(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな荷重を受けることができるころ軸受を提供する。【解決手段】円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメント１１ａ、１１ｄと、周方向に連ねた最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置され、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体２３を含む間座２６とを備える。【選択図】図１
2007247686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、
内輪と、
前記外輪および前記内輪の間に配置される複数のころと、
前記ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、前記外輪および前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントと、
周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、前記外輪および前記内輪の軌道面上を転動する転動体を含む間座とを備える、ころ軸受。
【請求項２】
前記間座は、軸方向に延びるピンを有し、
前記ピンは、前記転動体の径方向中央を貫通して、前記転動体を回動可能に支持する、請求項１に記載のころ軸受。
【請求項３】
前記ころおよび転動体は、円錐ころである、請求項１または２に記載のころ軸受。
【請求項４】
周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含む、間座。
【請求項５】
風力を受けるブレードと、
その一端が前記ブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、
固定部材に組み込まれ、前記主軸を回転自在に支持するころ軸受とを有する風力発電機の主軸支持構造であって、
前記ころ軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪の間に配置される複数のころと、前記ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、前記外輪および前記内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントと、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、前記外輪および前記内輪の軌道面上を転動する転動体を含む間座とを備える、風力発電機の主軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ころ軸受、間座および風力発電機の主軸支持構造に関し、特に、大型のころ軸受、大型のころ軸受に含まれる間座およびこのような大型のころ軸受を備える風力発電機の主軸支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受は、一般的には、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、複数のころを保持する保持器とから構成される。ころを保持する保持器については、その材質や製造方法等により、樹脂製保持器、プレス保持器、削り保持器、溶接保持器等、様々な種類があり、それぞれ用途や特性に応じて使い分けられている。また、保持器は通常、一体型、すなわち、環状の一つの部品で構成されている。
【０００３】
風を受けるためのブレードが取り付けられた風力発電機の主軸を支持するころ軸受については、大きな荷重を受ける必要があるため、ころ軸受自体も大型となる。そうすると、ころや保持器等、ころ軸受を構成する各構成部材も大型となり、部材の生産や組み立てが困難となる。このような場合、各部材を分割可能とすると、生産や組み立てが容易となる。
【０００４】
ここで、ころ軸受に含まれる保持器を、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した分割型の保持器に関する技術が、ヨーロッパ特許公報１４０８２４８Ａ２（特許文献１）に開示されている。図１０は、特許文献１に開示された分割型の保持器である保持器セグメントを示す斜視図である。図１０を参照して、保持器セグメント１０１ａは、ころを収容する複数のポケット１０４を形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅと、複数の柱部１０３ａ〜１０３ｅを連結するように周方向に延びる連結部１０２ａ、１０２ｂとを有する。
【０００５】
図１１は、図１０に示した保持器セグメント１０１ａを含むころ軸受の一部を示す断面図である。図１０および図１１を参照して、保持器セグメント１０１ａを含むころ軸受１１１の構成を説明すると、ころ軸受１１１は、外輪１１２と、内輪１１３と、複数のころ１１４と、複数のころ１１４を保持する複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等とを有する。複数のころ１１４は、最もころの挙動が安定する位置であるＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ  Ｃｉｒｃｌｅ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ）１０５付近において、複数の保持器セグメント１０１ａ等によって保持されている。複数のころ１１４を保持する保持器セグメント１０１ａは、周方向において隣接する同一形状の保持器セグメント１０１ｂ、１０１ｃと、周方向の最も外側にある柱部１０３ａ、１０３ｅが当接するように連なって配置されている。複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等が連なって、ころ軸受１１１に組み込まれ、ころ軸受１１１に含まれる一つの環状の保持器が形成される。
【特許文献１】ヨーロッパ特許公報ＥＰ１４０８２４８Ａ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した一つの環状の保持器は、複数の保持器セグメントを周方向に連ねて配置させることにより形成される。複数の保持器セグメントを周方向に連ねて、一つの環状の保持器を形成するには、熱膨張等を考慮した周方向のすき間が必要である。ここで、周方向のすき間の寸法を調整する際に、隣接する保持器セグメント間に、すき間調整用の間座を配置する場合がある。
【０００７】
しかし、ころ軸受内において、周方向のスペースは限られているため、間座を配置すると、収容するころの数が減少することになり、大きな荷重を受けることができない。
【０００８】
この発明の目的は、大きな荷重を受けることができるころ軸受を提供することである。
【０００９】
この発明の他の目的は、荷重を受けることができる間座を提供することである。
【００１０】
この発明のさらに他の目的は、大きな荷重を受けることができる風力発電機の主軸支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントと、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含む間座とを備える。
【００１２】
このように構成することにより、保持器セグメントに保持されるころのみならず、すき間の寸法を調整する間座に含まれた転動体によって、ころ軸受に負荷される荷重を受けることができる。したがって、ころ軸受全体として、大きな荷重を受けることができる。
【００１３】
ここで、保持器セグメントとは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する１つのポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した単位体である。複数の保持器セグメントが周方向に連なってころ軸受に組み込まれ、一つの環状の保持器を形成する。また、最初の保持器セグメントとは、保持器セグメントを周方向に順次連ねて配置する際に、最初に配置される保持器セグメントをいい、最後の保持器セグメントとは、隣接する保持器セグメントを当接させ、周方向に順次連ねて配置していった際に、最後に配置される保持器セグメントをいう。このようにして配置したときに、最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に生じたすき間を、間座によって、適正なすき間寸法となるように調整する。保持器セグメントは、少なくともころを収容する１つのポケットを有するものであり、ころを収容するポケットを有しない間座とは、異なるものである。
【００１４】
好ましくは、間座は、軸方向に延びるピンを有し、ピンは、転動体の径方向中央を貫通して、転動体を回動可能に支持する。このように構成することにより、たとえば、ピン型保持器のように、ピンによって転動体を回動可能に支持することができる。
【００１５】
さらに好ましくは、ころおよび転動体は、円錐ころである。上記した風力発電機の主軸等に使用されるころ軸受は、大きなスラスト荷重やモーメント荷重、ラジアル荷重等を受ける必要がある。ここで、ころおよび転動体を円錐ころとすることにより、大きなスラスト荷重等を受けることができる。
【００１６】
この発明の他の局面においては、間座は、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含む。
【００１７】
このような間座は、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含むため、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置されたときに、ころ軸受に負荷される荷重を受けることができる。
【００１８】
この発明のさらに他の局面においては、風力発電機の主軸支持構造は、風力を受けるブレードと、その一端がブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組み込まれ、主軸を回転自在に支持するころ軸受とを有する。ここで、ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントと、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含む間座とを備える。
【００１９】
このような風力発電機の主軸支持構造は、大きな荷重を受けることができるころ軸受を含むため、風力発電機の主軸支持構造自体も大きな荷重を受けることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、保持器セグメントに保持されるころのみならず、すき間の寸法を調整する間座に含まれた転動体によって、ころ軸受に負荷される荷重を受けることができる。したがって、ころ軸受全体として、大きな荷重を受けることができる。
【００２１】
また、このような間座は、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含むため、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置されたときに、ころ軸受に負荷される荷重を受けることができる。
【００２２】
また、このような風力発電機の主軸支持構造は、大きな荷重を受けることができるころ軸受を含むため、風力発電機の主軸支持構造自体も大きな荷重を受けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメント１１ａを示す斜視図である。図３は、図２に示す保持器セグメント１１ａを、図２中の線ＩＩＩ−ＩＩＩを含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。また、図４は、図２に示す保持器セグメント１１ａを、柱部１４ａの中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。なお、理解の容易の観点から、図３および図４において、保持器セグメント１１ａが保持する複数の円錐ころ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを点線で示している。また、一点鎖線でＰＣＤ２２を示す。
【００２４】
図２、図３および図４を参照して、まず、円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメント１１ａの構成について説明する。保持器セグメント１１ａは、一つの環状の保持器を、少なくともころを収容する一つのポケットを有するように、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した形状である。保持器セグメント１１ａは、円錐ころ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを保持するポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成するように、軸に沿う方向に延びる４つの柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと、軸方向の両端に位置し、４つの柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを連結するように周方向に延びる一対の連結部１５ａ、１５ｂと、軸方向の両端に位置し、周方向に突出する一対の突部１６ａ、１６ｂとを含む。
【００２５】
一対の連結部１５ａ、１５ｂおよび一対の突部１６ａ、１６ｂは、複数の保持器セグメント１１ａが円錐ころ軸受に組み込まれた際に、周方向に連なって一つの環状の保持器を形成するように、周方向において所定の曲率半径を有している。一対の連結部１５ａ、１５ｂおよび一対の突部１６ａ、１６ｂのうち、円錐ころ１２ａ〜１２ｃの小径側に位置する連結部１５ａ、突部１６ａの曲率半径は、円錐ころ１２ａ〜１２ｃの大径側に位置する連結部１５ｂ、突部１６ｂの曲率半径よりも小さく構成されている。
【００２６】
一対の突部１６ａ、１６ｂは、他の保持器セグメントと端面２１ａ、２１ｂ同士を当接させて配置した場合に、保持器セグメント１１ａと他の保持器セグメントとの間に、円錐ころを収容するポケットを形成する。
【００２７】
ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの周方向両側に位置する柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの内径側および外径側には、案内面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられている。このように構成することにより、保持器セグメントは、ころ案内となり、保持器セグメント１１ａの径方向への移動が規制される。柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの外径側および内径側には、軸方向の中央部分において、径方向内側または外側に凹んだ形状で、周方向に貫通する油溝１９、２０が設けられている。この油溝１９、２０により、潤滑剤の循環が良好になる。
【００２８】
次に、上記した保持器セグメント１１ａおよび間座２６を含む円錐ころ軸受の構成について説明する。図５は、複数の保持器セグメント１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ等および間座２６を周方向に配置させた円錐ころ軸受３１を、軸方向からみた概略断面図である。また、図６は、図５中においてＶＩで示す部分の拡大断面図である。ここで、保持器セグメント１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、保持器セグメント１１ａと同一形状であるため、その説明を省略する。なお、図５においては、保持器セグメント１１ａ等に保持される円錐ころ３４を省略している。また、ここでは、複数の保持器セグメント１１ａ〜１１ｄのうち、最初に配置される保持器セグメントを保持器セグメント１１ａとし、最後に配置される保持器セグメントを保持器セグメント１１ｄとする。
【００２９】
図５および図６を参照して、円錐ころ軸受３１は、外輪３２と、内輪３３と、複数の保持器セグメント１１ａ〜１１ｄと、間座２６とを備える。保持器セグメント１１ａ〜１１ｄは、周方向において、順次連ねられて配置される。ここでは、まず、最初に保持器セグメント１１ａが配置され、次に、保持器セグメント１１ｂが保持器セグメント１１ａと当接するように配置される。その後、保持器セグメント１１ｃが保持器セグメント１１ｂと当接するように配置され、順次、保持器セグメントが配置されていき、最後に、保持器セグメント１１ｄが配置される。ここで、隣接する２つの保持器セグメント１１ａ、１１ｂ等の間には、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間を除いて、形成されるポケット３５ａに円錐ころ３４が配置される。
【００３０】
次に、周方向のすき間の寸法を調整する間座２６について説明する。図７は、図５においてＶＩＩで示す部分の拡大断面図である。また、図１は、図７に示す部分を径方向外側、すなわち、外輪３２側から見た概略図である。図１および図７を参照して、間座２６は、軸方向両端に位置する端部２７ａ、２７ｂと、両端部２７ａ、２７ｂ間に位置し、外輪３２および内輪３３の軌道面上を転動する転動体２３と、転動体２３の径方向中央を貫通し、軸方向に延びるピン２４とを含む。ピン２４は、たとえば、ピンタイプ保持器のように、転動体２３を回動可能に支持する。転動体２３は、小径側および大径側に設けられた止め具２５ａ、２５ｂによって軸方向の移動が規制される。また、ピン２４は、両端部２７ａ、２７ｂに設けられた係合穴３０ａ、３０ｂに、その端を挿通させて、支持される。なお、ここでは、転動体２３は、円錐ころであることが好ましい。
【００３１】
次に、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置される間座２６の配置状態について説明する、保持器セグメント１１ａ等を順次当接するように連なって配置していき、保持器セグメント１１ａと保持器セグメント１１ｄとの間に生じたすき間３９に、間座２６を配置させる。この場合、両端部２７ａ、２７ｂの端面２９ａ、２９ｂと、保持器セグメント１１ｄの端面２１ｆ、２１ｇを当接させるように配置させる。こうすることにより、保持器セグメント１１ａと間座２６との間に生じる周方向の最後すき間４０の寸法を、容易に設定された範囲にすることができる。最後すき間とは、保持器セグメント１１ａ〜１１ｄ等を円周上にすき間なしに配置し、さらに、最後の保持器セグメント１１ｄと間座２６とをすき間なしに配置したときに、最初の保持器セグメント１１ａと、最初の保持器セグメント１１ａと最後の保持器セグメント１１ｄとの間に配置された間座２６との最大すき間をいう。
【００３２】
また、間座２６に含まれる転動体２３は、外輪３２および内輪３３の軌道面上を転動し、円錐ころ軸受３１に負荷される荷重を受けることができる。そうすると、円錐ころ軸受３１に備えられる円錐ころ３４のみならず、間座２６に含まれる転動体２３によっても、円錐ころ軸受３１に負荷される荷重を受けることができる。したがって、円錐ころ軸受３１は、大きな荷重を受けることができる。
【００３３】
図８および図９は、この発明の一実施形態に係るころ軸受を主軸支持軸受７５として適用した、風力発電機の主軸支持構造の一例を示している。主軸支持構造の主要部品を支持するナセル７２のケーシング７３は、高い位置で、旋回座軸受７１を介して支持台７０上に水平旋回自在に設置されている。風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６は、ナセル７２のケーシング７３内で、軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５を介して、回転自在に支持されている、主軸７６の他端は増速機７８に接続され、この増速機７８の出力軸が発電機７９のロータ軸に結合されている。ナセル７２は、旋回用モータ８０により、減速機８１を介して任意の角度に旋回させられる。
【００３４】
軸受ハウジング７４に組み込まれた主軸支持軸受７５は、この発明の一実施形態に係るころ軸受であって、ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される複数のころと、ころを保持するポケットを形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部、およびこの複数の柱部を連結するように周方向に延びる連結部を有し、外輪および内輪の間で周方向に順次連ねて配置される複数の保持器セグメントと、周方向に連ねた最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置され、外輪および内輪の軌道面上を転動する転動体を含む間座とを備える。
【００３５】
主軸支持軸受７５は、大きな風力を受けるブレード７７を一端に固定する主軸７６を支持するため、大きな荷重がかかることになる。ここで、上記のように構成することにより、間座に含まれる転動体によっても、ころ軸受に負荷される荷重を受けることができる。そうすると、風力発電機の主軸支持構造は、大きな荷重を受けることができる。
【００３６】
なお、上記の実施の形態においては、間座に含まれる転動体は、径方向中央を貫通するピンによって、回動可能に支持されていたが、このような構成に限らず、転動体とを一体とした構成とし、間座自体が回転するようにしてもよい。また、転動体は、円錐ころに限らず、円筒ころや玉であってもよい。
【００３７】
なお、上記の実施の形態においては、保持器セグメントは、周方向に突出する突部を有することにしたが、これに限らず、突部を有さないタイプ、すなわち、周方向外側に柱部が配置される構成の保持器セグメントについても、適用される。また、隣接する保持器セグメントの間に、ころを配置しなくともよい。
【００３８】
なお、上記の実施の形態においては、保持器セグメントは、ころを収容するポケットを３つ有することにしたが、これに限らず、４つ以上のポケットを有することにしてもよい。このような構成の保持器セグメントは、案内面が設けられたポケットを多く有するため、より安定して径方向に配置される。
【００３９】
また、上記の実施の形態においては、ころ軸受に備えられるころとして、円錐ころを用いたが、これに限らず、円筒ころや針状ころ、棒状ころ等を用いてもよい。
【００４０】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明に係るころ軸受および間座は、大きな荷重を受けることができるため、大きな荷重が負荷されるころ軸受に有効に利用される。
【００４２】
また、この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、大きな荷重を受けることができるころ軸受を含むため、大きな荷重が負荷される風力発電機の主軸支持構造に、有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に配置された間座を、径方向外側から見た概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受に含まれる保持器セグメントの斜視図である。
【図３】図２に示す保持器セグメントを、図２中の線ＩＩＩ−ＩＩＩを含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図４】図２に示す保持器セグメントを、柱部の中央を通り、円周方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図５】複数の保持器セグメントおよび間座を周方向に配置した場合の円錐ころ軸受の概略断面図である。
【図６】隣接する保持器セグメントを示す拡大断面図である。
【図７】最初の保持器セグメントと最後の保持器セグメントとの間に間座を配置した場合の拡大断面図である。
【図８】この発明に係る円錐ころ軸受を用いた風力発電機の主軸支持構造の一例を示す図である。
【図９】図８に示す風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。
【図１０】従来における保持器セグメントの斜視図である。
【図１１】図１０に示す保持器セグメントを、柱部を含み、軸に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  保持器セグメント、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，３４  円錐ころ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，３５ａ  ポケット、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  柱部、１５ａ，１５ｂ  連結部、１６ａ，１６ｂ  突部、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ  案内面、１９，２０  油溝、２１ａ，２１ｂ，２１ｆ，２１ｇ，２９ａ，２９ｂ  端面、２２  ＰＣＤ、２３  転動体、２４  ピン、２５ａ，２５ｂ  止め具、２６  間座、２７ａ，２７ｂ  端部、３０ａ，３０ｂ  係合穴、３１  円錐ころ軸受、３２  外輪、３３  内輪、３９  すき間、４０  最後すき間、７０  支持台、７１  旋回座軸受、７２  ナセル、７３  ケーシング、７４  軸受ハウジング、７５  主軸支持軸受、７６  主軸、７７  ブレード、７８  増速機、７９  発電機、８０  旋回用モータ、８１  減速機。
【図１】
2007247686.tif 000003
【図２】
2007247686.tif 000004
【図３】
2007247686.tif 000005
【図４】
2007247686.tif 000006
【図５】
2007247686.tif 000007
【図６】
2007247686.tif 000008
【図７】
2007247686.tif 000009
【図８】
2007247686.tif 000010
【図９】
2007247686.tif 000011
【図１０】
2007247686.tif 000012
【図１１】
2007247686.tif 000013