JP2004245158A

JP2004245158A - 垂直軸風車

Info

Publication number: JP2004245158A
Application number: JP2003037252A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kimura; 克己木村; Kenji Ichihara; 堅治市原; Kazuhiko Sugiyama; 和彦杉山; Kimi Sakurai; 希美櫻井; Yukio Suzuki; 幸雄鈴木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】軸受内部に封入したグリースが外部に漏れても軸受の潤滑不良を防止でき、風力を受けて回転する立軸の回転性能を維持できること。
【解決手段】立軸６は、軸受２０により支承され、ブレードが風力を受けることにより回転する。軸受２０内部に封入されたグリース２９が漏れても、このグリース２９は下部のグリース受け３０に溜められる。グリース受け３０の内周部には堰部３３が形成され、溜められたグリース２９が軸受装置１０の外部へ漏れることを防止する。立軸６には、螺旋状の段差４１が形成され、立軸６の回転により発生する上方への風の流れにより、グリース２９が軸受装置１０から外部に漏れることを防止する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風車翼が固定された鉛直方向に伸びる立軸が回転して発電等を行う垂直軸風車に関し、特に、立軸を回転自在に支承する軸受の回転性能を維持できる垂直軸風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
垂直軸風車は、鉛直方向に伸びる立軸（主軸）を有している。この主軸は、軸受により回転自在に支承されており、複数枚のブレードを有している。ブレードが風力を受けると主軸が回転し、この主軸の回転力を図示しない発電機に連結させて発電を行うこと等ができる（例えば、下記の特許文献１参照。）。
【０００３】
図４は、主軸の軸受を示す断面図である。図４に示すように、この軸受２０は、内輪２１と、外輪２２と、内輪２１と外輪２２との間に配置した複数の転動体（ボール）２４を有している。軸受２０は、外輪２２をばねワッシャ２６で下方に付勢し、内輪２１を主軸６に設けた段差６ａに圧接させることにより固定される。
【０００４】
そして、転動体２４を挟んで、内輪２１と外輪２２との間には、一対のシールド板２８が配置されている。シールド板２８の一端は、固定側の外輪２２に固定され、他端は回転側の内輪２１の内周面に近接させた状態で配置され、これら一対のシールド板２８に挟まれた領域にグリース２９（潤滑剤）が封入される。これにより、軸受２０の内部に封入したグリース２９が外部に漏れないようになっている（例えば、下記の特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−７３９２５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５７６４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の軸受は、シールド板２８と、回転側の内輪２１の内周面との間に必然的に隙間が生じ、この隙間からグリース２９が外部に漏れたり、また、主軸６の回転により受ける熱や遠心力によりシールド板２８に歪みが発生し、この歪みの発生に伴ってシールド板２８と内輪２１との間、シールド板２８と外輪２２との間に隙間が生じ、この隙間から軸受２０の内部に封入したグリース２９が外部に漏れることがある。
【０００７】
また、軸受２０の内部に封入したグリース２９が外部に漏れて、軸受２０内部のグリース２９の量が不足すると、軸受の循環が十分に行われず、循環不良となって軸受２０の内部温度が上昇し、この軸受２０の内部温度の上昇が循環不良をさらに助長して軸受２０の破損を招くおそれがある。
【０００８】
このような軸受２０を備えた垂直軸風車においては、軸受２０部分の回転性能の劣化により、安定した回転状態を得ることができず、回転性能の劣化により、ブレードが受けた力を効率良く伝達することができなくなる問題が生じた。立軸に発電機を連結し発電する構成とした場合には、発電機の発電出力や発電効率の低下を招く。
【０００９】
また、従来は、軸受２０にグリース２９を封入した後に軸受２０がシールド板２８によって塞がれるため、封入後のグリース２９の交換作業を容易に行うことができず、保守に手間がかかった。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、軸受内部に封入したグリースが外部に漏れても軸受の潤滑不良を防止でき、風力を受けて回転する立軸の回転性能を維持できる垂直軸風車を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる垂直軸風車は、風力を受ける風車翼と、鉛直方向に立設され、前記風車翼を固定し該風車翼が前記風力を受けることにより回転自在な立軸と、前記立軸を回転自在に支承し、内部にグリースが封入された軸受と、前記軸受の下方に配置され、該軸受から漏れたグリースを受けるグリース受けとを具備したことを特徴とする。
【００１２】
この請求項１の発明によれば、軸受内部に封入したグリースが外部に漏れても、この漏れたグリースを軸受の下方に配置したグリース受けで受けてグリース溜め室に溜めるため、グリースが軸受装置から外部に漏れないようにすることができ、軸受のグリース不足による潤滑不良を防止し、風車に設けられた主軸の回転状態を常時安定させ回転性能を維持できる。
【００１３】
また、請求項２の発明にかかる垂直軸風車は、請求項１に記載の発明において、前記グリース受けには、前記立軸に面する内周部に突出形成され、上端部が前記軸受の内輪に近接する堰部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項２に記載の発明によれば、グリース受けに設けた堰部は、軸受の内輪に近接して軸受から漏れたグリースを外部に漏らさず、軸受のグリース不足による潤滑不良を防止し、風車に設けられた主軸の回転状態を常時安定させ回転性能を維持できる。
【００１５】
また、請求項３の発明にかかる垂直軸風車は、請求項１または２に記載の発明において、前記グリース受けを前記軸受の下面に所定高さ離して設け、前記軸受とグリース受けとの間に所定容積のグリース溜め室を区画形成したことを特徴とする。
【００１６】
この請求項３の発明によれば、軸受とグリース受けとの間が所定高さ離れてグリース溜め室が区画形成でき、所定容積のグリースを溜めることができる。
【００１７】
また、請求項４の発明にかかる垂直軸風車は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記グリース受けの前記立軸と対面する内周面に、前記グリース室内に溜まったグリースの流出を阻止するグリース流出阻止手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項４の発明によれば、グリース溜め室にある程度のグリースが溜まると、このグリースの流出をグリース流出阻止手段が強制的に阻止するので、グリースが軸受内部から外部に漏れることを防止でき、軸受の潤滑不良をより確実に防止し、風車に設けられた主軸の回転状態を常時安定させ回転性能を維持できる。
【００１９】
また、請求項５の発明にかかる垂直軸風車は、請求項４に記載の発明において、前記グリース流出阻止手段は、前記立軸の回転に伴って上方への風の流れを生じさせる螺旋状の段差、またはネジ状の溝からなることを特徴とする。
【００２０】
この請求項５の発明によれば、主軸の回転に伴って生じる上方向の風の流れで、グリース溜め室に溜まったグリースを強制的に押し戻してグリースの流出を阻止することができ、風車に設けられた主軸の回転状態を常時安定させ回転性能を維持できる。
【００２１】
また、請求項６の発明にかかる垂直軸風車は、請求項５に記載の発明において、前記軸受の上方に設けられ、該軸受にグリースを供給するグリース戻り室と、前記グリース溜め室と前記グリース戻り室との間を接続し、前記グリース流出阻止手段によって生じた前記上方への風の流れによって前記グリースを前記グリース溜め室からグリース戻り室に戻すためのグリース戻り通路とを具備したことを特徴とする。
【００２２】
この請求項６の発明によれば、グリース溜め室に溜まったグリースの一部をグリース戻り通路を通過させ、グリース戻り室から軸受内部に強制的に戻すことができ、風車に設けられた主軸の回転状態を常時安定させ回転性能を維持できる。
【００２３】
また、請求項７の発明にかかる垂直軸風車は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記グリース受けの一端が接続され、前記グリース受けに溜まった前記グリースを他端から抜き出すためのグリース抜き配管を設けたことを特徴とする。
【００２４】
この請求項７の発明によれば、グリース受けに溜まったグリースを外部に容易に抜き出すことができ、劣化したグリースを必要に応じて交換し、グリースの潤滑性能を常に良好な状態に維持できる。
【００２５】
また、請求項８の発明にかかる垂直軸風車は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の発明において、前記立軸に連結され、該立軸の回転に基づき発電する発電機を設けたことを特徴とする。
【００２６】
この請求項８の発明によれば、立軸の回転状態を安定化させ回転性能を維持できるため、発電機の発電出力および発電効率を安定して維持できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる垂直軸風車の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の垂直軸風車を示す概要図である。この垂直軸風車１は、風力を受ける複数枚の風車翼（ブレード）２を有する。各ブレード２は、アーム４を介して立軸（主軸）６に所定角度間隔で固定されている。図示の例ではブレード２が３枚設けられ、１２０°間隔で配置されている。
【００２９】
この立軸６は、図示のように鉛直方向に立設されており、風車本体８内部に向け下方に延びて形成されている。風車本体８内部において立軸６は上下一対の軸受装置１０，１０により回転自在に支承されている。また、風車本体８内部には、発電機１４が設けられている。発電機１４は、立軸６に固定され立軸とともに回転するロータと、風車本体８に固定されたステータからなる。このように発電機１４を設けた構成の場合、ブレード２が風力を受けて立軸６が回転すると、この立軸６の回転に基づき発電機１４が風力に応じた電力を発電することができる。なお、立軸６の回転力は、発電に用いるに限らず、回転力をそのまま動力として用いることもできる。
【００３０】
図２は、この発明の垂直軸風車に用いられる軸受装置を示す断面図である。この軸受装置１０は、軸受２０と、グリース受け３０を有している。軸受２０は、内輪２１と、外輪２２と、内輪２１と外輪２２との間に配置される複数の転動体（ボール）２４からなる。
【００３１】
転動体２４を挟んで、内輪２１と外輪２２との間には、上下にそれぞれシールド板２８が配置されている。シールド板２８の一端は、固定側の外輪２２に固定され、他端は回転側の内輪２１の内周面に近接させた状態で配置され、これら一対のシールド板２８に挟まれた領域にグリース２９（潤滑剤）が封入される。この軸受２０は、外輪２２をばねワッシャ２６で下方に付勢し、内輪２１を主軸６に設けた段差６ａに圧接させることで固定される。
【００３２】
グリース受け３０は、軸受２０の下方の全域を覆う略円板状に形成されている。このグリース受け３０は、外周縁部が不図示の複数のボルトを介して塞板４０の下面に固定されている。グリース受け３０の中央には主軸６が貫通される開口部３１が開口形成され、開口部３１の周囲下部には、所定厚さのボス部３２が突出形成されている。
【００３３】
開口部３１の周囲上部には、軸受２０の内輪２１の下面に近接するよう、堰部３３が上方に突出形成されている。また、堰部３３と、軸受２０の外輪２２より外周位置を超えた部分までの間には、軸受２０の下面に対し平行なグリース受け面３７が形成される。このグリース受け面３７は、平面で見て円環状に形成されており、軸受２０の下面との間に所定容積のグリース溜め室３８が区画形成される。
【００３４】
これにより軸受２０の下面にグリース受け３０を設けたので、軸受２０の内部に封入したグリース２９が外部に漏れても、この漏れたグリース２９を軸受２０の下方に配置したグリース受け３０で受けてグリース溜め室３８に所定容量分溜める。グリース溜め室３８に溜まったグリース２９は、堰部３３により外部への流出を阻止し、軸受装置１０の外部に漏れないようにすることができる。
【００３５】
軸受２０は、外輪２２をばねワッシャ２６で下方に付勢し、内輪２１を主軸６に設けた段差６ａに圧接させることで固定されている。したがって、風力を受けて主軸６が回転してこの主軸６が熱膨張した場合であっても、内輪２１は堰部３３から離れる方向に移動することになるため、内輪２１の下面と堰部３３との間の隙間が主軸６の熱膨張によって狭くなることはない。このため、内輪２１の下面と堰部３３との間の隙間をできるだけ近接させることができ（例えば１ｍｍ以内）、この堰部３３によってグリース溜め室３８に溜まったグリース２９の外部への漏れを防止できるようになる。
【００３６】
このように、実施の形態１によれば、軸受２０からグリース２９が漏れたとしてもこの軸受２０の直下位置に設けられたグリース受け３０によりグリース２９を受けて、軸受装置１０の外部に漏れないようにしたので、軸受２０のグリース不足が生じることがなく、グリース不足による潤滑不良を防止でき、風車に設けられた主軸６の回転状態を常時安定して円滑に行えるようになる。
【００３７】
（実施の形態２）
この発明の実施の形態２は、グリース受け３０にグリース流出阻止手段を設けた構成である。図２に示すように、グリース流出阻止手段は、開口部３１の内周面に設けた段差４１により構成されている。この段差４１は、図示のように主軸６の回転方向に沿って、上方に向け徐々に傾斜する如く螺旋状に形成されている。これによって、主軸６の回転に伴って生じた風の一部が、この段差４１に衝突して上向きの流れを生じさせるようになっている。
【００３８】
グリース２９は、グリース溜め室３８にある程度溜まると、内輪２１の下面と堰部３３との間の隙間４２を通過して軸受装置１０の外部に流出しようとする。しかし、この隙間４２の部分に段差４１によって上方に向けた風の流れを生じさせることにより、この上向きの風の流れで強制的にグリース２９を上方に押し戻すことができ、グリース溜め室３８からグリース２９が流出することを阻止する。
【００３９】
このように、実施の形態２は、主軸６の回転により上方に向けた風を発生させるグリース流出阻止手段を設けたので、例え軸受装置１０から外部にグリース２９が漏れようとしても、このグリース２０をグリース受け３０に戻すため、軸受装置１０から外部へのグリース２９の漏れ、および軸受２０の潤滑不良をさらに防止できるようになり、風車に設けられた主軸６の回転状態を常時安定して円滑に行えるようになる。
【００４０】
（実施の形態３）
この発明の実施の形態３は、前述した実施の形態２において説明したグリース流出阻止手段と、グリース受け３０に溜まったグリース２９を再び軸受２０に戻すグリース戻し手段を設けた構成である。図２に示すように、グリース戻し手段は、軸受２０の上部に設けられるグリース戻り室４４と、塞板４０に開口形成したグリース戻り通路４６によって構成されている。グリース戻り室４４は、軸受２０の内輪２１と外輪２２の上部位置に、この軸受２０の円周方向に沿って複数（例えば４個）設けられる。
【００４１】
塞板４０には、このグリース戻り室４４の大きさに対応した装着孔が形成され、この装着孔部分にグリース戻り室４４が配置される。グリース戻り通路４６は、塞板４０内部に配置される各グリース戻り室４４それぞれに設けられる。このグリース戻り通路４６は、下部がグリース溜め室３８に向いて開口され、塞板４０を上下に貫通する貫通孔４６ａと、貫通孔４６ａの途中から分岐し、横方向に延びてグリース戻り室４４に連通された連通孔４６ｂとによって構成されている。
【００４２】
前述したように、グリース流出阻止手段を構成する段差４１部分は、立軸６の回転に伴って上向きの風を発生させる。貫通孔４６ａは、この発生した上向きの風の通路として機能する。これにより、グリース溜め室３８に溜まったグリース２９の一部は、グリース戻り通路４６の貫通孔４６ａ部分を上方に押し上げられ、連通孔４６ｂを介してグリース戻り室４４に戻される。これにより、グリース戻り室４４に戻されたグリース２９は、グリース戻り室４４から軸受２０の内部に強制的に戻すことができる。
【００４３】
このように、実施の形態３は、主軸６の回転により上方に向けた風を発生させるグリース流出阻止手段と、グリース流出阻止手段に溜まったグリースを軸受に戻すグリース戻し手段を設けたので、例え軸受装置１０から外部にグリース２９が漏れようとしても、このグリース２９をグリース受け３０に戻し、グリース受け３０に溜まったグリース２９をグリース戻り室４４を介して軸受２０に戻すことができるようになる。このグリース２９の戻しは、主軸６の回転により発生する風を利用するため、特別な機構を必要とせず簡単な構造にできる。これにより、軸受装置１０から外部へグリース２９の漏れを防止しつつ、軸受２０から漏れたグリース２９を再び軸受２０に戻すことができ、軸受２０の潤滑不良を防止できるようになり、風車に設けられた主軸６の回転状態を常時安定して円滑に行えるようになる。
【００４４】
（実施の形態４）
次に、この発明の実施の形態４について説明する。図３は、この発明の垂直軸風車に用いられる軸受装置の他の構成例を示す断面図である。この図に示す軸受装置５０は、主軸６の軸受２０を上下２連で構成してある。また、前述した実施の形態１（図２）で説明した各構成部と同一箇所には同一の符号を附してある。
【００４５】
この軸受装置５０は、グリース受け３０の内周面に上下方向に延びるネジ状の溝４８が複数形成されている。このネジ状の溝４８は、グリース流出阻止手段として機能する。このネジ状の溝４８の横断面形状は、通常のネジ状の溝と同じ三角形状としたり、台形状にするなど任意に選択できる。
【００４６】
また、この軸受装置５０には、グリース抜き配管５１が設けられる。グリース抜き配管５１は、一端５１ａがグリース受け３０のグリース受け面３７に下方から連通するよう接続され、途中位置が折曲されて他端５１ｂが風車本体８外部に表出するよう設けられている。
【００４７】
グリース流出阻止手段であるネジ状の溝４８は、主軸６の回転により上向きの風の流れを生じさせる。これによって、グリース溜め室３８の圧力を高めることができ、グリース溜め室３８に圧力差を生じさせて、このグリース溜め室３８に溜まっているグリース２９をグリース抜き配管５１を介して容易にグリース抜きを行えるようになる。なお、通常時にはグリース抜き配管５１の他端５１ｂを接栓で閉じておき、グリース抜き時に接栓を開くようにする。
【００４８】
このように、実施の形態４は、主軸６の回転によりグリース溜め室３８の圧力を高めて、グリース抜き配管５１を介してグリース抜きを行えるようになり、特別な機構を必要とせず簡単な構造を用いて軸受装置５０のグリース抜きを行えるようになる。したがって、軸受２０に用いるグリース２９を必要に応じて交換することができ、劣化したグリースを交換して常に潤滑性能を維持できるようになる。これにより、軸受２０の潤滑不良を防止し、風車に設けられた主軸６の回転状態を常時安定して円滑に行えるようになり、保守作業の容易化が図れるようになる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直軸風車の立軸を回転自在に支承する軸受に封入されたグリースが漏れてもこのグリースをグリース受けに溜め、軸受装置の外部に漏れないようにしたので、グリース不足による軸受の潤滑不良を防止し、主軸の回転状態を常時安定させ、回転性能の維持を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の垂直軸風車を示す概要図である。
【図２】この発明の垂直軸風車に用いられる軸受装置を示す断面図である。
【図３】この発明の垂直軸風車に用いられる軸受装置の他の構成例を示す断面図である。
【図４】主軸の軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
６立軸
６ａ段差
１０軸受装置
２０軸受
２１内輪
２２外輪
２４転動体（ボール）
２６ばねワッシャ
２９グリース
３０グリース受け
３１開口部
３３堰部
３８グリース溜め室
４１段差
４４グリース戻り室
４６グリース戻り通路
４８ネジ状の溝
５０軸受装置

Claims

風力を受ける風車翼と、
鉛直方向に立設され、前記風車翼を固定し該風車翼が前記風力を受けることにより回転自在な立軸と、
前記立軸を回転自在に支承し、内部にグリースが封入された軸受と、
前記軸受の下方に配置され、該軸受から漏れたグリースを受けるグリース受けと、
備えることを特徴とする垂直軸風車。
前記グリース受けには、前記立軸に面する内周部に突出形成され、上端部が前記軸受の内輪に近接する堰部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車。
前記グリース受けを前記軸受の下面に所定高さ離して設け、前記軸受とグリース受けとの間に所定容積のグリース溜め室を区画形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の垂直軸風車。
前記グリース受けの前記立軸と対面する内周面に、前記グリース室内に溜まったグリースの流出を阻止するグリース流出阻止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の垂直軸風車。
前記グリース流出阻止手段は、
前記立軸の回転に伴って上方への風の流れを生じさせる螺旋状の段差、またはネジ状の溝からなることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車。
前記軸受の上方に設けられ、該軸受にグリースを供給するグリース戻り室と、
前記グリース溜め室と前記グリース戻り室との間を接続し、前記グリース流出阻止手段によって生じた前記上方への風の流れによって前記グリースを前記グリース溜め室からグリース戻り室に戻すためのグリース戻り通路と、
を具備したことを特徴とする請求項５に記載の垂直軸風車。
前記グリース受けの一端が接続され、前記グリース受けに溜まった前記グリースを他端から抜き出すためのグリース抜き配管を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の垂直軸風車。
前記立軸に連結され、該立軸の回転に基づき発電する発電機を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の垂直軸風車。