風力発電用の増速機
【課題】小型、軽量、低コストでありながら、信頼性の高く、寿命の長い風力発電用の増速機を得る。
【解決手段】遊星歯車機構５２を備えた風力発電用の増速機（５０）において、遊星歯車機構５２の一要素を構成する遊星歯車６８と、該遊星歯車６８を、ころ軸受７６を介して回転可能に支持するキャリヤ（支持部材）６２（６２Ａ、６２Ｂ）と、を備え、ころ軸受７６における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、遊星歯車６８、ころ軸受７６、およびキャリヤ（支持部材）６２のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間Ｓ１、Ｓ２を形成し、この隙間Ｓ１、Ｓ２に潤滑剤の流入可能な潤滑通路１１０を開口させる。
【解決手段】遊星歯車機構５２を備えた風力発電用の増速機（５０）において、遊星歯車機構５２の一要素を構成する遊星歯車６８と、該遊星歯車６８を、ころ軸受７６を介して回転可能に支持するキャリヤ（支持部材）６２（６２Ａ、６２Ｂ）と、を備え、ころ軸受７６における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、遊星歯車６８、ころ軸受７６、およびキャリヤ（支持部材）６２のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間Ｓ１、Ｓ２を形成し、この隙間Ｓ１、Ｓ２に潤滑剤の流入可能な潤滑通路１１０を開口させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用の増速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に、図７〜図９に示されるような風力発電用の増速機が開示されている。
【０００３】
図７および図８において、風力発電装置１は、基礎６上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、該ナセル３に対して回転自在に組付けられたロータヘッド４とを有している。ロータヘッド４は、複数枚（図示の例では３枚）の風車ブレード（風車翼）５が取り付けられている。ナセル３の内部において、ロータヘッド４には、増速機２０および発電機１１が接続されている。
【０００４】
風車ブレード５に風が当たると、ロータヘッド４が回転し、該ロータヘッド４の回転が増速機２０にて増速した状態で発電機１１に伝達される。これにより、ロータヘッド４の（トルクはあるが）速度が遅い回転を、１００倍程度の速さに増幅することができ、発電機１１から効率的に発電出力を得ることができる。なお、図８に示す符号１２はトランス、１３はコントローラ、１４はインバータ、１５はインバータクーラ、１６は潤滑油クーラである。
【０００５】
前記増速機２０は、図９に示すように、初段に遊星歯車機構２２を備えると共に、中段および後段に平行軸歯車機構２４、２６を備える。入力軸２８から入力されるロータヘッド４の主軸（図示略）の回転は、計３段の歯車機構２２、２４、２６によって増速され、出力軸３０から出力される。出力軸３０には、前述した発電機１１が連結される。
【０００６】
前記遊星歯車機構２２は、入力軸２８と一体化されたキャリヤ３２、該キャリヤ３２に固定された遊星ピン３４、該遊星ピン３４に回転自在に支持された遊星歯車３６、該遊星歯車３６が同時に噛合する内歯歯車３８および太陽歯車４０から主に構成されている。この例では、太陽歯車４０が遊星歯車機構２２の出力軸４２と一体化されると共に、内歯歯車３８がケーシング４４と一体化されている。
【０００７】
なお、前記遊星ピン３４と遊星歯車３６との間には、ころ軸受４６が介在され、風車ブレード５側から入力されてくる大トルクに対応できるように配慮されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４４５３３号公報（図６〜図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
風力発電設備は、その耐用期間が２０年前後となるように設計される。このため、増速機についても基本的に２０年前後の寿命が確保されることが要求される。
【００１０】
しかしながら、風力発電設備は、自然環境下に設置される設備であるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。このような乱れた風や突風は、ときに想定外のトルクを発生し、増速機のトラブルの原因となることがある。増速機のトラブルは、一度発生するとその被害は深刻なものとなるため、信頼性の確保が重要視されている。
【００１１】
一般に、増速機の信頼性を確保するにあたって有効な対策は、要するならば、設計時に各要素の安全率（セーフティファクタ）を大きくとることである。しかし、各要素の安全率を大きくとると、当然に増速機全体が大型化して重量も大きくなり、製造コスト、建設コストの増大を招くという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、新たに見つけた中間課題（後述）を克服することによって、小型、軽量、低コストでありながら、信頼性が高く、寿命の長い風力発電用の増速機を提供することをその本来の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、遊星歯車機構を備えた風力発電用の増速機において、前記遊星歯車機構の一要素を構成する歯車と、該歯車を、軸受を介して回転可能に支持する支持部材と、を備え、前記軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、前記歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間を形成し、かつ潤滑剤が進入可能であって、該隙間に開口する潤滑通路を備える構成とすることにより、上記本来の課題を解決したものである。
【００１４】
本発明の前記中間課題およびその解決原理は、公知のものではないため、ここで、本発明が着目した当該中間課題とその解決原理について、詳細に説明する。
【００１５】
風力発電設備の風車ブレードには、「風速や風向が変化する風」が瞬間的に強く掛かることがある。例えば、強い突風が風車ブレードに掛かると、増速機の各要素には瞬間的に強い加速トルクが掛かる。しかしながら、増速機の先には高速で回転する発電機が負荷として連結されているため、増速機の各要素は、慣性によりこの加速トルクに瞬時に追随して回転速度を増大させることができない。結果として、加速トルクの立ち上りが急峻の場合は、各要素にこの急峻に立ち上がる加速トルクが、（恰も静止している各要素に対して掛かるように）瞬間的にそっくり掛かってしまうことになる。
【００１６】
また、例えば風向きが激しく変化するような悪天候の場合、「突然の逆風」等によって風車ブレードの逆側から風が掛かったりすることがある。すると、該風車ブレードの回転速度が瞬間的に大きく落ち込むという現象が発生する。この場合、増速機の各要素には、入力軸側から強い減速トルクが掛かる。しかし、（加速トルクが掛かるときと異なり）強い減速トルクが突然掛かるときは、たとえ風車ブレードの回転方向は逆にはならなくても、それまで各歯車の歯面間に形成されていたバックラッシの形成方向が反転してしまう現象が発生する。
【００１７】
これは、入力軸が「駆動力を付与する状態」から、「制動力を付与する状態」に変化するためである。バックラッシが反転するときは、各歯車の歯面同士が直接ぶつかるため、歯面（この場合通常駆動時と逆側の面）に強い衝撃が加わると考えられる。この状態から、当該「突然の逆風」が止んで再加速するときに歯面のバックラッシは再び反転する。このため、結局、天候が荒れていて風が巻いていると、このような状況が発生するごとに、歯面同士の衝突が繰り返され、各歯面には両側から頻繁に衝撃が掛かってしまうことになる。
【００１８】
本発明は、風力発電用の増速機のトラブルには、強風時に連続的に掛かる大きなトルクだけでなく、むしろ、このような「風速や風向の急変」に起因して、増速機の各要素に瞬間的に（ピーク的に）発生する強い負荷あるいは衝撃が大きく影響していると推察し、こうした強い瞬間的な負荷あるいは衝撃を緩和することを「中間課題」として捉え、この中間課題を克服することによって、上記本来の課題を解決するという発想で創案された。
【００１９】
本発明では、歯車と支持部材が軸受を介して相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑通路が開口し、潤滑剤が進入可能な「隙間」を形成するようにしている。この隙間は、歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士が、相対的に径方向に微小変位することを許容する。
【００２０】
今、「風速や風向の急変」等に起因して、入力軸回転速度が急変すると、増速機は、本来的に瞬時にその時点で最も安定的な噛合状態を自動的に形成しようとする。このとき本発明によれば、上記隙間の存在により、結果として歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士が、相対的に径方向に微小変位することができる。この結果、上記隙間の形成態様が変化して隙間内の潤滑剤に圧力変動が発生し、これがいわゆる「ダンパ効果」を発揮する。このダンパ効果により、（もし隙間がなかったならばそのまま急峻に立ち上がってしまう）負荷や衝撃の立ち上がりを鈍らせることができる。
【００２１】
なお、本発明においては、「隙間」に対し、潤滑剤の流入可能な潤滑通路が開口しているが、必ずしもポンプ等によって積極的に潤滑剤を隙間に供給する構成とされている必要はなく、例えば軸や歯車の回転による遠心力等を利用して隙間に潤滑剤を供給するものであってもよい。
【００２２】
本発明に係る風力発電用の増速機は、強風が吹きやすい地域や、風向きの安定しない地域、すなわち風の乱れが大きい地域に設置される風力発電設備に組み込まれる場合に、特に有効に機能する。但し、設置場所は、特に上記地域に限定されない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、小型、軽量、低コストでありながら、信頼性が高く、寿命の長い風力発電用の増速機を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す風力発電用の増速機の主要部を示す断面図
【図２】図１の増速機の全体構成を示す断面図
【図３】図２の導油体の構成を模式的に示した断面図
【図４】本発明の他の実施形態に係る風力発電用の増速機の主要部を示す断面図
【図５】本発明の更に他の実施形態に係る風力発電用の増速機の主要部を示す断面図
【図６】本発明の更に他の実施形態に係る風力発電用の増速機の遊星歯車機構の概略構成を示すスケルトン図
【図７】従来（および本発明）の風力発電設備の全体構成の一例を示す正面図
【図８】図７の風力発電設備のナセルの内部構成を示す斜視図
【図９】図７の風力発電設備のナセル内に設置された従来の風力発電用の増速機の一例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る増速機が組み込まれる風力発電設備の概略構成については、既に図７、図８を用いて説明したものと同様であるため、重複説明は省略し、以降、増速機自体の構成について詳細にする。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す風力発電用の増速機５０の主要部を示す断面図、図２は、その全体断面図である。
【００２８】
先ず、図２を参照して、この風力発電用の増速機５０は、初段に遊星歯車機構５２を備えると共に、中段および後段に第１、第２平行軸歯車機構５４、５６を備える。入力軸５８から入力される主軸（図示略）の回転は、計３段の歯車機構５２、５４、５６によって増速され、出力軸６０から出力される。出力軸６０には、発電機（従来の発電機１１と同様：図８参照）が連結され、所定の発電がなされる。
【００２９】
前記遊星歯車機構５２は、入力軸５８と一体化されたキャリヤ６２、該キャリヤ６２に両持ち支持された遊星ピン６４、該遊星ピン６４に回転自在に支持された３個（図２では１個のみ図示）の遊星歯車６８、該遊星歯車６８が同時に内接噛合する内歯歯車７０、および遊星歯車６８が同時に外接噛合する太陽歯車７２から主に構成されている。この実施形態では、太陽歯車７２は遊星歯車機構５２の出力軸８０に直接形成されており、内歯歯車７０はケーシング７４と一体化（固定）されている。
【００３０】
前記キャリヤ６２は、円板状の一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂが連結部６２Ｃを介して連結・対峙している構成とされ、この一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間に前記遊星歯車６８、内歯歯車７０、太陽歯車７２が組み込まれている。キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂは、軸受７５、７８によって増速機５０のケーシング７４に（入力軸５８ごと）回転自在に支持されている。
【００３１】
前記遊星ピン６４は、この一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂに圧入され、両持ち支持されている。前記遊星歯車６８は、該遊星ピン６４によってころ軸受７６を介して回転可能に支持されている。即ち、この実施形態では、遊星歯車６８が請求項１の「歯車」に相当しており、ころ軸受７６が「軸受」に、遊星ピン６４が「支持部材」にそれぞれ相当している。
【００３２】
ここで、図１を合わせて参照して、本実施形態における増速機５０の遊星歯車６８の付近の構成をより詳細に説明する。
【００３３】
前述したように、遊星歯車６８は、ころ軸受７６を介して回転可能に（支持部材である）遊星ピン６４に支持されている。この実施形態では２個のころ軸受７６が軸方向に並べて配置されている。それぞれのころ軸受７６は内輪７６Ａ、外輪７６Ｂ、ころ（転動体）７６Ｃ、およびリテーナ７６Ｄを備えている。
【００３４】
ころ軸受７６の内輪７６Ａは、キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間にスペーサ８１Ａ、８１Ｂ、および後述する導油体１２０に挟まれることで軸方向に位置決めされている。また、ころ軸受７６の外輪７６Ｂは、ころ７６Ｃ、導油体１２０、およびリテーナ７６Ｄを介して内輪７６Ａに対し軸方向に位置決めされている。
【００３５】
しかしながら、遊星歯車６８は、径方向の微小な動きに対しては特に拘束されていない。
【００３６】
この実施形態では、遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に、リング状の部材８８を介在させている。このリング状の部材８８の内周側には、小さな間隔の隙間Ｓ１が形成されており、外周側には、より大きな隙間Ｓ２が形成されている。
【００３７】
具体的には、リング状の部材８８の軸方向一端側には、溝８８Ｓが形成されていて、止め輪７１が係止されており、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの端部７６Ｂ１と当接している。また、リング状の部材８８の他端側には、突起８８Ｐが形成されていて、止め輪８５が係止されており、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの端部７６Ｂ２と当接している。これにより、リング状の部材８８は、ころ軸受７６の外輪７６Ｂに対して軸方向の移動が拘束されている。
【００３８】
なお、前記止め輪８５は、遊星歯車６８の溝６８Ｓにも係合している。リング状の部材８８は、一端側が遊星歯車６８の段部６８Ａに当接するとともに、他端側がこの止め輪８５に当接することによって遊星歯車６８の軸方向の動きを拘束している。
【００３９】
前述したように、リング状の部材８８と外輪７６Ｂとの間には隙間Ｓ１、リング状の部材８８と遊星歯車６８の内周との間には隙間Ｓ２がそれぞれ形成されている。このため、このリング状の部材８８は、径方向の動きにおいては完全拘束されていない。
【００４０】
この実施形態では、大きな方の隙間Ｓ２が、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの外径ｄ１に対して０．３％（３／１０００）程度の（径方向の）大きさとなるように設定してあり、結果として、隙間Ｓ１、Ｓ２により遊星歯車６８がころ軸受７６、ひいては（支持部材である）遊星ピン６４に対して微少変位できる構成とされている。
【００４１】
なお、この（大きい方の）隙間Ｓ２の大きさは、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの外径ｄ１（すなわち隙間の内径）の３／１０００に限定されるものではない。隙間の形成位置、形成個数、あるいは大きさ（間隔）を変更すると、微小変位できる部材の慣性質量や変位の態様が異なってくるため、変動（負荷変動）を良好に吸収できる領域の周波数成分を調整することができる（この観点で、例えば、隙間Ｓ１、Ｓ２のうちの一方はなくてもよい）。風力発電設備を設置する地域において実際に吹く風の性質を考慮して設定すべきである。
【００４２】
遊星歯車６８がころ軸受７６に対して径方向に微小変位可能というのは、結果として、遊星歯車６８が、内歯歯車７０および太陽歯車７２に対して、通常のバックラッシによる円周方向の微小変位のほかに、この隙間Ｓ１、Ｓ２の分、更に径方向に微小変位できることを意味する。
【００４３】
ここで、この実施形態では、潤滑剤が進入可能であって、隙間Ｓ１、Ｓ２に開口する潤滑通路１１０を備えている。具体的には、この潤滑通路１１０は、支持部材である遊星ピン６４の軸心に沿って軸方向に形成された軸方向通路１１２と、該軸方向通路１１２から径方向に形成され、隙間Ｓ１、Ｓ２に開口する径方向通路１１４と、を備える。
【００４４】
軸方向通路１１２は、遊星ピン６４の端面に、その一端側の開口部１１２Ａを有しており、該開口部１１２Ａを介して増速機５０内の潤滑油が遊星ピン６４内に流入可能である。軸方向通路１１２の他端側は、遊星ピン６４の軸方向中央を僅かに超えた付近で止まっている（遊星ピン６４を貫通してはいない）。
【００４５】
径方向通路１１４は、第１〜第３径方向通路１１４Ａ〜１１４Ｃを備えている。
【００４６】
第１径方向通路１１４Ａは、遊星ピン６４内に形成され、一端に径方向通路１１４と連通する開口部１１４Ａ１を有し、他端に該遊星ピン６４の外周に開口する開口部１１４Ａ２を有している。
【００４７】
第２径方向通路１１４Ｂは、遊星ピン６４と、リング状の部材８８との間に配置された導油体１２０内に形成され、一端に第１径方向通路１１４Ａに連通する開口部１１４Ｂ１を有し、他端に２個並んだころ軸受７６の間から前記隙間Ｓ１に開口する開口部１１４Ｂ２を有している。
【００４８】
第３径方向通路１１４Ｃは、リング状の部材８８を径方向に貫通して形成され、一端に隙間Ｓ１に連通する開口部１１４Ｃ１を有し、他端に隙間Ｓ２に開口する開口部１１４Ｃ２を有している。
【００４９】
前記導油体１２０は、第１〜第３径方向通路１１４Ａ〜１１４Ｃを円滑に連通されるために設けられたもので、図３にその断面を（各部位の寸法を無視して模式的に）示すように、全体が遊星ピン６４の外周を取り囲むリング形状とされ、２個のころ軸受７６の間に配置されている。遊星ピン６４と導油体１２０は、互いに相対回転するため、導油体１２０には、該第２径方向通路１１４Ｂの一端側の開口部１１４Ｂ１が、遊星ピン６４内の第１径方向通路１１４Ａがいかなる位置にあるときでも該第１径方向通路１１４Ａと連通できるように、その内周の全周に亘って内周溝１２０Ａが形成されている。また、導油体１２０とリング状の部材８８も互いに相対回転するため、導油体１２０には、該第２径方向通路１１４Ｂの他端側の開口部１１４Ｂ２が、いかなる位置にあるときにも、第３径方向通路１１４Ｃと連通できるように、その外周の全周に亘って外周溝１２０Ｂが形成されている。
【００５０】
導油体１２０には、内周溝１２０Ａ、あるいは外周溝１２０Ｂ内に流入してきた潤滑剤が、軸方向両側のころ軸受７６側に漏出しないように、該導油体１２０と遊星ピン６４の間にシール部材１２５、１２６、および導油体１２０とリング状の部材８８との間にシール部材１２２、１２４が配置されている（図１参照）。但し、この部分は摺動する部分であり、また、機能的には、完全なシールが要求されるわけでもないため、シール圧力はそれほど強くなくてもよい。
【００５１】
以上の構成の結果、軸方向通路１１２が、遊星ピン６４を貫通していないこと、シールされた導油体１２０が設けられていることと相まって、遊星ピン６４の回転による遠心力によって軸方向通路１１２内に引き込まれてきた潤滑剤は、その全量が隙間Ｓ１およびＳ２に供給されることになる。
【００５２】
次に、この実施形態に係る風力発電用の増速機５０の作用を説明する。
【００５３】
風車ブレード５の回転は、ロータヘッド４の主軸を介して増速機５０の入力軸５８に伝達される。入力軸５８の回転はキャリヤ６２（一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂ）を介して遊星歯車６８の公転として遊星歯車機構５２に入力され、遊星歯車６８、内歯歯車７０、太陽歯車７２の３者の相対回転により、増速された回転が太陽歯車７２から遊星歯車機構５２の出力軸８０へと出力される。
【００５４】
遊星歯車機構５２の出力軸８０の回転は、カップリング７９を介して第１平行軸歯車機構５４によって増幅され、第２平行軸歯車機構５６によってさらに増幅された後、最終的に当該増速機５０の出力軸６０から取り出される。増速機５０の出力軸６０は、発電機１１に連結されているため、結局、風車ブレード５の回転を増速した上で発電機１１を回転させることができ、効率的な風力発電を行うことができる。
【００５５】
以下、隙間Ｓ１、Ｓ２の機能に着目しながら遊星歯車機構５２の作用をより詳細に説明する。
【００５６】
入力軸５８と一体化されたキャリヤ６２（キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂ）が回転すると、このキャリヤ６２の回転に伴って遊星ピン６４が遊星歯車機構５２の軸心周りで公転するため、遊星歯車６８が太陽歯車７２に外接、内歯歯車７０に内接した状態で回転する。
【００５７】
遊星ピン６４と遊星歯車６８との円周方向の相対回転は、基本的にころ軸受７６のころ７６Ｃを介して該ころ軸受７６の内輪７６Ａと外輪７６Ｂとが相対回転することによって実現される。すなわち、ころ軸受７６の外輪７６Ｂとリング状の部材８８の間、および、リング状の部材８８と遊星歯車６８との間には、殆ど相対回転は発生しない。
【００５８】
これは、もともと、ころ軸受７６のころ７６Ｃの転動抵抗が小さく、一方、隙間Ｓ１、Ｓ２は、その間隔が極めて狭く、仮に相対回転が発生しようとすると該隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤に剪断応力が発生することから、該相対回転に対する抵抗が非常に大きくなるためである。
【００５９】
ここで、荒れた天候のとき、とりわけ、風向きが頻繁に変わるような強い風が吹いているとき等にあっては、風車ブレード５の回転トルクが変動（あるいは急変）するため、遊星歯車６８に掛かるキャリヤ６２からの公転推進力も同様に変動する。それによって内歯歯車７０や太陽歯車７２から受ける噛合反力も変動するため、隙間Ｓ１、Ｓ２の部分に掛かる径方向の荷重が変動する。その結果、この径方向の荷重の変動により遊星歯車６８は、隙間Ｓ１、Ｓ２の円周方向のある部分の間隔を狭めながら（潤滑剤を押し分けながら）変位する。このとき、直径方向反対側では、隙間Ｓ１、Ｓ２の間隔はより広がろうとし、周囲の潤滑剤を引き込みながら変位する。このため、結局、遊星歯車６８の変位に対して隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤がダンパとして機能し、もし、隙間Ｓ１、Ｓ２がなかったならば、そのまま急峻に大きく立ち上がって直後に急峻に低下するような（各歯車６８、７０、７２間の）衝撃的なトルクの伝達が抑制される。
【００６０】
隙間Ｓ１、Ｓ２は、非常に狭く、潤滑剤が行き渡りにくい状況下にあるが、本実施形態では、遊星ピン６４、あるいは遊星歯車６８の回転によって径方向通路１１４内に存在する潤滑剤に遠心力が働くと、該径方向通路１１４内に存在する潤滑剤が径方向外側に移動して隙間Ｓ１、Ｓ２に至るとともに、それに伴って軸方向通路１１２内に増速機５０内の潤滑油が引き込まれてくる現象が生ずる。しかも、本実施形態においては、径方向通路１１４が、導油体１２０を介していかなる回転状態のときでも複数（この例では２個）並んだころ軸受７６の間から隙間Ｓ１、Ｓ２に連通・開口している。このため、ころ軸受７６の径方向外側にある隙間Ｓ１、Ｓ２に対して常時円滑に潤滑剤を供給することができる。
【００６１】
この結果、隙間Ｓ１、Ｓ２内は、常時潤滑剤で満たされた状態が維持されるため、上記ダンパ機能を良好に奏することができる。
【００６２】
また、仮に、それまで隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤の円周方向の剪断応力の範囲内で一体的に回転していた遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂの間に、該剪断応力を超える円周方向の負荷がかかると、当該遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に「滑り」が発生するため、この新たに発生した滑りによっても、衝撃の吸収効果が発揮されると考えられる。
【００６３】
更には、急峻なトルク変動の伝達が抑制されることによって、バックラッシが反転する頻度を低減することができ、仮に反転したとしても、反転時の歯面の衝撃をより低減することもできる。この効果は、風向きの安定しない地域に設置された風力発電設備の場合、現実的には小さくないと考えられる。
【００６４】
加えて、この実施形態に係る風力発電用の増速機５０の場合、遊星歯車６８が３個あり、動力伝達がなされる噛合点が計６個所存在するが、各遊星歯車６８のピッチ円や公転軌道（キャリヤ６２に対する遊星ピン６４の位置）は、製造誤差によって必ずばらついている。また、内歯歯車７０および太陽歯車７２の同軸性も必ずしも正確に確保されているわけではない。
【００６５】
このため、従来の（遊星歯車機構を備えた）風力発電用の増速機の場合は、ある「特定の噛合点」にのみ、伝達トルクの負荷が強く掛かり易いという傾向があった。言うまでもなく、伝達トルクの負荷を特定の噛合点でのみ強く受けると、当該特定の噛合点でのダメージはより増強されてしまうが、この影響は、急峻に立ち上がって急峻に低下するような衝撃的なトルクが掛かった場合に一層顕著となる。
【００６６】
この実施形態に係る増速機５０によれば、隙間Ｓ１、Ｓ２の存在により、３個の遊星歯車６８が、それぞれ内歯歯車７０および太陽歯車７２に対して径方向に微小変位できるため、リアルタイムで（瞬時に）その時点で最も安定的な噛合状態を自動的に、且つ、より容易に形成できるようになるという効果も得られる。この安定的な噛合状態を自動的に形成できる機能は、衝撃的なトルクが掛かったときだけでなく、風向きがそれほど急に変化しないときにも常に維持されるため、より低周波数領域の変動成分の吸収にも寄与すると考えられる。
【００６７】
結果として、隙間Ｓ１、Ｓ２と該隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤の存在により、特に、各要素に加わる負荷のピーク値を低減し、瞬間的な過大負荷や衝撃の発生を低減することができるようになる。この結果、風車ブレード５から入力されてくるトルクを、より安定的に伝達することが可能となり、増速機の寿命を大きく伸ばすことができる。
【００６８】
なお、この実施形態においては、リング状の部材８８を介在させることで、２ヶ所の隙間Ｓ１、Ｓ２を形成するようにしていたが、変動吸収を意図する周波数領域によっては、支持部材である遊星ピン６４ところ軸受７６（の内輪７６Ａ）との間にも、隙間Ｓ３（図１にて想像線にて図示）を形成するのは有効である。逆に、隙間Ｓ１〜Ｓ３のうちの、例えばいずれか１個のみとしてもよい。
【００６９】
また、リング状の部材８８の組み込みを省略するようにしてもよい。例えば、ころ軸受７６（の外輪７６Ｂ）と遊星歯車６８との間に直接（１個の）隙間を形成するようにしてもよい。
【００７０】
この構成例を図４に示す。
【００７１】
この実施形態でも、２個のころ軸受７６が軸方向に並べて配置されている。それぞれのころ軸受７６は内輪７６Ａ、外輪７６Ｂ、ころ（転動体）７６Ｃ、およびリテーナ７６Ｄを備える点も同じである。しかし、ころ軸受７６の内輪７６Ａは、スペーサ８２（８２Ａ〜８２Ｃ）を介してキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間で軸方向に位置決めされている。また、ころ軸受７６の外輪７６Ｂは、ころ７６Ｃ、中央のスペーサ８２Ｂ、およびリテーナ７６Ｄを介して内輪７６Ａに対して軸方向に位置決めされている。
【００７２】
遊星歯車６８は、単一径の中心孔６８Ｋを備えている。中心孔６８Ｋには溝６８Ｌが形成されており、この溝６８Ｌに止め輪７７が係合している。これにより、２つのころ軸受７６の外輪７６Ｂの軸方向外側の端部７６Ａ１、７６Ｂ１に対して遊星歯車６８が軸方向に位置決めされ、該遊星歯車６８の軸方向の動きが拘束されている。
【００７３】
この実施形態では、外輪７６Ｂと遊星歯車６８の中心孔６８Ｋとの間に、隙間Ｓ４、内輪７６Ａと遊星ピン６４との間に隙間Ｓ５がそれぞれ形成されている。この隙間Ｓ４、Ｓ５により、遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂ（あるいは外輪７６Ｂと径方向に一体化している支持部材である遊星ピン６４）とが、相対的に径方向に微小変位することが許容され、また、ころ軸受７６の内輪７６Ａと遊星ピン６４とが相対的に径方向に微小変位することが許容される。
【００７４】
この実施形態においても、潤滑剤が進入可能であって、隙間Ｓ５に開口する潤滑通路１１０として、支持部材である遊星ピン６４の軸心に沿って軸方向に形成された軸方向通路１１２と、該軸方向通路１１２から径方向に複数（この例では２本）形成され、隙間Ｓ５に開口する径方向通路１１４が設けられている。具体的な構成は、先の実施形態における軸方向通路１１２および径方向通路１１４の第１径方向通路１１４Ａの構成と同様である。
【００７５】
これにより、少なくとも潤滑通路１１０が直接開口している隙間Ｓ５に対し、十分な潤滑剤を供給することができる。なお、この例では隙間Ｓ４には、ころ軸受７６の間に存在する潤滑剤が供給される構成とされている。このように、本発明においては、必ずしも形成されている隙間の全てに対して潤滑通路が直接開口していることを要求するものではない。
【００７６】
この実施形態においても、基本的に先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この実施形態では、（負荷変動を吸収するべき領域の周波数成分の設定の自由度は若干小さくなるものの）リング状の部材が存在せず、また、潤滑通路の構成も簡易であるため、構造が簡単で、より低コスト化が可能である。
【００７７】
その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図４の中で先の実施形態と同一または機能的に類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００７８】
ところで、負荷変動を吸収するために隙間を設ける構成は、このほかにも、種々の構成を採用することができる。要は、軸受において軸受本来の相対回転する部位以外のいずれかの部位に、歯車、軸受、および支持部剤のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とするような隙間が形成されていればよい。
【００７９】
したがって、例えば図５に示されるような構成にて隙間を形成することもできる。
【００８０】
図５の隙間構成例においては、遊星歯車８３が、遊星歯車部８３Ａと、該遊星歯車部８３Ａを支持する遊星ピン部８３Ｃとで構成されている。この例から明らかなように、本発明における「歯車」は、軸受を介して支持部材に回転可能に支持される部材または部材群であって歯部を有する部材または部材群、と定義できる。そして、この（遊星ピン部８３Ｃを含む）遊星歯車８３が、両サイドに配置された支持部材たるキャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）によって該キャリヤ８４に対してころ軸受８６を介して回転可能に両持ち支持されている。遊星歯車８３は、ころ軸受８６を介してキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂと相対回転可能である。ころ軸受８６は内輪８６Ａおよび外輪８６Ｂおよびころ８６Ｃを備えている。
【００８１】
この実施形態においては、隙間Ｓ６が、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）ところ軸受８６の外輪８６Ｂとの間に形成されている。即ち、この実施形態では、（遊星ピン部８３Ｃを含む）遊星歯車８３が、本発明の「歯車」に相当し、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）が、該「歯車」を、ころ軸受８６を介して回転可能に支持する「支持部材」に相当していることになる。また、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）ところ軸受８６の内輪８６Ａとの間には、隙間Ｓ７が形成されている。更に、遊星歯車８３の遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃとの間に隙間Ｓ８が形成されている。
【００８２】
そして、潤滑剤が進入可能であって、隙間Ｓ７に開口する潤滑通路１４０として、遊星歯車８３の遊星ピン部８３Ｃの軸心に沿って軸方向に形成された軸方向通路１４２と、該軸方向通路１４２から径方向に形成され、隙間Ｓ７に開口する径方向通路１４４として、複数（この例ではそれぞれ２本）の径方向通路１４４Ａが設けられている。
【００８３】
軸方向通路１４２と径方向通路１４４（１４４Ａ）の具体的な構成は、先の実施形態における軸方向通路１１２および径方向通路１１４の第１径方向通路１１４Ａの構成と同様である。但し、この実施形態では、軸方向通路１４２が遊星ピン部８３Ｃの途中で止まっておらず、遊星ピン部８３Ｃを完全に貫通する貫通孔とされている。この結果、負荷側（図５の右側）の隙間Ｓ７に対しては、径方向通路１１４Ａのほかに、遊星ピン部８３Ｃと軸受収容部１４６の閉塞プレート１４７との間の空間１４４Ｂも、隙間Ｓ７に開口しており、該隙間Ｓ７の潤滑通路１４０の径方向通路１４４の一部として機能している。
【００８４】
さらに、隙間Ｓ８に対しては、隙間Ｓ７と共通の軸方向通路１４２と複数（この例では軸方向２箇所において周方向に２本、すなわち計４本の径方向通路１４４Ｃ、１４４Ｄが形成されている。
【００８５】
この実施形態に係る構成によっても、前述した実施形態と同様に、遊星ピン部８３Ｃが支持部材たるキャリヤ８４（８４Ａ、８４Ｂ）に対して径方向に微小変位でき、また、遊星ピン部８３Ｃに対して遊星歯車部８３Ａが微小変位でき、潤滑剤によるダンパ効果を得ることができる。
【００８６】
なお、この実施形態の隙間Ｓ６〜Ｓ８についても、必ずしも全て形成する必要はない。遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃは、一体に形成されていても、別体で構成されていてもよい。
【００８７】
なお、先の実施形態で示したリング状の部材の配置は、この図５に示した実施形態においても適用可能である。図５に示した実施形態においてリング状の部材を付設する場合には、一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂところ軸受８６の外輪８６Ｂとの間、あるいは遊星ピン部８３Ｃところ軸受８６の内輪８６Ａとの間のいずれかまたは双方に、当該リング状の部材を配置するとよい。
【００８８】
要するならば、本発明において、リング状の部材は、歯車と軸受の間、軸受と支持部材の間のいずれに配置してもよく、更には、いずれに複数配置しても１個のみ配置してもよく、また、配置しなくてもよい。リング状の部材を配置する場合に、隙間は、当該リング状の部材の外周側にのみ設けても、また内周側にのみ設けても、さらには外周側および内周側の双方に設けてもよい。
【００８９】
このように、本発明においては、隙間を具体的にどの位置にどの大きさで形成するかについては特に限定されない。要は、結果として、（リング状の部材の有無に関わらず）軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とするように形成されていればよい。
【００９０】
隙間の形成される位置や大きさ、あるいは位相が異なると、変動吸収可能な周波数領域が異なってくるため、風力発電設備の設置される地域の方の性質を考慮してより効果的な変動吸収を行うことができるようになる。
【００９１】
その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図５の中で先の実施形態と同一または機能的に類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、遊星歯車機構として、単純遊星歯車構造の遊星歯車機構が採用されていたが、本発明における遊星歯車機構は、単純遊星歯車構造の遊星歯車機構に限定されるものではない。例えば、図６にスケルトン図示するような遊星歯車機構が特開２００３−２７８８４９号公報に開示されている。
【００９３】
この遊星歯車機構９３は、太陽歯車がなく、遊星ピン部９４Ｃと一体化された同一歯数の遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂを２個有し、それぞれの遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂと噛合すると共に異なる歯数を有する２個の内歯歯車９５Ａ、９５Ｂを備えている。この遊星歯車機構９３を風力発電用の増速機（全体は図示略）に適用する場合、２種類ある内歯歯車９５Ａ、９５Ｂのうちの一方の内歯歯車９５Ａが入力軸９２と連結され、キャリヤ９７（必要ならば遊星歯車９４を挟んで一対としてもよい）が出力軸９６と連結される態様で使用することになる。
【００９４】
この遊星歯車機構９３は、構造は若干複雑であるが、その分、様々な態様で増速機を設計できるというメリットがある。このため、設置空間の制約が大きい風力発電用の増速機として、主に寸法的・形状的な面で有効に利用可能である。
【００９５】
例えば、この遊星歯車機構９３は、前述したように太陽歯車を有していないことから、中央部に大きな中空部（図示略）を形成するのが容易である。このため、入力軸９２の周り（或いは内側）に何らかの制御機器やセンサ、配管等を配設する必要が生じたとき等において該中空部を有効に利用できる。また、この遊星歯車機構９３は、約５倍から３０倍の増速を容易に設計できるため、必要ならば、後段の平行軸歯車機構（図示略）を、１段で済ますことも可能であり、この場合、重量や軸方向寸法の縮小が可能である。
【００９６】
このような構造の遊星歯車機構９３を有する風力発電用の増速機の場合、具体的には、２つの遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂと遊星ピン部９４Ｃが一体化された「遊星歯車９４」がその両側に存在する支持部材たるキャリヤ９７に図示せぬ軸受を介して両持ち支持される構造となる。このため、本発明を図５に示された構成と類似した構成により適用することができる。
【００９７】
また、この遊星歯車機構９３においては、２つの内歯歯車９５Ａ、９５Ｂのうちの一方の内歯歯車９５Ａが軸受９８を介してケーシング９９に回転自在に支持される構造であるため、設計によっては、この内歯歯車９５Ａと軸受９８と該内歯歯車９５Ａを支持しているケーシング９９の３者間で、本発明に係る液体の密封された隙間を形成することも可能である。
【００９８】
換言するならば、本発明に係る「歯車」は、遊星歯車に限定されるものではなく、遊星歯車機構の構成によっては内歯歯車、あるいは太陽歯車に対しても適用可能である。
【００９９】
このように、遊星歯車機構には、さまざまな構成が知られており、いずれの構成の遊星歯車機構を採用する場合においても、軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、当該特定の歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間を形成したものである限り、本発明の「隙間」の範疇に属する。
【０１００】
但し、好ましくは、「単純遊星歯車機構」の「遊星歯車」の支持部分に本発明を適用するのがよい。それは、構造が簡単で安価である上に、遊星歯車が公転成分と自転成分を有して内歯歯車と太陽歯車に挟まれた状態で回転する構造であるため、該遊星歯車が隙間の存在によって径方向に微小変位できることによる効果が、非常に顕著に顕れやすいからである。
【０１０１】
なお、遊星歯車の個数は、上記実施形態では３個であったが、２個でもよく、また、４個以上でもよく、特に限定されない。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、軸受として、いずれもころ軸受が採用されていたが、本発明においては、軸受の種類は必ずしもころ軸受に限定されない。発電容量、あるいは遊星歯車機構の構成によっては、例えば、玉軸受や滑り軸受が採用されてもよい。
【０１０３】
更には、上記実施形態においては、軸受はすべて内輪および外輪の双方を有していたが、本発明においては、隙間を形成しない側においては、内輪あるいは外輪が省略された軸受であってもよい。いずれの構造の軸受が採用される場合でも、軸受としての本来の（歯車と支持部材との間の）相対回転が行われる部位以外に、本発明に係る隙間が存在することになる。例えば、軸受として、滑り軸受が採用されている場合には、歯車と支持部材との間の通常運転時の相対回転はあくまで当該滑り軸受の部分で行われる。従って、この滑り軸受における相対回転が行われる部位以外に、本発明に係る隙間が別途存在することになる。換言するならば、「軸受における相対回転する部位」には、不可避的に隙間が存在するが、この軸受において相対回転する部位の隙間は、本発明の隙間には含まれない。「軸受における相対回転する部位の隙間」は、例えば内外輪を有する軸受であれば、内輪−転動体−外輪間の隙間であり、内外輪の一方がない場合には、内外輪のある方−転動体−転動体の転走面を構成する部材間の隙間、ということになる。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、いずれも、「歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間」を、増速機内の空間に対して解放し、潤滑通路の側から流入してきた潤滑剤が隙間に到達した後、増速機内の空間に還流できるように構成していた。しかしながら、本発明においては、隙間内の空間を減速機内の空間と連通させず、隙間あるいは隙間を含む微小空間が、該隙間への潤滑通路の開口以外の部分で密封されているように（すなわち、減速機内の空間と、隙間あるいは隙間を含む微小空間が区画されているように）構成するようにしてもよい。この場合、隙間内の潤滑剤は、基本的には潤滑通路内をエンドレスには流動せず、支持部材や歯車の回転によって遠心力が発生したときに、隙間内の潤滑剤に対してより圧力を掛けるような態様で作用することになる。このような構成とすることによっても、本発明の意図する作用効果を得ることができる。むしろ、定性的傾向として、支持部材や歯車の回転が速いとき程、（遠心力が大きくなることから）隙間内の潤滑剤の圧力を高めることができるようになるため、隙間が狭められるときにより強い（より確実な）反発力が発生するダンパ効果が得られるようになるという点で、より好ましい作用効果が得られる可能性がある。
【０１０５】
また、潤滑通路についても、上記実施形態では、支持部材の軸方向に設けられた軸方向通路と、該軸方向通路から径方向に形成され隙間に開口する径方向通路とで構成していたが、外注分割通路の形成態様も、特にこの例には限定されず、例えば、軸方向や径方向に対して傾斜していたり、曲線状に形成したものであってもよい。潤滑通路の形成数も特に限定されず、何本形成されていてもよい。
【０１０６】
さらに、径方向通路を連通する周方向の溝についても、上記実施形態では、導油体１２０の内周および外周に形成するようにしていたが、遊星ピンの外周やリング状の部材の内周に形成するようにしてもよい。要は、この「径方向通路を連通する周方向の溝」は、相対回転可能な２つの部材の少なくとも一方に形成されていればよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、増速機内に封入しただけの潤滑剤を隙間に供給するようにしていたが、ポンプによって強制的に移送された潤滑剤が潤滑通路を介して隙間に供給される構成を採用しても良いのは言うまでもない。この手法によれば、一層確実に潤滑剤を隙間内に供給することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…風力発電設備
３…ナセル
４…ロータヘッド
５…風車ブレード
１１…発電機
５０…増速機
５２…遊星歯車機構
５８…入力軸
６０…出力軸
６２…キャリヤ
６４…遊星ピン
６８…遊星歯車
７０…内歯歯車
７２…太陽歯車
７４…ケーシング
７６…ころ軸受
８８…リング状の部材
Ｓ１〜Ｓ８…隙間
１１０…潤滑通路
１１２…軸方向通路
１１４…径方向通路
１１４Ａ〜１１４Ｃ…第１〜第３径方向通路
１２０…導油体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用の増速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に、図７〜図９に示されるような風力発電用の増速機が開示されている。
【０００３】
図７および図８において、風力発電装置１は、基礎６上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、該ナセル３に対して回転自在に組付けられたロータヘッド４とを有している。ロータヘッド４は、複数枚（図示の例では３枚）の風車ブレード（風車翼）５が取り付けられている。ナセル３の内部において、ロータヘッド４には、増速機２０および発電機１１が接続されている。
【０００４】
風車ブレード５に風が当たると、ロータヘッド４が回転し、該ロータヘッド４の回転が増速機２０にて増速した状態で発電機１１に伝達される。これにより、ロータヘッド４の（トルクはあるが）速度が遅い回転を、１００倍程度の速さに増幅することができ、発電機１１から効率的に発電出力を得ることができる。なお、図８に示す符号１２はトランス、１３はコントローラ、１４はインバータ、１５はインバータクーラ、１６は潤滑油クーラである。
【０００５】
前記増速機２０は、図９に示すように、初段に遊星歯車機構２２を備えると共に、中段および後段に平行軸歯車機構２４、２６を備える。入力軸２８から入力されるロータヘッド４の主軸（図示略）の回転は、計３段の歯車機構２２、２４、２６によって増速され、出力軸３０から出力される。出力軸３０には、前述した発電機１１が連結される。
【０００６】
前記遊星歯車機構２２は、入力軸２８と一体化されたキャリヤ３２、該キャリヤ３２に固定された遊星ピン３４、該遊星ピン３４に回転自在に支持された遊星歯車３６、該遊星歯車３６が同時に噛合する内歯歯車３８および太陽歯車４０から主に構成されている。この例では、太陽歯車４０が遊星歯車機構２２の出力軸４２と一体化されると共に、内歯歯車３８がケーシング４４と一体化されている。
【０００７】
なお、前記遊星ピン３４と遊星歯車３６との間には、ころ軸受４６が介在され、風車ブレード５側から入力されてくる大トルクに対応できるように配慮されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４４５３３号公報（図６〜図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
風力発電設備は、その耐用期間が２０年前後となるように設計される。このため、増速機についても基本的に２０年前後の寿命が確保されることが要求される。
【００１０】
しかしながら、風力発電設備は、自然環境下に設置される設備であるため、ときに乱れた風や突風を受けたりすることがある。このような乱れた風や突風は、ときに想定外のトルクを発生し、増速機のトラブルの原因となることがある。増速機のトラブルは、一度発生するとその被害は深刻なものとなるため、信頼性の確保が重要視されている。
【００１１】
一般に、増速機の信頼性を確保するにあたって有効な対策は、要するならば、設計時に各要素の安全率（セーフティファクタ）を大きくとることである。しかし、各要素の安全率を大きくとると、当然に増速機全体が大型化して重量も大きくなり、製造コスト、建設コストの増大を招くという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、新たに見つけた中間課題（後述）を克服することによって、小型、軽量、低コストでありながら、信頼性が高く、寿命の長い風力発電用の増速機を提供することをその本来の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、遊星歯車機構を備えた風力発電用の増速機において、前記遊星歯車機構の一要素を構成する歯車と、該歯車を、軸受を介して回転可能に支持する支持部材と、を備え、前記軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、前記歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間を形成し、かつ潤滑剤が進入可能であって、該隙間に開口する潤滑通路を備える構成とすることにより、上記本来の課題を解決したものである。
【００１４】
本発明の前記中間課題およびその解決原理は、公知のものではないため、ここで、本発明が着目した当該中間課題とその解決原理について、詳細に説明する。
【００１５】
風力発電設備の風車ブレードには、「風速や風向が変化する風」が瞬間的に強く掛かることがある。例えば、強い突風が風車ブレードに掛かると、増速機の各要素には瞬間的に強い加速トルクが掛かる。しかしながら、増速機の先には高速で回転する発電機が負荷として連結されているため、増速機の各要素は、慣性によりこの加速トルクに瞬時に追随して回転速度を増大させることができない。結果として、加速トルクの立ち上りが急峻の場合は、各要素にこの急峻に立ち上がる加速トルクが、（恰も静止している各要素に対して掛かるように）瞬間的にそっくり掛かってしまうことになる。
【００１６】
また、例えば風向きが激しく変化するような悪天候の場合、「突然の逆風」等によって風車ブレードの逆側から風が掛かったりすることがある。すると、該風車ブレードの回転速度が瞬間的に大きく落ち込むという現象が発生する。この場合、増速機の各要素には、入力軸側から強い減速トルクが掛かる。しかし、（加速トルクが掛かるときと異なり）強い減速トルクが突然掛かるときは、たとえ風車ブレードの回転方向は逆にはならなくても、それまで各歯車の歯面間に形成されていたバックラッシの形成方向が反転してしまう現象が発生する。
【００１７】
これは、入力軸が「駆動力を付与する状態」から、「制動力を付与する状態」に変化するためである。バックラッシが反転するときは、各歯車の歯面同士が直接ぶつかるため、歯面（この場合通常駆動時と逆側の面）に強い衝撃が加わると考えられる。この状態から、当該「突然の逆風」が止んで再加速するときに歯面のバックラッシは再び反転する。このため、結局、天候が荒れていて風が巻いていると、このような状況が発生するごとに、歯面同士の衝突が繰り返され、各歯面には両側から頻繁に衝撃が掛かってしまうことになる。
【００１８】
本発明は、風力発電用の増速機のトラブルには、強風時に連続的に掛かる大きなトルクだけでなく、むしろ、このような「風速や風向の急変」に起因して、増速機の各要素に瞬間的に（ピーク的に）発生する強い負荷あるいは衝撃が大きく影響していると推察し、こうした強い瞬間的な負荷あるいは衝撃を緩和することを「中間課題」として捉え、この中間課題を克服することによって、上記本来の課題を解決するという発想で創案された。
【００１９】
本発明では、歯車と支持部材が軸受を介して相対回転する部位以外のいずれかの部位に、潤滑通路が開口し、潤滑剤が進入可能な「隙間」を形成するようにしている。この隙間は、歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士が、相対的に径方向に微小変位することを許容する。
【００２０】
今、「風速や風向の急変」等に起因して、入力軸回転速度が急変すると、増速機は、本来的に瞬時にその時点で最も安定的な噛合状態を自動的に形成しようとする。このとき本発明によれば、上記隙間の存在により、結果として歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士が、相対的に径方向に微小変位することができる。この結果、上記隙間の形成態様が変化して隙間内の潤滑剤に圧力変動が発生し、これがいわゆる「ダンパ効果」を発揮する。このダンパ効果により、（もし隙間がなかったならばそのまま急峻に立ち上がってしまう）負荷や衝撃の立ち上がりを鈍らせることができる。
【００２１】
なお、本発明においては、「隙間」に対し、潤滑剤の流入可能な潤滑通路が開口しているが、必ずしもポンプ等によって積極的に潤滑剤を隙間に供給する構成とされている必要はなく、例えば軸や歯車の回転による遠心力等を利用して隙間に潤滑剤を供給するものであってもよい。
【００２２】
本発明に係る風力発電用の増速機は、強風が吹きやすい地域や、風向きの安定しない地域、すなわち風の乱れが大きい地域に設置される風力発電設備に組み込まれる場合に、特に有効に機能する。但し、設置場所は、特に上記地域に限定されない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、小型、軽量、低コストでありながら、信頼性が高く、寿命の長い風力発電用の増速機を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す風力発電用の増速機の主要部を示す断面図
【図２】図１の増速機の全体構成を示す断面図
【図３】図２の導油体の構成を模式的に示した断面図
【図４】本発明の他の実施形態に係る風力発電用の増速機の主要部を示す断面図
【図５】本発明の更に他の実施形態に係る風力発電用の増速機の主要部を示す断面図
【図６】本発明の更に他の実施形態に係る風力発電用の増速機の遊星歯車機構の概略構成を示すスケルトン図
【図７】従来（および本発明）の風力発電設備の全体構成の一例を示す正面図
【図８】図７の風力発電設備のナセルの内部構成を示す斜視図
【図９】図７の風力発電設備のナセル内に設置された従来の風力発電用の増速機の一例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る増速機が組み込まれる風力発電設備の概略構成については、既に図７、図８を用いて説明したものと同様であるため、重複説明は省略し、以降、増速機自体の構成について詳細にする。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す風力発電用の増速機５０の主要部を示す断面図、図２は、その全体断面図である。
【００２８】
先ず、図２を参照して、この風力発電用の増速機５０は、初段に遊星歯車機構５２を備えると共に、中段および後段に第１、第２平行軸歯車機構５４、５６を備える。入力軸５８から入力される主軸（図示略）の回転は、計３段の歯車機構５２、５４、５６によって増速され、出力軸６０から出力される。出力軸６０には、発電機（従来の発電機１１と同様：図８参照）が連結され、所定の発電がなされる。
【００２９】
前記遊星歯車機構５２は、入力軸５８と一体化されたキャリヤ６２、該キャリヤ６２に両持ち支持された遊星ピン６４、該遊星ピン６４に回転自在に支持された３個（図２では１個のみ図示）の遊星歯車６８、該遊星歯車６８が同時に内接噛合する内歯歯車７０、および遊星歯車６８が同時に外接噛合する太陽歯車７２から主に構成されている。この実施形態では、太陽歯車７２は遊星歯車機構５２の出力軸８０に直接形成されており、内歯歯車７０はケーシング７４と一体化（固定）されている。
【００３０】
前記キャリヤ６２は、円板状の一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂが連結部６２Ｃを介して連結・対峙している構成とされ、この一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間に前記遊星歯車６８、内歯歯車７０、太陽歯車７２が組み込まれている。キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂは、軸受７５、７８によって増速機５０のケーシング７４に（入力軸５８ごと）回転自在に支持されている。
【００３１】
前記遊星ピン６４は、この一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂに圧入され、両持ち支持されている。前記遊星歯車６８は、該遊星ピン６４によってころ軸受７６を介して回転可能に支持されている。即ち、この実施形態では、遊星歯車６８が請求項１の「歯車」に相当しており、ころ軸受７６が「軸受」に、遊星ピン６４が「支持部材」にそれぞれ相当している。
【００３２】
ここで、図１を合わせて参照して、本実施形態における増速機５０の遊星歯車６８の付近の構成をより詳細に説明する。
【００３３】
前述したように、遊星歯車６８は、ころ軸受７６を介して回転可能に（支持部材である）遊星ピン６４に支持されている。この実施形態では２個のころ軸受７６が軸方向に並べて配置されている。それぞれのころ軸受７６は内輪７６Ａ、外輪７６Ｂ、ころ（転動体）７６Ｃ、およびリテーナ７６Ｄを備えている。
【００３４】
ころ軸受７６の内輪７６Ａは、キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間にスペーサ８１Ａ、８１Ｂ、および後述する導油体１２０に挟まれることで軸方向に位置決めされている。また、ころ軸受７６の外輪７６Ｂは、ころ７６Ｃ、導油体１２０、およびリテーナ７６Ｄを介して内輪７６Ａに対し軸方向に位置決めされている。
【００３５】
しかしながら、遊星歯車６８は、径方向の微小な動きに対しては特に拘束されていない。
【００３６】
この実施形態では、遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に、リング状の部材８８を介在させている。このリング状の部材８８の内周側には、小さな間隔の隙間Ｓ１が形成されており、外周側には、より大きな隙間Ｓ２が形成されている。
【００３７】
具体的には、リング状の部材８８の軸方向一端側には、溝８８Ｓが形成されていて、止め輪７１が係止されており、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの端部７６Ｂ１と当接している。また、リング状の部材８８の他端側には、突起８８Ｐが形成されていて、止め輪８５が係止されており、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの端部７６Ｂ２と当接している。これにより、リング状の部材８８は、ころ軸受７６の外輪７６Ｂに対して軸方向の移動が拘束されている。
【００３８】
なお、前記止め輪８５は、遊星歯車６８の溝６８Ｓにも係合している。リング状の部材８８は、一端側が遊星歯車６８の段部６８Ａに当接するとともに、他端側がこの止め輪８５に当接することによって遊星歯車６８の軸方向の動きを拘束している。
【００３９】
前述したように、リング状の部材８８と外輪７６Ｂとの間には隙間Ｓ１、リング状の部材８８と遊星歯車６８の内周との間には隙間Ｓ２がそれぞれ形成されている。このため、このリング状の部材８８は、径方向の動きにおいては完全拘束されていない。
【００４０】
この実施形態では、大きな方の隙間Ｓ２が、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの外径ｄ１に対して０．３％（３／１０００）程度の（径方向の）大きさとなるように設定してあり、結果として、隙間Ｓ１、Ｓ２により遊星歯車６８がころ軸受７６、ひいては（支持部材である）遊星ピン６４に対して微少変位できる構成とされている。
【００４１】
なお、この（大きい方の）隙間Ｓ２の大きさは、ころ軸受７６の外輪７６Ｂの外径ｄ１（すなわち隙間の内径）の３／１０００に限定されるものではない。隙間の形成位置、形成個数、あるいは大きさ（間隔）を変更すると、微小変位できる部材の慣性質量や変位の態様が異なってくるため、変動（負荷変動）を良好に吸収できる領域の周波数成分を調整することができる（この観点で、例えば、隙間Ｓ１、Ｓ２のうちの一方はなくてもよい）。風力発電設備を設置する地域において実際に吹く風の性質を考慮して設定すべきである。
【００４２】
遊星歯車６８がころ軸受７６に対して径方向に微小変位可能というのは、結果として、遊星歯車６８が、内歯歯車７０および太陽歯車７２に対して、通常のバックラッシによる円周方向の微小変位のほかに、この隙間Ｓ１、Ｓ２の分、更に径方向に微小変位できることを意味する。
【００４３】
ここで、この実施形態では、潤滑剤が進入可能であって、隙間Ｓ１、Ｓ２に開口する潤滑通路１１０を備えている。具体的には、この潤滑通路１１０は、支持部材である遊星ピン６４の軸心に沿って軸方向に形成された軸方向通路１１２と、該軸方向通路１１２から径方向に形成され、隙間Ｓ１、Ｓ２に開口する径方向通路１１４と、を備える。
【００４４】
軸方向通路１１２は、遊星ピン６４の端面に、その一端側の開口部１１２Ａを有しており、該開口部１１２Ａを介して増速機５０内の潤滑油が遊星ピン６４内に流入可能である。軸方向通路１１２の他端側は、遊星ピン６４の軸方向中央を僅かに超えた付近で止まっている（遊星ピン６４を貫通してはいない）。
【００４５】
径方向通路１１４は、第１〜第３径方向通路１１４Ａ〜１１４Ｃを備えている。
【００４６】
第１径方向通路１１４Ａは、遊星ピン６４内に形成され、一端に径方向通路１１４と連通する開口部１１４Ａ１を有し、他端に該遊星ピン６４の外周に開口する開口部１１４Ａ２を有している。
【００４７】
第２径方向通路１１４Ｂは、遊星ピン６４と、リング状の部材８８との間に配置された導油体１２０内に形成され、一端に第１径方向通路１１４Ａに連通する開口部１１４Ｂ１を有し、他端に２個並んだころ軸受７６の間から前記隙間Ｓ１に開口する開口部１１４Ｂ２を有している。
【００４８】
第３径方向通路１１４Ｃは、リング状の部材８８を径方向に貫通して形成され、一端に隙間Ｓ１に連通する開口部１１４Ｃ１を有し、他端に隙間Ｓ２に開口する開口部１１４Ｃ２を有している。
【００４９】
前記導油体１２０は、第１〜第３径方向通路１１４Ａ〜１１４Ｃを円滑に連通されるために設けられたもので、図３にその断面を（各部位の寸法を無視して模式的に）示すように、全体が遊星ピン６４の外周を取り囲むリング形状とされ、２個のころ軸受７６の間に配置されている。遊星ピン６４と導油体１２０は、互いに相対回転するため、導油体１２０には、該第２径方向通路１１４Ｂの一端側の開口部１１４Ｂ１が、遊星ピン６４内の第１径方向通路１１４Ａがいかなる位置にあるときでも該第１径方向通路１１４Ａと連通できるように、その内周の全周に亘って内周溝１２０Ａが形成されている。また、導油体１２０とリング状の部材８８も互いに相対回転するため、導油体１２０には、該第２径方向通路１１４Ｂの他端側の開口部１１４Ｂ２が、いかなる位置にあるときにも、第３径方向通路１１４Ｃと連通できるように、その外周の全周に亘って外周溝１２０Ｂが形成されている。
【００５０】
導油体１２０には、内周溝１２０Ａ、あるいは外周溝１２０Ｂ内に流入してきた潤滑剤が、軸方向両側のころ軸受７６側に漏出しないように、該導油体１２０と遊星ピン６４の間にシール部材１２５、１２６、および導油体１２０とリング状の部材８８との間にシール部材１２２、１２４が配置されている（図１参照）。但し、この部分は摺動する部分であり、また、機能的には、完全なシールが要求されるわけでもないため、シール圧力はそれほど強くなくてもよい。
【００５１】
以上の構成の結果、軸方向通路１１２が、遊星ピン６４を貫通していないこと、シールされた導油体１２０が設けられていることと相まって、遊星ピン６４の回転による遠心力によって軸方向通路１１２内に引き込まれてきた潤滑剤は、その全量が隙間Ｓ１およびＳ２に供給されることになる。
【００５２】
次に、この実施形態に係る風力発電用の増速機５０の作用を説明する。
【００５３】
風車ブレード５の回転は、ロータヘッド４の主軸を介して増速機５０の入力軸５８に伝達される。入力軸５８の回転はキャリヤ６２（一対のキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂ）を介して遊星歯車６８の公転として遊星歯車機構５２に入力され、遊星歯車６８、内歯歯車７０、太陽歯車７２の３者の相対回転により、増速された回転が太陽歯車７２から遊星歯車機構５２の出力軸８０へと出力される。
【００５４】
遊星歯車機構５２の出力軸８０の回転は、カップリング７９を介して第１平行軸歯車機構５４によって増幅され、第２平行軸歯車機構５６によってさらに増幅された後、最終的に当該増速機５０の出力軸６０から取り出される。増速機５０の出力軸６０は、発電機１１に連結されているため、結局、風車ブレード５の回転を増速した上で発電機１１を回転させることができ、効率的な風力発電を行うことができる。
【００５５】
以下、隙間Ｓ１、Ｓ２の機能に着目しながら遊星歯車機構５２の作用をより詳細に説明する。
【００５６】
入力軸５８と一体化されたキャリヤ６２（キャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂ）が回転すると、このキャリヤ６２の回転に伴って遊星ピン６４が遊星歯車機構５２の軸心周りで公転するため、遊星歯車６８が太陽歯車７２に外接、内歯歯車７０に内接した状態で回転する。
【００５７】
遊星ピン６４と遊星歯車６８との円周方向の相対回転は、基本的にころ軸受７６のころ７６Ｃを介して該ころ軸受７６の内輪７６Ａと外輪７６Ｂとが相対回転することによって実現される。すなわち、ころ軸受７６の外輪７６Ｂとリング状の部材８８の間、および、リング状の部材８８と遊星歯車６８との間には、殆ど相対回転は発生しない。
【００５８】
これは、もともと、ころ軸受７６のころ７６Ｃの転動抵抗が小さく、一方、隙間Ｓ１、Ｓ２は、その間隔が極めて狭く、仮に相対回転が発生しようとすると該隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤に剪断応力が発生することから、該相対回転に対する抵抗が非常に大きくなるためである。
【００５９】
ここで、荒れた天候のとき、とりわけ、風向きが頻繁に変わるような強い風が吹いているとき等にあっては、風車ブレード５の回転トルクが変動（あるいは急変）するため、遊星歯車６８に掛かるキャリヤ６２からの公転推進力も同様に変動する。それによって内歯歯車７０や太陽歯車７２から受ける噛合反力も変動するため、隙間Ｓ１、Ｓ２の部分に掛かる径方向の荷重が変動する。その結果、この径方向の荷重の変動により遊星歯車６８は、隙間Ｓ１、Ｓ２の円周方向のある部分の間隔を狭めながら（潤滑剤を押し分けながら）変位する。このとき、直径方向反対側では、隙間Ｓ１、Ｓ２の間隔はより広がろうとし、周囲の潤滑剤を引き込みながら変位する。このため、結局、遊星歯車６８の変位に対して隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤がダンパとして機能し、もし、隙間Ｓ１、Ｓ２がなかったならば、そのまま急峻に大きく立ち上がって直後に急峻に低下するような（各歯車６８、７０、７２間の）衝撃的なトルクの伝達が抑制される。
【００６０】
隙間Ｓ１、Ｓ２は、非常に狭く、潤滑剤が行き渡りにくい状況下にあるが、本実施形態では、遊星ピン６４、あるいは遊星歯車６８の回転によって径方向通路１１４内に存在する潤滑剤に遠心力が働くと、該径方向通路１１４内に存在する潤滑剤が径方向外側に移動して隙間Ｓ１、Ｓ２に至るとともに、それに伴って軸方向通路１１２内に増速機５０内の潤滑油が引き込まれてくる現象が生ずる。しかも、本実施形態においては、径方向通路１１４が、導油体１２０を介していかなる回転状態のときでも複数（この例では２個）並んだころ軸受７６の間から隙間Ｓ１、Ｓ２に連通・開口している。このため、ころ軸受７６の径方向外側にある隙間Ｓ１、Ｓ２に対して常時円滑に潤滑剤を供給することができる。
【００６１】
この結果、隙間Ｓ１、Ｓ２内は、常時潤滑剤で満たされた状態が維持されるため、上記ダンパ機能を良好に奏することができる。
【００６２】
また、仮に、それまで隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤の円周方向の剪断応力の範囲内で一体的に回転していた遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂの間に、該剪断応力を超える円周方向の負荷がかかると、当該遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂとの間に「滑り」が発生するため、この新たに発生した滑りによっても、衝撃の吸収効果が発揮されると考えられる。
【００６３】
更には、急峻なトルク変動の伝達が抑制されることによって、バックラッシが反転する頻度を低減することができ、仮に反転したとしても、反転時の歯面の衝撃をより低減することもできる。この効果は、風向きの安定しない地域に設置された風力発電設備の場合、現実的には小さくないと考えられる。
【００６４】
加えて、この実施形態に係る風力発電用の増速機５０の場合、遊星歯車６８が３個あり、動力伝達がなされる噛合点が計６個所存在するが、各遊星歯車６８のピッチ円や公転軌道（キャリヤ６２に対する遊星ピン６４の位置）は、製造誤差によって必ずばらついている。また、内歯歯車７０および太陽歯車７２の同軸性も必ずしも正確に確保されているわけではない。
【００６５】
このため、従来の（遊星歯車機構を備えた）風力発電用の増速機の場合は、ある「特定の噛合点」にのみ、伝達トルクの負荷が強く掛かり易いという傾向があった。言うまでもなく、伝達トルクの負荷を特定の噛合点でのみ強く受けると、当該特定の噛合点でのダメージはより増強されてしまうが、この影響は、急峻に立ち上がって急峻に低下するような衝撃的なトルクが掛かった場合に一層顕著となる。
【００６６】
この実施形態に係る増速機５０によれば、隙間Ｓ１、Ｓ２の存在により、３個の遊星歯車６８が、それぞれ内歯歯車７０および太陽歯車７２に対して径方向に微小変位できるため、リアルタイムで（瞬時に）その時点で最も安定的な噛合状態を自動的に、且つ、より容易に形成できるようになるという効果も得られる。この安定的な噛合状態を自動的に形成できる機能は、衝撃的なトルクが掛かったときだけでなく、風向きがそれほど急に変化しないときにも常に維持されるため、より低周波数領域の変動成分の吸収にも寄与すると考えられる。
【００６７】
結果として、隙間Ｓ１、Ｓ２と該隙間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑剤の存在により、特に、各要素に加わる負荷のピーク値を低減し、瞬間的な過大負荷や衝撃の発生を低減することができるようになる。この結果、風車ブレード５から入力されてくるトルクを、より安定的に伝達することが可能となり、増速機の寿命を大きく伸ばすことができる。
【００６８】
なお、この実施形態においては、リング状の部材８８を介在させることで、２ヶ所の隙間Ｓ１、Ｓ２を形成するようにしていたが、変動吸収を意図する周波数領域によっては、支持部材である遊星ピン６４ところ軸受７６（の内輪７６Ａ）との間にも、隙間Ｓ３（図１にて想像線にて図示）を形成するのは有効である。逆に、隙間Ｓ１〜Ｓ３のうちの、例えばいずれか１個のみとしてもよい。
【００６９】
また、リング状の部材８８の組み込みを省略するようにしてもよい。例えば、ころ軸受７６（の外輪７６Ｂ）と遊星歯車６８との間に直接（１個の）隙間を形成するようにしてもよい。
【００７０】
この構成例を図４に示す。
【００７１】
この実施形態でも、２個のころ軸受７６が軸方向に並べて配置されている。それぞれのころ軸受７６は内輪７６Ａ、外輪７６Ｂ、ころ（転動体）７６Ｃ、およびリテーナ７６Ｄを備える点も同じである。しかし、ころ軸受７６の内輪７６Ａは、スペーサ８２（８２Ａ〜８２Ｃ）を介してキャリヤフランジ６２Ａ、６２Ｂの間で軸方向に位置決めされている。また、ころ軸受７６の外輪７６Ｂは、ころ７６Ｃ、中央のスペーサ８２Ｂ、およびリテーナ７６Ｄを介して内輪７６Ａに対して軸方向に位置決めされている。
【００７２】
遊星歯車６８は、単一径の中心孔６８Ｋを備えている。中心孔６８Ｋには溝６８Ｌが形成されており、この溝６８Ｌに止め輪７７が係合している。これにより、２つのころ軸受７６の外輪７６Ｂの軸方向外側の端部７６Ａ１、７６Ｂ１に対して遊星歯車６８が軸方向に位置決めされ、該遊星歯車６８の軸方向の動きが拘束されている。
【００７３】
この実施形態では、外輪７６Ｂと遊星歯車６８の中心孔６８Ｋとの間に、隙間Ｓ４、内輪７６Ａと遊星ピン６４との間に隙間Ｓ５がそれぞれ形成されている。この隙間Ｓ４、Ｓ５により、遊星歯車６８ところ軸受７６の外輪７６Ｂ（あるいは外輪７６Ｂと径方向に一体化している支持部材である遊星ピン６４）とが、相対的に径方向に微小変位することが許容され、また、ころ軸受７６の内輪７６Ａと遊星ピン６４とが相対的に径方向に微小変位することが許容される。
【００７４】
この実施形態においても、潤滑剤が進入可能であって、隙間Ｓ５に開口する潤滑通路１１０として、支持部材である遊星ピン６４の軸心に沿って軸方向に形成された軸方向通路１１２と、該軸方向通路１１２から径方向に複数（この例では２本）形成され、隙間Ｓ５に開口する径方向通路１１４が設けられている。具体的な構成は、先の実施形態における軸方向通路１１２および径方向通路１１４の第１径方向通路１１４Ａの構成と同様である。
【００７５】
これにより、少なくとも潤滑通路１１０が直接開口している隙間Ｓ５に対し、十分な潤滑剤を供給することができる。なお、この例では隙間Ｓ４には、ころ軸受７６の間に存在する潤滑剤が供給される構成とされている。このように、本発明においては、必ずしも形成されている隙間の全てに対して潤滑通路が直接開口していることを要求するものではない。
【００７６】
この実施形態においても、基本的に先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この実施形態では、（負荷変動を吸収するべき領域の周波数成分の設定の自由度は若干小さくなるものの）リング状の部材が存在せず、また、潤滑通路の構成も簡易であるため、構造が簡単で、より低コスト化が可能である。
【００７７】
その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図４の中で先の実施形態と同一または機能的に類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００７８】
ところで、負荷変動を吸収するために隙間を設ける構成は、このほかにも、種々の構成を採用することができる。要は、軸受において軸受本来の相対回転する部位以外のいずれかの部位に、歯車、軸受、および支持部剤のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とするような隙間が形成されていればよい。
【００７９】
したがって、例えば図５に示されるような構成にて隙間を形成することもできる。
【００８０】
図５の隙間構成例においては、遊星歯車８３が、遊星歯車部８３Ａと、該遊星歯車部８３Ａを支持する遊星ピン部８３Ｃとで構成されている。この例から明らかなように、本発明における「歯車」は、軸受を介して支持部材に回転可能に支持される部材または部材群であって歯部を有する部材または部材群、と定義できる。そして、この（遊星ピン部８３Ｃを含む）遊星歯車８３が、両サイドに配置された支持部材たるキャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）によって該キャリヤ８４に対してころ軸受８６を介して回転可能に両持ち支持されている。遊星歯車８３は、ころ軸受８６を介してキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂと相対回転可能である。ころ軸受８６は内輪８６Ａおよび外輪８６Ｂおよびころ８６Ｃを備えている。
【００８１】
この実施形態においては、隙間Ｓ６が、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）ところ軸受８６の外輪８６Ｂとの間に形成されている。即ち、この実施形態では、（遊星ピン部８３Ｃを含む）遊星歯車８３が、本発明の「歯車」に相当し、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）が、該「歯車」を、ころ軸受８６を介して回転可能に支持する「支持部材」に相当していることになる。また、キャリヤ８４（一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂ）ところ軸受８６の内輪８６Ａとの間には、隙間Ｓ７が形成されている。更に、遊星歯車８３の遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃとの間に隙間Ｓ８が形成されている。
【００８２】
そして、潤滑剤が進入可能であって、隙間Ｓ７に開口する潤滑通路１４０として、遊星歯車８３の遊星ピン部８３Ｃの軸心に沿って軸方向に形成された軸方向通路１４２と、該軸方向通路１４２から径方向に形成され、隙間Ｓ７に開口する径方向通路１４４として、複数（この例ではそれぞれ２本）の径方向通路１４４Ａが設けられている。
【００８３】
軸方向通路１４２と径方向通路１４４（１４４Ａ）の具体的な構成は、先の実施形態における軸方向通路１１２および径方向通路１１４の第１径方向通路１１４Ａの構成と同様である。但し、この実施形態では、軸方向通路１４２が遊星ピン部８３Ｃの途中で止まっておらず、遊星ピン部８３Ｃを完全に貫通する貫通孔とされている。この結果、負荷側（図５の右側）の隙間Ｓ７に対しては、径方向通路１１４Ａのほかに、遊星ピン部８３Ｃと軸受収容部１４６の閉塞プレート１４７との間の空間１４４Ｂも、隙間Ｓ７に開口しており、該隙間Ｓ７の潤滑通路１４０の径方向通路１４４の一部として機能している。
【００８４】
さらに、隙間Ｓ８に対しては、隙間Ｓ７と共通の軸方向通路１４２と複数（この例では軸方向２箇所において周方向に２本、すなわち計４本の径方向通路１４４Ｃ、１４４Ｄが形成されている。
【００８５】
この実施形態に係る構成によっても、前述した実施形態と同様に、遊星ピン部８３Ｃが支持部材たるキャリヤ８４（８４Ａ、８４Ｂ）に対して径方向に微小変位でき、また、遊星ピン部８３Ｃに対して遊星歯車部８３Ａが微小変位でき、潤滑剤によるダンパ効果を得ることができる。
【００８６】
なお、この実施形態の隙間Ｓ６〜Ｓ８についても、必ずしも全て形成する必要はない。遊星歯車部８３Ａと遊星ピン部８３Ｃは、一体に形成されていても、別体で構成されていてもよい。
【００８７】
なお、先の実施形態で示したリング状の部材の配置は、この図５に示した実施形態においても適用可能である。図５に示した実施形態においてリング状の部材を付設する場合には、一対のキャリヤフランジ８４Ａ、８４Ｂところ軸受８６の外輪８６Ｂとの間、あるいは遊星ピン部８３Ｃところ軸受８６の内輪８６Ａとの間のいずれかまたは双方に、当該リング状の部材を配置するとよい。
【００８８】
要するならば、本発明において、リング状の部材は、歯車と軸受の間、軸受と支持部材の間のいずれに配置してもよく、更には、いずれに複数配置しても１個のみ配置してもよく、また、配置しなくてもよい。リング状の部材を配置する場合に、隙間は、当該リング状の部材の外周側にのみ設けても、また内周側にのみ設けても、さらには外周側および内周側の双方に設けてもよい。
【００８９】
このように、本発明においては、隙間を具体的にどの位置にどの大きさで形成するかについては特に限定されない。要は、結果として、（リング状の部材の有無に関わらず）軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とするように形成されていればよい。
【００９０】
隙間の形成される位置や大きさ、あるいは位相が異なると、変動吸収可能な周波数領域が異なってくるため、風力発電設備の設置される地域の方の性質を考慮してより効果的な変動吸収を行うことができるようになる。
【００９１】
その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図５の中で先の実施形態と同一または機能的に類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、遊星歯車機構として、単純遊星歯車構造の遊星歯車機構が採用されていたが、本発明における遊星歯車機構は、単純遊星歯車構造の遊星歯車機構に限定されるものではない。例えば、図６にスケルトン図示するような遊星歯車機構が特開２００３−２７８８４９号公報に開示されている。
【００９３】
この遊星歯車機構９３は、太陽歯車がなく、遊星ピン部９４Ｃと一体化された同一歯数の遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂを２個有し、それぞれの遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂと噛合すると共に異なる歯数を有する２個の内歯歯車９５Ａ、９５Ｂを備えている。この遊星歯車機構９３を風力発電用の増速機（全体は図示略）に適用する場合、２種類ある内歯歯車９５Ａ、９５Ｂのうちの一方の内歯歯車９５Ａが入力軸９２と連結され、キャリヤ９７（必要ならば遊星歯車９４を挟んで一対としてもよい）が出力軸９６と連結される態様で使用することになる。
【００９４】
この遊星歯車機構９３は、構造は若干複雑であるが、その分、様々な態様で増速機を設計できるというメリットがある。このため、設置空間の制約が大きい風力発電用の増速機として、主に寸法的・形状的な面で有効に利用可能である。
【００９５】
例えば、この遊星歯車機構９３は、前述したように太陽歯車を有していないことから、中央部に大きな中空部（図示略）を形成するのが容易である。このため、入力軸９２の周り（或いは内側）に何らかの制御機器やセンサ、配管等を配設する必要が生じたとき等において該中空部を有効に利用できる。また、この遊星歯車機構９３は、約５倍から３０倍の増速を容易に設計できるため、必要ならば、後段の平行軸歯車機構（図示略）を、１段で済ますことも可能であり、この場合、重量や軸方向寸法の縮小が可能である。
【００９６】
このような構造の遊星歯車機構９３を有する風力発電用の増速機の場合、具体的には、２つの遊星歯車部９４Ａ、９４Ｂと遊星ピン部９４Ｃが一体化された「遊星歯車９４」がその両側に存在する支持部材たるキャリヤ９７に図示せぬ軸受を介して両持ち支持される構造となる。このため、本発明を図５に示された構成と類似した構成により適用することができる。
【００９７】
また、この遊星歯車機構９３においては、２つの内歯歯車９５Ａ、９５Ｂのうちの一方の内歯歯車９５Ａが軸受９８を介してケーシング９９に回転自在に支持される構造であるため、設計によっては、この内歯歯車９５Ａと軸受９８と該内歯歯車９５Ａを支持しているケーシング９９の３者間で、本発明に係る液体の密封された隙間を形成することも可能である。
【００９８】
換言するならば、本発明に係る「歯車」は、遊星歯車に限定されるものではなく、遊星歯車機構の構成によっては内歯歯車、あるいは太陽歯車に対しても適用可能である。
【００９９】
このように、遊星歯車機構には、さまざまな構成が知られており、いずれの構成の遊星歯車機構を採用する場合においても、軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、当該特定の歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間を形成したものである限り、本発明の「隙間」の範疇に属する。
【０１００】
但し、好ましくは、「単純遊星歯車機構」の「遊星歯車」の支持部分に本発明を適用するのがよい。それは、構造が簡単で安価である上に、遊星歯車が公転成分と自転成分を有して内歯歯車と太陽歯車に挟まれた状態で回転する構造であるため、該遊星歯車が隙間の存在によって径方向に微小変位できることによる効果が、非常に顕著に顕れやすいからである。
【０１０１】
なお、遊星歯車の個数は、上記実施形態では３個であったが、２個でもよく、また、４個以上でもよく、特に限定されない。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、軸受として、いずれもころ軸受が採用されていたが、本発明においては、軸受の種類は必ずしもころ軸受に限定されない。発電容量、あるいは遊星歯車機構の構成によっては、例えば、玉軸受や滑り軸受が採用されてもよい。
【０１０３】
更には、上記実施形態においては、軸受はすべて内輪および外輪の双方を有していたが、本発明においては、隙間を形成しない側においては、内輪あるいは外輪が省略された軸受であってもよい。いずれの構造の軸受が採用される場合でも、軸受としての本来の（歯車と支持部材との間の）相対回転が行われる部位以外に、本発明に係る隙間が存在することになる。例えば、軸受として、滑り軸受が採用されている場合には、歯車と支持部材との間の通常運転時の相対回転はあくまで当該滑り軸受の部分で行われる。従って、この滑り軸受における相対回転が行われる部位以外に、本発明に係る隙間が別途存在することになる。換言するならば、「軸受における相対回転する部位」には、不可避的に隙間が存在するが、この軸受において相対回転する部位の隙間は、本発明の隙間には含まれない。「軸受における相対回転する部位の隙間」は、例えば内外輪を有する軸受であれば、内輪−転動体−外輪間の隙間であり、内外輪の一方がない場合には、内外輪のある方−転動体−転動体の転走面を構成する部材間の隙間、ということになる。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、いずれも、「歯車、軸受、および支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間」を、増速機内の空間に対して解放し、潤滑通路の側から流入してきた潤滑剤が隙間に到達した後、増速機内の空間に還流できるように構成していた。しかしながら、本発明においては、隙間内の空間を減速機内の空間と連通させず、隙間あるいは隙間を含む微小空間が、該隙間への潤滑通路の開口以外の部分で密封されているように（すなわち、減速機内の空間と、隙間あるいは隙間を含む微小空間が区画されているように）構成するようにしてもよい。この場合、隙間内の潤滑剤は、基本的には潤滑通路内をエンドレスには流動せず、支持部材や歯車の回転によって遠心力が発生したときに、隙間内の潤滑剤に対してより圧力を掛けるような態様で作用することになる。このような構成とすることによっても、本発明の意図する作用効果を得ることができる。むしろ、定性的傾向として、支持部材や歯車の回転が速いとき程、（遠心力が大きくなることから）隙間内の潤滑剤の圧力を高めることができるようになるため、隙間が狭められるときにより強い（より確実な）反発力が発生するダンパ効果が得られるようになるという点で、より好ましい作用効果が得られる可能性がある。
【０１０５】
また、潤滑通路についても、上記実施形態では、支持部材の軸方向に設けられた軸方向通路と、該軸方向通路から径方向に形成され隙間に開口する径方向通路とで構成していたが、外注分割通路の形成態様も、特にこの例には限定されず、例えば、軸方向や径方向に対して傾斜していたり、曲線状に形成したものであってもよい。潤滑通路の形成数も特に限定されず、何本形成されていてもよい。
【０１０６】
さらに、径方向通路を連通する周方向の溝についても、上記実施形態では、導油体１２０の内周および外周に形成するようにしていたが、遊星ピンの外周やリング状の部材の内周に形成するようにしてもよい。要は、この「径方向通路を連通する周方向の溝」は、相対回転可能な２つの部材の少なくとも一方に形成されていればよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、増速機内に封入しただけの潤滑剤を隙間に供給するようにしていたが、ポンプによって強制的に移送された潤滑剤が潤滑通路を介して隙間に供給される構成を採用しても良いのは言うまでもない。この手法によれば、一層確実に潤滑剤を隙間内に供給することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…風力発電設備
３…ナセル
４…ロータヘッド
５…風車ブレード
１１…発電機
５０…増速機
５２…遊星歯車機構
５８…入力軸
６０…出力軸
６２…キャリヤ
６４…遊星ピン
６８…遊星歯車
７０…内歯歯車
７２…太陽歯車
７４…ケーシング
７６…ころ軸受
８８…リング状の部材
Ｓ１〜Ｓ８…隙間
１１０…潤滑通路
１１２…軸方向通路
１１４…径方向通路
１１４Ａ〜１１４Ｃ…第１〜第３径方向通路
１２０…導油体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星歯車機構を備えた風力発電用の増速機において、
前記遊星歯車機構の一要素を構成する歯車と、
該歯車を、軸受を介して回転可能に支持する支持部材と、を備え、
前記軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、前記歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間を形成し、かつ
潤滑剤が進入可能であって、該隙間に開口する潤滑通路を備える
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項２】
請求項１において、
前記歯車と軸受との間に、リング状の部材が介在され、
該リング状の部材の内周側及び外周側の少なくとも一方に、前記隙間が形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記軸受と前記支持部材との間に、リング状の部材が介在され、
該リング状の部材の内周側及び外周側の少なくとも一方に、前記隙間が形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記リング状の部材を複数備えた
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記潤滑通路は、前記支持部材の軸方向に設けられた軸方向通路と、該軸方向通路から径方向に形成され、前記隙間に開口する径方向通路と、を備える
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項６】
請求項５において、
前記軸受が軸方向に複数並んで設けられ、前記径方向通路が、該複数並んだ軸受の間から前記隙間に開口している
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
少なくとも前記隙間を含む微小空間が、該隙間の前記開口以外の部分で密封されている
ことを特徴とする風力発電設備の増速機。
【請求項８】
請求項５または６において、
前記径方向通路は、相対回転可能な２つの部材にそれぞれ形成されており、該２つの部材の少なくとも一方に、前記径方向通路に連通する周方向溝が形成されている
ことを特徴とする風力発電設備の増速機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、前記支持部材としての遊星ピンによって該遊星ピンに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が外輪を備えており、
前記隙間が、前記歯車と該軸受の外輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、前記支持部材としての遊星ピンによって該遊星ピンに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が内輪を備えており、
前記隙間が、前記遊星ピンと該軸受の内輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、該歯車と一体的に回転する遊星ピンごと、前記支持部材としての前記遊星歯車機構のキャリヤによって該キャリヤに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が外輪を備えており、
前記隙間が、該キャリヤと該軸受の外輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１２】
請求項１〜８、または１１のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、該歯車と一体的に回転する遊星ピンごと、前記支持部材としての前記遊星歯車機構のキャリヤによって該キャリヤに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が内輪を備えており、
前記隙間が、該キャリヤと該軸受の内輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかにおいて、
前記遊星歯車機構が、単純遊星歯車機構である
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１】
遊星歯車機構を備えた風力発電用の増速機において、
前記遊星歯車機構の一要素を構成する歯車と、
該歯車を、軸受を介して回転可能に支持する支持部材と、を備え、
前記軸受における相対回転する部位以外のいずれかの部位に、前記歯車、軸受、及び支持部材のうちの少なくとも２者同士を、相対的に径方向に微小変位可能とする隙間を形成し、かつ
潤滑剤が進入可能であって、該隙間に開口する潤滑通路を備える
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項２】
請求項１において、
前記歯車と軸受との間に、リング状の部材が介在され、
該リング状の部材の内周側及び外周側の少なくとも一方に、前記隙間が形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記軸受と前記支持部材との間に、リング状の部材が介在され、
該リング状の部材の内周側及び外周側の少なくとも一方に、前記隙間が形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記リング状の部材を複数備えた
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記潤滑通路は、前記支持部材の軸方向に設けられた軸方向通路と、該軸方向通路から径方向に形成され、前記隙間に開口する径方向通路と、を備える
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項６】
請求項５において、
前記軸受が軸方向に複数並んで設けられ、前記径方向通路が、該複数並んだ軸受の間から前記隙間に開口している
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
少なくとも前記隙間を含む微小空間が、該隙間の前記開口以外の部分で密封されている
ことを特徴とする風力発電設備の増速機。
【請求項８】
請求項５または６において、
前記径方向通路は、相対回転可能な２つの部材にそれぞれ形成されており、該２つの部材の少なくとも一方に、前記径方向通路に連通する周方向溝が形成されている
ことを特徴とする風力発電設備の増速機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、前記支持部材としての遊星ピンによって該遊星ピンに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が外輪を備えており、
前記隙間が、前記歯車と該軸受の外輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、前記支持部材としての遊星ピンによって該遊星ピンに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が内輪を備えており、
前記隙間が、前記遊星ピンと該軸受の内輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、該歯車と一体的に回転する遊星ピンごと、前記支持部材としての前記遊星歯車機構のキャリヤによって該キャリヤに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が外輪を備えており、
前記隙間が、該キャリヤと該軸受の外輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１２】
請求項１〜８、または１１のいずれかにおいて、
前記歯車が、前記遊星歯車機構の遊星歯車であり、
該遊星歯車が、該歯車と一体的に回転する遊星ピンごと、前記支持部材としての前記遊星歯車機構のキャリヤによって該キャリヤに対して回転可能に支持されると共に、
前記軸受が内輪を備えており、
前記隙間が、該キャリヤと該軸受の内輪との間に形成されている
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかにおいて、
前記遊星歯車機構が、単純遊星歯車機構である
ことを特徴とする風力発電用の増速機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７２４４６（Ｐ２０１３−７２４４６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９９５３（Ｐ２０１１−２０９９５３）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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