JP2007132418A

JP2007132418A - 風力発電機主軸支持構造

Info

Publication number: JP2007132418A
Application number: JP2005325213A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Hirasawa; 義光平澤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】主軸と内輪との間に生じるフレッティング摩耗を防止する円錐ころ軸受を使用することにより、メンテナンス周期を延伸した風力発電機主軸支持構造を提供する。
【解決手段】風力発電機支持構造は、主軸２６と、主軸２６を支持する円錐ころ軸受３１とを備える。この円錐ころ軸受３１の内側軌道面３２ａ，３２ｂのうち、一方側の内側軌道面３２ａは主軸２６上に設けられており、他方側の内側軌道面３２ｂは主軸２６に固定された内輪３２上に設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、片持ち梁に対して大きなラジアル荷重が負荷される風力発電機主軸支持構造に関するものである。

従来の風力発電機１は、例えば、特開２００５−２０７５１７号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている風力発電機１は、図３に示すように、支持台２と、支持台２上に旋回座軸２ａを介して水平旋回自在に配置される主要部品を格納するナセル２と、軸受ハウジング４に固定された軸受５によって回転自在に支持される主軸６と、主軸６の一方端側にブレード７と、主軸６の他方端側に増速機８および発電機９とを備える。

上記構成の風力発電機１は、風を受けて回転するブレード７に伴って主軸６が回転し、増速機８によって主軸６の回転が増速され、発電機９で電力に変換される。この風力発電機１の主軸６は、ブレード７が風を受けることによって生じるアキシアル荷重の他に、ブレード７の自重によって生じるラジアル荷重を受ける。

このため、主軸６を支持する軸受５には、ラジアル荷重とアキシアル荷重とが同時に負荷される環境で使用可能な自動調心ころ軸受や円錐ころ軸受が使用される。主軸６を支持する軸受の一例として、図４に示す円錐ころ軸受１１は、中央に間座１２ｃを挟んだ分割内輪１２ａ，１２ｂを含む内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に複列に配置された複数の円錐ころ１４と、円錐ころ１４を収容するポケットを有する保持器（図示せず）とを備える。

この円錐ころ軸受１１を主軸６に組込む手順としては、まず、ポケットに円錐ころ１４を収容した保持器を分割内輪１２ａ，１２ｂそれぞれに組込む。次に、内径面に締代を設けた分割内輪１２ａに熱を加えて、内輪１２ａの内径寸法が主軸６の外径寸法より大きくなるまで膨張させて主軸６に組込む（以下、この組込み方法を「焼き嵌め」という）。そして、間座１２ｃおよび外輪１３を挿入後、分割内輪１２ｂを分割内輪１２ａと同様に焼き嵌めする。最後に、分割内輪１２ｂの端面に当接して円錐ころ軸受１１を固定する固定リング１５をボルト１６によって主軸６に固定する。
特開２００５−２０７５１７号公報

上記構成の風力発電機１において、図５に示すように、ブレード７側に負荷されるラジアル荷重によって主軸６が傾くと、主軸６と分割内輪１２ａの大鍔側内径面との間に隙間を生じる。ラジアル荷重が断続的に負荷されると、主軸６と分割内輪１２ａとの間でフレッティング摩耗を生じ、この摩耗粉が軸受内部に混入することによる軸受寿命の低下等の問題を生じる恐れがある。

一方で、風力発電機１の主軸６は高所に設置されることから、メンテナンスには多大な時間、コスト、および危険が伴う。そのため、風力発電機１のメンテナンス周期を延伸するために、各部品には高い耐久性が求められる。

そこで、この問題を解決する方法としては、内輪１２の締代を大きくすることが考えられるが、締代を大きくすると、焼き嵌め時に所定寸法まで膨張させるのに、より高い温度まで加熱する必要が生じる。

しかし、内輪１２をあまり高い温度まで加熱すると組織が変化する恐れがある。また、締代を大きくしすぎると、主軸６および内輪１２の双方に大きな残留応力が生じ、寿命低下の原因となる。

また、近年では、ブレード７の大型化や風力発電機１をより風の強い場所に設置する等、発電効率の向上を目的とした取り組みがなされており、これに伴って、主軸６に負荷されるラジアル荷重も大きくなっていることから、この問題に対する解決策が望まれている。

そこで、この発明の目的は、主軸と内輪との間に生じるフレッティング摩耗を防止する円錐ころ軸受を使用することにより、メンテナンス周期を延伸した風力発電機主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る風力発電機主軸支持構造は、風力発電機の主軸と、主軸を支持する複列円錐ころ軸受とを備える。そして、複列円錐ころ軸受の一方側の内側軌道面は主軸に設けられ、他方側の内側軌道面は主軸に固定された内輪に設けられている。

上記構成の風力発電機主軸支持構造において、一方側の内側軌道面を主軸に設けることにより、主軸にラジアル荷重が負荷されてもフレッティング摩耗を防止することができる。その結果、耐久性および信頼性に優れた風力発電機主軸支持構造を得ることができる。なお、本明細書中「内側軌道面」とは、円錐ころの公転軌道の内側の軌道面を指すものとする。

好ましくは、主軸は、その一端に風を受けて回転するブレードをさらに備え、主軸に設けられた内側軌道面は、ブレードに近い側に配置される。風力発電機の主軸を支持する円錐ころ軸受には、ブレードに近い側により大きなラジアル荷重が負荷される。そこで、ブレードに近い側の内側軌道面を主軸に形成することにより、この発明の効果をさらに高めることができる。

好ましくは、風力発電機主軸支持構造は、内輪の端面に当接して内輪を固定する固定部材をさらに備える。複列円錐ころ軸受では、主軸への組込みの観点から両方の内側軌道面を主軸に形成することはできない。そこで、主軸に嵌合する内輪を軸方向から加圧して固定することにより、主軸と内輪との間に生じるフレッティング摩耗を有効に防止することができる。

この発明は、一方側の内側軌道面を主軸に形成することにより、主軸と内輪との間に生じるフレッティング摩耗を抑制し、メンテナンス周期を延伸した風力発電機主軸支持構造を得ることができる。

図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係る風力発電機２１を説明する。

図２に示すような風力発電機２１は、高所に配置された主要部品を格納するナセル２２と、軸受ハウジング２４に固定された軸受２５によって回転自在に支持される主軸２６と、主軸２６の一方端側にブレード２７と、主軸２６の他方端側に増速機２８および発電機２９とを備える。この風力発電機２１は、風を受けて回転するブレード２７に伴って主軸２６が回転し、増速機２８によって主軸２６の回転が増速され、発電機２９で電力に変換される。

そして、この風力発電機２１の主軸２６を支持する軸受２５としては、例えば、図１に示すような円錐ころ軸受３１がある。この円錐ころ軸受３１は、ブレード２７に近い側の内側軌道面３２ａが主軸２６上に、他方側の内側軌道面３２ｂが主軸２６に固定された内輪３２上にそれぞれ設けられており、内側軌道面３２ａと外輪３３との間、および内側軌道面３２ｂと外輪３３との間にそれぞれ円錐ころ３４が配置される。また、各列の円錐ころ３４は、保持器（図示せず）によって保持され、内輪３２は、主軸２６にボルト３６で固定された固定部材３５が、端面を軸方向に加圧することによって固定されている。

風力発電機３１は、ブレード２７の自重等によって、軸受２５のブレード２７に近い側に大きなラジアル荷重が負荷される。そこで、ブレード２７に近い側の内側軌道面を主軸２６に形成することにより、軸受内輪と主軸２６とのフレッティング摩耗を防止することができる。これにより、摩耗粉の混入等による軸受寿命の低下を抑制して、メンテナンス周期を延伸した風力発電機支持構造を得ることができる。

次に、図１に示す円錐ころ軸受３１を主軸２６に組込む方法を説明する。まず、２つの保持器の各ポケットに円錐ころ３４を組み込み、一方を主軸２６の内側軌道面３２ａに沿うように配置し、他方を内輪３２の内側軌道面３２ｂに沿うように配置する。次に、外輪３３、保持器を組込んだ内輪３２、および固定部材３５の順に組込む。なお、内輪３２の内径面には締代を設け、焼き嵌めして主軸２６に固定する。

このように、円錐ころ軸受３１は、組込みの観点から両方の内側軌道面３２ａ，３２ｂを主軸２６上に形成することができないので、内側軌道面３２ｂは、主軸２６に嵌合する内輪３２上に形成する。そこで、リング状の固定部材３５で内輪３２を軸方向に加圧することにより、内輪３２を確実に主軸２６上に固定することが可能となる。

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、風力発電機の主軸を支持する円錐ころ軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る風力発電機主軸支持構造を示す図である。この発明の一実施形態に係る風力発電機の斜視図である。従来の風力発電機の概略図である。従来の風力発電機主軸支持構造を示す図である。図４の主軸にラジアル荷重を負荷した状態を示す図である。

符号の説明

１，２１風力発電機、２支持台、２ａ旋回座軸、３，２３ナセル、４，２４軸受ハウジング、５，２５軸受、６，２６主軸、７，２７ブレード、８，２８増速機、９，２９発電機、１１，３１円錐ころ軸受、１２，３２内輪、１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂ内側軌道面、１２ｃ間座、１３，３３外輪、１４，３４円錐ころ、１５，３５固定部材、１６，３６ボルト。

Claims

風力発電機の主軸と、
前記主軸を支持する複列円錐ころ軸受とを備える風力発電機主軸支持構造であって、
前記複列円錐ころ軸受の一方側の内側軌道面は前記主軸に設けられ、他方側の内側軌道面は前記主軸に固定された内輪に設けられている、風力発電機主軸支持構造。
前記主軸は、その一端に風を受けて回転するブレードをさらに備え、
前記主軸に設けられた内側軌道面は、前記ブレードに近い側に配置される、請求項１に記載の風力発電機主軸支持構造。
前記風力発電機主軸支持構造は、前記内輪の端面に当接して前記内輪を固定する固定部材をさらに備える、請求項１または２に記載の風力発電機主軸支持構造。