JP2010101388A - 軸受ハウジングおよび風力発電機の主軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシアル荷重に対して高強度な軸受ハウジングを提供することである。
【解決手段】軸受ハウジング１１は、円弧形状の複数のハウジング要素１１ａ，１１ｂの円周方向端面を互いに当接させて、内部に軸受を保持する空間を形成する。隣接するハウジング要素１１ａ，１１ｂの当接面は、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びるアキシアル荷重支持面１３を含む。こうすることにより、軸受ハウジング１１は、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びるアキシアル荷重支持面１３によって、アキシアル荷重を受けることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受ハウジングおよび風力発電機の主軸支持構造に関し、特に、アキシアル荷重およびラジアル荷重を受ける軸受ハウジングおよび、このような軸受ハウジングを備える風力発電機の主軸支持構造に関するものである。

風力発電機の主軸は、一方端側にブレードが取り付けられ、風を受けて回転する。風力発電機の主軸を支持する軸受を保持する軸受ハウジングは、風を受けるためのブレードの自重等によるラジアル荷重と、風力によるアキシアル荷重とを受ける。

ここで、軸受ハウジングを含む風力発電用主軸支持装置が、特開２００６−１６１６２４号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、軸受ハウジングは、風力発電用主軸支持装置の内部に設置され、風力発電機の主軸を支持する自動調心ころ軸受を内部に保持している。

また、風力発電機は大型であるため、軸受ハウジングも大型である。このような軸受ハウジングを風力発電機の主軸に組み込む場合には、複数の要素に分割すると、容易に組み込むことができる。

図８は、複数の要素から構成される従来の軸受ハウジング１０１の一例を示す図である。図８を参照して、軸受ハウジング１０１は、第１の部材１０１ａと第２の部材１０１ｂとから構成される。第１の部材１０１ａと第２の部材１０１ｂとは、ボルト１０３で締結されている。
特開２００６−１６１６２４号公報（図３）

軸受ハウジング１０１は、第１の部材１０１ａと第２の部材１０１ｂとがアキシアル荷重の作用する方向と平行な当接面１０２のみで当接している。そして、第１の部材１０１ａと第２の部材１０１ｂとは、ボルト１０３を当接面１０２と直交するボルト穴に螺合することにより締結されている。この場合、第１の部材１０１ａに負荷されるアキシアル荷重は、ボルト１０３のみで受けることになる。そうすると、ボルト１０３が早期に変形し、さらには破損する虞がある。

また、このような軸受ハウジングを風力発電機の主軸支持用軸受を保持する軸受ハウジングとして採用すると、風力発電機のメンテナンスを頻繁に行わなければならなくなる。ここで、風力発電機は、一般的に高所に設置され、組立て等には大型のクレーンを使用する必要がある。このような風力発電機において、メンテナンスを頻繁に行うとなると、利便性が低下する虞がある。したがって、なるべくメンテナンス周期を延伸できることが好ましい。

この発明の目的は、アキシアル荷重に対して高強度な軸受ハウジング、および風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る軸受ハウジングは、円弧形状の複数のハウジング要素の円周方向端面を互いに当接させて、内部に軸受を保持する空間を形成する。隣接するハウジング要素の当接面は、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びるアキシアル荷重支持面を含む。

こうすることにより、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びるアキシアル荷重支持面によって、アキシアル荷重を受けることができる。そうすると、アキシアル荷重に対して高強度な軸受ハウジングを得ることができる。

一実施形態として、ハウジング要素は、円弧形状の円周部と、円周部の円周方向端部の外径面から径方向外側に延びる突出部とを有する。当接面は、隣接するハウジング要素の互いに当接する突出部の間に形成される。

好ましくは、隣接するハウジング要素のうちの一方側に形成される突出部は、他方側に向かって延び、その円周部の外径面に当接する突起部をさらに有する。こうすることにより、ハウジング要素が、分割面に沿って径方向にずれるのを防止することができる。

さらに好ましくは、互いに当接する突出部を連通するボルト穴と、ボルト穴に螺合して隣接するハウジング要素を締結するボルトとをさらに備える。こうすることにより、複数のハウジング要素を確実に締結することができる。

さらに好ましくは、アキシアル荷重支持面は、アキシアル荷重の作用する方向と直交する。こうすることにより、アキシアル荷重支持面は、効率的にアキシアル荷重を受けることができる。

さらに好ましくは、ハウジング要素は、軸方向端部の内径面から径方向内側に延びる肩部を含む。こうすることにより、軸受ハウジングの内部に軸受を保持した場合に、軸受が軸受ハウジングから抜け落ちるのを適切に防止することができる。

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、ブレードと共に回転する主軸と、主軸を回転自在に支持する軸受と、軸受を保持する上記のいずれかに記載の軸受ハウジングとを備える。上記した軸受ハウジングを備えるため、アキシアル荷重に対して高強度な風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。

さらに好ましくは、複数のハウジング要素は、風力発電機に直接固定される固定ハウジング要素と、固定ハウジング要素に固定される非固定ハウジング要素とを含む。アキシアル荷重支持面は、非固定ハウジング要素のうちの相対的にブレードの近くに位置する部分と、固定ハウジング要素のうちの相対的にブレードから遠くに位置する部分との間に形成される。こうすることにより、風力発電機において、アキシアル荷重をブレード側から受ける場合、アキシアル荷重支持面によって適切にアキシアル荷重を受けることができる。

この発明によれば、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びるアキシアル荷重支持面によって、アキシアル荷重を受けることができる。そうすると、アキシアル荷重に対して高強度な軸受ハウジングおよび風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る軸受ハウジング１１の一例を示す図である。まず、図１を参照して、軸受ハウジング１１の構成について説明する。

軸受ハウジング１１は、複数のハウジング要素の円周方向端面を互いに当接させて形成される。複数のハウジング要素とは、具体的には、第１の部材１１ａと、第１の部材１１ａに隣接する第２の部材１１ｂとを含む。

図２は、図１に示す第１の部材１１ａを示す図である。図３は、図１に示す第２の部材１１ｂを示す図である。図１〜図３を参照して、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂについて説明する。

第１の部材１１ａは、円弧形状の円周部１６ａと、円周部１６ａの円周方向両端部の外径面から径方向外側に延びる四角形状の突出部１７ａとを有する。第２の部材１１ｂにおいても同様に、円周部１６ｂと、突出部１７ｂとを有する。

円周部１６ａ，１６ｂは、軸方向一方側端部の内径面から径方向内側に延びる肩部１９ａ，１９ｂを含む。そして、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂから軸受ハウジング１１を形成した際に、その内径側に軸受を保持する空間を形成する。

突出部１７ａ，１７ｂは、互いに当接して、その間に当接面を形成する。当接面は、アキシアル荷重の作用する方向と平行な第１の面１２，１４と、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びる第２の面１３とを含む。なお、第２の面１３は、アキシアル荷重を支持するアキシアル荷重支持面として機能する。

この実施形態においては、第１の面１２，１４と第２の面１３とは、互いに直交している。第２の面１３は、第１の面１２と第１の面１４との間に位置する。第１の面１２は、第２の面１３の下端から軸方向一方側に延びている。第１の面１４は、第２の面１３の上端から軸方向他方側に延びている。

第１の部材１１ａの突出部１７ａは、突起部２１ａを有する。突起部２１ａは、円周部１６ａの円周方向端面２０ａよりも、第２の部材１１ｂに向かって延びる形状である。そして、突起部２１ａは、第２の部材１１ｂの円周部１６ｂの外径面に当接して、その間に当接面、ここでは、第３の面１８を形成する。第３の面１８は、第１の面１２，１４および第２の面１３の双方に直交する面である。これにより、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂが、第１の面１２，１４および第２の面１３に沿って径方向にずれるのを防止することができる。

また、突出部１７ａ，１７ｂは、突出部１７ａ，１７ｂを連通する複数のボルト穴１５ａ，１５ｂを有する。ボルト穴１５ａ，１５ｂは、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に設けられている。第１および第２の部材１１ａ，１１ｂは、複数のボルト穴１５ａ，１５ｂにボルト１５を螺合して締結される。これにより、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂを確実に締結することができる。

図４および図５は、図１に示す軸受ハウジング１１を含む風力発電機の主軸支持構造の一例を示す図である。図４および図５を参照して、風力発電機の主軸支持構造の主要な構成について説明する。

風力発電機の主軸支持構造は、ナセル２６と、風を受けるブレード２７とを含む。ナセル２６は、ナセル２６を取り囲むケーシング２８と、主軸２２と、軸受２３と、軸受ハウジング１１と、増速機２４と、発電機２５とを備える。

主軸２２は、一方端側にブレード２７が取り付けられ、風を受けてブレード２７と共に回転する。軸受２３は、主軸２２を回転自在に支持する。軸受ハウジング１１は、その内部に軸受２３を保持する。増速機２４は、主軸２２の回転を増速して発電機２５に伝達する。発電機２５は、増速機２４によって増速された回転から電気を発生させる。

なお、軸受２３および軸受ハウジング１１は、ブレード２７と増速機２４との間に設けられている。

図６は、風力発電機の主軸支持構造に含まれる軸受ハウジング１１を図４の矢印ＶＩの方向から見た図である。すなわち、ブレード２７が図６の左側に位置し、増速機２４が図６の右側に位置する。

図４〜図６を参照して、第２の部材１１ｂは、風力発電機のケーシング２８に直接固定される固定ハウジング要素である。第１の部材１１ａは、第２の部材１１ｂに複数のボルト１５によって締結される非固定ハウジング要素である。

第２の面１３は、第１の部材１１ａと第２の部材１１ｂとの間に形成されている。具体的には、第２の面１３は、第１の部材１１ａのうちの相対的にブレード２７の近くに位置する部分、すなわち、相対的にブレード２７側に位置する部分と、第２の部材１１ｂのうちの相対的にブレード２７から遠くに位置する部分、すなわち、相対的に増速機２４側に位置する部分との間に形成されている。すなわち、第２の面１３の位置においては、第１の部材１１ａがブレード２７側に、第２の部材１１ｂが増速機２４側に位置する。

なお、第１の部材１１ａのうちの相対的にブレード２７側に位置する部分とは、突出部１７ａにおいて、相対的に突出部１７ｂに向かって突出している部分を言う。第２の部材１１ｂにおいても同様に、第２の部材１１ｂのうちの相対的に増速機２４側に位置する部分とは、突出部１７ｂにおいて、相対的に突出部１７ａに向かって突出している部分を言う。

また、肩部１９ａ，１９ｂは、ブレード２７から遠い軸方向端部、すなわち、増速機２４側の軸方向端部に位置する。そして、軸受ハウジング１１の内部に保持した軸受２３の軸方向端面に当接する。

このように第１および第２の部材１１ａ，１１ｂを配置すれば、ブレード２７側からの風によって第１の部材１１ａに負荷されるアキシアル荷重を第２の面１３で適切に支持することができる。その結果、アキシアル荷重に対して高強度な軸受ハウジング１１および風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。

また、肩部１９ａ，１９ｂにより、ブレード２７側からのアキシアル荷重によって、軸受２３が軸受ハウジング１１から抜け落ちるのを適切に防止することができる。

なお、上記の実施の形態においては、軸受ハウジング１１を、アキシアル荷重がブレード２７側から増速機２４側に作用する環境で使用する場合について説明したが、これに限らず、アキシアル荷重が増速機２４側からブレード２７側に作用する環境で使用する場合にも適用できる。具体的には、第２の面１３の位置において、第１の部材１１ａが増速機２４側に、第２の部材１１ｂがブレード２７側に位置するように、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂを配置する。したがって、第２の面１３は、第１の部材１１ａのうちの相対的にブレード２７から遠くに位置する部分、すなわち、相対的に増速機２４側に位置する部分と、第２の部材１１ｂのうちの相対的にブレード２７の近くに位置する部分、すなわち、相対的にブレード２７側に位置する部分との間に形成される。また、この場合、肩部１９ａ，１９ｂは、ブレード２７に近い軸方向端部、すなわち、ブレード２７側の軸方向端部に位置する。これにより、増速機２４側からの風によって第１の部材１１ａに負荷されるアキシアル荷重を第２の面１３で適切に支持することができる。

また、上記の実施の形態においては、アキシアル荷重が一方方向からのみ作用する環境で使用する軸受ハウジング１１について説明したが、これに限らず、アキシアル荷重が両方向から作用する環境で使用する場合には、例えば、図７に示すような軸受ハウジング１１が適している。なお、図７においては、軸受ハウジング１１の各構成要素の機能等は共通するので、同一の構成要素には図６と同一の参照番号を付し、説明は省略する。

図７を参照して、突出部１７ａにおいて、突出部１７ｂとの当接面には、軸方向両端部から突出部１７ｂに向かって突出する一対の第１の凸部３５ａ，３５ｂを備える。また、突出部１７ｂにおいて、突出部１７ａとの当接面には、軸方向中央部から突出部１７ａに向かって突出する第２の凸部３６を備える。第２の凸部３６は、一対の第１の凸部３５ａ，３５ｂの間に嵌まり込む形状である。

突出部１７ａ，１７ｂは、第２の凸部３６が一対の第１の凸部３５ａ，３５ｂの間に嵌まり込むことによって互いに当接し、その間に当接面を形成する。当接面は、第１の面３１，３３，３４と第２の面３０，３２とを含む。

第２の面３０は、第１の凸部３５ａと第２の凸部３６との間に形成されている。第２の面３２は、第１の凸部３５ｂと第２の凸部３６との間に形成されている。

ここで、軸方向一方側から軸方向他方側、すなわち、図７において左側から右側の方向にアキシアル荷重を受ける場合、第２の面３０が、アキシアル荷重を受ける。また、軸方向他方側から軸方向一方側、すなわち、図７において右側から左側の方向にアキシアル荷重を受ける場合、第２の面３２が、アキシアル荷重を受ける。こうすることにより、両方向からのアキシアル荷重を受けることができる。

また、上記の実施の形態においては、第２の面は、アキシアル荷重の作用する方向と直交する例について説明したが、これに限らず、第２の面が、アキシアル荷重の作用する方向に、鋭角や鈍角の角度で交差してもよい。ただし、効率的にアキシアル荷重を受けるには、第２の面が、アキシアル荷重の作用する方向と直交することが好ましい。

また、上記の実施の形態においては、第１の面は、アキシアル荷重の作用する方向と平行である例について説明したが、これに限らず、アキシアル荷重の作用する方向と厳密に平行でなくてもよい。例えば、アキシアル荷重の作用する方向から少し傾斜していてもよい。

また、上記の実施の形態においては、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂをボルト１５で締結される例について説明したが、これに限らず、当接面が入り組んだ形状であって、第１および第２の部材１１ａ，１１ｂの締結の強度が十分な場合には、ボルト１５で締結しなくてもよい。

また、上記の実施の形態においては、軸受ハウジング１１は、突出部１７ａ，１７ｂを有する構成の例について説明したが、これに限らず、円周部１６ａ，１６ｂの円周方向両端面が、第１の面、第２の面および第３の面を備える構成とすることにより、突出部１７ａ，１７ｂを有さなくてもよい。

また、上記の実施の形態においては、軸受ハウジング１１は、風力発電機の主軸支持構造に採用される例について説明したが、これに限らず、他の回転軸を支持する軸受を保持することによって、他の機器に採用されてもよい。

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。

この発明の軸受ハウジングは、風力発電機の主軸支持構造に有効に利用される。また、この発明の風力発電機の主軸支持構造は、アキシアル荷重に対して高強度なものが要求される場合に有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る軸受ハウジングの一例を示す図である。 図１に示す第１の部材を示す図である。 図１に示す第２の部材を示す図である。 図１に示す軸受ハウジングを含む風力発電機の主軸支持構造の一例を示す図である。 図４に示す風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。 風力発電機の主軸支持構造に含まれる軸受ハウジングを図４の矢印ＶＩの方向から見た図である。 この発明の他の実施形態に係る軸受ハウジングの一例を示す図である。 従来の軸受ハウジングの一例を示す図である。

符号の説明

１１ 軸受ハウジング、１１ａ 第１の部材、１１ｂ 第２の部材、１２，１４，３１，３４，３３ 第１の面、１３，３０，３２ 第２の面、１５ ボルト、１５ａ，１５ｂ ボルト穴、１６ａ，１６ｂ 円周部、１７ａ，１７ｂ 突出部、１８ 第３の面、１９ａ，１９ｂ 肩部、２０ａ 端面、２１ａ 突起部、２２ 主軸、２３ 軸受、２４ 増速機、２５ 発電機、２６ ナセル、２７ ブレード、２８ ケーシング、３５ａ，３５ｂ 第１の凸部、３６ 第２の凸部。

Claims (8)

1. 円弧形状の複数のハウジング要素の円周方向端面を互いに当接させて、内部に軸受を保持する空間を形成した軸受ハウジングであって、
   隣接する前記ハウジング要素の当接面は、アキシアル荷重の作用する方向と交差する方向に延びるアキシアル荷重支持面を含む、軸受ハウジング。
2. 前記ハウジング要素は、円弧形状の円周部と、前記円周部の円周方向端部の外径面から径方向外側に延びる突出部とを有し、
   前記当接面は、隣接する前記ハウジング要素の互いに当接する前記突出部の間に形成される、請求項１に記載の軸受ハウジング。
3. 隣接する前記ハウジング要素のうちの一方側に形成される前記突出部は、他方側に向かって延び、その前記円周部の外径面に当接する突起部をさらに有する、請求項２に記載の軸受ハウジング。
4. 互いに当接する前記突出部を連通するボルト穴と、
   前記ボルト穴に螺合して隣接する前記ハウジング要素を締結するボルトとをさらに備える、請求項２または３に記載の軸受ハウジング。
5. 前記アキシアル荷重支持面は、アキシアル荷重の作用する方向と直交する、請求項１〜４のいずれかに記載の軸受ハウジング。
6. 前記ハウジング要素は、軸方向端部の内径面から径方向内側に延びる肩部を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の軸受ハウジング。
7. 風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、前記ブレードと共に回転する主軸と、
   前記主軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を保持する請求項１〜６のいずれかに記載の軸受ハウジングとを備える、風力発電機の主軸支持構造。
8. 前記複数のハウジング要素は、風力発電機に直接固定される固定ハウジング要素と、前記固定ハウジング要素に固定される非固定ハウジング要素とを含み、
   前記アキシアル荷重支持面は、前記非固定ハウジング要素のうちの相対的に前記ブレードの近くに位置する部分と、前記固定ハウジング要素のうちの相対的に前記ブレードから遠くに位置する部分との間に形成される、請求項７に記載の風力発電機の主軸支持構造。

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