(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備の本体側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置であって、
遊星歯車、キャリヤ、及び該キャリヤから突出され前記遊星歯車を貫通する複数の遊星ピンを備えると共に該複数の遊星ピンを介して前記キャリヤから遊星歯車の自転または公転成分を取り出す遊星歯車減速機構と、
前記複数の遊星ピンのそれぞれの反キャリヤ側の端部を束ねる拘束リングと、を備え、
前記減速装置のケーシングと前記拘束リングが、組み立て時において微小隙間を有するが、前記減速装置の特定の部分において伝達される荷重Ｌが所定値Ｌｏを超えると接触するように対向して配置されており、かつ、
該所定値Ｌｏが、前記特定の部分において伝達されるべき疲労等価荷重をＬｅ、伝達の限界である極値荷重をＬｍとしたときに、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｍの範囲に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備の減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記所定値Ｌｏが、前記特定の部分において当該減速装置を駆動するモータの定格出力時に伝達される荷重をＬｒとしたときに、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｒの範囲に設定されている
ことを特徴とする風力発電設備の減速装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記拘束リングの外周に、潤滑剤用の凹部が形成されている
ことを特徴とする風力発電設備の減速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記遊星ピンの外周に該遊星ピンと前記遊星歯車との摺動を促進するための摺動促進部材が配置されると共に、
該摺動促進部材は、前記遊星ピンの端部には配置されておらず、前記拘束リングが、該摺動促進部材の存在しない前記遊星ピンの端部を直接束ねる構成とされている
ことを特徴とする風力発電設備の減速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
当該減速装置の減速段が多段で構成され、且つ前記拘束リングを備えた遊星歯車減速機構が、該多段とされた減速段の最終段に組み込まれている
ことを特徴とする風力発電設備の減速装置。
【請求項６】
出力ピニオンを備えた減速装置であって、
遊星歯車、キャリヤ、及び該キャリヤから突出され前記遊星歯車を貫通する複数の遊星ピンを備えると共に該複数の遊星ピンを介して前記キャリヤから遊星歯車の自転または公転成分を取り出す遊星歯車減速機構と、
前記複数の遊星ピンのそれぞれの反キャリヤ側の端部を束ねる拘束リングと、を備え、
前記減速装置のケーシングと前記拘束リングが、組み立て時において微小隙間を有するが、前記減速装置の特定の部分において伝達される荷重Ｌが所定値Ｌｏを超えると接触するように対向して配置されており、かつ、
該所定値Ｌｏが、前記特定の部分において伝達されるべき疲労等価荷重をＬｅ、伝達の限界である極値荷重をＬｍとしたときに、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｍの範囲に設定されている
ことを特徴とする出力ピニオンを備えた減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に風力発電設備に使用する減速装置及び出力ピニオンを備えた減速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、風力発電設備に使用する減速装置が開示されている。風力発電設備の制御としては、風に対してナセル（発電室）の水平面内での向き（回転）を制御するヨー制御、或いは風に対して風車ブレードの向き（傾き）を制御するピッチ制御等があるが、いずれもモータや油圧シリンダで駆動される減速装置によって実現されている。
【０００３】
風力発電設備に使用する減速装置は、この特許文献１の減速装置を含め、減速機構の一部または全部に遊星歯車減速機構が使用されることが多い。遊星歯車減速機構は、遊星歯車、キャリヤ、及び該キャリヤから突出され前記遊星歯車を貫通する複数の遊星ピンを備えており、該複数の遊星ピン（内ピン）を介して前記キャリヤから遊星歯車の自転または公転成分が取り出される。キャリヤは、減速装置の出力軸と連結されており、出力軸には、出力ピニオンが設けられている。出力ピニオンは、例えば、ヨー駆動装置の場合、風力発電設備の円筒支柱側に設けられた内歯歯車（または外歯歯車）と噛合し、その反作用で（減速装置が取り付けられた）ナセルが駆動されるようになっている。
【０００４】
風力発電設備は、自然環境下に設置されるため、ときに乱れた強い風や突風を受けたりすることがある。このような強い風が風車ブレードに掛かると、風車ブレード自身が回転したり、該風車ブレードがナセルを回転させたりする状態となる。これにより、各減速装置は出力側から巨大な負荷が掛けられた状態となる。この結果、減速装置は、本来の出力軸が入力軸となった増速装置の動きを呈し、減速装置内の各部材やモータ等が過度に強いトルク（あるいは回転速度）で強制的に回転させられる状態が発生してしまう。
【０００５】
この特許文献１においては、上記複数の遊星ピンの反キャリヤ側を束ねる拘束リングを組み込むことにより遊星ピンに作用する荷重の分散・軽量化を図るように工夫した構成が開示されている。この構成によれば、一部の遊星ピンのみが大きく変形してしまうのを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３６３５７号公報（段落［００２４］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この特許文献１のような「複数の遊星ピンの反キャリヤ側を束ねる拘束リング」を備えた構造であっても、自然相手の風力発電設備の構造としては、なお、強度的に十分とは言えない面があった。
【０００８】
例えば、遊星ピンの強度を増大させるために該内ピンの太さを大きくすれば、強度的な余裕を得ることはできるが、内ピンの太さの増大は、減速装置全体の大きさの増大の要因となり、狭いナセル内に設置する機器としては、大きなデメリットとなる。また、コスト増大、重量増大、動力損失の増大を招く要因ともなる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、小型且つ低コストで、通常運転時の伝達ロスを軽減すると共に、高負荷時の支持剛性を高めることができ、出力ピニオン側から過大な負荷が掛かるような状況においても減速装置の各要素の破損や故障等を効果的に防止することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、風力発電設備の本体側に設けられた歯車と噛合う出力ピニオンを備えた減速装置であって、遊星歯車、キャリヤ、及び該キャリヤから突出され前記遊星歯車を貫通する複数の遊星ピンを備えると共に該複数の遊星ピンを介して前記キャリヤから遊星歯車の自転または公転成分を取り出す遊星歯車減速機構と、前記複数の遊星ピンのそれぞれの反キャリヤ側の端部を束ねる拘束リングと、を備え、前記減速装置のケーシングと前記拘束リングが、組み立て時において微小隙間を有するが、前記減速装置の特定の部分において伝達される荷重Ｌが所定値Ｌｏを超えると接触するように対向して配置されており、かつ、該所定値Ｌｏが、前記特定の部分において伝達されるべき疲労等価荷重をＬｅ、伝達の限界である極値荷重をＬｍとしたときに、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｍの範囲に設定されている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１１】
なお、風力発電設備の本体側の「本体」とは、「減速装置が組み込まれている部材に対して相対的に動く部材または装置」を指している。例えば、風力発電設備のヨー駆動装置の場合であれば、減速装置が組み込まれているナセルの構造部材に対して相対的に動く円筒支柱が「本体」に相当し、ピッチ駆動装置の場合は、減速装置が組み込まれているナセルの構造部材に対して相対的に動く風車ブレードが、「本体」に相当する。
【００１２】
本発明に係る拘束リングは、ただ単に複数の遊星ピンのそれぞれの反キャリヤ側の端部を束ねるだけでなく、「所定の条件下」において、その外周がケーシングの内周に当接してケーシング側から支持反力を受け得るようになっている。
【００１３】
より具体的には、本発明に係る拘束リングは、減速装置の特定の部分（例えば出力軸：詳細は後述）において伝達される荷重（トルクと捉えることも可）Ｌが、所定値Ｌｏを超えた時点でケーシング側から支持反力を受ける。そして、本発明では、この所定値Ｌｏが、以下のように規定されている。
【００１４】
この種の風力発電設備においては、減速装置を含む各機器は、最低２０年の耐用年数を確保できるように設計されるが、２０年与え続けられても壊れない荷重は、「疲労等価荷重」と呼ばれる。また、２０年の間に一度だけ掛かっても壊れない伝達の限界荷重は、「極値荷重」と呼ばれる。
【００１５】
本発明では、減速装置の組み立て時及び該減速装置の特定の部分において伝達される荷重Ｌが疲労等価荷重Ｌｅよりも低いときは、ケーシングと拘束リングの間には微小隙間が維持され、該ケーシングと拘束リングは接触することはない。しかし、減速装置の特定の部分において伝達される荷重Ｌが、疲労等価荷重Ｌｅを超え、所定値Ｌｏに至ると、出力ピニオン側から入力されてくるラジアル荷重及び回転トルクによってキャリヤ及び遊星ピンの回転軸心がケーシングの軸心からずれ、拘束リングがケーシングと接触するようになる。この所定値Ｌｏが、本発明では、前記疲労等価荷重Ｌｅより大きく、且つ前記極値荷重Ｌｍより小さな値に設定される。式で表すならば、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｍの範囲に設定される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、小型、かつ低コストで、通常運転時の伝達ロスを軽減すると共に、高負荷時の支持剛性を高めることができ、出力ピニオン側から過大な負荷が掛かるような状況においても減速装置の各要素の破損や故障等を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備に使用する減速装置の全体断面図
【図２】上記減速装置の要部拡大図
【図３】上記減速装置の拘束リングの（Ａ）正面図、（Ｂ）IIIＢ−IIIＢ断面図
【図４】上記減速装置のケーシングカバー体の（Ａ）正面図、（Ｂ）IVＢ−IVＢ断面図
【図５】上記実施形態における各内ピン（遊星ピン）の変形態様を示すグラフ
【図６】上記実施形態における各内ピン（遊星ピン）の引張応力を示すグラフ
【図７】上記減速装置が適用される風力発電設備の正面図
【図８】上記風力発電設備のナセルに上記減速装置が組み込まれている様子を模式的に示す斜視図
【図９】上記風力発電設備のヨー駆動装置の構造を示す要部断面図
【図１０】本発明の他の実施形態の一例に係る風力発電設備に使用する減速装置の全体断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例に係る風力発電設備の減速装置について詳細に説明する。
【００１９】
始めに、当該減速装置が適用されている風力発電設備のヨー駆動装置の概略から説明する。
【００２０】
図７〜図９を参照して、この風力発電設備１０は、円筒支柱１１の最上部にナセル（発電室）１２を備える。ナセル１２には、ヨー（Ｙａｗ）駆動装置１４と、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）駆動装置１６が組み込まれている。ヨー駆動装置１４は、円筒支柱１１に対するナセル１２全体の旋回角を制御するためのものであり、ピッチ駆動装置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。
【００２１】
この実施形態では、ヨー駆動装置１４に本発明が適用されているため、ここではヨー駆動装置１４について説明する。
【００２２】
このヨー駆動装置１４は、モータ２２及び出力ピニオン２４付きの４個の減速装置Ｇ１〜Ｇ４及びそれぞれの出力ピニオン２４と噛合する１個の旋回用の内歯歯車２８を備える（旋回用の内歯歯車２８は、外歯歯車であることもある）。各減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれナセル１２の構造体１２Ａ側の所定の位置に固定されている。
【００２３】
図８、図９に示されるように、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のそれぞれの出力ピニオン２４が噛合している旋回用の内歯歯車２８は、円筒支柱１１（風力発電設備の本体）に固定されており、ヨーベアリング３０の内輪を構成している。ヨーベアリング３０の外輪３０Ａは、ナセル１２の構造体１２Ａ側に固定されている。なお、図９の符号２５は、ヨー駆動装置１４のブレーキ機構で、ナセル１２を円筒支柱１１に対して固定させるときに使用するものである。
【００２４】
この構成により、各減速装置Ｇ１〜Ｇ４のモータ２２によって各出力ピニオン２４を同時に回転させると、該出力ピニオン２４が内歯歯車２８と噛合しながら内歯歯車２８の中心３６（図８参照）に対して公転する。この結果、ナセル１２の構造体１２Ａを円筒支柱１１（に固定された内歯歯車２８）に対して相対的に移動させることができ、ナセル１２全体を円筒支柱１１に固定されている内歯歯車２８の中心３６の周りで旋回させることができる。これにより、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。
【００２５】
前記減速装置Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは減速装置Ｇ１について説明する。
【００２６】
図１を参照して、減速装置Ｇ１はモータ２２、直交歯車減速機構４０、第１、第２平行軸減速機構４１、４２及び偏心揺動型の遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置されている。
【００２７】
以下、動力伝達経路上の順番に説明していく。モータ２２のモータ軸４６は、直交歯車減速機構４０の入力軸を兼ねており、モータ２２のモータ軸４６の負荷側の端部にはハイポイドピニオン４７が直切りで形成されている。なお、該モータ軸４６の反負荷側の端部にはブレーキ装置４９および冷却ファン５１が備えられている（図９参照）。
【００２８】
直交歯車減速機構４０は、モータ２２の先端に直切形成された前記ハイポイドピニオン４７と、該ハイポイドピニオン４７と噛合するハイポイドギヤ５０とを備え、モータ軸４６の回転方向を直角方向に変更している。ハイポイドギヤ５０は、第１中間軸５２に固定されている。
【００２９】
第１中間軸５２には、第１平行軸減速機構４１のスパーピニオン５４が直接形成されている。第１平行軸減速機構４１は、このスパーピニオン５４と、該スパーピニオン５４と噛合するスパーギヤ５６とを備えている。スパーギヤ５６は、第２中間軸５８に固定されている。第２中間軸５８には第２平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０が直接形成されている。第２平行軸減速機構４２は、このスパーピニオン６０と、該スパーピニオン６０と噛合するスパーギヤと６４を備えている。スパーギヤ６４はホロー軸（第２平行軸減速機構４２の出力軸）６６に固定されている。ホロー軸６６はキー６７及びボルト６８を介して継軸７０と連結されている。継軸７０の負荷側には継カップリング７０Ａが圧入されている。継カップリング７０Ａの負荷側はホロー部とされ、このホロー部の内側に形成されたスプライン７１と遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が連結されている。これにより、ホロー軸６６は、継軸７０、継カップリング７０Ａを介して入力軸７２と連結されることになる。一方、出力軸８４の側から減速装置Ｇ１を介してモータ２２に大きなトルクが入力されるとモータ２２の故障の原因となるため、継軸７０と継カップリング７０Ａは、このような入力があった場合、該継軸７０と継カップリング７０Ａの圧入部分が滑ることでモータ２２への入力を遮断するトルクリミッタとなる。
【００３０】
図２を合わせて参照して、遊星歯車減速機構４４は、当該入力軸７２、該入力軸７２にキー結合された２つの偏心部を有する偏心体７４、該偏心体７４を介して偏心揺動する２枚の外歯歯車７６、該外歯歯車７６が内接噛合する内歯歯車７８を備えている。２枚の外歯歯車７６は、その偏心位相が丁度１８０度ずれており、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。なお、遊星歯車減速機構４４のケーシング４８は、第１、第２ケーシング体４８Ａ、４８Ｂ、及び反負荷側及び負荷側カバー体４８Ｃ、４８Ｄとで主に構成され、ボルト７９を介して前記ナセル１２の構造体１２Ａに固定されている。
【００３１】
前記内歯歯車７８は、このうちの第１ケーシング体４８Ａと一体化されている内歯歯車本体７８Ｂと、該内歯歯車本体７８Ｂに回転自在に保持されて内歯として機能する円筒状の外ピン７８Ａによって構成されている。内歯歯車７８の内歯の数（外ピン７８Ａの数）は、外歯歯車７６の外歯の数より僅かだけ（この例では１だけ）多い。外歯歯車７６には内ピン（遊星ピン）８０が複数（この例では１２本）貫通している。内ピン８０は、出力フランジ（キャリヤ）８２と一体化され、該出力フランジ８２は減速装置Ｇ１の出力軸８４と一体化されている。内ピン８０付近の構成については、後に詳述する。
【００３２】
出力軸８４は、第２ケーシング体４８Ｂの内周に組み込まれた自動調心ころ軸受８５と、第１ケーシング体４８Ａの内周に配置されたころ８６によって支持されている。ころ８６は、前記内歯歯車７８の内歯を構成する外ピン７８Ａと同軸に配置され、出力軸８４と一体化された出力フランジ８２を支持することによって、出力軸８４の一端を回転自在に支持している。
【００３３】
この実施形態では、内歯歯車７８が第１ケーシング体４８Ａに固定されているため、遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が回転すると偏心体７４を介して外歯歯車７６が揺動し、該外歯歯車７６の内歯歯車７８に対する相対回転（自転成分）が、内ピン８０及び出力フランジ８２を介して出力軸８４から取り出される構成とされている。出力軸８４には、スプライン８７を介して前出の出力ピニオン２４が連結され、該出力ピニオン２４が既に説明した旋回用の内歯歯車２８（図８、図９）と噛合する構成とされている。
【００３４】
ここで、内ピン（遊星ピン）８０付近の構成について詳細に説明する。
【００３５】
本実施形態では、内ピン８０は、１２本備えられている。各内ピン８０は、出力フランジ（キャリヤ）８２に圧入されることによって該出力フランジ８２と一体化され、出力フランジ８２から反負荷側（鉛直方向上側）に向けて片持ち状態で突出している。
【００３６】
各内ピン８０のそれぞれの反キャリヤ側の端部には、拘束リング８８が組み込まれ、該内ピン８０の反負荷側の端部を束ねている。拘束リング８８は、図３にその詳細を示すように、内ピン８０が挿入される１２個の貫通孔９０を備えたリング状のプレートで構成されている。拘束リング８８の素材は軸受鋼である。
【００３７】
拘束リング８８の外周には、当接面９２が形成されている。当接面９２は、後述する反負荷側カバー体（ケーシング）４８Ｃの受け面１００と対向している。また、該当接面９２には、軸方向に沿って潤滑剤を通過させるための凹部９３が３ヶ所形成されている。図３に示されるように、この凹部９３は、拘束リング８８の強度を高く保つため、貫通孔９０の半径方向外側に位置しないように形成されている。なお、図３（Ａ）の符号９４は、一度組み込んだ拘束リング８８を内ピン８０から分解するときに使用する治具固定用のねじ孔である。
【００３８】
一方、（前記受け面１００の形成される）反負荷側カバー体４８Ｃは、鋳物で形成されている。すなわち、拘束リング８８は、薄くても高い強度が得られるように軸受鋼が用いられ、反負荷側カバー体４８Ｃは、拘束リング８８と材質を変えることによって焼き付きの防止を図っている。図２及び図４に示されるように、反負荷側カバー体４８Ｃは、半径方向中央に遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が貫通する貫通孔、すなわち、オイルシール９６が組み込まれるオイルシール孔９７、及び入力軸７２を支持する軸受９８が組み込まれる軸受孔９９を備える。また、反負荷側カバー体４８Ｃの内周における前記拘束リング８８の当接面９２と対向する位置に、該当接面９２が接触したときに反力を提供可能な受け面１００を備えている。
【００３９】
なお、この実施形態では、内ピン８０の外周に該内ピン８０と外歯歯車７６との摺動を促進するための摺動促進部材である内ローラ８１が配置されている。この内ローラ８１は内ピン８０の端部には配置されておらず、拘束リング８８は、該内ローラ８１の存在しない内ピン８０の端部外周を直接束ねる構成とされている。この構成により、内ローラ８１が内ピン８０の外周に組み込まれている構成でありながら、拘束リング８８を（該拘束リング８８と相対回転のない）内ピン８０に直接組み込むことができている。なお、符号１０２は、潤滑剤（グリース）の給脂口、１０４は、前記ボルト７９が挿入されるボルト孔、１０５は、第１、第２ケーシング体４８Ａ、４８Ｂとの連結用のボルト７７が挿入されるボルト孔である。
【００４０】
ここで、この反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００と、前記拘束リング８８の当接面９２は、減速装置Ｇ１の組み立て時においては、微小隙間δ１を有して対向して配置されており、接触していない。この微小隙間δ１の大きさは、具体的には、１．５〜３．０ＭＷ（１５００〜３０００ｋＷ）クラスの風力発電設備で、概ね５０μｍ程度である。一方、減速装置Ｇ１の特定部分（例えば出力軸８４）において伝達される荷重（或いはトルク）Ｌが所定値Ｌｏを超えるようになると、該受け面１００と当接面９２は、当該伝達される荷重Ｌによって出力軸８４と内ピン８０に発生する弾性変形によって接触するような関係となるように設計・配置されている。換言するならば、拘束リング８８は減速装置Ｇ１の特定部分において伝達される荷重Ｌが所定値Ｌｏを超えた時点で反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００から支持反力を受けるようになる。
【００４１】
本実施形態では、この所定値Ｌｏが、以下のように規定されている。
【００４２】
すなわち、前述したように、この種の風力発電設備１０においては、減速装置Ｇ１を含む各機器は、最低２０年の耐用年数を確保できるように設計されている。減速装置Ｇ１において２０年与え続けられても壊れない荷重は、「疲労等価荷重」と呼ばれ、設計の指標の１つとなっている。また、２０年の間（耐用年数の間）に一度だけ掛かっても壊れない伝達の限界荷重は、「極値荷重」と呼ばれ、これも風力発電設備に使用される機器の設計の指標の一つとなっている。本実施形態では、受け面１００と当接面９２が接触し始めるときの伝達荷重である所定値Ｌｏが、前記疲労等価荷重Ｌｅより大きく、且つ前記極値荷重Ｌｍより小さな値、式で表すならば、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｍの範囲に設定される。疲労等価荷重Ｌｅは、当該風力発電設備で使用される減速装置の数（２〜６台）にもよるが、例えばこの例のように４台の場合、２ＭＷクラスの風力発電設備で、概ね５ｋＮｍ、極値荷重は、（幅が大きいが）概ね２５〜１００ｋＮｍである。
【００４３】
この構成から明らかなように、本実施形態に係る構造は、単に、反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００に「軸受的な支持機能」を常時与えるようにしたものではない。すなわち、ケーシング４８の反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００と拘束リング８８は、少なくとも組み立て時及び出力軸８４において伝達される荷重（或いはトルク）Ｌが所定値Ｌｏ以下のときは、「微小隙間」を有している。
【００４４】
なお、この実施形態においては、「特定の部分」として出力軸８４に着目しているが、本発明において、「特定の部分」として着目する部材は、出力軸８４に限定されない。例えば、継軸７０や、モータ軸４６等を、「特定の部分」として着目するようにしてもよい。この場合、着目する場所によって減速比が異なるため、所定値Ｌｏは、減速比に相当する分（出力軸８４を特定の部分としたときと比べて）異なってくることになる。因みに、着目する部分が決定されると、当該特定部分の腕の長さも決まるため、この所定値Ｌｏは、トルクの概念として捉えることも可能である。
【００４５】
次に、この減速装置Ｇ１の作用を説明する。
【００４６】
モータ２２のモータ軸４６の回転は、直交歯車減速機構４０のハイポイドピニオン４７及びハイポイドギヤ５０の噛合によって初段減速され、同時に回転軸の方向が９０度変更されて第１平行軸減速機構４１の第１中間軸５２に伝達される。
【００４７】
第１中間軸５２の回転は、第１平行軸減速機構４１のスパーピニオン５４及びスパーギヤ５６の噛合によって第２中間軸５８に伝達されると共に、さらに第２平行軸減速機構４２のスパーピニオン６０及びスパーギヤ６４を介してホロー軸（第２平行軸減速機構４２の出力軸）６６に伝達される。ホロー軸６６の回転は、キー６７（及びボルト６８）を介して継軸７０に伝達され、スプライン７１を介して遊星歯車減速機構４４の入力軸７２に伝達される。
【００４８】
遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が回転すると、偏心体７４を介して外歯歯車７６が（内歯歯車７８に内接しながら）揺動回転するため、外歯歯車７６と内歯歯車７８との噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。この結果、遊星歯車減速機構４４の入力軸７２が１回回転する毎に、外歯歯車７６が１回揺動し、（ナセル１２と固定状態にある）内歯歯車７８に対して１歯分ずつ位相がずれて行くようになる（自転成分が発生する）。この自転成分を内ピン（遊星ピン）８０、出力フランジ（キャリヤ）８２を介して出力軸８４側に取り出すことにより、遊星歯車減速機構４４での減速が実現される。
【００４９】
出力軸８４の回転は、スプライン８７を介して出力ピニオン２４に伝達される。出力ピニオン２４は旋回用の内歯歯車２８と噛合しており、且つ、該内歯歯車２８は、円筒支柱１１に固定されているため、反作用によって、結局、出力ピニオン２４は、自転しながら内歯歯車２８の中心３６に対して公転する（図８参照）。減速装置Ｇ１は、ナセル１２に固定されているため、結局、該円筒支柱１１側の内歯歯車２８の軸心３６に対してナセル１２が水平方向に回転（旋回）する。
【００５０】
ここで、減速装置Ｇ１の出力軸８４において伝達される荷重Ｌが、疲労等価荷重Ｌｅよりも低いうちは、反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００と拘束リング８８の外周の当接面９２の間には微小隙間δ１が維持され、該反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００と拘束リング８８の外周の当接面９２は基本的に接触しない。この結果、モータ２２によって出力軸８４が駆動される通常のヨー駆動時の大半において、その動力伝達に際して特に摺動抵抗は発生せず、伝達ロスも生じない。
【００５１】
しかし、例えば、モータ２２の停止時等において突風等が風車ブレード２０に作用することによってナセル１２を強制的に旋回させようとする巨大なトルクが減速装置Ｇ１の出力ピニオン２４側から入力された場合、この巨大な「風力負荷」は、ヨー駆動装置１４を逆から駆動し、減速装置Ｇ１の出力軸８４を回転させようとする。このときは、減速装置Ｇ１の出力軸８４において伝達される荷重Ｌが、疲労等価荷重Ｌｅを容易に超えてしまう。しかし、本実施形態では、減速装置Ｇ１において伝達されるトルクＬが所定値Ｌｏを超えると、出力ピニオン２４側から入力されてくるラジアルトルクによって出力フランジ（キャリヤ）８２の回転中心（或いは内ピン８０の公転中心）Ｏ１がケーシング４８の軸心Ｏｃからずれ、拘束リング８８の外周の当接面９２が反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００と接触するようになる。
【００５２】
ここで、本実施形態では、この（拘束リング８８の当接面９２が反負荷側カバー体４８Ｃの受け面１００と接触する）所定値Ｌｏが、「疲労等価荷重Ｌｅ＜所定値Ｌｏ＜極値荷重Ｌｍ」の範囲に設定されている。このため、減速装置Ｇ１の出力軸８４において伝達される荷重Ｌが極値荷重Ｌｍに至らないうちに拘束リング８８が反負荷側カバー体４８Ｃと必ず接触し、拘束リング８８は、該反負荷側カバー体４８Ｃから反力を受けることができる。これにより、内ピン８０のこれ以上の変形が抑制され、内ピン８０の支持剛性が高められると共に内ピン８０の破損が防止される。また、拘束リング８８の外周（当接面９２）には、潤滑剤用の凹部９３が形成されているため、接触・摺動時の焼き付きを防止できる。
【００５３】
要するならば、本実施形態によれば、風力負荷によって出力ピニオン２４側から入力されるラジアルトルクによる出力フランジ８２及び内ピン８０の回転軸心のずれ（Ｏｃ→Ｏ１）を積極的に利用し、通常運転時の受け面１００と拘束リング８８との滑りロスを軽減すると共に、高負荷時の内ピン８０の支持剛性を高める作用を自動的に得ることで、減速装置Ｇ１の各部及び（減速装置Ｇ１と連結されている）モータ２２の保護を図ることができる。
【００５４】
なお、拘束リング８８が反負荷側カバー体４８Ｃから受ける反力は、（風力負荷が大きいとき程出力軸８４に発生するラジアル荷重及び回転トルクが大きくなることから）風力負荷が大きいときほど大きくなる。そのため、反負荷側カバー体４８Ｃによる拘束リング８８の支持力も風力負荷が大きいときほど増大する。また、受け面１００と拘束リング８８とが摺動することによって発生する伝達ロスも、通常運転時ではほぼ零であるが、極高負荷時には「制動作用」として機能するため、この点でも好ましい定性的傾向を有する作用が得られることになる。そして、これらの作用は、例えばセンサ等を用いて電気的に制御することで得られる作用ではないため、台風や激しい雷雨等による停電時の環境下においても確実に得ることができる。
【００５５】
更には、例えば、減速装置やモータを保護するために、出力ピニオン２４側からの動力を「遮断」してナセル１２の旋回をフリーにしてしまうものと異なり、該ナセル１２が無制御状態でふらつくこともない。これは、風力発電設備全体の保護という観点で極めて重要な作用である。
【００５６】
図５、図６は、出力ピニオン２４の側から風力負荷が掛かったときの各内ピンの動き（変位）をシミュレートしたグラフである。
【００５７】
図５の（Ａ）は、拘束リングはあるが、反負荷側カバー体（ケーシング）からの支持が全くない構成、即ち従来の特許文献１の構造に相当している。（Ｂ）は、本実施形態に係る構成である。
【００５８】
このグラフは、出力ピニオン２４の部分に円周方向のトルクとラジアル方向の負荷を同時に掛けて駆動したときにおいて、ある瞬間の１２本の各内ピン８０の軸と直角の平面内（ＸＹ平面内）での変位量δを示したものである。なお、図のＡ〜Ｌの符号は、各内ピン８０を円周方向に順に番号を付したものであり、後述する図６のＡ〜Ｌの円周方向位置と対応している。図５の実線８２Ｆが出力フランジ８２の軸方向端部位置、破線７６Ｃが外歯歯車７６の軸方向中央位置、△の支点が拘束リング８８の支持位置にそれぞれ相当している。
【００５９】
図５の（Ａ）の従来の特許文献１の構造、すなわち、拘束リングはあるが反負荷側カバー体（ケーシング）４８Ｃからの支持が全くない構造では、付加した円周方向のトルクとラジアル方向の負荷により、Ａ〜Ｌの各内ピン８０は「全体として」自由に変位するため、各内ピン８０の円周方向の位置に依存して変位量δｐのばらつきδｐ１が大きい。特に内ピンＩ〜Ｌの拘束リング８８の位置での変位量δｐが大きい。また、出力フランジ８２内での変位量δｆに最大でδｆ１のばらつきが生じており、該出力フランジ８２内の内ピン端部位置（実線８２Ｆの位置）の変位量δｆの絶対値も大きい。
【００６０】
一方、本実施形態に係る図５の（Ｂ）の構成では、（疲労等価荷重Ｌｅを超えて所定値Ｌｏに至るまでは、各内ピン８０は全体として変形するものの、所定値Ｌｏを超えると反負荷側カバー体４８Ｃ側からの支持が得られるため、それ以上の変形が生じていないことが確認できる。すなわち、各内ピン８０の変形量δｐの絶対値もばらつきδｐ２も小さく（δｐ２＜δｐ１）、また、出力フランジ８２内での変位量δｆの絶対値もばらつきδｆ２も小さい（δｆ２＜δｆ１）。これにより、各内ピン８０は勿論、出力フランジ８２自体においても、応力軽減効果が得られる。なお、外歯歯車７６に対しての負荷低減効果も得ることができ、外歯歯車７６を従来に比して薄くできる等の効果もある。
【００６１】
更に、図６は、例えば、極値荷重Ｌｍを作用させた状態でのシミュレーションによるＡ〜Ｌの各内ピン８０の引張応力（Ｎ／ｍｍ2 ）の分布状況を示したものである。図６の▲印は、拘束リングが全くない構造の特性、菱形印は、特許文献１の構造（ケーシングからの支持が全くない構造）の特性、四角印は、本実施形態の構造の特性である。
【００６２】
拘束リングが全くない構造（▲印）の場合、Ｂの内ピンに大きな引張応力が発生しており、逆にＥ，Ｆ、ＧやＫの内ピンの引張応力が小さいため、各内ピン間の応力に大きなばらつきがあることが分かる（約４００Ｎ／ｍｍ2 の違いがある）。
【００６３】
特許文献１の構造（菱形印）の場合、▲印に比して比較的ばらつきは少なくなっているものの、依然ばらつきが大きい（ＥとＩの内ピン８０の引張応力は３６０Ｎ／ｍｍ2 違っている）。すなわち、Ａ〜Ｌの各内ピン８０は「全体として」自由に変位するため、引張応力の分布も全体が一方向に偏った分布となっている。すなわち、Ｄ〜Ｆ側の内ピン８０は引張応力は小さいものの、全体がＨ〜Ｌの特にＩの内ピン側が引張応力が高くなっており、結果として、ばらつきが大きい。
【００６４】
これに対し、本実施形態の構造（四角印）の場合、内ピンで発生する引張応力のばらつきが一層小さくなっており（ＤとＫの内ピン８０の引張応力差は１５０Ｎ／ｍｍ2 ）、しかも、個々の内ピンに発生している引張応力の絶対値も小さくなっていることが分かる。
【００６５】
なお、上記実施形態においては、所定値Ｌｏは、「疲労等価荷重Ｌｅ＜所定値Ｌｏ＜極値荷重Ｌｍ」の範囲に設定されていたが、この中でも、前記減速装置Ｇ１を駆動するモータ２２の定格出力時に出力軸８４において伝達される荷重をＬｒとしたときに、「Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｒ」の範囲に設定されているのがより好ましい。
【００６６】
この設定によれば、モータ２２によって比較的軽い駆動トルクにてナセル１２を駆動できる大半のヨー駆動時において伝達ロスのない動力伝達ができ、一方、若干強い風に逆らってモータ２２を（定格出力以下の）高出力で駆動してナセル１２を旋回させるときには、各内ピン８０は、拘束リング８８が反負荷側カバー体４８Ｃと接触することにより若干の反力を反負荷側カバー体４８Ｃ（ケーシング４８）側から受けることができるようになる。風力発電設備１０の減速装置Ｇ１の拘束リング８８の回転速度は、大きな減速によってその絶対値が低い（極めて遅い）ため、モータ２２の定格出力時に伝達される荷重Ｌｒよりも低いレベルから接触が始まるように設定しても、伝達ロスの観点では大きな問題とはならない。むしろ、極値荷重Ｌｍに近いような突然の風力負荷が掛かったようなときに相応の制動効果が期待できるようになる点で優れる。
【００６７】
また、上記実施形態においては、モータ２２、直交歯車減速機構４０、第１、第２平行軸減速機構４１、４２及び遊星歯車減速機構４４が動力伝達経路上でこの順に配置された減速装置が示されていたが、本発明においては、減速装置の減速機構の具体的な構成は、遊星歯車減速機構を備えている限り、特に上記構成に限定されない。
【００６８】
例えば、図１０に示されるように、単純遊星歯車減速機構を備えた減速装置Ｇ２においても、同様に適用することができる。この図１０の実施形態では、モータ１０６にカップリング１０８を介して連結された第１〜第４単純遊星歯車減速機構１１１〜１１４が備えられている。第１〜第４単純遊星歯車減速機構１１１〜１１４は、それぞれ遊星歯車１１１Ａ〜１１４Ａ、キャリヤ１１１Ｂ〜１１４Ｂ、及び該キャリヤ１１１Ｂ〜１１４Ｂから突出され前記遊星歯車１１１Ａ〜１１４Ａを貫通する複数の遊星ピン１１１Ｃ〜１１４Ｃを備え、該複数の遊星ピン１１１Ｃ〜１１４Ｃを介して前記キャリヤ１１１Ｂ〜１１４Ｂから遊星歯車１１１Ａ〜１１４Ａの「公転成分」を取り出す構成とされている。
【００６９】
本実施形態では、最後段の第４単純遊星歯車減速機構１１４に、複数の遊星ピン１１４Ｃのそれぞれの反キャリヤ１１１Ｂ〜１１４Ｂ側の端部を束ねる拘束リング１１４Ｆが配置され、該拘束リング１１４Ｆと反負荷側カバー体（ケーシング）１１４Ｋとの間に本発明が適用されている。
【００７０】
すなわち、減速装置Ｇ２の反負荷側カバー体１１４Ｋと前記拘束リング１１４Ｆは、組み立て時において微小隙間（図示略）を有するが、減速装置Ｇ２の（出力軸１１６）において伝達される荷重（Ｌ）が所定値（Ｌｏ）を超えると接触するように対向して配置されている。また、該所定値（Ｌｏ）が、当該減速装置Ｇ２で伝達されるべき疲労等価荷重を（Ｌｅ）、伝達の限界である極値荷重を（Ｌｍ）としたときに、Ｌｅ＜Ｌｏ＜Ｌｍの範囲に設定されている。この点は、先の実施形態と共通である。なお、図１０の出力軸１１６の軸受１１８、１２０のうち、反負荷側の軸受１２０は、荷重条件によってはなくてもよい。
【００７１】
本発明は、例えば、このような単純遊星歯車型の遊星歯車減速機構においても適用することができ、同様な作用効果が得られる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、拘束リングをケーシングそのものに接触させるようにしていたが、本発明における「ケーシング」の用語は、圧入あるいはボルト等によってケーシングと固定・一体化され、結果としてケーシングの一部を構成している「付加部材」の概念を含んでいる。例えば、拘束リングの受け面を、（ケーシング自体に直接ではなく）このようなケーシングと一体化される付加部材に形成するようにすると、設計の自由度を拡大することができる。すなわち、当該付加部材は、素材の選定や硬化処理の自由度が高いため、より接触時の耐久性を優先した硬度特性としたり、より焼き付き防止を優先した摩擦特性としたり、或いは、より円滑に支持することにより伝達ロスを低減することを優先さした摩擦特性としたりする設計が容易である。
【００７３】
また、上記実施形態では、出力ピニオンを備えた出力軸と出力フランジ（キャリヤ）が一体的に成形されていた。この構成は、出力ピニオンに掛かるラジアル荷重がより直接的に内ピン（遊星ピン）の変位に反映するため、風力負荷の増大と支持機能の発揮とがより的確にリンクするようになる点で優れる。しかしながら、本発明においては、出力軸とキャリヤは、必ずしも一体化させる必要はない。例えば、出力軸とキャリヤを（一体化せずに）スプラインで連結するようにしてもよい。この場合には、スプライン部分でラジアル荷重の伝達が遮断される分、減速装置各部に掛かるラジアル荷重の絶対値をより低めることができる傾向となる。
【００７４】
なお、上記実施形態においては、本発明を風力発電設備のヨー駆動装置の減速装置に本発明を適用していたが、前述したように、本発明は、例えば風力発電設備のピッチ駆動装置の減速装置にも同様に適用できる。また、発明の作用効果の面から推し図るならば、例えば、デッキクレーンの旋回、シールド掘削機のドリル駆動、建設用のショベルの旋回等の用途にも適用可能である。すなわち、これらの用途においても、作業中に、風の影響を受けたり、重量物の慣性力の影響を受けたり、あるいは障害物や地中の岩石等に衝突して作業対象物側から突然大きな反力を受けたりすることによって出力軸に備えられたピニオンが負荷側から強制的に回転させられる状況が形成され得るからである。本発明では、このような用途においても適用することができ、同様な作用効果が得られる。なお、風力発電設備以外の用途に本発明を適用する場合、当該減速装置が搭載される各機器の耐用年数の間、減速装置の特定の部分に与え続けられても壊れない荷重を「疲労等価荷重Ｌｅ」、耐用年数の間に一度だけ掛かっても壊れない伝達の限界荷重を「極値荷重Ｌｍ」と読み替えて、所定値Ｌｏを設定すればよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０…風力発電設備
１１…円筒支柱
１２…ナセル（発電室）
１４…ヨー駆動装置
１６…ピッチ駆動装置
１８…ノーズコーン
２０…風車ブレード
２２…モータ
２４…出力ピニオン
４４…遊星歯車減速機構
７６…外歯歯車（遊星歯車）
７８…内歯歯車
８０…内ピン（遊星ピン）
８２…出力フランジ（キャリヤ）
８４…出力軸
８８…拘束リング
【図１】
0005520247.tif 000002
【図２】
0005520247.tif 000003
【図３】
0005520247.tif 000004
【図４】
0005520247.tif 000005
【図５】
0005520247.tif 000006
【図６】
0005520247.tif 000007
【図７】
0005520247.tif 000008
【図８】
0005520247.tif 000009
【図９】
0005520247.tif 000010
【図１０】
0005520247.tif 000011