JP2011190844A - 軸受のスミアリング損傷防止装置および軸受のスミアリング損傷防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の寿命または軸受使用機器の効率が改善された軸受のスミアリング損傷防止装置および軸受のスミアリング損傷防止方法を提供する。
【解決手段】軸受のスミアリング損傷防止装置は、軸受の保持器の実際の回転速度Ｎｃを計測する保持器回転速度計測部２０６と、回転軸の回転速度Ｎｓに基づいて保持器の理論回転速度Ｎｔｃを算出する保持器理論回転速度算出部２０４と、理論回転速度Ｎｔｃに対して保持器の実際の回転速度Ｎｃの遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、軸受のスミアリングの発生が軽減するように回転軸の運転状態を変更する回転制御部２１０とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、軸受のスミアリング損傷防止装置および軸受のスミアリング損傷防止方法に関し、特に、転動体を含む軸受のスミアリング損傷を防止する技術に関する。

産業機械等に使用される軸受を高速・軽荷重の条件下で運転すると、円筒ころと内輪軌道面との間で相対的な滑り（スキッディング：ｓｋｉｄｄｉｎｇ）が生じ、その結果、内輪軌道面やころ転動面にスミアリング（ｓｍｅａｒｉｎｇ）と呼ばれる損傷が発生する場合がある。スミアリングは、内輪軌道面やころ転動面に微小な溶着跡による荒れが生じることである。スミアリングの原因は、転動体の転がり運動中に滑りが生じており、これに対して潤滑剤の性能が不足していることである。

そこで、スミアリング損傷を防止するべく、滑りを発生させないように、運転条件、軸受寿命等を考慮し、円筒ころ軸受にラジアル方向の予圧を与えることが行われている。

特開２００１−１４０８７７号公報（特許文献１）には、外輪の軌道面を楕円形状に形成したり、三角形状に形成したりすることで、円筒ころ軸受のラジアルすきまを部分的に負に設定したものが開示されている。このように、ラジアルすきまを負に設定した部分を設けると、その部分を円筒ころが通過することで予圧が与えられ、これにより、スキッディングが防止されるので、スミアリング損傷を防止することができる。

また、特開２００９−９２１５５号公報（特許文献２）には、軸とハウジングとの間に円筒ころ軸受を組み込む軸支持装置において、予圧の調整を外輪とハウジングの間で行なうことが開示されている。この軸支持装置では、ハウジングの内径面と軸受の外輪の外径面に互いに向き合う凹部を形成し、その凹部間に予圧調整部品を介在させて、ハウジングと外輪との間のラジアルすきまを負にしているので、スキッディングが防止される結果、スミアリング損傷を防止することができる。

特開２００１−１４０８７７号公報 特開２００９−９２１５５号公報

しかしながら、特開２００１−１４０８７７号公報および特開２００９−９２１５５号公報に開示されるスミアリング損傷対策方法は、いずれも軸受に部分的な予圧を付加するものであるため、予圧が付加されている部分の寿命低下をもたらす。

さらに、例えば、風力発電機の増速機等では、軸受荷重の増減があって大部分の運転条件では軸受に十分な荷重が付加されており、スキッディングが生じるのはごく限られた運転条件に過ぎない。このような機械で不要な予圧荷重を軸受に与えることは、大部分の運転条件において機械の運転効率を落としてしまう。

この発明の目的は、従来技術のような予圧を常時付与するスミアリング対策方法を適用しないで、軸受の寿命または軸受使用機器の効率が改善された軸受のスミアリング損傷防止装置および軸受のスミアリング損傷防止方法を提供することである。

この発明は、要約すると、軸受のスミアリング損傷防止装置であって、軸受の保持器の実際の回転速度を計測する計測部と、回転軸の回転速度に基づいて保持器の理論回転速度を算出する算出部と、理論回転速度に対して保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、軸受のスミアリングの発生が軽減するように回転軸の運転状態を変更する運転制御部とを備える。

好ましくは、運転制御部は、理論回転速度に対して保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、回転軸の回転抵抗が増大するように軸受が使用される機器を制御する。

より好ましくは、機器は、風力発電装置であり、軸受は、風力発電装置の増速機に使用される。運転制御部は、回転抵抗を増大させるために、発電機の発電電力を増加させる。

より好ましくは、機器は、風力発電装置であり、軸受は、風力発電装置の増速機に使用される。増速機は、入力軸と、出力軸と、入力軸の回転を出力軸に伝達する歯車機構とを含む。運転制御部は、回転抵抗を増大させるために、出力軸にブレーキをかける。

好ましくは、運転制御部は、理論回転速度に対して保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、回転軸の回転が停止するように軸受が使用される機器を制御する。

より好ましくは、機器は、風力発電装置であり、軸受は、風力発電装置の増速機に使用される。運転制御部は、風力発電装置の風車の回転を停止させる。

好ましくは、計測部は、軸受を使用する機器の振動を検出するための加速度センサと、加速度センサによって得られた振動信号の周波数分析を行なう周波数分析部とを含む。

好ましくは、計測部は、軸受に設置され保持器の実際の回転速度を検出するための近接センサ、光学式センサ、磁気センサのいずれかを含む。

この発明は、他の局面では、軸受のスミアリング損傷防止方法であって、軸受の保持器の実際の回転速度を計測するステップと、回転軸の回転速度に基づいて保持器の理論回転速度を算出するステップと、理論回転速度に対して保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、軸受のスミアリングの発生が軽減するように回転軸の運転状態を変更するステップとを備える。

好ましくは、運転状態を変更するステップは、理論回転速度に対して保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、回転軸の回転抵抗が増大するように軸受が使用される機器を制御する。

より好ましくは、機器は、風力発電装置であり、軸受は、風力発電装置の増速機に使用される。運転状態を変更するステップは、回転抵抗を増大させるために、発電機の発電電力を増加させる。

より好ましくは、機器は、風力発電装置であり、軸受は、風力発電装置の増速機に使用される。増速機は、入力軸と、出力軸と、入力軸の回転を出力軸に伝達する歯車機構とを含む。運転状態を変更するステップは、回転抵抗を増大させるために、出力軸にブレーキをかける。

好ましくは、運転状態を変更するステップは、理論回転速度に対して保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、回転軸の回転が停止するように軸受が使用される機器を制御する。

より好ましくは、機器は、風力発電装置であり、軸受は、風力発電装置の増速機に使用される。運転状態を変更するステップは、風力発電装置の風車の回転を停止させる。

本発明によれば、スミアリング損傷が発生し易い状態を検出し、この検出を利用してスミアリング損傷発生防止の方法を適用するため、軸受の寿命が延び、または軸受使用機器の効率が改善される。

本実施の形態の軸受のスミアリング損傷防止装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。 図１の風力発電装置のナセル部分を拡大して示した図である。 図２の増速機４０の概略構成を示した断面図である。 図１のナセル内部の制御装置の構成を示したブロック図である。 近接センサや光学式センサ等を使用する場合の回転速度の検出例を説明するための図である。 振動センサを使用して保持器の実際の回転速度を求める場合の例を示した図である。 軸受に与えられる荷重について説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態の軸受のスミアリング損傷防止装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。

図１を参照して、風力発電装置１０のタワー１００の上端部には、ナセル９０とロータヘッド２０が設けられている。そして、ロータヘッド２０には風力発電装置１０の図示しない主軸の先端部分が接続されている。主軸はナセル９０内部で支持され、図示しない増速機へと接続されている。また、ロータヘッド２０には複数のブレード３０が取り付けられている。

風力発電装置１０は、風力の強さに応じてブレード３０の風の方向に対する角度（以下、ピッチとする）を変化させることによって、適度な回転を得ている。また、風車の起動・停止を行なう場合にも同様に、ブレードピッチが制御される。このようにすることによって、風から得ることのできるエネルギーの量を調整することができる。強風時などでは、風車の回転を抑制するためにブレードの風受け面（翼面、羽面ともいう）を風の方向と平行にする。

図２は、図１の風力発電装置のナセル部分を拡大して示した図である。
図２を参照して、風力発電装置１０は、主軸２２と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸用軸受６０と、制御装置８０とを備える。増速機４０、発電機５０、主軸用軸受６０および制御装置８０は、ナセル９０に格納され、ナセル９０は、タワー１００によって支持される。制御装置８０は、後に図４で説明するように、風力発電装置１０がスミアリング損傷が発生しやすい状況となっていることを検出し、損傷を防止するように風力発電装置１０を制御する。

主軸２２は、ナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、主軸用軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２２は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸２２の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２２に伝達する。

主軸用軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２２を回転自在に支持する。主軸用軸受６０は、転がり軸受によって構成され、たとえば、自動調心ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。

増速機４０は、主軸２２と発電機５０との間に設けられ、主軸２２の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。

なお、後に図３で説明するように、この増速機４０内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。

発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。

ブレードピッチ可変機構は、ロータヘッド側に取り付けられたブレードピッチ変更用モータ２４と、モータ２４の回転軸に嵌合されたピニオンギヤによって回転されるリングギヤ２６とを含む。リングギヤ２６はブレード３０に固定された状態に取り付けられている。

ブレードピッチ可変機構は、複数のブレード３０を揺動（回動）させ、ブレード３０のピッチを変更（調整）する。ここで、この複数のブレード３０の基端部には、ブレード用軸受１２０が設けられており、ブレード３０はブレード用軸受１２０によってそれぞれ支持され、ブレード用軸受１２０の回転軸を中心として回転する。

発電機５０に負荷がかかっている場合には、風の方向とブレード３０の風受け面とがなす角度が角度θ（≠０）となるようにブレード３０のピッチが設定される。すると、ブレード３０の風受け面は、風からのエネルギーを受ける。そして複数のブレード３０は、ロータヘッド２０に接続された主軸２２を軸とし、ロータヘッド２０と共にナセル９０に対して回転する。この回転軸の回転は発電機へと伝達され、発電が行われる。

また強風時などには、風の方向とブレード３０の風受け面とが平行となるようにブレード３０のピッチが変更される。このように、風の方向とブレード３０のピッチとが平行となる状態（フェザリング）では、ブレード３０の風受け面は風からエネルギーをほとんど受けなくなる。このようにすることによって、ブレード３０およびロータヘッド２０の回転速度の異常上昇による風力発電装置１０の破損を防止することができる。

上記以外でも、風力発電装置１０には、発電しない状態で風力発電機のロータヘッド２０が回る状態がある。発電機によって発電するほどの風は吹いていないが、風車の回転は維持できる程度の風が吹いているときに、風車の回転を完全に止めてしまうと、発電を再開する場合に効率が悪い。風車を静止させると、風車の回転を始動する際により強い風が必要であったり、電気エネルギーを使って風車に始動トルクを与える必要があったりするので効率が悪くなるからである。

このように、風力発電装置１０では、各軸受に作用する荷重が増減する。特に、発電機を無負荷にして風車を回転させる場合、増速機に大きなトルクが作用しないため軸受に作用するラジアル方向の荷重が小さくなり、特に高速で回転する出力軸に用いられる軸受にスミアリング損傷が発生し易い。スミアリング損傷は、転動体が軌道輪の軌道面上を円滑に転がらず滑ることにより転動体と軌道面間の油膜破断を生じて発生する微小焼付きである。

図３は、図２の増速機４０の概略構成を示した断面図である。
図３を参照して、増速機４０は、主軸２２に接続された（図２参照）入力軸９１と、入力軸９１から径方向に延びる腕部を介して入力軸９１に接続され、軸方向に突出する遊星キャリア９２と、遊星キャリア９２の外周面を取り囲むように配置され、外周面にギヤ部９３Ａが形成された遊星ギヤ９３とを含む。

増速機４０は、さらに、遊星ギヤ９３のギヤ部９３Ａに常時噛み合うギヤ部１０２Ａが内周面に形成された外輪ギヤ１０２を含む。外輪ギヤ１０２は、ハウジング９９に固定されている。

増速機４０は、さらに、遊星ギヤ９３のギヤ部９３Ａに常時噛み合うギヤ部９４Ａが外周面に形成された低速シャフト９４と、円環状の形状を有し、低速シャフト９４の外周面に固定され、外周面にギヤ部９５Ａが形成された低速ギヤ９５とを含む。

増速機４０は、さらに、低速ギヤ９５のギヤ部９５Ａに常時噛み合うギヤ部９６Ａが外周面に形成された中速シャフト９６と、円環状の形状を有し、中速シャフト９６の外周面に固定され、外周面にギヤ部９７Ａが形成された中速ギヤ９７と、中速ギヤ９７のギヤ部９７Ａに常時噛み合うギヤ部９８Ａが外周面に形成された高速シャフト９８とを含む。

入力軸９１および遊星キャリア９２は、外周面に対向するように配置されたハウジング９９に対して、ころ軸受１０３により回転自在に支持されている。また、遊星キャリア９２の支持軸と遊星ギヤ９３との間には、２つのころ軸受１０３が軸方向に並べて配置されており、遊星キャリア９２と遊星ギヤ９３とは互いに相対的に回転可能となっている。さらに、低速シャフト９４、中速シャフト９６および高速シャフト９８は、ハウジング９９に対して、各一対のころ軸受１０３により回転自在に支持されている。

次に、増速機４０の動作について説明する。図２の風力発電装置１０のブレード３０が風を受けてロータヘッド２０が回転すると、主軸２２が回転する。入力軸９１は、この主軸２２に接続されている。入力軸９１が回転すると、低速シャフト９４と、低速シャフト９４を取り囲むように配置された外輪ギヤ１０２との間の空間を、遊星キャリア９２が回転する。

そして、この遊星キャリア９２の運動に伴い、遊星ギヤ９３のギヤ部９３Ａが外輪ギヤ１０２のギヤ部１０２Ａおよび低速シャフト９４のギヤ部９４Ａの両方に噛み合いつつ、遊星ギヤ９３が低速シャフト９４のまわりを自転しつつ公転する。その結果、外輪ギヤ１０２のギヤ部１０２Ａの歯数と低速シャフト９４のギヤ部９４Ａの歯数との関係に応じて、低速シャフト９４が軸まわりに回転する。

低速シャフト９４が回転すると、低速ギヤ９５が低速シャフト９４と一体に回転し、これに伴い、低速ギヤ９５のギヤ部９５Ａと噛み合うギヤ部９６Ａを有する中速シャフト９６が回転する。このとき、中速シャフト９６のギヤ部９６Ａの歯数に対する低速ギヤ９５のギヤ部９５Ａの歯数の比に応じた増速比で、低速シャフト９４の回転が増速されて、中速シャフト９６に伝達される。

さらに、中速シャフト９６が回転すると、中速ギヤ９７が中速シャフト９６と一体に回転し、これに伴い、中速ギヤ９７のギヤ部９７Ａと噛み合うギヤ部９８Ａを有する高速シャフト９８が回転する。このとき、高速シャフト９８のギヤ部９８Ａの歯数に対する中速ギヤ９７のギヤ部９７Ａの歯数の比に応じた増速比で、中速シャフト９６の回転が増速されて、高速シャフト９８に伝達される。

以上の説明のように、主軸２２の回転は増速機４０において増速され、高速シャフト９８に接続された出力軸の回転として出力される。

図４は、図１のナセル内部の制御装置の構成を示したブロック図である。
図４を参照して、制御装置８０は、回転軸回転速度検出部２０２と、保持器理論回転速度算出部２０４と、保持器回転速度計測部２０６と、回転速度遅れ検出部２０８と、回転制御部２１０とを含む。

回転軸回転速度検出部２０２は、図３の増速機４０の入力軸９１または高速シャフト９８につながる出力軸の回転速度を検出し、対応する軸受の回転速度Ｎｓを算出する。回転軸回転速度検出部２０２は、公知の回転速度センサ（エンコーダ、近接センサ、光センサ、レゾルバ等）を使用して増速機４０の入力軸９１または高速シャフト９８につながる出力軸の回転速度を検出し、これに所定のギヤ比を掛けることで実現することができる。

保持器理論回転速度算出部２０４は、検出された回転軸の回転速度に基づいて、軸受の保持器の理論回転速度を算出する。軸受の保持器は、転動体が互いに所定の間隔を保ちつつ、外輪と内輪との間から脱落しないように、複数の転動体を保持する。回転軸および内輪が回転運動を行なうと、複数の転動体が公転運動を行なう。公転運動を行なう複数の転動体とともに、保持器も回転運動を行なう。

たとえば、単純な場合には、保持器の理論回転速度Ｎｔｃは、以下の式（１）で表わされる。
Ｎｔｃ＝（Ｎｓ／２）×（１−（ｄｗ／Ｄｐ）） ・・・（１）
ただし、Ｎｓは回転軸の回転速度（内輪の回転速度）、Ｄｐは転動体のピッチ円直径（円周上に配置された転動体の中心線が描く円の直径）、ｄｗは転動体の直径である。

したがって、保持器理論回転速度算出部２０４は、たとえば式（１）に基づいて保持器の理論回転速度Ｎｔｃを算出する。なお、転動体のピッチ円直径や転動体の直径は固定値であるので、回転速度Ｎｓに対応する保持器の理論回転速度Ｎｔｃをマップとして予め用意しておいてこのマップを参照しても良い。

また、保持器回転速度計測部２０６は、軸受の保持器の実際の回転速度（転動体の公転速度）を計測する。軸受の保持器の回転速度を検出する方法は、たとえば、保持器の幅面の一箇所〜数箇所に突起を設け、この突起を近接センサで検知してカウントすることによる方法や、レーザー等光学式のセンサで保持器幅面に設けた反射板を検出する方法などを用いることができる。なお、磁界の変化を検出するホール素子センサを用いて転動体の通過を検出しても良い。これらの場合、機械中に使用される複数個の軸受それぞれについてセンサの設置が必要となる。

図５は、近接センサや光学式センサ等を使用する場合の回転速度の検出例を説明するための図である。

図５を参照して、増速機中にある２つの軸受１０３Ａ，１０３Ｂについて滑りを検出する場合を説明する。図５では、軸受１０３Ａの保持器の回転速度ＮｃＡ検出用にセンサ２０６Ａが設けられ、軸受１０３Ａの回転軸の回転速度ＮｓＡ検出用にセンサ２０２Ａが設けられる。

また、軸受１０３Ｂの保持器の回転速度ＮｃＢ検出用にセンサ２０６Ｂが設けられ、軸受１０３Ｂの回転軸の回転速度ＮｓＢ検出用にセンサ２０２Ｂが設けられる。

その他の方法として、軸受を内蔵する機械の内部または外部に加速度センサを設置し、軸受から発生する振動を検出する方法がある。増速機のように軸受が多く内蔵されている場合には、センサの数が多くなってしまう。そこで、好ましくは、加速度センサなどの振動センサを用いてセンサの数を減らしても良い。

図６は、振動センサを使用して保持器の実際の回転速度を求める場合の例を示した図である。

図６を参照して、保持器回転速度計測部２０６は、振動センサ３０２と、フィルタ部３０４と、周波数分析部３０６とを含む。振動センサ３０２は、たとえば加速度センサを用いることができる。フィルタ部３０４は、計測対象とする周波数以外のノイズ成分を除去する。周波数分析部３０６は、高速フーリエ変換によって周波数スペクトルを得てピーク周波数の位置から２つの軸受１０３Ａ，１０３Ｂの保持器回転速度ＮｃＡ，ＮｃＢをそれぞれ計測する。

軸受から発生する振動には保持器の回転速度に起因する振動も含まれるため、加速度センサで振動を計測して周波数分析を行なうことにより保持器の回転速度を知ることが出来る。

加速度センサは各軸受から発生している互いに異なった振動周波数を同時に検出可能である。この方法であれば、複数個の軸受の保持器の回転数を１個乃至少数の加速度センサで検出することが可能となる。

再び、図４を参照して、理論回転速度Ｎｔｃと実回転速度Ｎｃとが得られると、これらを受けて回転速度遅れ検出部２０８が保持器の回転の遅れを検出する。たとえば、下式（２）によって、保持器すべり率Ｃｓを求めてすべりの指標とすることができる。
Ｃｓ＝（１−（Ｎｃ／Ｎｔｃ））×１００ （％） ・・・（２）
なお、すべりの指標は式（２）に限られるものではなく、Ｎｃ／ＮｔｃやＮｔｃ−Ｎｃなど種々の値であってもよい。そして、回転制御部２１０が回転速度遅れ検出部２０８の検出結果を受けて、これを所定の判断基準と比較する。このとき判断基準と比較してすべりが大きい場合には、軸受にスミアリング損傷が発生しにくくなるように、回転制御部２１０が回転軸を制御する。たとえば、回転制御部２１０は、発電機５０の負荷を増加させたり、ブレーキ５５を作動させたりして、回転軸の回転抵抗を増加させる。

すなわち、スミアリング損傷が発生する状況では、転動体が滑りを起こしているため、保持器の回転数が、回転軸の回転速度と軸受の内部設計情報とから算出できる理論回転数より遅くなる。このため、軸受使用機械中に使用されている軸受の保持器回転数をセンサで検出して理論回転速度と比較することにより、スミアリング損傷が発生し易い状態を検出することが出来る。

そして、損傷を防止するために、上記のセンサにて軸受保持器の回転速度を監視し、実回転速度が理論回転速度に対して遅くなった場合、風力発電機の駆動系統にブレーキを作用させる等（増速機と発電機の間に設けられているブレーキを作動させる等）、軸受に荷重を与えるための制御を風力発電機に実施する。

図７は、軸受に与えられる荷重について説明するための図である。
図７は、図４のギヤの一部の回転を示している。中速シャフト９６とギヤ９７とが一体的に矢印Ｖ１に示す向きに回転しており、高速シャフト９８とギヤ部９８Ａが一体的に矢印Ｖ２に示す向きに回転しているとする。中速シャフト９６は軸受１０３によってハウジングに回転可能に支持されている。発電機を無負荷状態にして運転している場合、ギヤ９７とギヤ部９８Ａとの間に働く力は小さいので、軸受にはラジアル方向の力Ｆ２はほとんど働かない。したがって、軸受の転動体がすべりを発生しやすい条件、つまりスミアリング損傷が発生しやすい条件となっている。

ここで、ブレーキ５５によって高速シャフト９８にブレーキをかけたり、発電機によって負荷を増大させたりすると、ギヤ部９８Ａはギヤ９７に対して回転を停止させる方向に力Ｆ１を及ぼす。この力Ｆ１によって、中速シャフト９６にもラジアル方向の力Ｆ２が働くので、軸受１０３の転動体にも荷重がかかる。

これにより、予圧を与えておかなくても滑りを防止することができ、軸受のスミアリング損傷を予防することができる。また常時予圧を与える方法よりも通常時（発電時）の回転損失が少ないので、発電機の効率を下げずにスミアリング損傷の予防が可能になる。

また、回転抵抗を増加させる方法に代えて、回転制御部２１０が風力発電機を停止させることで軸受のスミアリング損傷を防止するようにしても良い。回転軸の回転が停止すれば転動体や回転軸が静止するので、軸受にスミアリング損傷が発生することもない。この場合には、好ましくは、図２のモータ２４を用いてブレード３０を風の方向と平行にして、風による回転力が発生しないように風力発電機を制御してもよい。

なお、本実施の形態では、軸受が使用される機器が風力発電装置である例について説明したが、軸受が使用される機器であれば他の機器にも本実施の形態を適用することができる。たとえば、回転軸がある産業機器や車両などにも適用することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、近接センサ、光学式センサ、加速度センサ等を用いることにより、スミアリング損傷が発生し易い状態を検出することができる。また、スミアリング損傷が発生し易い状態を検出することで、例えば風力発電機等、軸受を使用している機器を制御して軸受のスミアリング損傷を防止することが出来る。

最後に、本実施の形態について、再び図面を参照して総括する。図４を参照して、軸受のスミアリング損傷防止装置は、軸受の保持器の実際の回転速度Ｎｃを計測する保持器回転速度計測部２０６と、回転軸の回転速度Ｎｓに基づいて保持器の理論回転速度Ｎｔｃを算出する保持器理論回転速度算出部２０４と、理論回転速度Ｎｔｃに対して保持器の実際の回転速度Ｎｃの遅れ（たとえばすべり率Ｃｓ）が所定の判断基準（たとえば、Ｙパーセントなど）よりも大きくなった場合に、軸受のスミアリングの発生が軽減するように回転軸の運転状態を変更する回転制御部２１０とを備える。

好ましくは、回転制御部２１０は、理論回転速度Ｎｔｃに対して保持器の実際の回転速度Ｎｃの遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、回転軸の回転抵抗が増大するように軸受が使用される機器を制御する。

より好ましくは、機器は、図２の風力発電装置１０であり、軸受は、風力発電装置の増速機４０に使用される。回転制御部２１０は、回転抵抗を増大させるために、発電機５０の発電電力を増加させる。

より好ましくは、機器は、図２の風力発電装置１０であり、軸受は、風力発電装置の増速機４０に使用される。図３に示すように、増速機４０は、入力軸９１と、高速シャフト９８と、入力軸９１の回転を高速シャフト９８に伝達する歯車機構とを含む。回転制御部２１０は、図７に示すように、回転抵抗を増大させるために、高速シャフト９８につながる出力軸にブレーキ５５をかける。

好ましくは、回転制御部２１０は、理論回転速度Ｎｔｃに対して保持器の実際の回転速度Ｎｃの遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、回転軸の回転が停止するように軸受が使用される機器を制御する。

より好ましくは、機器は、風力発電装置１０であり、軸受は、風力発電装置１０の増速機４０に使用される。回転制御部２１０は、風力発電装置１０の風車の回転を停止させる。

好ましくは、保持器回転速度計測部２０６は、図６に示すように、軸受を使用する機器の振動を検出するための加速度センサ（振動センサ３０２）と、加速度センサによって得られた振動信号の周波数分析を行なう周波数分析部３０６とを含む。

好ましくは、保持器回転速度計測部２０６は、図５に示すように、軸受に設置され保持器の実際の回転速度Ｎｃを検出するための近接センサ、光学式センサ、磁気センサのいずれかのセンサ２０６Ａ，２０６Ｂを含む。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 風力発電装置、２０ ロータヘッド、２２ 主軸、２４ ブレードピッチ変更用モータ、２６ リングギヤ、３０ ブレード、４０ 増速機、５０ 発電機、５５ ブレーキ、６０ 主軸用軸受、８０ 制御装置、９０ ナセル、９１ 入力軸、９２ 遊星キャリア、９３ 遊星ギヤ、９３Ａ，９４Ａ，９５Ａ，９６Ａ，９７Ａ，９８Ａ，１０２Ａ ギヤ部、９４ 低速シャフト、９５ 低速ギヤ、９６ 中速シャフト、９７ 中速ギヤ、９８ 高速シャフト、９９ ハウジング、１００ タワー、１０２ 外輪ギヤ、１０３ ころ軸受、１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ａ，１０３Ｂ 軸受、１２０ ブレード用軸受、２０２ 回転軸回転速度検出部、２０２Ａ，２０２Ｂ，２０６Ａ，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｂ センサ、２０４ 保持器理論回転速度算出部、２０６ 保持器回転速度計測部、２０８ 回転速度遅れ検出部、２１０ 回転制御部、３０２ 振動センサ、３０４ フィルタ部、３０６ 周波数分析部。

Claims (14)

1. 軸受の保持器の実際の回転速度を計測する計測部と、
   回転軸の回転速度に基づいて前記保持器の理論回転速度を算出する算出部と、
   前記理論回転速度に対して前記保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、前記軸受のスミアリングの発生が軽減するように前記回転軸の運転状態を変更する運転制御部とを備える、軸受のスミアリング損傷防止装置。
2. 前記運転制御部は、前記理論回転速度に対して前記保持器の実際の回転速度の遅れが前記所定の判断基準よりも大きくなった場合に、前記回転軸の回転抵抗が増大するように前記軸受が使用される機器を制御する、請求項１に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
3. 前記機器は、風力発電装置であり、
   前記軸受は、前記風力発電装置の増速機に使用され、
   前記運転制御部は、前記回転抵抗を増大させるために、発電機の発電電力を増加させる、請求項２に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
4. 前記機器は、風力発電装置であり、
   前記軸受は、前記風力発電装置の増速機に使用され、
   前記増速機は、
   入力軸と、
   出力軸と、
   前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する歯車機構とを含み、
   前記運転制御部は、前記回転抵抗を増大させるために、前記出力軸にブレーキをかける、請求項２に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
5. 前記運転制御部は、前記理論回転速度に対して前記保持器の実際の回転速度の遅れが前記所定の判断基準よりも大きくなった場合に、前記回転軸の回転が停止するように前記軸受が使用される機器を制御する、請求項１に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
6. 前記機器は、風力発電装置であり、
   前記軸受は、前記風力発電装置の増速機に使用され、
   前記運転制御部は、前記風力発電装置の風車の回転を停止させる、請求項５に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
7. 前記計測部は、
   前記軸受を使用する機器の振動を検出するための加速度センサと、
   前記加速度センサによって得られた振動信号の周波数分析を行なう周波数分析部とを含む、請求項１に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
8. 前記計測部は、
   前記軸受に設置され前記保持器の実際の回転速度を検出するための近接センサ、光学式センサ、磁気センサのいずれかを含む、請求項１に記載の軸受のスミアリング損傷防止装置。
9. 軸受の保持器の実際の回転速度を計測するステップと、
   回転軸の回転速度に基づいて前記保持器の理論回転速度を算出するステップと、
   前記理論回転速度に対して前記保持器の実際の回転速度の遅れが所定の判断基準よりも大きくなった場合に、前記軸受のスミアリングの発生が軽減するように前記回転軸の運転状態を変更するステップとを備える、軸受のスミアリング損傷防止方法。
10. 前記運転状態を変更するステップは、前記理論回転速度に対して前記保持器の実際の回転速度の遅れが前記所定の判断基準よりも大きくなった場合に、前記回転軸の回転抵抗が増大するように前記軸受が使用される機器を制御する、請求項９に記載の軸受のスミアリング損傷防止方法。
11. 前記機器は、風力発電装置であり、
    前記軸受は、前記風力発電装置の増速機に使用され、
    前記運転状態を変更するステップは、前記回転抵抗を増大させるために、発電機の発電電力を増加させる、請求項１０に記載の軸受のスミアリング損傷防止方法。
12. 前記機器は、風力発電装置であり、
    前記軸受は、前記風力発電装置の増速機に使用され、
    前記増速機は、
    入力軸と、
    出力軸と、
    前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する歯車機構とを含み、
    前記運転状態を変更するステップは、前記回転抵抗を増大させるために、前記出力軸にブレーキをかける、請求項１０に記載の軸受のスミアリング損傷防止方法。
13. 前記運転状態を変更するステップは、前記理論回転速度に対して前記保持器の実際の回転速度の遅れが前記所定の判断基準よりも大きくなった場合に、前記回転軸の回転が停止するように前記軸受が使用される機器を制御する、請求項９に記載の軸受のスミアリング損傷防止方法。
14. 前記機器は、風力発電装置であり、
    前記軸受は、前記風力発電装置の増速機に使用され、
    前記運転状態を変更するステップは、前記風力発電装置の風車の回転を停止させる、請求項１３に記載の軸受のスミアリング損傷防止方法。

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