转且设置在机舱3上的旋翼头4。

在旋翼头4上，绕其旋转轴线呈放射状地安装有多个风车旋转翼5。由此，从旋翼头4的旋转轴线方向吹打到风车旋转翼5上的风的力被变换为使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。另外，图示的风力发电装置1为风车旋转翼5在机舱3的前方旋转的、被称为逆风(upwind)型的装置。

图6是对配置在机舱3前方的旋翼头4和配设在旋翼头4的前方及内部的传动轮系D，表示摘掉旋翼头罩(未图示)的状态的内部结构例的主要部分的扩大剖面图。另外，在以下说明的实施方式中，传动轮系D将旋翼头4的旋转经由增速器10B传递给发电机20。

在图6中，具有风车旋转翼5的旋翼头4通过轴承31被支撑在从机舱3向前方突出的主轴30上。即，旋翼头4通过在风车旋转翼5上受到风，与风车旋转翼5一体绕固定支撑在旋转机舱3上的主轴30旋转。另外，图中的标号32为弹性联轴器、33为支撑传动轮系D的固定轴。

本实施方式的传动轮系D具有对旋翼头4的旋转进行增速后传递给发电机20的增速器10B。该传动轮系D中，发电机20配置成比增速器10B靠向机舱3侧。即，图示的传动轮系D中，在机舱3侧配置发电机20，并且在前端部侧配置增速器10B。

并且，在图示的结构例中，由定子21及转子22构成的发电机20整体位于旋翼头4的内部，结果，比机舱3靠向旋翼头4侧配置的传动轮系D的重心位置与整体配置在旋翼头4外侧的情况相比，更靠近机舱3侧(作为主轴承的轴承12侧)，能够减轻作用在支柱2或机舱3等上的力矩等载荷负担。

此外，该传动轮系D中增速器10B位于前端部侧，因此能够使发电机20原样不动地实施增速器侧的维护作业或更换作业，因此作业性也良好。

增速器10B是组合多个平行齿轮而构成的变速装置，在作为输入轴Si发挥功能的旋翼头4上设置的输入齿轮11A和在输出轴So上设置的输出齿轮12A、12B之间，经由小齿轮轴(变速轴)Sv连结，该小齿轮轴在两端部具有齿数不同的齿轮13、14，并且在周向上配置有多个。

此外，在具有多个的小齿轮轴Sv的两端部上设置的齿轮13、14中，输出轴So侧的齿轮14配置成沿输出轴So的轴向错开而偏置的状态。

以下参照图1～图4说明这样的增速器10B。另外，在图6所示的增速器10B中，与输入轴Si一体旋转并与齿轮13啮合的输入齿轮11A在外周侧旋转，而以下说明的增速器10A中，与输入轴Si一体旋转并与齿轮13啮合的输入齿轮11在内周侧旋转，但是两者基本的齿轮结构是相同的。

在图1～图4所示增速器10A的结构例中，小齿轮轴Sv使用了4根，沿周向以90度间距配置。因此，齿轮13、14也使用与各个小齿轮轴Sv相同数量的4个，在以下的说明中，对于位于小齿轮轴Sv的输出轴侧的齿轮14，需要进行区别时赋予14A～14D的标号。

上述的输出轴So侧的齿轮14在4个齿轮14A～14D中，处于180度间距关系的二组的齿轮14A、14C及齿轮14B、14D在输出轴So的轴向上错开偏置量Lo地进行配置。

并且，在输出轴So侧同样在轴向错开偏置量Lo设置2个输出齿轮12A、12B，以便与上述的二组齿轮14A、14C及齿轮14B、14D分别啮合。通过使该偏置量Lo为大于齿轮14的齿宽的值，因此能够配置成从正面观察相邻的齿轮14重叠(参照图2)。

即，在周向上90度间距地配置的4个齿轮14A～14D与在输出轴So上错开偏置量Lo而设置的2个输出齿轮12A、12B，在周向上交替啮合。具体而言，齿轮14A与输出齿轮12A、齿轮14B与输出齿轮12B、齿轮14C与输出齿轮12A、齿轮14D与输出齿轮12B分别啮合，因此，4个齿轮14A～14D以周向的配置顺序与2个输出齿轮12A或输出齿轮12B交替啮合。

这样构成的增速器10A，由于具有4个的输出轴So侧的齿轮14与在输出轴So的轴向上错开设置的2个输出齿轮12A、12B在周向上交替啮合，因此能够防止相邻的输出轴侧齿轮彼此之间的干涉，能够以较少的级数获得较大的齿数比。

即，由于相邻的齿轮14A和齿轮14B在轴向上具有偏置量Lo，因此不是同排配置，因此，即使减少输出齿轮12A、12B的齿数而小径化、并且/或者增加齿轮14的齿数而大径化，相邻的齿轮14也不会发生干涉。结果，齿轮14与输出齿轮12A、12B之间与以往相比，能够将齿数比设定得较大。

此外，上述的增速器10A组合有多个平行齿轮并且具有多个小齿轮轴Sv，因此，能够减薄齿轮11、12A、12B、13、14A～14D的齿宽。因此，对于上述增速器10A，能够减轻其重量而实现轻型化。

然而，在上述实施方式中，小齿轮轴Sv设置成了偶数的4根。因此，小齿轮轴Sv能够在通过输出轴So的轴中心而正交的直线上成对配置，即，能够进行上述的在周向上90度间距的配置，因此能够抑制输出轴So的振动，使其稳定。

此外，在图示的实施例中，小齿轮轴Sv为90度间距的4根，但是也可以6根或8根。

另外，上述小齿轮轴Sv的数量也可以是奇数，在这种情况下，通过增多小齿轮轴Sv的数量来使输出轴So的振动相对稳定。

此外，优选的是，上述的增速器10A的输出齿轮12A、12B及小齿轮轴Sv的输出轴侧的齿轮14为斜齿轮，在各斜齿轮上形成的斜齿的朝向数量相同。

具体说明而言，例如图3所示，若使在具有2个的输出齿轮12A、12B上形成的斜齿相互朝向相反，则在与其啮合的齿轮14A、14C及齿轮14B、14D上形成的斜齿的朝向也相互相反。因此，对由6个斜齿轮构成的输出齿轮12A、12B及齿轮14A～14D而言，相互相反的斜齿的朝向为各3个的相同数量。

根据这样的结构，在各斜齿轮的啮合部上作用的推力Fs根据斜齿的朝向而方向相反。因此，作用在斜齿轮上的推力Fs相互抵消，由于推力Fs的减轻而能够实现推力轴承的小型化或设置的省略，因此能够促进增速器10A的轻型化。

此外，上述的增速器10A例如图4所示，壳体15A为覆盖齿轮14的形状，即具有与齿轮14的配置相对应的阶梯的形状。结果，在壳体15A的阶梯部上存在纵壁部分，这样的阶梯部与在平板上设置肋部等加强结构一样发挥功能，提高刚性。此外，通过设置为与齿轮14的配置相对应的形状，能够减少连续的平板部分的面积，因此，就该点而言也能够提高壳体15A的刚性。

因此，发动机20经由传动轮系D与安装有风车旋转翼5且一体旋转的旋翼头4连结，风力发电装置1驱动该发电机20进行发电，由于传动轮系具有上述的增速器10A，从而通过传动轮系D的轻型化能够实现减轻支柱2或机舱3的载荷负担。

即、本发明的变速装置能够提供增速器10A，能够以较少的级数获得较大的齿数比，并且能够实现轻型化。并且，具有本发明的增速器10A的风力发电装置1由于增速器10A的小型化及轻型化，能够减轻设置传动轮系D的支柱2或机舱台板及地基6等的载荷负担。

在上述的实施方式中说明了将本发明的变速装置适用于风力发电装置1的传动轮系D中的增速器10A，但是并不限于此，能够有各种各样的适用例。此外，本发明的变速装置并不限于上述实施方式的增速器，也能够将输入轴及输出轴对调来作为减速器来使用。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其宗旨的范围内进行适当的变更。

Claims (4)

1.一种变速装置，通过组合平行齿轮而构成，设置在输入轴上的输入齿轮和设置在输出轴上的输出齿轮之间经由变速轴连结，该变速轴在两端部具有齿数不同的齿轮，并在周向上配置有多个，其特征在于，

具有多个的所述变速轴的输出轴侧齿轮与在所述输出轴的轴向上错开设置的多个所述输出齿轮在周向上交替啮合。

2.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，

所述变速轴设置有偶数个，并在通过所述输出轴的轴中心而正交的直线上成对配置。

3.如权利要求1或2所述的变速装置，其特征在于，

所述输出齿轮及所述变速轴的输出轴侧齿轮为斜齿轮，使在各斜齿轮上形成的斜齿的朝向为相同数量。

4.一种风力发电装置，驱动经由传动轮系与旋翼头连结的发电机进行发电，所述旋翼头安装有风车旋转翼并一体旋转，其特征在于，

所述传动轮系具有权利要求1～3中任一项所述的变速装置。

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