(57)【要約】  本発明は、風力発電設備の回転接続（１，１’，１’’）、特に、ブレード軸受け、または方位回転接続に関し、回転接続は、滑り軸受け組立体の形態であって、多数の第１滑り軸受け面（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を有する内リング（３，３’，３’’）と、滑り軸受け面の相手として第１滑り軸受け面の１つにそれぞれ関連付けされた多数の第２滑り軸受け面（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を有する外リング（５，５’，５’’）と、を備え、滑り軸受け組立体は、乾式滑り軸受け組立体の形態である。【選択図】図２ａ
2019518912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備の回転接続（１，１’，１’’）、特に、ブレード軸受け、または方位回転接続であって、滑り軸受け組立体の形態であり、
多数の第１滑り軸受け面（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を有する内リング（３，３’，３’’）と、
滑り軸受け面の相手として、前記第１滑り軸受け面の１つにそれぞれ関連付けされた多数の第２滑り軸受け面（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を有する外リング（５，５’，５’’）と、
を備え、
前記滑り軸受け組立体は、乾式滑り軸受け組立体の形態である、
風力発電設備の回転接続（１，１’，１’’）。
【請求項２】
前記リングの１つ、好ましくは、外リングの場合には、１つ以上、または全ての滑り軸受け面が、部分的または全体が繊維複合材料によって作られている、
請求項１に記載の回転接続。
【請求項３】
以下の材料のそれぞれ１つを含む多数の滑り軸受け層は、１つ以上、または全ての滑り軸受け面に適用され、
−ポリテトラフルオロエチレン、
−発泡ポリテトラフルオロエチレン、
−モリブデンジスルフィド、
−グラファイト、
−グラフェン、
−蒸着された金属材料、
またはそれらの複数の材料の組合せ、
請求項１または２に記載の回転接続。
【請求項５】
材料は、以下の材料からなるリストから繊維複合材料のために繊維材料として選択され、
−炭素繊維、
−ガラス繊維、
−スチール繊維、
−竹繊維、
または、複数の前記繊維の組合せ、
請求項３または４に記載の回転接続。
【請求項６】
前記繊維複合材料は、好ましくは、織物形態であって、マトリクス材料に埋め込まれ、前記マトリクス材料は、好ましくは、熱可塑性材料または熱硬化性材料、特に、エポキシ樹脂の形態である、
請求項３から５のいずれか１つに記載の回転接続。
【請求項７】
前記内リングおよび前記外リングは、それぞれ、ラジアル軸受け面（１２ｂ，１３ｂ）と２つのアキシャル軸受け面（１１ａ，１１ｃ，１３ａ，１３ｃ）とを有している、
請求項１から６のいずれか１つに記載の回転接続。
【請求項８】
前記リング（５）、好ましくは、繊維複合材料の滑り軸受け面を有する前記外リングは、ラジアル軸受け面および第１アキシャル滑り軸受け面が、第１本体部（５ａ）に設けられており、第２アキシャル軸受け面または１つ以上の別の滑り軸受け面が、第２本体部（５ｂ）または１以上の別の本体部に設けられている限りにおいて、２部品、または複数部品の構造である、
請求項３から７のいずれか１つに記載の回転接続。
【請求項９】
前記第２本体部（５ｂ）は、１部品または複数部品のフランジディスクであって、前記第１および前記第２本体部は、互いに対向する端部において、一緒に、好ましくは、可逆的に解放可能に連結される、
請求項８に記載の回転接続。
【請求項１０】
前記内リング（３’’）および前記外リング（５’’）は、それぞれ、１つ以上の互いに対応する傾斜した軸受け面（１１’’ａ，１１’’ｂ，１３’’ａ，１３’’ｂ）、好ましくは、反対方向に傾斜した軸受け面を有している、
請求項１から６のいずれか１つに記載の回転接続（１’’）。
【請求項１１】
前記回転接続は、方位軸受け組立体の形態である、
請求項１から１０のいずれか１つに記載の回転接続（１’，１’’）。
【請求項１２】
回転接続（１）によって風力発電設備のハブへ接続される風力発電設備ロータブレード（１０８）であって、
前記回転接続（１）は、請求項１から１０のいずれか１つに従って設計されている、
風力発電設備ロータブレード（１０８）。
【請求項１３】
前記外リング（５）は、繊維複合材料の１つ以上、または全ての数の滑り軸受け面（１３ａ〜１３ｃ）を有し、
前記ラジアル滑り軸受け面および第１滑り軸受け面が第１本体部に設けられており、第２アキシャル滑り軸受け面が少なくとも１つの第２本体部（５ｂ）に設けられている限り、少なくとも２部品の構造であって、
前記第１本体部（５ａ）は、前記ロータブレード（１０８）に一体的に設けられている、
請求項１２に記載のロータブレード（１０８）。
【請求項１４】
第１回転接続（１’，１’’）によってポッド（１０４）が搭載されたパイロン（１０２）を備え、発電機を駆動するために前記ロータハブ（１０６）に固定された１つ以上のロータブレード（１０８）を有するロータハブ（１０６）が前記パッド（１０４）に設けられ、前記ロータブレード（１０８）は、その入射角が調整可能であって、第２回転接続（１）によってロータハブ（１０６）に搭載されており、
少なくとも１つの回転接続（１，１’，１’’）は、請求項１から１１のいずれか１つに従って設計されている、
風力発電設備（１００）。
【請求項１５】
前記ロータブレード（１０８）またはブレードは、請求項１２または１３に従って設計されている、
請求項１４に記載の風力発電設備（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備の回転接続、特に、ブレード軸受け、または方位回転接続に関する。本発明は、さらに、風力発電設備のロータブレードおよび風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、風力発電設備が知られている。様々な機能的な位置において、それらは、方位軸受けにおいて、風力発電設備のパイロンに対してポッドを旋回させるために、または、ピッチ駆動を持つロータハブと比較して、風に対するロータブレードの入射角を設定することができるように、回転接続を有している。その目的のために、風力発電設備のそれぞれの構成要素は、回転接続を用いて、互いに回転可能に装着される。含まれる高負荷のために、最新技術では、通常、単列または多列の軸受け組立体またはアキシャルおよびラジアル軸受けの組合せの形態のボール軸受けまたはトルク軸受けからそれぞれ構成されるローリング軸受け組立体が使用される。これらの種類の軸受けの一般的に満足のいく機械的効率にかかわらず、ローリング軸受けは、特定の構造的サイズを必要とし、例外なく比較的高い重量のものであり、よって、既知の風力発電設備、それらの回転接続部、および、例えば、風力発電設備のポッドまたはロータブレードのような回転接続を有する構成要素に関して、構造的なサイズおよび重量に関して改善する必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明によれば、回転接続は、支持軸受け、固定／自由軸受け、トルク軸受け等を排他的ではなく含む、互いに対する２部品の任意の回転移動可能な装着を示すために使用される用語である。その背景を念頭において、本発明の目的は、上述した問題に関して、本明細書の導入部に記載された種類の風力発電設備の回転接続を、最大限、改善することであった。特に、本発明の目的は、本明細書の導入部において言及された、その重量および構造的な空間に関して、その点で、耐荷重能力に極力悪影響を与える可能性がある風力発電設備の回転接続を改善することであった。
【０００４】
本発明は、請求項１に記載の風力発電設備の回転接続を提案することによってその目的を達成する。特に、ブレード軸受けまたは方位回転接続である風力発電設備の回転接続は、多数の第１滑り軸受け面を持つ内リングと、滑り軸受け面の相手として第１滑り軸受け面の１つとそれぞれ関連する多数の第２滑り軸受け面を持つ外リングとを有する滑り軸受け組立体の形態であって、滑り軸受け組立体は、乾式滑り軸受け組立体の形態である。本発明によって採用されるアプローチは、滑り軸受け組立体が、従来のローリング軸受け組立体よりも、著しく小さい構造スペースと実質的により軽量の構造とを可能にすることである。驚くべきことに、乾式滑り軸受け組立体は、風力発電設備の回転接続、特に、ブレード軸受けまたは方位回転接続として、非常に適していることが分かった。
【０００５】
本発明の有利な発展は、リングの１つ、好ましくは内リングの場合には、１つ以上、または全ての滑り軸受け面が金属の滑り軸受け面の形態である。この目的のために、金属表面は、好ましくは、１．０μｍ未満、好ましくは０．８μｍ以下の粗さＲａを有する。
使用される金属材料は、好ましくは、黄銅、黄銅合金、白金、例えば、鉛、錫、アンチモン、ビスマス、銅、銅合金、特に、銅鉛鋳造合金、青銅鋳造合金、特に、鉛青銅、鉛青銅鋳造合金、鉛-錫鋳造合金、アルミニウム、アルミニウム合金、特に、アルミニウム錫鋳造合金、アルミニウム亜鉛鋳造合金、鋼、鋼合金、焼結金属、またはこれらの複数の金属材料の組み合わせである。
【０００６】
純粋な金属材料の代わりとして、好ましくは、例えば、セラミック−金属複合材料（サーメット）または金属−樹脂複合材料等の金属複合材料が用いられる。
あるいは、好ましくは、滑り軸受け面として、特に、例えば、セラミック焼結体（例えば、金属酸化物を構成成分として有することができる）、例えば、熱可塑性高機能ポリマ、特に、グラファイトおよび／またはＰＴＦＥ添加剤を持つ可能性がある非晶質熱可塑性高機能ポリマ、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の高機能プラスチックのような、非金属材料が使用される。さらに好ましくは、それぞれの他のリング、好ましくは外リングの場合には、１つ以上または全ての多数の滑り軸受け面が、部分的あるいは全体的に繊維複合材料から形成されている。繊維複合材料からなる、あるいは繊維複合材料を有する滑り軸受け面は、驚くほど良好な乾式性能を享受し、よって驚くほど耐摩耗性がある。特に、エッジ負荷に関する低いレベルの感度とともに、高度の衝撃と衝撃互換性とが達成される。良好な乾式特性により、グリースまたは油のような潤滑剤の使用を省くことが可能となる。繊維複合材料の使用により、滑り軸受け組立体は、腐食性媒体に対する耐性が高く、純粋な金属の回転接続と比較して振動減衰値が改善された。ますます厳しくなっている放音ガイドラインが世界的に重要になっているため、風力発電設備の建設における重要性が増している側面は、正確には振動の減衰である。
【０００７】
滑り軸受け面、特に、その滑り軸受け面が部分的または全体的に繊維複合材料によって作られているリングのそれらは、好ましくは、回転接続のより容易で早い回転接続のメンテナンスがポッド内で行われるようにセグメント化された構成である。
本発明に係る回転接続の好ましい発展では、以下の材料の１つを含む多数の滑り軸受け層が、１つ以上または全ての滑り軸受け面に適用される：ポリテトラフルオロエチレン、発泡ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、グラファイト、グラフェン、またはそれらの複数の材料の組み合わせ。もし、滑り軸受け面に非金属材料が使用される場合には、好ましくは、多数の滑り軸受け層が、蒸着された金属材料から作られる。
【０００８】
今のところ、番号１およびその整数倍を示すために使用される本発明の文脈において「数」が参照される。好ましい実施形態では、繊維複合材料のための繊維材料が、以下の材料からなるリストから選択された材料である：炭素繊維、ガラス繊維、スチール繊維、竹繊維、または複数のこれらの材料の組合せ。
好ましくは、繊維複合材料は、織物の形態であって、マトリックス材料に埋め込まれており、マトリックス材料は、特に、熱可塑性材料、または熱硬化性材料、特に、エポキシ樹脂である。
【０００９】
回転接続の特に好ましい実施形態では、内リングおよび外リングは、それぞれ、ラジアル軸受け面と２つのアキシャル軸受け面とを有している。外および内リングのラジアル軸受け面は、ラジアル軸受け面を提供するために、互いに対向する関係で配向されており、一方、内リングのそれぞれの１つのアキシャル軸受け面は、アキシャルスラスト軸受けを形成するために、外リングの対応するアキシャル面に向かって配向される。
【００１０】
特に好ましい実施形態では、繊維複合材料のベース層を持つリング、好ましくは、外リングは、ラジアル滑り軸受け面および第１アキシャル滑り軸受け面が第１本体部に設けられ、第２アキシャル滑り軸受け面または１つ以上の別の滑り軸受け面が第２本体部または１つ以上の別の本体部に設けられている限り、２部品、または複数部品の構造である。そして、好ましくは、第２本体部または別の本体部は、１部品または複数部品のフランジディスクの形態であって、第１および第２本体部は、好ましくは、可逆的に解放可能に互いに対応する端部において、ともに接合される。実際には、例えば、ネジ接続は、可逆的に解放可能な接続として信頼性があることが証明されている。ネジ止めの目的のために、好ましくは、本体部の１つ、例えば、第１本体部は、繊維複合材料が鋭利なネジ山によって損傷しないように、ネジ山を受けるための金属インサートを有している。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、内リングおよび外リングは、それぞれ、１つ以上の互いに対応する傾斜した軸受け面、好ましくは、反対方向に傾斜した軸受け面を有している。
本発明は、前述した孤立した回転接続に関する第１の側面によって、記載された。本発明は、特に、風力発電設備ロータブレードにも関係するその利点を提供する。本発明によれば、回転接続によって風力発電設備のハブに接続される風力発電設備ロータブレードが提案され、回転接続は、上述した好ましい実施形態の１つに従う。技術的な効果および利点に関しては、この点に関して、左記の説明に注意が向けられる。
【００１２】
ラジアル滑り軸受け面と第１滑り軸受け面とが第１本体部に設けられ、第２アキシャル滑り軸受け面が第２本体部に設けられている限り、ロータブレードは、回転接続の外リングが繊維複合材料の滑り軸受け面の１つ以上または全てを有し、少なくとも２部品の構造からなることが特に好ましく、第１本体部は、ロータブレードに一体的に設けられている。これは、好ましくは、その製造時に、第１本体部および同じ第１アキシャル滑り軸受け面とラジアル滑り軸受け面とがロータブレードに設けられることで達成される。特に、ロータブレードも繊維複合材料を含む場合には、その結果が、外リングの第１本体部の滑り軸受け面が設けられた「モノリシック」に作用する全体的構造になるように、外リングの第１本体部に対応する繊維マットも、マトリックス材料のロータブレードの織物マットとともに一緒に埋め込まれることが好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、回転接続は、方位軸受け組立体である。好ましくは、方位軸受け組立体は、セグメント化された形態であって、個々の滑り軸受け面は、専用のセグメントの形態である。特に好ましくは、セグメントは、被覆された繊維複合材料、例えば、ガラス繊維補強プラスチックから作られている。例えば、風向きの追跡中に、セグメントが軸受けリングの方へスライドするように、セグメントは、好ましくは、金属のリングに取り付けられ、金属のリングに対応するものは、金属の軸受けリングまたは金属のパイロンヘッドフランジの軸受け面の形態である。あるいは、好ましくは、金属のリングに、またはパイロンヘッドフランジに直接、取り付けられており、金属の軸受けリングは、機械キャリアに取り付けられ、セグメント上でスライドする。
【００１４】
本発明はさらに、本明細書の冒頭部分において参照された風力発電設備に関する。本発明は、ポッドが第１回転接続によって搭載されるパイロンを有する風力発電設備を提案する限り、風力発電設備に関連するその目的を達成し、ポッドには、発電機を駆動するためにロータハブに固定された１つ以上のロータブレードを有するロータハブが設けられており、ロータブレードは、特にピッチ駆動によって入射角が調整され、第２回転接続によってロータハブに装着される。特に、上述した好ましい実施形態の１つに従う回転接続が提案される。特に好ましくは、このような風力発電設備において、ロータブレードは、上述した好ましい実施形態の１つに従う。
【００１５】
本発明は、添付図面を参照して、以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る風力発電設備の概略的な斜視図。
【図２ａ】図１の風力発電設備に関する別の概略的な詳細図。
【図２ｂ】図２ａの図の別の概略的な詳細図。
【図３】図１の風力発電設備に関する別の概略的な詳細図。
【図４】図３の実施形態に関する代替的な構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る風力発電設備の概略図を示す。風力発電設備１００は、パイロン１０２と、パイロン１０２上のポッド１０４を有している。ポッド１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有する空気力学的なロータ１０６が設けられている。風力発電設備１００の運転中は、空気力学的なロータ１０６は、風によって回転され、よって、ロータまたは空気力学的なロータ１０６に直接または間接的に結合された発電機のロータ部材も回転させる。発電機は、好ましくは、ゆっくり回転する同期発電機である。発電機は、ポッド１０４に配置され、電力を生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のロータブレード根元においてピッチモータによって変更される。回転接続１は、ロータブレード１０８をポッド１０４に設けられたロータハブに対して装着するために設けられている。
【００１８】
回転接続１は、図２ａおよび図２ｂに、その機能的および構造的な詳細とともに、より詳細に示されている。
回転接続１は、内リング３と外リング５とを有している。本実施形態では、内リング３は、ポッド１０４上に固定して配置され、外リング５は、ロータブレード１０８に配置されている。選択的には、外リング５は、別の構成要素として設けられ、対応する端部においてロータブレード１０８に固定される（分離線７参照）。もう１つの好ましいオプションによれば、外リング５は、２部品の構成要素として製造される。外リング５の第１本体部５ａは、特に好ましくは、ロータブレード１０８の製造中に既に影響を受けているロータブレード１０８に一体化して設けられている。
【００１９】
第２本体部５ｂは、フランジ状のディスクの形態であって、選択的には、セグメント状の構成であって、外リング５の第１本体部５ａに解放可能に固定されている。外リング５の本体部５ａ，５ｂの間には、環状の隙間が形成され、環状の隙間に内リング３のフランジ状の突出部９が当て嵌まる。
内リング３のフランジ状の突出線には、第１および第２アキシャル滑り軸受け面１１ａ，１１ｂと、第１および第２アキシャル滑り軸受け面１１ａ，１１ｂの間に配置されラジアル滑り軸受け面である第３滑り軸受け面１１ｃと、が設けられている。
【００２０】
互いに向き合った関係で配置された外リング５は、対応する反対側に配置された滑り軸受け面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを用いて滑り軸受け組立体を形成する、第１および第２アキシャル滑り軸受け面１３ａ，１３ｂと、ラジアル滑り軸受け面１３ｃと、を有している。本発明によれば、回転接続１の滑り軸受け組立体は、乾式軸受け組立体である。それは、特に、軸受け隙間にグリースまたは油等の潤滑油がないことを意味するために使用される。
【００２１】
本発明に係る乾式軸受け組立体は、特に、小さい中心振幅と低い回転速度に関してその利点を有する。その移動範囲では、乾式特性とこれに伴う回転接続１の耐摩耗性は驚くほど良好である。
外リングは、好ましくは、部分的あるいは完全に、例えば、ガラス補強プラスチック等の繊維複合材料から作られている。熱硬化性エポキシ樹脂は、樹脂として特に好ましい。好ましくは、滑り軸受け面１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび／または滑り軸受け面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの表面に、接着低減材料、例えば、（膨張した）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の１つ以上の層が設けられる。内リング３は、好ましくは、少なくとも、フランジ状突出線の領域に製造されるが、好ましくは、完全に金属材料から製造される。表面粗さは、好ましくは、１．９μｍＲａ未満であり、特に好ましくは、０．８μｍＲａ未満である。
【００２２】
本発明に係る回転接続の概念は、ポッド１０４上のロータブレード１０８のピッチ軸受けのための回転接続によって、本図２ａおよび図２ｂに設定された。しかし、その概念は、パイロン１０２とポッド１０４との間の方位軸受けの形態の回転接続に関しても、本発明に従って実施される。このようなパイロン（図示せず）の場合には、好ましくは、軸受けリングの１つも、金属材料で作られており、一方、それぞれの他の軸受けリングは、部分的または完全に繊維複合材料を含む１部品または複数部品のリングから作られる。その点では、上記特定の説明および上述した好ましい実施形態に対する充分な関心が向けられている。
【００２３】
前述した図１、図２ａ，２ｂを参照すると、本発明は、主に、ブレード軸受け組立体の基本について説明されている。本明細書の冒頭部分ですでに述べられているように、しかし、本発明は、また、例えば、図３、図４に示された方位軸受け組立体のような他の回転接続に関する。図３は、風力発電設備１００（図１）のポッド１０４の一部を示す。風力発電設備１０は、ポッド１０４に、機械キャリア１１２を有している。機械キャリア１１２には、パイロン１０２に対するポッド１０４の配向角度を調整するための駆動モータ１１３が設けられている。駆動モータは、歯配列１５と回転接続１’と噛み合う駆動ピニオン１１５を有している。歯配列１５は、好ましくは、内リングである軸受けリング３’に設けられている。第１軸受けリング３’は、好ましくは、部分的または完全に、金属材料、あるいは上述した好ましい材料の１つから作られている。第１軸受けリング３’は、３つの滑り軸受け面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有している。
【００２４】
さらに、回転接続１’は、第２軸受けリング５’を有している。図２ａおよび図２ｂに示す軸受けリング５とは異なり、第２軸受けリング５’は、その基本構造に関して、金属材料によって作られており、２つのアキシャル滑り軸受け面１３’ａ，１３’ｃと、好ましくは、繊維補強プラスチックを含み選択的に接着低減材料の１つ以上の層を含むラジアル滑り軸受け面１３’ｂとを有している。あるいは、または付加的に、上述した好ましい実施形態に係る接着低減材料の１つ以上の層は、滑り軸受け面１１’ａ，１１’ｂ，１１’ｃの表面部分に塗布される。滑り軸受け面１１’ａ，１１’ｂ，１１’ｃ，１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃは、それぞれ互いに滑り軸受けを形成する。
【００２５】
図４は、回転接続１’’の形態で、方位軸受け組立体のわずかに異なる選択肢の構成を示す。図３に示す回転接続１’のように、回転接続１’’は、機械キャリア１１２の回転、あるいは風力発電設備１００（図１）のパイロン１０２に対するポッド１０４の回転に役立つ。図３の実施形態とは異なり、好ましくは内リングである第１軸受けリング３’’は、厳密に径方向または軸方向に配向されていない、３つではなく、２つだけの滑り軸受け面１１’’ａ，１１’’ｂを有している。図示された構成が内リングまたは外リングとして第１軸受けリング３’’を示すか否かに応じて、図示された滑り軸受け組立体は、ＸまたはＯ軸受け組立体である。
【００２６】
第１軸受けリング３’’に加えて、図４に示す回転接続１’’は、第１軸受けリング３’’に対応して、２つの滑り軸受け面１３’’ａ，１３’’ｂが配置された第２軸受けリング５’’を有している。好ましくは、第２軸受けリング５’’は、金属材料によって作られ、一方、滑り軸受け面１３’’ａ，１３’’ｂは、好ましくは、例えば、ガラス補強プラスチック等の繊維複合材料のセグメント要素の形態である。表面粗さおよび被覆に関して、好ましくは、前述の実施形態および好ましい実施形態について前述されたものが、ここでも適用される。
【００２７】
図３および図４は、同じ様式で、パイロン１０２に対するポッド１０４の回転運動を制動または停止させる公知の方法で使用されるモータブレーキ１１７を示す。
図３の実施形態と図４の実施形態の両方は、パイロン１０２に対して内側に配置された回転接続１’，１’’、あるいは、外側に配置された回転接続１’，１’’を有していてもよい。内リングおよび外リングに関連する用語は、それぞれ対応して交換される。
【図１】
2019518912.tif 000003
【図２ａ】
2019518912.tif 000004
【図２ｂ】
2019518912.tif 000005
【図３】
2019518912.tif 000006
【図４】
2019518912.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月7日(2018.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転接続（１）によって風力発電設備のハブへ接続される風力発電設備ロータブレード（１０８）であって、
風力発電設備の回転接続（１，１’，１’’）は、滑り軸受け組立体の形態であり、
多数の第１滑り軸受け面（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を有する内リング（３，３’，３’’）と、
滑り軸受け面の相手として、前記第１滑り軸受け面の１つにそれぞれ関連付けされた多数の第２滑り軸受け面（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を有する外リング（５，５’，５’’）と、
を備え、
前記滑り軸受け組立体は、乾式滑り軸受け組立体の形態であって、
前記外リング（５）は、多数の繊維複合材料の滑り軸受け面（１３ａ〜１３ｃ）の１つ以上、または全てを有し、
前記ラジアル滑り軸受け面および第１滑り軸受け面が第１本体部に設けられており、第２アキシャル滑り軸受け面が少なくとも１つの第２本体部（５ｂ）に設けられている限り、少なくとも２部品の構造であって、
前記第１本体部（５ａ）は、前記ロータブレード（１０８）に一体的に設けられている、
風力発電設備ロータブレード。
【請求項２】
前記リングの１つは、多数の滑り軸受け面の１つ以上、または全てが、部分的または全体が繊維複合材料によって作られている、
請求項１に記載のロータブレード。
【請求項３】
以下の材料のそれぞれ１つを含む多数の滑り軸受け層は、１つ以上、または全ての滑り軸受け面に適用され、
−ポリテトラフルオロエチレン、
−発泡ポリテトラフルオロエチレン、
−モリブデンジスルフィド、
−グラファイト、
−グラフェン、
−蒸着された金属材料、
またはそれらの複数の材料の組合せ、
請求項１または２に記載のロータブレード。
【請求項４】
材料は、以下の材料からなるリストから繊維複合材料のために繊維材料として選択され、
−炭素繊維、
−ガラス繊維、
−スチール繊維、
−竹繊維、
または、複数の前記繊維の組合せ、
請求項３に記載のロータブレード。
【請求項５】
前記繊維複合材料は、マトリクス材料に埋め込まれている、
請求項３または４に記載のロータブレード。
【請求項６】
前記内リングおよび前記外リングは、それぞれ、ラジアル軸受け面（１２ｂ，１３ｂ）と２つのアキシャル軸受け面（１１ａ，１１ｃ，１３ａ，１３ｃ）とを有している、
請求項１から５のいずれか１つに記載のロータブレード。
【請求項７】
前記リング（５）は、ラジアル軸受け面および第１アキシャル滑り軸受け面が、第１本体部（５ａ）に設けられており、第２アキシャル軸受け面または１つ以上の別の滑り軸受け面が、第２本体部（５ｂ）または１以上の別の本体部に設けられている限りにおいて、２部品、または複数部品の構造である、
請求項３から６のいずれか１つに記載のロータブレード。
【請求項８】
前記第２本体部（５ｂ）は、１部品または複数部品のフランジディスクであって、前記第１および前記第２本体部は、互いに対向する端部において、一緒に連結される、
請求項７に記載のロータブレード。
【請求項９】
前記内リング（３’’）および前記外リング（５’’）は、それぞれ、１つ以上の互いに対応する傾斜した軸受け面（１１’’ａ，１１’’ｂ，１３’’ａ，１３’’ｂ）を有している、
請求項１から５のいずれか１つに記載のロータブレード。
【請求項１０】
前記回転接続は、方位軸受け組立体の形態である、
請求項１から９のいずれか１つに記載のロータブレード。
【請求項１１】
第１回転接続（１’，１’’）によってポッド（１０４）が搭載されたパイロン（１０２）を備え、発電機を駆動するために前記ロータハブ（１０６）に固定された１つ以上のロータブレード（１０８）を有するロータハブ（１０６）が前記パッド（１０４）に設けられ、前記ロータブレード（１０８）は、その入射角が調整可能であって、第２回転接続（１）によってロータハブ（１０６）に搭載されており、
前記ロータブレードまたはブレードは、請求項１から１０のいずれか１つに従って設計されている、
風力発電設備（１００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備の回転接続、特に、ブレード軸受け、または方位回転接続に関する。本発明は、さらに、風力発電設備のロータブレードおよび風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、風力発電設備が知られている。様々な機能的な位置において、それらは、方位軸受けにおいて、風力発電設備のパイロンに対してポッドを旋回させるために、または、ピッチ駆動を持つロータハブと比較して、風に対するロータブレードの入射角を設定することができるように、回転接続を有している。その目的のために、風力発電設備のそれぞれの構成要素は、回転接続を用いて、互いに回転可能に装着される。含まれる高負荷のために、最新技術では、通常、単列または多列の軸受け組立体またはアキシャルおよびラジアル軸受けの組合せの形態のボール軸受けまたはトルク軸受けからそれぞれ構成されるローリング軸受け組立体が使用される。これらの種類の軸受けの一般的に満足のいく機械的効率にかかわらず、ローリング軸受けは、特定の構造的サイズを必要とし、例外なく比較的高い重量のものであり、よって、既知の風力発電設備、それらの回転接続部、および、例えば、風力発電設備のポッドまたはロータブレードのような回転接続を有する構成要素に関して、構造的なサイズおよび重量に関して改善する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２ ５１１ ５２１号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１６／０５５３９１号
【特許文献３】独国実用新案出願公開第２０ ２００７ ００２ ６０９号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０ ２０１３ ００４ ３３９号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２ ５５ ７４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明によれば、回転接続は、支持軸受け、固定／自由軸受け、トルク軸受け等を排他的ではなく含む、互いに対する２部品の任意の回転移動可能な装着を示すために使用される用語である。その背景を念頭において、本発明の目的は、上述した問題に関して、本明細書の導入部に記載された種類の風力発電設備の回転接続を、最大限、改善することであった。特に、本発明の目的は、本明細書の導入部において言及された、その重量および構造的な空間に関して、その点で、耐荷重能力に極力悪影響を与える可能性がある風力発電設備の回転接続を改善することであった。
【０００５】
本発明は、請求項１に記載の風力発電設備の回転接続を提案することによってその目的を達成する。特に、ブレード軸受けまたは方位回転接続である風力発電設備の回転接続は、多数の第１滑り軸受け面を持つ内リングと、滑り軸受け面の相手として第１滑り軸受け面の１つとそれぞれ関連する多数の第２滑り軸受け面を持つ外リングとを有する滑り軸受け組立体の形態であって、滑り軸受け組立体は、乾式滑り軸受け組立体の形態である。本発明によって採用されるアプローチは、滑り軸受け組立体が、従来のローリング軸受け組立体よりも、著しく小さい構造スペースと実質的により軽量の構造とを可能にすることである。驚くべきことに、乾式滑り軸受け組立体は、風力発電設備の回転接続、特に、ブレード軸受けまたは方位回転接続として、非常に適していることが分かった。
【０００６】
本発明の有利な発展は、リングの１つ、好ましくは内リングの場合には、１つ以上、または全ての滑り軸受け面が金属の滑り軸受け面の形態である。この目的のために、金属表面は、好ましくは、１．０μｍ未満、好ましくは０．８μｍ以下の粗さＲａを有する。
使用される金属材料は、好ましくは、黄銅、黄銅合金、白金、例えば、鉛、錫、アンチモン、ビスマス、銅、銅合金、特に、銅鉛鋳造合金、青銅鋳造合金、特に、鉛青銅、鉛青銅鋳造合金、鉛-錫鋳造合金、アルミニウム、アルミニウム合金、特に、アルミニウム錫鋳造合金、アルミニウム亜鉛鋳造合金、鋼、鋼合金、焼結金属、またはこれらの複数の金属材料の組み合わせである。
【０００７】
純粋な金属材料の代わりとして、好ましくは、例えば、セラミック−金属複合材料（サーメット）または金属−樹脂複合材料等の金属複合材料が用いられる。
あるいは、好ましくは、滑り軸受け面として、特に、例えば、セラミック焼結体（例えば、金属酸化物を構成成分として有することができる）、例えば、熱可塑性高機能ポリマ、特に、グラファイトおよび／またはＰＴＦＥ添加剤を持つ可能性がある非晶質熱可塑性高機能ポリマ、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の高機能プラスチックのような、非金属材料が使用される。さらに好ましくは、それぞれの他のリング、好ましくは外リングの場合には、１つ以上または全ての多数の滑り軸受け面が、部分的あるいは全体的に繊維複合材料から形成されている。繊維複合材料からなる、あるいは繊維複合材料を有する滑り軸受け面は、驚くほど良好な乾式性能を享受し、よって驚くほど耐摩耗性がある。特に、エッジ負荷に関する低いレベルの感度とともに、高度の衝撃と衝撃互換性とが達成される。良好な乾式特性により、グリースまたは油のような潤滑剤の使用を省くことが可能となる。繊維複合材料の使用により、滑り軸受け組立体は、腐食性媒体に対する耐性が高く、純粋な金属の回転接続と比較して振動減衰値が改善された。ますます厳しくなっている放音ガイドラインが世界的に重要になっているため、風力発電設備の建設における重要性が増している側面は、正確には振動の減衰である。
【０００８】
滑り軸受け面、特に、その滑り軸受け面が部分的または全体的に繊維複合材料によって作られているリングのそれらは、好ましくは、回転接続のより容易で早い回転接続のメンテナンスがポッド内で行われるようにセグメント化された構成である。
本発明に係る回転接続の好ましい発展では、以下の材料の１つを含む多数の滑り軸受け層が、１つ以上または全ての滑り軸受け面に適用される：ポリテトラフルオロエチレン、発泡ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、グラファイト、グラフェン、またはそれらの複数の材料の組み合わせ。もし、滑り軸受け面に非金属材料が使用される場合には、好ましくは、多数の滑り軸受け層が、蒸着された金属材料から作られる。
【０００９】
今のところ、番号１およびその整数倍を示すために使用される本発明の文脈において「数」が参照される。好ましい実施形態では、繊維複合材料のための繊維材料が、以下の材料からなるリストから選択された材料である：炭素繊維、ガラス繊維、スチール繊維、竹繊維、または複数のこれらの材料の組合せ。
好ましくは、繊維複合材料は、織物の形態であって、マトリックス材料に埋め込まれており、マトリックス材料は、特に、熱可塑性材料、または熱硬化性材料、特に、エポキシ樹脂である。
【００１０】
回転接続の特に好ましい実施形態では、内リングおよび外リングは、それぞれ、ラジアル軸受け面と２つのアキシャル軸受け面とを有している。外および内リングのラジアル軸受け面は、ラジアル軸受け面を提供するために、互いに対向する関係で配向されており、一方、内リングのそれぞれの１つのアキシャル軸受け面は、アキシャルスラスト軸受けを形成するために、外リングの対応するアキシャル面に向かって配向される。
【００１１】
特に好ましい実施形態では、繊維複合材料のベース層を持つリング、好ましくは、外リングは、ラジアル滑り軸受け面および第１アキシャル滑り軸受け面が第１本体部に設けられ、第２アキシャル滑り軸受け面または１つ以上の別の滑り軸受け面が第２本体部または１つ以上の別の本体部に設けられている限り、２部品、または複数部品の構造である。そして、好ましくは、第２本体部または別の本体部は、１部品または複数部品のフランジディスクの形態であって、第１および第２本体部は、好ましくは、可逆的に解放可能に互いに対応する端部において、ともに接合される。実際には、例えば、ネジ接続は、可逆的に解放可能な接続として信頼性があることが証明されている。ネジ止めの目的のために、好ましくは、本体部の１つ、例えば、第１本体部は、繊維複合材料が鋭利なネジ山によって損傷しないように、ネジ山を受けるための金属インサートを有している。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、内リングおよび外リングは、それぞれ、１つ以上の互いに対応する傾斜した軸受け面、好ましくは、反対方向に傾斜した軸受け面を有している。
本発明は、前述した孤立した回転接続に関する第１の側面によって、記載された。本発明は、特に、風力発電設備ロータブレードにも関係するその利点を提供する。本発明によれば、回転接続によって風力発電設備のハブに接続される風力発電設備ロータブレードが提案され、回転接続は、上述した好ましい実施形態の１つに従う。技術的な効果および利点に関しては、この点に関して、左記の説明に注意が向けられる。
【００１３】
ラジアル滑り軸受け面と第１滑り軸受け面とが第１本体部に設けられ、第２アキシャル滑り軸受け面が第２本体部に設けられている限り、ロータブレードは、回転接続の外リングが繊維複合材料の滑り軸受け面の１つ以上または全てを有し、少なくとも２部品の構造からなることが特に好ましく、第１本体部は、ロータブレードに一体的に設けられている。これは、好ましくは、その製造時に、第１本体部および同じ第１アキシャル滑り軸受け面とラジアル滑り軸受け面とがロータブレードに設けられることで達成される。特に、ロータブレードも繊維複合材料を含む場合には、その結果が、外リングの第１本体部の滑り軸受け面が設けられた「モノリシック」に作用する全体的構造になるように、外リングの第１本体部に対応する繊維マットも、マトリックス材料のロータブレードの織物マットとともに一緒に埋め込まれることが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、回転接続は、方位軸受け組立体である。好ましくは、方位軸受け組立体は、セグメント化された形態であって、個々の滑り軸受け面は、専用のセグメントの形態である。特に好ましくは、セグメントは、被覆された繊維複合材料、例えば、ガラス繊維補強プラスチックから作られている。例えば、風向きの追跡中に、セグメントが軸受けリングの方へスライドするように、セグメントは、好ましくは、金属のリングに取り付けられ、金属のリングに対応するものは、金属の軸受けリングまたは金属のパイロンヘッドフランジの軸受け面の形態である。あるいは、好ましくは、金属のリングに、またはパイロンヘッドフランジに直接、取り付けられており、金属の軸受けリングは、機械キャリアに取り付けられ、セグメント上でスライドする。
【００１５】
本発明はさらに、本明細書の冒頭部分において参照された風力発電設備に関する。本発明は、ポッドが第１回転接続によって搭載されるパイロンを有する風力発電設備を提案する限り、風力発電設備に関連するその目的を達成し、ポッドには、発電機を駆動するためにロータハブに固定された１つ以上のロータブレードを有するロータハブが設けられており、ロータブレードは、特にピッチ駆動によって入射角が調整され、第２回転接続によってロータハブに装着される。特に、上述した好ましい実施形態の１つに従う回転接続が提案される。特に好ましくは、このような風力発電設備において、ロータブレードは、上述した好ましい実施形態の１つに従う。
【００１６】
本発明は、添付図面を参照して、以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る風力発電設備の概略的な斜視図。
【図２ａ】図１の風力発電設備に関する別の概略的な詳細図。
【図２ｂ】図２ａの図の別の概略的な詳細図。
【図３】図１の風力発電設備に関する別の概略的な詳細図。
【図４】図３の実施形態に関する代替的な構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明に係る風力発電設備の概略図を示す。風力発電設備１００は、パイロン１０２と、パイロン１０２上のポッド１０４を有している。ポッド１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有する空気力学的なロータ１０６が設けられている。風力発電設備１００の運転中は、空気力学的なロータ１０６は、風によって回転され、よって、ロータまたは空気力学的なロータ１０６に直接または間接的に結合された発電機のロータ部材も回転させる。発電機は、好ましくは、ゆっくり回転する同期発電機である。発電機は、ポッド１０４に配置され、電力を生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のロータブレード根元においてピッチモータによって変更される。回転接続１は、ロータブレード１０８をポッド１０４に設けられたロータハブに対して装着するために設けられている。
【００１９】
回転接続１は、図２ａおよび図２ｂに、その機能的および構造的な詳細とともに、より詳細に示されている。
回転接続１は、内リング３と外リング５とを有している。本実施形態では、内リング３は、ポッド１０４上に固定して配置され、外リング５は、ロータブレード１０８に配置されている。選択的には、外リング５は、別の構成要素として設けられ、対応する端部においてロータブレード１０８に固定される（分離線７参照）。もう１つの好ましいオプションによれば、外リング５は、２部品の構成要素として製造される。外リング５の第１本体部５ａは、特に好ましくは、ロータブレード１０８の製造中に既に影響を受けているロータブレード１０８に一体化して設けられている。
【００２０】
第２本体部５ｂは、フランジ状のディスクの形態であって、選択的には、セグメント状の構成であって、外リング５の第１本体部５ａに解放可能に固定されている。外リング５の本体部５ａ，５ｂの間には、環状の隙間が形成され、環状の隙間に内リング３のフランジ状の突出部９が当て嵌まる。
内リング３のフランジ状の突出線には、第１および第２アキシャル滑り軸受け面１１ａ，１１ｂと、第１および第２アキシャル滑り軸受け面１１ａ，１１ｂの間に配置されラジアル滑り軸受け面である第３滑り軸受け面１１ｃと、が設けられている。
【００２１】
互いに向き合った関係で配置された外リング５は、対応する反対側に配置された滑り軸受け面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを用いて滑り軸受け組立体を形成する、第１および第２アキシャル滑り軸受け面１３ａ，１３ｂと、ラジアル滑り軸受け面１３ｃと、を有している。本発明によれば、回転接続１の滑り軸受け組立体は、乾式軸受け組立体である。それは、特に、軸受け隙間にグリースまたは油等の潤滑油がないことを意味するために使用される。
【００２２】
本発明に係る乾式軸受け組立体は、特に、小さい中心振幅と低い回転速度に関してその利点を有する。その移動範囲では、乾式特性とこれに伴う回転接続１の耐摩耗性は驚くほど良好である。
外リングは、好ましくは、部分的あるいは完全に、例えば、ガラス補強プラスチック等の繊維複合材料から作られている。熱硬化性エポキシ樹脂は、樹脂として特に好ましい。好ましくは、滑り軸受け面１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび／または滑り軸受け面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの表面に、接着低減材料、例えば、（膨張した）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の１つ以上の層が設けられる。内リング３は、好ましくは、少なくとも、フランジ状突出線の領域に製造されるが、好ましくは、完全に金属材料から製造される。表面粗さは、好ましくは、１．９μｍＲａ未満であり、特に好ましくは、０．８μｍＲａ未満である。
【００２３】
本発明に係る回転接続の概念は、ポッド１０４上のロータブレード１０８のピッチ軸受けのための回転接続によって、本図２ａおよび図２ｂに設定された。しかし、その概念は、パイロン１０２とポッド１０４との間の方位軸受けの形態の回転接続に関しても、本発明に従って実施される。このようなパイロン（図示せず）の場合には、好ましくは、軸受けリングの１つも、金属材料で作られており、一方、それぞれの他の軸受けリングは、部分的または完全に繊維複合材料を含む１部品または複数部品のリングから作られる。その点では、上記特定の説明および上述した好ましい実施形態に対する充分な関心が向けられている。
【００２４】
前述した図１、図２ａ，２ｂを参照すると、本発明は、主に、ブレード軸受け組立体の基本について説明されている。本明細書の冒頭部分ですでに述べられているように、しかし、本発明は、また、例えば、図３、図４に示された方位軸受け組立体のような他の回転接続に関する。図３は、風力発電設備１００（図１）のポッド１０４の一部を示す。風力発電設備１０は、ポッド１０４に、機械キャリア１１２を有している。機械キャリア１１２には、パイロン１０２に対するポッド１０４の配向角度を調整するための駆動モータ１１３が設けられている。駆動モータは、歯配列１５と回転接続１’と噛み合う駆動ピニオン１１５を有している。歯配列１５は、好ましくは、内リングである軸受けリング３’に設けられている。第１軸受けリング３’は、好ましくは、部分的または完全に、金属材料、あるいは上述した好ましい材料の１つから作られている。第１軸受けリング３’は、３つの滑り軸受け面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有している。
【００２５】
さらに、回転接続１’は、第２軸受けリング５’を有している。図２ａおよび図２ｂに示す軸受けリング５とは異なり、第２軸受けリング５’は、その基本構造に関して、金属材料によって作られており、２つのアキシャル滑り軸受け面１３’ａ，１３’ｃと、好ましくは、繊維補強プラスチックを含み選択的に接着低減材料の１つ以上の層を含むラジアル滑り軸受け面１３’ｂとを有している。あるいは、または付加的に、上述した好ましい実施形態に係る接着低減材料の１つ以上の層は、滑り軸受け面１１’ａ，１１’ｂ，１１’ｃの表面部分に塗布される。滑り軸受け面１１’ａ，１１’ｂ，１１’ｃ，１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃは、それぞれ互いに滑り軸受けを形成する。
【００２６】
図４は、回転接続１’’の形態で、方位軸受け組立体のわずかに異なる選択肢の構成を示す。図３に示す回転接続１’のように、回転接続１’’は、機械キャリア１１２の回転、あるいは風力発電設備１００（図１）のパイロン１０２に対するポッド１０４の回転に役立つ。図３の実施形態とは異なり、好ましくは内リングである第１軸受けリング３’’は、厳密に径方向または軸方向に配向されていない、３つではなく、２つだけの滑り軸受け面１１’’ａ，１１’’ｂを有している。図示された構成が内リングまたは外リングとして第１軸受けリング３’’を示すか否かに応じて、図示された滑り軸受け組立体は、ＸまたはＯ軸受け組立体である。
【００２７】
第１軸受けリング３’’に加えて、図４に示す回転接続１’’は、第１軸受けリング３’’に対応して、２つの滑り軸受け面１３’’ａ，１３’’ｂが配置された第２軸受けリング５’’を有している。好ましくは、第２軸受けリング５’’は、金属材料によって作られ、一方、滑り軸受け面１３’’ａ，１３’’ｂは、好ましくは、例えば、ガラス補強プラスチック等の繊維複合材料のセグメント要素の形態である。表面粗さおよび被覆に関して、好ましくは、前述の実施形態および好ましい実施形態について前述されたものが、ここでも適用される。
【００２８】
図３および図４は、同じ様式で、パイロン１０２に対するポッド１０４の回転運動を制動または停止させる公知の方法で使用されるモータブレーキ１１７を示す。
図３の実施形態と図４の実施形態の両方は、パイロン１０２に対して内側に配置された回転接続１’，１’’、あるいは、外側に配置された回転接続１’，１’’を有していてもよい。内リングおよび外リングに関連する用語は、それぞれ対応して交換される。
【国際調査報告】
2019518912.tif 000008
2019518912.tif 000009
2019518912.tif 000010
2019518912.tif 000011
2019518912.tif 000012
2019518912.tif 000013