(57)【要約】【課題】従来の問題点を解決するための、改良され、堅固でありかつ単純なベアリング構造を提供すること。【解決手段】本発明は、第１および第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１、３１を備えるアキシャル方向位置決めベアリングポジション１０とアキシャル方向非位置決めベアリングポジション１２とを有する流体機械設備１００のためのベアリング構造１に関し、ベアリング１１、３１はそれぞれ湾曲内側軌道と湾曲外側軌道とローラから形成される一連の回転要素を備え、各ローラは、ベアリング１１の圧力中心Ｐ１がベアリング３１の圧力中心Ｐ２から外れるようシャフトのアキシャル方向に対して所定の接触角で傾斜し、かつアキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を支持するよう内側および外側軌道と協働し、非位置決めベアリング１２は位置決めベアリング１０から離間される。本発明はまた上記ベアリング構造を備える流体機械設備に関する。【選択図】図１ａ
2015090218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキシャル方向位置決めベアリングポジション（１０）とアキシャル方向非位置決めベアリングポジション（１２）とを有する流体機械設備（１００）のためのベアリング構造（１）であって、
前記アキシャル方向位置決めベアリングポジション（１０）は、
シャフト（２）をアキシャル方向（Ａ）における動作に対して位置決めするための、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）に隣接して配置される第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）を備えており、
前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）は、第１の列（２２）となるように配置されかつ第１の湾曲内側軌道（２０ａ）と第１の湾曲外側軌道（２１ａ）との間に介在させられた複数のローラ（１５）から形成される第１の一連の回転要素を有しており、前記ローラ（１５）のそれぞれは、前記第１の湾曲内側軌道（２０ａ）および前記第１の湾曲外側軌道（２１ａ）と係合可能な湾曲軌道接触面（１５ａ）を有する対称的な円筒形状ローラであり、
前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）の前記ローラ（１５）のそれぞれは、前記シャフト（２）の前記アキシャル方向に対して第１の接触角（α２）で傾斜されており；それにより、前記ローラ（１５）は、アキシャル方向力（Ｆ１）およびラジアル方向力（Ｆ２）を支持するために第１の湾曲内側軌道（２０ａ）および前記第１の湾曲外側軌道（２１ａ）と協働するよう構成されており、
前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）は、第２の列（３２）となるように配置されかつ第２の湾曲内側軌道（４０ａ）と第２の湾曲外側軌道（４１ａ）との間に介在させられた複数のローラ（３５）から形成される第２の一連の回転要素を有しており、前記ローラ（３５）のそれぞれは、前記第２の湾曲内側軌道（４０ａ）および前記第２の湾曲外側軌道（４１ａ）と係合可能な湾曲軌道接触面（３５ａ）を有する対称的な円筒形状ローラであり、
前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）の前記ローラ（３５）のそれぞれは、前記シャフト（２）の前記アキシャル方向に対して第２の接触角（α１）で傾斜されており；それにより、前記ローラ（３５）は、アキシャル方向力（Ｆ１）およびラジアル方向力（Ｆ２）を支持するために第２の湾曲内側軌道（４０ａ）および前記第２の湾曲外側軌道（４１ａ）と協働するよう構成されており、
前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）のローラ（１５）のそれぞれは、前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）の第１の圧力中心（Ｐ１）が前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）の第２の圧力中心（Ｐ２）から外れるように、前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）のローラ（３５）のそれぞれに対して傾斜されており、
前記アキシャル方向非位置決めベアリング（１２）は、前記アキシャル方向（Ａ）に見て、前記アキシャル方向位置決めベアリング（１０）から離間されて配置されていることを特徴とするベアリング構造（１）。
【請求項２】
前記アキシャル方向非位置決めベアリングポジション（１２）は、第３の列（５６）となるように配置されるとともに第３の内側リング（５０）の第３の湾曲内側軌道（５０ａ）と第３の外側リング（５１）の第３の湾曲外側軌道（５１ａ）との間に介在させられた複数のローラ（５５）から形成される第３の一連の回転要素を含み、
前記ローラ（５５）のそれぞれは、前記第３の湾曲内側軌道（５０ａ）および前記第３の湾曲外側軌道（５１ａ）と係合可能な第３の湾曲軌道接触面（５５ａ）を有する対称的な円筒形状ローラであり、それにより、前記ローラ（５５）は、ラジアル方向力（Ｆ２）を支持するために前記第３の湾曲内側軌道（５０ａ）および前記第３の湾曲外側軌道（５１ａ）と協働するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のベアリング構造（１）。
【請求項３】
前記第１の湾曲内側軌道（２０ａ）は、前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）の第１の内側リング（２０）に設けられており、かつ／または前記第１の湾曲外側軌道（２１ａ）は、前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）の第１の外側リング（２１）に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベアリング構造（１）。
【請求項４】
前記第２の湾曲内側軌道（４０ａ）は、前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）の第２の内側リング（４０）に設けられており、かつ／または前記第２の湾曲外側軌道（４１ａ）は、前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）の第２の外側リング（４１）に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のベアリング構造（１）。
【請求項５】
前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）の第前記湾曲外側軌道（２１ａ）および前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）の第前記湾曲外側軌道（４１ａ）は、前記アキシャル方向（Ａ）に見て、互いから離れる方向を向いていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のベアリング構造（１）。
【請求項６】
前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）の第前記湾曲外側軌道（２１ａ）は、前記アキシャル方向（Ａ）に見て、前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）の第前記湾曲外側軌道（４１ａ）に対面していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のベアリング構造（１）。
【請求項７】
前記第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（１１）および前記第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング（３１）は、前記アキシャル方向（Ａ）に見て、前記アキシャル方向非位置決めベアリング（１２）から離間されたベアリングハウジング（８）に収容されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のベアリング構造（１）。
【請求項８】
風力タービン構造、水力タービン構造または推進タービン構造などの流体機械設備（１００）であって、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のベアリング構造（１）を備えることを特徴とする流体機械設備（１００）。
【請求項９】
さらにロータシャフト（２）を備えており、
前記ベアリング構造（１）の前記アキシャル方向位置決めベアリングポジション（１０）が、第１の支持ポイント（３３）で前記流体機械設備（１００）の前記ロータシャフト（２）のラジアル方向力（Ｆ２）およびアキシャル方向力（Ｆ１）を支持するよう構成されており、その一方で、前記アキシャル方向非位置決めベアリングポジション（１２）は、第２の支持ポイント（３４）において前記ロータシャフト（２）のラジアル方向力（Ｆ２）を支持するよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載の流体機械設備（１００）。
【請求項１０】
前記ロータシャフト（２）は、複数のタービンブレード（６６）に動作可能に接続されており、それにより、前記ロータシャフト（２）は、前記タービンブレード（６６）の回転動作を受けることができることを特徴とする請求項９に記載の流体機械設備（１００）。
【請求項１１】
前記第１の支持ポイント（３３）は、前記ロータシャフト（２）の前記アキシャル方向（Ａ）に沿って、前記第２の支持ポイント（３４）から離間されて配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の流体機械設備（１００）。
【請求項１２】
前記ベアリング構造（１）は、非回転ハウジング構造（３０）に収容されていることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の流体機械設備（１００）。
【請求項１３】
流体機械設備（１００）内のロータシャフト（２）のラジアル方向力およびアキシャル方向力を負担するための、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のベアリング構造（１）の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービン構造、水力タービン構造または推進タービン構造などの流体機械設備のためのベアリング構造に関するものである。より詳細には、このベアリング構造は、流体機械設備のロータシャフトなどのシャフトのアキシャル荷重を負担できかつアキシャル方向動作を制限できるアキシャル方向位置決めベアリングポジションとアキシャル方向非位置決めベアリングポジションとを含む。
【０００２】
さらに本発明は、アキシャル方向位置決めベアリングポジションとアキシャル方向非位置決めベアリングポジションとを備える風力タービン構造、水力タービン構造または推進タービン構造などの流体機械設備に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
流体機械設備の技術分野において、流体機械システムを構成する構成要素の堅固さおよび動作を向上させることが強く求められている。本明細書に関連して、「流体機械設備(fluid machinery application)」との用語は、流体（液体または気体）の連続的に移動する流れからエネルギーを抽出できる構成を意味する。流体機械設備は、流体から回転体へエネルギーを伝達する（一般的には流体がその中を通過する回転構成要素が設けられている）ため、流体機械設備は、流体機械設備のロータシャフトの方向に見てラジアル方向力および多大なアキシャル方向力を負担できるべきである。流体の流れからのエネルギーは、１つ以上のタービンによって回転軸の機械的エネルギーに転換される。このタイプの設備においては、回転構成要素は、通常、１組のベーンまたはブレードが設けられたロータを意味する。
【０００４】
流体機械設備の一例として、風力タービン構造が挙げられる。流体機械設備の他の例として、水力タービン構造および推進タービン構造がある。流体機械設備の目的に応じて、作動流体は液体または気体のいずれかとなり得る。
【０００５】
ロータの回転動作をサポートするために、このタイプの構造には、通常１つ以上のベアリングが設けられる。風力タービンの寸法および重量が大きいことに起因して、ベアリングの荷重負担能力と、ロータシャフトおよび風力タービンブレードを支持するベアリングのパフォーマンスとが非常に重要となる。そのため、ベアリングは、ベアリングを構成する構成要素の不必要な摩耗を避けるために、正しい様式で整列されかつ位置決めされなければならない。
【０００６】
一般的に、水平または略水平ロータシャフトタイプの風力タービンに関して、ベアリング構造は、アキシャル荷重とラジアル荷重の両方を負担しなければならない。このとき、アキシャル荷重は、作動中のタービンブレードから伝達されるアキシャル荷重と、ロータシャフトおよびタービンブレード構造の重量から生じるアキシャル荷重とを意味する。なお当該タービンブレード構造は、多くの場合、タービンブレードと風力タービンタワーとの間の衝突のリスクを低減させるために水平面に対して所定の傾斜角をなすように取り付けられている。
【０００７】
さらに、それら構成要素の重量およびサイズと同様にタワー状構造におけるロータ構造の固定は、風力タービンの製造、取り付けおよび維持点検のコストを増大させる。特に、荷重を負担する回転ベアリングの、ロータシャフトへのおよび支持構造への取り付けには手間やコストがかかり、また一般的には、シャフトおよび／または支持構造体に対する回転ベアリングの正しいアライメントおよび配向を確実なものとするための精度を高いレベルで維持すると同時に適切なアタッチメントおよび予圧を実現するべく、取り付けられる回転ベアリングの内側リングなどの部材の加熱技術が必要となる。その結果、取り付け工程は複雑となるとともに時間がかかり、多くの場合、加熱のためのアキシャル方向設備や管理された寸法での整列が必要とされる。さらに従来公知の解決法においてはロータシャフトからのまたは支持構造からの負荷を受ける回転ベアリングの取り外しにも手間やコストがかかる。言い換えると、ロータ構造およびベアリングの着脱には概して高度な応用工業技術が必要とされると同時に、システムを取り巻く部品にも質の高い要求が見られる。
【０００８】
さらに、高価なメンテナンスをしなくてもベアリングが過酷な状況下で作動できることを確実なものとするために、軌道などのベアリングの関連部品は、例えば高い接触応力や疲労損傷に耐えるための硬化工程などの加熱処理工程に受けなければならないだろう。
【０００９】
風力タービン構造などの流体機械設備で一般的に使用されるベアリングの一例として、球面ころ軸受が挙げられる。球面ころ軸受は、作動中（つまりシャフトの回転中）にシャフトのセルフアライメント（自己調心）を可能にする球面形状部分を備える。セルフアライメントにより、回転シャフトの回転軸の角度方向のアライメントは、ハウジングに対するシャフトの角度方向の動作が許容されるようにベアリングに対して変化し得る。ロータシャフト構造の作動中、回転シャフトのアキシャル方向動作は、円滑な作動を実現するとともに摩耗やギアボックスなどの接続部品および／または周囲部品への損傷を低減するために、ローラベアリングにさらに制限されなければならない。過度のアキシャル方向の遊びは設備構造の耐用期間を大幅に低減し得る。
【００１０】
さらに、球面ころ軸受の適切でありかつ耐久性のあるアキシャル方向位置決め機能を実現するためには、球面ころ軸受の形状のサイズおよびラジアル方向の寸法は大きくなることがある。そのサイズおよびラジアル方向の寸法の増大により、回転シャフトの軸線に対するローラと軌道との間の接触角が増大される。
【００１１】
同様の状況および要求が風力タービン構造だけでなく水力タービン構造および推進タービン構造にも当てはまると考えられる。
【００１２】
したがって、流体機械設備のためのアキシャル方向位置決めローラベアリングを伴う従来公知のベアリングの解決法は、例えばラジアル荷重負担能力に関して過度に複雑あるいは頑丈となる問題があったと考えられる。同様に、そうしたベアリングの多くは、十分なアキシャル荷重負担能力を実現するために、コンパクトではなく、長大なベアリングデザインのものとなっている。この様式において、こうしたタイプのベアリングは、流体機械設備における貴重な空間を占めてしまうと考えられる。さらに、より大きなベアリングは、材料コストが高くなるために製造コストがより高くなり、同時に、容積の大きなベアリングは、例えば構造の回転慣性が高まることによって作動効率に悪影響を及ぼすことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そのため、周囲部品の精度に関する要求が低く、かつ応用工業技術の作業量が低減され、その一方で流体機械設備のロータシャフトからのラジアル荷重およびアキシャル荷重への耐性が高く維持された、単純なベアリング構造が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の問題点および従来技術の他の問題点の観点から、本発明の主な目的は、流体機械設備のための、改良されかつ堅固なベアリング構造およびそうしたベアリング構造を備える流体機械設備を提供することである。ベアリング構造は、ロータシャフトおよび／またはロータシャフトを支持する支持構造に対するベアリング構造の改良された取り付け／取り外しを可能にする。
【００１５】
これらの目的および他の目的は、特許請求の範囲に記載の事項によって実現され得る。本発明の好ましい実施形態は従属請求項に記載される。
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、アキシャル方向位置決めベアリングポジション(axially locating bearing position)とアキシャル方向非位置決めベアリングポジション(axially non-locating bearing position)とを有する流体機械設備のためのベアリング構造が提供される。当該アキシャル方向位置決めベアリングポジションは、シャフトをアキシャル方向Ａにおける動作に対して位置決めするための、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングに隣接して配置される第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングを備える。第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、第１の列となるように配置されかつ第１の湾曲内側軌道と第１の湾曲外側軌道との間に介在させられた複数のローラから形成される第１の一連の回転要素を有しており、このものにおいて、ローラのそれぞれは、第１の湾曲内側軌道および第１の湾曲外側軌道と係合可能な湾曲軌道接触面を有する対称的な円筒形状ローラである。さらに、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのローラのそれぞれは、シャフトのアキシャル方向に対して第１の接触角α２で傾斜されている。それにより、これらローラは、アキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を支持するために第１の湾曲内側軌道および第１の湾曲外側軌道と協働するよう構成される。同様に、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、第２の列となるように配置されかつ第２の湾曲内側軌道と第２の湾曲外側軌道との間に介在させられた複数のローラから形成される第２の一連の回転要素を有しており、このものにおいて、ローラのそれぞれは、前記第２の湾曲内側軌道および前記第２の湾曲外側軌道と係合可能な湾曲軌道接触面を有する対称的な円筒形状ローラである。さらに、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのローラのそれぞれは、シャフトのアキシャル方向に対して第２の接触角α１で傾斜される。それにより、これらローラは、アキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を支持するために第２の湾曲内側軌道および第２の湾曲外側軌道と協働するよう構成される。加えて、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのローラのそれぞれは、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の圧力中心が第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第２の圧力中心から外れるように、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのローラのそれぞれに対して傾斜される。アキシャル方向非位置決めベアリングは、アキシャル方向Ａに見て、アキシャル方向位置決めベアリングから離間されて配置されている。
【００１７】
後述するように、本発明の機能の一つとして、本発明のベアリング構造が、リングの押し込み(wringing)などについての局所的な内部ミスアライメントを調整でき、それにより過度の縁部接触応力を発生させないことが確実となることが挙げられる。
【００１８】
本発明の原理によって、改良された、よりコンパクトな流体機械設備、例えば風力タービン構造、水力タービン構造または推進タービン構造を提供することが可能となる。流体機械設備は、ベアリング機能が単一のベアリング構造システムソリューションに収まりかつそうした単一のベアリング構造システムソリューションとして提供できる点においてコンパクトである。本発明に基づくベアリング構造を風力タービンロータシャフト構造などの流体機械設備に設けることにより、シャフトのラジアル方向力およびアキシャル方向力を効果的に負担するための、改良されかつコンパクトな技術的解決法が提供される。これは、特に、アキシャル方向非位置決めベアリングポジションがアキシャル方向Ａに見てアキシャル方向位置決めベアリングポジションから離間されて配置される構造と、アキシャル方向非位置決めベアリングとアキシャル方向位置決めベアリングとからなる特定の構成とによって、実現される。ベアリング構造が２つのベアリングモジュール（つまりアキシャル方向非位置決めベアリングとアキシャル方向位置決めベアリング）を含むために、本発明は２点サスペンションシステムとなる。言い換えると当該ベアリング構造は、第２の支持ポイントから離間された第１の支持ポイントにおいて風力タービンロータシャフトを支持する。
【００１９】
別の実施形態によれば、ベアリング構造は、３点（３つのポイント）サスペンションシステムである。例えば、非位置決めベアリングポジションは、非位置決めギアボックス（例えば風力タービン内のギアボックス）であってもよく、それによりギアボックスが非位置決め機能を呈する、つまりギアボックスは、シャフトのアキシャル方向に移動可能となり、アキシャル方向力ではなくラジアル方向力にのみ適応するよう構成される。ギアボックスは例えば円すいころ軸受あるいは当業者に公知の他の適切なベアリングに支持される遊星ギアボックスであってもよい。
【００２０】
加えて、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの各ローラと第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの各ローラとがアキシャル方向に対して傾斜されかつ第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの圧力中心が第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの圧力中心を外れるように設けられることによって、ベアリング構造および／または流体機械設備の機能を妥協することなくベアリング構造のサイズを最小に維持することができる。これは、明白に傾斜された接触角、つまり第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの傾斜接触角を有するアキシャル方向位置決めベアリングを設けることによって実現される。
【００２１】
したがって、ベアリング構造は、概して、流体機械設備のシャフトを、ロータシャフトのうち２つの異なる離間された支持ポイントで支持するよう構成されている。
【００２２】
さらに、アキシャル方向位置決めベアリングの接触角を傾斜させることにより、ベアリング構造は、アキシャル方向位置決めベアリングのアキシャル方向の幅およびラジアル方向の広がりを低減し得る一方で、アキシャル荷重負担能力を維持できる。この様式で、ナセルの重量と組み立てられた流体機械設備（例えば組み立てられた風力タービン構造）の重量とを低減させることができる。
【００２３】
例えば、上述の傾斜した接触角を有する両方のアンギュラコンタクトベアリングを設けることによって、外側軌道の規定の方向または外側軌道のローラ接触面全体はそれぞれロータシャフトのアキシャル方向に対して所定の角度をなす。
【００２４】
さらに、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの所望の構成のいずれかに基づく自己調心アンギュラコンタクトベアリングは時にはＳＡＴベアリング（自己調心円環(self-aligning torus)ベアリング）として称されることに留意されたい。
【００２５】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングと第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングとを含むアキシャル方向位置決めベアリングポジションの構成により、異なる圧力中心を伴う２つの自己アライメントベアリングが設けられ、それによりベアリングリングの押し込みなどの局所的な内部ミスアライメントを許容することができる。言い換えると、２つの自己調心アンギュラコンタクトベアリングをともに設置することにより、前記構造は、局所的な内部ミスアライメントを許容することができる。
【００２６】
なお、アキシャル方向位置決めベアリングポジション自体がシャフト（ロータシャフト）に対する自己調心を行うとはみなされないことに留意されたい。
【００２７】
自己調心アンギュラコンタクトベアリングの特性により、そのクリアランスは例えばＳＲＢ（球面ころ軸受）と比較して小さくでき、アキシャル方向の剛性がより高められた構造がもたらされる。
【００２８】
したがって、ベアリング構造の上記構成によって、流体機械設備のロータシャフトをアキシャル方向Ａにおける動作を位置決めできる。特に、ベアリング構造はアキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２の両方を支持できる。この様式において、ベアリング構造は、ロータシャフトのアキシャル方向ポジションおよびラジアル方向ポジションの両方を位置決めできる。
【００２９】
それゆえ、上記ベアリング構造は、摩擦力が高められたりベアリング構造の耐用期間が縮められたりすることなくロータシャフトとハウジングとの間の局所的なミスアライメントを許容するよう構成される。
【００３０】
ベアリング構造におけるアキシャル方向非位置決めベアリングポジションの構成により、ラジアル方向力Ｆ２をさらに支持することができる。なお、アキシャル方向非位置決めベアリングポジションにおけるアキシャル方向非位置決めベアリングの構成がアキシャル方向力Ｆ１を支持できないことに留意されたい。
【００３１】
加えて、ベアリング構造の構成に起因して、当該ベアリング構造は、流体機械設備の回転動作（つまり回転トルク）を受けるのに適している。したがって、ベアリング構造は、ベアリング構造の摩擦力の大幅な増大あるいはその耐用期間の低減を値伴わずに、ロータシャフトとハウジングとの間の局所的なミスアライメントを許容できるよう構成される。
【００３２】
加えて、シャフトの強度ひいては重量が低減され得るので、ベアリング構造の上記構成によりロータシャフト構造の重力がさらに低減され得る。これは、上記支持ポイントにおける角度方向のミスアライメントを引き起こすロータシャフトの曲げたわみが少なくとも顕微鏡レベルで補償され得ることに起因して、アキシャル方向位置決めベアリングポジションにより実現される。またナセルフレームの曲げたわみも、アキシャル方向位置決めベアリングにより局所的に補償され得る。
【００３３】
「セルフアライメント、自己調心(self-aligning)」との語は、自己調心アンギュラコンタクトベアリングの内側リングと外側リングとの間の角変位（ミスアライメント）を、自己調心アンギュラコンタクトベアリングのパフォーマンスに重大な悪影響を引き起こすことなく、許容できる。そのため、「セルフアライメント」との語は、内側リングと外側リングとが、自己調心アンギュラコンタクトベアリングの回転軸線に対して角度方向に変位できることを意味する。これら自己調心アンギュラコンタクトベアリングのそれぞれの自己調心機能は、ローラと内側および外側軌道との間に湾曲接触面を有することによって実現され、それにより、流体機械設備のハウジング構造に対するロータシャフトの角度方向のミスアライメントの補償が可能となる。
【００３４】
なお当然のことながら、上記２つの自己調心アンギュラコンタクトベアリングの構成は、通常の自己調心ベアリングを提供するものではなく、ベアリングの局所的なミスアライメントまたは内部ミスアライメントを許容できるものである。そのため、ナセルフレームに取り付けられて固定される際のベアリング構造のハウジング構造についてのアライメント要求は大幅に低減され得る。例えば、アライメント要求が低減されることにより、ロータシャフト構造の個々の構成要素の取り付け、取り外しおよび交換を単純化できる。
【００３５】
（アンギュラコンタクトベアリング）の自己調心機能は、以下で詳述するように、ロータシャフトが曲げられた際に、少なくとも顕微鏡レベルにおける第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび／または第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのある程度のミスアライメントをさらに許容する。
【００３６】
各アンギュラコンタクトベアリングのそれぞれのミスアライメントに関する機能は、回転要素の構成によって、つまり湾曲形状のローラとそれらに対応する湾曲形状の軌道とによって規定される。第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングに第１の内側リングと第１の外側リングと第１の一連の回転要素とが設けられる場合には、ミスアライメントに関する機能は、第１の一連の湾曲形状の回転要素とそれらに対応する湾曲形状を有する軌道とによって規定される。同様に、第２の自己調心コンタクトベアリングに第２の内側リングと第２の外側リングと第２の一連の回転要素とが設けられる場合には、ミスアライメントに関する機能は、第２の一連の湾曲形状の回転要素とそれらに対応する湾曲形状を有する軌道とによって規定される。
【００３７】
アキシャル方向位置決めベアリングポジションの自己調心能力は、さらにアキシャル方向非位置決めベアリングポジションと、ロータシャフトに沿ったさまざまな支持ポイントにおいてロータシャフトを支持する予想される関連ハウジング構造とに対するアライメント要求が低減され得て、そして製造工程の時間および費用効果を向上させることを可能にする。そのため、ナセルフレームに対して取り付けて固定する際のベアリング構造全体のアライメント要求が大幅に低減されてもよい。例えば、アライメント要求が低減されることで、ロータシャフト構造の個々の構成要素の取り付け、取り外し、交換が簡単化できる。
【００３８】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングを第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングに隣接するよう設けることによって、これらコンタクトベアリングは、流体機械設備の共通ハウジング構造に対してロータシャフトを位置決めするよう協働できる個別のベアリングハウジング内に配置可能となる。本発明のこうした状況において、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、典型的には、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングと直接接触するよう配置される。あるいは、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングと間接的に接触してもよい。
【００３９】
ベアリング構造は、位置決めポジションにおけるアキシャル方向位置決めベアリングと非位置決めポジションにおけるアキシャル方向非位置決めベアリングとを有することにより、摩擦を伴わずに、局所的なミスアライメントと同様にロータシャフトのアキシャル方向移動とを許容できる。そのようなものとして、これらベアリングの両方ともが、ロータシャフトの周囲に緊密に係合するよう構成されている。
【００４０】
上述のように、第１および第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのそれぞれには、複数の対称的な円筒形状のローラが設けられている。本発明のこの態様に関して、本発明の「対称的」との用語は、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび／または第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの一連の回転要素におけるローラのそれぞれが、ローラの軸端部が互いに等しくつまり対称的である形状を有する、言い換えると同様のラジアル方向寸法など同様の寸法を有する対称的な形状を有することを意味する。より詳細には、各ローラは、ローラの回転軸線と一致する第１の対称的な軸線と、第１の対象軸線に直交する第２の対称的な軸線と、を備えてもよい。言い換えると、ローラはそれぞれ、少なくとも２つの別々の直交する対称的な軸線を有する形状を有してもよい。
【００４１】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの対称的な円筒形状のローラおよび対応する軌道は、信頼性のある動作を実現可能にすると同時に時間およびコスト効果の高い製造を実現する。さらに、対称的な円筒形状のローラは、適合された湾曲形状のローラおよび軌道に起因して、作動中に、アキシャル方向において内側軌道および外側軌道に対して機能的に信頼性のあるアライメントで保持される。そのため、これらローラが内側リングと外側リングとの間の正しい中間ポジションに保持されることを確実なものとするために内側軌道または外側軌道からのガイドフランジまたはガイド突起を設ける必要がないだろう。
【００４２】
ガイドフランジまたはガイドリングを設置しないことは、従来の球面ころ軸受の観点から、本発明の別の際立った特徴部となる。本発明と従来の球面ころ軸受との特徴部に関するこうした差異は、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングにガイドフランジが設けられない点において確実に表れてもよい。同様に、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングもガイドフランジは設けられない。第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングも第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングもガイドフランジを必要としないため、ベアリング構造のデザインが従来のベアリング解決法に比べてさらに単純化され、こうしたデザインは本発明の製造コストの低減に寄与する。本発明のベアリング構造は、アキシャル荷重が湾曲内側軌道および湾曲外側軌道とローラの湾曲接触面との相互作用によって完全に負担されるため、ガイドフランジなしで製造できる。
【００４３】
ローラ要素と内側軌道と外側軌道との形状はベアリングの静摩擦および動摩擦をさらに低減させ、例えば運転中の風力タービン構造のより効果的な始動および出力を実現する。
【００４４】
対称的な円筒形状のローラは、ローラの長さに沿って均質に負荷が分散される場合に自己調整する。これは、すべての荷重組み合わせのもとで非常に高い荷重負担能力を提供する。
【００４５】
第１の一連のローラおよび／または第２の一連のローラは、通常、複数のローラ要素、例えば３０〜６０の、さらには１００以上のローラを含んでもよい。あるいは、ベアリングユニットの所望の機能、負荷許容能力および／またはサイズに応じて、さらに少ない数の付加的なローラを使用することもできる。
【００４６】
当然のことながら、第１および第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのそれぞれに、それらの内側湾曲軌道（つまり２つの内側リング）同士の間の距離によって設定される内部クリアランスが設けられる。このクリアランスは、２つのコンタクトベアリングの間で分かれており、負（予荷重）からゼロを経て正となる範囲で変動する。一般的に、ローラと軌道とは、標準的な内部クリアランスを基準として製造される。
【００４７】
簡潔には、本発明によって、最適化された内部形状を有すると同時に２点サスペンションシステムまたは３点サスペンションシステムのための最大ラジアル方向およびアキシャル方向荷重負担能力が付与されたベアリング構造が提供される。本発明は、ベアリング構造は、その重荷重が原因となってシャフトまたはハウジングのたわみによって引き起こされるミスアライメントの影響を受けにくいという点において、さらに堅固である。アキシャル方向非位置決めベアリングポジションとアキシャル方向位置決めベアリングポジションとが、単一のベアリング構造システムソリューションの形態で提供されるため、ベアリング構造の取り付けはさらに簡単化され得て、より効率が良くかつコンパクトな２点サスペンション流体機械デザインが得られる。
【００４８】
一般的には、アキシャル方向非位置決めベアリングポジションは、第３の内側リングの第３の湾曲内側軌道と第３の外側リングの第３の湾曲外側軌道との間に介在されるとともに列状に配置される複数のローラから形成される第３の一連の回転要素を備えてもよい。本発明のこの態様に関連して、第３の一連の回転要素のローラのそれぞれは、第３の湾曲内側軌道と第３の湾曲外側軌道とに係合可能な第３の湾曲軌道接触面を有する対称的な円筒形状ローラである。これにより、これらローラは、ラジアル方向力Ｆ２を支持するために第３の湾曲内側軌道および第３の湾曲外側軌道と協働するよう構成される。
【００４９】
言い換えると、複数のローラから形成される第３の一連の回転要素は、第３の内側リングと第３の外側リングとの間の中間構造内に配置される。それにより、第３の外側リングは、複数のローラから形成される第３の一連の回転要素が第３の内側リングと第３の外側リングとの間の中間構造内に配置されるように、第３の内側リングを包囲する。
【００５０】
したがって、アキシャル方向非位置決めベアリングは、アキシャル方向力Ｆ１を支持するようには構成されていない。
【００５１】
本発明のこうした態様に関連して、第１の接触角α２および／または第２の接触角α１は、ローラの中心軸線に対して垂直な直線とロータシャフトの中心軸線（つまりその回転平面に対して平行な直線）との間の角度として規定されてもよい。この直線はまた、発生した荷重がローラ要素を介して一方の軌道から他方の軌道へ伝達される際に沿う線も示す。
【００５２】
それにより、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の圧力中心Ｐ１は、その軌道からロータシャフトの中心軸線への垂線によって規定されてもよい。同様に、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの圧力中心Ｐ２は、その軌道からロータシャフトの中心軸線への垂線によって規定されてもよい。
【００５３】
したがって、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの圧力中心Ｐ１は第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの圧力中心Ｐ２から外れるように設けられており、この構成は、第１のコンタクトベアリングの第１の軌道に対する垂線と第２のコンタクトベアリングの第２の軌道に対する垂線との間には、ロータシャフトの中心軸線に沿った交点は存在しないことを意味する。
【００５４】
これら圧力中心がずらされた上記構成によって、ベアリングは、上述のように局所的なミスアライメントを許容できる。
【００５５】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の接触角α２および／または第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの接触角α１は、対称的なローラの回転軸線とロータシャフトの中心軸線との間の角度として規定されてもよい。
【００５６】
つまり、ローラの各々と第１の湾曲内側軌道および第１の湾曲外側軌道のいずれか一方との間の第１の接触角α２は、シャフトのアキシャル方向に対して傾斜している。同様に、ローラの各々と第２の湾曲内側軌道および第２の湾曲外側軌道のいずれか一方との間の第２の接触角α１は、シャフトのアキシャル方向に対して傾斜している。
【００５７】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の接触角α２の値は、適切に選択されてもよい。なお、傾斜したまたは傾けられた第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングを提供するために、当該角度は、０度または９０度と等しくすることはできない。例えば、第１の接触角α２の値は、１０〜６０度であってもよい。より好ましくは、第１の接触角α２の値は、２０〜５０度であってもよい。さらに好ましくは、第１の接触角α２の値は、３５〜４５度であってもよい。一実施形態においては、第１の接触角α２の値は、約４５度である。
【００５８】
同様に、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第２の接触角α１の値は、適切に選択されてもよい。なお、傾斜したまたは傾けられた第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングを提供するために、当該角度は、０度または９０度と等しくすることはできない。例えば、第２の接触角α１の値は、１０〜６０度であってもよい。より好ましくは、第２の接触角α１の値は、２０〜５０度であってもよい。さらに好ましくは、第２の接触角α１の値は、３５〜４５度であってもよい。一実施形態においては、第２の接触角α１の値は、約４５度である。
【００５９】
加えてまたは代替的に、第１の接触角α２の値は、第２の接触角α１の値とは異なっていてもよい。この様式においては、アキシャル方向位置決めベアリングポジションは、非対称的な列を伴うよう、つまり第１の一連のローラから形成される第１の列の傾斜角は第２の一連のローラから形成される第２の列の傾斜角とは異なるよう、設けられてもよい。この構成の利点の１つとして、アキシャル方向位置決めベアリングの一方または両方のサイズを、特定の風力タービン構造の要求に応じるように調整できかつ／または非位置決めベアリングポジションのデザインに関して調整できることが挙げられる。言い換えると、ベアリング構造のサイズを最小に維持することができる。
【００６０】
１つの例示的な実施形態において、第１の接触角α２の値は、第２の接触角α１の値と等しくてもよい。
【００６１】
あるいは、第１の接触角α２の値は、第２の接触角α１の値より小さくてもよい。
【００６２】
もしくは、第１の接触角α２の値は、第２の接触角α１の値より大きくてもよい。
【００６３】
１つの例示的な実施形態において、第１の湾曲内側軌道は、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の内側リングに設けられてもよい。加えて、あるいは代替的には、第１の湾曲外側軌道は、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の外側リングに設けられてもよい。外側リングは内側リングを取り囲んでもよく、それにより、複数のローラから形成される一連の回転要素が第１の内側リングと第１の外側リングとの間の中間構造内に配置される。
【００６４】
同様に、第２の湾曲内側軌道は、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第２の内側リングに設けられてもよい。加えて、または代替的に、第２の湾曲外側軌道は、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第２の外側リングに設けられてもよい。第２の外側リングは第２の内側リングを包囲してもよく、それにより、複数のローラから形成される第２の一連の回転要素は、第２の内側リングと第２の外側リングとの間の中間構造内に配置される。
【００６５】
第１の内側リングおよび第２の内側リングのいずれか一方がフランジレス内側リングの形態で設けられてもよい。
【００６６】
１つの例示的な実施形態によれば、第１および第２の湾曲鵜外側軌道は、１つの共通の外側リングに設けられる。別の例示的な実施形態によれば、第１および第２の内側軌道が１つの共通の内側リングに設けられる。
【００６７】
１つの例示的な実施形態によれば、位置決めベアリングおよび非位置決めベアリングは回転し、かつ外側リングは固定されている。別の実施形態においては、位置決めベアリングおよび非位置決めベアリングは回転し、かつ内側リングが固定されている。
【００６８】
１つの例示的な実施形態によれば、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの湾曲外側軌道および第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの湾曲外側軌道は、アキシャル方向Ａに見て互いから離れる側へ向けられていてもよい。言い換えると、一対の第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、いわゆる背中合わせ構造（時にはＯ構造と称される）で取り付けられている。
【００６９】
１つの例示的な実施形態によれば、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの湾曲外側軌道は、アキシャル方向Ａに見て、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの湾曲外側軌道に面していてもよい。言い換えると、一対の第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、対面構造（時にはＸ構造とも称される）で取り付けられている。
【００７０】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングと第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングとは、アキシャル方向Ａに見て、アキシャル方向非位置決めベアリングから離間されたベアリングハウジングに収容されてもよい。一般的には、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングは、別の第１のベアリングハウジングに収容されてもよく、一方で、アキシャル方向非位置決めベアリングは、第１のベアリングハウジングから離間された異なる第２のベアリングハウジング内に収容される。なお、アキシャル方向非位置決めベアリングおよびアキシャル方向位置決めベアリングの両方が、全体ベアリング構造システムソリューションを構成するために１つの共通の非回転式ハウジング構造に収容されて納入されてもよい。
【００７１】
加えて、あるいは代替的には、ベアリング構造の外側リングには、効率的なベアリングの潤滑を促進するために１つ以上の潤滑油ホールが設けられてもよい。
【００７２】
必須ではないが通常は、第１の一連のローラはかご形保持器に収容されてもよい。加えてまたは代替的には、第２の一連のローラはかご形保持器に収容されてもよい。かご形保持器は、これら２つのローラの列の間の浮動案内リングを介してフランジレス内側リングを中心としてもよい。かご形保持器は、機械加工されたスチール製ケージまたは真鍮製ケージから形成できる。スチールまたは真鍮製のケージは強固であり、また高温およびすべての潤滑油に対する耐性を有する。
【００７３】
加えてまたは代替的には、自己調心ベアリングは、ベアリングにおいて軌道トラックのアキシャル方向外側に配置されるとともに内側リングと外側リングとの間の空間を埋めるベアリングシールを含んでもよい。シールは軌道内に汚染物質が進入することを防ぐほかに、シールは軌道と回転要素との間の利用可能な空間に潤滑油を保持する機能をさらに有する。
【００７４】
本発明は、風力タービン構造、水力タービン構造または推進タービン構造などの流体機械設備に特に適している。当然のことながら、ラジアル荷重およびアキシャル荷重の方向は、流体機械が風力タービンであるか水力タービン構造であるか推進タービン構造であるかに応じて変化してもよい。同様に、推進タービン構造に関して、ラジアル方向およびアキシャル荷重の方向は、プロペラシャフトに動作可能に接続されたモータが前進動作または後退動作をするかに応じて変化してもよい。いずれにおいても、そして負荷の方向に関わらず、流体機械アプリケー所の作動中に、ベアリング構造はラジアル方向およびアキシャル荷重を負担できる。
【００７５】
本発明の第２の態様によれば、上述の態様および／または例示的な実施形態のいずれか１つ基づくベアリング構造を備える、風力タービン構造、水力タービン構造または推進タービン構造などの流体機械設備が提供される。
【００７６】
本発明の第２の態様の効果および特徴は、本発明の第１の態様に関して上述した効果および特徴とほぼ同じである。
【００７７】
典型的には、流体機械設備はロータシャフトをさらに備えてもよく、このものにおいて、ベアリング構造の１つ以上のアキシャル方向位置決めベアリングは、第１の支持ポイントにおいて流体機械設備のロータシャフトのラジアル方向力Ｆ２およびアキシャル方向力Ｆ１を支持するよう構成される一方でアキシャル方向非位置決めベアリングは第２の支持ポイントにおいてロータシャフトのラジアル方向力を支持するよう構成される。
【００７８】
したがって、第１の支持ポイントは、ロータシャフトのアキシャル方向Ａに沿って第２の支持ポイントから離間されて配置される。この様式においては、ロータシャフトは、２点サスペンションベアリング構造によって支持されており、その２点は、第１の支持ポイントおよび第２の支持ポイントと対応する１つ以上のアキシャル方向位置決めベアリングおよびアキシャル方向非位置決めベアリングとからなる。
【００７９】
この様式において、１つ以上のアキシャル方向位置決めベアリングは、ロータシャフトをアキシャル方向に位置決めすることができる。位置決めベアリング、つまり第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングが、通常は非位置決めベアリングよりもギアボックスから離れて配置されることに留意されたい。なお、これらベアリングのポジションを反対の様式で、つまり非位置決めベアリングを位置決めベアリングよりギアボックスから離れて配置することもできる。
【００８０】
ロータシャフトは、タービンブレードに動作可能に接続されてもよい。それにより、ロータシャフトは、タービンブレードの回転動作を支持できる。
【００８１】
１つの例示的な実施形態において、ベアリング構造は、流体機械設備の非回転ハウジング構造に収容されてもよい。
【００８２】
アキシャル方向位置決めベアリングポジションおよびアキシャル方向非位置決めベアリングポジションは、例えば第１の支持ポイントにおけるロータシャフトの外径の５０％、または７５％、もしくは１００％、あるいは１５０％の距離によって離間されていてもよい。
【００８３】
通常は、位置決めベアリングは、第１のベアリングハウジング内にかつロータシャフト２に固定されてもよく、一方で、アキシャル方向非位置決めベアリング１２は、第２のベアリングハウジング内でその台座においてアキシャル方向に移動するよう構成されてもよい。
【００８４】
本発明の第３の態様によれば、流体機械設備における、上述の態様および／または例示的な実施形態のいずれか１つに基づくベアリング構造の使用法が適用される。本発明のこの態様に関して、ベアリング構造は、流体機械設備内のシャフトのラジアル方向力およびアキシャル方向力を支持するために構成される。  
【００８５】
本発明の第３の態様の効果および特徴は、本発明の第１の態様および第２の態様に関して上述した効果および特徴とほぼ同じである。
【００８６】
流体機械設備は、水平タイプのまたは略水平タイプのものであってもよい。流体機械設備は、１組のタービンブレードに動作可能に接続されたロータシャフトを含む他に、ロータシャフトを支持するための非回転支持構造を備えてもよい。この支持構造は、タービンナセルフレームに取り付けられるよう構成されてもよい。本発明のこの態様に関連して、ベアリング構造は、第１の支持ポイントおよび第２の支持ポイントにおいて非回転支持構造に対してロータシャフトを支持するよう構成されてもよい。
【００８７】
ロータシャフト構造は、複数のベアリングの内側リングのうちの１つをロータシャフトに固定するための取り付け部を備えていてもよい。一例として、取り付け部は、第１、第２および第３の内側リングのいずれか１つの内側支持面のためのラジアル方向外側支持面を備えてもよい。
【００８８】
加えてまたは代替的には、取り付け部のラジアル方向外側支持面は、取り付け部内で駆動される展開部材によって内側リングのいずれか１つを固定するためにラジアル方向外側に展開されてもよい。この様式において、ロータシャフト構造の改良され、かつより効果的な取り付けを実現できる。より詳細には、例えば展開部材とともにラジアル方向外側に取り付け部を展開することによってベアリング構造の内側リングのいずれか１つをロータシャフトの取り付け部に固定することによって、取り付け部と内側リングのいずれか１つとの間の圧入を実現できる。それによって、内側リングは、有利なことに、取り付け部が展開される前に取り付け部に対して正しいポジションおよびアライメントに配置され得る。そのため、取り付けは、取り付け工程中の位置決めおよび整列ステップから取り付けステップを分けることによって大幅に簡単化できる。一例として、展開部材によって提供されるラジアル方向外側方向における取り付け部の展開は、１から２０００マイクロメートルまたは５から５００マイクロメートルである。
【００８９】
１つの例示的な実施形態によれば、取り付け部は、ロータシャフトによって形成されてもよい。それにより、ベアリング構造の内側リングは、非回転式の取り囲み支持構造によって支持されるロータシャフトにしっかりと取り付けられ、このものにおいて、取り付け部はロータシャフトの一部を形成する。
【００９０】
他の例示的な実施形態によれば、取り付け部は、非回転支持構造によって形成されてもよい。それにより、ベアリング構造の内側リングは、ラジアル方向外側外周の中空ロータシャフトの非回転式のラジアル方向内側支持構造などの支持構造にしっかりと取り付けられる。このものにおいて、取り付け部は、支持構造の一部を形成する。
【００９１】
本発明のさらに例示的な実施形態によれば、本発明はさらに、風力タービンロータシャフト構造とナセルフレーム（ハウジング）とを備える風力タービン構造に関するものである。このものにおいて、ロータシャフトは、非支持ハウジング構造を介してナセルフレームに取り付けられて支持される。
【００９２】
本発明のさらなる特徴および利点は特許請求の範囲および以下の説明を読むことにより明らかとなろう。当業者であれば、本発明のさまざまな特徴を組み合わせて後述される実施形態とは異なる実施形態を作成し得るだろう。例えば、本発明のさまざまな利点の上記の記載は、主に風力タービンロータ構造のためのベアリング構造に関してなされたものであるが、当然のことながら、本発明のさまざまな構成は流体機械設備が水力タービン構造または推進タービン構造である場合にも適用可能である。
【００９３】
以下では添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１ａ】本発明に基づく、風力タービンロータシャフト構造である流体機械設備の例示的な実施形態の概略斜視図である。
【図１ｂ】本発明に基づく流体機械設備の、アキシャル方向位置決めベアリングとアキシャル方向非位置決めベアリングとを含むベアリング構造の例示的な実施形態の概略断面図である。
【図２ａ】本発明に基づく、風力タービンロータシャフト構造であるとともに非回転式お支持構造が設けられた流体機械設備の例示的な実施形態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００９５】
これら図面が実際の縮尺で示されていないこと、また当業者には当然のことであるがこれら図面に図示された寸法以外の寸法も本発明の範囲内で同様に実施されることに留意されたい。さらに、これら図面におけるいくつかの細部については他の細部と比較して強調されていることを理解されたい。また、これら図面のいくつかはベアリング構造の回転対称に関してその細部のいくつかが削除されて単純化されている。
【００９６】
以下では、本発明の例示的な実施形態が図示される添付の図面を参照して、より詳細に本発明を説明する。なお本発明は、さまざまな形態で実施され得るものであり、本明細書で説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない；むしろそれら実施形態は徹底さおよび完璧さのために提供されるものである。同様の参照符号は説明中の同様の要素を示す。
【００９７】
ここで上記図面、特に図１ａ〜図１ｂを参照すると、本発明の例示的な実施形態に基づく流体機械設備のためのベアリング構造が図示されている。
【００９８】
以下の説明は風力タービン構造に関してなされるが、本発明は水力タービン構造にも同様に実施されてもよい。加えて、本発明はまた推進タービン構造に実施されてもよい。本明細書で使用される「流体機械設備(fluid machinery application)」との用語は、流体（液体または気体）の連続的に動く流れからエネルギーを抽出することができるとともにラジアル方向力と、流体機械設備のシャフトの少なくとも一方向における多大なアキシャル方向力とを受ける（負担する）のに適した構造を意味する。
【００９９】
図１ａには、風力タービン構造１００の形態の流体機械設備に設けられるベアリング構造１が概略的に図示される。このベアリング構造の以下に詳述する構成により、ベアリング構造は、アキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を受けることとができる。
【０１００】
図１ａにおいて、１組の風力タービンブレード６６を支持するためのロータシャフト２を備える風力タービンロータシャフト構造１００が図示される。ロータシャフト２は、ここでは、ロータ軸線Ａに沿ってアキシャル方向に延在する。ロータシャフト２は、ロータシャフトの水平姿勢または略水平姿勢を有する風力タービンのタワー状支持構造の上部に配置されたナセルフレーム内に回転可能に取り付けられるよう構成されている。なお風力タービンロータシャフト構造１００は、水平タイプの姿勢に限定されず、傾斜したタイプのあるいは垂直方向タイプのロータシャフト姿勢を有する風力タービン設備に使用されてもよい。ロータシャフトの姿勢は、運転可能な風力タービンのナセルフレームにおける、ロータシャフトの意図された取り付け運転ポジションに関連して規定される。
【０１０１】
ロータシャフト２は、ハブ構造７１を介して１組の風力タービンブレード６６に動作可能に接続されており、それによりロータシャフトは、タービンブレード６６の回転運動をサポートできる。
【０１０２】
図１ａ〜図１ｂおよび図２ａにさらに図示されるように、ロータシャフト２は、第１の支持ポイント３３と第２の支持ポイント３４とにおいて、ベアリング構造１を用いて、風力タービンナセルハウジング７４に支持される。ベアリング構造１は、アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０と、アキシャル方向非位置決めベアリング１２とを含む。アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０は、アキシャル方向Ａの動作に対してシャフト２を位置決めするための第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１に隣接して配置される第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１を備える。
【０１０３】
アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０は、第１の支持ポイント３３でロータシャフトを支持するよう構成される。この様式では、アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０は、ロータシャフト２をアキシャル方向に据え付けることができる位置決めベアリングである。位置決めベアリングポジション１０が、通常は、非位置決めベアリング１２よりもギアボックスから離れて配置されていることに留意されたい。なお、これらベアリングのポジションを反対の様式で配置する、つまり非位置決めベアリング１２を位置決めベアリングポジション１０よりもギアボックスから離れるよう配置することも可能である。
【０１０４】
さらに、アキシャル方向非位置決めベアリング１２は、第２の支持ポイント３４において、ロータシャフト２を第２の対向アキシャル方向に支持するよう構成される。
【０１０５】
したがって、第１の支持ポイント３３は、ロータシャフト２のアキシャル方向Ａに沿って第２の支持ポイント３４から離間されて配置されている。それゆえ、アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０は、アキシャル方向非位置決めベアリング１２から離間されて配置される。
【０１０６】
この様式ではロータシャフト２は２点支持構造で支えられており、その２点は、第１の支持ポイント３３および第２の支持ポイント３４と、対応するアキシャル方向位置決めベアリングポジション１０およびアキシャル方向非位置決めベアリング１２とからなる。
【０１０７】
風力タービンロータシャフト構造１００におけるベアリング構造１のこうした構成により、ベアリング構造１は、ハウジング構造とナセルフレームとに対してロータシャフトをアキシャル方向に据え付けて固定することができる。アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０およびアキシャル方向非位置決めベアリング１２の構成については以下でより詳細に説明する。
【０１０８】
図１ａに図示されるように、アキシャル方向非位置決めベアリング１２は、ここでは、ハウジング９（アキシャル方向非位置決めベアリングハウジング）内に収容される。同様に、アキシャル方向位置決めベアリング１０は、ここでは、別のハウジング８（アキシャル方向位置決めベアリングハウジング）内に収容される。アキシャル方向非位置決めベアリングハウジング９とアキシャル方向位置決めベアリングハウジング８とは、図１ａに図示されるように、ナセルフレーム（ナセルハウジング７４）内に別々に取り付けられるよう構成される。
【０１０９】
例えばアキシャル方向位置決めベアリング１０がハウジング８内でロータシャフト２に固定される一方で、アキシャル方向非位置決めベアリング１２はハウジング９内で、その台座上でアキシャル方向に移動するよう設計されている。なお、この実施形態では、アキシャル方向非位置決めベアリング１２は、ハウジング９内に固定される環状ローラベアリングである。環状ローラベアリングは、そのベアリングリングを相対的にずれさせる（ミスアライメントを引き起こす）性質と同様にベアリングのアキシャル方向においてそのベアリングリングを相対的に変位させる性質とを有する。
【０１１０】
厳密には必要ではないが、ベアリング構造１は、図２ａに図示されるように、風力タービンナセルフレーム７４に対してロータシャフト２を支持するための支持ポイント３３、３４において、回転しない（非回転）ハウジング構造体３０内にさらに収容されてもよい。例えばハウジング構造体３０は、ナセルフレーム構造体の一部、またはナセルフレーム構造体つまりナセルハウジング７４とは別体の部分あるいはナセルハウジング７４の一体的な部分とすることができる。
【０１１１】
上記構造１００は、ここでは、タワー状支持部材７５内に据え付けられる風力タービンハウジング７４内に配置される。
【０１１２】
ベアリング構造１は、いくつかのさまざまな様式で構成することができる。そのため、図１ａに図示される１つの例示的な実施形態において、ロータシャフト２は、ここでは、ギアロータ７３にロータシャフト２の回転を加える前にロータシャフト２の回転速度を変更するためのギアボックス７２に接続されている。
【０１１３】
別の例示的な実施形態（図示せず）では、ロータシャフト２は、ギアボックスを用いてロータシャフトの回転速度を変更することなく、直接ギアロータに連結されている。この例示的な実施形態では、ギアロータは、ベアリング構造１の外側にラジアル方向に配置されていてもよい。
【０１１４】
図面には図示しないが、ベアリング構造１は、ロータシャフトへのベアリング構造の組み付けを容易にするために展開部材を用いてロータシャフト２の取り付け部に動作可能に固定されていてもよい。
【０１１５】
アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０とアキシャル方向非位置決めベアリングポジション１２とは、例えば第１の支持ポイント３３におけるロータシャフトの外径の５０％、または７５％、もしくは１００％、あるいは１５０％の距離で離間されていてもよい。
【０１１６】
任意で、ベアリング１０、１２のいずれか一方が回転要素のためのケージつまりリテイナを備えてもよい。
【０１１７】
さらに、風力タービンロータシャフトのデザインに応じて、アキシャル方向に隔てられたこれらベアリング、つまりアキシャル方向非位置決めベアリング１２とアキシャル方向位置決めベアリング１０は、実質的にアキシャル方向の遊びを伴わずに構成されてもよく、あるいは適切なアキシャル方向の遊びを伴うように配置されてもよい。加えて（以下で説明するような）２つのアンギュラコンタクトベアリング１１、３１は、２つのコンタクトベアリングを隔てる適切なアキシャル方向の遊びを伴うよう配置されてもよい。遊びは、負（予荷重）からゼロを経て正となる範囲で変動する。
【０１１８】
１組の風力タービンブレード６６の回転運動に起因して、ロータシャフトは、ロータシャフト２のアキシャル方向Ａに見て、アキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を受ける。本発明に基づくベアリング構造１を風力タービンロータシャフト構造１００に設けることにより、シャフトのラジアル方向力およびアキシャル方向力を効果的に支えるための、改良されかつコンパクトな技術的解決法が提供される。これは、特にアキシャル方向非位置決めベアリング１２がアキシャル方向Ａに見てアキシャル方向位置決めベアリングポジション１０から離れて配置される構造と、さらに詳述されるアキシャル方向非位置決めベアリング１２およびアキシャル方向位置決めベアリングポジション１０の特定の構成とによって実現される。アキシャル方向非位置決めベアリング１２が、ラジアル方向力Ｆ２を受ける性質しか有しない一方で、アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０がアキシャル方向力Ｆ１とラジアル方向力Ｆ２を受けることができることに留意されたい。
【０１１９】
特に図１ｂを参照すると、ベアリング構造１は、アキシャル方向位置決めベアリングポジション１０を備える。このアキシャル方向位置決めベアリングポジション１０は、アキシャル方向Ａにおける移動に対してシャフト２を固定するために第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１に隣接して配置される第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１を備える。
【０１２０】
必須ではないがここでは、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１には典型的に第１の内側リング２０と第１の外側リング２１とが設けられる。図１ｂに図示されるように、第１の内側リングは、フランジレス内側リングである、つまりこの内側リングにはガイドフランジは設けられていない。
【０１２１】
図１ｂに図示されるように、外側リング２１は、内側リング２０のラジアル方向外側に配置される。
【０１２２】
当然のことながら通常は、第１の内側リング２０は、ロータシャフト２のアキシャル方向において、第１の外側リング２１に対して移動できる。
【０１２３】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１は、第１の列２２をなすように配置された複数のローラ１５から形成される第１の一連の回転要素をさらに有する。第１の列をなすように配置されることは、第１の一連のローラ１５が列をなしてロータシャフト２の周囲に円周状に配置されることを意味する。
【０１２４】
さらに第１の一連のローラ１５は、第１の内側リングの第１の湾曲内側軌道２０ａと第１の外側リングの第１の湾曲外側軌道２１ａとの間に介在させられる。
【０１２５】
なお当然のことながら、第１の湾曲内側軌道２０ａが代替的にシャフト２の一部に直接形成されてもよく、常に内側リング部分を設ける必要はない。
【０１２６】
図１ｂから明らかなように、ローラ１５のそれぞれは、第１の湾曲内側軌道２０ａと第１の湾曲外側軌道２１ａと係合可能な（つまり接触可能な）湾曲した軌道接触面１５ａを有する対称的な円筒形状のローラである。
【０１２７】
さらに第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１のローラ１５のそれぞれは、第１の接触角α２でシャフト２のアキシャル方向に対して傾斜している。そのためローラ１５のそれぞれは、シャフト２のアキシャル方向に対して傾斜しており、それにより第１の接触角α２が図１ｂに図示されるように形成される。言い換えると、第１の接触角α２は、ローラそれぞれがシャフト２のアキシャル方向に対して傾斜するように、ローラ１５それぞれと第１の湾曲内側軌道２０ａおよび第１の湾曲外側軌道２１ａのいずれか一方との間に形成される。図１ｂに図示されるように、第１の接触角α２は、ローラ１５の中心軸線に垂直な直線７とロータシャフト２の中心軸線５（つまり回転平面に平行な直線）との間の角度として規定される。直線７はまた、発生した負荷が一方の軌道２１ａからローラ要素１５を介して別の軌道２０ａに伝達される際に沿う線も示す。そのため、この直線７つまりローラ１５の中心軸線に対する垂線は、ローラ１５の圧力線を示すと考えられる。結果として、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の第１の圧力中心Ｐ１は、第１の一連のローラ１５のローラの中心軸線に対する垂線７とロータシャフトの中心軸線５とによって規定できる。
【０１２８】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの接触角α２はまた、対称的なローラ１５の回転軸線とロータシャフト２の中心軸線５との間の角度として規定されてもよい。
【０１２９】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第１の接触角α２の値は適切に選択されるべきである。なお、傾斜したあるいは傾いた第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングを提供するために、その角度は、図１ｂから明らかなように０度または９０度と等しくすることはできない。一例として、第１の接触角α２の値は１０〜６０度であってもよい。図１における第１の接触角α２の値は約４５度である。
【０１３０】
したがって、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１は、明白に傾斜された接触角を有する。この様式では、これらローラ１５は、アキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を受けるために湾曲内側軌道２０ａおよび湾曲外側軌道２１ａと協働するよう構成されている。これらローラ１５の傾斜構成により、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１に対するシャフト２のアキシャル方向動作が制限可能となる。ローラ１５の作動中、明白に傾斜された接触角は、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１のアキシャル荷重負担能力の向上に寄与する。そのようにして、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１は自己調心されると考えられる。
【０１３１】
さらに、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の構成は、ベアリング構造のアキシャル方向の幅および幅方向の幅の低減または最小化を可能にする。第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の角度自己調整能力は、傾斜したアンギュラコンタクトベアリングは製造精度をあまり要求せず、流体機械設備へのベアリング構造の取り付け容易性が維持される点において、従来のベアリングよりもさらに有利である。
【０１３２】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの上記構成に対応する構成を有するベアリングは時にはＳＡＴベアリングと称されてもよい。ＳＡＴベアリングはまた、図１ｂに図示されるように、ゼロより大きな距離Ｘ（Ｘ＞０）によって規定（識別）されてもよい。距離Ｘは、ロータシャフトの中心軸線５とローラの中心軸線７に対する垂線との間の距離によって規定される。
【０１３３】
第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの構成と同様に、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１も自己アライメントベアリングである。つまり第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１は、第２の列３２をなすように配置される複数のローラ３５から形成される第２の一連の回転要素を有する。第２の一連のローラ３５が第２の列となるように配置されることは、第２の一連のローラ３５が、列をなしてロータシャフト２の周囲に円周状に配置されることを意味する。必須ではないがここでは第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１には典型的に第２の内側リング４０と第２の外側リング４１とが設けられる。図１ｂに図示されるように、第２の内側リングは、フランジレス内側リングである、つまり第２の内側リングにはガイドフランジは設けられない。
【０１３４】
図１に図示されるように、外側リング２１は、内側リング２０のラジアル方向外側に配置されている。
【０１３５】
上述のように、第１の内側リング２０は、典型的にはラジアル方向において第１の外側リング２１に対して移動可能である。同様に、第２の内側リング４０は、典型的にはロータシャフトのラジアル方向において第２の外側リング４１に対して移動可能である。さらに当然のことながら、第１の外側リング２１は、通常、第２の外側リング４１に対して移動できる。
【０１３６】
加えて第２の一連のローラ３５は、第２の内側リング４０の第２の湾曲内側軌道４０ａと第２の外側リング４１の第２の湾曲外側軌道４１ａとの間に介在される。
【０１３７】
本発明のこうした態様に関して、当然のことながら、第２の湾曲内側軌道４０ａは代替的にシャフト２の一部に直接形成されてもよい。そのため必ずしも第２の湾曲内側軌道４０ａを内側リング部分に設けなくてもよい。
【０１３８】
図１ｂから明らかなように、ローラ３５それぞれは、第２の湾曲内側軌道４０ａおよび第２の湾曲外側軌道４１ａと係合可能な（接触可能な）湾曲した軌道接触面３５ａを有する対称的な円筒形状ローラである。
【０１３９】
加えて、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１のローラ３５の各々は、第２の接触角α１によってシャフト２のアキシャル方向に対して傾斜している。したがって、各ローラ３５はシャフト２のアキシャル方向に対して傾斜しており、それによって第２の接触角α１が図１ｂに図示されるように形成される。言い換えると、第２の接触角α１は、各ローラ３５がシャフト２のアキシャル方向に対して傾斜するように、ローラ３５それぞれと第２の湾曲内側軌道４０ａおよび第２の湾曲外側軌道４１ａのいずれかとの間に形成される。第２の接触角α１は、ローラ３５の中心軸線に垂直な直線７’と、回転シャフト２の中心軸線５（つまり回転平面に平行な直線）との間の角度として規定される。直線７’はまた、生じた負荷が一方の軌道４１ａからローラ要素３５を介して別の軌道４０ａに伝達される際に沿う線を示す。直線７’つまりローラ３５の中心軸線に対する垂線は、したがって、ローラ３５の圧力線を示すと考えられる。ゆえに第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の第２の圧力中心Ｐ２は、第１の一連のローラ３５のローラの中心軸線に対する垂線７’と回転シャフト５の中心軸線との間の交点として規定できる。
【０１４０】
第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングの第２の接触角α１はまた、対称的なローラ３５の回転軸線とロータシャフト２の中心軸線５との間の角度として規定されてもよい。第２の自己調心コンタクトベアリングの第２の接触角α１の値は、適切に選択されるべきである。なお、傾斜するかまたは傾いた第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングを提供するために、その角度は、図１ｂから明らかなように０度または９０度と等しくすることはできない。一例として第２の接触角α１の値は１０〜６０度であってもよい。図１における接触角α１の値は約４５度である。
【０１４１】
したがって、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１は明白に傾斜した接触角を有する。この様式では、ローラ３５は、アキシャル方向力Ｆ１およびラジアル方向力Ｆ２を受けるために湾曲内側軌道４０ａおよび湾曲外側軌道４１ａと協働するよう構成される。こうしたローラ３５の傾斜構成により、第２の自己調心コンタクトベアリング３１に対するシャフト２のアキシャル方向動作を制限できる。ローラ３５の作動中、明白に傾斜した接触角は、第２の自己調心コンタクトベアリング３１のアキシャル荷重負担能力の向上に寄与する。そのようにして、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１は自己アライメントされると考えられる。
【０１４２】
さらに第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の構成は、ベアリング構造のアキシャル方向の幅およびラジアル方向の幅の低減または最小化を可能にする。第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の角度自己調整能力は、傾斜したアンギュラコンタクトベアリングは製造精度をあまり要求せず、流体機械設備へのベアリング構造の取り付け容易性が維持される点において、従来のベアリングよりもさらに有利である。
【０１４３】
図１ｂにさらに図示されるように、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１のローラ１５はそれぞれ、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１のローラ３５のそれぞれに対して傾斜している。この様式では、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の第１の圧力中心Ｐ１は、第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の第２の圧力中心Ｐ２から外れている。言い換えると、第１の一連のローラのローラ中心軸線に対する垂線７（第１の圧力線）と、第２の一連のローラのローラ中心軸線に対する垂線７’（第２の圧力線）とは、ロータシャフトの中心軸線５に沿って交差していない。
【０１４４】
１つの例示的な実施形態（図示せず）においては、第１の接触角α２の値は第２の接触角α１の値とは異なってもよい。この様式では、ベアリング構造は、非対称的な列を備えてもよい。つまり第１の一連のローラからなる第１の列の傾斜角は、第２の一連のローラからなる第２の列の傾斜角とは異なる。この構成の利点の１つとして、ベアリング構造のサイズを特定の風力タービン構造の要求に合致するよう調節できることが挙げられる。言い換えると、ベアリング構造のサイズを最小に維持することができる。
【０１４５】
図１ｂに図示された上述の例示的な実施形態を再度参照すると、第１の湾曲内側軌道２０ａは、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の第１の内側リング２０に設けられていてもよい。同様に、第１の湾曲外側軌道２１ａは、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の第１の外側リング２１に設けられていてもよい。この様式では、外側リング２１が内側リング２０を包囲し、それにより複数のローラ１５から形成される一連の回転要素が、第１の内側リング２０と第１の外側リング２１との間の中間構造内に配置される。同様に第２の湾曲内側軌道４０ａは第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の第２の内側リング４０に設けられてもよい。この様式では、第２の外側リング４１が第２の内側リング４０を包囲し、それにより複数のローラ３５から形成される一連の回転要素が、第１の内側リング４０と第１の外側リング４１との間の中間構造内に配置される。
【０１４６】
別の例示的な実施形態（図示せず）では、第１の湾曲外側軌道２１ａと第２の湾曲外側軌道４１ａとが同じ外側リングに設けられてもよい。そのため、アキシャル方向位置決めベアリングには、２つの湾曲外側軌道（一方の軌道が第１の一連のローラ１５のためのものであり、他方の軌道は第２の一連のローラ３５のためのものである）を有する単一の外側リングを設けることができる。本発明のこうした態様に関連して、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１と第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１とが、外側リングを共有するよう構成される。
【０１４７】
加えて、アキシャル方向位置決めベアリング１０の両側はシール（図示せず）を用いてさらに密閉されていてもよい。シールは、典型的にはベアリングリングの材料と比べてより軟質な材料から形成される単一部品からなる均質な構成要素の形態で提供できる。そうした材料はゴムまたは適切なタイプのプラスチック材料とすることができる。これは、多くの場合に異なる材料（ゴムおよび金属製の補強材）から構成される従来のベアリングシールと比較して製造コストを低く抑えることができることを意味する。
【０１４８】
本発明のこの態様に関連して、ここでは第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリングおよび第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリングのいずれか一方には、ラジアル方向クリアランスと、アンギュラコンタクトベアリングの内側湾曲軌道と外側湾曲軌道との間の距離における差によって規定されるアキシャル方向クリアランスとが設けられる。
【０１４９】
図示された例示的な実施例では、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の湾曲外側軌道２１ａと第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の湾曲外側軌道４１ａとは、アキシャル方向Ａに見て、互いから離れる方向を向いている。言い換えると、一対の第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１と第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１とは、いわゆる背中合わせ構造（時にはＸ構造とも称される）で取り付けられている。
【０１５０】
なお当然のことながら、第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１の湾曲外側軌道２１ａは、アキシャル方向Ａに見て第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１の湾曲外側軌道４１ａの方を向いてもよい。この構造は、時にはいわゆる対面構造つまりＯ構造とも称される。
【０１５１】
図１ａまたは図１ｂに図示される例示的な実施形態において、ここでは第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング１１および第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング３１はさらにベアリングハウジング８に収容される。ベアリングハウジング８は、ナセルフレーム内に取り付けられるハウジング構成構造体に一体的に形成される。
【０１５２】
上述のように、ベアリング構造１は、アキシャル方向非位置決めベアリング１２を含む。アキシャル方向非位置決めベアリング１２は、ここでは第３の内側リング５０と、第３の外側リング５１と、第３の内側リングと第３の外側リングとの間の中間構造内に配置される複数のローラ５５から形成される第３の一連の回転要素と、を備える。図１ａに図示されるように、アキシャル方向非位置決めベアリング１２は、回転要素の湾曲接触面５５ａと内側軌道５０ａと外側軌道５１ａとを有する自己アライメントベアリング、例えば環状ベアリングなどである。アキシャル方向位置決めベアリングに関して上述した様式と同様の様式において、ローラ５５のそれぞれは、ロータシャフト２の角変位を許容するために第３の内側リング５０の湾曲内側軌道５０ａと接触するとともに第３の外側軌道５１の湾曲外側軌道５１ａと接触するよう構成された湾曲軌道接触面５５ａを有する対称的な円筒形ローラである。さらにローラ５５のそれぞれは、ここでは、対称的な凸形状、シリンダ（バレル）形状になされた形態を有する、つまり対向するアキシャル方向端部分に対して増大されたラジアル方向の幅を有するアキシャル方向中央部を有する。アキシャル方向非位置決めベアリングのこうした構造によって、ベアリングは、最適な負荷支持パフォーマンスのためにローラが常に軌道内にローラ自体を位置決めするよう設計される。この様式では、ベアリングは、ベアリングの使用寿命に影響を及ぼすことなくミスアライメントおよびアキシャル方向変位に適応できる。
【０１５３】
前述のベアリングの構成と同様に、ローラ５５から形成される第３の一連の回転要素は、ここでは、第３の内側リング５０の第３の湾曲内側軌道５０ａと第３の外側リング５１の第３の湾曲外側軌道５１ａとの間に介在させられて第３の列５６となるよう配置される。加えて、ローラ５５のそれぞれは、第３の湾曲内側軌道５０ａおよび第３の湾曲外側軌道５１ａと係合可能な第３の湾曲した軌道接触面５５ａを有する対称的な円筒形状のローラであり、それによりこれらローラ５５は、ラジアル方向力Ｆ２を受けるよう第２の湾曲内側軌道５０ａと第３の湾曲外側軌道５１ａと協働するよう構成されている。これは、ローラから形成される第３の一連の回転要素が第３の内側リングと第３の外側リングとの間の中間構造に配置されるように第３の内側リングを取り囲む第３の外側リングを図示する図２ａから明確に理解されるだろう。
【０１５４】
本発明のベアリング構造によって、特に二点サスペンションシステムに適したベアリング構造、つまり風力タービンロータシャフト構造を第２の支持ポイントから離間された第１の支持ポイントで支持するのに適したベアリング構造が提供される。主に、アキシャル方向Ａおよびアキシャル方向非位置決めベアリングとアキシャル方向位置決めベアリングポジションとからなる特定の構成において見られるように、アキシャル方向非位置決めベアリングはアキシャル方向位置決めベアリングから離間されて実施される。言い換えると、ベアリング構造は、１つの単一のベアリング構造システム内に２つのベアリングモジュール（つまりアキシャル方向非位置決めベアリングおよびアキシャル方向位置決めベアリング）を含む。さらにこのベアリング構造は、最適化された内部形状を有すると同時に最大ラジアル荷重およびアキシャル荷重支持能力を付与される。本発明は、このベアリング構造が、重荷重に起因するシャフトまたはハウジングのたわみによって引き起こされるミスアライメントに敏感に反応しないという意味においてさらに堅固である。アキシャル方向非位置決めベアリングポジションとアキシャル方向位置決めベアリングポジションとがベアリング構造の形態で設けられているため、流体機械設備へのベアリング構造の設置および取り付けが簡単化され、より効率的でありかつコンパクトな流体機械デザインが実現可能となる。
【０１５５】
加えて、ベアリングの自己調心能力が最適化される。それにより、簡単だが効果的かつ信頼性のある様式でアキシャル荷重およびラジアル荷重を支持できるようになる。本発明のベアリング構造は、それにより、角度方向のミスアライメントや大きなアキシャル方向のミスアライメントを許容できるよう構成される。
【０１５６】
別の例示的な実施形態（図示せず）では、本発明の自己調心ベアリングは、共通の凹形の球状軌道を備える共通の外側軌道を共有する複数のローラからなる２つの列を有しており、このとき内側軌道には、ベアリング軸線と角度をなす２つの凹形の球状軌道が設けられる。外側軌道の曲率中心は、ベアリング中心と一致する。自己調心ローラベアリングは自己調整されるものであり、シャフトおよびベアリングブロックの非同心化またはシャフトの変形たわみによる影響を受けない。なぜなら、そのため、こうした理由によって引き起こされる同心性に関する誤差が補償されるからである。ラジアル荷重による影響を除いて、このタイプのベアリングはまた、双方向性のアキシャル荷重とそれらの複合荷重とを支持できる。このベアリング構造は、その負荷負担能力が大きく、そして好ましい耐衝撃性を備える。
【０１５７】
本発明は特定のロータ構造の特定の組み合わせに関して説明されたが、当然のことながら、ベアリング構造の使用法は、本発明の研究時に当業者に明らかな他の流体機械設備に組み合わせられてもよい。したがって、本発明の例示的な実施形態の上記説明および添付の図面は、本発明の非限定的な例示として見なされるものであり、本発明の保護の範囲は別紙の特許請求の範囲によって規定される。また特許請求の範囲の参照符号は本発明の範囲を限定すると考えられるべきではない。
【符号の説明】
【０１５８】
１      ベアリング構造
２      ロータシャフト
５      ロータシャフトの中心軸
７、７’  第１のローラ、第２のローラの中心軸に対する垂線
８      アキシャル方向位置決めベアリングのハウジング
９      アキシャル方向非位置決めベアリングのハウジング
１０    アキシャル方向位置決めベアリング（ポジション）
１１    第１の自己調心アンギュラコンタクトベアリング
１２    アキシャル方向非位置決めベアリング（ポジション）
１５    複数のローラから形成される第１の一連の回転要素
１５ａ  湾曲軌道接触面
２０    第１の内側リング
２０ａ  第１の湾曲内側軌道
２１    第１の外側リング
２１ａ  第１の湾曲外側軌道
２２    ローラからなる第１の列
３０    非回転ハウジング構造
３１    第２の自己調心アンギュラコンタクトベアリング
３２    ローラからなる第２の列
３３    第１の支持ポイント
３４    第２の支持ポイント
３５    複数のローラから形成される第２の一連の回転要素
３５ａ  湾曲軌道接触面
４０    第２の内側リング
４０ａ  第２の湾曲内側軌道
４１    第２の外側リング
４１ａ  第２の湾曲外側軌道
５０    第３の内側リング
５０ａ  第３の湾曲内側軌道
５１    第３の外側リング
５１ａ  第３の湾曲外側軌道
５５    複数のローラから形成される第３の一連の回転要素
５５ａ  第３の湾曲軌道接触面
５６    ローラからなる第３の列
６６    風力タービンブレード
７１    ハブ構造
７２    ギアボックス
７３    発電機
７４    ナセルハウジング
７５    タワー状支持構造
１００  流体機械設備、例えば風力タービンロータシャフト構造
α２    第１の接触角
α１    第２の接触角
Ａ    アキシャル方向
Ｆ１    アキシャル方向力
Ｆ２    ラジアル方向力
Ｐ１    第１の圧力中心
Ｐ２    第２の圧力中心
【図１ａ】
2015090218.tif 000003
【図１ｂ】
2015090218.tif 000004
【図２ａ】
2015090218.tif 000005
【外国語明細書】
2015090218000001.pdf