(57)【要約】【課題】海の近く等の、塵芥及び塩分を多く含む風が吹く環境下で、損傷、錆等の発生を防止できる構造を実現する。【解決手段】プランマブロック７を構成する軸受箱１３の内部の圧力を測定する圧力センサ１７からの信号に基づいてコンプレッサ１０の運転・停止を制御する、制御器１１を設ける。このコンプレッサ１０により、上記軸受箱１３の内部に、フィルタ１２を通過した清浄空気を送り込み、この軸受箱１３内を大気圧以上とする。この様な構成にする事で、上記軸受箱１３の内部への塩分や塵芥の進入を防止して、上記課題を解決する。【選択図】図１
2008223842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受箱内に転がり軸受ユニットを保持したプランマブロックにより、回転軸を固定の部分に回転自在に支持する為、この転がり軸受ユニットを構成する外輪を上記軸受箱内に支持固定すると共に、上記回転軸の一部をこの転がり軸受ユニットを構成する内輪の内径側に支持した状態で、この回転軸の残部を上記軸受箱の開口部を通じてこの軸受箱外に突出させている回転支持装置に於いて、この開口部の内周縁と上記回転軸の外周面との間部分にシール装置を設けると共に、上記軸受箱内に圧縮気体を送り込むコンプレッサを設けた事を特徴とする回転支持装置。
【請求項２】
シール装置がラビリンスシールである、請求項１に記載した回転支持装置。
【請求項３】
コンプレッサが運転と停止とを繰り返す、請求項１〜２のうち何れか１項に記載した回転支持装置。
【請求項４】
軸受箱内の圧力を検出する為の圧力センサと、この圧力センサの検出信号に基づいてコンプレッサの運転と停止とを制御する制御器とを備え、この制御器は、上記軸受箱内の圧力が、大気圧よりも高い第一の所定値以下の場合に上記コンプレッサを運転し、この第一の所定値よりも高い第二の所定値以上の場合にこのコンプレッサを停止する、請求項３に記載した回転支持装置。
【請求項５】
回転軸が、風力発電機の風車の中心軸に設けられて発電機を回転駆動する駆動軸であり、コンプレッサがこの駆動軸の回転を取り出して駆動されるものである、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した回転支持装置。
【請求項６】
コンプレッサが吸引する圧縮気体は、大気中からフィルタを通じて吸引した、塵芥及び塩分を含む異物を除去した清浄空気である、請求項５に記載した回転支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る風力発電装置用回転支持装置は、風力発電装置を構成するロータ（ブレード等の羽付きの回転体）の回転中心部に結合固定した回転軸、或はこの回転軸と発電機との間に設けた変速機を構成する回転軸を、プランマブロックにより、上記風力発電装置のハウジングに対して回転自在に支持する為に利用する。
【０００２】
近年、二酸化炭素の削減等により地球環境を改善する事を目的として、自然エネルギを利用する発電方法である風力発電が注目される様になっている。風力発電装置として、例えば従来から特許文献１〜３に記載されたものが知られている。図２〜３は風力発電装置の従来構造の１例として、特許文献４に記載された構造を示している。図２はプロペラ形風力発電装置の全体構成図である。風車１は図２に示すように、風の運動エネルギを取り込むブレード２とロータ３、ハウジング４、及びこのハウジング４を地上から十分に（例えば約４０ｍ）離れた高さ位置に設置するタワー５から構成される。又、ハウジング４の内部には、図３に示す様に、回転軸６、プランマブロック７、７、増速機８、発電機９が納まっており、この回転軸６はプランマブロック７、７によって上記ハウジング４に、回転自在に取り付けられている。そして、風の運動エネルギから上記ブレード２が取り込んだ回転力は、上記回転軸６に伝達され、更に、上記増速機８で増速されてから上記発電機９に伝達され、発電する。
【０００３】
又、風力発電装置は、図２〜３に示す様な水平軸型（上記回転軸６が水平に配置されているタイプ）のものが多く使用されており、一般的には、上記ロータ３を風上に向けた状態で使用される。又、一般的に、この様な風力発電装置は、周囲の風速（上記ロータ３への向かい風の速さ）が、カットイン風速と呼ばれる所定の下限風速以上で、且つ、カットアウト風速と呼ばれる所定の上限風速以下の場合にのみ、上記発電機９を回転駆動する様に構成している。即ち、安定した電力を得る為、周囲の風速がカットイン風速未満の場合には、上記回転軸６と上記発電機９との接続をクラッチ装置等により断ち、この発電機９を回転駆動しない様にしている。又、上記回転軸６が過回転して装置が故障するのを防止する為、周囲の風速がカットアウト風速を越える場合には、上記ブレード２の姿勢を風の力を受けにくい状態にすると共に、上記回転軸６の回転をブレーキ装置により止めて、上記発電機９を回転駆動しない様にしている。
【０００４】
又、上述の様な構造の風力発電装置の場合、上記ロータ３に加わる荷重（重量並びに風による押し付け力等）を、前記プランマブロック７、７により支承している。一方、上記ロータ３に加わる荷重は、周囲の風の状態（風速、風向）が変化する事に伴って様々に変化し、特に、強風時には、上記ロータ３部分で、上記ブレード２の振動やこのブレード２の荷重の不均衡等が生じる場合もある。この為、上記プランマブロック７、７は、厳しい負荷条件の下で使用される事になる。
又、上記風力発電装置の場合、安定した発電量を得る為に、海の近く等の安定して風が吹く場所に設置する事が多い。しかし、海の近くを吹く風は塵芥及び塩分を多く含む為、上記プランマブロック７、７にとっては、損傷や錆等の面から厳しい環境条件の下で使用される事になる。
一方、風力発電装置は鉄塔の上等の高所に設けられており、上記プランマブロック７、７の交換等のメンテナンス作業を行ないにくい為、上述の様な厳しい負荷条件の下、又は厳しい環境条件の下で上記プランマブロック７、７が早期に寿命に達してしまう事は、好ましくない。従って、上記プランマブロック７、７のメンテナンス作業を長期間（最低でも２０年間、好ましくは、より長期間）行なわなくても済む様にする為、上記プランマブロック７、７の耐久寿命を十分に確保できる様にする事が望まれる。
【０００５】
この様な事情に鑑みて特許文献５には、風力発電装置による発電可能な風速範囲が狭くなるのを防止でき、しかも前記ロータ３に結合固定した前記回転軸６を支持する軸受の耐久寿命を十分に確保できる構造を実現する構造が記載されている。この従来構造の場合には上記各軸受に付与する予圧荷重の大きさを、油圧シリンダにより調節自在とし、風力発電装置の周囲の風速がカットイン風速未満の場合には、上記予圧荷重の大きさを０とする。これにより、上記各軸受の起動トルクを小さくして、上記ロータの始動性を良好にする。又、上記風速がカットイン風速以上の場合には、この風速に応じて上記予圧荷重を大きくする。
【０００６】
しかし、上記特許文献５には、厳しい負荷条件の下で使用される風力発電装置に使用される軸受の耐久寿命を十分に確保する為の発明は記載されているが、海の近く等の塵芥及び塩分を多く含む風が吹く様な、厳しい環境の下で使用される上記風力発電装置に使用される軸受の耐久寿命を確保する事に関しては、特に考慮されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１５７４８３号公報
【特許文献２】特開平１０−９６４６３号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１２６３号公報
【特許文献４】特開２００５−２０７５１７号公報
【特許文献５】特開２００６−１７７２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の風力発電装置用回転支持装置は、上述の様な事情に鑑み、海の近くの様な塩分を多く含んだ風が吹く、厳しい環境の下で使用されるプランマブロックの耐久寿命を十分に確保できる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の対象となる風力発電装置用回転支持装置は、軸受箱内に転がり軸受ユニットを保持したプランマブロックにより、回転軸を固定の部分に回転自在に支持する為、この転がり軸受ユニットを構成する外輪を上記軸受箱内に支持固定すると共に、上記回転軸の一部をこの転がり軸受ユニットを構成する内輪の内径側に支持した状態で、この回転軸の残部を上記軸受箱の開口部を通じてこの軸受箱外に突出させている。
特に、本発明の風力発電装置用回転支持装置に於いては、上記開口部の内周縁と上記回転軸の外周面との間部分にシール装置を設けると共に、上記軸受箱内に圧縮気体を送り込むコンプレッサを設けている。
【００１０】
上述の様な本発明の風力発電装置用回転支持装置を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、上記シール装置をラビリンスシールとする。
又、上述の様な本発明の風力発電装置用回転支持装置を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、上記コンプレッサが運転と停止とを繰り返す構造とする。
又、上述の請求項３に記載した様な風力発電装置用回転支持装置を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、軸受箱内の圧力を検出する為の圧力センサと、この圧力センサの検出信号に基づいて上記コンプレッサの運転と停止とを制御する制御器とを備える。そして、この制御器により、上記軸受箱内の圧力が、大気圧よりも高い第一の所定値以下の場合に上記コンプレッサを運転し、この第一の所定値よりも高い第二の所定値以上の場合にこのコンプレッサを停止する。
又、上述の様な本発明の風力発電装置用回転支持装置を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した様に、上記回転軸を、風力発電機の風車の中心軸に設けられて発電機を回転駆動する駆動軸とする。そして、上記コンプレッサを、この駆動軸の回転を取り出して駆動する。
又、上述の請求項５に記載した様な風力発電装置用回転支持装置を実施する場合に、更に好ましくは、請求項６に記載した様に、上記コンプレッサが吸引する圧縮気体は、大気中からフィルタを通じて吸引した、塵芥及び塩分を含む異物を除去した清浄空気とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述の様に構成する本発明の風力発電装置用回転支持装置の場合には、海の近くの様に塩分を多く含む風が吹く環境、塵芥を多く含む風が吹く環境に於いて、コンプレッサにより圧縮空気（フィルタ処理を施した清浄空気を圧縮した空気）を軸受箱内部に送り込み、軸受箱内の圧力を大気圧より高く保つ事ができる。この為、塩分を多く含む外気、及び、塵芥を多く含む外気の、上記軸受箱内への侵入を防止できる。つまり、塩分を多く含んだ空気による軸受箱内部の錆や、塵芥による軸受箱内部の損傷を防止する事ができ、厳しい環境の下で使用されるプランマブロックの耐久寿命を、十分に確保する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、総ての請求項に対応する、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の風力発電装置用回転支持装置は、プランマブロック７と、コンプレッサ１０と、制御器１１と、フィルタ１２とを備える。
このうちのプランマブロック７は、ダクタイル鋳鉄やねずみ鋳鉄等の金属で形成され、軸受箱１３と、自動調心ころ軸受１４と、１対の間座１５、１５と、１対のシール装置１６、１６と、圧力センサ１７とを備える。
このうちの軸受箱１３は、略円筒状の軸受箱本体１８と、この軸受箱本体１８の軸方向両側面に、それぞれが複数本ずつのねじ１９、１９により固定される、略円輪状の１対の軸方向蓋体２０、２０とから成る。
このうち１対の軸方向蓋体２０、２０のどちらか一方の軸方向蓋体２０（本例の場合、図１の右側の軸方向蓋体２０）に、上記圧力センサ１７を取り付ける為のセンサ用通孔２１を設けている。又、上記軸方向蓋体２０、２０のそれぞれに、上記プランマブロック７と上記コンプレッサ１０の吐出口とを接続する為のパイプ２９、２９の下流端を挿通する為の接続孔２２、２２を、それぞれ設けている。又、上記軸方向蓋体２０、２０は、それぞれの径方向内周面に、上記シール装置１６、１６を構成する為の、屈曲した、シール装置外径側構成面１６ａ、１６ａを設けている。
【００１３】
又、上記自動調心ころ軸受１４は、内輪２３と、外輪２４と、複数個の球面ころ２５、２５と、保持器２６とを備える。
このうち内輪２３は、外周面に複列の内輪軌道２７、２７を備え、風力発電装置の回転軸６に外嵌固定している。又、上記外輪２４は、内周面に単一球面状の外輪軌道２８を備え、上記軸受箱本体１８に内嵌固定している。又、上記各球面ころ２５、２５は、上記外輪軌道２８と上記両内輪軌道２７、２７との間に、２列に分けて、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられている。更に、上記保持器２６は、上記各球面ころ２５、２５を転動自在に保持する、複数のポケットを備えている。
【００１４】
又、上記両間座１５、１５は、それぞれの径方向外周面に、上記両シール装置１６、１６を構成する為の、屈曲した、シール装置内径側構成面１６ｂ、１６ｂを設けている。この様な両間座１５、１５は、上記軸方向蓋体２０、２０の径方向内側部分で、回転軸６に対し外嵌固定している。
そして、上記両シール装置１６、１６は、前記軸受箱１３の軸方向両側開口部と上記回転軸６との間部分に、上記両シール装置外径側構成面１６ａ、１６ａと、上記シール装置内径側構成面１６ｂ、１６ｂとを、小さな隙間を介して対向させた、ラビリンスシールとして構成している。
【００１５】
更に、前記圧力センサ１７は、上記軸受箱１３の内部の圧力を測定できる様に、上記一方の軸方向蓋体２０に設けた、前記センサ用通孔２１に挿通している。上記圧力センサ１７は、所定の時間間隔毎に、或は連続して、上記軸受箱１３の内部の圧力を測定し、この圧力に対応した信号Ｐを、ハーネス３０を通じて前記制御器１１に送る。
そして、この制御器１１は、上記圧力センサ１７が測定した、上記軸受箱１３の内部の圧力を表わす信号Ｐに基づき、上記コンプレッサ１０の運転を次の様に制御する。先ず、上記制御器１１は、上記信号Ｐが表わす圧力が、大気圧よりも高い第一の所定値Ｐlow 以下の場合（Ｐ≦Ｐlow ）には、上記コンプレッサ１０を運転状態にする。これに対して上記信号Ｐが表わす圧力が、上記第一の所定値Ｐlow よりも高い第二の所定値Ｐhigh以上の場合（Ｐhigh≦Ｐ）には、上記コンプレッサ１０を停止状態にする。又、上記信号Ｐが表わす信号が、上記第一の所定値Ｐlow よりも大きく、且つ、上記第二の所定値Ｐhighよりも小さい場合（Ｐlow ＜Ｐ＜Ｐhigh）には、その時点での状態（運転状態ならば運転状態、停止状態ならば停止状態）を維持する。この様な制御を行なう事により、上記軸受箱１３内部の圧力を大気圧以上の一定の範囲内（この軸受箱１３内の圧力を表わす信号Ｐを、Ｐlow ＜Ｐ＜Ｐhighの範囲内）に保つ事ができる。
【００１６】
上述の様に、上記コンプレッサ１０は、上記制御器１１から送られる制御信号に基づき動作して、大気中から取り込んでフィルタ１２により処理し、塩分や塵芥等を除去した清浄空気を吐出する。そして、前記軸方向蓋体２０、２０のそれぞれに設けた、前記接続孔２２、２２に挿通されたパイプ２９、２９を通じて、上記軸受箱１３の内部に上記清浄空気を送り込む。この様に動作する、上記コンプレッサ１０は、前記回転軸６から、電磁クラッチ等のＯＮ、ＯＦＦ機構を介して駆動する。尚、無風時等、この回転軸６が回転していない状態等、上記コンプレッサ１０を駆動する動力を取り出す事ができない場合に備え、他の駆動手段を合わせて備える事もできる。
【００１７】
上述の様な本例の風力発電装置用回転支持装置によれば、上記フィルタ１２と上記コンプレッサ１０とにより、圧縮された清浄空気を上記軸受箱１３の内部に送り込み、この軸受箱１３内部の圧力を大気圧以上の一定の範囲内（前記信号ＰをＰlow ＜Ｐ＜Ｐhighの範囲内）に保つ事ができる。言い換えれば、上記軸受箱１３内部の圧力を、常に清浄空気により陽圧にできる。この為、海の近くの様に塩分を多く含む風が吹く環境、塵芥を多く含む風が吹く環境に設置しても、塩分を多く含む外気、及び、塵芥を多く含む外気が、上記軸受箱１３内部に侵入するのを防止できる。この為、塩分を多く含んだ外気により上記軸受箱１３の内部が錆びたり、或は、塵芥により前記自動調心ころ軸受１４が損傷する事を防止できて、厳しい環境の下で使用される前記プランマブロック７の耐久寿命を、十分に確保できる。
【００１８】
尚、本例の場合には、上記コンプレッサ１０により上記軸受箱１３内部に送り込まれる気体は、前記フィルタ１２により大気中の空気にフィルタ処理を施した清浄空気としているが、この他に酸素、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性気体としても良い。この場合には、上記フィルタ１２を設ける必要はない。
又、上記プランマブロック７を構成する軸受箱は図示の例の形状に限らず、一体形、２つ割り形等各種形状のものを、風力発電装置の設置環境、使用状況、大きさ等に合わせて使用できる。
又、前記シール装置１６、１６のラビリンス構造は、図示の例の形状のみに限定されるものではなく、風力発電装置の設置環境、使用状況に合わせて各種構造を採用する事ができる。
又、図示の例では、上記プランマブロック７を構成する転がり軸受として上記自動調心ころ軸受１４を採用しているが、この他に、円すいころ軸受、円筒ころ軸受等の各種軸受を、風力発電装置の設置環境、使用状況に合わせて採用する事ができる。
又、前記軸方向蓋体２０に設けた上記圧力センサ１７の取付位置は特に限定するものではなく、上記軸受箱１３内部の圧力を測定可能な位置に設ける事ができる。
又、前記軸方向蓋体２０、２０に設けた、前記接続孔２２、２２の位置は、特に限定するものではなく、他の構成部品との位置関係等を考慮して設計的に定めれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】従来の風力発電装置を示す図。
【図３】従来の風力発電装置のハウジング内部を示す部分切断斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
１  風車
２  ブレード
３  ロータ
４  ハウジング
５  タワー
６  回転軸
７  プランマブロック
８  増速機
９  発電機
１０  コンプレッサ
１１  制御器
１２  フィルタ
１３  軸受箱
１４  自動調心ころ軸受
１５  間座
１６  シール装置
１６ａ  シール装置外径側構成面
１６ｂ  シール装置内形側構成面
１７  圧力センサ
１８  軸受箱本体
１９  ねじ
２０  軸受箱蓋体
２１  センサ用通孔
２２  接続孔
２３  内輪
２４  外輪
２５  球面ころ
２６  保持器
２７  内輪軌道
２８  外輪軌道
２９  パイプ
３０  ハーネス
【図１】
2008223842.tif 000003
【図２】
2008223842.tif 000004
【図３】
2008223842.tif 000005