JP5352352B2 - 風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置及びその出力軸の組み込み方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置及びその出力軸の組み込み方法に関する。

特許文献１に、風力発電システムの発電ユニット（ナセル）等の旋回駆動に用いる「出力ピニオン付き減速装置」が開示されている。この出力ピニオン付き減速装置は、電動モータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力部材と連結又は一体化された出力軸と、該出力軸に設けられた出力ピニオンと、をセットで備える。出力ピニオン付き減速装置は、発電ユニット側に取り付けられ、出力ピニオンは風力発電システムの支柱側に固定された旋回内歯歯車と噛合している。これにより、該発電ユニットを旋回駆動し（ヨー駆動し）、風車ブレードを常時風の方向に向けて風力を効率よく翼に作用させることができる。

風力発電システムに用いられる出力ピニオン付き減速装置は、扱うトルクが極めて大きいことに加え、「風力」という自然相手の装置であるため、ときに通常の発電時に扱うトルクよりも非常に大きな反力が掛かることがある。そのため、負荷がある程度想定された範囲内に収まる通常の機械とは異なる大きな安全率をかけるような設計がなされている。こうした理由から、風力発電システムにおけるヨー制御装置は、２ＭＷクラスで、旋回歯車の直径が２４００ｍｍ程度（２０００ｍｍ〜３０００ｍｍ）にもなる「巨大な装置」となっている。

特開２００５−６１５１９号公報（図１等）

風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸は、突風等により予期せぬ巨大な負荷が掛かったような場合にも、出力ピニオンと旋回歯車との歯当りを良好に保つという観点からみても、本来、ケーシングに両持ち支持されるのが好ましい。また、強度上、ケーシングは一体物が好ましく、且つ出力ピニオンはできるだけ大径であることが好ましい。一方、高い塔の最上部に据え付けられるものであるため、当然にコンパクト化の要請は非常に強い。

しかしながら、風力発電システムの出力ピニオン付きの減速装置の場合、その大きさがあまりにも巨大であるため、ケーシング一体物で出力軸を両持ち構造で組み付けるのは容易ではなく、更に、その機能上、出力ピニオンが旋回歯車と噛合する必要があるため、出力ピニオン全体をそっくり覆うようなケーシングとすることが難しいという事情もある。そのため、組み込みの構成次第では、ケーシングが大型化したり、あるいは、ケーシングに出力軸を組み付けるのに、極めて大掛かりな設備を必要とすることになってしまう。

このような事情から、この特許文献１にて開示された出力ピニオン付きの減速装置においては、出力軸を片持ち状態で支持し、且つ出力ピニオンがケーシングから完全に露出した状態のままとした構成を採用している。

しかし、片持ち状態での支持によって、巨大な負荷がかかる恐れがある風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置を構成する場合、その大きさは一層大きくならざるを得ない。また、出力ピニオンが完全露出したままというのも、出力ピニオンの歯部の保護の面等で好ましくない。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸を両持ち支持する場合にも減速装置全体を大型化することなく、且つその組付けを簡易に行うことができるようにすることをその課題としている。

本発明は、駆動源の回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力部材と連結又は一体化された出力軸と、該出力軸に設けられ風力発電システムの歯車と噛合可能な出力ピニオンと、を備えた風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置であって、前記出力軸が、駆動源側及び反駆動源側の一対の軸受で両持ち支持されると共に、該一対の軸受の双方が、単一の部材にて一体成形された出力側ケーシングに収容され、該一対の軸受のうち少なくとも駆動源側の軸受が、前記出力側ケーシングとは別体の軸受ハウジングを介して該出力側ケーシングに支持され、且つ該出力側ケーシングは、軸方向駆動源側に前記出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有すると共に、外周の一部に前記出力ピニオンが前記歯車と噛合するための噛合窓を有し、且つ、該噛合窓の開口の軸と直角方向の幅寸法を、前記出力ピニオンの外径よりも小さくすることにより上記課題を解決したものである。
また、本発明は、駆動源の回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力部材と一体化された出力軸と、該出力軸に設けられ風力発電システムの歯車と噛合可能な出力ピニオンと、を備えた風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置であって、前記出力軸が、駆動源側及び反駆動源側の一対の軸受で両持ち支持されると共に、該一対の軸受の双方が、単一の部材にて一体成形された出力側ケーシングに収容され、該一対の軸受のうち少なくとも駆動源側の軸受が、前記出力側ケーシングとは別体の軸受ハウジングを介して該出力側ケーシングに支持され、且つ該出力側ケーシングは、軸方向駆動源側に前記出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有すると共に、外周の一部に前記出力ピニオンが前記歯車と噛合するための噛合窓を有し、前記減速機構の出力部材がフランジ形状とされ、前記出力軸が、該フランジ形状の出力部材と一体成形されており、且つ前記フランジ形状の出力部材が、前記軸受ハウジングを前記出力側ケーシングに固定する際の工具を挿通するための貫通孔を有していることにより、同じく上記課題を解決したものである。

本発明によれば、減速装置の出力軸は駆動源側及び反駆動源側の一対の軸受によって両持ち支持される。この一対の軸受は、共に、単一の部材によって一体成形された出力側ケーシングに収容される。ここで、一対の軸受のうち少なくとも駆動源側の軸受は、出力側ケーシングとは別体の軸受ハウジングを介して当該出力側ケーシングに支持される。出力側ケーシングは、軸方向駆動源側に出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有し、また、外周の一部に出力ピニオンが風力発電システムの歯車と噛合するための噛合窓を有している。

この構成により、出力側ケーシングに反駆動源側の軸受を配置した後に、出力軸を、出力ピニオン、駆動源側軸受、及び駆動源側軸受を収容する軸受ハウジング等がサブアセンブリされた状態で、出力側ケーシングに配置した反駆動源側軸受の内側に軸方向駆動源側から挿入して組み込むことが可能になる。ここで、ケーシング自体で出力軸の駆動源側の軸受を支持しようとすると、その部分のケーシングの内径が狭くなりがちになり、大径のピニオンを通すためには、ケーシングが一層大型化してしまう恐れがある。しかし、本発明では、軸受ハウジングによって駆動源側の軸受を支持するようにしたため、大径の出力ピニオンを用いても出力軸を出力ピニオンのついたままケーシングに組込むことができ、且つケーシングのコンパクト性を維持することができる。挿入された出力軸は、駆動源側の軸受ハウジングがサブアセンブリされているため、当該軸受ハウジングを出力側ケーシングに固定することで、結果として出力軸を駆動源側軸受と反駆動源側軸受とによって出力側ケーシングに両持ち支持することが可能となる。

出力ピニオンは、噛合部を除いてほぼ全体が出力側ケーシングに被覆されることになるため、出力ピニオンの歯部を保護できる。

また、駆動源側の軸受に対して、出力側ケーシングとは別体の軸受ハウジングを用いる構造により、該軸受ハウジングのみに対して（出力側ケーシングとは別に）加熱・冷却処理を行うことができるようになるため、各部材の焼きばめ、圧入等の組み付け作業（特に熱に弱いオイルシール等を含む各部材の組み付け作業）が極めて行い易くなるという実用面での大きなメリットも得られる。

本発明によれば、風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸を両持ち支持する場合にも、減速装置全体をコンパクト化し、且つ出力ピニオンの大半を被覆・保護することができる構成としながら、その組付けを簡易に行うことができる。

本発明の実施形態の一例に係る風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置を示す断面図 図１の矢視II−II線に沿う断面図 図１の矢視III−III線に沿う断面図 本発明の他の実施形態の一例に係る風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置を示す断面図 本発明の更に他の実施形態の一例に係る風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置を示す断面図 本発明の更に他の実施形態の一例に係る風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置を示す断面図 上記実施形態に係る動力伝達装置が組み込まれている風力発電システムの概略正面図 同側面図 同風力発電システムにおける発電ユニットの概略を示す斜視図

以下、本発明の実施形態の一例に係る風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置について詳細に説明する。

図７は、当該風力発電システム１０の概略正面図、図８は、同側面図である。

この風力発電システム１０は、円筒支柱１１の最上部に発電ユニット（ナセル）１２を備える。図９は、発電ユニット１２の概略を示す斜視図である。発電ユニット１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動用の駆動装置１４とピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動用の駆動装置１６が組み込まれている。ヨー駆動用の駆動装置１４は、発電ユニット１２全体の旋回角を制御するためのもの、一方、ピッチ駆動用の駆動装置１６は、ノーズコーン１８に取り付けられる３枚の風車ブレード２０のピッチ角を制御するためのものである。

本実施形態では、ヨー駆動用の駆動装置１４に本発明が適用されているため、ここではヨー駆動用の駆動装置１４について説明する。ヨー駆動用の駆動装置１４は、電動モータ（駆動源）Ｍｏ、出力ピニオン２４付きの減速装置Ｇ１、及び該出力ピニオン２４と噛合する旋回内歯歯車（リング歯車）２８を備える。減速装置Ｇ１は、図９の例では４個描写されており、それぞれ発電ユニット１２の本体側に固定されている。一方、４個の減速装置Ｇ１の各出力ピニオンが噛合している旋回内歯歯車２８は、円筒支柱１１側に固定されており、図示せぬヨーベアリングの内輪を構成している。ヨーベアリングの外輪は、発電ユニット１２の本体側に固定されている。この構成により、電動モータＭｏによって減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４を回転させることにより、該出力ピニオン２４と旋回内歯歯車２８との噛合を介して発電ユニット１２全体を円筒支柱１１の軸心３６（図９）の周りで旋回させることができる。この結果、ノーズコーン１８を所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。

次に、出力ピニオン２４付きの減速装置Ｇ１について図１〜図３を用いて詳細に説明する。

図１を参照して、この減速装置Ｇ１は、電動モータＭｏの回転を減速する減速機構３４と、該減速機構３４の出力フランジ（出力部材）３６と一体化された出力軸３２と、該出力軸３２に設けられ前記旋回内歯歯車２８（図１では図示略）と噛合可能な出力ピニオン２４と、を備える。

減速機構３４は、内接噛合遊星歯車機構の入力側減速機構４０及び出力側減速機構４２を直列に連結したものである。これは、この減速装置Ｇ１が、機能上、１／１０００〜１／２０００という極めて高い減速比を必要とするためである。

モータＭｏのモータ軸４１は、入力側減速機構４０の入力軸を兼ねており、入力側減速機構４０によって減速されたモータ軸４１の回転が、出力側減速機構４２によって更に減速される構成とされている。入力側減速機構４０と出力減速機構４２は、扱うトルクが異なるので大きさは異なるが、機構学的にはほぼ同様の（公知の）構成を有しているため、ここでは代表して出力側減速機構４２について説明することとし、入力側減速機構４０については重複説明を省略する。

出力側減速機構４２は、入力側減速機構４０の出力軸と一体（兼用）の入力軸４４、該入力軸４４に設けられた２つの偏心体４６、４８、該偏心体４６、４８を介して偏心揺動をする２枚の外歯歯車５０、５２、該外歯歯車５０、５２が内接噛合する内歯歯車５４を備えている。外歯歯車５０、５２は、その偏心位相が丁度１８０度ずれている。即ち、２つの外歯歯車５０、５２は、互いに離反する方向に偏心した状態を維持しながら揺動回転する。内歯歯車５４は出力側減速機構４２の部分のケーシング５６を兼ねている。内歯歯車５４の内歯は、それぞれ円筒状の外ピン５８によって構成されている。内歯歯車５４の内歯の数（外ピン５８の数）は、外歯歯車５０、５２の外歯の数より１だけ多い。外歯歯車５０、５２には、内ピン６０が内ローラ６２を介して遊嵌されている。内ピン６０は（出力側減速機構４２の）出力フランジ（出力部材）３６と一体化され、更に該出力フランジ３６を介して減速装置Ｇ１の前記出力軸３２と一体化されている。

この実施形態では内歯歯車５４がケーシング５６と一体化されているため、外歯歯車５０、５２は、出力側減速機構４２の入力軸４４が１回回転すると１回揺動して内歯歯車５４との噛合位置が１歯だけ（歯数差分だけ）ずれる。この結果、外歯歯車５０、５２は、該内歯歯車５４に対して該歯数差に相当する角度だけ相対回転する（入力軸４４の回転と逆方向に自転する）。この内歯歯車５４に対する外歯歯車５０、５２の相対回転（自転）が内ピン６０を介して出力フランジ３６から取り出され、更に該出力フランジ３６と一体化されている出力軸３２へと出力されるようになっている。

出力軸３２にはスプライン部６５を介して出力ピニオン２４が連結・固定されており、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回内歯歯車２８（図９）と噛合する構成とされている。

ここで、図１〜図３を参照しながら出力軸３２の支持構造（組み込み構造）について詳細に説明する。図２は図１の矢視II−II線に沿う断面図、図３は図１の矢視III−III線に沿う断面図である。

前記出力軸３２は、モータ側（駆動源側）の自動調心ころ軸受７０及び反モータ側（反駆動源側）のころ軸受７２の一対の軸受で両持ち支持されている。自動調心ころ軸受７０及びころ軸受７２は、双方とも（出力軸３２の反駆動源側のカバー部７４Ａを含めて）単一の部材にて一体成形された出力側ケーシング７４に収容されている。

該一対の軸受７０、７２のうちモータ側の自動調心ころ軸受７０は、出力側ケーシング７４とは別体で且つ出力ピニオン２４の外径ｄ１より大きな外径ｄ２を有する軸受ハウジング７６を介して出力側ケーシング７４に支持されている。

出力側ケーシング７４は、軸方向モータ側に出力ピニオン２４の外径ｄ１より大きく前記軸受ハウジング７６を挿通可能に形成された開口７４Ｃを有する。更に、図２に示されるように、出力側ケーシング７４は、その外周の一部に出力ピニオン２４が前述した旋回内歯歯車２８と噛合するための噛合窓７４Ｄを有する。噛合窓７４Ｄの開口７４Ｄ１の軸と直角の幅寸法（開口幅寸法）Ｌ１は、出力ピニオン２４の外径ｄ１よりも小さい。なお、図１、図２の符号７５は、出力ピニオン付き減速装置にＧ１を発電ユニット（ナセル）１２に固定するときに用いるボルト孔である。

出力軸３２の軸方向における軸受ハウジング７６の内周７６Ａと対応する部分には、該出力軸３２と一体的に回転するブッシュ８２が配置されている。更に、該軸受ハウジング７６の内周７６Ａと、当該（出力軸３２と一体的に回転する部材である）ブッシュ８２との間に、減速機構３４（入力側減速機構４０と出力減速機構４２）をシールするオイルシール８４が配置されている。オイルシール８４は、この実施形態では、駆動源側軸受である自動調心ころ軸受７０の軸方向反駆動源側に配置されており、自動調心ころ軸受７０は、減速機構３４側の潤滑剤によって潤滑される。即ち、減速機構３４及び自動調心ころ軸受７０の側と、出力ピニオン２４及びころ軸受７２の側は、このオイルシール８４によって遮断されている。

このような構成とした理由は以下の通りである。風力発電システム１０の旋回内歯歯車２８は、非常に径が大きいため（通常φ２０００ｍｍ〜φ３０００ｍｍ）、該旋回内歯歯車２８の潤滑は、（閉じた空間にオイルを封入する「閉鎖型」によってではなく、開放された空間においてグリースを使用する）いわゆる「開放型」にて行なわれる。したがって、ごみの混入により該グリースは汚れ易い状況にある。また、旋回内歯歯車２８の回転は最大でも２ｒｐｍ程度であり非常に低速であるため、旋回内歯歯車２８の側からグリースが自動調心ころ軸受７０側に入り込んで該自動調心ころ軸受７０内のグリースを補充するという作用はもともと期待できないし、むしろ入って来ても自動調心ころ軸受７０内のグリースを汚すことになるため好ましくない。逆に自動調心ころ軸受７０側から見るならば、フレッチングの防止のために良質なグリース潤滑が欠かせない。そこで、自動調心ころ軸受７０内の良質なグリースを（旋回内歯歯車２８側に漏らすことなく）保持し、一方、旋回内歯歯車２８側の汚れたグリースが上がってこないようにするために、オイルシール８４を自動調心ころ軸受７０の下側（反駆動源側）に配置するようにしたものである。このオイルシール８４の存在により、出力ピニオン２４側から、（汚れた）グリースや異物等が、減速機構３４内に入り込むのを防止できる。オイルシール８４の組み込み手法については後述する。

出力側ケーシング７４には、凸部７４Ｂが半径方向内側に向けて形成されている。一方、軸受ハウジング７６には、鍔部７６Ｂが半径方向外側に向けて形成されている。該鍔部７６Ｂと出力側ケーシング７４の凸部７４Ｂは互いに軸方向に当接可能とされ、この鍔部７６Ｂと凸部７４Ｂとの当接によって、軸受ハウジング７６が出力側ケーシング７４に対して軸方向に位置決めされるように構成されている。

軸受ハウジング７６は、当該鍔部７６Ｂと凸部７４Ｂとを軸方向に固定する固定ボルト８６によって出力側ケーシング７４に対して固定される。

なお、この実施形態では、出力軸３２が、出力フランジ（フランジ形状の出力部材）３６と一体成形されている。そのため、この固定ボルト８６による鍔部７６Ｂと凸部７４Ｂとの固定、即ち、軸受ハウジング７６の出力側ケーシング７４に対する固定に当たって、当該固定ボルト８６を締め込むための工具を挿通するための貫通孔（図示略）が、出力フランジ３６に内ピン６０と平行に形成されている。組付けの容易性を考慮する場合には、この貫通孔は、全固定ボルト８６の位置に対応して固定ボルト８６の数だけ出力フランジ３６に形成しておくとよい。但し、この貫通孔は、必ずしも全固定ボルト８６に対応して該固定ボルト８６の数だけ形成されている必要はなく（１個でも可）、例えば、一つ置きの固定ボルト８６に対応させて半数分だけの貫通孔を形成しておくようにしてもよい。このように、固定ボルト８６の数の「約数」に相当する数を所定間隔で形成しておくと、軸受ハウジング７６の固定の作業性をあまり低下させることなく、且つ貫通孔の形成による出力フランジ３６の強度の低下を最小限に抑えることができる。

この実施形態では、反駆動源側の軸受であるころ軸受７２は、（軸受ハウジングを介することなく）出力側ケーシング７４に直接支持されている。

ころ軸受７２の転動体は、自転はするが公転はしない複数の「ころ」７３によって構成されている。なお、ここで言う「公転しない」とは、周方向に若干の遊びがある場合を含んでいる。要は旋回内歯歯車２８と対向する側（噛合位置）に向けてころ７３が移動してこないということである。図３に示されるように、該複数のころ７３のうち、噛合窓７４Ｄの側に位置するころ７３の配置が省略されている（本実施形態では２個分、ころ７３が配置されていない）。これは、出力ピニオン２４に掛かる荷重のベクトルを考慮し、この部分のころ（７３）を省略してコンパクト化を図ると共に、ころ７３のピッチ円を大きくして負荷容量を上げても出力側ケーシング７４の旋回内歯歯車２８側が肉薄になってこの部分の強度が低下するのを防止でき、結果としてころ軸受７２全体の強度を増大させることができる。ころ軸受７２の外輪は、前記出力側ケーシング７４によって構成されている。即ち、出力側ケーシング７４が、ころ軸受７２の外輪を兼用している。出力側ケーシング７４にはころ７３を保持するための保持穴７４Ｅが、一体的に形成されている。これは、このようにころ７３の保持穴７４Ｅを出力側ケーシング７４自体に直接形成することにより、できるだけ出力側ケーシング７４の厚さを厚く確保するようにしたためである、なお、出力側ケーシング７４の内周を、例えばころ７３に外接する単純な円で形成し、ころ７３の保持については別途のリテーナ等（図示略）を用いる構成であってもよい。

また、この実施形態では、出力側ケーシング７４が、ころ軸受７２の外輪を兼用している構成とされているが、ころ軸受７２の外輪を、出力側ケーシング７４とは独立した部材（例えば図３の想像線で示した部分の部材７７）によって構成し、且つ、当該外輪（７７）の円周方向噛合窓側の部分が、（ころが省略された分）肉厚とされている構成であってもよい。更に、この実施形態では組み付けの容易性を考慮してころ軸受７２は独立した内輪７９を備えるようにしているが、ころ軸受（反駆動源側の軸受）７２の内輪７９は必ずしも必要ではない。なお、図１の符号８８はカラー、符号９０はころ７２の潤滑剤をシールするオイルシールである。

この出力ピニオン付き減速装置Ｇ１は、以上のような構成を有しているため、出力軸３２を両持ち支持することによって装置全体のコンパクト化を実現し、且つ出力ピニオン２４の大半を被覆・保護することができる構成としながら、その組付けを簡易に行うことができる。ここで、この出力ピニオン付き減速装置Ｇ１の作用を、特に出力軸３２の組み込み方法に焦点を当てながら詳細に説明する。

出力軸３２を組み込むには、まず、自動調心ころ軸受７０を、出力軸３２の反出力フランジ側から出力軸３２に焼き嵌めする。次いで、該自動調心ころ軸受７０と並んでブッシュ８２を出力軸３２に焼き嵌めする。その後、（焼き嵌めによって高温になっている）自動調心ころ軸受７０及びブッシュ８２を冷却すると共に、軸受ハウジング７６を加熱し、自動調心ころ軸受７０の外輪７０Ａの外周に圧入もしくは焼き嵌めする。そして、焼き嵌めとした場合には、軸受ハウジング７６を冷却した後に、軸受ハウジング７６の内周７６Ａとブッシュ８２との間にオイルシール８４を装着する。この手順により、熱に弱いオイルシール８４を軸受ハウジング７６及びブッシュ８２の双方が冷却された状態で装着することができる。

オイルシール８４が装着された後、出力ピニオン２４がスプライン部６５に焼き嵌めされ更にカラー８８が出力軸３２に焼き嵌めされる。これで、出力軸３２周りのサブアセンブリが完了する。

一方、出力側ケーシング７４の底部に形成された保持穴７４Ｅ（図３）に、ころ軸受７２のころ７３を直接組み込む。この例のように内輪７９がある場合には、内輪７９も組み込む。そして、出力側ケーシング７４の底部に潤滑剤を入れ、オイルシール９０を出力側ケーシング７４の底部に予め組み込んでおく。

この状態で、前述した（サブアセンブリ状態となっている）出力軸３２を上部から（駆動源側から）ころ軸受７２の内輪７９の内側に落とし込むようにして組み込む。この実施形態では、軸受ハウジング７６の外径が出力ピニオン２４の外径よりも大きく、出力側ケーシング７４はこの軸受ハウジング７６が挿通可能なように（出力ピニオン２４の外径よりも大きく形成した）開口７４Ｃを有している。このため、軸受ハウジング７６をサブアセンブリした状態のまま出力軸３２を出力側ケーシング７４に落とし込むことが可能である。なお、軸受ハウジングの外径自体は、出力ピニオンの外径よりも必ずしも大きく形成されている必要はなく、要は、出力側ケーシングが、軸方向駆動源側に出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有してさえいれば良い。例えば、軸受ハウジングの外周に更に「出力ピニオンの外径よりも大きな外径を有する別体のリング状部材」が組み付けられているような構成を採用する場合には、たとえ軸受ハウジング自体の外径が出力ピニオンの外径よりも小さくても、結果として出力側ケーシングが、軸方向駆動源側に出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有しているため、（サブアセンブリ状態となっている）出力軸を、反駆動源側の軸受の内側に軸方向駆動源側から挿入して組み込むことが可能である。

出力軸３２を出力側ケーシング７４に落とし込んで行くと、軸受ハウジング７６に形成された鍔部７６Ｂと出力側ケーシング７４に形成された凸部７４Ｂとが軸方向に当接する。したがって、この当接によって軸受ハウジング７６が前記出力側ケーシング７４に対して軸方向に位置決めされる。位置決めされた状態で出力フランジ３６に形成されている（図示せぬ）前記貫通孔を介して工具を差し込み、固定ボルト８６を締めることによって軸受ハウジング７６を出力側ケーシング７４に固定する。なお、出力フランジ３６に形成した貫通孔が全固定ボルト８６に対応する位置に形成されていないときは、出力フランジ３６を若干、回転させながら固定ボルト８６を順次固定していけばよい。

このように、この実施形態では、出力軸３２周りのすべての部材を、予め出力側ケーシング７４内に備えるか、または出力軸３２の回りにサブアセンブリした状態で組み付けることができるため、組付けのための大掛かりな設備を必要としない。その上で、出力軸３２は出力側ケーシング７４によって両持ち支持される構成であるため、コンパクトでありながら支持剛性を極めて高く維持することができ、強力な風による反力にも耐え得る剛性を提供することができる。また、出力側ケーシング７４は、該出力軸３２の反駆動源側のカバー部７４Ａを含めて単一の部材にて一体化されているため、最小限の厚さで強固な剛性を確保することができている。

また、この実施形態では、出力側ケーシング７４とは別体の軸受ハウジング７６を用いているため、前述したように軸受ハウジング７６のみに対して（出力側ケーシング７４とは別に）加熱・冷却処理を行うことができるようになるため、各部材の焼きばめ、圧入等の組み付け作業（特に熱に弱いオイルシール８４を軸受ハウジング７６及びブッシュ８２の双方が冷却された状態で装着する作業）が極めて行い易くなるという実用面での大きなメリットも得られている。

加えて、この実施形態においては、（例えば、出力ピニオン２４を噛合窓７４Ｄの側から、即ち軸と直角の方向から組み込む必要がないため）噛合窓７４Ｄの開口７４Ｄ１の幅寸法Ｌ１を、出力ピニオン２４の外径ｄ１よりも小さく取り、旋回内歯歯車２８との噛合のために必要な最小限の大きさとしている。この結果、可能な限り出力側ケーシング７４の強度を高めることができると共に、可能な限り広範囲に出力ピニオン２４を被覆・保護することができている。また、ころ軸受７２の転動体を、自転はするが公転はしない複数のころ７３によって構成し、さらに、該複数のころ７３のうち、前記噛合窓７４Ｄの側に位置するころ７３の配置を省略するようにしている。この結果、ころ７３のピッチ円を大きくして負荷容量を上げても出力側ケーシング７４の旋回内歯歯車２８側が肉薄になってこの部分の強度が低下するのを防止でき、結果としてころ軸受７２全体の強度を増大させることができる。このため、出力側ケーシング７４の噛合窓７４Ｄが小さく形成されていることが相俟って、一層の剛性強化を実現している。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

前述した実施形態では、出力ピニオン２４はスプライン部６５を介して出力軸３２に連結・固定されていたが、初めから一体的に成形してもよい。この場合には、例えば、図４に示される出力ピニオン付き減速装置Ｇ２のように、減速機構１３４の出力フランジ１３６を出力軸１３２と別体で構成するようにし、スプライン部１９２を介して該出力フランジ１３６と出力軸１３２とを連結するようにするとよい。自動調心ころ軸受１７０、軸受ハウジング１７６、ブッシュ１８２、及びオイルシール１８４は、（自動調心ころ軸受１７０をハウジング１７６に嵌め込んだ後に）出力ピニオン１２４のモータ側から出力軸１３２に組み込まれる。この構造は、組み付けの際にオイルシール１８４が熱によってダメージを受けないようにするためには、一部の焼き嵌めを圧入に変える等の配慮が必要になる可能性があるが、出力フランジ１３６に固定ボルト１８６の締め付け用の工具を挿通するための貫通孔を形成しなくて済むようになるというメリットが得られる。また、出力フランジ（出力部材）１３６が出力軸１３２と別体とされているが故に、例えば、出力側減速機構１４２の内ピン１６０を、該出力フランジ１３６に圧入或いは焼き嵌めにて組み込むことができるようになり、出力側減速機構１４２の構成をより簡素化することができるようにもなる。その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図中で同一または同一の機能を有する部分に下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

図５に更に他の実施形態の例を示す。

この図５の実施形態では、入力側減速機構２４０については先の実施形態と同様であるが、出力側減速機構２４２の構成が、いわゆる振分タイプの内接噛合遊星歯車減速機構とされている。即ち、この出力側減速機構２４２は、入力側減速機構２４０の出力軸（出力側減速機構の入力軸）２４４と連結された３個（１個のみ図示）のスパーギヤ２９３と、該３個のスパーギヤ２９３によってそれぞれ回転される３本の（１個のみ表示）偏心体軸２９４と、それぞれの偏心体軸２９４に組み込まれ偏心体軸２９４に対して同位相で偏心している偏心体２４６、２４８と、各偏心体２４６、２４８に係合している外歯歯車２５０、２５２と、該外歯歯車２５０、２５０が内接噛合している内歯歯車２５４とで主に構成されている。

この出力側減速機構２４２では、外歯歯車２５０、２５２が、（前記実施形態のように中央に配置された偏心体によって揺動回転するのではなく）３本の偏心体軸２９４に同位相で組み込まれた偏心体２４６、２４８が同時に同一の回転速度で回転することによって揺動回転する。内歯歯車２５４はケーシング２５６と一体化されて固定されており、外歯歯車２５０、２５２と内歯歯車２５４との相対回転は、３本の偏心体軸２９４の軸心Ｏ周りの公転成分として出力フランジ（出力部材）２３６から取り出される。出力フランジ２３６は、スプライン部２９２を介して出力軸２３２と円周方向に一体化されると共に、押さえプレート２９７及び押さえボルト２９８を介して出力軸２３２と軸方向に一体化されている。この例では図４の実施形態と同様に、出力ピニオン２２４は出力軸２３２と一体的に形成されている。そのため、自動調心ころ軸受２７０、軸受ハウジング２７６、ブッシュ２８２、及びオイルシール２８４は、出力ピニオン２２４のモータ側から出力軸２３２に組み込まれる。

その他の構成は、既に説明した実施形態と基本的に同様であるため、図中で同一または同一の機能を有する部分に下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

このように、本発明は、減速機構の構成は、特に限定されない。例えば、図６に示されるような減速機構を有する出力ピニオン付き減速装置Ｇ３にも適用できる。

この出力ピニオン付き減速装置Ｇ３は、電動モータＭｏの回転を計４段の単純遊星歯車減速機構３４０〜３４３にて減速し、最終段の出力部材３３６の回転を、スプライン部３９２を介して出力軸３３２に伝達する構成とされている。出力軸３３２周りのサブアセンブリの構成及び出力軸３３２の組み込み方法については、若干の形状等の差異及びオイルシール３８４の数等の違いはあるものの、基本的にこれまでの実施形態と同様である。したがって、同一または同一の機能を有する部位に図中で下２桁が同一の符号付すにとどめ、重複説明を省略する。

なお、上記実施形態においては、風力発電システムの歯車として、「内歯」を有する旋回内歯歯車が例示されていたが、本発明は、当該歯車が「外歯」を有し、出力ピニオンが、該歯車に外接する態様の動力伝達装置にも同様に適応できる。また、上記実施形態においては、風力発電システムのヨー駆動用の動力伝達装置に本発明を適用した例が示されていたが、本発明の適用は、風力発電システムのヨー駆動用の動力伝達装置に限定されるものではなく、例えば風力発電システムの風車ブレードのピッチ駆動用の動力伝達装置に適用することもできる。

本発明は、風力発電システムにおける風力発電ユニットや風車ブレード等のエネルギ回収メンバを、例えばそのときの最適回収方向に向けさせるために使用される出力ピニオン付き減速装置に適用できる。

Ｍｏ…電動モータ
Ｇ１〜Ｇ４…出力ピニオン付き減速装置
１０…風力発電システム
１２…発電ユニット
１４…ヨー駆動用の駆動装置
１６…ピッチ駆動用の駆動装置
１８…ノーズコーン
２０…風車ブレード
２４…出力ピニオン
２８…旋回内歯歯車
３２…出力軸
３４…減速機構
４０…入力側減速機構
４２…出力側減速機構
４４…出力側減速機構の入力軸
７０…自動調心ころ軸受（駆動源側軸受）
７２…ころ軸受（反駆動源側軸受）
７４…出力側ケーシング
７４Ａ…カバー部
７４Ｂ…凸部
７４Ｃ…開口
７４Ｄ…噛合窓
７４Ｄ１…開口
７４Ｅ…保持穴
７６…軸受ハウジング
７６Ａ…内周
７６Ｂ…鍔部
７９…内輪
８２…ブッシュ
８４…オイルシール
ｄ１…出力ピニオンの外径
ｄ２…軸受ハウジングの外径
Ｌ１…噛合窓の開口の軸方向寸法

Claims (11)

1. 駆動源の回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力部材と連結又は一体化された出力軸と、該出力軸に設けられ風力発電システムの歯車と噛合可能な出力ピニオンと、を備えた風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置であって、
   前記出力軸が、駆動源側及び反駆動源側の一対の軸受で両持ち支持されると共に、
   該一対の軸受の双方が、単一の部材にて一体成形された出力側ケーシングに収容され、
   該一対の軸受のうち少なくとも駆動源側の軸受が、前記出力側ケーシングとは別体の軸受ハウジングを介して該出力側ケーシングに支持され、且つ
   該出力側ケーシングは、軸方向駆動源側に前記出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有すると共に、外周の一部に前記出力ピニオンが前記歯車と噛合するための噛合窓を有し、且つ、該噛合窓の開口の軸と直角方向の幅寸法が、前記出力ピニオンの外径よりも小さい
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
2. 駆動源の回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力部材と一体化された出力軸と、該出力軸に設けられ風力発電システムの歯車と噛合可能な出力ピニオンと、を備えた風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置であって、
   前記出力軸が、駆動源側及び反駆動源側の一対の軸受で両持ち支持されると共に、
   該一対の軸受の双方が、単一の部材にて一体成形された出力側ケーシングに収容され、
   該一対の軸受のうち少なくとも駆動源側の軸受が、前記出力側ケーシングとは別体の軸受ハウジングを介して該出力側ケーシングに支持され、且つ
   該出力側ケーシングは、軸方向駆動源側に前記出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有すると共に、外周の一部に前記出力ピニオンが前記歯車と噛合するための噛合窓を有し、
   前記減速機構の出力部材がフランジ形状とされ、
   前記出力軸が、該フランジ形状の出力部材と一体成形されており、且つ
   前記フランジ形状の出力部材が、前記軸受ハウジングを前記出力側ケーシングに固定する際の工具を挿通するための貫通孔を有している
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
3. 請求項１または２において、
   前記軸受ハウジングの内周と、前記出力軸またはこれと一体的に回転する部材との間に、前記減速機構をシールするオイルシールが配置されている
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
4. 請求項３において、
   前記オイルシールが、前記駆動源側軸受の軸方向反駆動源側に配置されている
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記出力側ケーシングに、凸部が半径方向内側に向けて形成されると共に、前記軸受ハウジングに、鍔部が半径方向外側に向けて形成され、
   該鍔部と前記凸部とが軸方向に対向することによって、前記軸受ハウジングが前記出力側ケーシングに対して軸方向に位置決めされる
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
6. 請求項５において、
   前記軸受ハウジングが、前記鍔部と前記凸部とを軸方向に固定する固定ボルトによって前記出力側ケーシングに対して固定される
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記一対の軸受のうち、反駆動源側の軸受が、軸受ハウジングを介することなく前記出力側ケーシングに直接支持されている
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置。
8. 駆動源の回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力部材と連結又は一体化された出力軸と、該出力軸に設けられ風力発電システムの歯車と噛合可能な出力ピニオンと、を備えた風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の前記出力軸の組み込み方法であって、
   前記出力軸を支持する一対の軸受の双方を収容する出力側ケーシングであって、軸方向駆動源側に前記出力ピニオンの外径より大きく形成された開口を有すると共に、外周の一部に前記出力ピニオンが前記歯車と噛合するための噛合窓を有し、且つ、前記噛合窓の開口の軸と直角方向の幅寸法が、前記出力ピニオンの外径よりも小さい形状とされた出力側ケーシングを、単一の部材にて一体的に成形し、
   該出力側ケーシングに前記一対の軸受のうちの反駆動源側の軸受を配置した後に、
   前記出力ピニオン、前記一対の軸受のうちの駆動源側軸受、及び該駆動源側軸受を収容する軸受ハウジングがサブアセンブリされた出力軸を、前記出力側ケーシングに配置した反駆動源側の軸受の内側に、軸方向駆動源側から挿入して組み込む
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸の組み込み方法。
9. 駆動源の回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力軸と一体成形されたフランジ形状の出力部材と、前記出力軸に設けられ風力発電システムの歯車と噛合可能な出力ピニオンと、を備えた風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の前記出力軸の組み込み方法であって、
   前記出力軸を支持する一対の軸受の双方を収容する出力側ケーシングを、単一の部材にて一体的に成形し、
   該出力側ケーシングに前記一対の軸受のうちの反駆動源側の軸受を配置した後に、
   前記出力ピニオン、前記一対の軸受のうちの駆動源側軸受、及び該駆動源側軸受を収容する軸受ハウジングがサブアセンブリされた出力軸を、前記出力側ケーシングに配置した反駆動源側の軸受の内側に、軸方向駆動源側から挿入して組み込み、
   前記軸受ハウジングを、前記フランジ状の出力部材に予め形成した工具挿入用の貫通孔を介して前記出力側ケーシングに固定する
   ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸の組み込み方法。
10. 請求項８または９において、
    前記軸受ハウジングが、該軸受ハウジングを加熱した状態で、前記駆動源側の軸受の外輪の外周に焼き嵌めされる
    ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸の組み込み方法。
11. 請求項１０において、
    前記出力ピニオン付き減速装置は、更に前記軸受ハウジングの内周と、前記出力軸またはこれと一体的に配置された部材との間に、前記減速機構をシールするオイルシールを備え、且つ、
    該オイルシールの組み込みが、前記駆動源側の軸受の外輪の外周への前記軸受ハウジングの焼き嵌め後、該軸受ハウジングを冷却した後に行われる
    ことを特徴とする風力発電システムの出力ピニオン付き減速装置の出力軸の組み込み方法。

Images