(57)【要約】【課題】回転軸に回転体を連結したものの軸受け構造を提供する。【解決手段】軸受け構造Ｍ１は、回転軸７に連結される回転体８の連結部分１７ａの外側で該連結部１７ａを受けるラジアル軸受け４５と、該ラジアル軸受け４５の外側に配設された軸受けフレーム４７と、該ラジアル軸受けフレーム４７に対して流体の流れの上流に位置する上流側スラスト軸受け５６ａと、軸受けフレーム４７に対して流体の流れの下流に位置する下流側スラスト軸受け５６ｂと、上流側スラスト軸受け５６ａおよび下流側スラスト軸受け５６ｂそれぞれの外周面の外側で、軸受けフレーム４７の上流および下流それぞれに配設した軸受けカバー６２ａ、６２ｂを備え、ラジアル軸受け４５の軸受けフレーム４７および軸受けカバー６２ａ、６２ｂを外周壁とし、上流側スラスト軸受け５６ａを上流側壁、および下流側スラスト軸受け５６ｂを下流側壁とする箱型構造とした。【選択図】図１
2015166626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の抵抗を受けて回転する回転体の回転力を伝達する動力伝達系における軸受け構造において、
回転力を伝達する回転軸に連結される前記回転体の連結部分の外側で該連結部分を受けるラジアル軸受けと、該ラジアル軸受けの外側に配設された軸受けフレームと、該軸受けフレームに対して流体の流れの上流側に位置する上流側スラスト軸受けと、前記軸受けフレームに対して流体の流れの下流側に位置する下流側スラスト軸受けと、前記上流側スラスト軸受けおよび下流側スラスト軸受けそれぞれの外周面の外側で、前記軸受けフレームの上流側および下流側それぞれに配設した軸受けカバーとを備え、
前記ラジアル軸受けの軸受けフレーム、および前記軸受けカバーを外周壁とし、前記上流側スラスト軸受けを上流側壁、および下流側スラスト軸受けを下流側壁とした箱型構造を有することを特徴とする軸受け構造。
【請求項２】
流体の抵抗を受けて回転する回転体の回転力を伝達する動力伝達系における軸受け構造において、
回転力を伝達する回転軸に連結される前記回転体の連結部分の連結端近傍にある前記回転軸部分で該回転軸を受けるラジアル軸受けと、該ラジアル軸受けの外側に配設された軸受けフレームと、該軸受けフレームに対して流体の流れの上流側に位置する上流側スラスト軸受けと、前記軸受けフレームに対して流体の流れの下流側に位置する下流側スラスト軸受けと、前記上流側スラスト軸受けおよび下流側スラスト軸受けそれぞれの外周面の外側で、前記軸受けフレームの上流側および下流側それぞれに配設した軸受けカバーとを備え、
前記ラジアル軸受けの軸受けフレーム、および前記軸受けカバーを外周壁とし、前記上流側スラスト軸受けを上流側壁、および下流側スラスト軸受けを下流側壁とした箱型構造を有することを特徴とする軸受け構造。
【請求項３】
前記スラスト軸受けに接続されたブレーキ環を有し、該ブレーキ環を押圧することによって前記回転体の回転を制御するブレーキ装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受け構造。
【請求項４】
前記軸受けフレームは、両端が閉じられた二重管構造に形成され、前記回転軸の延びる方向を含む面で２つに分割され、該分割された２つの軸受けフレーム内にはそれぞれ互いに連通した、内部に冷却媒体の流体が流通する冷却室が設けられていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の軸受け構造。
【請求項５】
所定の風力以上の風を受けて回転する複数枚のブレードを有し、ローターをなす風車をタワーに支持されたナセルに備えた風力エネルギー利用装置において、
前記風車のローター中心部にブレードを集結するハブと、請求項１、２、３または４に記載の軸受け構造とを備え、
前記ハブは、前記回転軸に連結されたネック部を有し、該ネック部を前記回転体の連結部分とし、該連結部分又は該連結部分の連結端近傍にある前記回転軸部分に前記軸受け構造を配設したことを特徴とする風力エネルギー利用装置。
【請求項６】
前記風車の軸受けフレームの直径方向上に相対して配設され、前記軸受けフレームを回動可能に支持する支持ピンを有することを特徴とする請求項５に記載の風力エネルギー利用装置。
【請求項７】
前記風車のハブまたは前記風車の回転軸内に設けられ、受風圧により、前記風車のブレードが風下側に傾倒されるときに圧縮される圧縮機構を設けたことを特徴とする請求項５または６に記載の風力エネルギー利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転力を伝達する動力伝達分野、および陸上もしくは海洋上に着床させた、または水面上に浮かばせた浮体に風車装置を搭載して発電、送水、水の循環、水質浄化、他動力ならびにエネルギー変換装置の駆動源として利用する、風力エネルギー利用装置分野および潮流、海流エネルギー利用分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊などが叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題とも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題などエネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれる一方で、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。
【０００３】
また、原子力発電による電気エネルギーの供給が行われているが、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所などの原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災などに伴って発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は、生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても分かるように、地域住民の生活環境への悪影響が極めて大きく、被害も甚大になる虞がある。
【０００４】
また、我が国の陸上における風力エネルギー利用装置では装置の大規模化に伴い、低周波騒音問題などの公害問題がある。国土の狭い我が国ではこれらの問題を踏まえ、これ以上陸上では大規模な新規立地が困難な状況にあるが、福島原発事故などの影響で電力不足に陥り、早急に新たなエネルギー開発を推進しなくてはならない状況にある。そこで、騒音公害や環境公害の問題などに配慮しつつ、安全性、安定性、効率性、メンテナンス性などの点で、これまでの装置の大幅な改善と推進が緊急に求められている。
【０００５】
地球表面積の７１パーセントが海であり、我が国は四方を海に囲まれた海洋国である。また、我が国は領海および排他的経済水域の面積を入れると世界有数の大国であるため、海を有効に利用して、海洋上に着床式、或いは浮体式の洋上風力エネルギー利用装置を設けるならば、低周波騒音など公害問題も解決するばかりか、大規模化が可能であるため、原子力発電の代替エネルギーとして風力エネルギーを十分に役立たせることも可能である。
【０００６】
また、離島などにおける風力エネルギー利用装置の開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や小笠原諸島に有る無人の島々への居住を可能にする。また、それらの島々を釣り場や観光地とする可能性を高めるために、さらにまた離島における石油などの運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業などの拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化などを図るためにも、海を有効に利用する必要がある。
【０００７】
海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流、潮汐などの海洋エネルギー資源が多く存在するにもかかわらず、これらを安価に且つ安全に効率よくエネルギー利用し、安定エネルギー源として有効利用できる装置が未開発の状況にある。そのため、これを早急に開発し、人間生活に有効に利用することが社会的にも経済的にも必要であり、その第１歩として最も身近な洋上風力エネルギー利用装置の開発が緊急に望まれている。それとともに、風力エネルギーを安全に吸収する装置の耐久性、安全性、メンテナンス作業等の簡略化、経済性や信頼性、効率性の向上のためにも軸受け構造、回転制御、ならびに圧縮機構の装備が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１９３６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願の出願人は、特許文献１において、風力を利用して発電する装置として水上発電装置を提案したが、その中で風力発電装置におけるハブ、軸受け構造、回転制御、圧縮機構ならびに圧縮装置等においては、特別に詳細な説明をしていない。しかしながら、従来からこのような風車を用いた風力発電装置においては、軸受け構造、回転制御、圧縮機構、圧縮装置が複雑になり、運転面、保守、点検、メンテナンス面や耐久性や信頼性を改善する余地があった。また、コストが高くかかるという問題があった。
【００１０】
また、これまでの風力エネルギー利用装置は、陸上もしくは海洋上で強烈な風力や波エネルギーならびにその風圧を受けた場合には、風力エネルギー利用装置が十分に作動できないばかりか破壊される虞が皆無ではなかった。また、風力エネルギー利用装置に発電装置を備えるものの場合、発電機一基における定格出力制限によるカーブアウト領域、ならびにカットイン、カットアウト領域などにより一定の風速を超えると風車の回転を止めなくてはならず、不経済であるという問題点があった。
【００１１】
また、装置の傾きや転倒破壊を防止するためにも、発電機や増速機などの重量物はできる限りタワー基部の低位置に設けて、装置全体の重心を下げ、装置の安定性向上、機構の簡略化、メンテナンス性の向上、効率化等を図る必要があった。
【００１２】
特に洋上風力エネルギー利用装置などにおいては、実用化ならびに装置の大規模化に伴い機構を簡略化し、装置は出来る限りドックなど陸地の工場で製作し、組み立て、一体化し、また、メンテナンス費や運転コストなどのすべてにおいてコスト低下に導くことが、発電原価等の低下につながるため、洋上での現地作業を極力減じたものとしなくてはならないという課題もあった。
【００１３】
また、洋上風力エネルギー利用装置などの設置、運搬、曳航時において、予期せぬ低気圧の到来や、突風の遭遇においても、簡単に対応できて、装置を安全に守り、装置上部での高所作業は出来得る限り避け、低所の作業で対応できる装置とする必要があった。
【００１４】
また、海洋、ダム、湖沼等における水の循環、送水、浄化装置の動力、エネルギー伝達の効率化において、これまでの風力発電装置の発電機は装置の高所に設けてあることと、利便性の観点から、そのほとんどは電力変換で行われている。しかし省エネルギー、省資源の観点より、水の循環、送水、浄化などの動力源においては、本発明の風車の回転力で歯車や油圧ポンプを駆動し、管などに接続して歯車や油圧モーターを使って直接ポンプを動かし送水することによる工程ロスを削減し、高効率化することが求められる。
【００１５】
また、風速が一定限度を超えた場合、センサーがキャッチしてピッチ機構を作動させてブレードが回転する安全対策においても、風の来る方向によるセンサーやピッチ機構の信頼性等にも問題があった。また、風車ブレードの受風圧が一定限度を超えたときに、シリンダー内の油を一時的にアキュムレーターに送ってブレードを風下方向に傾倒させることにより、自動的に受風圧面積を縮小させて安全運転できるようにしたものの場合には、風が収まってブレードが急激に復元しようとすることが有っても油の流れが制限されて、急激にはブレードが復元できないようにする機構を備えた安全な装置が求められている。
【００１６】
本発明は、このような従来の技術が有する課題や問題点に着目してなされたもので、回転軸に回転体を連結したものの軸受け構造および該軸受構造を備えた風力エネルギー利用装置を提供することを目的とする。
【００１７】
さらに流体伝達機構と圧縮機構を装備して風車の安全性、耐久性、操作性や稼働率を高め、高効率で安全に安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を実現する風力エネルギー利用装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］  流体の抵抗を受けて回転する回転体（８）の回転力を伝達する動力伝達系における軸受け構造（Ｍ１）において、
回転力を伝達する回転軸（７）に連結される前記回転体（８）の連結部分（１７ａ）の外側で該連結部分（１７ａ）を受けるラジアル軸受け（４５）と、該ラジアル軸受け（４５）の外側に配設された軸受けフレーム（４７）と、該軸受けフレーム（４７）に対して流体の流れの上流側に位置する上流側スラスト軸受け（５６ａ）と、前記軸受けフレーム（４７）に対して流体の流れの下流側に位置する下流側スラスト軸受け（５６ｂ）と、前記上流側スラスト軸受け（５６ａ）および下流側スラスト軸受け（５６ｂ）それぞれの外周面の外側で、前記軸受けフレーム（４７）の上流側および下流側それぞれに配設した軸受けカバー（６２ａ、６２ｂ）とを備え、
前記ラジアル軸受け（４５）の軸受けフレーム（４７）、および前記軸受けカバー（６２ａ、６２ｂ）を外周壁とし、前記上流側スラスト軸受け（５６ａ）を上流側壁、および下流側スラスト軸受け（５６ｂ）を下流側壁とした箱型構造を有することを特徴とする軸受け構造（Ｍ１）。
【００１９】
［２］  流体の抵抗を受けて回転する回転体（８）の回転力を伝達する動力伝達系における軸受け構造（Ｍ２）において、
回転力を伝達する回転軸（７）に連結される前記回転体（８）の連結部分（１７ａ）の連結端（１７ｅ）近傍にある前記回転軸（７）部分で該回転軸（７）を受けるラジアル軸受け（４５）と、該ラジアル軸受け（４５）の外側に配設された軸受けフレーム（４７）と、該軸受けフレーム（４７）に対して流体の流れの上流側に位置する上流側スラスト軸受け（５６ａ）と、前記軸受けフレーム（４７）に対して流体の流れの下流側に位置する下流側スラスト軸受け（５６ｂ）と、前記上流側スラスト軸受け（５６ａ）および下流側スラスト軸受け（５６ｂ）それぞれの外周面の外側で、前記軸受けフレーム（４７）の上流側および下流側それぞれに配設した軸受けカバー（６２ａ、６２ｂ）とを備え、
前記ラジアル軸受け（４５）の軸受けフレーム（４７）、および前記軸受けカバー（６２ａ、６２ｂ）を外周壁とし、前記上流側スラスト軸受け（５６ａ）を上流側壁、および下流側スラスト軸受け（５６ｂ）を下流側壁とした箱型構造を有することを特徴とする軸受け構造（Ｍ２）。
【００２０】
［３］  前記スラスト軸受け（５６ａ、５６ｂ）に接続されたブレーキ環（６３ａ、６３ｂ）を有し、該ブレーキ環（６３ａ、６３ｂ）を押圧することによって前記回転体（８）の回転を制御するブレーキ装置（６４ａ、６４ｂ）を設けたことを特徴とする項［１］または［２］に記載の軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）。
【００２１】
［４］  前記軸受けフレーム（４７）は、両端が閉じられた二重管構造に形成され、前記回転軸（７）の延びる方向を含む面で２つに分割され、該分割された２つの軸受けフレーム（４７ａ、４７ｂ）内にはそれぞれ互いに連通した、内部に冷却媒体の流体が流通する冷却室（４７ｃ、４７ｄ）が設けられていることを特徴とする項［１］，［２］または［３］に記載の軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）。
【００２２】
［５］  所定の風力以上の風を受けて回転する複数枚のブレード（６）を有し、ローターをなす風車（９）をタワー（２）に支持されたナセル（４）に備えた風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）において、
前記風車（９）のローター中心部にブレード（６）を集結するハブ（８）と、項［１］、［２］、［３］または［４］に記載の軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）とを備え、
前記ハブ（８）は、前記回転軸（７）に連結されたネック部（１７ａ）を有し、該ネック部（１７ａ）を前記回転体（８）の連結部分（１７ａ）とし、該連結部分（１７ａ）又は該連結部分（１７ａ）の連結端（１７ｅ）近傍にある前記回転軸（７）部分に前記軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）を配設したことを特徴とする風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）。
【００２３】
［６］  前記風車（９）の軸受けフレーム（４７）の直径方向上に相対して配設され、前記軸受けフレーム（４７）を回動可能に支持する支持ピン（６５）を有することを特徴とする項［５］に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）。
【００２４】
［７］  前記風車（９）のハブ（８）または前記風車（９）の回転軸（７）内に設けられ、受風圧により、前記風車（９）のブレード（６）が風下側に傾倒されるときに圧縮される圧縮機構（ＰＬ、Ｐｂ）を設けたことを特徴とする項［５］または［６］に記載の風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）。
【００２５】
前記本発明は次のように作用する。
流体の抵抗を受けて回転する回転体（８）の回転力を伝達する動力伝達系における軸受け構造（Ｍ１）において、回転力を伝達する回転軸（７）に連結される前記回転体（８）の連結部分（１７ａ）の外側で該連結部分（１７ａ）を受けるラジアル軸受け（４５）と、該ラジアル軸受け（４５）の外側に配設された軸受けフレーム（４７）に対して流体の流れの上流側に位置する上流側スラスト軸受け（５６ａ）と、軸受けフレーム（４７）に対して流体の流れの下流側に位置する下流側スラスト軸受け（５６ｂ）と、上流側と下流側に軸受けカバー（６２ａ、６２ｂ）を備え、ラジアル軸受け（４５）の軸受けフレーム（４７）を中央部に設け、上流側スラスト軸受け（５６ａ）を上流側壁、および下流側スラスト軸受け（５６ｂ）を下流側壁、軸受けカバー（６２ａ、６２ｂ）を上流側外周壁、下流側外周壁とし、箱型軸受け構造を形成することによって軸受け構造とすることができる。軸受け構造（Ｍ２）は、連結部分（１７ａ）の外側ではなく、回転体（８）の連結端（１７ｅ）の近傍にある回転軸（７）部分に配設することもできる。
【００２６】
また、スラスト軸受け（５６ａ、５６ｂ）にブレーキ環（６３ａ、６３ｂ）を接続すると共に、該ブレーキ環（６３ａ、６３ｂ）を押圧するブレーキ装置（６４ａ、６４ｂ）を設けたので、回転体（８）の回転を制御することができる。
【００２７】
また、軸受けフレーム（４７）を上部と下部に分割すると共に、軸受けフレーム（４７）内の上部に上部冷却室（４７ｃ）を設け、軸受けフレーム内の下部に下部冷却室（４７ｄ）を設け、上部冷却室（４７ｃ）と下部冷却室（４７ｄ）とを連通させた軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）としたので、軸受けを効果的に冷却することができる。
【００２８】
つぎに、所定の風力以上の風を受けると回転する複数枚のブレード（６）を有し、ローターをなす風車（９）をタワー（２）に支持されたナセル（４）に備えた風力エネルギー利用装置において、風車（９）のローター中心部にブレード（６）を集結するハブ（８）を有し、軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）によってハブ（８）のネック部（１７ａ）外側を受けるハブ或いはハブ近傍にラジアル軸受け（４５）と、軸受けフレーム（４７）と、上流側スラスト軸受け（５６ａ）と、下流側スラスト軸受け（５６ｂ）を設けたものにすることにより、軸受け構造（Ｍ１，Ｍ２）を備えた風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）とすることができる。
【００２９】
また、風車（９）の軸受けフレーム（４７）の両横に、支持ピン（６５）を略水平に設けると共に、該支持ピン（６５）を支持点として前記回転軸（７）の他の一端を、上下に回動可能としてあるので、ブレード（６）の縦方向の角度を変更させることができる。
【００３０】
また、複数枚のブレード（６）は、回転軸（７）内に設けられた圧縮機構（ＰＬ，Ｐｂ）に連結されているので、受風圧により、圧縮機構（ＰＬ，Ｐｂ）が圧縮して風下側に傾倒することができる。
【００３１】
これにより、圧縮機構（ＰＬ）に設けたシリンダー（２６）或いは圧縮機構（Ｐｂ）に設けたバネ（９６）の圧力が強く、ブレード（６）の傾倒角度が変化しない時点におけるブレード（６）の端部のローター直径（ＲＤ）の回転によって描かれる円の受風面積と、傾倒角度が変化した時点（ＲＤ'）の円の受風面積を比べると、傾倒角度が変化した時点（ＲＤ'）の受風面積の方が小さくなる。
【００３２】
傾倒角度の変化によりローター回転面積（受風面積）が縮小されると受風力はその分小さくなるため、それだけ強風にも耐えることができる。また、強風のために受風面積が縮小された（ＲＤ'）場合であっても、一定の風力エネルギーの利用ならびに吸収ができる。これは、効率は下落するものの強風であるためにそれ相当量の受風効果が確保できるからである。ここで定格出力における発電機の稼働が始まる。
【００３３】
強風（Ｆ）が弱くなってブレード（６）に与える受風力が小さくなると、これまで縮小された（ＲＤ'）の受風面積に与える受風力よりも、圧縮機構（ＰＬ，Ｐｂ）内のシリンダー（２６）またはバネ（９６）の押し戻す力の方が大きくなり、ピストンロッド（２９）またはネジ棒（９８）が押し戻されて、アーム（２２）を介してアーム（１９ｂ）に伝えられブレード（６）の傾倒角度の傾きは元の状態（ＲＤ）に戻る。
【００３４】
このように、ブレード（６）の風下方向への傾倒角度（β）を受風圧力に合せて随時調整することにより、風車（９）に風（Ｆ）を受けるブレード（６）を最大限に広げて効率上昇を図る場合と、台風時等の強風に対しては意図的に傾斜角度を例えば（ＲＤ'）或いは最大に傾倒させた（ＲＤ"）のように狭め、受風面積を縮小制御させて自動的、強制的コントロール操作により運転し、効率悪化に導きながら装置の破壊を防止する場合とが自在となる。これにより、定格出力の安定度を高めることができ、また、作動範囲を広めて微風時から強風時までの膨大な風力エネルギーを効率良く持続可能な範囲で吸収することができる。
【００３５】
また、ナセル（４）内部にクレーン（１１２）を設けた場合には、運転時はクレーン（１１２）をナセル（４）内部に収納しておき、メンテナンスなどの作業時にはクレーン（１１２）のビームを延出させて使用することにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどにおいて非常に便利良く作業が行える。
【００３６】
このことは、外部から大型レッカーなどの重機、クレーン船等の出動の必要がないために、本装置とクレーン船等の緩衝事故を無くして、トータル的に大幅な経費の節減、事故の減少が行われ、風力エネルギー利用装置（Ａ，Ｂ，Ｃ）のコストならびに発電原価等を大幅に引き下げる作用をする。
【発明の効果】
【００３７】
装置の基幹部である軸受けフレームを中央部に、スラスト軸受けを両側に用いて箱型構造を形成するものとしたので、スラスト軸受けにブレーキ環を設けた場合には、ブレーキ環に対して操作することにより、回転軸の回転制御すなわち回転体の回転制御をすることができる。
【００３８】
また、箱型構造の内部に冷却室を形成することにより、冷却管理をすることができる。
【００３９】
本発明に係る風力エネルギー利用装置によれば、発電機、増速機等の重量物を高所のナセル内から、低所の操作性の良い運転室に配置したので、装置全体の転倒モーメントを減じるだけでなく、メンテナンス性が良くなる。
【００４０】
本発明に係る風力エネルギー利用装置によれば、台風時等の強風時には、風力に応じてブレードが風下側に傾倒するため、ブレードが破壊される心配が少ない。さらに従来の風力エネルギー利用装置は、一定の風速になればブレードを守るためにカットアウト操作を行い、ピッチ機構によりブレードを回転させて、それ以後は利用できなくなるのが一般的であるが、本発明に係る風力エネルギー利用装置においては、従来のカットアウト領域内であっても、ブレードに最大限の負荷をかけて、負荷に応じて稼働させ、傾倒角度の自動調整、定格出力を維持し、強風の後には迅速に復元できるために、風力エネルギーを最大限に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る軸受け構造を示す縦断面図である。
【図２】図１の軸受け構造を備える風力エネルギー利用装置の概略を示す全体図である。
【図３】図１の軸受け構造およびその周辺部分を示す縦断面図である。
【図４】図３におけるＺ−Ｚ矢視図である。
【図５】図３における逆止弁およびアキュムレーターを示す拡大説明図である。
【図６】図５における逆止弁の弁体のＸ−Ｘ矢視図である。
【図７】図１におけるＹ−Ｙ矢視図である。
【図８】図７におけるＵ−Ｕ矢視図である。
【図９】図７におけるＶ−Ｖ矢視図である。
【図１０】図７におけるＳ−Ｓ矢視図である。
【図１１】図２におけるＷ−Ｗ矢視図である。
【図１２】図１１におけるＴ−Ｔ矢視図である。
【図１３】図２と異なる形態の風力エネルギー利用装置Ｂを示す全体説明図である。
【図１４】図１３に示す風力エネルギー利用装置Ｂにおける軸受けハブおよびその周辺部を示す拡大図である。
【図１５】風力エネルギー利用装置の他の例を示す全体説明図である。
【図１６】風力エネルギー利用装置の設置例を示す概略図である。
【図１７】風力エネルギー利用装置の他の設置例を示す概略図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る軸受け構造を示す縦断面図である。
【図１９】図１８の軸受け構造およびその周辺部分を示す縦断面図である。
【図２０】図１８におけるＲ−Ｒ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明に係る軸受け構造は、流体の流れを受けて回転する回転体８の回転力を動力として伝達する動力伝達系に設けられるものである。この軸受け構造は、例えば、効率性、耐久性、メンテナンス性、経済性、信頼性を必要とする領域ならびに陸上や海岸域、或いはダム、湖沼、大陸棚等に設置して潮流、海流、風力エネルギー等を有効に利用する装置に設けられる。以下、海洋上において使用する浮体式の洋上風力エネルギー利用装置に設けたものとして説明する。
【００４３】
以下、図面に基づき本発明の各実施の形態について説明する。  
図１から図１２は、本発明の第１の実施の形態を示している。  
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る軸受け構造を示す縦断面図であり、図２は、本実施の形態に係る軸受け構造を備える風力エネルギー利用装置Ａの概略を示す全体図である。図３は、本実施の形態に係る軸受け構造およびその周辺部を示す縦断面図である。
【００４４】
図２に例示したように、本実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１を備えた風力エネルギー利用装置Ａは、海洋上で海面ＳＷ上の浮体１の上部において、浮体１の上面に略鉛直にタワー２が立設されている。タワー２の上部にはタワー２の中心線２ｃが回転の中心線となる回転が可能な回転台座３ａが設けられており、この回転台座３ａの上部には、タワー２の中心線２ｃを縦軸中心線としてナセル４の台座５が配設されると共に台座５には回転台座３ａに相対する回転台座３ｂが設けられている。これにより、ナセル４は、タワー２の中心線２ｃが回転の中心線となる回転を自由にすることができる。
【００４５】
浮体１は、抵抗板おもり等を連結することにより、常にタワー２が鉛直性を保つとともに、台風等の際でもあまり動揺、振動、傾斜しないようにすることができる。また、メンテナンス等の際には回転台座３ａと相対する回転台座３ｂとの相対的回転およびタワー２とナセル４との相対的回転は停止する。また、クレーンなどの操縦をするための方向制御装置や安全のためのロック装置等が設けられている。
【００４６】
ナセル４には、風車９が取り付けられている。風車９は、風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収する複数枚のブレード６がハブ８（回転体）から放射状に延びるように設けられてローターを成している。ローターの中心部に設けられている回転軸７は、略水平に配設されている。各ブレード６は、回転軸７に対して傾倒可能なようにハブ８に取り付けられている。
【００４７】
図１において、回転軸７の外側には、回転軸７の外環３１が固着されている。また、ハブ８のネック部１７ａ（連結部分）の内側には、回転軸７との間に内リング１７ｂが配設されている。この内リング１７ｂの一端は、止めボルト３２によって該外環３１に止められている。また、設計条件次第によっては回転軸７と内リング１７ｂは、埋め込みキー１７ｄ等で固着されている。なお、ハブ８のネック部１７ａと内リング１７ｂは一体化されている。ハブ８は、ナセル４内に配設されている支持装置１０に軸受け構造Ｍ１を介して支持されている。
【００４８】
図２において回転軸７の出力端は、可動台座１２に搭載された油圧等流体ポンプ１１に連結されている。この油圧等流体ポンプ１１は、回転軸７から伝達される回転動力が油圧等流体に変換されるものである。油圧等流体ポンプ１１の吐出口には、自在管７２ａの一端が連結されており、自在管７２ａの他端はアキュムレーター７３に連結されている。配管７２ｂの一端はアキュムレーター７３に連結されており、他端は流体伝達機構７１ａに接続されている。
【００４９】
油圧等流体ポンプ１１より送られる流体は、流体伝達機構７１ａを介してタワー２内を略鉛直に降下する配管７４によって運転室１３に導入されている。運転室１３は、タワー２が立設されるベースとなるタワー基部２ａに設けられている。この運転室１３は、浮体１の上部に位置している。
【００５０】
運転室１３内には配管７４が配設されていると共に、油圧等流体モーター１４が設けられている。該油圧等流体モーター１４の回転軸１５ａの端部には、クラッチ等の変速機１５ｂを介して発電機１６が連結されている。
【００５１】
したがって、風を受けて風車９のローターが回転すると、その回転が回転軸７に伝えられ、油圧等流体ポンプ１１を稼働させて、吐出流体がタワー２内に略鉛直に設けられた流体伝達機構７１ａから配管７４に流れる。吐出流体は、タワー基部２ａの運転室１３内では油圧等流体モーター１４を回転させ、その回転は、回転軸１５ａからクラッチ等の変速機１５ｂを介して発電機１６に伝動される。これにより、発電機１６が回転して発電される。同時に油圧等流体モーター１４によって吐出した流体は配管７５で回収され、流体伝達機構７１ａを通り、配管７６ｂ、タンク７７、ホース７６ａを通り油圧等流体ポンプ１１に吸い込まれる。
【００５２】
図４は、図３におけるＺ−Ｚ矢視図である。図４に示すように風力エネルギー利用装置Ａの風車９は、３枚のブレード６を有するものとして例示してある。この風車９が風を受けたときの回転方向をα方向とすると、全円周３６０度を３等分に区切り１２０度の間隔を取ってブレード６を振り分けることになる。この各３等分線上にブレード６のアーム１９ａが延設されている。
【００５３】
ほぼ円形のハブ８の本体１７から平行に延びる２枚のリブ２０，２０を一対とし、この一対のリブ２０，２０の間にブレード６のアーム１９ａが差し込まれている。アーム１９ａは、ピン１８によって枢動可能にリブ２０，２０に取り付けられている。ハブ８の本体１７とリブ２０とは、鋳物、或いは溶接、鍛造、熔融成型品、または炭素繊維、ガラス繊維、プラスチックなどで堅牢に一体的に形成されており、軽量かつ強固な構造になっている。
【００５４】
図２および図３に示したように、ブレード６の基端部分は、ハブ８の本体１７に設けたピン１８に枢支されている。ピン１８は、ボス１９の中心部を支持しており、アーム１９ａおよびピン１８を境にしてアーム１９ａとは反対側に延びるアーム１９ｂを回動可能にしている。ブレード６は、アーム１９ａの先端に接続されている。一方、アーム１９ｂの接続端１９ｃは、ピン２１ａによってアーム２２の一端に回動可能に連結されている。
【００５５】
図１に示すようにアーム２２の他の一端は、流体圧縮機構ＰＬのピストンロッド２９をガイドするスライドアーム２３に設けたラグ２４に、ピン２１ｂによって連結されている。スライドアーム２３の軸受け３３は、堅牢な構造でハブ８のネック部１７ａの内リング１７ｂと、回転軸７の端部と、ケーシング２５のフランジ部２５ａとを一体的に抑え込み、止めボルト３４で止められている。
【００５６】
また、回転軸７の内部に設けられた流体圧縮機構ＰＬのケーシング２５の内側には、シリンダー２６がサポート２８等で固着されている。該シリンダー２６は、ハブ８の本体１７のネック部１７ａに内リング１７ｂと前記ケーシング２５のフランジ部２５ａを介して固定されている。また、シリンダー２６内のピストン２７は、ピストンロッド２９を介してスライドアーム２３にナット３０で締め付けられている。
【００５７】
すなわち、ブレード６はアーム１９ａ、ボス１９、アーム１９ｂ、アーム２２、スライドアーム２３を介して流体圧縮機構ＰＬのピストン２７に接続されている。ピストン２７の移動により、略水平に設けた回転軸７に対してブレード６を図２における「６’」或いは「６”」で示した位置まで傾倒させることが可能である。
【００５８】
また、シリンダー２６内の流体に圧力をかけると、ピストン２７は風下方向へ移動するので、ピストンロッド２９ならびにアーム２２は、アーム１９ｂ、ボス１９、アーム１９ａを回転させる。すなわち、図２に示したようにブレード６は、回転軸７に対して角度がβ”，β’からβへと大きくなり、起立する方向に姿勢を変える。
【００５９】
ここで、例えば図２におけるブレード６が角度βに有る状態で強風が吹くと、ブレード６は風圧に押されて角度β’や角度β”となる風下方向へ倒れようとする。すると、アーム１９ａ、ボス１９、アーム１９ｂを回転させ、アーム２２を介してピストンロッド２９、ピストン２７を押して、シリンダー２６内の流体をアキュムレーター３５内に押し込もうとする。
【００６０】
図５において、このシリンダー２６の吐出口にはノズル２６ａならびに逆止弁３６が設けられており、ピストン２７により圧縮されたシリンダー２６内の流体は、その圧力がアキュムレーター３５の圧力に打ち勝つまで流れることができず加圧される。この加圧状態でブレード６は、ブレード６の許容強度限界範囲設定値まで傾倒が抑えられる。シリンダー２６内の圧力がブレード６の許容強度限界範囲設定値以上になると、アキュムレーター３５側の圧力が負けて逆止弁３６が開くので、ブレード６は傾倒する。これにより、ブレード６および装置のその他の部分の破壊が防止される。
【００６１】
ここで風がおさまり、シリンダー２６内の加圧が停止すると逆止弁３６は閉じる。そのため、傾倒したブレード６は急激に起立しようとしても、逆止弁３６の作用によりシリンダー２６内に流体が戻れずピストン２７は動かない。また、逆止弁３６は、弁体３７ａに設けた流通孔３８ａ、３８ｂの作用により、流体の流量が制限されている。このため、逆止弁３６は、ピストン２７が急激には動けないようにするブレーキの役目をしている。これにより、ブレード６は衝撃が緩和され破壊が防止される。
【００６２】
図１において、シリンダー２６内での流体の不純物の蓄積や泡の発生防止のため、ピストン２７には、その延びる方向に沿って孔が穿設されており、この孔に配管３９ａ、３９ｂが設けられている。この配管３９ａ、３９ｂ等で流体をピストン２７の外部に誘導する。配管３９ａ、３９ｂの操作可能な部分には弁４０ａ、４０ｂが設けられている。適宜に弁４０ａ、弁４０ｂを開いてシリンダー２６内の油、或いは作動流体を交換することにより、効率の良い運転ができる。なお、弁４０ａ、４０ｂの開閉には、安全のために風車９の回転を停止した状態で行う。
【００６３】
一方、外リング１７ｃの内側には、ハブ８のネック部１７ａが嵌められており、両者は不図示の圧着、接着、溶接等で固着されている。また、外リング１７ｃは、前記した外環３１に止めボルト３２で固着されている。また、外リング１７ｃの外周には管状の共通軸４１がキー４２を介装し、止めボルト４３によって外リング１７ｃに固定され、一体化されている。共通軸４１の中央部には凸部４４が設けられ、これにラジアル軸受け４５が嵌められている。このラジアル軸受け４５の外周にはリング４６が設けられると共に軸受けフレーム４７の内部に嵌められている。図１ではラジアル軸受け４５は玉軸受けを例示してあるがメタルでも、転がりでも、他の方法でも軸受けの役目を果たせるものであればよい。また、ラジアル軸受け４５は、設計条件によっては多列に設けても構わない。
【００６４】
図７は、図１、図３および図１４におけるＹ−Ｙ矢視図であり、軸受け構造Ｍ１の主要部を拡大して示したものである。軸受けフレーム４７は、両端が閉じられた二重管構造に形成されている。この軸受けフレーム４７は、回転軸７の延びる方向を含む面で２つに分割されている。分割された軸受けフレーム４７ａ、４７ｂのうち上方の軸受けフレーム４７ａの内部には上部冷却室４７ｃが設けられており、下方の軸受けフレーム４７ｂの内部には下部冷却室４７ｄが設けられている。これら冷却室４７ｃ、４７ｄそれぞれは、内部に冷媒を通して軸受け４５、５６ａ、５６ｂの冷却を行うためのものである。これら冷却室４７ｃ、４７ｄは連通している。
【００６５】
したがって、軸受けフレーム４７には下部冷却室４７ｄに通じる冷媒入口ノズル４８ａ、上部冷却室４７ｃに通じる出口ノズル４８ｂ等が設けられている。また、軸受け構造Ｍ１は箱型であるため、軸受けフレーム４７には、他にも軸受け内の空気の吸気ノズル４９ａと排気ノズル４９ｂ、上流側油室５０ａの潤滑油入口ノズル５１ａ、潤滑油出口ノズル５１ｂ、下流側油室５０ｂの潤滑油入口ノズル５２ａ、潤滑油出口ノズル５２ｂ等が設けられている。
【００６６】
また、上流側油室５０ａには、冷却コイル５３の冷媒入口ノズル５３ａ、冷媒出口ノズル５３ｂ等が設けられている。同様に下流側油室５０ｂの冷却コイル５４には、冷媒入口ノズル５４ａ、冷媒出口ノズル５４ｂ等が設けられている。また、上流側油室５０ａには上流側スラスト軸受け面座５５ａが軸受けフレーム４７に固設されている。同様に下流側油室５０ｂには下流側スラスト軸受け面座５５ｂが軸受けフレーム４７に固設されている。
【００６７】
一方、共通軸４１の上流側には上流側スラスト軸受け５６ａが設けられている。この軸受け５６ａのボス部５７ａに共通軸４１が挿入され、キー５８ａが埋め込まれている。また、オイルシール５７ｃや止めボルト等が設けられている。さらに、上流側油室５０ａの内部を観察するための手穴兼覗き窓６８ａが設けられている。また、上流側スラスト軸受け５６ａにはスラスト軸受け面座５９ａが設けられており、リング６０ａ、リング止め６１ａ等も設けられ、リング止め６１ａはボルトで固設されている。なお、リング６０ａは、設計条件によっては２枚または３枚等にしてもよい。
【００６８】
また、上流側スラスト軸受け５６ａの外周面の外側となるスラスト軸受け面座５９ａの外側には軸受けカバー６２ａが設けられ、組立時の都合上、円周上を数分割すると共に回転摺動部にはオイルシールや接続部にはパッキン等も設けられ、カバー外部には潤滑油が漏れないようになっている。
【００６９】
上流側スラスト軸受け５６ａの外環にはブレーキ環６３ａが嵌められ、キー等で双方が固設されている。また、該ブレーキ環６３ａには、ブレーキ環６３ａを押圧することによってブレーキ制動力を発生するブレーキ装置６４ａが設けられている。このブレーキ装置６４ａを操作することによりブレーキ環６３ａ、上流側スラスト軸受け５６ａ、ボス部５７ａ、共通軸４１、外リング１７ｃ、ハブ８のネック部１７ａ、ハブ８、ピン１８、ボス１９、アーム１９ａ等を介してブレード６の運動を停止させることができ、また、内リング１７ｂを介して回転軸７の回転を停止させることができる。
【００７０】
ここで上流側スラスト軸受け５６ａとブレーキ環６３ａの接続はキー以外にも溶接でも良いし、上流側スラスト軸受け５６ａとブレーキ環６３ａとを一体削り出しにしてもよい。また、ブレーキ装置６４ａは軸受けフレーム４７側より堅牢なサポート等により固定し、ブレーキ環６３ａの回転を制御する。
【００７１】
したがって、前記した軸受けフレーム４７に設けた冷媒入口ノズル４８ａ、出口ノズル４８ｂ、吸気ノズル４９ａ、排気ノズル４９ｂ、潤滑油入口ノズル５１ａ、潤滑油出口ノズル５１ｂ、冷却コイル５３の冷媒入口ノズル５３ａ、冷媒出口ノズル５３ｂ等にはそれぞれの配管や制御弁、潤滑油、冷媒供給或いは製造装置等が接続され、それぞれの機能を十分に果たせるものとなっている。  
【００７２】
なお、下流側スラスト軸受け５６ｂ側には、上流側スラスト軸受け５６ａと同様にスラスト軸受け面座５９ｂ、軸受けカバー６２ｂ、ブレーキ環６３ｂ、ブレーキ装置６４ｂ等を備えているので、それらの説明は省略する。これらラジアル軸受け４５の軸受けフレーム４７および軸受けカバー６２ａ、６２ｂを外周壁とし、上流側スラスト軸受け５６ａを上流側壁とし、下流側スラスト軸受け５６ｂを下流側壁とする箱型構造が形成されている。
【００７３】
図５においては、回転軸７の内部に前記シリンダー２６のノズル２６ａに逆止弁３６が接続されている。逆止弁３６は弁体３７ａが弁箱３７ｂ内でスプリング３７ｃによって付勢され、流体の流路を塞ぐ方向にノズル２６ａが押圧されている。これによって流体の逆流が防止される。また、アキュムレーター３５の内部にはブラダ３５ａが設けられている。このブラダ３５ａの内部にはガス３５ｂが充填されている。ガス３５ｂは、ノズル３５ｃ、弁３５ｄを介して外部よりホースや配管、或いは充填装置等によってガス源から供給充填される。また、回転軸７には弁３５ｄを操作するための手穴７ａ等も設けられている。
【００７４】
ここで、シリンダー２６のノズル２６ａより、高圧の流体圧がかかるとスプリング３７ｃの付勢力に抗する方向に弁体３７ａが動いて逆止弁３６が開く。これにより、アキュムレーター３５内に流体が注入される。このとき、アキュムレーター３５内のブラダ３５ａ内にガス３５ｂが充填されているが、ガス３５ｂの圧力が流体圧の圧力に負けた場合に、ブラダ３５ａが収縮し、アキュムレーター３５内にシリンダー２６内の流体が注入される。
【００７５】
図６は、図５における逆止弁の弁体のＸ−Ｘ矢視図である。また、弁体３７ａに設けた流通孔３８ａ、３８ｂの形状配置の一例を示している。  
逆止弁３６が閉じた場合でも流通孔３８ａ、３８ｂの作用により、シリンダー２６とアキュムレーター３５は連通されている。しかし、孔が小さいので流体の急激な流れ、流動が発生しないので、ピストン２７の動きが鈍くブレード６の衝撃防止策となっている。
【００７６】
図７は、図１、図３および図１４におけるＹ−Ｙ矢視図である。また、図８は、図７におけるＵ−Ｕ矢視図である。なお、図７では回転軸７の内部の設備は記載しない。  
先ず、最内側に回転軸７が設けられている。該回転軸７の外側には内リング１７ｂが設けられている。その外側にはハブ８本体のネック部１７ａが設けられており、さらにその外側には外リング１７ｃが設けられている。外リング１７ｃの外側には共通軸４１が、その外側には凸部４４が設けられている。この凸部４４の外側にはラジアル軸受け４５が設けられており、ラジアル軸受け４５の外側にはリング４６が設けられている。更にリング４６の外側には軸受けフレーム４７が設けられている。
【００７７】
また、軸受けフレーム４７には上流側スラスト軸受け面座５５ａが固設されると共に、上記回転軸７、内リング１７ｂ、ネック部１７ａ、外リング１７ｃ、共通軸４１、凸部４４、ラジアル軸受け４５、リング４６、軸受けフレーム４７、上流側スラスト軸受け面座５５ａは、全て同心となるように配設されており、中心線が共通であるため、軸受け構造Ｍ１の加工、組立等が比較的簡単に、安価に製造できる。
【００７８】
一方、軸受けフレーム４７の直径方向の水平中心線上に相対するように支持ピン６５、該支持ピン６５の台座６５ａおよび台座嵌め合い部６５ｂがそれぞれ一対設けられている。これらはボルト等で止められると共に嵌め合い部６５ｂに凹凸部６５ｃを設け、合わせ部の位置に移動、ズレ等が生じないようになっている。軸受けフレーム４７は、支持ピン６５を中心として回動させることができる。
【００７９】
図８には、支持ピン６５は軸受け６６によって支えられると共に軸受け６６は水平中心線上で二分割され、フランジ６６ａ、６６ｂをボルト等で締め付けられていることが図示されている。軸受け６６の下端にはサドル部６６ｃが設けられ、架台６７にボルト等で締め付けられ固定されている。よって、前記した支持装置１０は架台６７、軸受け６６によって形成されている。
【００８０】
図９は、図７におけるＶ−Ｖ矢視図である。軸受けフレーム４７は回転軸の水平中心線の延びる平面上で上部軸受けフレーム４７ａと下部軸受けフレーム４７ｂに分けられ、その中の空洞部を上部冷却室４７ｃと、下部冷却室４７ｄになっている。上部軸受けフレーム４７ａにはフランジ４７ｅが設けられており、下部軸受けフレーム４７ｂにはフランジ４７ｆが設けられている。フランジ４７ｅとフランジ４７ｆはボルト等でしっかりと固着されている。
【００８１】
一方、上部軸受けフレーム４７ａと下部軸受けフレーム４７ｂが合せられる仕切り板のほぼ中央部に穴が開けられ、上部軸受けフレーム４７ａには連通ピン４７ｇが、下部軸受けフレーム４７ｂにはガイドボス４７ｈが設けられている。ガイドボス４７ｈには傾斜ガイド部４７ｉが設けられている。これにより、連通ピン４７ｇは、挿入時に傾斜ガイド部４７ｉによって案内される。
【００８２】
また、ガイドボス４７ｈにはシール４７ｊが設けられ、上部冷却室４７ｃと下部冷却室４７ｄが連通ピン４７ｇの作用により双方が連通すると共に、シール４７ｊの作用により冷媒が外部に漏れないように形成されている。ここで、反対に上部軸受けフレーム４７ａにガイドボス４７ｈを、下部軸受けフレーム４７ｂに連通ピン４７ｇを設けてもよい。また、上部冷却室４７ｃと下部冷却室４７ｄは、それぞれの側面に穿設した穴を外部配管と連結することによって連通してもよい。
【００８３】
図１０は、図７におけるＳ−Ｓ矢視図である。図７において軸受けフレーム４７の下部軸受けフレーム４７ｂの両側に設けた台座６５ａ内に上部軸受けフレーム４７ａの台座嵌め合い部６５ｂを挿入するときに、両者に凹凸部６５ｃを設けてあると作業時だけの利点でなく運転時にもズレが生じないため装置を安全に運転できる。
【００８４】
図１１は、図２におけるＷ−Ｗ矢視図であり、図１２は、図１１におけるＴ−Ｔ矢視図である。油圧等流体ポンプ１１は可動台座１２に載せられ、装置のほぼ中心部に入力軸１１ａを配置する。油圧等流体ポンプ１１は回転軸７の回転が油圧等流体ポンプ１１の入力軸１１ａに伝えられ、圧縮された油圧等流体はノズル１１ｂより、自在管７２ａ、アキュムレーター７３、配管７２ｂを介して前記した流体伝達機構７１ａに送られる。それと同時にノズル１１ｃでは油圧等による流体の吸引作用があり、前記した流体伝達機構７１ａより配管７６ｂ、タンク７７、ホース７６ａを介してノズル１１ｃ、油圧等流体ポンプ１１に流体が吸い込まれる。
【００８５】
一方、可動台座１２は台座フレーム１２ａに油圧等流体ポンプ１１が配置されている。架台１２ｇには、ガイドフレーム１２ｄが配置されている。台座フレーム１２ａの両横にはスライドピン１２ｃが固着されている。このスライドピン１２ｃは、ガイドフレーム１２ｄの長穴１２ｅに挿通されている。スライドピン１２ｃは、長穴１２ｅ内で移動できるように、座金１２ｆ等で緩く抑えられており、破損しないようにナット等でセットされている。これにより、台座フレーム１２ａは、ガイドフレーム１２ｄによって案内されながら動作することができる。
【００８６】
台座フレーム１２ａの下方にはジャッキ１２ｂが設けられている。このジャッキ１２ｂを操作することにより、台座フレーム１２ａおよび油圧等流体ポンプ１１を上下に移動させて、前記した回転軸７が前記支持ピン６５を支点として縦方向の角度変化を生じるようにすることができる。回転軸７の縦方向の角度変化はブレード６に伝えられ、該ブレード６は縦方向の角度変化をする。
【００８７】
なお、ジャッキ１２ｂは風向、風速、装置の傾き等をセンサーでキャッチして自動調整を行うのが好ましいが、海洋上で使用する装置であるために操作状況、実績如何によってはある程度簡略化して固定操作に切り替えることも考えられる。固定操作にした場合には、前記した軸受け構造Ｍ１を回動操作から固定化できるので、機構が簡略化され、製造コストの低減につながる。
【００８８】
図１３は、図２と異なる形態の風力エネルギー利用装置Ｂを示す全体説明図である。以下に図２の風力エネルギー利用装置Ａと図１３の風力エネルギー利用装置Ｂの相違点を述べる。風力エネルギー利用装置Ａは回転軸７の内部に流体圧縮機構ＰＬを備え、ブレード６の傾きを流体圧で操作するが、図１３のＢでは回転軸７内にバネ圧縮機構Ｐｂが備えられ、ブレード６の傾きはバネを用いて操作する。
【００８９】
また、装置下方の水面上に設けた運転室１３において、図２の装置Ａではナセル４内の油圧等流体ポンプ１１から送られてきた流体は運転室１３内で油圧等流体モーター１４を稼働させ、発電機１６を稼働させて発電するものであるが、図１３の装置Ｂでは発電以外にも、ポンプ８６等も稼働させる。ポンプ８６の吸い込み配管８７、サクションストレーナー８８より吸い込んだ海水は、ポンプ８６を通して送水配管８９に送られ、送水目的のタンクや他諸設備に送られる。
【００９０】
また、図２においては油圧等流体伝達機構７１ａは３種類の流体伝達が可能であるが、図１３における油圧等流体伝達機構７１ｂでは５種類の流体伝達が行える。従ってこれまでのものに冷却媒体送り配管１０５、１０６と冷却媒体戻り配管１０７、１０８が接続できる。
【００９１】
図１４は、図１３に示す風力エネルギー利用装置Ｂの回転軸７内にバネ圧縮機構Ｐｂを装備した構成を示す拡大説明図である。前記した回転軸７内にケーシング９１が設けられ、該ケーシング９１の一端にはフランジ部９１ａが設けられている。また、フランジ部９１ａの流体の流れ方向下流側には軸受け９２が設けられ、前記回転軸７の外側に設けたハブ８のネック部１７ａに固着させた内リング１７ｂとケーシング９１のフランジ部９１ａ、軸受け９２はボルト等で固着されている。
【００９２】
軸受け９２の内部には図３で説明したものとほぼ同様でスライドアーム２３に代わるスライドアーム９３が設けられており、その動作はスライドアーム２３とほぼ同様である。従って、前記ブレード６の傾倒作用が伝えられるラグ２４は図３と図１４では共に同様の作用、動きをする。
【００９３】
ケーシング９１のフランジ部９１ａの他の一端の内部には底板９４が設けられ、ボルト或いはネジ、その他の手段によってケーシング９１と一体化するように固定されている。底板９４にはバネガイド９５が設けられ、その中にバネ９６が設けられている。該バネ９６の一端は、底板９４に当接しており、他の一端はバネ押え９７によって抑えられている。バネ押え９７にはネジ棒９８が設けられている。ネジ棒９８のネジ部には、一対のナット９９，９９を螺合させてある。ナット９９，９９は、それらの間にスライドアーム９３の一端側を挟んで締め付けてあり、これによってネジ棒９８がスライドアーム９３に連結されている。
【００９４】
底板９４には穴が開けられ、そこにロッド１００が通されている。ロッド１００の一端はバネ押え９７に固着されると共に、他の一端は前記した底板９４を貫通した後、皿バネ１０１、リング１０２等を交互に組み込みバネ機能を持たせた上でバネ押え１０３で締め付けられている。バネ押え１０３はネジ棒、ナット等を用いて締め付け位置の移動が調整可能に取り付けられている。
【００９５】
このような状態でブレード６は強風を受けて風車９が回転し、ブレード６の強度が安全設計限度を超えるような事態において、安全運転のためにバネ９６を収縮させてブレード６を風下側に倒し、バランスを取りながら運転する。風が収まってバネ９６が元の状態に戻るときには急激な復元動作が予測されるが、緩衝緩和策として皿バネ１０１やリング１０２等のバネ作用を用いる。さらに安全のために、ハブ８内に板バネ１０４等も設けられている。なお、バネ９６、皿バネ１０１及び板バネ１０４等は十分なバネ機能を発揮できるものであれば種類、形式等は特に限定されない。
【００９６】
上記のバネ９６は圧縮可能であるので、ブレード６は傾倒可能になっている。図１および図３に示した圧縮機構は流体圧作動によるもので、図１４に示した圧縮機構はバネ作動によるものである。製品とした場合には大規模装置においては流体圧方式が好ましく、小規模装置ではバネ方式が簡単で好ましい。
【００９７】
図１５は、他の例としての風力エネルギー利用装置Ｃの構成を示す全体説明図である。本図においてはこれまでの一般的に実用化されている風力発電装置に本発明の軸受け構造Ｍ１を備えるとともに可動台座１２による回転軸７の縦方向の傾斜角度の変更を可能として発電機１１１を駆動可能とした風力エネルギー利用装置である。従って、本発明はこれまでの一般的な装置にも適用することが出来る。
【００９８】
図１６は、風力エネルギー利用装置の設置例を示す概略図である。本装置は、海面ＳＷ上に浮体１を浮ばせ、海底ＳＧにアンカー、チェーン等で浮体装置を係留して設置されるものである。
【００９９】
図１７は、風力エネルギー利用装置の他の設置例を示す概略図である。本装置は、海面ＳＷ上に浮体１を設け、運搬、曳航時にはベースブロックＢＢを釣り上げ、運転時には、ベースブロックＢＢを海底ＳＧに着床させて設置されるものである。
【０１００】
図１８は、図１と同様の図であり、本発明の第２の実施の形態に係る軸受け構造を示す縦断面図である。図１９は、図３と同様の図で有り、図１８の軸受け構造およびその周辺部分を示す縦断面図である。図２０は、図１８におけるＲ−Ｒ矢視図であり、図７と同様の図である。本実施の形態に係る軸受け構造Ｍ２は、第１の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１とは設けた位置が異なっている。
【０１０１】
第１の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１は、回転体８が回転軸７に連結されている連結部分１７ａに設けられている。一方、本実施の形態に係る軸受け構造Ｍ２は、回転軸７側に設けられており、回転体８の連結部分１７ａの近傍に配設されている。したがって、第１の実施の形態と同種の部位には同一符号を付してその説明を省略する。また、同種の部位には符号も省略した部位もある。
【０１０２】
図１８に示したように、回転体８の連結部分１７ａの端部はフランジが円周に沿って外側に向かって形成された連結端１７ｅとなっている。この連結端１７ｅと相対するように回転軸７の軸端７ｂにもフランジが円周に沿って外側に向かって形成されている。これら回転体８の連結端１７ｅと回転軸７の軸端７ｂとはボルトとナットとによって連結されている。
【０１０３】
回転体８には、連結端１７ｅの近傍に軸受け構造Ｍ２が配設されている。軸受け構造Ｍ２自体の構成で第１の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１と異なる点は、軸受け構造Ｍ１では、回転体８と回転軸７とに連結固定するために内リング１７ｂと外リング１７ｃとを必要としていたが、本実施の形態に係る軸受け構造Ｍ２では、それらを必要としていない。これは、上記のように回転体８が回転軸７に直接に連結されていることと、軸受け構造Ｍ２が回転軸７に連結されていることによる。
【０１０４】
軸受け構造Ｍ２は、第１の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１の外リング１７ｃから外側の構成が同じである。すなわち、共通軸４１から外側の構成が同じである。共通軸４１は、その両端縁付近をボルトによって直接に回転軸７の側壁に固定されている。また、ボルトによって固定されている両端縁よりも中央寄りの部分には、共通軸４１と回転軸７の側壁との間にキー４２が介装されている。
【０１０５】
図２０に示したように、この軸受け構造Ｍ２は、第１の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１と同様に、軸受けフレーム４７から延びる支持ピン６５を支持装置１０の架台６７に設けた軸受け６６が受けることによって支持されている。
【０１０６】
このような軸受け構造Ｍ２は、回転体８の製造を簡略化することができる。また、回転体８と回転軸７との連結および分離が簡単であるので、メンテナンスや組立作業が楽にできるようになる。さらに、回転軸７を受けるので、軸受け構造Ｍ２は小型化、軽量化の点で優れたものになっている。
【０１０７】
なお、図２および図１３に示した風力エネルギー利用装置Ａ，Ｂは、第１の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ１を設けたものとして説明したが、軸受け構造Ｍ１に替えて第２の実施の形態に係る軸受け構造Ｍ２を設けてもよい。その場合、軸受け構造Ｍ２の配設位置と軸受け構造Ｍ１の配設位置とが異なるだけであり、上記のように軸受け構造Ｍ２を設けることによって一部の部材が不要になる。また、軸受け構造Ｍ２を装備することによって新たに必要となる部材は無い。
【０１０８】
本発明に係る軸受け構造を備えた風力エネルギー利用装置は、風車による低速回転、高トルクの動力を油圧など流体ポンプ或いは発電機に効率よく伝えることができる。また、低所に配設した発電機或いはポンプ等に動力を比較的簡単に且つ安全に伝えることができるとともに、風力エネルギー利用装置の重心を低くすることで装置の転倒作用を極力抑え、安全性、安定性を高め、発電機の分割化により微風時から台風時などの大風や大波に耐え、強風によるカーブアウトの範囲を有効利用し、カットアウト操作の範囲を縮小し、メンテナンス性が向上し、稼働率を高め、高効率で安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を得ることができる。
【０１０９】
また、風力エネルギー利用装置内にクレーンを備えることにより、風力エネルギー利用装置の重量バランスを取るだけでなく、外部の大がかりなレッカー、重機、クレーン台船等の出動を不要とし、風力エネルギー利用装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどが容易になる。さらに、風波、うねり等荒海域でのメンテナンス作業の危険性の改善、現地工事の削減、簡略化によって稼働率を高め、トータルシステムとして、安全性、安定性、経済性等において勝り、製造コストならびに発電原価等の大幅な引き下げができる。
【０１１０】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る機構および装置は、風力エネルギーを利用する装置に限られることなく、広く適用することができる。また、海流、潮流、潮汐、河川流水発電装置等海洋エネルギーを利用する分野等にも広く使用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
Ａ…風力エネルギー利用装置
Ｂ…風力エネルギー利用装置
Ｃ…風力エネルギー利用装置
Ｍ１…軸受け構造
Ｍ２…軸受け構造
ＰＬ…流体圧縮機構
Ｐｂ…バネ圧縮機構
Ｆ…風
ＦＬ…流れ方向
ＵＦ…上流側
ＤＦ…下流側
ＳＷ…海面（水面）
ＳＧ…海底
ＢＷ…抵抗板重り
ＢＢ…ベースブロック
ＳＫ…スカート
ＲＤ…ローターの直径
ＲＤ' …傾倒したローターの直径
ＲＤ"…さらに傾倒したローターの直径
α…風車の回転方向
β、β'、β"…ブレードの傾倒方向の傾倒角度
１…浮体
２…タワー
２ａ…タワー基部
２ｃ…中心線
３ａ、３ｂ…回転台座
４…ナセル
５…台座
６、６’、６"…ブレード
６ａ…ブレードの差し込み部
７…回転軸
７ａ…手穴
７ｂ…軸端
８…ハブ（回転体）
９…風車
１０…支持装置
１１…流体ポンプ
１２…可動台座
１２ａ…台座フレーム
１２ｂ…ジャッキ
１２ｃ…スライドピン
１２ｄ…ガイドフレーム
１２ｅ…長穴
１２ｆ…座金
１３…運転室
１４…流体モーター
１５ａ…回転軸
１５ｂ…変速機
１６…発電機
１７…ハブの本体
１７ａ…ハブのネック部（連結部分）
１７ｂ…内リング
１７ｃ…外リング
１７ｄ…キー
１７ｅ…連結端
１８…ピン
１９…ボス
１９ａ、１９ｂ…アーム
１９ｃ…接続端
２０…リブ
２１ａ、２１ｂ…ピン
２２…アーム
２３…スライドアーム
２４…ラグ
２５…ケーシング
２５ａ…ケーシングのフランジ部
２６…シリンダー
２６ａ…ノズル
２７…ピストン
２８…サポート
２９…ピストンロッド
３０…ナット
３１…外環
３２…止めボルト
３３…軸受け
３４…止めボルト
３５…アキュムレーター
３５ａ…ブラダ
３５ｂ…ガス
３５ｃ…ノズル
３５ｄ…弁
３６…逆止弁
３７ａ…弁体
３７ｂ…弁箱
３７ｃ…スプリング
３７ｄ…治具
３７ｅ…ブラダ押え
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ…流通孔
３９ａ、３９ｂ…配管
４０ａ、４０ｂ…弁
４１…共通軸
４２…キー
４３…止めボルト
４４…凸部
４５…ラジアル軸受け
４６…リング
４７…軸受けフレーム
４７ａ…上部軸受けフレーム
４７ｂ…下部軸受けフレーム
４７ｃ…上部冷却室
４７ｄ…下部冷却室
４７ｅ…フランジ
４７ｆ…フランジ
４７ｇ…連通ピン
４７ｈ…ガイドボス
４７ｉ…傾斜ガイド部
４７ｊ…シール
４８ａ…冷媒入口ノズル
４８ｂ…出口ノズル
４９ａ…吸気ノズル
４９ｂ…排気ノズル
５０ａ…上流側油室
５０ｂ…下流側油室
５１ａ…潤滑油入口ノズル
５１ｂ…潤滑油出口ノズル
５２ａ…潤滑油入口ノズル
５２ｂ…潤滑油出口ノズル
５３…冷却コイル
５３ａ…冷媒入口ノズル
５３ｂ…冷媒出口ノズル
５４…冷却コイル
５４ａ…冷媒入口ノズル
５４ｂ…冷媒出口ノズル
５５ａ…上流側スラスト軸受け面座
５５ｂ…下流側スラスト軸受け面座
５６ａ…上流側スラスト軸受け
５６ｂ…下流側スラスト軸受け
５７ａ、５７ｂ…ボス部
５７ｃ、５７ｄ…オイルシール
５８ａ、５８ｂ…キー
５９ａ、５９ｂ…スラスト軸受け面座
６０ａ、６０ｂ…リング
６１ａ、６１ｂ…リング止め
６２ａ、６２ｂ…軸受けカバー
６３ａ、６３ｂ…ブレーキ環
６４ａ、６４ｂ…ブレーキ装置
６５…支持ピン
６５ａ…台座
６５ｂ…台座嵌め合い部
６５ｃ…凹凸部
６６…軸受け
６６ａ、６６ｂ…フランジ
６６ｃ…サドル部
６７…架台
６８ａ、６８ｂ…手穴兼覗き窓
７１ａ…流体伝達機構
７１ｂ…流体伝達機構
７２ａ…自在管
７６ａ…ホース
７２ｂ、７６ｂ…配管
７３…アキュムレーター
７４…配管
７５…配管
７７…タンク
７８…回収ホース
７９…配管
８０…回収タンク
８６…ポンプ
８７…吸い込み配管
８８…サクションストレーナー
８９…送水配管
９１…ケーシング
９１ａ…フランジ部
９２…軸受け
９３…スライドアーム
９４…底板
９５…バネガイド
９６…バネ
９７…バネ押え
９８…ネジ棒
９９…ナット
１００…ロッド
１０１…皿バネ
１０２…リング
１０３…バネ押え
１０４…板バネ
１０５、１０６、１０７、１０８…配管
１０９…冷媒製造ユニット
１１１…発電機
１１２…クレーン
１１７…カバー
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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