JP2009287706A - 旋回軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器で転動体を保持し、かつ保持器をセグメント保持器とした構成とし、保持器の各セグメントで内外輪の軌道面に存在する潤滑油を排斥しない旋回軸受を提供する。
【解決手段】 内輪１と、外輪２と、これら内外輪の各軌道面１ａ，２ａ間で転動自在な複数の転動体３と、各転動体３をそれぞれポケット４ａ内で保持する保持器４とを備える。保持器４は、円周方向に複数のセグメント４Ａに分割されている。各セグメント４Ａは、各軌道面１ａ，２ａに沿って湾曲した板状で、ポケット４ａが円周方向に並んで複数形成されている。セグメント４Ａの円周方向の両端部が、板厚方向の角を先細り状に落とした逃し加工部４ｂとされている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えば風力発電用の風車等の旋回部分に用いられる大型または超大型の旋回軸受に関する。

図４および図５は風力発電用の風車の１例を示す。この風車１１は、支持台１２上にナセル１３を水平旋回自在に設け、このナセル１３のケーシング１４内に主軸１５を回転自在に支持し、この主軸１５のケーシング１４外に突出した一端に、旋回翼であるブレード１６を取付けてなる。主軸１５の他端は増速機１７に接続され、増速機１７の出力軸１８が発電機１９のロータ軸に結合されている。

風力発電用の風車は規模が非常に大きく、１枚のブレード１６の長さが数１０メートル、中には１００メートルを超えるものもある。そのため、ブレード１６が主軸１５回りに回転する際に、その回転位置、例えば主軸１５よりも上側の位置と下側の位置とで、ブレード１６が受ける風の風速が異なる。風速が違っていても各ブレード１６が同じ荷重を受けるように、ブレード１６が回転する間に、風速に応じて各ブレード１６の風に向かう角度を調整する。また、常に各ブレード１６が正面から風を受けるように、風向きの変化に応じてナセル１３の向きを変える（ヨー）。なお、風速が速過ぎて多大な荷重を受ける恐れがある場合には、ナセル１３の向きを通常の逆にして、風が抜けるようにすることもある。

このように、風力発電用の風車では、風の状態に合わせてブレード１６の角度およびナセル１３の向きを随時変える必要があるため、ブレード１６およびナセル１３はそれぞれ旋回軸受２１，２２により旋回自在に支持され、図示しない駆動手段により旋回させるようになっている。風車用の旋回軸受の特徴としては、寸法が非常に大きいこと、旋回の揺動角が比較的小さいこと、変動荷重を受けることが挙げられる。
寸法に関しては、ブレード用で外輪外径１０００〜３０００ｍｍ、ヨー用で同１５００〜３５００ｍｍである。揺動角に関しては、ブレード用で最大約９０°、ヨー用で最大３６０°である。変動荷重に関しては、ブレード用およびヨー用のいずれについても変動荷重を受けるが、特にブレード用が急激な変動荷重を受けることが多い。
特開２００２−３３９９８１号公報 特開２００３−１３９６３号公報

上述したように、風車用の旋回軸受は、変動荷重により比較的狭い旋回範囲内で頻繁に揺動するため、フレッティングが生じやすい。フレッティングを防止するには、内部すきまを負すきまにして、転動体と軌道輪との滑りを抑える必要がある。一方、揺動時に個々の転動体の接触角が変わり、転動体の公転速度が変化することにより、転動体の進み遅れが生じるが、負すきまにより負荷域が広がることにより進み遅れの影響は大きくなる。この進み遅れにより各転動体が散らばることがなく、常に各転動体が等間隔に保持されるようにするために、間座スペーサではなく、保持器で転動体を保持するのが望ましい。

また、大型または超大型である風車用の旋回軸受では、保持器を採用する場合、組立性を考慮して、複数のセグメントに分割されたセグメント保持器（例えば特許文献１，２）とするのがよい。なお、JIS B 0104-1991によると、大型軸受は外輪外径が１８０〜８００ｍｍのものと定義されている。

セグメント保持器４の各セグメント４Ａは、通常は、図６（Ａ）のように、内輪１と外輪２間の中央に位置する。保持器４に外力が作用した場合、セグメント４Ａが単純に径方向へ移動すれば、図６（Ｂ）のように、セグメント４Ａ全体が内輪１の軌道面１ａに接触するか、または図６（Ｃ）のように、セグメント４Ａ全体が外輪２の軌道面２ａに接触する。ブレード軸受はブレードが公転することにより、軸受姿勢も変化するため、図６（Ｂ），（Ｃ）のように軌道面１ａ，２ａで案内されることが多い。しかし、セグメント４Ａが不安定な挙動で径方向へ移動したときには、図６（Ｄ）のように、セグメント４Ａが軌道面１ａ，２ａに対して斜めになって、円周方向端が内輪軌道面１ａまたは外輪軌道面２ａにエッジ当たりで接触する。このようなエッジ当たりとなると、軌道面１ａ，２ａに存在するグリース等の潤滑剤がセグメント４Ａにより排斥されてしまう。その結果、保持器４の摩耗が生じる。また、風車用の旋回軸受はフレッティングが生じやすい条件下にあるため、軌道面１ａ，２ａからの潤滑剤の排斥はフレッティングに繋がる可能性がある。

この発明の目的は、保持器で転動体を保持し、かつ保持器をセグメント保持器とした構成であり、保持器の各セグメントで内外輪の軌道面に存在する潤滑油を排斥しない旋回軸受を提供することである。

この発明にかかる旋回軸受は、内輪と、外輪と、これら内外輪の各軌道面間で転動自在な複数の転動体と、各転動体をそれぞれポケット内で保持する保持器とを備え、前記保持器は円周方向に複数のセグメントに分割されたものであり、各セグメントは、前記各軌道面に沿って湾曲した板状で、前記ポケットが円周方向に並んで複数形成され、円周方向の両端部が、板厚方向の角を先細り状に落とした逃し加工部とされていることを特徴とする。

この構成の旋回軸受によれば、保持器により転動体が確実に保持されるので、転動体の進み遅れによって各転動体が散らばることがなく、常に転動体を等間隔に保持できる。また、転動体の進み遅れが発生した場合において、保持器にかかる引張力が低減でき、保持器の強度面においても優位となる。各セグメントの円周方向の両端部が逃し加工部とされているため、セグメントが内外輪の軌道面に対して斜めになっても、セグメントの円周方向端が軌道面にエッジ当たりで接触しない。そのため、内外輪の軌道面に存在するグリース等の潤滑剤がセグメントにより排斥されない。

前記逃し加工部は、板厚方向の両方の角が先細り状に落とされているのが望ましい。
板厚方向の両方の角が先細り状に落としてあると、セグメントが内輪の軌道面および外輪の軌道面のいずれに対して斜めになって接触した場合でも、セグメントの円周方向端が軌道面にエッジ当たりにならない。

前記逃し加工部の円周方向の寸法は、前記セグメントの円周方向の端面における前記逃し加工部の落とし量よりも大きくする。
セグメントが内外輪の軌道面に対して斜めになった場合に、セグメントの円周方向端が軌道面にエッジ当たりで接触しないようにするには、逃し加工部の円周方向の寸法は長めであるのがよく、少なくとも、セグメントの円周方向の端面における逃し加工部の落とし量よりも大きくする必要がある。

前記保持器は、前記ポケットの有る円周方向位置で各セグメントに分割され、これらセグメントの前記逃し加工部の円周方向の端が前記ポケットの円周方向の端と同位置とすることができる。
保持器は、ポケットの有る円周方向位置で各セグメントに分割することも、ポケット間の柱部の円周方向位置で各セグメントに分割することも可能であるが、後者の分割方式であると、セグメントの強度上の理由から分割箇所を挟んで両側に位置するポケットの間隔を広くしなければならず、また隣合うセグメント同士が互いに接触して位置がずれる可能性があるため、前者の分割方式とするのがよい。その場合、逃し加工部の円周方向の端がポケットの円周方向の端と同位置とすることにより、保持器の強度を低下させることなく、逃し加工部の円周方向の長さを長くとれる。

前記セグメントの円周方向の端面における前記逃し加工部の落とし量は、板厚方向の片面につき、前記セグメントの板厚の１／１０以上とする。
セグメントの円周方向の端部を逃し加工部としたことによる効果が発揮されるには、逃し加工部の円周方向の寸法および落とし量がある程度以上の大きさである必要があり、具体的には、落とし量を、板厚方向の片面につき、セグメントの板厚の１／１０以上とするのがよい。

この発明の旋回軸受は、上記の各作用効果が得られるため、風車のブレードを主軸に対し、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持するためや、風車のナセルを支持台に対して旋回自在に支持するために好適に使用できる。

この発明の旋回軸受は、内輪と、外輪と、これら内外輪の各軌道面間で転動自在な複数の転動体と、各転動体をそれぞれポケット内で保持する保持器とを備え、前記保持器は円周方向に複数のセグメントに分割されたものであり、各セグメントは、前記各軌道面に沿って湾曲した板状で、前記ポケットが円周方向に並んで複数形成され、円周方向の両端部が、板厚方向の角を先細り状に落とした逃し加工部とされているため、保持器の各セグメントで内外輪の軌道面に存在する潤滑油を排斥しない。

この発明の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この旋回軸受は、例えば、風力発電用風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持する軸受、または風車のナセルを支持台に対して旋回自在に支持する軸受として使用される。

図１において、旋回軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２の複列の軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ間にそれぞれ転動自在に介在する各列複数のボールからなる転動体３と、各列の転動体３を別々に保持する保持器４とを備える。内外輪１，２の軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂは、いずれも２つの曲面１ａａ，１ａｂ，１ｂａ，１ｂｂ，２ａａ，２ａｂ，２ｂａ，２ｂｂで構成されている。これら２つの曲面は、それぞれ転動体３よりも曲率半径が大きく、曲率中心が互いに異なる断面円弧状である。各軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを構成する一対の曲面間は、溝部１ａｃ，１ｂｃ，２ａｃ，２ｂｃになっている。各転動体３は、内輪軌道面１ａ，１ｂおよび外輪軌道面，２ａ，２ｂの前記各曲面に接して４点接触する。すなわち、この旋回軸受は４点接触複列玉軸受として構成されている。内輪１および外輪２には、取付用ボルト孔５，６がそれぞれ設けられている。内外輪１，２間の軸受空間にはグリースが充填され、この軸受空間の軸方向の両端がシール部材７により密封されている。

図２に示すように、各列の保持器４は、円周方向に複数のセグメント４Ａに分割されている。各セグメント４Ａは、内外輪１，２の各軌道面１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに沿って湾曲した板状で、転動体３が嵌り込むポケット４ａが円周方向に並んで複数形成されている。各セグメント４Ａの分割位置はポケット４ａの箇所であり、ポケット４ａに転動体３が保持された状態では、隣合うセグメント４Ａ間に隙間８が形成される。

前記セグメント４Ａは、その円周方向の両端部が、板厚方向の両方の角を先細り状に落とした逃し加工部４ｂとされている。セグメント４Ａの円周方向の端面における逃し加工部４ｂの落とし量ａは、板厚方向の片面につき、セグメント４Ａの板厚ｔの１／１０以上である。逃し加工部４ｂの円周方向の寸法ｂは、前記落とし量ａよりも大きく、例えばｂ≧１０ａとする。この実施形態では、逃し加工部４ｂの円周方向の端がポケット４ａの円周方向の端と同位置である。つまり、逃し加工部４ｂは、落とした部分が円周方向に長く延びた形状であり、角のみを落とした面取りとは異なる。

保持器４のセグメント４Ａは、例えば鋼板製である。鋼板製である場合、ポケット４ａとなる穴をプレス加工で打ち抜き、逃し加工部４ｂを切削加工した後、所定の円弧形状に曲げ加工することで製作できる。鋼板は、強度が強く、加工が容易であるので、保持器４の材料に適する。

この旋回軸受は、軸受形式を４点接触玉軸受とし、かつ転動体３を複列に配置したため、構成が簡単でありながら静定格荷重が大きい。単純計算で、単列の場合に比べて、静定格荷重が２倍である。転動体３が複列であると、保持器４の軸方向幅が広くなるが、単列である場合に比べて２倍になることはない。そのため、保持器４の軸方向幅をあまり広くすることなく、定格荷重を増加させることができる。転動体３は保持器４により確実に保持されるため、転動体３の進み遅れによって各転動体３が散らばることがなく、常に転動体３を等間隔に保持できる。

保持器４は、円周方向に複数のセグメント４Ａに分割されているため、組立性が良好である。各セグメント４Ａの円周方向の両端部を逃し加工部４ｂとしたことにより、図３に示すように、セグメント４Ａが内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａ（１ｂ，２ｂ）に対して斜めになって接触しても、セグメント４Ａの円周方向端が軌道面１ａ，２ａ（１ｂ，２ｂ）にエッジ当たりにならず、軌道面１ａ，２ａ（１ｂ，２ｂ）に存在するグリース等の潤滑剤がセグメント４Ａにより排斥されない。そのため、軸受の潤滑性が良好で、耐久性に優れる。また、変動荷重を受ける条件下で、狭い旋回範囲内で頻繁に揺動しても、保持器摩耗およびフレッティングが生じにくい。

以上の説明のように、この旋回軸受は、構成が簡単で定格荷重が大きく、耐久性に優れ、保持器摩耗およびフレッティングが生じにくいことから、風力発電装置のブレード支持用の旋回軸受２１（図５）またはナセルのヨー支持用の旋回軸受２２（図５）に適する。風力発電装置以外では、油圧ショベル、クレーン等の建設機械、工作機械の回転テーブル、パラボラアンテナ等に適用できる。

上記実施形態では、転動体３を複列としたが、単列であってもよい。また、逃し加工部４ｂの円周方向の端をポケット４ａの円周方向の端と同位置としたが、ポケット４ａの円周方向の中間部から先の部分を逃し加工部４ｂとしてもよい。逃し加工部４ｂがポケット４ａ間の部分にまで及ぶのは、保持器４の強度が低下するので好ましくない。

この発明の実施形態にかかる旋回軸受の断面図である。 （Ａ）は同旋回軸受の保持器および転動体の正面図、（Ｂ）は同保持器のセグメントの正面図、（Ｃ）は同セグメントの平面図である。 内輪および外輪と保持器のセグメントとの位置関係を示す図である。 風力発電装置の一例の一部を切り欠いて表した斜視図である。 同風力発電装置の破断側面図である。 内輪および外輪と保持器のセグメントとの各種位置関係を示す図である。

符号の説明

１…内輪
１ａ，１ｂ…内輪軌道面
２…外輪
２ａ，２ｂ…外輪軌道面
３…転動体
４…保持器
４Ａ…セグメント
４ａ…ポケット
４ｂ…逃がし加工部
２１，２２…旋回軸受

Claims (7)

1. 内輪と、外輪と、これら内外輪の各軌道面間で転動自在な複数の転動体と、各転動体をそれぞれポケット内で保持する保持器とを備え、前記保持器は円周方向に複数のセグメントに分割されたものであり、各セグメントは、前記各軌道面に沿って湾曲した板状で、前記ポケットが円周方向に並んで複数形成され、円周方向の両端部が、板厚方向の角を先細り状に落とした逃し加工部とされていることを特徴とする旋回軸受。
2. 請求項１において、前記逃し加工部は、板厚方向の両方の角が先細り状に落とされている旋回軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記逃し加工部の円周方向の寸法が、前記セグメントの円周方向の端面における前記逃し加工部の落とし量よりも大きい旋回軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記保持器は、前記ポケットの有る円周方向位置で各セグメントに分割され、これらセグメントの前記逃し加工部の円周方向の端が前記ポケットの円周方向の端と同位置である旋回軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記セグメントの円周方向の端面における前記逃し加工部の落とし量は、板厚方向の片面につき、前記セグメントの板厚の１／１０以上である旋回軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、風車のブレードを主軸に対して、主軸軸心に略垂直な軸心回りに旋回自在に支持する旋回軸受。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、風車のナセルを支持台に対して旋回自在に支持する旋回軸受。

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