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1、(10)申请公布号 CN 103370537 A(43)申请公布日 2013.10.23CN103370537A*CN103370537A*(21)申请号 201180065121.9(22)申请日 2011.11.212011-063892 2011.03.23 JPF03D 11/02(2006.01)F16H 1/06(2006.01)F16H 1/28(2006.01)F16H 55/08(2006.01)(71)申请人住友重机械工业株式会社地址日本东京都(72)发明人原一敬 桥本笃 佐藤泰正小西敏之 兼光雅宏 伊奈拓郎(74)专利代理机构广州三环专利代理有限公司 44202代理人温旭。
2、 郝传鑫(54) 发明名称风力发电用增速器(57) 摘要本发明提供一种风力发电用增速器，其小型、重量轻、成本低且可靠性高、寿命长。本发明的风力发电用增速器（50）构成为，具备具有恒星齿轮（72）的行星齿轮机构（52）、及在该行星齿轮机构（52）的后级设置的第1平行轴齿轮机构（54），所述行星齿轮机构（52）的所述恒星齿轮（72）一体地形成在该行星齿轮机构（52）的输出轴（80）上，该行星齿轮机构（52）的所述输出轴（80）的轴向的至少1个部位成为直径小于其两侧的第2小直径部（80C），并且，相对于该恒星齿轮（72）的轴向中央非对称地对所述恒星齿轮（72）的齿面进行凸面加工。(30)优先权数据(。
3、85)PCT申请进入国家阶段日2013.07.16(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2011/076769 2011.11.21(87)PCT申请的公布数据WO2012/127736 JA 2012.09.27(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图5页(10)申请公布号 CN 103370537 ACN 103370537 A1/1页21.一种风力发电用增速器，其特征在于，所述风力发电用增速器具备具有恒星齿轮的行星齿轮机构、及在该行星齿轮机构的后级设置的平行轴齿轮机构，所述行星齿轮。
4、机构的所述恒星齿轮一体地形成在该行星齿轮机构的输出轴上，该行星齿轮机构的所述输出轴的轴向的至少1个部位成为直径小于其两侧的小直径部，并且，相对于该恒星齿轮的齿线方向中央非对称地对所述恒星齿轮的齿面进行凸面加工。2.根据权利要求1所述的风力发电用增速器，其特征在于，在所述行星齿轮机构的输出轴的轴向的多个部位形成有所述小直径部。3.根据权利要求1或2所述的风力发电用增速器，其特征在于，所述小直径部形成在比所述行星齿轮机构的输出轴的轴向中央更靠所述恒星齿轮侧。4.根据权利要求13中任一项所述的风力发电用增速器，其特征在于，在所述恒星齿轮的齿面上，最少进行所述凸面加工处理的部分比该恒星齿轮的齿线方向中。
5、央向与平行轴齿轮机构相反的一侧偏离。权 利 要 求 书CN 103370537 A1/6页3风力发电用增速器技术领域0001 本发明涉及一种风力发电用增速器。背景技术0002 例如在专利文献1中公开有如图6图8所示的风力发电用增速器。0003 图6及图7中，风力发电装置1具有竖立设置在地基6上的支柱2、在支柱2的上端设置的短舱3、及被组装成相对于该短舱3自由旋转的旋翼头4。旋翼头4上安装有多片（图示例中为3片）风车叶片（风车翼）5。在短舱3的内部，旋翼头4上连接有增速器20及发电机11。0004 当有风吹向风车叶片5时，旋翼头4会旋转，该旋翼头4的旋转以被增速器20增速的状态传递到发电机11。。
6、由此，能够将旋翼头4（虽有旋转力矩）的慢速旋转提升为100倍左右的速度，并能够从发电机11有效地获得发电输出。0005 如图8所示，所述增速器20在初级具备行星齿轮机构22，并且在中级和后级具备平行轴齿轮机构24、26。初级行星齿轮机构22主要包括：与输入轴28一体化的轮架32、固定于该轮架32的行星销34、旋转自如地支承于该行星销34的行星齿轮36、及与该行星齿轮36同时啮合的内齿轮38及恒星齿轮40。该以往例所涉及的行星齿轮机构22，从恒星齿轮40输出从轮架32输入的旋转。该恒星齿轮40与行星齿轮机构22的输出轴42一体化。输出轴42经由联轴器43与下一级的平行轴齿轮机构24的输入轴45连。
7、结。0006 通过增速器20的行星齿轮机构22及平行轴齿轮机构24、26的各齿轮机构增速后的旋转被输入到所述发电机11。0007 另外，图7所示的符号12为变压器，13为控制器，14为逆变器，15为逆变器冷却装置，16为润滑油冷却装置。0008 以往技术文献0009 专利文献0010 专利文献1：日本特开2009-144533号公报（图6图8）0011 风力发电设备被设计成其耐用期间为20年左右。因此对增速器也要求最起码确保20年左右的寿命。0012 然而，由于风力发电设备设置在自然环境下，有时会受到狂风或疾风的袭击。若有这种强风施加到风车叶片，则导致增速器呈从输入侧受到巨大的荷载的状态。因此。
8、，（即使按标准设计）有时也会导致增速器内各部件以过快的转速强制旋转的情况发生而成为引发故障的原因。0013 增速器一旦发生故障，则其损失严重，因此要重视可靠性的确保。通常，作为确保增速器可靠性的有效对策，设计时将各要件的安全系数（safety factor）设得较大。但是，若各要件的安全系数设得较大，则自然而然地使增速器整体大型化且重量变大，而产生导致制造成本及建设成本加大的问题。说 明 书CN 103370537 A2/6页4发明内容0014 本发明是为了解决这种问题而完成的，其基本课题为通过克服新发现的“中间课题（后述）”来提供小型、重量轻、成本低且可靠性高、寿命长的风力发电用增速器。00。
9、15 本发明通过设为如下结构来解决上述课题，即一种风力发电用增速器，具备具有恒星齿轮的行星齿轮机构、及在该行星齿轮机构的后级设置的平行轴齿轮机构，所述行星齿轮机构的所述恒星齿轮一体地形成在该行星齿轮机构的输出轴上，该行星齿轮机构的所述输出轴的轴向的至少1个部位成为直径小于其两侧的小直径部，并且，相对于该恒星齿轮的齿线方向中央非对称地对所述恒星齿轮的齿面进行凸面加工。0016 由于本发明的所述中间课题及其解决原理并未公开，因而在此对本发明所着眼的该中间课题及其解决原理进行详细说明。0017 当风力发电设备的风车叶片遇到风时，随此在增速器的各部件产生旋转力矩。当增速器内的行星齿轮机构或平行轴齿轮机。
10、构传递该旋转力矩时必然产生振动。然而，行星齿轮机构与平行轴齿轮机构的旋转机制和转速都不相同，因此产生的振动特性（频率成分等）也各不相同。因此有时因输入的风的强度和脉动的方法，而导致这些振动彼此干扰而产生共振。其结果，尤其在轴承部中，原本为滚动接触的滚子（或滚珠）与内圈、外圈等引起滑行，由此容易产生崩刀等降低耐久性的迹象。0018 本发明将最大限度抑制行星齿轮机构与平行轴齿轮机构的共振的发生作为“中间课题”，并且，为避免引发新的不良情况而经深入研究想出用于解决该中间课题的结构。0019 本发明所涉及的风力发电用增速器中，行星齿轮机构的恒星齿轮与该行星齿轮机构的输出轴一体形成。其中所谓“一体形成”。
11、不是指，经由键或花键等连结2个部件（恒星齿轮部件与输出轴部件）之后被一体化，而是指恒星齿轮与输出轴一开始就作为1个部件而一体化。0020 并且，在本发明中，该行星齿轮机构的输出轴的轴向的至少1个部位成为直径小于其两侧的小直径部。通过该结构，该行星齿轮机构的输出轴的一部分因该小直径部的存在而被有意削弱，能够在此吸收/切断行星齿轮机构与平行轴齿轮机构各自的振动的传播。0021 并且，在本发明中，同时还采用了相对于该恒星齿轮的齿线方向中央非对称地对恒星齿轮的齿面进行凸面加工的结构。因此，即使因行星齿轮机构的输出轴的一部分被削弱而使该输出轴稍微摇摆而导致轴心倾斜，也能够在恒星齿轮与行星齿轮之间始终维持。
12、良好的齿接触。因此，能够以极为稳定的状态进行行星齿轮机构的恒星齿轮的旋转和行星齿轮的公转等，尤其能够进一步延长（包括行星齿轮的轴承在内的）各轴承的寿命。0022 发明效果0023 根据本发明能够提供一种小型、重量轻、成本低且可靠性高、寿命长的风力发电用增速器。附图说明0024 图1是表示示出本发明的实施方式的一例的风力发电用增速器的整体结构的剖视图。0025 图2是表示图1的增速器的主要部分的剖视图。说 明 书CN 103370537 A3/6页50026 图3是示意表示上述实施方式中恒星齿轮的凸面加工的形成形态的图解。0027 图4是表示本发明的另一实施方式所涉及的风力发电用增速器的主要部分。
13、的剖视图。0028 图5是表示对于齿轮进行通常的凸面加工的形成形态的图，其中（A）为立体图，（B）是与图3相对应的图解。0029 图6是表示以往（及本发明）的风力发电设备的整体结构的一例的主视图。0030 图7是表示图6的风力发电设备的短舱内部结构的立体图。0031 图8是表示设置在图6的风力发电设备的短舱内的以往风力发电用增速器的一例的剖视图。具体实施方式0032 以下，根据附图对本发明的实施方式的一例进行详细说明。0033 有关组装有本发明所涉及的增速器的风力发电设备的基本结构与已利用图6及图7说明的结构相同，因此省略重复说明，以下对增速器本身的结构进行详细说明。0034 图1是表示本发明。
14、的实施方式的一例的风力发电用增速器50的整体剖视图，图2是表示其主要部分的剖视图。0035 首先，参考图1可知，该风力发电用增速器50在初级具备行星齿轮机构52，并且在中级和后级具备第1平行轴齿轮机构54、第2平行轴齿轮机构56。从输入轴58输入的旋翼头（与以往的旋翼头4相同：参考图6及图7）的旋转通过共计3级的齿轮机构52、54、56被增速，并从输出轴60输出。在输出轴60上连结有发电机（与以往的发电机11相同：参考图7），并进行规定发电。0036 所述行星齿轮机构52包括：与输入轴58一体化的轮架62、双支承于该轮架62的行星销64、经由轴承65旋转自如地支承于该行星销64的3个（图2中仅。
15、图示1个）行星齿轮68、该行星齿轮68同时内啮合并且固定于壳体的内齿轮70、及行星齿轮68同时外啮合的恒星齿轮72。这些行星齿轮68、内齿轮70及恒星齿轮72在该实施方式中均由直齿轮构成，但也可以由螺旋齿轮构成。0037 因风力引起的旋翼头（4）的旋转从与输入轴58一体化的轮架62输入，并从与恒星齿轮72为一体的（行星齿轮机构52的）输出轴80取出增速后的旋转。行星齿轮机构52的输出轴80原样（直接）成为第1平行轴齿轮机构54的输入轴，该第1平行轴齿轮机构54的第1螺旋齿轮86经由花键88连结。0038 本发明适用于其中的行星齿轮机构52与第1平行轴齿轮机构54之间的连结结构（在后面进行详述）。
16、。0039 第1螺旋齿轮86与第1螺旋小齿轮90啮合。由第1螺旋齿轮86与第1螺旋小齿轮90构成第1平行轴齿轮机构54。0040 第1螺旋小齿轮90直切形成于第2中间轴92。第2螺旋齿轮94经由键96沿圆周方向与第2中间轴92连结。第2螺旋齿轮94与第2螺旋小齿轮100啮合。第2螺旋小齿轮100直切形成于该增速器50的输出轴60。由第2螺旋齿轮94和第2螺旋小齿轮100构成第2平行轴齿轮机构56。输出轴60经由轴承103、105，旋转自如地被壳体74支承。0041 以下，主要参考图2对行星齿轮机构52与第1平行轴齿轮机构54的连结部附近说 明 书CN 103370537 A4/6页6的结构进行。
17、详细说明。0042 如上所述，本实施方式中，行星齿轮机构52的恒星齿轮72与该行星齿轮机构52的输出轴80一体化。即恒星齿轮72与输出轴80通过从单一部件中切削形成恒星齿轮72来制造。行星齿轮机构52的输出轴80（不经联轴器等等）原样（直接）成为第1平行轴齿轮机构54的输入轴。0043 行星齿轮机构52的输出轴80具备形成有恒星齿轮72的恒星齿轮形成部80A、从该恒星齿轮形成部80A连续形成的第1小直径部80B、第2小直径部80C、以及形成有所述花键88的花键形成部80D。恒星齿轮形成部80A的齿根圆直径为d1，第1小直径部80B的外径d2比该恒星齿轮形成部80A的齿根圆直径d1仅小21（d1。
18、d2）。并且，第2小直径部80C的外径d3比该第1小直径部80B的外径d2仅小22（d2d3）。并且，花键形成部80D的齿根圆直径d4比第2小直径部80C的外径d3仅大23（d3d4）。即，第2小直径部80C的直径成为比其两侧的第1小直径部80B及花键形成部80D更小（d3d2，d3d4），并且其轴向长度L1占行星齿轮机构52的输出轴80整体的轴向长度Lo的大致一半，与此相结合形成所谓“脆弱部”。0044 另一方面，在一体形成于输出轴80的恒星齿轮72上实施了凸面加工处理（齿线调整）。该实施方式中，如图3所示，相对齿线方向中央Xc“非对称”地实施该凸面加工处理。图3的虚线Ko为进行凸面加工处理。
19、之前的恒星齿轮72的原始齿线形状（宽度方向的端面形状），实线K1为进行凸面加工处理之后的齿线形状。通常，对齿轮的齿面进行凸面加工处理时，如图5（A）所示，以相对于齿线方向X的中央Xc对称的方式进行凸面加工处理。即若图示出齿线方向X上的凸面加工处理前后的形状Ko、K2，则如图5（B）。另外，本实施方式的恒星齿轮72为直齿轮，因此齿线方向X与恒星齿轮72的轴向（齿宽方向）一致。另外，这些凸面加工处理的形状描绘是为了便于理解在齿线方向X上的凸面加工处理（凸面加工量）的定性趋势，因此相对于齿线方向X的大小而扩大凸面加工量而取得非常大。0045 再回到图3的本实施方式的说明，本实施方式中（不以这种相对于。
20、齿线方向X的中央Xc对称的方式实施凸面加工），而以相对于齿线方向X的中央Xc“非对称”的方式实施凸面加工。具体而言，在恒星齿轮72的齿面，最少进行凸面加工的部分Xm从该恒星齿轮72的齿线方向X的中央Xc向与第1平面轴齿轮机构相反的一侧偏离Xs（被进行凸面加工处理的第1平行轴齿轮机构侧的齿线方向X的范围X1是比第1平行齿轮机构相反侧范围X2更广的范围）。另外，该实施方式中，恒星齿轮72的齿线方向端面中第1平行轴齿轮机构侧的凸面加工量1与第1平行轴齿轮机构相反侧的凸面加工量2相同（1=2）。因此，最终在第1平行轴齿轮机构54侧进行比第1平行轴齿轮机构相反侧更平缓的凸面加工处理。0046 接着，对该。
21、实施方式所涉及的风力发电用增速器50的作用进行说明。0047 风车叶片（5）的旋转被传递到增速器50的输入轴58。输入轴58的旋转经由轮架62作为行星齿轮68的公转而输入到行星齿轮机构52，通过行星齿轮68、内齿轮70及恒星齿轮72这3个齿轮的相对旋转，被增速的旋转输出到与恒星齿轮72一体化（行星齿轮机构52的）的输出轴80。0048 行星齿轮机构52的输出轴80的旋转经由花键88直接传递到第1平行轴齿轮机构54的第1螺旋齿轮86。第1螺旋齿轮86的旋转传递到第1螺旋小齿轮90，由此第2中说 明 书CN 103370537 A5/6页7间轴92进行旋转。若第2中间轴92旋转，则第2螺旋齿轮94。
22、就旋转，并且经由与该第2螺旋齿轮94啮合的第2螺旋小齿轮100，使增速器50的输出轴60旋转。0049 其中，在行星齿轮机构52及第1平行轴齿轮机构54的连结部附近，发挥如下作用。0050 即，若从输入轴58输入旋转力矩，则传递该旋转力矩时，在行星齿轮机构52及第1平行轴齿轮机构54中必然产生振动。行星齿轮机构52的振动与第1平行轴齿轮机构54的振动，因旋转的机制不同以及转速的不同等原因而导致各自的频率特性（振动的波形）不同，因此（若不施以任何措施）会导致彼此干扰而产生共振，而增速器50整体的振动被进一步增大。即使不产生清晰的共振，尤其在从高速旋转的第1平行轴齿轮机构54侧向行星齿轮机构52侧。
23、传播该高速旋转的振动时，行星齿轮机构52的行星齿轮68的（恒星齿轮72及内齿轮70之间的）顺畅的旋转及公转会受损，尤其有可能会影响轴承65的寿命。0051 然而，在该实施方式中，在行星齿轮机构52的输出轴80上存在第2小直径部80C，该小直径部具有比其两侧（第1小直径部80B及花键形成部80D）的直径d2、d4还小的直径d3，因此能够使该第2小直径部80C作为脆弱部发挥功能来吸收/切断该振动的传播。因此，行星齿轮机构52与第1平行轴齿轮机构54之间的振动的传播得到有效抑制，且使共振的产生得到抑制。并且，尤其因为防止振动从第1平行轴齿轮机构54侧传输到行星齿轮机构52侧，因此该行星齿轮机构52的。
24、行星齿轮68的（恒星齿轮72及内齿轮70之间的）顺畅的旋转及公转得到确保，尤其能够延长轴承65的寿命。0052 本发明研究出各种变化形式。0053 首先，形成于行星齿轮机构的输出轴（平行轴齿轮机构的输入轴）上的小直径部在所述实施方式中为，沿轴向较长的单一小直径部，但例如也可以如图4（A）所示变形。图4（A）所示的变形例中，基本结构与所述实施方式相同，因此为方便起见，在相对应的部位标记了后2位相同的符号。缩短行星齿轮机构152的输出轴180的第2小直径部180C的轴向长度L2，使该第2小直径部180C比输出轴180的轴向中央114C更靠恒星齿轮172侧形成。通过这种结构，最低限度地抑制（通过花键。
25、188与第1螺旋齿轮186连结的）输出轴180的第1平行轴齿轮机构侧的摇摆，同时通过恒星齿轮172的凸面加工有效吸收行星齿轮机构152侧的摇摆。0054 并且，如图4（B）所示，行星齿轮机构的输出轴的小直径部可以形成在该输出轴的轴向的多个部位。图4（B）的例子中，输出轴280具备外径为d7的第1小直径部280B、第3小直径部280D、及花键形成部280F，并且具有直径（d8）比这些还小的第2小直径部280C及第4小直径部280E这2个小直径部。其中，第2小直径部280C及第4小直径部280E其本身的外径为d8，各自两侧的外径d7较大，相当于本发明的“小直径部”。如图4（B），若形成多个小直径部。
26、，则能够更为有效地发挥脆弱性，并且能够更加提高振动的传播抑制效果。0055 如此，在本发明中，对于具体以何种结构形成行星齿轮机构的输出轴的小直径部，没有特别限定，根据所要吸收的振动的大小或频率特性等来设定其大小、形状、形成数量、或形成位置等即可。0056 并且，就恒星齿轮的凸面加工处理过程中的凸面加工量的具体大小或形状（例如从齿线方向中央以何种程度不对称）而言，行星齿轮机构的输出轴的摇摆程度也因小直径部的形成方法而不同，因此根据该摇摆程度设定即可。说 明 书CN 103370537 A6/6页80057 另外，在本发明的“凸面加工”概念中包含“齿端修薄（铲齿）”的概念。齿端修薄为从齿轮接触面仅。
27、刨去齿轮的齿线方向的两端部的处理方法，但并不是脱离本发明的宗旨的处理方法。当将齿端修薄处理应用到本发明时，关键在于铲齿的范围和大小相对齿线方向中央为不对称。0058 本发明能够利用于风力发电设备的增速器。0059 2011年3月23申请的日本申请号2011-063892的说明书、附图及权利要求的全部内容通过参考援用于该说明书中。0060 符号的说明：0061 1-风力发电设备，3-短舱，4-旋翼头，5-风车叶片，11-发电机，50-增速器，52-行星齿轮机构，54-第1平行轴齿轮机构，56-第2平行轴齿轮机构，58-输入轴，60-输出轴，80、180、280-行星齿轮机构的输出轴（第1平行轴齿轮机构的输入轴）。说 明 书CN 103370537 A1/5页9图1说 明 书 附 图CN 103370537 A2/5页10图2图3说 明 书 附 图CN 103370537 A10。