用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的單向離合器及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及單向離合器以及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，該單向離合器能夠適當(dāng)?shù)厥褂迷诶顼L(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的增速齒輪裝置的輸出軸與發(fā)電機(jī)的輸入軸之間。
【背景技術(shù)】
[0002]在根據(jù)本申請的【背景技術(shù)】的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，葉片接受風(fēng)力以使連接至葉片的主軸旋轉(zhuǎn)，并且發(fā)電機(jī)是通過由增速齒輪裝置增大主軸的旋轉(zhuǎn)速度而被驅(qū)動的。
[0003]在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的增速齒輪裝置中，設(shè)置有對以高速旋轉(zhuǎn)的輸出軸進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)地支承的滾子軸承。然而，該滾子軸承具有如下問題:該滾子軸承的壽命由于在滾子的滾動接觸表面或轉(zhuǎn)動輪的滾道表面上發(fā)生的擦損磨耗(在表面層中造成咬粘的現(xiàn)象)而被縮短。
[0004]相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:JP-A-H04_344198。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]由本發(fā)明解決的問題
[0008]考慮到前述問題，由于對擦損磨耗的發(fā)生機(jī)制的認(rèn)真研究，本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并提出對于抑制擦損磨耗的出現(xiàn)而言在增速齒輪裝置的輸出軸與發(fā)電機(jī)的驅(qū)動軸之間設(shè)置單向離合器是有效的。該提案已作為日本專利申請N0.2011-198354提交給日本專利局并公開為JP-A-2013-060825。應(yīng)當(dāng)指出的是，日本專利申請N0.2011-198354在本申請要求優(yōu)先權(quán)的申請(具體為日本專利申請N0.2013-048632)提交時(shí)未被公開(即，是非公知的)。附帶地，在以上提及的專利文獻(xiàn)I中公開了出于不同的目的在增速齒輪裝置的輸出軸與發(fā)電機(jī)的驅(qū)動軸之間設(shè)置單向離合器的技術(shù)。
[0009]如果單向離合器采用滾子布置在形成于沿徑向方向彼此相對的兩個(gè)表面之間的楔形空間中的結(jié)構(gòu)，則通過將滾子接合在這兩個(gè)表面之間而使輸出軸與輸入軸以能夠一體地旋轉(zhuǎn)的方式連接至彼此，并且這種連接通過解除接合而被斷開，當(dāng)滾子布置在楔形空間中的較小區(qū)域中時(shí)，從滾子施加至每個(gè)表面的力增大，并且因此，每個(gè)表面的負(fù)擔(dān)增大，并且因此，可以理解的是，單向離合器的壽命可能被縮短。
[0010]因此，本發(fā)明的一個(gè)方面的目的是提高如下單向離合器的壽命，該單向離合器將在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的增速齒輪裝置的輸出軸與發(fā)電機(jī)的輸入軸(驅(qū)動軸)連接至彼此并且采用滾子布置在楔形空間中的結(jié)構(gòu)類型。
[0011 ] 用于解決問題的方法
[0012]本發(fā)明的一個(gè)方面提供用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的單向離合器，該單向離合器在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中設(shè)置在增速齒輪裝置的輸出軸與發(fā)電機(jī)的輸入軸之間，輸出軸的旋轉(zhuǎn)被傳遞至發(fā)電機(jī)的輸入軸，該單向離合器在輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度超過輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度的狀態(tài)下以能夠一體地旋轉(zhuǎn)的方式將輸出軸與輸入軸連接至彼此，并且該單向離合器在輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度低于輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度的狀態(tài)下將輸出軸與輸入軸之間的連接斷開，該單向離合器包括:內(nèi)圈；外圈，該外圈布置在內(nèi)圈的徑向外側(cè)并且與內(nèi)圈一起形成多個(gè)楔形空間；以及多個(gè)滾子，所述多個(gè)滾子分別布置在楔形空間中，其中，通過將滾子與內(nèi)圈的外周向表面和外圈的內(nèi)周向表面接合而將輸出軸和輸入軸以能夠一體地旋轉(zhuǎn)的方式連接至彼此，并且該連接通過解除所述接合而被斷開，并且其中，滿足如下關(guān)系:1.1〈 Θ b/ Θ a〈l.4，其中，Θ a表示當(dāng)在滾子接合的初始階段施加負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)所獲得的楔形空間的楔角，并且9b表示當(dāng)施加最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)所獲得的楔角。
[0013]如果負(fù)載從單向離合器的內(nèi)圈的外周向表面和外圈的內(nèi)周向表面中的第一周向表面施加至滾子，則負(fù)載的與第二周向表面垂直的力分量被施加至第二周向表面(例如，參見在圖8(a)和圖8(b)中圖示的Fal和Fbl)。當(dāng)楔角更大時(shí)，力分量與負(fù)載之比更小。根據(jù)本發(fā)明的上述一個(gè)方面，在滾子接合的初始階段所獲得的楔形空間的楔角Θ a小于當(dāng)施加最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)所獲得的楔角9b。因此，與接合的初始階段相比，當(dāng)施加最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)力分量與負(fù)載之比更小，并且因此，即使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，施加至第二周向表面的負(fù)載也沒有太大的增大，并且因此，能夠減輕第二周向表面的負(fù)擔(dān)。
[0014]楔角0a優(yōu)選地滿足4°彡0a彡9°。
[0015]如果楔角0a小于4°，存在從滾子施加至第二周向表面的力分量可能變得比所需的力分量更大的可能性，并且如果楔角0a超過9°，則另一楔角0b變得過大，并且存在滾子在周向表面之間的接合會變得不夠充分的可能性。
[0016]楔角0b優(yōu)選地滿足5.5° ( 0b彡10°。
[0017]如果楔角0b小于5.5°，則另一楔角0a變得過小，并且存在從滾子施加至第二周向表面的力分量可能變得比所需的力分量更大的可能性，并且如果楔角0b超過10°，存在滾子在周向表面之間的接合會變得不夠充分的可能性。
[0018]優(yōu)選地，內(nèi)圈的外周向表面為形成在輸出軸側(cè)的平坦的凸輪表面，并且外圈的內(nèi)周向表面為形成在輸入軸側(cè)且與凸輪表面相對的弧形表面。
[0019]當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)施加最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)所獲得的楔形空間的楔角Θb能夠大于在滾子接合的初始階段獲得的楔角Θ a。
[0020]單向離合器優(yōu)選地結(jié)合在聯(lián)軸裝置中，該聯(lián)軸裝置以能夠一體地旋轉(zhuǎn)的方式將輸出軸與輸入軸連接至彼此。
[0021]當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，即使不能確保增速齒輪裝置的輸出軸與發(fā)電機(jī)的輸入軸之間的沿軸向方向空間，也可以通過利用將這些軸連接至彼此的聯(lián)軸裝置來提供單向離合器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括:主軸，該主軸通過風(fēng)力旋轉(zhuǎn)；增速齒輪裝置，該增速齒輪裝置增大主軸旋轉(zhuǎn)的速度并且從輸出軸輸出速度增大的旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括輸入軸，該輸入軸通過接受輸出軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并且發(fā)電機(jī)根據(jù)與輸入軸一體地旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力；以及將輸出軸與輸入軸連接的上文描述的單向離合器中的任一個(gè)單向離合器。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，能夠提高在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中使用的單向離合器的壽命。
【附圖說明】
[0025]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
[0026]圖2為增速齒輪裝置和發(fā)電機(jī)的示意性側(cè)視圖。
[0027]圖3為聯(lián)軸裝置的側(cè)視圖(部分剖視圖)。
[0028]圖4為沿圖3的箭頭A-A截取的剖視圖。
[0029]圖5為聯(lián)軸裝置的剖視圖，其中，單向離合器和滾動軸承被放大地示出。
[0030]圖6為單向離合器的主要部分的放大剖視圖。
[0031]圖7為單向離合器的保持架的立體圖。
[0032]圖8(a)和圖8(b)為示出了單向離合器的動作的說明圖。
[0033]圖9為說明了負(fù)載轉(zhuǎn)矩與傳遞轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的曲線圖。
[0034]圖10(a)至圖10(d)為示出了聯(lián)軸裝置的組裝過程的說明圖。
[0035]圖11為增速齒輪裝置的滾子軸承的剖視圖。
[0036]圖12為覆蓋構(gòu)件的連接部的放大剖視圖。
[0037]圖13為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的改型的示意性側(cè)視圖。
[0038]圖14為根據(jù)另一實(shí)施方式的增速齒輪裝置和發(fā)電機(jī)的示意性側(cè)視圖。
[0039]圖15為根據(jù)又一實(shí)施方式的聯(lián)軸裝置的剖視圖，其中，單向離合器和滾動軸承被放大地示出。
[0040]圖16為根據(jù)又一實(shí)施方式的聯(lián)軸裝置的剖視圖，其中，單向離合器和滾動軸承被放大地示出。
【具體實(shí)施方式】
[0041]現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。
[0042]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
[0043]風(fēng)力發(fā)電設(shè)備I包括葉片(風(fēng)接受構(gòu)件)11、支柱12和機(jī)艙13。葉片11包括設(shè)置在主軸2的末端處的多個(gè)翼片并且通過接受風(fēng)而使主軸2旋轉(zhuǎn)。機(jī)艙13包括主軸2、用于支承主軸2的支承機(jī)構(gòu)15、用于使主軸2的旋轉(zhuǎn)速度增大的增速齒輪裝置3、用于通過速度被增速齒輪裝置3增大的旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生電的發(fā)電機(jī)4、用于容置這些部件的殼體18等。支柱12圍繞豎向軸線以能夠水平旋轉(zhuǎn)的方式支承機(jī)艙13。
[0044]圖2為增速齒輪裝置和發(fā)電機(jī)的示意性側(cè)視圖。
[0045]發(fā)電機(jī)4由例如感應(yīng)發(fā)電機(jī)形成并且包括驅(qū)動軸(輸入軸)41、內(nèi)設(shè)在發(fā)電機(jī)4中的轉(zhuǎn)子42和未圖示的定子等，驅(qū)動軸41是通過接受速度已經(jīng)被增速齒輪裝置3增大的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的。轉(zhuǎn)子42以能夠一體地旋轉(zhuǎn)的方式連接至驅(qū)動軸41，并且發(fā)電機(jī)4構(gòu)造成由于通過驅(qū)動軸41的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動轉(zhuǎn)子42而產(chǎn)生電。除此之外，驅(qū)動軸41設(shè)置有用于使驅(qū)動軸41制動的制動器44。
[0046]增速齒輪裝置3包括接受主軸2的旋轉(zhuǎn)以使旋轉(zhuǎn)的速度增大的齒輪機(jī)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)傳遞機(jī)構(gòu))30。齒輪機(jī)構(gòu)30包括行星齒輪機(jī)構(gòu)31和高速級齒輪機(jī)構(gòu)32，高速級齒輪機(jī)構(gòu)32接受速度已經(jīng)被行星齒輪機(jī)構(gòu)31增大的旋轉(zhuǎn)以進(jìn)一步增大高速級齒輪機(jī)構(gòu)32的速度。
[0047]行星齒輪機(jī)構(gòu)31包括內(nèi)齒輪(環(huán)形齒輪)31a、多個(gè)行星齒輪31b以及與行星齒輪31b嚙合的太陽齒輪31c，所述多個(gè)行星齒輪31b保持在以能夠一體地旋轉(zhuǎn)的方式連接至主軸2的行星架(未圖示)上。因此，當(dāng)行星架與主軸2—起旋轉(zhuǎn)時(shí)，太陽齒輪31c經(jīng)由行星齒輪31b旋轉(zhuǎn)，并且該旋轉(zhuǎn)被傳遞至高速級齒輪機(jī)構(gòu)32的低速軸33。
[0048]高速級齒輪機(jī)構(gòu)32包括具有低速齒輪33a的低速軸33、具有第一中間齒輪34a和第二中間齒輪34b的中間軸34、以及具有高速齒輪35a的輸出軸35。
[0049]低速軸33由具有直徑為例如約Im的大型旋轉(zhuǎn)軸形成并且與主軸2同軸地布置。低速軸33的沿軸向方向的兩個(gè)端部由滾子軸承36a和滾子軸承36b以可旋轉(zhuǎn)的方式支承。
[0050]中間軸34布置在低速軸33的上方，并且中間軸34的沿軸向方向的兩個(gè)端部由滾子軸承37a和滾子軸承37b以可旋轉(zhuǎn)的方式支承。中間軸34的第一中間齒輪34a與低速齒輪33a嚙合，并且第二中間齒輪34b與高速齒輪35a嚙合。
[0051]輸出軸35布置在中間軸34的上方，以輸出運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。輸出軸35的沿軸向方向的第一端部35b和第二端部(輸出端部)35c分別由滾子軸承38和滾子軸承39以可旋轉(zhuǎn)的方式支承。
[0052]由于上述結(jié)構(gòu)，主軸2的旋轉(zhuǎn)速度是通過行星齒輪機(jī)構(gòu)31的傳動比、低速齒輪33a與第一中間齒輪34a之間的傳動比以及第二中間齒輪34b與高速齒輪35a之間的傳動比分三級增大的，使得運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩可以從輸出軸35的輸出端部35c輸出。換句話說，由風(fēng)引起的主軸2旋轉(zhuǎn)的速度通過增速齒輪裝置3分三級增大以驅(qū)動發(fā)電機(jī)4。
[0053]圖11為增速齒輪裝置的滾子軸承的剖視圖。在圖11中，滾子軸承38由筒狀的滾子軸承形成并且包括內(nèi)圈38a、外圈38b、多個(gè)柱狀滾子38c以及環(huán)狀保持架38d，內(nèi)圈38a外部地配合并固定在輸出軸35上，外圈38b固定在外殼(未圖示)上，所述多個(gè)柱狀滾子38c布置成能夠通過在內(nèi)圈38a與外圈38b之間進(jìn)行滾動而移動，環(huán)狀保持架38d用于沿周向方向以預(yù)定的間隔保持柱狀滾子38c。內(nèi)圈38a、外圈38b和柱狀滾子38c由例如軸承鋼制成，并且保持架38d由例如銅合金制成。
[0054]內(nèi)圈38a在其外周上具有形成在沿軸向方向的中央部中的內(nèi)圈滾道表面38al。外圈38b與內(nèi)圈38a同軸地布置并且在外圈38b的內(nèi)周上包括形成在沿軸向方向的中央部中的外圈滾道表面38bl、以及形成在外圈滾道表面38bl的沿軸向方向的兩側(cè)的一對外圈凸緣部38b2。外圈滾道表