(57)【要約】【課題】１段で大きな増速比が得られる増速機と、それを用いたコンパクトな風力発電装置を提供することである。【解決手段】風力発電装置の風車主軸１ａの回転を増速して誘導発電機３の回転子３ａに伝達する増速機２として、入力軸となる主軸１ａの回転が出力軸２ａの偏心軸部７ａ、７ｂに回転自在に支持された外歯車６ａ、６ｂに伝達され、外歯車６ａ、６ｂがその外歯でケーシング８内周の外ピン９と噛み合って、外歯と外ピン９の数の差分だけ自転する間に自転方向と逆方向に１回転分公転し、その公転運動を出力軸２ａに伝達することにより、１段で大きな増速比が得られるものを採用した。これにより、風力発電装置は、従来のように増速機を多段構成とする必要がなくなり、増速機設置スペースが軸方向に短くなる分だけナセル４の長さを短縮することができる。【選択図】図１
2008208959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、一端部に偏心軸部を有し、前記入力軸と同軸上に配置された出力軸と、前記偏心軸部に回転自在に支持されてケーシング内周に設けられた内歯と噛み合うとともに、その内歯よりも歯数が少ない外歯車と、前記入力軸と外歯車の相互間に設けられて、入力軸の回転を外歯車に伝達するトルク伝達手段とからなり、前記外歯車が入力軸から伝達されたトルクにより自転運動しながら公転運動し、その公転運動が出力軸に伝達されるようにした増速機。
【請求項２】
前記外歯車の外歯がトロコイド曲線歯形からなり、前記内歯が外ピンからなる請求項１に記載の増速機。
【請求項３】
前記出力軸に形成された偏心軸部を２つとし、その２つの偏心軸部の位相を１８０°ずらし、各偏心軸部の外周に前記外歯車を設け、各外歯車と入力軸の相互間に前記トルク伝達手段を設けた請求項１または２に記載の増速機。
【請求項４】
前記トルク伝達手段が、前記入力軸と外歯車の対向面の一方に複数の内ピンを同心円上に等間隔で設け、その内ピンを前記対向面の他方に形成された内ピン径より大きい直径の円形孔に挿入して、円形孔の内壁の一部に接触させた構成からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の増速機。
【請求項５】
前記各内ピンにローラを回転自在に嵌め込み、そのローラを前記円形孔の内壁の一部に接触させた請求項４に記載の増速機。
【請求項６】
風力により主軸を中心として回転する風車と、前記風車の主軸を入力軸とし、その回転を増速して出力する請求項１乃至５のいずれかに記載の増速機と、前記増速機の出力軸に回転子を連結された誘導発電機とを備えた風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸に入力される回転を増速して出力軸から出力する増速機と、それを用いた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、風車の回転により発電機を駆動して発電を行うもので、その発電機として誘導発電機を用いる場合は、風車の主軸と発電機の回転子との間に、風車の回転を発電機の同期速度以上に増速して出力する増速機を設ける必要がある。このような風力発電装置に組み込まれている増速機の一例を図２に示す（特許文献１参照。）。この例では、２つの遊星ローラ式の摩擦伝動増速機５１、５２が軸方向に直結されており、１段目増速機５１の入力軸５３の回転がリングローラ５４に伝わり、リングローラ５４から遊星ローラ５５を介して太陽軸５６に伝わる。そして、この１段目の太陽軸５６の回転が、この太陽軸５６のフランジ部に連結されて２段目リングローラ５７に案内される２段目遊星ローラ５８を介して、２段目の太陽軸である出力軸５９を回転させるようになっている。
【特許文献１】特開平７−５４７６３号公報
【０００３】
ここで、上記図２に示した例において増速機が軸方向に２つ直結されて組み込まれているのは、次の理由による。すなわち、このような遊星ローラ式増速機では、その増速比がリングローラの内径と太陽軸の外径の比で決定されるため、設計上の制約から増速比を数倍程度に設定するのが一般的である。一方、誘導発電機を用いた風力発電装置では、数十ｒｐｍ程度の風車の回転速度を発電機の同期速度（通常１５００〜１８００ｒｐｍ）以上に増速する必要がある。そこで、２つの増速機を直結して組み込むことにより、必要とされる大きな増速比が得られるようにしているのである。
【０００４】
しかしながら、上記のように増速機を多段に組み込んだ風力発電装置では、これらの増速機や発電機を収納するナセルが軸方向に長くなって装置全体が大型化してしまい、このことが製造コストを押し上げたり設置時の作業性を低くしたりする一因となっている。
【０００５】
また、誘導発電機を用いた風力発電装置では、増速機として遊星歯車式のものやヘリカルギア式のものを採用することもあるが、その場合も、上記遊星ローラ式増速機を採用した場合と同様に、構造上１段の増速機で必要な増速比を得ることが困難なため、増速機を多段に組み込むことになりナセルが長くなってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、１段で大きな増速比が得られる増速機と、それを用いたコンパクトな風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の増速機は、入力軸と、一端部に偏心軸部を有し、前記入力軸と同軸上に配置された出力軸と、前記偏心軸部に回転自在に支持されてケーシング内周に設けられた内歯と噛み合うとともに、その内歯よりも歯数が少ない外歯車と、前記入力軸と外歯車の相互間に設けられて、入力軸の回転を外歯車に伝達するトルク伝達手段とからなり、前記外歯車が入力軸から伝達されたトルクにより自転運動しながら公転運動し、その公転運動が出力軸に伝達されるようにした構成を採用したのである。
【０００８】
すなわち、この増速機では、入力軸が回転すると、その回転がトルク伝達手段を介して出力軸の偏心軸部に支持された外歯車に伝わり、外歯車が偏心軸部のまわりに自転する。このとき、外歯車はケーシング内周に設けられた内歯と噛み合っており、その外歯の数は内歯の数よりも少ないため、外歯車は外歯と内歯の歯数差分だけ自転する間に出力軸を中心に自転方向と逆方向に１回転分公転し、その公転運動が出力軸に伝達される。従って、入力軸の回転が増速されて出力軸に伝達されることになり、外歯と内歯の数を適切に設定するだけで１段でも大きな増速比が得られる。
【０００９】
上記の構成において、前記外歯車の外歯をトロコイド曲線歯形とし、前記内歯を外ピンとすることにより、噛み合い率を高めることができるとともに、歯が折損することの少ない耐久性に優れた増速機を得ることができる。
【００１０】
また、前記出力軸に形成された偏心軸部を２つとし、その２つの偏心軸部の位相を１８０°ずらし、各偏心軸部の外周に前記外歯車を設け、各外歯車と入力軸の相互間に前記トルク伝達手段を設けることにより、入力軸の動力を２つの経路から出力軸に伝達することができるので、１つの経路から伝達される回転動力の負荷を軽減し、より安定した回転動力を伝達できるとともに、偏心軸部の偏心回転によって発生する振動を互いに打ち消すことができ、振動発生の少ない増速機を得ることができる。
【００１１】
また、前記トルク伝達手段としては、前記入力軸と外歯車の対向面の一方に複数の内ピンを同心円上に等間隔で設け、その内ピンを前記対向面の他方に形成された内ピン径より大きい直径の円形孔に挿入して、円形孔の内壁の一部に接触させた構成からなるものを採用することができる。
【００１２】
ここで、前記各内ピンにローラを回転自在に嵌め込み、そのローラを前記円形孔の内壁の一部に接触させれば、内ピンと円形孔の接触が転がり接触となるため、接触抵抗が小さくなり、トルク損失を低減することができる。
【００１３】
そして、本発明の風力発電装置は、風力により主軸を中心として回転する風車と、前記風車の主軸を入力軸とし、その回転を増速して出力する上記構成の増速機と、前記増速機の出力軸に回転子を連結された誘導発電機とを備えたものとした。
【００１４】
すなわち、風車と誘導発電機の回転子との間に、上記のように１段で大きな増速比が得られる増速機を組み込むことにより、従来のように増速機を多段構成とする必要をなくし、従来よりも増速機設置スペースが軸方向に短くなる分だけナセルの長さを短縮できるようにしたのである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の増速機は、上述したように、入力軸が回転すると、出力軸の偏心軸部に支持された外歯車がその外歯と内歯の歯数差分だけ自転する間に、出力軸を中心に自転方向と逆方向に１回転分公転し、その公転運動が出力軸に伝達されるので、入力軸の回転を大きな増速比で出力軸に伝達することができる。
【００１６】
また、本発明の風力発電装置は、風車と誘導発電機の回転子との間に上記増速機を組み込んで、１段の増速機で必要な増速比が得られるようにしたので、従来に比べてナセルの長さを短縮して装置全体をコンパクト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１に基づき、本発明の実施形態を説明する。この風力発電装置は、主軸１ａの一端部に複数の翼１ｂを有し、風力により主軸１ａを中心として回転する風車１と、風車１の主軸１ａの回転を増速して出力する増速機２と、増速機２の出力軸２ａに回転子３ａを連結された誘導発電機３とを備え、増速機２および発電機３を収納するナセル４を、地上に立設されるタワー５の上端に取り付けたものである。
【００１８】
前記増速機２は、その出力軸２ａを入力軸となる風車主軸１ａと同軸上に配置し、外歯がトロコイド曲線歯形からなる２枚の外歯車６ａ、６ｂを、それぞれ出力軸２ａの一端部に設けられた２つの偏心軸部７ａ、７ｂで回転自在に支持して、ケーシング８内周に設けられた複数の外ピン（内歯）９と噛み合わせるとともに、主軸１ａの外歯車６ａとの対向面に同心円上に等間隔で取り付けられた複数の内ピン１０を、各外歯車６ａ、６ｂの主軸１ａとの対向面に同心円上に形成された内ピン径より大きい直径の円形孔に挿入して、円形孔の内壁の一部に接触させることにより、主軸１ａと外歯車６ａ、６ｂの相互間に主軸１ａの回転を外歯車６ａ、６ｂに伝達するトルク伝達手段を形成している。
【００１９】
前記出力軸２ａの２つの偏心軸部７ａ、７ｂは周方向に１８０°位相をずらして設けられ、その偏心回転によって発生する振動を互いに打ち消すようになっている。また、各外ピン９および各内ピン１０は、それぞれの外周に回転自在に嵌め込まれたローラを介して外歯車６ａ、６ｂの外歯および円形孔と転がり接触しており、これらの部位でのトルク損失を抑えるようになっている。
【００２０】
そして、主軸１ａが回転すると、内ピン１０が各外歯車６ａ、６ｂの円形孔の内壁を押し、各外歯車６ａ、６ｂを出力軸２ａの偏心軸部７ａ、７ｂのまわりに回転（自転運動）させる。このとき、各外歯車６ａ、６ｂは、自転しながら、その外歯と噛みあう外ピン９で案内されて、自転方向とは逆向きに出力軸２ａの軸心のまわりに偏心回転（公転運動）し、この公転運動が出力軸２ａに回転運動として伝達される。
【００２１】
ここで、外歯車６ａ、６ｂの外歯は外ピン９の数よりも少なく形成されており、外歯車６ａ、６ｂは外歯と外ピン９の数の差分だけ自転する間に出力軸２ａを中心に自転方向と逆方向に１回転分公転する。従って、主軸１ａの回転が増速されて出力軸２ａに伝達されることになり、その増速比は、外ピン９の数をＺ１、外歯車６ａ、６ｂの外歯の数をＺ２とすると、Ｚ２／（Ｚ１−Ｚ２）で算出される。すなわち、この増速機２では、増速比の設定における設計上の制約は少なく、Ｚ１、Ｚ２を適切に設定するだけで、１段でも風力発電装置に必要とされる大きな増速比が得られる。
【００２２】
前記誘導発電機３は、その回転子３ａが増速機２の出力軸２ａに連結され、回転子３ａの外側に、箱状取付部材１１の内面に取り付けられた固定子３ｂが配置されており、風車１の回転が増速機２により同期速度以上に増速されて回転子３ａに伝わると、電力を発生させるようになっている。
【００２３】
この風力発電装置は、上記の構成であり、風車１と誘導発電機３の回転子３ａとの間に１段で大きな増速比が得られる増速機２を組み込んで、従来のように増速機を多段構成としなくてもよいようにしたので、従来よりも増速機設置スペースが軸方向に短くなる分だけナセル４が短くなり、装置全体がコンパクトなものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の増速機を組み込んだ風力発電装置の縦断正面図
【図２】従来の風力発電装置に組み込まれている増速機の一例の縦断正面図
【符号の説明】
【００２５】
１  風車
１ａ  主軸
１ｂ  翼
２  増速機
２ａ  出力軸
３  誘導発電機
３ａ  回転子
３ｂ  固定子
４  ナセル
５  タワー
６ａ、６ｂ  外歯車
７ａ、７ｂ  偏心軸部
８  ケーシング
９  外ピン
１０  内ピン
【図１】
2008208959.tif 000003
【図２】
2008208959.tif 000004