JP2006177446A - 調心輪付き円錐ころ軸受 - Google Patents

調心輪付き円錐ころ軸受 Download PDF

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Abstract

【課題】 複列円錐ころ軸受の高いアキシアル荷重負荷能力を維持したまま、調心性を有し、かつ、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適正な支持を行うことができる複列円錐ころ軸受を提供する。
【解決手段】 複列円錐ころ軸受１１は、内輪１２と、凸状球面の外径面を有する外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に左右の列でころ長さが互いに異なる複数の円錐ころ１４，１５が配置されている。外輪１３のさらに外側には、外輪１３の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リング１７を備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複列円錐ころ軸受に関し、特に左右の列の円錐ころに不均等な荷重が作用し、かつ、調心性が必要とされる複列円錐ころ軸受およびそのような軸受を備えた風力発電機の主軸支持構造に関するものである。
風力発電機の主軸を回転自在に支持するのに好適な軸受として、自動調心ころ軸受が、例えば特開２００４−１１７３７号公報（特許文献１）に開示されている。同公報に開示されているように、大型の風力発電機における主軸用軸受には、図１に示すような大型の複列自動調心ころ軸受１が用いられることが多い。
風力発電機の風車の主軸２は、ブレード３が設けられた先端側を片持ち支持するようにハウジング４に取り付けられているので、その片持ち支持用の軸受として、通常、主軸２の撓みに対して調心性を有する大型の自動調心ころ軸受１が使用される。自動調心ころ軸受１は、内輪５と、外輪６と、複列の球面ころ７，８とを備える。
上記の風力発電機の主軸支持用の複列自動調心ころ軸受１には、風車の回転中はラジアル荷重の他に大きなアキシアル荷重が負荷される。この場合、複列の球面ころ７，８のうち、ブレード３から遠いほうの列の球面ころ８が、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に受けることになる。一方、ブレード３に近い方の列の球面ころ７については、アキシアル荷重があまりかからず、専らラジアル荷重を受けることになる。
特開２００４−１１７３７号公報（段落番号０００２等）
上記の複列自動調心ころ軸受１は、アキシアル荷重負荷能力があまり高くないので、ブレード３から遠い球面ころ８に十分な負荷容量を確保するためには軸受の大型化が必要となる。しかし、大型化した場合には、ブレード３に近い球面ころ７は軽負荷となり、球面ころ７が内輪５および外輪６の軌道面５ａ，６ａですべりを生じ、表面損傷や磨耗を生じるという問題がある。
そこで、風力発電機の主軸支持用の軸受として、複列自動調心ころ軸受に代えて、アキシアル荷重負荷能力の高い複列円錐ころ軸受を用いることが考えられる。これにより、軸受を大型化することなく、十分な負荷容量を確保することが可能となる。
ただし、複列円錐ころ軸受は、一般に調心性を有していないので、主軸が撓むことによりエッジ応力が大きくなるという問題が生じる。また、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適切な支持を行う必要もある。
本発明の目的は、複列円錐ころ軸受の高いアキシアル荷重負荷能力を維持したまま、調心性を有し、かつ、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適正な支持を行うことができる複列円錐ころ軸受を提供することである。
この発明に係る複列円錐ころ軸受は、内輪と、凸状球面の外径面を有する外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置され、左右の列で負荷容量が互いに異なる複数の円錐ころと、外輪の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リングとを備える。
上記の構成の複列円錐ころ軸受は、外輪に調心リングを備えることにより、回転軸の撓み等による芯ずれに対して自動調心性を有する。
好ましくは、複数の円錐ころは、左右の列でころ長さが互いに異なるとよい。これにより、ころ長さの長い円錐ころを有する列の負荷容量を高くすることができる。
好ましくは、複数の円錐ころは、左右の列でころ径が互いに異なるとよい。これにより、ころ径の大きい円錐ころを有する列の負荷容量を高くすることができる。
好ましくは、複数の円錐ころは、左右の列で一方を中実ころとし、他方を中空ころとするとよい。これにより、中実ころを使用する列の負荷容量を高くすることができる。また、中空ころの中空部には潤滑油が溜まるので、中空ころの端面の潤滑性能が向上し、潤滑寿命を伸ばすことができる。
複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせた背面組み合わせ軸受である。この構成とすることにより、軸受の回転中心線と、左右の列の円錐ころと内外輪の接触線との交点の距離（以下「作用点間距離」という）が長くなるので、ラジアル剛性が向上する。
複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である。この構成とすることにより、外輪の肉厚が円周上であまり差のないバランスの良い設計ができるとともに、同じ断面高さであれば、背面組み合わせ軸受より負荷容量を大きくすることができる。
この発明に係る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複列円錐ころ軸受とを備える。複列円錐ころ軸受に注目すると、内輪と、凸状球面の外径面を有する外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置され、左右の列で負荷容量が互いに異なる複数の円錐ころと、外輪の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リングとを備えることを特徴とする。
上記構成とすることにより、主軸に作用する特性に応じた適正な支持を行えるので、信頼性が高く、長寿命の主軸支持構造が得られる。
複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせた背面組み合わせ軸受であって、ブレードに近い側の円錐ころの負荷容量を大きくするとよい。この構成とすることにより、軸受の作用点間距離が長くなるので、ラジアル剛性が向上する。その結果、さらに信頼性が高く、長寿命の主軸支持構造が得られる。
複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受であって、ブレードに遠い側の円錐ころの負荷容量を大きくするとよい。この構成とすることにより、外輪の肉厚が円周上であまり差のないバランスの良い設計ができるとともに、同じ断面高さであれば、背面組み合わせ軸受より負荷容量を大きくすることができる。その結果、さらに信頼性が高く、長寿命の主軸支持構造が得られる。
この発明に係る複列円錐ころ軸受は、高いアキシアル荷重負荷能力を維持したまま、調心性を有し、かつ、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に応じた適正な支持を行うことができる。
図２を参照して、この発明に係る複列円錐ころ軸受１１を説明する。
複列円錐ころ軸受１１は、２つの内輪部材の小径側端部を突き合わせた内輪１２と、凸状球面の外径面を有する外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に左右の列でころ長さが互いに異なる複数の円錐ころ１４，１５が配置されている。円錐ころ１４，１５は、各列に別個に設けられた保持器１６によりその間隔が保持されている。外輪１３のさらに外側には、外輪１３の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リング１７を有する。
また、複列円錐ころ軸受１１は、左右の列の円錐ころ１４，１５のそれぞれの小径側端部を向かい合わせた背面組み合わせ軸受である。
上記の構成の複列円錐ころ軸受１１は、円錐ころ１４のころ長さを円錐ころ１５のころ長さより長くしたので、ころ長さの長い円錐ころ１４の列ではアキシアル荷重負荷能力が高くなる。
また、凸状球面の外径面を有する外輪１３と、外輪１３の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リング１７とを備えることにより、複列円錐ころ軸受１１は、回転軸の撓み等による芯ずれに対して自動調心性を有する。
さらに、左右の列の円錐ころ１４，１５を背面組み合わせとすることにより、軸受の作用点間距離Ｄが長くなるので、ラジアル剛性が向上する。
次に、図３を参照して、この発明の他の実施形態に係る複列円錐ころ軸受２１を説明する。
複列円錐ころ軸受２１は、２つの内輪部材の大径側端部を突き合わせた内輪２２と、凸状球面の外径面を有する外輪２３と、左右の列でころ長さが互いに異なる複数の円錐ころ２４，２５と、各列に別個に設けられた保持器２６とを備え、外輪２３のさらに外側には、外輪２３の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リング２７を有する。また、複列円錐ころ軸受２１は、左右の列の円錐ころ２４，２５のそれぞれの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である。
上記構成とすることにより、外輪２３の肉厚が円周上であまり差のないバランスの良い設計ができるとともに、同じ断面高さであれば、図２に示したような背面組み合わせ軸受より負荷容量を大きくすることができる。
上記の各実施形態に係る複列円錐ころ軸受では、左右の列でころ長さが互いに異なる円錐ころを用いた例を示したが、これに限ることなく、左右の列でころ径が互いに異なる円錐ころを用いてもよいし、左右の列でころ長さおよびころ径の両方が異なる円錐ころを用いてもよい。
また、複列円錐ころ軸受の左右の列のいずれか一方の円錐ころを、図４に示すように、両端面に貫通する貫通孔５１を有する中空ころとし、他方を中実ころとすることにより中実ころを使用する列の負荷容量を大きくすることもできる。
上記構成とすることにより、中空ころ５０の貫通孔５１内部に潤滑油が溜まるので、中空ころの両端面５２，５３の潤滑性能が向上し、潤滑寿命を伸ばすことが可能となる。
上記の実施形態では、左右の円錐ころのころ長さおよびころ径は同一としてもよいが、これに限ることなく、中実ころのころ長さを中空ころよりも長くしてもよく、また、中実ころのころ径を中空ころよりも大きくしてもよく、さらには、中実ころのころ長さおよびころ径を中空ころより大きくしてもよい。
図５および図６は、図２〜図４に示したような本発明の実施形態に係る複列円錐ころ軸受が適用され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３２のケーシング３３は、高い位置で、旋回座軸受３１を介して支持台３０上に水平旋回自在に設置されている。一端にブレード３７を保持する主軸３６は、ナセル３２のケーシング３３内で、軸受ハウジング３４に組み込まれた主軸支持軸受３５を介して回転自在に支持されている。主軸３６の他端は増速機３８に接続され、この増速機３８の出力軸が発電機３９のロータ軸に結合されている。ナセル３２は、旋回用モータ４０により、減速機４１を介して任意の角度に旋回させられる。
図示した実施形態では、主軸支持軸受３５は２個並べて設置されているが、１個であってもよい。この主軸支持軸受３５として、本発明の実施形態に係る背面組み合わせの複列円錐ころ軸受を用いる場合には、ブレード３７に近いほうの列に大きな負荷がかかるので、軸受の左側列にころ長さ若しくはころ径の長い円錐ころ、または中実の円錐ころを用いる。一方、本発明の実施形態に係る正面組み合わせの複列円錐ころ軸受を用いる場合には、ブレード３７から遠いほうの列に大きな負荷がかかるので、軸受の右側列にころ長さ若しくはころ径の大きな円錐ころ、または中実の円錐ころを用いる。
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。
この発明は、左右の列に不均等な荷重が付加される環境で使用する複列円錐ころ軸受およびそのような軸受を備えた風力発電機の主軸支持構造に有利に利用される。
風力発電機の主軸支持軸受の従来例を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る複列円錐ころ軸受であって、左右の列の軸受の背面同士を向かい合わせた状態を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る複列円錐ころ軸受であって、左右の列の軸受の正面同士を向かい合わせた状態を示す図である。 本発明に係る複列円錐ころ軸受に使用する円錐ころであって、その両端面に貫通する貫通孔を有する円錐ころを示す図である。 本発明に係る複列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４に示した風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。
符号の説明
１ 複列自動調心ころ軸受、２ 風力発電機主軸、３ ブレード、４ ハウジング、１１，２１ 複列円錐ころ軸受、５，１２，２２ 内輪、５ａ 内輪軌道面、６，１３，２３ 外輪、６ａ 外輪軌道面、７，８ 球面ころ、１４，１５，２４，２５，５０ 円錐ころ、１６，２６ 保持器、１７，２７ 調心リング、３０ 支持台、３１ 旋回座軸受、３２ ナセル、３３ ケーシング、３４ 軸受ハウジング、３５ 主軸支持軸受、３６ 主軸、３７ ブレード、３８ 増速機、３９ 発電機、４０ 旋回用モータ、４１減速機、５１ 貫通孔、５２，５３ 円錐ころ端面。

Claims (9)

  1. 内輪と、
    凸状球面の外径面を有する外輪と、
    前記内輪および前記外輪の間に複列に配置され、左右の列で負荷容量が互いに異なる複数の円錐ころと、
    前記外輪の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リングとを備える、複列円錐ころ軸受。
  2. 前記複数の円錐ころは、左右の列でころ長さが互いに異なる、請求項１に記載の複列円錐ころ軸受。
  3. 前記複数の円錐ころは、左右の列でころ径が互いに異なる、請求項１または２に記載の複列円錐ころ軸受。
  4. 前記複数の円錐ころは、左右の列で一方を中実ころとし、他方を中空ころとした、請求項１〜３のいずれかに記載の複列円錐ころ軸受。
  5. 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせた背面組み合わせ軸受である、請求項１〜４のいずれかに記載の複列円錐ころ軸受。
  6. 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である、請求項１〜４のいずれかに記載の複列円錐ころ軸受。
  7. 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複列円錐ころ軸受とを備えた風力発電機の主軸支持構造において、
    前記複列円錐ころ軸受は、内輪と、凸状球面の外径面を有する外輪と、前記内輪および前記外輪の間に複列に配置され、左右の列で負荷容量が互いに異なる複数の円錐ころと、前記外輪の外径面を受け入れる凹状球面の内径面を有する調心リングとを備えることを特徴とする、風力発電機の主軸支持構造。
  8. 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせた背面組み合わせ軸受であって、
    前記ブレードに近い側の前記円錐ころの負荷容量を大きくしたことを特徴とする、請求項７に記載の風量発電機の主軸支持構造。
  9. 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受であって、
    前記ブレードに遠い側の前記円錐ころの負荷容量を大きくしたことを特徴とする、請求項７に記載の風量発電機の主軸支持構造。
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