JP2003518594A - 平軸受と該平軸受を備えた風力発電装置 - Google Patents

平軸受と該平軸受を備えた風力発電装置

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JP2003518594A JP2001548861A JP2001548861A JP2003518594A JP 2003518594 A JP2003518594 A JP 2003518594A JP 2001548861 A JP2001548861 A JP 2001548861A JP 2001548861 A JP2001548861 A JP 2001548861A JP 2003518594 A JP2003518594 A JP 2003518594A
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Abstract

(57)【要約】 比較的低移動、大きな軸方向力と高曲げモーメントとを伝達する平軸受に関し、一方の軸受部品のリング状肩部を他方の軸受部品のリング状溝に係合させる。外方に向かって収斂する台形横断面を呈してもよいリング状肩部の自由側面と、所望によっては周面とに摩擦ライニングを設ける。特にリング状肩部を有する軸受部品はセグメントに区画されていてもよい。従って、保守管理や新しい摩擦面の処理にセグメントごとに取り替え自在となる。この平軸受は一用途として、風量区発電装置のタワーヘッドと、タワー支持型機械ヘッドとの間に介装するのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、互いに協働する軸受構成部品間の相対移動を少なくして大きい軸方
向力と大量の曲げモーメントとを伝達する平軸受と、パイロンにより支持された
機械ヘッドとパイロンヘッドとの間に当該平軸受を備える風力発電装置とに関す
る。
【０００２】 （背景技術） 前述の如く指定された要求プロフィールを有する平軸受は、クレーンや或る娯
楽施設のっせつびる位、そして風力発電装置において、例えばピボット軸受(い
わゆる、方位角軸受)として使われるものである。この点にあっては、回転軸が
垂直にある場合、付加作用方向とリフトオフ方向との両方に作用する力を軸受が
支えなければならない。
【０００３】 （発明の開示） そこからもたらされる目的を達成するために、一般的な面での本発明は、一方
の協働軸受構成部品に設けた環状リブが、他方の協働軸受構成部品に設けた環状
溝に係入するようにしている。この場合、環状リブは矩形横断面と外方に向かっ
て収斂する台形横断面の両方を備えたものであってもよく、好ましくはその自由
側面と周面に減摩ライニングが設けられているのが望ましい。リブの横断面が台
形状の場合ではこの減摩ライニングは設けなくてもよい。
【０００４】 どうしても摩耗する減摩ライニングの取り替えを容易にするために、本発明の
発展した形として、前記減摩ライニングをセグメント状に区画して、リブに対し
て固定ではあるが、取外し自在に連結している。
【０００５】 特にそのような場合では、協働軸受構成部品の一方をセグメントに区画し、こ
れらのセグメントをそれぞれその複合組立体から解放自在となすこともできる。
特に、減摩ライニングが取り付けられている環状リブを複数のセグメントに区画
して、内側に設けた環状溝に半径方向に沿って外側から係入し得るような形状も
しくは配列にしてもよい。その後、減摩ライニングセグメントが取り付けられて
いる環状リブセグメントをその複合組立体と荷重支承ないし支持部品に対する固
定から順次(外周方向に)解放し、半径方向外側に引き抜き、新たな減摩ライニン
グセグメントを取り付けた後に再び挿入する。なお、新たな減摩ライニングセグ
メントを設けた代替リブ部材による取り替えも可能であるのは明らかであろう。
【０００６】 なお、全ての配列はそれぞれ逆にすることも可能であるのは明らかであろう。
従って、減摩ライニングは、セグメント状に区画され、また、内側に配置した環
状リブに外側から嵌合する環状溝の内面に設けることも可能である。また、内側
に配したそれぞれの部品(環状リブまたは環状溝)もセグメントに区画してもよい
。すると、しかしながら、セグメントの外方に広がった楔形状が、それを内側に
引き出す上で障害になる。それ故、その場合では、セグメントは互いに平行関係
にエッジを立てて、補償機素を減摩ライニングを備えたセグメントの間に設ける
べきであろう。
【０００７】 セグメントの取替えを容易にするために、例えば空圧式もしくは流体圧式ピス
トンシリンダー装置の如くの動力式手段を、それらを静止状態だけに係合させる
と共に、それを支持している軸受構成部品に対して下方に支承している協働軸受
構成部品をリフトすることのできる協働軸受構成部品の間に設けて、セグメント
の固定が解放されると共に、取り外せるようにすることができる。セグメントを
再度取り付けた後では、少なくとも協働軸受構成部品の一方に対する荷重緩和手
段(load-relief means)の固定が再び解放されるのである。
【０００８】 特定の面では、本発明は、前述の平軸受をパイロンに支持された機械ヘッドと
パイロンのヘッドとの間に設けた風力発電装置をも提供するものであって、この
風力発電装置にあっては、パイロンのヘッドと機械ヘッドとの間に、パイロンの
垂直軸を中心として機械ヘッドを風向きに応じて回転させる追尾駆動装置を設け
ており、平軸受は、機械ヘッドを半径方向と軸方向とに案内するようになってい
る。
【０００９】 一般に方位角軸受と言われている回転軸受は、追尾駆動装置により、風力を受
けるロータを風向きに応じて最大効率が達成できるように、また、発電装置が停
止した場合に、発電装置の全ての構成部品に対する負荷ができるだけ小さくなる
ように調節することを可能としている。通常、高出力風力発電装置においては大
直径でなければならない回転軸受は、回転ボール式連結部(rotary ball-type co
nnection)で構成されている(ドイツ国特許第41 04 137号、同第196 29 168号)。
一般に機械ヘッドの追尾運動においてパイロンの軸を中心としてわずかだけの動
きが起こるようにしなければならないが、比較的高風速の場合ではより特に大き
な負荷を担持しなければならないことから、回転ボール式連結部においての表面
領域に著しい静的ないし疑似静的圧力が発生する。それに加わって、当然のこと
ながら、そして一般に望ましいことではあるが、回転ボール式連結部は、回転運
津に対して低レベルの抵抗で抗するが、方位角軸受の場合では、風向きが急激に
変わる、例えば風が突風となる場合に機械ヘッドは「神経質な、発作的な」動きを
することになる。これについては、追尾運動を緩衝制御(damped control)するこ
とにより、または、機械的ブレーキを利用することによりなくす試みがなされて
いる(ドイツ国特許第41 04 137号、同第196 29 168号、ドイツ国特許出願公開公
報第198 14 629号)。
【００１０】 それに対して、本発明による平軸受は、動きが小さい場合に大きな力を担持す
るのに好適なものである。しかも、この場合では、軸受における摺動摩擦により
過剰な動揺した追尾運動の一種の自然緩衝作用が得られるように配慮している。
さらに、追尾運動の開始に抵抗する静的摩擦は、この静的摩擦を克服した後に発
生する摺動摩擦よりも大きいから、材料のペアリングとはほぼ無関係に、風向き
の短期変化とわずかな変化のいずれか、または両方の場合に追尾運動を完全に抑
制することができる。
【００１１】 従来技術においては平軸受は風力発電装置用方位角軸受としてすでに利用され
ているが、それも比較的小型の発電説ににおいてのことである(Hau著、「Windkra
ftanlagen(風力発電装置)」、第２７０頁)。前述した如くの制御機能については
そこでは考慮されていないばかりか、それを示唆するところは何もない。
【００１２】 平軸受は、負荷の作用する方向とリフトオフ方向との両方において軸方向に発
生する垂直力を支承できるようになっている。減摩ライニングは、環状リブに鋲
止めしてもよいし、あるいは接着してもよい。減摩ライニングの検査とそれに伴
って回転軸受の検査のため、そして必要に応じて減摩ライニングないし協働軸受
構成部品のセグメントの取替えのために、少なくとも一つの閉塞自在な保守用開
口(その開口は例えばプラグで閉塞できるようになっている)を機械ヘッドのフラ
ンジに設けるのが望ましい。機械ヘッドは回転することから、回転軸受全体をチ
ェックしたり、保守管理することができるのである。
【００１３】 減摩ライニングは好ましくは、金属とプラスチックの複合材からなり、鋼材で
背当てされ、小隆起のあるアセタール共重合体製支承面を有しているのが望まし
い。
【００１４】 平軸受の潤滑は、連続潤滑カートリッジにより下方から上方に向かって行うこ
とができる。使い古したグリースは、軸受の上側から外部に出されて回収される
。そのために、環状リブが減摩ライニングと共に係入する環状溝の下方において
、外周シールを機械ヘッドのフランジに取り付けて、パイロンのヘッドのフラン
ジとの隙間を封止するようにしている。上側には、環状溝の上方において機械ヘ
ッドのフランジに帯状シールを固着させて、その自由部域がパイロンのヘッドの
フランジの上側に当接するようにしている。
【００１５】 （発明を実施するための最良の形態） 以後、添付図面を参照しながら本発明の一実施の形態を詳述する。先ず図１に
おいて、本発明による平軸受の構造と配置とを概略的に示すが、この平軸受の外
レースないしリング１０４は、詳細には図示していない支持構造体１０１に固定
されている。この外リング１０４は、横断面形状が半径方向内側にテーパーした
台形状の環状リブ１０６として半径方向内側に延在している。ほぼ上下方向に対
面するこの環状リブ１０６の側面には減摩ライニングが取り付けられているが、
この各減摩ライニングは、例えばないし接着剤で環状リブに取外し自在に装着し
た複数の減摩ライニング・セグメント１０８からなる。このことは、環状リブ１
０６の内周面に設けた減摩ライニング・セグメント１０７にも当てはまることで
ある。
【００１６】 減摩ライニング・セグメント１０７、１０８を備えた環状リブ１０６は、軸心
１１２を中心として回転自在であり、前記外リング１０４と協働して平軸受を構
成する内レースないしリング１２２に係合している。
【００１７】 図２は、外リング１０４が複数のセグメント１０４’に区画されて、ネジ１２
３により支持構造体１０１に固着されている形態を示している。セグメント１０
４’の横方への相対配向は、本ざね継ぎないし類似の接続法を利用することによ
り確実に一体化することができる。また、環状リブ１０６のリブ部１０６’にお
いても、減摩ライニング・セグメント１０８が摩耗するか、あるいは保守管理す
る場合に、各減摩ライニング・セグメント１０８は対応する外リング・セグメント
１０４と共に取り外せるようになっている。動力式リフト手段(図示せず)が支持
構造体１０１と内リング１２２との間に介在していていることから、このような
取外しは容易である。なお、動力式リフト手段は、静止状態の時のみ構造体１１
０を上昇させるものであって、このようにすることでネジ連結部１２３を外して
それぞれのセグメント１０４’が半径方向外側に取り外せるようにしている。
【００１８】 図３から図６間では、本発明による平軸受を風力発電装置のパイロンと機械ヘ
ッドとの間に介在させて利用しているところを示している。支持パイロン１の上
端には、フランジ・リング３と軸受外レースないしリング４とからなるパイロン・
ヘッド・フランジ２が固定されている。フランジ・リング３と外リング４とは、ネ
ジ５により互いに連結されている。軸受外リング４の外側には、ギヤモーター３
１(図６)のピニオンが係合する外歯機構３０が設けられていて、追尾駆動装置を
構成している。
【００１９】 従来例と同様に、機械ヘッド・ハウジング１０にはローター(図示せず)用装着
手段１１が備わっており、その内部に風力発電装置の機械及び電気機器類(図示
せず)が格納されている。この機会ヘッド・ハウジング１０の下側に、リング２１
と軸受内レースないしリング２２とからなる機械ヘッド・フランジ２０が取り付
けられている。リング２１都内リング２２とはネジ２３により互いに連結されて
いると共に、機械ヘッド・ハウジング１０にも連結されている。
【００２０】 軸受内リング２２の外側には環状溝２４が形成されており、その一部はリング
２１により規定されている。組立てた状態(図４)にあっては、環状リブ６を環状
溝２４に係入させているが、この環状リブ６はパイロン・ヘッド・フランジ２の軸
受外リング４の内側に設けられていると共に、半径方向の案内用に部分的に円筒
形の減摩ライニング・セグメント７が、また、その上部と下部とに垂直方向の案
内用に円形リング状減摩ライニング・セグメント８が設けられている。減摩ライ
ニング・セグメント７、８は、環状リブ６におけるそれぞれに対応する表面に接
着されていると共に、ピン９(図５)により固着されている。パイロンの軸心１２
に平行な方向において、環状リブ６の厚み(減摩ライニング・セグメント８を含め
て)は、環状溝２４の内幅よりわずかだけ小さいので、垂直力の方向に応じて、
上部か下部の減摩ライニング・セグメントが環状溝２４の対応する壁部に支承さ
れることになる。
【００２１】 機械ヘッド・フランジ２０には保守管理用開口２５が形成されているが、風力
発電装置の組立て状態にあっても、また、稼働中においても、この開口２５を介
して検査を行うことができると共に、必要時には減摩ライニング・セグメント７
、８の保守管理ないし取替えができるようになっている。また、環状溝２４の下
方において軸受内リング２２には、軸受外リング４の対応する表面と協働するシ
ール２６が設けられている(図５を参照のこと)。リング２１に嵌合させたリップ
シール２７は、パイロン・ヘッド・フランジ２の一部として軸受外リング４の上側
に当接している。
【００２２】 前述したように、追尾駆動装置は４基の電動モーター３１からなり、それらの
モーター３１が具備するピニオンが軸受外リング４に設けた外歯機構３０と係合
している(図６)。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による一般的な形態での平軸受の概略横断面図。
【図２】 図１の平軸受における半径方向内側に向いた環状リブを備える分
割型外リングの縮小平面図。
【図３】 平軸受を分解した状態で示す、機械ヘッド・フランジと、パイロ
ン・ヘッド・フランジを備えたパイロンの上端とを備えた、パイロン支持型風力発
電装置の機械ヘッド・ハウジングの横断面図。
【図４】 組立てた状態における、図３に類似の拡大図。
【図５】 軸受の横断面の拡大部分図(図４において円Ｘで囲った部分の拡
大図)。
【図６】 追尾駆動装置を備えた機械ヘッドの一部の概略平面図。
【符号の説明】
１ パイロン ２ パイロン・ヘッド・フランジ ３ フランジ・リング ４ 外レースないしリング ５ ネジ ６ 環状リブ ７ 減摩ライニング・セグメント ８ 減摩ライニング・セグメント ９ ピン １０ ハウジング ２０ 機械ヘッド・フランジ ２１ リング ２２ 内レースないしリング ２３ ネジ ２４ 環状溝 ２６ シール ２７ リップシール ３０ 外歯機構 ３１ 電動モーター １０１ 支持構造体 １０４ 構成部品 １０６ 環状リブ １０７、１０８ 減摩ライニング・セグメント １１０ 構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに協働する軸受構成部品間での相対移動を僅かとして高
    軸方向力と低曲げモーメントを伝達するものにして、一方の構成部品(４;１０４
    )に設けた環状リブ(６;１０６)が他方の構成部品(２２;１２２)に設けた環状溝(
    ２４;１２４)に係入しており、前記環状リブ(６;１０６)の自由側面と、おそら
    くはその周面とに減摩ライニング(７、８;１０７、１０８)が設けられてなる平
    軸受において、 前記減摩ライニング(７、８;１０７、１０８)をセグメント状に区画して、前
    記リブ(６;１０６)に固定ではあるが、解放自在に連結したことを特徴とする平
    軸受。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のものであって、前記環状リブ(６;１０６)
    が、外方に収斂する台形横断面を呈していることを特徴とする平軸受。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のものであって、前記減摩ライニン
    グ・セグメント(７、８;１０７、１０８)が、金属とプラスチックの複合材からな
    り、鋼材で背当てされ、小隆起のあるアセタール共重合体製支承面を有している
    ことを特徴とする平軸受。
  4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか一項に記載のものであって、
    いずれか一方の構成部品(４;１０４)もセグメント状に区画されていて、セグメ
    ント(１０４’)がそれらの組立体からそれぞれ取り外せることを特徴とする平軸
    受。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のものであって、減摩ライニング(７、８;１
    ０７、１０８)が設けられている環状リブ(６;１０６)がセグメント(１０６’)に
    区画されていて、内側に配した環状溝(２４;１２４)へと外側から半径方向に係
    入していることを特徴とする平軸受。
  6. 【請求項６】 パイロン支持型機械ヘッド(１０)とパイロン・ヘッド(１)と
    の間に、前記請求項１から５までのいずれか一項に記載の平軸受が介装され、風
    向きに応じてパイロンの垂直軸を中心として機械ヘッドを回転させる追尾駆動装
    置(３０、３１)がパイロン・ヘッドと機械ヘッドとの間に介装され、また、前記
    平軸受が機械ヘッド(１０)を半径方向及び軸方向(パイロン軸１２)に案内するよ
    うになっていることを特徴とする風力発電装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のものであって、軸に平行な方向において、
    環状リブ(６)の厚み(減摩ライニング・セグメント８を含む)が、環状溝(２４)の
    内幅より僅かだけ小さいことを特徴とする風力発電装置。
  8. 【請求項８】 請求項６または７に記載のものであって、少なくとも日尾と
    角閉塞自在な保守管理用開口(２５)を、一方の構成部品を構成する機械ヘッド・
    フランジ(２０)に形成したことを特徴とする風力発電装置。
  9. 【請求項９】 請求項６から８までのいずれか一項に記載のものであって、
    セグメント(１０４’、１０６’)を取り替える際に静止状態の構成部品(４、２
    ２;１０４、１２２)に作用する(リフト)負荷を緩和する静止動力型手段を設けて
    なることを特徴とする風力発電装置。
JP2001548861A 1999-12-24 2000-12-22 平軸受と該平軸受を備えた風力発電装置 Pending JP2003518594A (ja)

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DE19962978.1 1999-12-24
DE19962978A DE19962978C1 (de) 1999-12-24 1999-12-24 Windenergieanlage mit einem turmgestützten Maschinenkopf
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