(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１円形部材を第２円形部材に対して漸進的に前進させる回転機構であって、前記第１円形部材および前記第２円形部材が、一方向の相対的な回転を可能にするが、逆方向の相対的な回転を阻止するように係止され、前記回転機構が、前記第１円形部材に回転しないように固定されかつ前記第２円形部材に一方向クラッチを介して結合された出力環状体を有する、円形アクチュエータを具備し、前記円形アクチュエータが、前記一方向クラッチの係止状態で前記第２円形部材に対して前記第１円形部材を円弧状に前進させるために十分なトルクを発生するように適合され、前記出力環状体が、前記一方向クラッチの係止解除状態で前記円形アクチュエータの解放時に前記第２円形部材に対して前進するように適合されている、回転機構。
【請求項２】
前記円形アクチュエータが、前記出力環状体を中心に円周方向に配置された複数の同一の油圧アクチュエータを備えている、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
前記油圧アクチュエータ、前記出力環状体および前記一方向クラッチが実質的に同一平面上にある、請求項２に記載の機構。
【請求項４】
前記油圧アクチュエータの各々が、前記出力環状体と係合しかつアクチュエータハウジングによって画定されるそれぞれのチャンバ内で円弧状に移動可能なピストンを備え、前記アクチュエータハウジングが前記第１円形部材に結合されている、請求項２または３に記載の機構。
【請求項５】
前記アクチュエータハウジングは環状であり、その円周方向に対して垂直な断面が一定の連続した円形通路を画定し、各チャンバが、前記通路の一部によって構成されている、請求項４に記載の機構。
【請求項６】
前記アクチュエータハウジングが、その半径方向内側に複数の溝穴を画定し、前記溝穴を通して、それぞれのピストンが前記出力環状体と係合している、請求項５に記載の機構。
【請求項７】
前記溝穴の円周方向寸法が、前記機構の最大の漸進的前進を画定している、請求項６に
記載の機構。
【請求項８】
前記出力環状体が、各々がそれぞれの溝穴と係合する複数の半径方向突起を有している、請求項６または７に記載の機構。
【請求項９】
前記アクチュエータハウジングが、２つの半体シェルを備え、前記半体シェルのうちの一方が、前記チャンバの各々への油圧接続を提供する、請求項４〜８のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１０】
前記半体シェルのうちの他方が、前記第１円形部材に対する潤滑接続を提供する、請求項９に記載の機構。
【請求項１１】
前記円形アクチュエータが、当該円形アクチュエータの戻りばねによって提供される戻り付勢に抗して前進することで前記一方向クラッチは係止状態となる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１２】
軸受内輪および軸受外輪を有する転動体軸受の一方の側に取り付けられ、前記第１円形部材が前記内輪および前記外輪のうちの一方を含み、前記第２円形部材が前記軸受の基礎部材を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定要素と同軸可動要素とを備える軸受に関し、好ましくは、間に複数の転動体がある同軸の内輪および外輪を備える。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１０／０３５０１１号パンフレットは、基礎に対して通常は固定されている軌道輪が制御された方法で空転するように適合されている、風力タービン用の軸受を開示している。こうした構成により、静荷重を、同じ上方に面する部分によって連続的に受けるのではなく、通常は固定されている軌道輪の円周全体で支持することができる。その結果、軸受寿命を実質的に延長することができる。制御された空転を発生させるさまざまな手段および方法が開示されている。空転は、軸受の摩耗を回避するように十分低速であるが、持続する静荷重によってもたらされる損傷を回避するように十分高速としなくてはならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、軸受軌道輪を、その軌道輪を通常固定する構成部品に対して、この軌道輪の同じ部分に荷重が連続的に当たることを回避する目的で移動させる構成を開示する。
【０００４】
本発明によれば、第１円形軸受部材を第２円形軸受部材に対して漸進的に前進させる回転機構であって、第１円形部材および第２円形部材が相対角運動に抵抗して係合しており、回転機構が、第１部材に回転しないように固定されかつ第２部材に一方向クラッチを介して結合された出力環状体を有する、円形アクチュエータを備え、前記アクチュエータが、前記一方向クラッチの係止状態で第２部材に対して前記第１部材を円弧状に前進させるために十分なトルクを発生するように適合され、前記出力環状体が、前記一方向クラッチの係止解除状態で前記アクチュエータの解放時に前記第２部材に対して前進するように適合されている、回転機構が提供される。
【０００５】
円形軸受部材のうちの一方は、通常、支持シャフトである。
【０００６】
こうした構成により、第１円形軸受部材である通常は静止している軌道輪を、第２円形軸受部材である基礎要素（ｇｒｏｕｎｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）に対して前進させる、繰返しの漸進的運動（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）が可能になる。
【０００７】
好ましくは、回転アクチュエータは、前記環状体を中心に円周方向に配置された複数の同一の油圧アクチュエータを備えている。こうした構成は、空間効率が高く、高トルクの発生を可能にする。油圧アクチュエータ、環状体および一方向クラッチは、好ましくは実質的に同一平面上にあり、したがって、転動体軸受の側方に、すなわち２つの間隔が空けられた転動体軸受の間に取り付けられるように適合される。
【０００８】
各油圧アクチュエータは、前記環状体と係合しかつアクチュエータハウジングによって画定されるそれぞれのチャンバ内で円弧状に移動可能なピストンを備えることができ、前記アクチュエータハウジングは前記第１部材に結合されている。好ましくは、アクチュエータハウジングは、内部に断面が一定の連続した円形通路を画定し、各チャンバは、前記通路の一部によって構成されている。通路は、概して断面が矩形であり、実質的に矩形のカップシールを備えたピストンを支持している。
【０００９】
一実施形態では、アクチュエータハウジングは、その半径方向内側に複数の溝穴を画定し、それら溝穴を通して、それぞれのピストンが前記環状体と係合している。好ましくは、前記溝穴の円周方向寸法が、前記機構の最大の漸進的前進を画定している。この構成により、好都合な移動止めが提供される。一実施形態では、環状体は、各々がそれぞれの溝穴と係合する複数の半径方向突起を有している。
【００１０】
回転アクチュエータは、好ましくは、その回転アクチュエータの再設定力を提供する戻り付勢（ｒｅｔｕｒｎ  ｂｉａｓ）に抗して前進する。戻り付勢は、好ましくは、各油圧アクチュエータの各ピストンの戻りばねによって提供される。
【００１１】
本発明の好ましい特徴は、本明細書に添付されている特許請求の範囲において言及されている。
【００１２】
本発明の他の特徴は、添付図面のみを参照して示す好ましい実施形態についての以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】いくつかの構成部品が拡大されている、断面での、風力タービンの概略図である。
【図２】本発明を組み込んだハブアセンブリの斜視図である。
【図３】本発明を含む傾斜機構の組立分解図である。
【図４】図３のアセンブリの放射断面である。
【図５】２：１の尺度での図４の線Ｗ−Ｗにおける横断面である。
【図６】２：１の尺度での図４の線Ｚ−Ｚにおける横断面である。
【図７】２：１の尺度での図４の線Ｘ−Ｘにおける横断面である。
【図８】本発明で使用されるペグおよび溝穴係合の拡大図である。
【図９】アクチュエータの静止状態を拡大尺度で示す。
【図１０】アクチュエータの前進状態を拡大尺度で示す。
【図１１】図２に対応し、転動体軸受をさらに示す。
【図１２】図５に対応し、潤滑通路を示す。
【図１３】遊星歯車列および発電機を備えた風力タービンを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面を参照すると、図１は、支柱（１１）、ハブ（１２）、軸受内輪（１３）、転動体（１４）、軸受外輪（１５）およびロータアセンブリ（１６）からなる風力タービン（１０）を概略的に表している。
【００１５】
従来、内輪（１３）は、ハブ（１２）に回転しないように固定され、外輪（１５）は、ロータアセンブリ（１６）に回転するように固定される。通常、これらの軌道輪（１３、１５）は、それぞれの構成部品に圧入されており、転動体（１４）を介する軌道輪間の相対回転運動のみを可能とすることを目的としている。構成によっては、外輪をハブに対して固定し、ロータアセンブリに内輪を設けることができる。
【００１６】
図２は、ハブ（１２）および外輪（１５）を備えた本発明を示す。軸受の一方の側に漸進的前進機構（２０）が設けられており、それにより、内輪および転動体が隠れている。ロータアセンブリは図示されていない。
【００１７】
図３〜図１１は、本発明を詳細に示す。円形ハブ（１２）が、軸受の内輪（１３）を支持している。この軌道輪は、さらに説明するように、通常、相対回転運動を阻止するが十分な回転力が加えられるとこうした運動を可能にする嵌合により、ハブに組み付けられて
いる。こうした構成は、この通常は基礎に固定されている（ｇｒｏｕｎｄｅｄ）軌道輪の漸進的な前進を可能にして、内輪の連続した円弧をロータアセンブリに対する静荷重および曲げ荷重に向けるようことを目的としている。
【００１８】
前進機構（２０）はハウジング（２１）を備え、ハウジング（２１）は、対向する環状構成部品（２２、２３）から組み立てられ、合わせて環状チャンバ（２４）を画定している。これらの構成部品は、押えねじ（２５）によって互いに固定されている。ハウジング（２１）は、ハウジングおよび内輪が回転しないように固定されるように、内輪の対応する凹部（２７）に係合可能である、一体的な、周方向に間隔が空けられたドッグ（２６）を有している。
【００１９】
チャンバ（２４）内に、連続した等間隔のピストンチャンバ（３１）が、それぞれのコイルばね（３４）によって通常は離れるように付勢されるそれぞれのピストンの対（３２、３３）によって画定されている。各ピストン（３２、３３）は、それぞれのばね（３４）の一端内に位置する突起（３５、３６）を有しており、突起のそれぞれの対（３５、３６）は、ピストンの閉鎖移動を制限するように円周方向に位置合せされている。
【００２０】
各対の一方のピストン（３３）（図４においてもっとも右回り）は、支持リング（３９）の対応するポケット（３８）内に係合可能な半径方向内側に延在するドッグ（３７）を有している。このリングは、円形スプラグアセンブリ（４１）の要素の半径方向外側面と係合可能である平坦な円形内周を有している。スプラグアセンブリ（４１）の半径方向内側要素はハブ（１２）と係合する。
【００２１】
スプラグアセンブリのそれ以上の説明は不要である。なぜなら、当業者は、その設計および機能に精通しているためである。使用時、スプラグアセンブリにより、一方向のみの相対回転が可能となる。図４を参照すると、スプラグアセンブリは、ハブ（１２）に対する支持リング（３９）の左回り回転を可能にするが、ハブ（１２）に対する支持リング（３９）の相対的な右回り回転を阻止するように係止する。
【００２２】
各対の他方のピストン（３２）は、環状構成部品（２２）のそれぞれの溝穴（４４）と係合する軸方向に面するペグ（４３）により、ハウジング（２１）に対して固定されている。各ピストン（３２）に対して１つのペグ（４３）が設けられているが、トルク容量の増大のために、各ピストンに対して、反対側に面する第２ペグを設けることができ、それを他方の環状構成部品（２３）に係合可能とすることができる。
【００２３】
各ピストンは、図示するようにカップシール（４５）を組み込んでいる。
【００２４】
環状構成部品（２２）は、円周方向の溝穴（４６）を有し、そこをポケット（３８）が通っている。各溝穴（４６）の円周方向長さにより、支持リング（３９）の相対角運動が制限される。図示する構成では、この許容移動は、約５°の環状運動である。
【００２５】
ハブ（１２）は、外周に通じている潤滑通路（５１）（図５）を有している。潤滑油が、環状構成部品（２３）の環状通路（５２）を介して複数の半径方向穿孔（５３）に分配され、その後、軸方向出口（５４、５５）を介して軸受の転動体（１４）に分配される。図５〜図７は、任意選択的な第２内輪（１３ａ）を示すが、転動体は省略している。軸受保持器（１７）が、転動体（１４）の間隔を等しく空けている。潤滑出口（５４、５５）が、図１２に示すピストン（３２）の開口部（５６）を介して接続されており、すなわち、この実施形態は、異なる断面を有する、変更されたピストン（３２ａ）を示す。
【００２６】
必要な場合は、潤滑通路を封止するためにＯリングシール（６１、６２、６３）が設け
られる。
【００２７】
制御圧通路（７１）もまた、ハブ（１２）の外周に制御圧を供給し、そこで、制御圧通路（７１）は環状構成部品（２２）の環状通路（７２）と接続する。それぞれの半径方向／軸方向穿孔（７３）が、この通路（７２）を各ピストンチャンバ（３１）に接続する。
【００２８】
運転使用時、内輪（１３）は通常、ハブ（１２）に回転しないように固定されるため、相対角運動が可能ではない。
【００２９】
しかしながら、通路（７１）に制御圧を加えると、ピストンチャンバ（３１）が加圧され、それによりピストン（３２、３３）が強制的に引き離される。ハブ（１２）に対するピストン（３３）の運動は、対応するポケット（３８）内に密接に係合するドッグ（３７）によって、スプラグアセンブリによる抵抗を受ける。したがって、ピストン（３４）は、ハブ（１２）に対して左回りに付勢され（図４）、そのため、凹部（２７）内のドッグ（２６）の係合のために内輪が左回りに移動する。この相対運動により、内輪の新たな円弧が、ころ（１４）を介して伝達される垂直荷重と位置合せされる。
【００３０】
制御圧が解放されると、内輪（１３）とハブ（１２）との間の係合力は、スプラグアセンブリ（４１）の抗力よりはるかに大きく、スプラグアセンブリ（４１）は解放する。その結果、ばね（３４）が伸張し、ピストン（３２、３３）を押し離してハブ（１２）に対して支持リング（３９）を回転させる。この状態で、図４に示すように、構成部品は再び静止する。
【００３１】
内輪の表面に損傷が発生する前に、内輪を新たな角度位置まで漸進させるように、計算および観察に基づいて、連続した制御パルスを必要な頻度で与えることができる。説明する実施形態では、パルス毎に約５°の角運動が可能であり、たとえば１５°の周期的な漸進運動を与えるために、いくつかの連続パルスを使用することができることが理解されよう。
【００３２】
好ましい実施形態は、たとえば軸方向寸法および／または半径方向寸法を増大させることにより、油圧チャンバを拡大することによって、より高いトルクの印加に対して適合可能である。許容された運動の円弧を、各溝穴（４６）の長さに従って選択することができ、それに従って突起（３５、３６）が調整される。トルクの印加が低いほど、チャンバを小さくすることも少なくすることもできる。
【００３３】
図３の実施形態では、リブ（６５）が油通路（図５）を画定し、前進させるべき要素との係合手段を構成することもできる。これらのリブ（６５）は、リブ（２６）（図３には図示せず）と等価である。この目的でリブのすべてを使用する必要はなく、３つの幅の広い等間隔のリブで十分であり得る。これらのリブは、図８に示すように、矢印（６７）によって示す方向における相対運動の結果として、軸受内輪（１３）のそれぞれの平行面溝穴における係合のカムアウトを防止するように、反対のすくい角（６６）を含むことができる。
【００３４】
図１３は、回転軸（７１）を有する風力タービン設備（７０）を概略的に（かつ比例尺でなく）示しており、回転軸（７１）を中心に、複列ころ軸受（７３）にプロペラブレード（７２）が取り付けられている。軸受のころ列は、軸（７１）に対して角度をなして配置され、軸（７１）に沿って両方向においてスラストに抵抗するように対向している。
【００３５】
ケーシング（７４）が、軸受（７３）の外輪（７５）を支持し、内輪（７６）がプロペラブレードを回転するように支持している。複列遊星歯車列（７７）が、プロペラブレー
ドを、トルクのみの継手（７８）を介して発電機（７９）（通常、軸７１を中心に中空）に接続している。遊星歯車列の全体的な歯車比は、１：２０から１：３０の範囲である。
【００３６】
遊星キャリア（８３、８４）における相対回転のために、それぞれの遊星歯車（８１、８２）が設けられている。必要な軸受（８５）が、プロペラブレードが静止している時に高い静荷重が可能であり、これらの位置で、本発明は、その軸受（８５）の高荷重がかかる円周方向部分を前進させる小型かつ好都合な方法を提供する。
【００３７】
風力タービン設備の実施形態では、前進機構を作動させるために圧力が加えられるが、軸受が荷重下にある間、対応する軌道輪の移動を阻止することができる。しかしながら、遊星歯車は、軸（７１）を中心に回転する際、各々が低荷重状態に達し、その時点で、通常固定されている軌道輪は漸進的に移動する。
【００３８】
遊星歯車軸受の周期的な荷重を有利に使用することができ、それにより、前進機構の作動力は、最小荷重状態で通常固定されている軌道輪を回転させるための力より高い必要がないことが理解されよう。前もって圧力が加えられると、軸受軌道輪は低荷重状態で自動的に移動するため、圧力パルスのタイミングは重要ではないことも理解されよう。
【００３９】
作動ライン（５１）における圧力を監視することにより、通常固定されている軌道輪の移動を確認するための診断機能を提供することができる。したがって、ピストン（３２、３３）が離れるように移動する際に圧力降下を予測することができ、それを、前進機構の完全なストロークに対して既知の応答と比較することができる。圧力の変化の速度はまた、機構または軸受の劣化の定量的指示も提供することができ、たとえば、圧力の比較的低速な低下が、構成部品のこう着または詰りを指示し、場合によっては、保守が必要であるということを予め警告することができる。
【００４０】
本発明を、特に風力タービンに関して説明したが、本発明は、高い静荷重または曲げ荷重が、軸受軌道輪の固定部分を介して連続的にまたは繰返し伝達される場合はいつでも有用である。鋼圧延機および発電機械等の高荷重用途が、本発明が適用される例である。
【００４１】
本発明において、当業者は、通常固定されている軸受要素を移動させるために必要なトルクに応じて、回転アクチュエータを選択する。そして、それは、軸受要素のその隣接する用途の上または中の嵌合によって決まる。軸受要素の漸進的運動に対する荷重と再設定の回転力との間の差は、少なくとも一桁であり、当業者は、いずれの場合も各軸受設備の環境によって決まる、必要な計算を容易に行うであろう。転動体軸受に関連して説明したが、本発明は、円柱状ブッシングを備える滑り軸受にも適用可能である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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