(57)【要約】【課題】  本発明の増速装置は、増速比が大きく取ってもその外形の変化が小さく又、負荷伝達容量を大きくする事で、ブレードの回転数の比較的低い大型のウインドタービン装置に適用可能な増速装置を提供する。【解決手段】  風力を受けて回転するブレードを備えたハブの回転軸に増速機を介して発電機、油圧発生装置、空圧発生装置などで構成する出力装置を接続し、風力エネルギーを電気エネルギー、流体エネルギー等に変換するウインドタービン装置に用いる増速装置おいて、増速装置を、前記ハブ１４の回転軸５が連結し前記ブレード４の回転に応じて回転する大径の内歯歯車２３と、前記出力装置１９に連結し前記大径の内歯歯車２３に噛合うピニオン２４とを備えた構成としたことを特徴とするウインドタービン装置用増速装置【選択図】図２
2006144558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を受けて回転するブレードを備えたハブの回転軸に増速機を介して発電機、油圧発生装置、空圧発生装置などで構成する出力装置を接続し、風力エネルギーを電気エネルギー、流体エネルギー等に変換するウインドタービン装置に用いる増速装置おいて、
増速装置を、前記ハブの回転軸が連結し前記ブレードの回転に応じて回転する大径の内歯歯車と、前記出力装置に連結し前記大径の内歯歯車に噛合うピニオンとを備えた構成としたことを特徴とするウインドタービン装置用増速装置
【請求項２】
前記増速装置を大径の内歯歯車に噛合うピニオンとで構成される増速機のピニオンが、前記大径の内歯歯車の内周に複数個配置されたことを特徴とする請求項１記載のウインドタービン装置用増速装置
【請求項３】
前記増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンとで構成される増速機のピニオンを単段或いは多段の増速機に接続したことを特徴とする請求項1又は２記載のウインドタービン装置用増速装置
【請求項４】
前記増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンとで構成される増速機の複数ピニオンの夫々に単段或いは多段に配置した増速機の内の少なくともその一つの増速機を遊星歯車式増速機で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項3記載のウインドタービン装置用増速装置
【請求項５】
前記増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンとで構成される増速機の複数ピニオンの夫々に単段或いは多段に配置した増速機の全て増速機を遊星歯車式増速機で構成したことを特徴とする請求項１乃至４記載のウインドタービン装置用増速装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力を受けて回転するウインドタービンの出力を電機エネルギー、流体エネルギー等に変換するために用いるウインドタービン装置に関し特に大型に適用可能な
ウインドタービン装置用増速装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
自然界に吹く風をブレードで回転力に変換して、このブレードの回転力を、排水ポンプを駆動、粉砕機を駆動するなど各種の動力源として利用することは、例えばオランダの風車に見られるように古くから活用されてきた。そして、近年に至っては、大気汚染の問題或いは資源の枯渇の配慮から、太陽光発電、或いは燃料電池等自然界に存在するエネルギー源を活用する方向への機運が高まってきている。この様な機運の中で古くから利用されてきた風力をブレードで回転力に変換しその回転力で発電機を直接駆動して電力を得る風力発電装置あるいは、油圧機器、空圧機器を駆動して流体エネルギーとしこの流体エネルギーで発電機を駆動するウインドタービン装置が発展してきた。
【０００３】
上述の様な背景を有するウインドタービン装置は、大型になるほど大きな回転力がえられることから、各方面に設置されるウインドタービン装置のタービンは大型化されつつある（大型のウインドタービン装置としては、例えばブレードの長さが40M、塔の高さ80M程度の装置がある。）。また、ウインドタービン装置の日本での設置場所は、建物、山など障害物が成るべく少ない風通しのよい場所を求めるため、洋上に面した岬の先端、或いは山の頂上又は洋上に設けられる場合が多い。（なお外国では草原、砂漠など広大な平地に設置される場合もすくなくない。）
【０００４】
以上説明したようにウインドタービン装置が設置される場所は、その殆どが急峻な山頂か洋上である。更に、80Mの塔の先端である等設置工事の条件が劣悪になる。このため特許文献１には、上述した様な劣悪な設置状況における設置工事に対応するため各部品を細かく分解可能にして設置現場で組み立てられるようにする技術が開示されている。又、ウインドタービン装置が有する特有の問題としてブレードの長さが大きくなるとブレードの強度或いは、ブレードの回転モーメントの制限、ブレードの先端の風きり音を制限する必要性から大型にでは高トルク低回転が要求されている。
【０００５】
以下特許文献１を図４、図５により説明する。図４に示す様に、ウインドタービン装置１は、塔２の上端に遊回台３を介して取り付けてあるナセル１０内に設けた出力装置１１が、ブレード４の回転力により駆動される構成である。
【０００６】
前記ブレード４が取り付けられるハブ１４は、このハブ１４と共に回転して出力装置１１を回転させる軸５を有すると共に、風速に対応してブレード４の回転数を制御するためのブレード角度制御装置が内蔵してある。また、前記遊回台３は、ブレード４の回転数を制御するため風向に対してナセル１０を上下左右に揺動させブレード４を風向に対して適性である角に制御する機能を有する。  この、前記ブレード角度制御装置と遊回台３とは、双方が共同してブレード４の回転数が一定の回転数になる様に制御するものである。即ち、ブレード角度制御装置が風速に対してブレード４の角度を制御すると同時に、遊回台３がナセル１０の角度を風向に対して制御するものである。
【０００７】
又、前記出力装置１１は、図５に示すように増速装置７と発電機８とを連設した複数個の発電装置９を、ブレード４の回転力を伝達する軸５の周囲に配置した構成である。なお、軸５及び発電装置９は、ケーシング６により支持される構成である。このケーシング6と発電装置９との配置は、図５の水平断面である図６に示す様に、ケーシング６の中央に前記軸５が連結した大歯車１２と、この大歯車１２の周囲で噛合う小歯車１３を保持する構造である。又発電装置９は、ケーシング６の両側に固定してあり、前記小歯車１３の回転を増速する増速装置７とこの増速機７で駆動される発電機８で構成してある。
なお増速装置７は、大歯車１２の外周に噛合う小歯車１３とこの小歯車１３に連結する遊星歯車装置をタンデムに連結した構造ある。
【０００８】
以上の構成であるウインドタービン装置は、遊回台３がブレード４を風向に対して制御し、ブレード角度制御装置がブレードを風速に対して制御して一定の回転数が、軸５を介して大歯車１２と小歯車１３で増速され、更に増速機７増速されて発電機８を駆動して、発電機８が電気を発生する様に作動する。
【特許文献１】特開２００１−３４２９４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１は、上記したようにブレード４の回転が伝達される大歯車１２の外周に複数個の小歯車１３を配置してこの小歯車１３に増速機７を介して発電機８を配置する構造であるから、大歯車１２と小歯車１３の増速比を大きくしようとすると、大歯車１２を大径にする必要がある。そして、大歯車１２の外周に小歯車１３を配置するのであるから大歯車１２の中心から小歯車１３の外周までの径を増速比の増加ともに大きくなる欠点を有する。また、小歯車１３は、大歯車１２の外周に噛合う構成であるからその両歯車の歯面が凸面同士の接触となるので、負荷伝達時の歯面の撓みが大きく負荷伝達容量が小さくしなければならない欠点を有する。
【００１０】
この様に従来技術の増速装置は、増速比が大きく取ればその外形が大型になり、又、負荷伝達容量が小さいことから、ブレードの回転数を比較的高い小型のウインドタービン装置にしか適用できなかった。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１１】
本発明は、風力を受けて回転するブレードを備えたハブの回転軸に増速機を介して発電機、油圧発生装置、空圧発生装置などで構成する出力装置を接続し、風力エネルギーを電気エネルギー、流体エネルギー等を変換するウインドタービン装置に用いる増速装置おいて、  前記増速装置を、前記ハブの回転軸が連結し前記ブレードの回転に応じて回転する大径の内歯歯車と、前記出力装置に連結し前記大径の内歯歯車に噛合うピニオンとを備えた構成としたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によると、ブレードの回転により大径の内歯歯車を回転させこの大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンとで増速する構成であるから、ピニオンを大径の内歯歯車の径内に配置できる。従って、出力装置の径方向の寸法を小型化できる。また、ピニオンと大径の内歯歯車とが噛合う歯面の曲面は、凹曲面と凸曲面の接触であるから、その歯面の負荷伝達能力が大きい。従って、高トルク低回転から低トルク高回転への変換が可能となるので、長いブレードで、高トルク低回転のウインドタービン装置に適用が可能となる。
【００１３】
前記増速装置を大径の内歯歯車に噛合うピニオンとで構成される増速機のピニオンが、前記大径の内歯歯車の内周に複数個配置された増速機で構成としたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によると、大径の内歯歯車とピニオンとで構成される増速機を前記大径の内歯歯車の内周に複数個配置した構成により、大径の内歯歯車に伝達される風力エネルギーを分散して取り出すことができるので、出力装置を複数の小出力装置で構成できるので小出力装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
更に、前記増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンを有した増速機のピニオンを単段或いは多段の増速機に接続したことを特徴とする。
又、前記増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンを有した増速機の複数ピニオンの夫々に単段或いは多段に配置した増速機の内の少なくともその一つの増速機を遊星歯車式増速機で構成したことを特徴とする。
又、前記増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンを有した増速機の複数ピニオンの夫々に単段或いは多段に配置した増速機の全て増速機を遊星歯車式増速機で構成したことを特徴とする。
【００１６】
この発明によると、増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンとで形成する増速機のピニオンに単段又は多段の個別増速機に接続することで、ブレードの回転を高速に増速し得るので、出力装置を構成する複数の小出力装置の個々を更に小容量とすることができる効果を有する。
【００１７】
又、この発明によると、増速装置を大径の内歯歯車の内歯に噛合うピニオンとで形成する増速機のピニオンに単段又は多段の個別増速機に接続する構成であるから、増速機の増速度合いを、選定して小出力装置の出力を市販の装置にあわせることができるので、小出力装置を特別に製作せず市販の小出力装置から選択できる自由度の幅を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照して本発明に係るウインドタービン装置について説明する。図1は出力装置をブレード方向へ見た出力装置を構成する小出力装置の配置図である。図２は、出力装置の軸線方向の断面説明図である。
【００１９】
図１において、出力装置１９は、取り付け部２１a,２１bでナセル内に取り付けてあり、その内部にブレードの回転を伝達する軸２５に固定した大径の内歯歯車２３と、この大径の内歯歯車２３に噛合う複数のピニオン２４を備えたケーシング２０と、このケーシング２０の外側に、前記ピニオン２４の夫々に連設してある複数の小出力装置２２を固定した構成である。
【００２０】
図２に示す前記ケーシング２０には、その中央にブレードの出力軸が接続しその回転が伝達される軸２５が回転自在に保持してある。この軸２５には、大径の内歯歯車２３がスプライン連結部２６で連結してあり、この大径の内歯歯車２３と軸２５とが一体的に回転する構成である。又、大径の内歯歯車２３の内歯２７に噛合う複数のピニオン２４は、ケーシング２０の蓋部材２８とこの蓋部材２８から内部に延出する腕２９で支持する円盤３０とに回転自在に保持してある。前記大径の内歯歯車２３とピニオン２４とは、増速機１８を構成する。
【００２１】
更に、前記大径の内歯歯車２３とピニオン２４とで構成する増速機１８のピニオン２４の各々には、前記蓋部材２８に固定した２つの増速機３４、３５が連接してあり、これらが増速装置１７を構成する。この増速機３４、３５の後段に２つの油圧ポンプ３２，３３がタンデム接続してあり、小出力装置２２を構成する。なお、増速装置１７は、大径の内歯歯車２３とピニオン２４のみの増速機であり、更にこの増速機の後段に設置した増速機３４、３５とあわせる構成の双方を指す。また、小出力装置２２の一部に設けてある補助出力装置３６は、小型の発電機３７等が設けてある。
【００２２】
尚、ピニオン２４の保持は、前述したように腕２９とそれに連結した円盤３０で保持する構成としたが、特にこの構成でなく蓋部材２８に２つのベアリングで支持する構成でも良い。前記軸２５とブレードの回転軸との連結部４０は、フランジカップリング、スプライン継ぎ手等を用いても良いものである。
【００２３】
この出力装置１９は、ブレ−ドの回転を軸２５から増速装置１７である増速機１８の大径の内歯歯車２３をからピニオン２４、増速機３４、３５で構成する中速増速装置１７を介して小出力装置２２を形成する油圧ポンプ３２，３３に伝達してこれを駆動して、風力エネルギーを油圧として出力する。  尚、油圧ポンプ３２，３３は、特に油圧ポンプである必要性はなく発電機に代えて直接電力として出力しても良い。さらに圧縮機により圧力空気を出力としても良い。
【００２４】
次に増速装置１７を構成する増速機３４とこの増速機３４の後段に配置した増速機３５及び補助装置３６について図３を参照して説明する。図３に示した増速機３４は、前記ケーシング２０と蓋部材２８とに固定され、第2太陽歯車４１が設けてあるケーシング４０内と、このケーシング４０内で前記第2太陽歯車４１に噛合い前記ピニオン２４にスプライン部４２で接続する公転腕４３にプラネタリギヤー４５を設けてある。又プラネタリギヤー４５は、次段の増速機３５の公転腕５３にスプライン部５２で連結し第一太陽歯車４６に噛合う構成である。尚軸２４aの先端の凹部４７は、増速機３４の第一太陽歯車４６の凸部４８挿入して第一太陽歯車４６を安定保持するための構成である。また、この実施例は、プラネタリギヤー４５を一つ設けた構成であるが、プラネタリギヤー４５を３個等間隔に配置しこのプラネタリギヤー４５を一つの公転腕４３で保持する構成にしても良い。この構成であると、伝達負荷を大きくさせることができる。
【００２５】
この増速機３４は、ピニオン２４の回転が軸２４aを介して公転腕４３に伝達されると、公転腕４３に設けたプラネタリギヤー４５と第2太陽歯車４１の内歯との歯数で決定される増速比で増速され、このプラネタリギヤー４５の回転をプラネタリギヤー４５と第一太陽歯車４６歯数で決定される増速比で増速されて第一太陽歯車４６に伝達するように作用する。
【００２６】
さらに、増速機３４の後段に配置した増速機３５は、増速機３４のケーシング４０と補助装置３６のケーシング６０とに固定しその内部に第２太陽歯車５１が設けてあるケーシング５０と、このケーシング５０の内で第２太陽歯車５１に噛合い、増速機３４の第一太陽歯車４６の軸４９とスプライン部５２で連結する公転腕５３にプラネタリギヤー５５を設けてある。また、プラネタリギヤー５５は、補助装置３６のケーシング６０を貫通し油圧ポンプ３２の入力軸６３にスプライン部６４で連結する軸４９が接続する第１太陽歯車５６に噛合う構成である。
【００２７】
この増速機３５は、増速機３４の第一太陽歯車４６の回転が、公転腕５３からプラネタリギヤー５５に伝達されると、プラネタリギヤー５５の歯数と第一太陽歯車４６歯数で決定される増速比で増速し、更にプラネタリギヤー５５と第１太陽歯車５６の歯数で決定される増速比で増速した後、軸５９で油圧ポンプ３２，３３に伝達する構成である。
【００２８】
この様に軸２５に伝達されるブレードの回転は、ケーシング２０内の大径の内歯歯車２３とピニオン２４で増速され、更に増速機３４、３５で増速された後油圧ポンプ３２，３３を駆動する。このため油圧ポンプ３２，３３はかなり高速回転となりかつ、油圧ポンプ３２，３３をタンデム接続としたので、油圧ポンプ３２，３３を小型化できる。また、この増速機３４、３５で増速比を適宜選択することで、市販されている油圧ポンプ３２，３３の仕様に一致させることができるので特別な仕様の油圧ポンプを製作しなくて良い。即ち、出力装置１９全体の小型化を図るためその個々の部品を小型化するためには大きな増速比を選べばよくまた、そうでなければ増速比を小さくすれば良いものである。また、その増速比を市販品の仕様に合わせることで特別仕様の油圧ポンプを製作しなくても良い。
【００２９】
油圧ポンプ３２と増速機３５との間に設置した補助装置３６は、ケーシング６０内に、ケーシング６０を貫通する軸５９に設けた歯車６５とこの歯車６５に噛合う歯車６６及び歯車６６に噛合い補助発電機６８を駆動する歯車６７と設けた構成である。従って、補助装置３６は、油圧ポンプ３２，３３に連動して作動し補助発電機６８を駆動して発電を行なう。なお、この補助装置３６は、必要に応じて設置すればよいものであり、この実施例の場合２つ設けてある。尚、補助発電機６８は、特に発電機である必要性はなく、油圧ポンプでもよく、その用途に適して選択すればよいものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
入力回転を増速する一次増速に内歯歯車とこの内歯歯車に噛合うピニオンとで構成することで高負荷の伝達を可能としこの回転数の伝達中に複数の増速機を設けて更に増速すること高い増速比を確保して出力機器を作動させる用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例に係る出力装置と小出力装置の配置図
【図２】出力装置の概要説明図である。
【図３】増速部分の説明図である。
【図４】従来技術の説明図である。
【図５】従来技術の出力装置の説明図である。
【図６】従来技術の出力装置の概要説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    ウインドタービン装置
２    塔
３    遊回台
４    ブレード
５    軸
６    ケ-シング
７    増速機
８    発電機
９    発電装置
１０  ナセル
１１  出力装置
１２  大歯車
１３  小歯車
１７  増速装置
１８  増速機
１９  出力装置
２０  ４０  ５０  ６０  ケーシング
２１a,２１b    取り付け部
２２  小出力装置
２３  大径の内歯歯車
２４  ピニオン
２５  軸
２６  スプライン部
２８  蓋部材
２９  腕
３０  円盤
３２  ３３  油圧ポンプ
３４  ３５  増速機
４１  第2太陽歯車
４３  公転腕
４５  ５５  プラネタリギヤー
４６  ５６  第１太陽歯車
【図１】
2006144558.tif 000003
【図２】
2006144558.tif 000004
【図３】
2006144558.tif 000005
【図４】
2006144558.tif 000006
【図５】
2006144558.tif 000007
【図６】
2006144558.tif 000008