(57)【要約】遊星軸受の寿命をより一層向上させた風力発電装置用の増速機および風力発電装置を提供する。増速機１４は、ケーシング本体４０と、キャリヤ５２と、キャリヤ５２に保持される遊星ピン５４と、遊星ピン５４に取り付けられる遊星軸受５６と、遊星軸受５６を介して遊星ピン５４に支持される遊星歯車５８と、遊星歯車５８と噛み合うリング歯車６０及び太陽歯車６２とを含んで構成されている。ここで、増速機１４のキャリヤ５２は、遊星ピン５４の外周かつ軸方向両端に設けられた外筒部５３の遊星軸受５６に対向する面５３Ａが、遊星ピン５４の軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受５６から離れるように傾斜している。
2011099149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼が取り付けられたロータヘッドに連結され、前記ロータヘッドとともに回転する主軸を有する風力発電装置に用いられる増速機であって、
ケーシング本体と、
複数の遊星ピンを有し、前記風力発電装置の前記主軸とともに回転して前記遊星ピンを公転させるキャリヤと、
前記キャリヤの前記遊星ピンに取り付けられ、内輪と外輪との間にころが組み込まれた遊星軸受と、
前記遊星軸受を介して前記複数の遊星ピンに自転可能に支持される複数の遊星歯車と、
前記ケーシング本体に設けられ、前記遊星歯車と噛み合う内歯を有するリング歯車と、
前記複数の遊星歯車に囲まれるように配置され、前記遊星歯車と噛み合う太陽歯車と、
前記ケーシング本体の下部に設けられ、前記遊星ピンの公転によって前記遊星軸受が浸漬される潤滑油を貯留するオイルバスとを備え、
前記キャリヤは、前記遊星ピンの外周かつ軸方向両端に設けられ、前記遊星ピンを保持する外筒部を有し、
前記キャリヤの前記外筒部は、前記遊星軸受に対向する面が、前記遊星ピンの軸中心から遠くなるにつれ、前記遊星軸受から離れるように傾斜していることを特徴とする風力発電装置用の増速機。
【請求項２】
前記遊星歯車は、互いに間隔を空けて配置された一対の前記遊星軸受によって前記遊星ピンに支持されており、
前記遊星ピンには、前記一対の遊星軸受に潤滑油を導く給油口が、前記一対の遊星軸受の間の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項３】
前記外筒部の前記遊星軸受に対向する面は、前記遊星ピンの半径方向に対する傾斜角αは０°＜α≦４０°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項４】
前記遊星軸受は、前記外輪の内周に凹面の外輪軌道が形成され、前記内輪の外周に凸面の内輪軌道が形成され、前記外輪軌道および前記内輪軌道の間に複数列の前記ころが設けられた自動調心ころ軸受であり、
前記遊星歯車は、前記遊星軸受の前記外輪の端面が前記遊星歯車の端面よりも内側に位置するように、前記遊星軸受の前記外輪に対して締りばめで固定されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項５】
前記遊星歯車は、前記遊星軸受の前記外輪に対して焼ばめ又は冷却ばめにより固定されていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項６】
前記遊星歯車の内周には、前記遊星軸受の前記外輪の抜け出しを規制するつば部が、前記遊星軸受の前記外輪の前記端面と前記遊星歯車の前記端面との間の位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項７】
前記つば部は、前記遊星歯車の内周に設けられた溝に嵌めこまれたＣ形止め輪であることを特徴とする請求項６に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項８】
前記つば部は、前記遊星歯車の内周に設けられた雌ねじに螺着されたリング部材であることを特徴とする請求項６に記載の風力発電装置用の増速機。
【請求項９】
回転翼と、
前記回転翼が取り付けられたロータヘッドと、
前記ロータヘッドに連結され、前記ロータヘッドとともに回転する主軸と、
前記主軸から入力された回転を増速して出力軸に伝える、請求項１に記載の増速機と、
前記増速機の前記出力軸に連結された発電機とを備えることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置用の増速機および風力発電装置に係り、特に、回転翼から主軸を介して入力される回転を増速して発電機側に出力する増速機およびこれを用いた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、再生可能エネルギーの一つである風力を利用した風力発電装置の普及が進んでいる。【０００３】
風力発電装置は、一般的に、回転翼が取り付けられたロータヘッドと、ドライブトレイン及び発電機を収納するナセルと、ナセルを支持する支柱とで構成されている。ここでドライブトレインは、ロータヘッド側から発電機側にトルクを伝達するためのものであり、通常は増速機が組み込まれており、ロータヘッドの回転を増速して発電機に入力するようになっている。【０００４】
風力発電装置の増速機としては、特許文献１に記載されているように、プラネタリ型の遊星歯車機構を備えるものが知られている。プラネタリ型の遊星歯車機構では、ロータヘッド側の主軸とともに回転するキャリヤに遊星ピンが複数設けられており、この遊星ピンに遊星軸受を介して遊星歯車が取り付けられ、さらにこの遊星歯車にリング歯車及び太陽歯車が噛み合っている。これにより、ロータヘッド側の主軸の回転に伴って、遊星歯車が自転しながら公転し、増速された回転を太陽歯車側に出力するようになっている。【０００５】
ここで、増速機の遊星軸受には、軸受寿命を向上させる観点から、潤滑油を確実に供給しなければならない。
この点、特許文献１の増速機では、ハウジングの下部に潤滑油を貯留するオイルバスが設けられており、遊星軸受は、遊星歯車の公転時にオイルバス内の潤滑油を通過し、潤滑されるようになっている。さらに、遊星ピンの内部には潤滑油供給路が形成されており、この潤滑油供給路を介して、ノズルから噴射された潤滑油が遊星軸受に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４４５３３号公報
【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、近年、発電量の向上を目的として風力発電装置の大型化が進むにつれ、より大きな荷重に長期間耐えられる遊星軸受を備えた増速機の開発が望まれている。【０００８】
このため、特許文献１に記載された風力発電装置の増速機では、遊星軸受の寿命が十分とはいえない場合がある。特に、寒冷地仕様の風力発電装置では、外気が非常に低温であることから、潤滑油の粘度が上昇してしまい、遊星軸受の十分な潤滑を行うことができないことがある。【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、遊星軸受の寿命をより一層向上させた風力発電装置用の増速機および風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る風力発電装置用の増速機は、回転翼が取り付けられたロータヘッドに連結され、前記ロータヘッドとともに回転する主軸を有する風力発電装置に用いられる増速機であって、ケーシング本体と、複数の遊星ピンを有し、前記風力発電装置の前記主軸とともに回転して前記遊星ピンを公転させるキャリヤと、前記キャリヤの前記遊星ピンに取り付けられ、内輪と外輪との間にころが組み込まれた遊星軸受と、前記遊星軸受を介して前記複数の遊星ピンに自転可能に支持される複数の遊星歯車と、前記ケーシング本体に設けられ、前記遊星歯車と噛み合う内歯を有するリング歯車と、前記複数の遊星歯車に囲まれるように配置され、前記遊星歯車と噛み合う太陽歯車と、前記ケーシング本体の下部に設けられ、前記遊星ピンの公転によって前記遊星軸受が浸漬される潤滑油を貯留するオイルバスとを備え、前記キャリヤは、前記遊星ピンの外周かつ軸方向両端に設けられ、前記遊星ピンを保持する外筒部を有し、前記キャリヤの前記外筒部は、前記遊星軸受に対向する面が、前記遊星ピンの軸中心から遠くなるにつれ、前記遊星軸受から離れるように傾斜していることを特徴とする。【００１１】
この風力発電装置用の増速機によれば、遊星ピンの外周かつ軸方向両端に設けられたキャリヤの外筒部の遊星軸受に対向する面を、遊星ピンの軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受から離れるように傾斜させたので、キャリヤの外筒部と遊星軸受あるいは遊星歯車との間を潤滑油が通過しやすくなる。したがって、遊星軸受の潤滑をより確実に行って、遊星軸受の寿命をより一層向上させることが可能であり、例えば、非常に低い外気温のために潤滑油の粘度が上昇してしまいがちな寒冷地仕様の風力発電装置にも本発明の増速機を好適に使用することができる。【００１２】
上記風力発電装置用の増速機において、前記遊星歯車は、互いに間隔を空けて配置された一対の前記遊星軸受によって前記遊星ピンに支持されており、前記遊星ピンには、前記一対の遊星軸受に潤滑油を導く給油口が、前記一対の遊星軸受の間の位置に設けられていることが好ましい。【００１３】
このように一対の遊星軸受を介して遊星ピンを遊星歯車に支持することで、各軸受にかかる荷重を分散させて、軸受の寿命をさらに向上させることができる。また一対の遊星軸受の間の位置に給油口を設けることによって、一対の遊星軸受の潤滑状態を維持することができる。【００１４】
上記風力発電装置用の増速機において、前記外筒部の前記遊星軸受に対向する面は、前記遊星ピンの半径方向に対する傾斜角αは０°＜α≦４０°の範囲内であることが好ましい。また、傾斜角αは、２０°≦α≦３０°の範囲内であることがさらに好ましい。【００１５】
キャリヤの外筒部の遊星軸受に対向する面の傾斜角αを大きくするほど、キャリヤの外筒部と遊星軸受あるいは遊星歯車との間を潤滑油がより一層通過しやすくなり、遊星軸受の寿命をさらに向上させることができる。一方で、傾斜角αが大きすぎると、キャリヤを製作することが困難になる。そこで、上述のように、傾斜角αを０°＜α≦４０°（より好ましくは、２０°≦α≦３０°）の範囲内とすることで、遊星軸受の寿命の改善とキャリヤの製作性とを両立することができる。【００１６】
上記風力発電装置用の増速機において、前記遊星軸受は、前記外輪の内周に凹面の外輪軌道が形成され、前記内輪の外周に凸面の内輪軌道が形成され、前記外輪軌道および前記内輪軌道の間に複数列の前記ころが設けられた自動調心ころ軸受であり、前記遊星歯車は、前記遊星軸受の前記外輪の端面が前記遊星歯車の端面よりも内側に位置するように、前記遊星軸受の前記外輪に対して締りばめで固定されていることが好ましい。【００１７】
このように遊星軸受として調心性を有する自動調心ころ軸受を用いれば、風力の変動によって振動や衝撃荷重が遊星軸受に加わっても、遊星軸受の耐久性を維持することができる。
一方で、本発明者らは、自動調心ころ軸受を遊星軸受として用いると、フレーキングによって遊星軸受の耐久時間が減少してしまう場合があることを認識するに至った。そして、この遊星軸受の耐久時間の減少は、本発明者らによる鋭意検討の結果、回転翼、ロータヘッドおよび主軸を介して遊星軸受（自動調心ころ軸受）に伝わる荷重およびモーメントの変動によって軸受外輪が軸方向外側に抜け出し、各ころ列にかかる荷重が不均一になってしまうことに起因することが明らかになった。【００１８】
この点、上述のように、遊星軸受の外輪の端面が遊星歯車の端面よりも内側に位置するように、遊星歯車を遊星軸受の外輪に対して締りばめで固定することによって、自動調心ころ軸受を遊星軸受として用いた場合に発生するフレーキングを防止することができる。これは、遊星歯車の端部が締りばめで変形して蓋の役割を果たし、遊星軸受の外輪の抜け出しを抑制し、各ころ列にかかる荷重が均一な状態を維持できることによると考えられる。【００１９】
また、本発明の風力発電装置用の増速機では、上述のように、遊星ピンの外周かつ軸方向両端に設けられたキャリヤの外筒部の遊星軸受に対向する面を、遊星ピンの軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受から離れるように傾斜させているので、遊星軸受の外輪の端面を遊星歯車の端面よりも内側に寄せても、外筒部と遊星軸受あるいは遊星歯車との間を潤滑油が確実に通過可能である。【００２０】
上述のように前記遊星軸受の前記外輪に対して締りばめで固定する場合、前記遊星歯車は、前記遊星軸受の前記外輪に対して焼ばめ又は冷却ばめにより固定されていることが好ましい。【００２１】
これにより、遊星歯車の端部をより大きく変形させて、遊星軸受の外輪の抜け出しを確実に抑制し、遊星軸受の耐久時間の減少をより一層低減することができる。【００２２】
また、前記遊星歯車の内周には、前記遊星軸受の前記外輪の抜け出しを規制するつば部が、前記遊星軸受の前記外輪の前記端面と前記遊星歯車の前記端面との間の位置に設けられていてもよい。【００２３】
このように、遊星歯車の端部を締りばめで変形させるだけでなく、遊星歯車の内周につば部を設けることによって、遊星軸受の外輪の抜け出しを確実に抑制し、遊星軸受の耐久時間の減少をより一層低減することができる。【００２４】
この場合、前記つば部は、前記遊星歯車の内周に設けられた溝に嵌めこまれたＣ形止め輪であってもよいし、前記遊星歯車の内周に設けられた雌ねじに螺着されたリング部材であってもよい。【００２５】
本発明に係る風力発電装置は、回転翼と、前記回転翼が取り付けられたロータヘッドと、前記ロータヘッドに連結され、前記ロータヘッドとともに回転する主軸と、前記主軸から入力された回転を増速して出力軸に伝える上述の増速機と、前記増速機の前記出力軸に連結された発電機とを備えることを特徴とする。【００２６】
この風力発電装置では、上述のように、遊星ピンの外周かつ軸方向両端に設けられたキャリヤの外筒部の遊星軸受に対向する面を、遊星ピンの軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受から離れるように傾斜させたので、キャリヤの外筒部と遊星軸受あるいは遊星歯車との間を潤滑油が通過しやすくなる。したがって、遊星軸受の潤滑をより確実に行って、遊星軸受の寿命をより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、この風力発電装置用の増速機によれば、遊星ピンの外周かつ軸方向両端に設けられたキャリヤの外筒部の遊星軸受に対向する面を、遊星ピンの軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受から離れるように傾斜させたので、キャリヤの外筒部と遊星軸受あるいは遊星歯車との間を潤滑油が通過しやすくなる。したがって、遊星軸受の潤滑をより確実に行って、遊星軸受の寿命をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】風力発電装置の全体構成例を示す図である。
【図２】ナセル内のドライブトレインおよび発電機を示す横面図である。
【図３】第１実施形態に係る増速機の構成例を示す断面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ断面図である。
【図５】図３における、遊星軸受の周辺を示す拡大図である。
【図６】自動調心ころ軸受の外輪の抜け出しを示す断面図である。
【図７】第２実施形態に係る増速機の遊星軸受の周辺を示す拡大図である。
【図８】遊星軸受の外輪の抜け出し量の測定結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）は遊星歯車の端部につば部を設けた例を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はつば部の構成例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る風力発電装置について説明する。
図１は、第１実施形態に係る風力発電装置の全体構成例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル４と、ナセル４に取り付けられたロータヘッド６と、ロータヘッド６に取り付けられた複数枚の回転翼８とで構成されている。
【００３１】
支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状であり、例えば、一本の柱状部材で構成してもよいし、複数のユニットを上下方向に連結して柱状に構成してもよい。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル４が設置される。
【００３２】
ナセル４は、ロータヘッド６を支持するとともに、その内部にドライブトレイン１０や発電機１８を収納している。
【００３３】
図２はナセル４の内部のドライブトレイン１０及び発電機１８の詳細を示す図である。同図に示すように、ドライブトレイン１０は、ロータヘッド６のロータハブ６Ａに連結された主軸１２と、主軸１２に連結された増速機１４と、増速機１４を発電機１８に連結するカップリング１６とを有する。
【００３４】
主軸１２は、回転翼８およびロータヘッド６とともに回転するように、ロータヘッド６Ａに連結されるとともに、主軸受１１によって回転可能にケーシング側に固定されている。なお、主軸受１１の上部には、グリースを給脂するためのグリース補給口（不図示）が設けられている。
【００３５】
増速機１４は、主軸１２とカップリング１６との間に配置され、主軸１２を介してロータヘッド６側から入力された回転を増速して、カップリング１６に出力するようになっている。この増速機１４によって、例えば、主軸１２を介してロータヘッド６側から入力された２０ｒｐｍ程度の回転が１８００ｒｐｍ程度まで増速された後、カップリング１６を介して発電機１８に伝えられる。なお、増速機１４の具体的な構成については、後で詳述する。
【００３６】
カップリング１６は、増速機１４の最終出力軸と発電機１８の入力軸とを連結する軸継手である。例えば、増速機１４の最終出力軸と発電機１８の入力軸とのミスアライメントを吸収するたわみ軸継手を用いることができる。
【００３７】
またカップリング１６には、ブレーキディスク１９Ａ及びブレーキパッド１９Ｂからなるブレーキ装置１９が取り付けられている。このブレーキ装置１９は、ブレーキディスク１９Ａの表裏面にブレーキパッド１９Ｂを押し付けて挟持することで、カップリング１６を制動する。ブレーキ装置１９は、例えば、ブレーキパッド１９Ｂが不図示のスプリングによってブレーキディスク１９Ａ側に常に付勢されるとともに、通常運転時において油圧の力でブレーキパッド１９Ｂをスプリングの付勢力に抗してブレーキディスク１９Ａから離すように構成してもよい。
【００３８】
なお、風力発電装置１のブレーキ動作は、通常、後述するピッチ制御による制動がメインであり、ブレーキ装置１９は補助的なものである。つまり、強風時の安全対策やメンテナンス時に回転軸を停止させる場合、まずはピッチ制御により回転翼８をフェザリング状態に移行し、回転軸の回転を抑制した後、ブレーキ装置１９によって回転軸を完全に停止するようになっている。
【００３９】
図１及び２に示すように、ロータヘッド６は、略水平な軸線周りに回転可能にナセル４に固定されるとともに、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、このロータハブ６Ａを覆う頭部カプセル６Ｂとを含んで構成される。
【００４０】
またロータハブ６Ａには、図２に示すように、回転翼８を軸線周り（図２の矢印方向）に回転させて回転翼８のピッチ角を変更するピッチ駆動装置３０が設けられている。
【００４１】
ピッチ駆動装置３０は、図２に示すように、シリンダ３２と、回転翼８に連結された軸部３４とで構成される。なお回転翼８は、軸受３６によりピッチ方向に回転可能に支持されている。このため回転翼８は、ピッチ駆動装置３０のシリンダ３２によって軸部３４が回転すると、軸部３４とともにピッチ方向に回転するようになっている。なお、各回転翼８ごとに設けられるピッチ駆動装置３０は、不図示のリンク機構で互いに連結されており、各回転翼８のピッチ角制御を連動して行うようになっていてもよい。
【００４２】
次に、風力発電装置１の増速機１４の具体的な構成について説明する。図３は、増速機１４の構成例を示す断面図である。図４は、図３におけるＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図５は、図３に示す増速機１４の遊星軸受の周辺を示す拡大図である。
【００４３】
図３に示すように、増速機１４は、ケーシング本体４０内に収納された遊星増速機構５０及び平歯車増速機構７０で構成されている。この増速機１４によって、ロータハブ側の主軸１２から入力された回転が増速されて、発電機側の最終出力軸１３に伝えられるようになっている。なお、増速機１４の最終出力軸１３は、図２に示すカップリング１６によって発電機１８側に連結されている。
【００４４】
増速機１４の遊星増速機構５０は、図３及び５に示すように、キャリヤ５２と、キャリヤ５２に保持される遊星ピン５４と、遊星ピン５４に取り付けられる遊星軸受５６と、遊星軸受５６を介して遊星ピン５４に支持される遊星歯車５８と、遊星歯車５８と噛み合うリング歯車６０及び太陽歯車６２とを含んで構成されている。
【００４５】
キャリヤ５２は、複数（本例においては３個）の遊星ピン５４を保持する保持板であり、図５に示すように、遊星ピン５４の外周かつ軸方向両端に設けられた外筒部５３によって遊星ピン５４を保持している。これにより、キャリヤ５２は、ロータヘッド側の主軸１２と一体的に回転して、外筒部５３に保持された遊星ピン５４を公転させるようになっている。なお主軸１２及びキャリヤ５２は、軸受４２によって回転可能に支持されている。
【００４６】
キャリヤ５２の外筒部５３は、遊星軸受５６に対向する面５３Ａを有し、本実施形態では、この外筒部５３の面５３Ａは遊星ピン５４の軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受５６から離れるように傾斜している。このようにキャリヤ５２の外筒部５３の面５３Ａを、遊星ピン５４の軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受５６から離れるように傾斜させることによって、後述するオイルバスからの潤滑油が外筒部５３の面５３Ａと遊星軸受５６あるいは遊星歯車５８との間を通過しやすくなる。
【００４７】
また外筒部５３の遊星軸受５６に対向する面５３Ａは、遊星ピン５４の半径方向に対する傾斜角αは０°＜α≦４０°の範囲内であることが好ましく、２０°≦α≦３０°の範囲内であることがより好ましい。
【００４８】
キャリヤ５２の外筒部５３の遊星軸受５６に対向する面５３Ａの傾斜角αを大きくするほど、キャリヤ５２の外筒部５３と遊星軸受５６あるいは遊星歯車５８との間を潤滑油がより一層通過しやすくなり、遊星軸受５６の寿命をさらに向上させることができる。一方で、外筒部５３の遊星軸受５６に対向する面５３Ａの傾斜角αが大きすぎると、キャリヤ５２を製作することが困難になる。
【００４９】
そこで、上述のように、面５３Ａの傾斜角αを０°＜α≦４０°（より好ましくは、２０°≦α≦３０°）の範囲内とすることで、遊星軸受５６の寿命の改善とキャリヤ５２の製作性とを両立することができる。
【００５０】
遊星軸受５６は、遊星歯車５８を自転可能に遊星ピン５４に支持するころ軸受であり、図５に示すように、内輪５６Ａと外輪５６Ｂとの間にころ５６Ｃが組み込まれた構成を有する。なお、図５には２列のころ５６Ｃを有する遊星軸受５６の例を示したが、遊星軸受５６のころ５６Ｃは１列であっても、３列以上を並べたものであってもよい。
【００５１】
遊星軸受５６は、風力の変動によって生じる振動や衝撃荷重に対する耐久性を確保する観点から、調心性を有する自動調心ころ軸受を用いることが好ましい。自動調心ころ軸受としては、例えば、図５に示すように、外輪５６Ｂがその内周に凹面の外輪軌道を有し、内輪５６Ａがその外周に凸面の内輪軌道を有し、これらの外輪軌道及び内輪軌道の間に複数列のころ５６Ｃが設けられた構成のものを用いることができる。このような構成の遊星軸受（自動調心ころ軸受）５６では、外輪５６Ｂの外輪軌道の中心が軸受中心と一致しているため、調心性を有する。
【００５２】
また遊星軸受５６は、例えば、大荷重及び大トルクが発生する大型の風力発電装置に適用する場合には、図３及び６に示すように、複数を並列に配置して使用してもよい。このとき、図５に示すように、複数の遊星軸受５６を互いに間隔を空けて配置するとともに、遊星ピン５４には、遊星軸受５６に潤滑油を導く給油口５４Ａを、隣接する遊星軸受５６の間の位置に設けることが好ましい。これにより、遊星軸受５６の潤滑状態を維持することができる。
【００５３】
図３及び５に示す遊星歯車５８は、遊星軸受５６を介して遊星ピン５４に支持されており、リング歯車６０及び太陽歯車６２と噛み合っている。
【００５４】
リング歯車６０は、図３に示すように、ケーシング本体４０に設けられており、遊星歯車５８と噛み合う内歯を有している。一方、太陽歯車６２は、図４に示すように、複数の遊星歯車５８に囲まれるように配置されている。また、太陽歯車６２には、遊星出力軸６４が嵌め込まれている。
【００５５】
このような遊星増速機構５０では、キャリヤ５２が主軸１２とともに回転すると、遊星ピン５４及び遊星ピン５４に支持された遊星歯車５８が太陽歯車６２を中心として公転する。同時に、遊星歯車５８は、遊星軸受５６の働きにより、遊星ピン５４を中心として自転する。これにより、入力軸としての主軸１２からの回転が増速され、遊星出力軸６４に出力される。なお遊星増速機構５０による増速比は、遊星歯車５８、リング歯車６０及び太陽歯車６２の歯数によって定まる。
【００５６】
また図３に示すケーシング本体４０には、遊星増速機構５０の下方にオイルバス４１が設けられており、このオイルバス４１内には潤滑油が貯留されている。このため、遊星軸受５６を介して遊星ピン５４に支持された遊星歯車５８は、公転によって下方に移動した際に、オイルバス４１内の潤滑油に浸漬されるようになっている。これにより、遊星軸受５６や遊星歯車５８の潤滑状態を維持することができる。
【００５７】
図３に示す平歯車増速機構７０は、遊星増速機構５０に加えて任意的に設けられる増速機構あり、遊星出力軸６４の回転をさらに増速して最終出力軸１３に出力するようになっている。
【００５８】
平歯車増速機構７０は、例えば、図３に示すように、互いに噛み合う第１平歯車７２および第２平歯車７４と、互いに噛み合う第３平歯車７６および第４平歯車７８との２組のギヤセットで構成してもよい。ここで、第１平歯車７２は、遊星出力軸６４に連結された第１回転軸８０に固定されており、第２平歯車７４及び第３平歯車７６は第２回転軸８２に固定されており、第４平歯車７８は最終出力軸１３に固定されている。また第１回転軸８０、第２回転軸８２および最終出力軸１３は、それぞれ、第１軸受４４、第２軸受４６および第３軸受４８によって回転可能に支持されている。
【００５９】
このような平歯車増速機構７０では、第１平歯車７２の歯数は第２平歯車７４よりも多いので、遊星増速機構５０側の遊星出力軸６４に連結された第１回転軸８０の回転が増速され、第２回転軸８２に伝えられる。さらに、第３平歯車７６の歯数は第４平歯車７８よりも多いので、第２回転軸８２の回転が増速されて、最終出力軸１３に伝えられる。
【００６０】
上記構成の増速機１４によれば、遊星増速機構５０及び平歯車増速機構７０によって、ロータハブ側の主軸１２から入力された回転を増速して、発電機側の最終出力軸１３に伝えることができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、増速機１４のキャリヤ５２は、遊星ピン５４の外周かつ軸方向両端に設けられた外筒部５３の遊星軸受５６に対向する面５３Ａが、遊星ピン５４の軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受５６から離れるように傾斜しているので、キャリヤ５２の外筒部５３と遊星軸受５６あるいは遊星歯車５８との間を潤滑油が通過しやすくなる。したがって、遊星軸受５６の潤滑をより確実に行って、遊星軸受５６の寿命をより一層向上させることが可能であり、例えば、非常に低い外気温のために潤滑油の粘度が上昇してしまいがちな寒冷地仕様の風力発電装置１にも本実施形態の増速機１４を好適に使用することができる。
また本実施形態では、好ましくは、増速機１４の遊星歯車５８は、互いに間隔を空けて配置された一対の遊星軸受５６によって遊星ピン５４に支持されており、遊星ピン５４には、一対の遊星軸受５６に潤滑油を導く給油口５４Ａが、遊星軸受５６の間の位置に設けられる。このように一対の遊星軸受５６を介して遊星ピン５４を遊星歯車５８に支持することで、各遊星軸受５６にかかる荷重を分散させて、遊星軸受５６の寿命をさらに向上させることができる。また一対の遊星軸受５６の間の位置に給油口５４Ａを設けることによって、遊星軸受５６の潤滑状態を維持することができる。
さらに本実施形態では、好ましくは、増速機１４のキャリヤ５２は、外筒部５３の遊星軸受５６に対向する面５３Ａの、遊星ピン５４の半径方向に対する傾斜角αを０°＜α≦４０°（より好ましくは、２０°≦α≦３０°）の範囲内とすることで、遊星軸受５６の寿命の改善とキャリヤ５２の製作性とを両立することができる。
【００６２】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる風力発電装置について説明する。第２実施形態の風力発電装置は、増速機１４における遊星軸受５６及び遊星歯車５８の端面の位置関係を除けば、第１実施形態と同一である。以下では、第１実施形態と同一の構成要素には、共通の符号を付し、その説明を省略する。
図６は、遊星軸受５６として自動調心ころ軸受を用いた場合における遊星軸受周辺を示す拡大図である。図７は、本実施形態に係る風力発電装置における増速機の遊星軸受周辺を示す拡大図である。
本発明者らは、図６に示すように、遊星軸受５６として、外輪５６Ｂがその内周に凹面の外輪軌道を有し、内輪５６Ａがその外周に凸面の内輪軌道を有し、これらの外輪軌道及び内輪軌道の間に複数列のころ５６Ｃが設けられた構成の自動調心ころ軸受を用いると、フレーキングによって遊星軸受５６の耐久時間が短くなってしまうことを認識するに至った。そして、この遊星軸受５６の耐久時間の減少は、本発明者らによる鋭意検討の結果、回転翼８、ロータヘッド６および主軸１２を介して遊星軸受（自動調心ころ軸受）５６に伝わる荷重およびモーメントの変動によって軸受外輪５６Ｂが軸方向外側（図６の矢印方向）に抜け出し、各ころ列５６Ｃにかかる荷重が不均一になってしまうことに起因することが明らかになった。
具体的には、遊星軸受５６は、回転翼８から伝わる荷重およびモーメントによって、軸方向外側に抜け出そうとする。ここで、遊星軸受５６の内輪５６Ａは、キャリヤ５２の外筒部５３によって軸方向外側への移動が規制されている一方、遊星軸受５６の外輪５６Ｂにはそのような規制はなされておらず、外輪５６Ｂのみ軸方向外側に抜け出してしまう。このため、内側のころ列５６Ｃ（図６の右側のころ列）に荷重が集中してしまい、遊星軸受５６のフレーキングが発生してしまう。
そこで、本実施形態では、図７に示すように、遊星軸受（自動調心ころ軸受）５６の外輪５６Ｂの端面が遊星歯車５８の端面よりも内側に位置するように（すなわち、図７に示す外輪５６Ｂの端面と遊星軸受５６の端面との距離ｄが、不等式ｄ＞０を満たすように）、遊星歯車５８を遊星軸受５６の外輪５６Ｂに対して締りばめで固定している。これにより、遊星歯車５８の端部（図中、Ａで示す部位）が締りばめで変形して蓋の役割を果たし、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの抜け出しを抑制し、各ころ列５６Ｃにかかる荷重が均一な状態を維持して、遊星軸受５６の耐久時間の減少を低減することができる。
【００６３】
なお、外輪５６Ｂの端面と遊星歯車５８の端面との距離ｄは、遊星軸受（自動調心ころ軸受）５６の耐久時間の減少を確実に防止する観点からできる限り大きいことが好ましい。ただし、外輪５６Ｂの端面を遊星歯車５８の端面よりも内側に寄せすぎると、自動調心ころ軸受５６に潤滑油を導く給油口５４Ａ（図５参照）を塞いでしまうという構造上の制約がある。したがって、上記距離ｄは、０ｍｍ＜ｄ≦１０ｍｍであることが好ましい。
【００６４】
図８は、本実施形態における遊星軸受５６の外輪５６Ｂの抜け出し量の測定結果を示すグラフである。同図には、本実施形態の一例として、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの端面が遊星歯車５８の端面よりも１０ｍｍ内側に位置する場合（ｄ＝１０ｍｍ）を示すとともに、その比較対照例として、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの端面が遊星歯車５８の端面との位置を揃えた場合（ｄ＝０）を示した。
なお、ｄ＝１０ｍｍの場合およびｄ＝０の場合のいずれも、遊星歯車５８の外輪５６Ｂに対する締りばめは、締めしろがＰ６（０．０１２〜０．０７９ｍｍ）となるように行った。また遊星軸受５６には、１．１８ｋＮｍの平均トルクに相当する負荷を入力した。
【００６５】
図８から、外輪５６Ｂの抜け出し量が４００μｍに達するまでの時間を見積もると、ｄ＝１０ｍｍの場合（Ｔ１）は、ｄ＝０の場合（Ｔ２）の約１０９倍であった。
ここで、本発明者らによって、外輪５６Ｂの抜け出し量が４００μｍ程度になると、遊星軸受５６のフレーキングが発生してしまうことが分かっている。このため、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ、ｄ＝１０ｍｍおよびｄ＝０の場合における遊星軸受５６の耐久時間の指標である。このようにして見積もられた遊星軸受の耐久時間Ｔ１及びＴ２は、ｄ＝１０ｍｍの場合には、一般的な実製品における合格基準である１．３×１０５（ｈｒ）を超えているのに対し、ｄ＝０の場合にはこの基準を満たしていない。
以上から、本実施形態の増速機１４のように、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの端面が遊星歯車５８の端面よりも内側に位置するように、遊星歯車５８を遊星軸受５６の外輪５６Ｂに対して締りばめで固定することによって、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの抜け出しを抑制し、フレーキングによる遊星軸受５６の耐久時間の減少を抑制しうることが分かった。
また、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、キャリヤ５２の外筒部５３の遊星軸受５６と対向する面５３Ａを、遊星ピン５４の軸中心から遠くなるにつれ、遊星軸受５６から離れるように傾斜させている。このため、上述のように、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの端面を遊星歯車５８の端面よりも内側に寄せても、外筒部５３の面５３Ａと遊星軸受５６あるいは遊星歯車５８との間を潤滑油が確実に通過可能である。
なお図７に示す例では、遊星歯車５８の端部を締りばめで変形させることによって、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの抜け出しを抑制する例について説明したが、より確実に外輪５６Ｂの抜け出しを抑制する観点から、遊星歯車５８の端部につば部に設けてもよい。
【００６６】
図９（ａ）は遊星歯車５８端部の内周に設けられたつば部を示す断面図であり、図９（ｂ）及び（ｃ）はつば部の構成例を示す拡大図である。なお、上述の実施形態と同一の構成要素については共通の符号を付し、ここではその説明を省略する。
【００６７】
図９（ａ）に示すように、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの抜け出しを規制するつば部９０が、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの端面と遊星歯車５８の端面との間の位置に設けられている。このように、遊星歯車５８の端部を締りばめで変形させるだけでなく、遊星歯車５８の内周につば部９０を設けることによって、遊星軸受５６の外輪５６Ｂの抜け出しを確実に抑制し、遊星軸受５６の耐久時間の減少をより一層低減することができる。
【００６８】
例えば、つば部９０は、図９（ｂ）に示すように、遊星歯車５８の内周に設けられた溝９２に嵌めこまれたＣ形止め輪であってもよいし、図９（ｃ）に示すように、遊星歯車５８の内周に設けられた雌ねじ９４に螺着されたリング部材であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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