(57)【要約】【課題】オイルバス方式の遊星歯車機構において、オイルの残量が充分であるか否かをより正確に知ることを可能とする。【解決手段】オイルレベル計は、潤滑油を貯留するオイルバスの内部に配置され、潤滑油の液面に浮かぶ第１フロートと、第１フロートに接続された一端を有する梁と、梁の他端に接続され、潤滑油の液面に浮かぶ第２フロートと、第１フロートの高さを検出する高さ検出部と、第１フロートに対する第２フロートの高さ方向の角度を検出する角度検出部とを備える。検出された角度によって、液面の波立ちの程度を知ることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を貯留するオイルバスの内部に配置され、前記潤滑油の液面に浮かぶ第１フロートと、
前記第１フロートに接続された一端を有する梁と、
前記梁の他端に接続され、前記潤滑油の液面に浮かぶ第２フロートと、
前記第１フロートの高さを検出する高さ検出部と、
前記第１フロートに対する前記第２フロートの高さ方向の角度を検出する角度検出部
とを具備するオイルレベル計。
【請求項２】
請求項１に記載されたオイルレベル計であって、
更に、前記第１フロートを垂直方向に可動的に、且つ水平方向に所定位置に支持する支持部材
を具備するオイルレベル計。
【請求項３】
請求項２に記載されたオイルレベル計であって、
更に、前記第１フロートに対する前記梁の動きを仰俯角方向に拘束する軸受
を具備するオイルレベル計。
【請求項４】
請求項２又は３に記載されたオイルレベル計であって、
更に、前記第１フロートに接続された一端を有する第１ワイヤと、
前記第１ワイヤの他端の変位を検出する第１差動変圧器とを具備し、
前記高さ検出部は、前記第１差動変圧器が検出した前記第１ワイヤの変位に基づいて前記第１フロートの高さを検出する
オイルレベル計。
【請求項５】
請求項４に記載されたオイルレベル計であって、
前記高さ検出部は、予め記憶した前記第１ワイヤの変位と前記第１フロートの高さとの関係を用いて、前記第１ワイヤの変位に基づいて前記第１フロートの高さを計算して出力する
オイルレベル計。
【請求項６】
請求項４又は５に記載されたオイルレベル計であって、
更に、前記第２フロート又は前記梁に接続された一端を有する第２ワイヤと、
前記第２ワイヤの他端の変位を検出する第２差動変圧器とを具備し、
前記角度検出部は、前記第２差動変圧器が検出した前記第２ワイヤの変位に基づいて前記角度を検出する
オイルレベル計。
【請求項７】
請求項６に記載されたオイルレベル計であって、
前記角度検出部は、予め記憶した前記第１ワイヤの変位と前記第２ワイヤの変位と前記角度との関係を用いて、前記第１差動変圧器が検出した前記第１ワイヤの変位と前記第２差動変圧器が検出した前記第２ワイヤの変位とに基づいて前記角度を計算して出力する
オイルレベル計。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載されたオイルレベル計を備えた風力発電機であって、
風車と、
前記風車の回転を遊星歯車機構によって増速する増速機と、
前記増速機が増速した回転を用いて発電する発電機とを具備し、
前記オイルバスは、前記遊星歯車機構が有する太陽歯車よりも下の位置に回転して来た遊星歯車が前記潤滑油に浸るように形成される
風力発電機。
【請求項９】
請求項８に記載された風力発電機であって、
前記遊星歯車が最下点に位置するとき、前記第２フロートは水平方向の位置が前記第１フロートよりも前記遊星歯車の中心軸に近くに位置するように拘束されている
風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オイルの量を検出する技術に関する。本発明は特に、風力発電機の増速機の潤滑油の量を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機においては、風車が発生するトルクを増速機で増速して発電機にて発電している。風車用増速機として、典型的にはプラネタリ型の遊星歯車増速機が用いられる。プラネタリ型の遊星歯車増速機は、平歯車を用い、リング歯車が固定され、遊星歯車が太陽歯車の周りを公転するタイプの増速機である。
【０００３】
プラネタリ型遊星歯車装置の潤滑はオイルバス方式で行われる。即ち、公転する遊星歯車がその下端付近に位置するときにオイルバスに溜まっているオイルに浸かり、遊星ピンに設けられた穴あるいは周囲から歯車および軸受に潤滑油が供給される。
【０００４】
特許文献１に例示されるように、オイルの残量を検出するために液面を視認するための窓を設ける技術が広く行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オイルバス方式の潤滑において、潤滑油漏れや油の撹拌の影響でオイルレベルが低下し、オイルレベルが遊星ピンの中心よりも下がると、歯車や軸受に給油されずに潤滑油が不足する恐れがある。そのためオイルレベルを監視することが求められる。
【０００７】
風力発電機の遊星歯車機構において、目視でオイルレベルを監視するための監視窓が設けられている。しかしながらオイルバスが設置される場所には様々な装置が設置されており、監視窓を設置できる領域は限られている。
【０００８】
更に、オイルバス方式においては、遊星歯車機構がオイルバスの油を掻き揚げることにより油面が波打ち、水平面とならないという問題がある。図１Ａ〜図１Ｃを参照して、この問題について説明する。図１Ａは、油が充分に蓄積されている場合のオイルバス１０１を示す。遊星ピン中心１０４は、公転の最下点における遊星ピンの位置を示す。この図の例では、オイル１０２の表面１０３は水平であり、遊星ピン中心１０４は表面１０３よりも下にある。従ってオイル１０２は充分に遊星歯車機構に供給されている。監視窓１０５から監視することにより、その様子を確認することができる。
【０００９】
図１Ｂの例では、オイル１０２の表面１０３が遊星ピン中心１０４の位置まで低下している。風車が停止している場合、表面１０３が水平であるため、この様子は監視窓１０５によって確認することができる。この状態になった場合、オイル１０２を追加することが求められる。
【００１０】
ところで、風車が駆動している場合、図１Ｃに示すように、遊星歯車機構がオイル１０２を掻き揚げるため、オイル１０２の表面１０３が波打ち、水平とならない。この場合、監視窓１０５の位置における表面１０３の高さに基づいて遊星ピン中心１０４にオイルが充分に供給されているか否かを知ることが難しい。
【００１１】
オイルバス方式の遊星歯車機構において、オイルの残量について、より正確に知ることのできる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の一側面において、オイルレベル計は、潤滑油（４８）を貯留するオイルバス（１０）の内部に配置され、潤滑油の液面（４９）に浮かぶ第１フロート（３４）と、第１フロートに接続された一端を有する梁（３６）と、梁の他端に接続され、潤滑油の液面に浮かぶ第２フロート（３５）と、第１フロートの高さを検出する高さ検出部（４４）と、第１フロートに対する第２フロートの高さ方向の角度を検出する角度検出部（４５）とを備える。
【００１４】
本発明の他の側面において、オイルレベル計は更に、第１フロート（３４）を垂直方向に可動的に、且つ水平方向に所定位置に支持する支持部材（３２）を備える。
【００１５】
本発明の更に他の側面において、オイルレベル計は更に、第１フロート（３４）に対する梁（３６）の動きを仰俯角方向に拘束する軸受（３７）を備える。
【００１６】
本発明の更に他の側面において、オイルレベル計は更に、第１フロート（３４）に接続された一端を有する第１ワイヤ（３８）と、第１ワイヤの他端の変位を検出する第１差動変圧器（４１）とを備える。高さ検出部（４４）は、第１差動変圧器が検出した第１ワイヤの変位に基づいて第１フロートの高さを検出する。
【００１７】
本発明の更に他の側面において、オイルレベル計の高さ検出部（４４）は、予め記憶した第１ワイヤ（３８）の変位と第１フロート（３４）の高さとの関係を用いて、第１ワイヤ（３８）の変位に基づいて第１フロート（３４）の高さを計算して出力する。
【００１８】
本発明の更に他の側面において、オイルレベル計は更に、第２フロート（３５）又は梁（３６）に接続された一端を有する第２ワイヤ（３９）と、第２ワイヤ（３９）の他端の変位を検出する第２差動変圧器（４２）とを備える。角度検出部（４５）は、第２差動変圧器（４２）が検出した第２ワイヤ（３９）の変位に基づいて角度を検出する。
【００１９】
本発明の更に他の側面において、オイルレベル計の角度検出部（４５）は、予め記憶した第１ワイヤの変位と第２ワイヤの変位と角度との関係を用いて、第１差動変圧器（４１）が検出した第１ワイヤ（３８）の変位と第２差動変圧器（４２）が検出した第２ワイヤ（３９）の変位とに基づいて角度を計算して出力する。
【００２０】
本発明の一側面において、風力発電機は、本発明によるオイルレベル計（３）と、風車（１）と、風車の回転を遊星歯車機構（１３）によって増速する増速機（１１）と、増速機が増速した回転を用いて発電する発電機（２）とを備える。オイルバス（１０）は、遊星歯車機構が有する太陽歯車よりも下の位置に回転して来た遊星歯車（２２）が潤滑油に浸るように形成される。
【００２１】
本発明の他の側面において、風力発電機の遊星歯車（２２）が最下点に位置するとき、第２フロート（３５）は水平方向の位置が第１フロート（３４）よりも遊星歯車の中心軸に近くに位置するように拘束されている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、オイルバス方式の遊星歯車機構において、オイルの残量をより正確に知ることのできる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、オイルバス方式における油面と監視窓の例を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、オイルバス方式における油面と監視窓の例を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、オイルバス方式における油面と監視窓の例を示す。
【図２】図２は、風力発電機の構成を示す。
【図３】図３は、増速機の構成を示す。
【図４】図４は、オイルレベル計の構成を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、電圧とワイヤ長さの関係を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ワイヤ長さと液面高さの関係を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、液面高さと液量の関係を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、オイルレベル計を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、オイルレベル計を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、オイルレベル計を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図２は風力発電機の構成を示す。風力発電機は、略水平方向に向く回転軸を中心に回転する風車１を有する。風車１の回転は増速機１１において増速されて発電機２に供給される。発電機はその回転により発電する。本実施形態において増速機１１は遊星歯車機構を備える。その遊星歯車は、公転の下端付近においてオイルバスに浸かることによって潤滑油を供給され、オイルを掻き揚げる。オイルバスの潤滑油の残量は、オイルレベル計３によって監視される。
【００２５】
図３は、増速機１１の構成を示す断面図である。増速機１１は、遊星歯車機構１３と、ギア増速機構１４と、それらを収納するハウジング１５とを備えている。遊星歯車機構１３は、太陽歯車の周囲を公転する複数の遊星歯車２２（１つのみ図示）を備える。風力によってキャリア２５が回転すると、その回転が、遊星歯車２２を介して太陽歯車２１に伝えられ、太陽歯車２１に接続された遊星出力軸２６が増速されて回転する。ギア増速機構１４は、遊星出力軸２６の回転を更に増速して出力軸２７から出力する。
【００２６】
遊星歯車機構１３が配置されたハウジング１５の下部に、潤滑油が蓄積されるオイルバス１０が設けられる。オイルバス１０は、遊星歯車機構が有する太陽歯車よりも下の下端位置に遊星歯車２２が位置するときに、その遊星歯車２２のピンがオイルに浸る程度の潤滑油を蓄積する。オイルバス１０には通常、風車の耐用年数（例示：２０年）のあいだ充分な量のオイルが蓄積（潤滑油が劣化した場合は全量交換する）されるが、その量を監視するために本実施形態におけるオイルレベル計が設置される。
【００２７】
図４は、本実施形態におけるオイルレベル計の構成を示す。オイルバス１０に、オイルバス上面３１から略垂直に、サポート軸３２が設置される。サポート軸３２に替えて、オイルバス１０の上面と下面との間に略垂直に張られたワイヤが設置されてもよい。
【００２８】
軸受３３を介してサポート軸３２に沿って上下方向に摺動可能に第１フロート３４が設置される。サポート軸３２は、第１フロート３４を垂直方向に可動的に、且つ水平方向に所定位置に支持する。第１フロート３４はオイルよりも比重が小さく、オイルバス１０に蓄積されたオイルの表面に浮く。従って第１フロート３４の鉛直方向の位置は、オイルの表面の高さと一致する。
【００２９】
第１フロート３４に、支持軸受３７を介して梁（レバー）３６が取り付けられる。支持軸受３７は、レバー３６の動きを第１フロート３４に対して仰俯角方向に可動的に、且つそれ以外の方向に動かないように拘束する。レバー３６の他端に第２フロート３５が取り付けられる。第２フロート３５はオイルより比重が小さく、オイルバス１０に蓄積されたオイルの表面に浮く。従って第２フロート３５の鉛直方向の位置は、オイルの表面の高さと一致する。オイルバス１０に蓄積されたオイルの表面が水平でないとき、支持軸受３７においてレバー３６が傾き、第１フロート３４と第２フロート３５がそれぞれの位置におけるオイルの表面の高さに配置される。
【００３０】
第１フロート３４の位置には、その高さを視認し得る監視窓が設けられることが望ましい。風力発電機の増速機においては、遊星ピンの中心がオイルバス１０に浸る位置にさまざまな機器があって外部から視認する窓を設けることが難しい場合がある。そのため第１フロート３４の監視窓は、遊星ピンの位置から水平方向にずれた位置に配置される。このような場合、第２フロート３５は、遊星ピン位置の液面高さをより正確に監視するために、第１フロート３４よりも遊星歯車の中心軸の近くに配置されることが望ましい。
【００３１】
第１フロート３４に第１ワイヤ３８の一端が接続される。第１ワイヤ３８の他端は第１差動変圧器４１に接続される。第１ワイヤ３８の他端は、第１フロート３４を持ち上げない程度の力で上側に引っ張られる。その結果、第１ワイヤ３８は第１フロート３４の高さに係わらず張った状態である。第２フロート３５又はレバー３６に、第２ワイヤ３９の一端が接続される。第２ワイヤ３９の他端は第２差動変圧器４２に接続される。第２ワイヤ３９の他端は、第２フロート３５を持ち上げない程度の力で上側に引っ張られる。その結果、第２ワイヤ３９は第２フロート３５の高さに係わらず張った状態である。
【００３２】
第１差動変圧器４１と第２差動変圧器４２とは差動変圧部４０を構成する。第１差動変圧器４１は第１ワイヤ３８の他端の位置の変位を検出することにより、図５Ａに示すように、第１ワイヤ３８の長さ（第１差動検出器の所定位置から第１フロート３４までの長さ）に対応した電圧を生成する。第２差動変圧器４２は第２ワイヤ３９の他端の位置の変位を検出することにより、図５Ａに示すように、第２ワイヤ３９の長さ（第２差動検出器の所定位置から第２フロート３５又は梁３６までの長さ）に対応した電圧を生成する。
【００３３】
差動変圧部４０は、オイルレベル演算器４３に接続される。オイルレベル演算器４３は、差動変圧部４０が検出した第１ワイヤ３８と第２ワイヤ３９の長さに基づいて、第１フロート３４の高さと、第２フロート３５の高さ又はレバー３６の仰俯角とを計算する。
【００３４】
図５Ｂに示すように、第１ワイヤ３８の長さと、第１フロート３４の水平方向の位置におけるオイル表面の液面高さとの間には一意的な相関関係がある。更に、図５Ｃに示すように、液面が水平である場合、オイル表面の液面高さと液量との間にも一意的な相関関係がある。オイルレベル演算器４３の高さ検出部４４は、それらの相関関係を予め記憶し、第１差動検出器４１が検出した第１ワイヤ３８の長さに基づいて液量を計算して表示器４６に表示する。
【００３５】
オイルレベル演算器４３の角度検出部４５は、第１フロート３４の高さに応じて、第２ワイヤ３９の長さと、第２フロート３５の高さ又はレバー３６の角度との相関関係を予め記憶する。角度検出部４５は、この第１ワイヤの変位と第２ワイヤの変位とレバー３６の角度との相関関係に基づいて、第２フロート３５の水平方向の位置におけるオイルの液面高さ又はレバー３６の仰俯角を計算して表示器４６に表示する。その結果、第１フロート３４の高さによってオイルの概ねの高さを認識することができる。更に、第１フロート３４に対する第２フロート３５の高さ方向の変位によって、オイルの液面が波打っている程度に関する情報を得ることができる。
【００３６】
好ましくは、高さ検出部４４は、第１ワイヤ３８から得られたオイル４８の表面４９の高さについて所定の期間に得られた複数のデータを時間平均して表示器４６に出力する。更に、角度検出部４５は第１ワイヤ３８と第２ワイヤ３９とから求められる梁３６の仰俯角について、所定の期間に得られた複数のデータを時間平均して表示器４６に出力する。このような処理により、オイル４８の表面４９の平均的な高さと、平均的な波打ちの程度を知ることができる。
【００３７】
このようなオイルの液面高さの検出方法は一例である。第１フロート３４と第２フロート３５の位置に基づいて液面高さとその波打ちを検出する方法は他にも考えられる。例えば梁３６にその傾きを検出して出力する角度センサを設置することも考えられる。
【００３８】
図６Ａ〜図６Ｃは、オイルバス１０におけるオイルレベル計を示す。この図では第１ワイヤ３８及び第２ワイヤ３９は図示を省略している。図６Ａの例では、オイル４８の量が充分であり、その表面４９は、公転の最下点における遊星ピン中心４７よりも上に位置する。この状態では、遊星ピンは公転の最下点においてオイル４８を掻き揚げて、遊星歯車機構に充分な潤滑油を供給することができる。図６Ｂは、オイル４８が必要以下の量まで減っている例を示す。最下点における遊星ピン中心４７と表面４９とが同じ程度の高さとなっている。
【００３９】
図６Ｃは、遊星歯車によってオイル４８が撹拌され、その表面４９が波打っている場合を示す。高さ検出部４４は、第１フロート３４によりオイル４８の表面４９の概略的な高さを検出することができる。角度検出部４５は、第１フロート３４に対する第２フロート３５の相対的な高さ又は角度を検出することができる。その結果、撹拌による表面４９の波打ちの程度を認識することができる。この高さと角度とにより、オイル４８の量が充分であるか否かを認識することができる。更に、事前に第１フロート３４と第２フロート３５を定位置に配置し、それらが検出した高さと角度のそれぞれの平均値とオイルバス１０内のオイル４８の量との相関関係を測定してオイルレベル演算器４３に記憶させておくことにより、オイル４８の推定量を計算して表示器４６に表示することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  風車
２  発電機
３  オイルレベル計
１０  オイルバス
１１  増速機
１３  遊星歯車機構
１４  ギア増速機構
１５  ハウジング
２１  太陽歯車
２２  遊星歯車
２５  キャリア
２６  遊星出力軸
２７  出力軸
３１  オイルバス上面
３２  サポート軸
３３  軸受
３４  第１フロート
３５  第２フロート
３６  レバー
３７  支持軸受
３８  第１ワイヤ
３９  第２ワイヤ
４０  差動変圧部
４１  第１差動変圧器
４２  第２差動変圧器
４３  オイルレベル演算器
４４  高さ検出部
４５  角度検出部
４６  表示器
４７  遊星ピン中心
４８  オイル
４９  表面
１０１  オイルバス
１０２  オイル
１０３  表面
１０４  遊星ピン中心
１０５  監視窓
【図１Ａ】
2011127723.tif 000003
【図１Ｂ】
2011127723.tif 000004
【図１Ｃ】
2011127723.tif 000005
【図２】
2011127723.tif 000006
【図３】
2011127723.tif 000007
【図４】
2011127723.tif 000008
【図５Ａ】
2011127723.tif 000009
【図５Ｂ】
2011127723.tif 000010
【図５Ｃ】
2011127723.tif 000011
【図６Ａ】
2011127723.tif 000012
【図６Ｂ】
2011127723.tif 000013
【図６Ｃ】
2011127723.tif 000014