JP2008032090A

JP2008032090A - 軸受給油装置および風力発電機の回転軸支持構造

Info

Publication number: JP2008032090A
Application number: JP2006205017A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Maeda; 忠昭前田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】異常検出から軸受の完全停止までの時間を延伸した軸受給油装置を提供する。
【解決手段】軸受給油装置４１は、回転軸を支持する軸受としての円錐ころ軸受３１と、円錐ころ軸受３１の異常状態を検出する異常検出手段４９，５０と、円錐ころ軸受３１に潤滑油を供給する異常時給油装置４５と、異常検出手段４９，５０が円錐ころ軸受３１の異常を検出したことに応じて、異常時給油装置４５に動作開始を指示する制御手段５１とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受給油装置、特に、風力発電機の回転軸等を支持する軸受に採用される給油装置に関するものである。

従来の風力発電機が、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は、支持台と、支持台上に旋回座軸受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と、軸受ハウジングに固定された軸受によって回転自在に支持される主軸と、主軸の一方端側にブレードと、主軸の他方端側に増速機および発電機とを備える。

上記構成の風力発電機は、風を受けて回転するブレードに伴って主軸が回転し、増速機によって主軸の回転が増速され、発電機で電力に変換される。この風力発電機の主軸は、ブレード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、ブレードの自重によって生じるラジアル荷重やモーメント荷重を受ける。このため、主軸を支持する軸受には、ラジアル荷重、アキシアル荷重、およびモーメント荷重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等の転がり軸受が使用される。

また、転がり軸受に採用されている給油装置が、例えば、特開２００４−１０８３８８号公報（特許文献２）に記載されている。同公報に記載されている給油装置は、転がり軸受の設置位置から離れた場所に設置されるタンクと、内外輪の間に配置されるノズルと、タンクとノズルとを接続する油路とを備える。
特開２００５−２０７５１７号公報特開２００４−１０８３８８号公報（段落番号０００３）

風力発電機のナセルは高所に設置されるので、主軸を支持する軸受等の交換には多くの作業工数と多額の作業費用が必要となる。そこで、従来の風力発電機には各種のセンサが設けられて、給油装置を含む風力発電機の構成要素の状態を常に監視し、完全に停止する前に保守作業を行えるような体制がとられている。

しかし、例えば、給油装置に不具合が発生して軸受に潤滑油を供給できなくなった場合、軸受はすぐに焼付いて停止してしまう。一方、風力発電機は、洋上や海岸線沿いの交通不便の地に設置されることが多く、異常の検出から保守作業を開始するまでにはある程度の時間が必要となる。

そこで、この発明の目的は、異常検出から軸受の完全停止までの時間を延伸した軸受給油装置を提供することである。また、このような軸受給油装置を採用することにより、信頼性の高い風力発電機の回転軸支持構造を得ることを目的とする。

この発明に係る軸受給油装置は、回転軸を支持する軸受と、軸受の異常状態を検出する異常検出手段と、軸受に潤滑油を供給する異常時給油装置と、異常検出手段が軸受の異常を検出したことに応じて、異常時給油装置に動作開始を指示する制御手段とを備える。

上記構成のように、異常検出手段が潤滑不良に起因する軸受の異常を検出したことに応じて、異常時給油装置から軸受に潤滑油を供給可能な体制を構築することによって、軸受の完全停止までの時間を延伸することができる。

一実施形態として、異常検出手段は軸受の温度を測定する温度センサである。そして、制御手段は軸受の温度が所定値以上になったことに応じて、異常時給油装置に動作開始を指示する。

他の実施形態として、軸受給油装置は軸受に潤滑油を供給する通常時給油装置をさらに有する。異常検出手段は通常時給油装置の給油量を測定する流量センサである。そして、制御手段は、通常時給油装置の給油量が所定値以下になったことに応じて、異常時給油装置に動作開始を指示する。

この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、風を受けて回転するブレードと、ブレードの回転に伴って回転する回転軸と、回転軸を支持する軸受と、軸受の異常状態を検出する異常検出手段と、軸受に潤滑油を供給する異常時給油装置と、異常検出手段が軸受の異常を検出したことに応じて、異常時給油装置に動作開始を指示する制御手段とを備える。

上記構成のような軸受給油装置を採用することによって、信頼性の高い風力発電機の回転軸支持構造を得ることができる。

この発明によれば、潤滑不良に起因する軸受の異常を検出したことに応じて異常時給油装置を動作させることができるので、異常検出から軸受の完全停止までの時間を延伸した軸受給油装置を得ることができる。また、このような軸受給油装置を採用することにより、信頼性の高い風力発電機の回転軸支持構造を得ることができる。

図１を参照して、この発明の一実施形態に係る軸受給油装置４１を説明する。軸受給油装置４１は、転がり軸受としての円錐ころ軸受３１と、円錐ころ軸受３１に潤滑油を供給する通常時給油装置４２および異常時給油装置４５と、異常検出手段４９，５０と、制御手段５１とを備える。

円錐ころ軸受３１は、内輪３２と、外輪３３と、内輪３２および外輪３３の間に配置される転動体としての複数の円錐ころ３４と、隣接する円錐ころ３４の間隔を保持する保持器３５とを備える。

内輪３２は、組立性の観点から２つの内輪部材３２ａ，３２ｂと、２つの内輪部材３２ａ，３２ｂの間に配置される間座３２ｃとで構成される。外輪３３は、左右の軌道面３３ａ，３３ｂの間に径方向に貫通する油孔３３ｃを有する。

通常時給油装置４２は、第１給油タンク４３と、第１給油タンク４３から油孔３３ｃにまで延びる第１油路４４と、第１給油タンク４３内の潤滑油を第１油路４４に排出するポンプ（図示省略）とを有する。

異常時給油装置４５は、第２給油タンク４６と、第２給油タンクから円錐ころ軸受３１にまで延びる第２油路４７と、第２給油タンク４６内の潤滑油を第２油路４７に排出するポンプとしてのピストン４８とを備える。

異常検出手段４９，５０は、円錐ころ軸受３１の状態を検出するセンサである。図１に示す実施形態においては、円錐ころ軸受３１の温度を測定する温度センサ４９と、第１油路４４を流れる潤滑油量を測定する流量センサ５０とを示している。この異常検出手段４９，５０は制御手段５１に接続されており、円錐ころ軸受３１の状態を制御手段５１に送信する。

制御手段５１は、異常検出手段４９，５０から受信した信号に基づいて、円錐ころ軸受３１の状態を監視する。そして、制御手段５１は、温度センサ４９から通知される軸受温度が予め設定した閾値を超えたときに円錐ころ軸受３１の状態を異常と判断する。または、流量センサ５０から通知される潤滑油量が予め設定した閾値を下回った場合に円錐ころ軸受３１が異常状態（潤滑不良状態）と判断する。

上記構成の軸受給油装置４１において、制御手段５１が異常を検出していない段階（円錐ころ軸受３１が正常に動作している状態）では、円錐ころ軸受３１には通常時給油装置４２からのみ潤滑油が供給され、異常時給油装置４５からは潤滑油が供給されない。一方、制御手段５１が円錐ころ軸受３１の異常を検出すると、異常時給油装置４５に対して動作開始を指示すると共に、遠隔地の監視員に対して異常を検出したことを通知する。

このように、通常時給油装置４２の不具合等によって円錐ころ軸受３１に異常が発生した場合でも、異常発生からメンテナンス開始までの間、円錐ころ軸受３１を延命することができる。つまり、円錐ころ軸受３１が致命的な損傷を受けて完全に停止する前にメンテナンスを行うことができるので、メンテナン工数および費用を低減することができると共に、この軸受給油装置４１を組み込んだ装置の稼働率が向上する。

次に図２および図３を参照して、この発明の一実施形態に係る回転軸支持構造を採用した風力発電機１１を説明する。風力発電機１１は、支持台１２と、旋回座軸受１３と、ナセル１４と、ブレード１５と、回転軸としての主軸１６と、増速機１７と、発電機１８と、軸受ハウジング１９と、主軸支持用軸受２２と、旋回用モータ２０と、減速機２１とを備える。

ナセル１４は、支持台１２の上に旋回座軸受１３を介して設置されており、旋回用モータ２０および減速機２１によって水平旋回自在となっている。また、風力発電機１１の主要部品である主軸１６、増速機１７、発電機１８、主軸支持用軸受２２、旋回用モータ２０、および減速機２１等を収容するハウジングとして機能する。

ブレード１５は、主軸１６の一端に固定されて風を受けて回転する。主軸１６は、一端がブレード１５に他端が増速機１７それぞれに接続されて、ブレード１５の回転を増速機１７を介して発電機１８に伝達する。また、軸受ハウジング１９に組み込まれた主軸支持用軸受２２によって、回転自在に支持されている。

この主軸支持用軸受２２には、ブレード１５が受ける風力等によって大きなアキシアル荷重が負荷されると共に、ブレード１５の自重等によって大きなラジアル荷重および大きなモーメント荷重が負荷される。また、主軸支持用軸受２２の交換には多くの作業工数と高額の作業費用が必要となる。そこで、このような環境で使用される主軸支持用軸受２２として、図１に示すような円錐ころ軸受３１を採用する。これにより、長寿命で信頼性の高い風力発電機の回転軸支持構造を得ることができる。

なお、上記の実施形態における通常時給油装置４２および異常時給油装置４５は、それぞれ独立した給油タンク４３，４６と、油路４４，４７とを有しているが、これに限ることなく、一部および全部の構成要素を共有する構成であってもよい。

また、上記の実施形態における通常時給油装置４２は、外輪３３の油孔３３ｃから軸受内部に潤滑油を供給し、異常時給油装置４５は、軸方向端部の隙間から軸受内部に潤滑油を供給する例を示したが、これに限ることなく、任意の位置に潤滑油の流入路を設けることができる。さらには、通常時給油装置４２および異常時給油装置４５から円錐ころ軸受３１への潤滑油の流入路を共有してもよい。

また、上記の実施形態において、異常時給油装置４５のポンプとしてピストン４８の例を示したが、これに限ることなく、給油タンク４６から潤滑油を排出可能なあらゆる構造のポンプを採用することができる。また、制御手段５１からピストン４８への動作開始指示は、機械的手段によって行ってもよいし、電気的手段によって行ってもよい。

例えば、形状記憶合金の形状回復効果を利用してピストン４８を動作させる等してもよい。このように、電気的手段を用いることなくピストン４８を動作させることができれば、停電等によって通常時給油装置４２が停止した場合でも、異常時給油装置４５から円錐ころ軸受３１に潤滑油を供給することができる。

また、上記の実施形態における異常検出手段４９，５０は、温度センサ４９と流量センサ５０の例を示したが、これに限ることなく、潤滑不良等に起因する円錐ころ軸受３１の異常を検出可能な他のセンサを採用してもよい。

また、上記の実施形態における制御手段５１は、円錐ころ軸受３１の温度が閾値を超えた場合、または通常時給油装置４２の給油量が閾値を下回った場合に異常と判断する例を示したが、これに限ることなく、用途に応じて任意の判断基準を採用することができる。例えば、複数の異常検出手段４９，５０からの情報を組み合わせて異常と判断してもよい。具体的には、軸受温度が閾値を超えたこと、かつ給油量が閾値を下回ったことに応じて異常と判断する等してもよい。

また、上記の各実施形態における円錐ころ軸受３１は、複列の例を示したが、これに限ることなく、単列であってもよいし、軌道面が３列以上ある多列の軸受であってもよい。

また、上記の各実施形態においては、転がり軸受として円錐ころ軸受３１の例を示したが、これに限ることなく、自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、および４点接触玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、外部からの潤滑油の供給を必要とするあらゆる転がり軸受を採用することができる。

また、上記の実施形態においては、風力発電機の主軸支持構造にこの発明を適用した例を示したが、これに限ることなく、この発明は、風力発電機の他の回転軸支持構造にも適用することが可能である。例えば、増速機１７の低速軸（入力軸）、中間軸、および高速軸（出力軸）等に適用してもこの発明の効果を得ることができる。

さらに、上記の実施形態においては、軸受給油装置４１を風力発電機１１に組み込んだ例を示したが、これに限ることなく、軸受を使用するあらゆる装置に採用することができる。特に、メンテナンスが困難で長寿命が求められる装置に適用することにより、高い効果を期待することができる。

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、軸受給油装置に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る軸受給油装置を示す図である。この発明の一実施形態に係る主軸支持構造を採用した風力発電機を示す図である。図２に示す風力発電機の図解的側面図である。

符号の説明

１１風力発電機、１２支持台、１３旋回座軸受、１４ナセル、１５ブレード、１６主軸、１７増速機、１８発電機、１９軸受ハウジング、２０旋回用モータ、２１減速機、２２主軸支持用軸受、３１円錐ころ軸受、３２内輪、３２ａ，３２ｂ内輪部材、３２ｃ間座、３３外輪、３３ａ，３３ｂ軌道面、３３ｃ油孔、３４円錐ころ、３５保持器、４１軸受給油装置、４２通常時給油装置、４３第１給油タンク、４４第１油路、４５異常時給油装置、４６第２給油タンク、４７第２油路、４８ピストン、４９温度センサ、５０流量センサ、５１制御手段。

Claims

回転軸を支持する軸受と、
前記軸受の異常状態を検出する異常検出手段と、
前記軸受に潤滑油を供給する異常時給油装置と、
前記異常検出手段が前記軸受の異常を検出したことに応じて、前記異常時給油装置に動作開始を指示する制御手段とを備える、軸受給油装置。
前記異常検出手段は、前記軸受の温度を測定する温度センサであって、
前記制御手段は、前記軸受の温度が所定値以上になったことに応じて、前記異常時給油装置に動作開始を指示する、請求項１に記載の軸受給油装置。
前記軸受給油装置は、前記軸受に潤滑油を供給する通常時給油装置をさらに有し、
前記異常検出手段は、前記通常時給油装置の給油量を測定する流量センサであって、
前記制御手段は、前記通常時給油装置の給油量が所定値以下になったことに応じて、前記異常時給油装置に動作開始を指示する、請求項１または２に記載の軸受給油装置。
風を受けて回転するブレードと、
前記ブレードの回転に伴って回転する回転軸と、
前記回転軸を支持する軸受と、
前記軸受の異常状態を検出する異常検出手段と、
前記軸受に潤滑油を供給する異常時給油装置と、
前記異常検出手段が前記軸受の異常を検出したことに応じて、前記異常時給油装置に動作開始を指示する制御手段とを備える、風力発電機の回転軸支持構造。