JP2008032147A - Rotating shaft supporting structure of wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、風力発電機に用いられる回転軸、例えば、主軸や増速機の低速軸、中間軸、および高速軸等の回転軸支持構造に関するものである。 The present invention relates to a rotary shaft support structure for a rotary shaft used in a wind power generator, for example, a main shaft, a low-speed shaft, an intermediate shaft, and a high-speed shaft of a speed increaser.
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。 A conventional wind power generator is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-207517 (Patent Document 1). The wind power generator described in the publication is rotated by a support base, a nacelle for storing main components arranged on the support base in a horizontally swingable manner via a swivel bearing, and a bearing fixed to the bearing housing. A main shaft freely supported, a blade on one end side of the main shaft, and a speed increaser and a generator on the other end side of the main shaft are provided.
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自動調心ころ軸受が使用される。 In the wind power generator configured as described above, the main shaft rotates along with the blades that rotate by receiving wind, the rotation of the main shaft is increased by the speed increaser, and the electric power is converted by the generator. The main shaft of the wind power generator receives a radial load and a moment load caused by the weight of the blade in addition to an axial load caused by the blade receiving wind. For this reason, a self-aligning roller bearing or a self-aligning roller bearing that can be used in an environment in which a radial load, an axial load, and a moment load are simultaneously applied is used as the bearing that supports the main shaft.
また、一般的に風力発電機の主軸を支持する軸受は、内輪と主軸、および外輪とハウジングとがそれぞれ嵌め合いによって固定される。特に、内輪の内径寸法は主軸の外径寸法より僅かに小さく設定されており、内輪の内径寸法が主軸の外径寸法より大きくなるまで熱膨張させてから主軸に組み込む(以下、この組込み方法を「焼き嵌め」という)。
内輪を焼き嵌めによって主軸に組み込む場合、内輪を加熱する工程と、内輪を主軸の所定位置に嵌め込む工程と、内輪および主軸を冷却する工程とが必要となる。また、冷却工程で生じる結露によって軸受が錆びるのを防止するために、防錆処理が必要となる。したがって、焼き嵌めには、加熱・冷却装置が必要になると共に、多くの作業工数と長い作業時間とが必要となる。 When the inner ring is incorporated into the main shaft by shrink fitting, a step of heating the inner ring, a step of fitting the inner ring into a predetermined position of the main shaft, and a step of cooling the inner ring and the main shaft are required. Moreover, in order to prevent a bearing from rusting by the dew condensation which arises in a cooling process, a rust prevention process is needed. Therefore, the shrink fitting requires a heating / cooling device and requires a large number of work steps and a long working time.
特に、風力発電機の主軸のように大径で高所に設置されている回転軸の軸受を交換する場合、主軸をナセルから地上に降ろして作業しなければならず、多くの作業工数と高額な作業費用が必要となる。 In particular, when replacing a bearing with a large diameter rotating shaft such as the main shaft of a wind power generator, the main shaft must be lowered from the nacelle to the ground, which requires many man-hours and high costs. Work cost is required.
そこで、この発明の目的は、風力発電機の回転軸を支持する軸受の組込み作業および交換作業を簡略化した風力発電機の回転軸支持構造を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating shaft support structure for a wind power generator that simplifies the work of assembling and replacing the bearings that support the rotating shaft of the wind power generator.
この発明に係る風力発電機の回転軸支持構造は、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、回転軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備える。転がり軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置される複数の転動体とを備える。そして、内輪および外輪のうちの少なくとも一方は、円弧形状の部材を円周方向に複数連ねて形成されている。 A rotating shaft support structure for a wind power generator according to the present invention includes a blade that rotates by receiving wind, a rotating shaft that rotates as the blade rotates, and a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft. When attention is paid to the rolling bearing, it includes an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring. At least one of the inner ring and the outer ring is formed by connecting a plurality of arc-shaped members in the circumferential direction.
好ましくは、転がり軸受は隣接する転動体の間隔を保持する保持器をさらに有する。そして、保持器は円弧形状の保持器セグメントを円周方向に複数連ねて形成されている。 Preferably, the rolling bearing further includes a cage that holds an interval between adjacent rolling elements. The cage is formed by connecting a plurality of arc-shaped cage segments in the circumferential direction.
一実施形態として、回転軸は、その一端がブレードに固定されてブレードとともに回転する主軸である。 In one embodiment, the rotating shaft is a main shaft whose one end is fixed to the blade and rotates together with the blade.
上記構成の転がり軸受を構成する内輪、外輪、および保持器は、それぞれ円弧形状の部材を円周方向に複数連ねて形成されている。そのため、これらの構成部品を回転軸の径方向から組み込むことができる。その結果、回転軸への軸受組込み作業において、焼き嵌め等の嵌め合い工程を省略することができるので、作業工数および作業時間を削減することができる。また、組込み作業から冷却工程を省略することができるので、軸受の発錆を防止することもできる。 Each of the inner ring, the outer ring, and the cage constituting the rolling bearing having the above-described configuration is formed by connecting a plurality of arc-shaped members in the circumferential direction. Therefore, these components can be incorporated from the radial direction of the rotating shaft. As a result, the fitting process such as shrink fitting can be omitted in the work for assembling the bearing to the rotating shaft, so that the number of work steps and the work time can be reduced. Further, since the cooling step can be omitted from the assembling work, rusting of the bearing can be prevented.
この発明によれば、内輪、外輪、および保持器を回転軸の径方向から組み込むことができるので、軸受の風力発電機の回転軸への組込み作業を簡素化した風力発電機の回転軸支持構造を得ることができる。 According to the present invention, since the inner ring, the outer ring, and the cage can be incorporated from the radial direction of the rotating shaft, the structure for supporting the rotating shaft of the wind power generator that simplifies the work of assembling the bearing into the rotating shaft of the wind power generator. Can be obtained.
図1〜図5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および自動調心ころ軸受31を説明する。なお、図1および図2は風力発電機11の内部構造を示す図、図3は風力発電機11の主軸16を支持する自動調心ころ軸受31を示す図、図4は自動調心ころ軸受31を主軸16に組み込む前の状態を示す図、図5は自動調心ころ軸受31の内輪部材32a,32bの突合部分の拡大図である。
With reference to FIGS. 1-5, the
まず、図1および図2を参照して、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、主軸支持用軸受としての自動調心ころ軸受31と、旋回用モータ20と、減速機21とを備える。
First, referring to FIG. 1 and FIG. 2, the
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、自動調心ころ軸受31、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。
The
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に組み込まれた自動調心ころ軸受31によって、回転自在に支持されている。
The
自動調心ころ軸受31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。そこで、このような環境で使用される主軸支持用軸受として、図3および図4に示すような、内輪32と、外輪33と、複数の球面ころ34と、保持器35とを備える自動調心ころ軸受31を採用する。
A large axial load is applied to the self-aligning roller bearing 31 by wind force received by the
内輪32の外径面には、2列の軌道面32c,32dと、2列の軌道面32c,32dの間に中鍔32eと、軸方向両端部に外鍔32fとを有する。また、内輪32は、円弧形状の内輪部材32a,32bを円周方向に連ねて構成されている。
On the outer diameter surface of the
外輪33は、内径面が全体として凹状の球面となっており、転動面33cとして機能する。この外輪33は、円弧形状の外輪部材33a,33bを円周方向に連ねて構成されている。
The
球面ころ34は内輪32および外輪33の軌道面32c,32d,33cと接する転動面34aを有する。この転動面34aは、軌道面32c,32d,33cに沿う球面形状である。保持器35は、リング形状の部材であって、球面ころ34を収容する複数のポケットを有しており、隣接する球面ころ34の間隔を保持する。この保持器35は、円弧形状の保持器セグメント35a,35bを円周方向に連ねて構成されており、左右の軌道面32c,32dそれぞれに別個に設けられている。
The
次に、図4を参照して、自動調心ころ軸受31を風力発電機11の主軸に組み込む手順を説明する。まず、予め保持器35の各ポケットに球面ころ34を収容しておく。次に、軸受ハウジング19aに一方側の外輪部材33a、保持器セグメント35a、および内輪部材32aの順に載置して、その上に主軸16を組み込む。さらに、他方側の内輪部材32b、保持器セグメント35b、および外輪部材33bを載置して、軸受ハウジング19a,19bを固定する。
Next, a procedure for incorporating the self-aligning roller bearing 31 into the main shaft of the
なお、内輪部材32は、突合部分に隙間が形成されるのを防止する観点から、隣接する内輪部材32a,32bを任意の固定手段によって固定連結しておくのが望ましい。例えば、外鍔32fの外径面にリングを嵌め込んで固定してもよいし、内輪部材32a,32bそれぞれにボルト穴を設けてボルト等によって両者を固定してもよい。一方、外輪部材32a,32bは軸受ハウジング19に固定されているので固定しなくてもよい。また、保持器セグメント35a,35bも相互に連結する必要はなく、熱膨張等を考慮して隣接する保持器セグメント間に隙間を設けておくのが望ましい。
Note that the
上記構成のように、主軸16の径方向から自動調心ころ軸受31を組み込むことで、軸受の組み込み工程から焼き嵌め等の嵌め合い工程を省略することができる。これにより、軸受の組込み作業が大幅に簡素化される。特に、嵌め合い工程を省略できることで、主軸16の自動調心ころ軸受31を交換する場合でも、主軸16を地上に降ろすことなくナセル14内で作業することが可能となる。さらには、軸受の組み込み作業から冷却工程を省略できることで、自動調心ころ軸受31の発錆を防止することもできる。
By incorporating the self-aligning roller bearing 31 from the radial direction of the
また、上記構成の回転軸支持構造において、軸受ハウジング19についても径方向に分割することによって、さらに自動調心ころ軸受31の組込み性が向上する。
In the rotary shaft support structure having the above-described configuration, the bearing
次に、図5を参照して、図4に示す内輪部材32a,32bの突合部分の形状を説明する。なお、これは外輪部材33a,33bの突合部分にも同様に適用することが可能であるので、詳しい説明は省略する。
Next, the shape of the abutting portion of the
内輪部材32a,32bは、円環状の内輪32を軸線方向に延びる分割線によって分割することによって得られる。したがって、内輪部材32a,32bの生産性の観点、および分割線上を通過する球面ころ34のスムーズな回転を維持する観点から、突合部分に形成される分割線には様々な形状が考えられる。
The
まず、内輪部材32a,32bの生産性の観点からは、軸線方向と平行に直線的に延びる分割線40とするのが望ましい。しかし、左右の軌道面32c,32dで円周方向の同じ位置に分割線40が形成されるので、この位置が主軸16の負荷領域(「主軸16の円周方向において、相対的に大きな荷重が負荷される領域」を指す)に配置されると、球面ころ34のスムーズな回転が阻害される恐れがある。
First, from the viewpoint of productivity of the
そこで、他の実施形態としての分割線41は、左右の軌道面32c,32d上の円周方向の異なる位置で軸線方向に延びる軸方向分割線41a,41bと、中鍔32eを円周方向に延びて左右の軸方向分割線41a,41bに接続する円周方向分割線41cとで構成される。
Accordingly, the dividing line 41 as another embodiment includes
このように、左右の軌道面32c,32dで軸方向分割線41a,41bの位置を互いに異ならせることにより、円周上の全ての位置において左右の軌道面32c,32dのうちの少なくとも一方は平滑な状態となるので、自動調心ころ軸受31の回転がスムーズとなる。
Thus, by making the positions of the
なお、軸方向分割線41a,41bは、軸線方向と平行であってもよいが、球面ころ34のスムーズな回転を維持する観点からは、軸線方向に対して所定角度傾斜しているのが望ましい。
The
なお、内輪部材32a,32bの分割線の形状は、図5に示した分割線40,41に限られず、任意の形状を採用することが可能である。
In addition, the shape of the dividing line of the
また、上記の実施形態において、内輪32、外輪33、および保持器35をそれぞれ2つの部材で構成した例を示したが、これらのうちの少なくとも1つを分割すればこの発明の効果を得ることができる。また、この発明の効果を得るためには、各構成部品を2つ以上の任意の個数に分割することができる。さらにこの発明は、保持器35を省略して総ころ形式とした自動調心ころ軸受にも適用することが可能である。
In the above embodiment, the
また、上記の各実施形態における自動調心ころ軸受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。
Moreover, although the self-aligning
また、上記の各実施形態においては、風力発電機11の主軸16を支持する転がり軸受として自動調心ころ軸受31の例を示したが、これに限ることなく、円錐ころ軸受、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、軌道輪を有するあらゆる転がり軸受を採用することができる。
In each of the above embodiments, an example of the self-aligning
さらに、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。
Furthermore, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to the main shaft support structure of a wind power generator has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to other rotating shaft support structures of a wind power generator. It is possible to apply. For example, the effect of the present invention can be obtained even when applied to the low speed shaft (input shaft), the intermediate shaft, the high speed shaft (output shaft), and the like of the
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
この発明は、風力発電機の回転軸支持構造に有利に利用される。 The present invention is advantageously used for a rotating shaft support structure of a wind power generator.
11 風力発電機、12 支持台、13 旋回座軸、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 旋回モータ、21 減速機、31 自動調心ころ軸受、32 内輪、32a,32b 内輪部材、32c,32d,33c 軌道面、32e,32f 鍔、33 外輪、33a,33b 外輪部材、34 球面ころ、34a 転動面、35 保持器、40,41 分割線、41a,41b 軸方向分割線、41c 円周方向分割線。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ブレードの回転に伴って回転する回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備える風力発電機の回転軸支持構造であって、
前記転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置される複数の転動体とを備え、
前記内輪および前記外輪のうちの少なくとも一方は、円弧形状の部材を円周方向に複数連ねて形成されている、風力発電機の回転軸支持構造。 A blade that rotates in response to the wind;
A rotating shaft that rotates as the blade rotates;
A rotary shaft support structure of a wind power generator comprising a rolling bearing that rotatably supports the rotary shaft,
The rolling bearing includes an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring,
A rotating shaft support structure for a wind power generator, wherein at least one of the inner ring and the outer ring is formed by connecting a plurality of arc-shaped members in the circumferential direction.
前記保持器は、円弧形状の保持器セグメントを円周方向に複数連ねて形成されている、請求項1に記載の風力発電機の回転軸支持構造。 The rolling bearing further includes a cage that holds an interval between the adjacent rolling elements,
The rotating shaft support structure for a wind power generator according to claim 1, wherein the retainer is formed by connecting a plurality of arc-shaped retainer segments in a circumferential direction.
The rotating shaft support structure of a wind power generator according to claim 1 or 2, wherein the rotating shaft is a main shaft whose one end is fixed to the blade and rotates together with the blade.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20091006 |