JP2012505342A

JP2012505342A - 風車のローター

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Publication number: JP2012505342A
Application number: JP2011530552A
Authority: JP
Inventors: ヘイデン，ポール，トレヴァー; ホワィレイ，デビット，アンソニー
Original assignee: ブレードダイナミクスリミテッド
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2012-03-01
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Abstract

ハブと複数枚の風車翼とを備えた風車のローターにおいて、前記ハブは複数の風車翼組付位置を有し、各々の前記風車翼組付位置には前記風車翼が装着される一対の互いに離隔したリング形のベアリングが備えられ、各々の前記風車翼は当該風車翼の全長の大部分に亘って延在し当該風車翼の近位側の端部から突出する主桁を備え、該主桁の突出部分が前記一対の互いに離隔したリング形のベアリングの中に嵌合されそれらベアリングに回動可能に支持されて該主桁が前記ハブに連結されている。
【選択図】図４

Description

本発明は風車のハブに関する。

現在の大型の水平軸風車は、そのタワーヘッドの重量（これにはローターの重量、ナセルの重量、それに動力伝達機構の重量が含まれる）が１２０〜２００トンに及んでいる。風車のローターの直径は更に増大する傾向にあり、タワーヘッドの重量はローターの直径の略々三乗に比例して増大する。ローターそれ自体（ローターはハブと複数枚の風車翼とから成る）の重量は、タワーヘッドの重量の概ね３０％程度である。このローターの重量のうちの約６０％が風車翼の重量によるものであり、残りの約４０％がハブの重量によるものである。

米国特許第４０２９４３４号公報（特許文献１）には、風車翼の取付構造が開示されている。その取付構造では、風車翼の翼根部がハブの中まで延在し、ハブの内部でラジアル軸受アッセンブリとラジアル・スラスト軸受アッセンブリとで支持され、それによって風車翼が翼軸心を中心として回動可能とされている。ラジアル・スラスト軸受アッセンブリは、翼根部を最終位置に位置付けた後に、その翼根部の周囲に構築しなければならない。更に、翼根部は２組の軸受アッセンブリを直接支持するため、翼根部の断面形状は円形でなければならない。この取付構造は１９７０年代の風車（当時の風車のローターの直径は概ね２０ｍ以下であった）には適当であろうが、現在の風車翼はこの特許文献１が想定している風車翼の長さの何倍もの長さを有しており、従ってこの取付構造は現在の風車の風車翼の取付構造としては不適当である。

米国特許第４６６８１０９号公報（特許文献２）には、風車用の軸受アッセンブリが開示されている。この軸受アッセンブリは、密閉型ユニットであって、アウターシリンダを備えており、このアウターシリンダは一群のボルトを介してハブに連結される。アウターシリンダの中をシャフトが延在しており、このシャフトは一対の軸受に支持されている。風車翼の端部にフランジが形成され、この風車翼のフランジが、シャフトに一体的に設けられたフランジに、一群のボルトを介して連結される。この軸受アッセンブリには、一対の軸受に対して等しい大きさの押圧力を印加するための伸張可能なリング形押圧力印加機構が装備されており、一対の軸受が摩耗しても押圧力が維持されるようにしている。この軸受アッセンブリは、小型の風車に適するように設計されている。この連結方式は、現在の大型の風車には不適当である。即ち、この軸受アッセンブリは、合わせて２組のボルト群を必要とするため、この軸受アッセンブリを現在の風車に適用できるように大型化した場合には、軸受アッセンブリのどちらか一方の端部であっても連結部分の重量があまりにも大きくなってしまう。また、この軸受アッセンブリを現在の大型の風車翼に適用したならば、後に説明する多数のボルトを使用することによる問題もより悪化する。

米国特許第６９５１４３３号公報（特許文献３）には、少々変わった風車の構造が開示されている。この構造では、各々の風車翼が二分割されている。内径側翼部分はハブに固定されており、その内径側翼部分の外径側に外径側翼部分が装着されている。外径側翼部分の中を短い距離だけ延在しているシャフトが内径側翼部分の中まで延在し、内径側翼部分の中で軸受により回動可能に支持されている。内径側翼部分は翼軸心を中心として回動可能ではないことが明らかである。従って、内径側翼部分を空気力学的な最適回動位置へ回動させることができないため、風車効率が低効率とならざるを得ない。そのことによって、実際問題として、この構造を用いて構築し得る風車翼の大きさが制約されており、この構造は現在の大型の風車に適用し得る可能性の乏しいものである。

英国特許第２２１０４２０号公報（特許文献４）には、風車のハブに用いられる軸受構造が開示されている。この軸受構造では、ハブに複数本の短尺の植込軸が植設されている。それら植込軸の各々の外周にアウターハウジングが嵌合されており、アウターハウジングは軸受を介してスタブシャフトに回転可能に支持されている。各々の風車翼は、このアウターハウジングに多数のボルトを介して連結されており、そのためこの軸受構造には以下に図１〜図３を参照して説明する問題が付随している。独国特許第１２７０４１１号公報（特許文献５）にも、ハブに植設された植込軸の外周にハウジングが嵌合された同様の構造が開示されている。

図１〜図３に示したのは、従来構造の風車のローターであり、最近多用されている構造の一例を示したものである。ローターはハブ１を備えており、このハブ１は、大寸法で、大重量の、通常は鋳造品として製作される金属材料製の部品である。ハブ１には３枚の風車翼２が取付けられているが、図１にはそれらのうちの１枚だけを示した。ハブ１はローター軸心３を中心として回転する。個々の風車翼はピッチ軸心４を中心として回動可能に取付けられ、ピッチモータ（不図示）に駆動されて回動する。ハブ１には、個々の風車翼ごとにリング形のピッチベアリング５が装備されており、各々のピッチベアリング５はピッチ軸心４を中心として回動可能に風車翼２を支持している。通常、ピッチベアリング５はアウターレース６とインナーレース７とを備え、それら２つのレースの間に一対のボールセット８が装着された構成とされている。

最近の大型の風車に採用されている風車翼の構造には、大きく分けて２種類のものがある。そのうちの１つは、空気力学的形状を有する外殻の内面に主桁などの主構造材を接合した構造であり、もう１つは、空気力学的形状を有する外殻の内部に風車翼の剛性を確保するための主構造材を収容した構造である。どちらの構造でも、その主構造材のハブ側の端部には翼根部と呼ばれる構造体が構築されている。この翼根部とは、風車翼の近位側（ローター中心に近い側）の端部を構成している構造部分をいう（その長さは通常３〜８ｍである）。翼根部は、円筒形の形状に形成されており、風車翼からピッチベアリングを介してハブへ伝達される曲げ荷重の全体を担持する。

風車翼の翼根部には、その外周縁に沿って多数の（例えば６０〜８０個の）ボルト締結部９が設けられている。それらボルト締結部は、ねじ部が形成された鋼製インサートを孔１０の中に挿入して接合することで形成されている。インナーレース７に穿設された多数のボルト挿通孔を貫通して延在する多数のボルト１２が、それらインサート１１に夫々に螺合されて締結され、それによって風車翼２が取付位置に固定される。

以上に説明した従来の構造には数々の短所が付随している。

先ず、ローターの質量は、動力伝達機構に作用する荷重の大きさという点でも、また、タワーヘッドの質量という点でも重要である。特に、大型のタービンでは、ローターの質量はローターと風車塔との間の運動力学的相互作用にも大きな影響を及ぼす。また、洋上での構築に関しては、タワーヘッドの質量が大きいことは、洋上環境で風力技術をコスト的に見合うように展開する上で大きな問題の１つとなる。

また、多数のインサート１１を高精度の再現性をもって製作することは、非常に困難である。インサート１１は、風車翼の全体構造の中で特に大きな荷重が作用する部分である上に、多数のインサートを翼根部に接合するための二次的接合部が必要とされ、かかる二次的接合部においては、金属材料製の植込部材であるインサートを、複合材料製の翼根部構成部材に、高性能の接着剤を用いて接合しなければならない。

更に、インサートは通常、金属材料製であるが、それが金属材料製であるということによって問題を生じており、即ち、鋼製インサートは接着剤で接合するのが容易でないだけでなく、金属材料製のインサートと複合材料製の翼根部構成部材とでは熱膨張係数が異なるという問題がある。更に加えて、複合材料製の翼根部構成部材と金属材料製のインサートとの間の剛性の不整合を軽減するために、翼根部構成部材を厚く太くしなければならない。これにより、翼根部の重量が増大することになる。

またピッチベアリングは、風車翼に作用するフラップ方向の曲げモーメント（図３のＭ_Ｆｌａｐ）の全部、及び、エッジ方向の曲げモーメント（図３のＭ_Ｅｄｇｅ）の全部を担持しなければならない。それらに加えて更に、ピッチベアリングは、フラップ方向の径方向荷重（Ｆ_Ｆｌａｐ）及びエッジ方向の径方向荷重（Ｆ_Ｅｄｇｅ）のみならず、遠心力及び重力に起因する翼軸心の軸心方向の荷重（Ｆ_{Ａｘｉａｌ}）も担持しなければならない。ピッチベアリングは、これらの変動する大きな力に対応できるように、直径の大きな、高コストの、大重量の部品とせざるを得ない。これらの荷重のもとで使用中に故障したピッチベアリングは数知れず存在する。

以上に述べた理由から、これまでピッチベアリングとしては、非常に直径の大きなベアリングが使用されており、そのため風車翼の翼根部も、空気力学的性能の観点から望ましい太さ（直径寸法）を超える、より太いものとせざるを得ず、そのことが風車翼の効率の低下を招いていた。

また、風車翼をハブに組付ける際には、多数のボルトに正確な締付トルクを付与しなければならず、これは、個々のボルトに適切な疲労強度を持たせるために、また、ピッチベアリングに歪みを生じさせないようにするために必要なことである。これは時間のかかる作業であるが、問題を回避するためには細心の注意を払って実施しなければならない。

米国特許第４０２９４３４号公報米国特許第４６６８１０９号公報米国特許第６９５１４３３号公報英国特許第２２１０４２０号公報独国特許第１２７０４１１号公報

本発明は、以上に述べた数々の短所のうちの少なくとも幾つかに対処することのできるハブと風車翼との間の連結構造を提供するものである。

本発明の第１の局面によれば、ハブと複数枚の風車翼とを備えた風車ローターが提供され、前記ハブは複数の風車翼組付位置を有し、各々の前記風車翼組付位置には前記風車翼が装着される一対の互いに離隔したリング形のベアリングが備えられ、各々の前記風車翼は当該風車翼の全長の大部分に亘って延在し当該風車翼の近位側の端部から突出する主桁を備え、該主桁の突出部分が前記一対の互いに離隔したリング形のベアリングの中に嵌合されそれらベアリングに回動可能に支持されて該主桁が前記ハブに連結されている。

このように本発明においては、風車翼の端部に横断面形状が円形の太い翼根部を備えることに代えて、主桁をハブの中まで延在させて、一対の互いに離隔したベアリングでハブと主桁を回動可能に支持する方式としたものである。

その結果として、風車翼に作用する回転面に垂直な方向の曲げモーメントの全部を１個の大型のベアリングで担持するのではなく、風車翼から伝達されるその曲げモーメントをより小型の２個のベアリングで担持し、しかもそれらベアリングの回転面内で担持するものとなっている。これによって、ベアリングに作用する荷重の状態が、ベアリングにとってより無理のない状態になっている（即ち、その荷重の作用方向が、ベアリング回転面に垂直な方向ではなく、ベアリング回転面内の方向となっている）ことに加えて、一対のベアリングの離隔間隔を増大させることで、各々のベアリングに作用する荷重の大きさを更に低減することも可能となる。従って、各々のベアリングに作用する荷重の大きさを低減できることと、その荷重が作用する方向をベアリングがより大きな荷重を担持できる方向にできることとによって、ベアリング構造体をより小型化し、その信頼性を高めることが可能となっている。そのため最終的に、従来の構成と比べて、ベアリングのコストを低減することができ、その信頼性を高めることができる。また、風車翼をハブに連結するための連結構造を簡単化することができることから、従来の連結構造では多数のボルトを締結するために翼根部を太くしておく必要があったのに対して、翼根部を太くする必要を払拭ないし低減することが可能となっている。

前記一対のベアリングの間の離隔間隔は少なくとも１ｍとすることが好ましく、少なくとも１．５ｍとするならばなお好ましい。前記ローターの直径（すなわち風車翼の先端が描く円の直径）は少なくとも４５ｍとすることが好ましい。

風車翼をハブに連結するための連結構造としては、接着剤で固定したインサートにボルトを締結して連結する従来方式の連結構造を用いることも可能である。この連結構造を用いた場合でも、上で説明したようにベアリングを一対とすることで更なる支持機能が得られるため、ハブの連結構造をある程度小型化することができ、それによって、それなりの利点が得られる。ただし、このようにする場合に、各々の主桁をハブに連結する連結位置は、前記一対のベアリングのうちの遠位側ベアリングの遠位側端部より径方向内側の位置とすることが好ましい。

これに対して従来方式では、風車翼の端部とベアリングの遠位側の端部とを突き合わせるようにしていたため、風車翼の延在領域とベアリングの配設領域との間にオーバーラップが存在していなかった。風車翼がベアリングと重なり始めると、風車翼に作用する曲げ荷重はベアリングによって引き受けられるため軽減し始める。連結構造がどのようなものであれ、これによって荷重が軽減されるため、風車翼のハブへの連結が容易になる。

主桁をハブに連結する連結位置は、前記一対のベアリングのうちの近位側ベアリングの近位側端部より径方向内側の位置とすることが好ましい。連結位置をこの位置とすることで、近位側ベアリングの近位側端部を超えて、風車翼の曲げモーメントがゼロになるので、上で説明した利点を最大限に享受することができる。これによって風車翼とハブとの連結構造は、重力荷重及び遠心荷重に起因する翼軸心の軸心方向の力（Ｆ_{Ａｘｉａｌ}）を担持するだけで済むようになる。そのためこの連結構造は、多数のボルトと鋼製インサートとを用いた従来の連結構造と比べて、非常に簡単な構造にすることができる。

前記風車翼が、前記近位側ベアリングより近位側の位置において該風車翼に形成された孔に挿入されたピンにより支持されているようにし、該ピンは、前記近位側ベアリングの近位側の端面に当接して翼軸心方向の荷重を支持するものとすることが好ましい。

前記ローター・ハブはその大部分が複合材料から成るものとするとよい。金属材料製の部品は、ピッチベアリングである前記一対のベアリングと、ローターシャフトを支持するベアリング及び支持部材だけとすることもできる。前記ハブの全体のうち、前記一対のベアリングの間に位置する部分は、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００２５７１の明細書の中で「翼根部構造体」と呼ばれている部分の機能を肩代わりするものである。翼根部の当該部分の表面のうち、風車翼から作用する最大荷重が作用する表面（通常はフラップ方向の部分）は、主として一軸性材料を用いて形成されており、また、最大剪断荷重が作用する表面（通常はエッジ方向の部分）は、主として多軸性材料を用いて形成されている。この翼根部側の連結部分の積層構造を、ハブ側の連結部分にもそのまま適用することによって、強化繊維の配向状態が互いに異なる複合材料の最適利用が可能となり、このようにすることは、前記ハブをその大部分が複合材料から成るものとする場合の好適な手段である。更に、前記主桁を前記ハブに連結する連結位置を前記一対のベアリングよりも近位側の位置とすれば、金属材料製のインサートを使用する必要がなくなるため、風車翼の翼根部を太く形成せずに済むようになる。以上のようにするだけで、ハブ及び翼根部の質量を約２５％低減することができる。

前記主桁と前記一対のベアリングとは、前記風車翼の回動軸心の軸心方向に沿って前記風車翼をスライドさせて、前記風車翼の前記ハブへの挿入及び抜去が可能なように構成しておくことが好ましい。これによってハブへの風車翼の組付作業が容易になる。

本発明は更に、本発明の前記第１の局面に係る風車のローターを組立てる方法をも含むものであり、この方法においては、前記複数の風車翼組付位置の各々に前記一対のリング形のベアリングを有するハブを組付け、前記複数枚の風車翼の各々の前記主桁を当該風車翼に対応した前記一対のリング形のベアリングの中に挿入し、前記複数枚の風車翼の各々を前記ハブに連結する。

この方法が従来方法に対して優れている点は、風車翼とハブとの連結構造を非常に簡単な構造にし得ることにあり、特に、主桁をハブに連結する連結位置を、前記一対のベアリングのうちの近位側ベアリングの近位側端部より径方向内側の位置とする場合に、また、その連結方式を、理想的には前記ピンを用いた連結方式とする場合に、その連結構造を格段に簡単な構造とすることができる。

更に、この方法によれば、ハブを風車塔に連結した後に上記の方法に従って風車を組立てることが可能である。在来の方法では、組立が完了したローターを吊上げて風車塔に装着することになる。この装着作業は、複雑な手順を踏んで行わねばならない。また、この装着作業は、大重量で、寸法も大きく、従って当然のことながらその取扱いに細心の注意を要する風車構成部品を、使用料の高額なクレーンを用いて吊上げて行う作業である。これに対して、ハブを風車塔に装着した後に、そのハブに風車翼を組付けるようにするならば、個々の風車翼を吊上げる作業は通常のクレーンを用いて行うことも、また、風車塔の塔頂部に設置したウインチを使用して行うことも可能な、より簡単な作業である。

これより添付図面を参照しつつ、風車翼が組付けられるローターの実施の形態について説明する。添付図面に関しては以下の通りである。

従来構造のローターの断面を示した模式的断面図である。図１中にＩＩ−ＩＩ線で示した部分の断面図である。ローターに作用する様々な荷重を示したローターの模式的斜視図である。第１の実施の形態に係るローターの断面図であり、ローターの回転軸心に垂直な平面で切断した断面を示したものである。図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。風車翼をハブに挿入する前の状態を示したハブ及び風車翼の斜視図である。風車翼をハブに挿入した後の状態を示した図５と同様の図である。様々な種類のベアリングの具体例を示した図４と同様の図である。ピンを用いた連結構造の第１の具体例を示した図４と同様の図である。ピンを用いた連結構造の第２の具体例を示した図４と同様の図である。ピンを用いた連結構造の第３の具体例を示した図４と同様の図である。第２の実施の形態に係るローターとその風車翼とを示した図４と同様の図である。

本明細書の全体を通して、遠位側という用語は、ローターの径方向における最外方に位置する（即ち、風車翼の先端寄りの）構成要素ないし構成部分を指すものであり、近位側という用語は、ローターの径方向における最内方の（即ち、ハブの中心寄りの）構成要素ないし構成部分を指すものである。

風車翼に作用する様々な力は、図３に示した通りであり、それらの力については本明細書の冒頭の背景技術の記載の中で既に説明したので、ここでは再度説明しない。

ローターはハブ２０を備えており、このハブ２０に３枚の風車翼２１が取付けられている（図４には１枚のみを示した）。ハブの半径寸法は、いかなる場合にもローター全体の半径寸法の１５％以下とすることが好ましく、ここでいうローター全体の半径寸法とは、ハブの中心から、風車翼の遠位側の端部即ち先端までの寸法である。図示した風車翼は第１ポート２２に取付けられており、当然のことながら、残りの２枚の風車翼も、残りの２つのポート２３、２４に同一の取付形態で取付けられる。

ローターは主軸心２５を中心として回転する。各々の風車翼はピッチ軸心２６を中心として回動可能であり、夫々のピッチモータ（不図示）に駆動されて回動することで、その翼角度がそのときの風の支配的状況に適合した角度に設定される。

各々の風車翼は外殻２７を備えている。外殻２７は風車翼の先端まで延在しており、風車翼の外側輪郭を画成している。主桁２８が風車翼の略々先端まで延在しており、この主桁２８は図５に示したように、外殻２７の近位側の端部から外部へ突出している。いずれの実施の形態においても、主桁２８の突出部分は、外殻２７の全長のうちの空気力学的な形状に形成されている部分より更に径方向内側まで突出しているようにすることが好ましい。

主桁の横断面に現れる構造は、様々な公知構造のうちのどの構造としてもよい。ただし好ましい構造といえるのは、図４Ａ〜図４Ｃに示したように、複数本の（図示例では４本の）梁材を並設した構造である。また、図示例では、それら梁材の各々をボックス型の梁材としてあり、即ち、各梁材は、左右一対の多軸性材料から成るシアウェブ２９と、梁天及び梁底に設けられた一軸性材料から成るスパーキャップ（桁キャップ）３０とで構成されている。尚、梁材の座屈を防止する必要がある場合、一対のシアウェブ２９の間にコア材を配設する必要がある箇所には、適宜コア材が配設される。

ハブに設けられた各々のポートには、一対ずつのベアリング、すなわち、外側ベアリング３１と内側ベアリング３２とから成る一組のベアリングが装備されている。外側ベアリング３１はインナーレース３３とアウターレース３４とを備えており、内側ベアリング３２はインナーレース３５とアウターレース３６とを備えている。使用するベアリングは、図７Ａに示したような球面ベアリングとしてもよく、これはインナーレースとアウターレースとが単に摺接するようにしたベアリングである。或いはまた、単列型のボール転動溝５１（図７Ｂ）を備えたベアリングや、単列型のローラー転動溝５２（図７Ｃ）を備えたベアリングを用いてもよい。後者のローラー転動溝５２は、そこに装着されるローラーの円筒軸心がピッチ軸心２６に対して４５°の角度で傾斜するようにしたものである。或いはまた、２列型のボール転動溝５３（図７Ｄ）を備えたベアリングや、３列型のローラー転動溝５４（図７Ｅ）を備えたベアリングを用いてもよい。後者のローラー転動溝５４は、そこに装着されるローラーの円筒軸心がピッチ軸心２６に対して平行に延在するようにしたものである。また、これら以外にも、様々な公知の形態のベアリングを用いることができる。

外側ベアリング３１は一対の保持片３７を備えている。各々の保持片３７は、インナーレース３３の内周面と主桁２８の径方向の最も外側面とに当接することによって、インナーレース３３の中に主桁２８を固定状態で保持することのできる寸法に形成されている。

主桁２８はその近位側の端部に、断面積減少部分３８を有しており、これに対応して、図４に示したように内側ベアリングの直径は外側ベアリングの直径より小さい。また、スパーキャップ３０の延在領域は、この主桁２８の断面積が縮小し始める箇所までとしてあり、更に、この箇所において、図４Ａに示したように、シアウェブ２９の梁天及び梁底の側端縁が、内側ベアリングのインナーレース３５の内壁に密接に係合している。外側ベアリング３１と同様に内側ベアリング３２も一対の保持片３９を備えており、それら保持片３９に対しても主桁２８は堅く係合している。ただし、内側ベアリングの保持片３９は外側ベアリングの保持片３７よりかなり小さい。主桁２８は内側ベアリング３２より更に近位側へ突出しており、その突出部分に係止ピン５０を挿入するための開口４０が形成されている。係止ピン５０は摩擦嵌合により固定されているが、ただしその他の固定方式を用いてもよい。風車翼を取外し可能にしておくためには、この係止ピン５０を、拡径する構造のボルトとするのもよい。係止ピン５０の直径は５０ｍｍ〜６０ｍｍである。係止ピン５０の長さは、最短でも一対の保持片３９の背面まで突出するのに十分な長さとし、またインナーレース３５の背面まで突出する長さとすることが好ましい。

図８に係止ピン５０の取付形態の別の具体例を詳細に示した。

図８の具体例では、ベアリングカラー５１が複数本のピン５２を介してインナーレース３５に取付けられており、このベアリングカラー５１はインナーレース３５から近位側へ延出している。Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図に示したように、係止ピン５０は複数枚のシアウェブ２９の夫々に形成された孔を貫通して主桁２８の全幅に亘って貫通しており、その両端がベアリングカラー５１に支持されている。そのため、荷重が主桁２８から係止ピン５０を介してインナーレース３５へ伝達され、特に係止ピン５０からインナーレース３５への荷重の伝達は、ベアリングカラー５１との当接面を介した荷重伝達と、複数本のピン５２を介した荷重伝達との組合せによるものである。こうして内側ベアリングのインナーレース３５へ伝達された荷重は、ローラーベアリングまたはボールベアリングを介してアウターレース３６へと伝達され、その荷重がハブにより支持される。尚、例えば図２に示すように、風車翼をベアリングで支持することは、従来より常に必要とされていたことに留意すべきである。しかしながら、２つの互いに離隔したベアリングを備えた構成とすることによって、各々のベアリングが支持する必要のある荷重を格段に軽減することができ、またそうすることで、それら２つのベアリングによって支持する合計荷重も軽減することができる。

図３に示した様々な荷重のうち、翼軸心方向の荷重Ｆ_{Ａｘｉａｌ}は、内側ベアリングの近位側の端部に対峙しているピンにより担持される。一対のベアリングにより担持されるのは径方向の荷重Ｍ_{Ｔｏｒｑｕｅ}だけであり、しかもこの荷重は内側ベアリングと外側ベアリングとで分担される。内側ベアリングと外側ベアリングとは、互いに離隔していることから、風車翼それ自体に作用する曲げモーメントＭ_Ｆｌａｐ及びＭ_Ｅｄｇｅを風車翼から取出して肩代わりすることができる。これら２つの曲げモーメントと、剪断荷重Ｆ_Ｅｄｇｅ及びＦ_Ｆｌａｐとは、一対のベアリングへ純粋な径方向の荷重として伝達され、それゆえ保持片とインナーレースとで担持することができる。従来構造のハブでは、ピッチベアリングに非常に大きな面外荷重が作用するため、大型のピッチベアリングが用いられていたが、それと比べてこの構成は非常に好ましいものである。

図９にピンを用いた連結構造の第２の具体例を示した。この具体例の連結構造は図８のものと同様の構成であるが、ただし、もう一方のベアリングである外側ベアリング３１の近位側の端部にも、複数のピン５４を介して第２のベアリングカラー５３が取付けられている点が異なっており、これについてはＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図に示した通りである。主桁を外側ベアリング３１に連結するためのこのピンを用いた連結構造は、上述の主桁を内側ベアリング３２に連結するための連結構造と同様の構成であるが、ただしここでは、ピン５５が一対の保持片３７をも貫通している。このように、２本のピン５０、５５を介して軸心方向の荷重を支持することによって、各々のベアリングへ伝達される軸心方向の荷重を軽減することができる。

図１０にピンを用いた連結構造の第３の具体例を示した。この具体例の連結構造では、２つのベアリング３１、３２の中点位置に１本の係止ピン５６が配設されている。また、一対のベアリング連結部材５７が、２つのベアリング３１と３２の間で、主桁２８に沿って翼軸心方向に延在しており、それらベアリング連結部材５７を介して、翼軸心方向の荷重がそれら２つのベアリングのインナーレース３３、３５へ伝達されるようにしてある。また、各々のベアリング内で、それらベアリング連結部材５７は、インナーレース３３、３５へ荷重を伝達するために、各々のベアリングの保持片３７、３９に接続されている。尚、それら保持片とベアリング連結部材とは、図示例のように一体的に製作したものとしてもよく、或いは別部材として製作したものを連結してもよい。

図１１に示したのは、風車翼を備えたローターの第２の実施の形態の構成である。この実施の形態の構成は、図１に示した従来構成に非常に類似しており、対応する構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施の形態の構成において、遠位側ベアリング５は従来構成におけるリング形のピッチベアリング５に対応している。ただし、主桁７０は、遠位側ベアリング５までしか延在していないのではなく、風車翼２の端部を超えて突出し、ハブの中まで延在して、内側ベアリング７１の中に嵌合されており、この内側ベアリング７１はハブの内部に設けられているリング形のボス７２に支持されている。風車翼２をハブ１に連結するための連結構造は、従来構成のものと同様に、単に遠位側ベアリング５に連結するだけの構造としてもよい。或いはまた、上で説明したようなピンを用いて、更に遠位側ベアリング７１にも連結するようにしてもよい。そうする場合には、以上に開示した様々なピンを用いた連結構造のうちのどの構造を用いてもよい。

従来構成のものと同様に、風車翼２をピッチベアリング（外側ベアリング）５に連結するだけで、主桁をどこにも連結しない構造とした場合でも、内側ベアリング７１によって、風車翼２を支持する更なる支持機能が付加されるため、外側ベアリング５に作用する荷重は軽減される。ただし、風車翼２を外側ベアリング５に連結することに加えて、更に主桁４も適宜の箇所に連結するようにすれば、それによって外側ベアリング５に作用する荷重を更に軽減することができる。

Claims

ハブと複数枚の風車翼とを備えた風車のローターにおいて、
前記ハブは複数の風車翼組付位置を有し、各々の前記風車翼組付位置には前記風車翼が装着される一対の互いに離隔したリング形のベアリングが備えられ、各々の前記風車翼は当該風車翼の全長の大部分に亘って延在し当該風車翼の近位側の端部から突出する主桁を備え、該主桁の突出部分が前記一対の互いに離隔したリング形のベアリングの中に嵌合されそれらベアリングに回動可能に支持されて該主桁が前記ハブに連結されている、
ことを特徴とするローター。
前記ハブはその大部分が繊維強化プラスチック材料から成ることを特徴とする請求項１記載のローター。
前記一対のベアリングの間の離隔間隔が少なくとも１ｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のローター。
前記一対のベアリングの間の離隔間隔が少なくとも１．５ｍであることを特徴とする請求項３記載のローター。
前記ローターの直径が少なくとも４５ｍであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のローター。
前記主桁が、前記一対のベアリングのうちの遠位側ベアリングの遠位側端部より径方向内側の位置において、前記ハブに連結されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載のローター。
前記主桁が、前記一対のベアリングのうちの近位側ベアリングの近位側端部より径方向内側の位置において、前記ハブに連結されていることを特徴とする請求項６記載のローター。
前記風車翼が、前記近位側ベアリングより近位側の位置において該風車翼に形成された孔に挿入されたピンにより支持されており、該ピンは、前記近位側ベアリングの近位側の端面に当接して翼軸心方向の荷重を支持するものであることを特徴とする請求項７記載のローター。
前記一対のベアリングの各々は、インナーレースと、相補的アウターレースとを備えており、該アウターレースは前記ハブ内に装着されており、前記主桁は前記一対のベアリングの各々の前記インナーレースに嵌合されてそれらインナーレースと一体に回動可能とされていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載のローター。
前記主桁は非円形の横断面形状を有しており、当該横断面形状は、前記一対のベアリングの各々の前記インナーレースに形成されている当該横断面形状に対応した孔に嵌合する形状であり、その嵌合によって前記主桁が支持されるようにしてあることを特徴とする請求項９記載のローター。
前記主桁と前記一対のベアリングとは、前記風車翼の回動軸心の軸心方向に沿って前記風車翼をスライドさせて、前記風車翼の前記ハブへの挿入及び抜去が可能なように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載のローター。
請求項１乃至１１の何れか１項記載の風車のローターを組立てる組立方法において、
前記複数の風車翼組付位置の各々に前記一対のリング形のベアリングを有するハブを組付け、
前記複数枚の風車翼の各々の前記主桁を当該風車翼に対応した前記一対のリング形のベアリングの中に挿入し、
前記複数枚の風車翼の各々を前記ハブに連結する、
ことを特徴とする方法。
前記複数枚の風車翼の各々の前記主桁を当該風車翼に対応した前記風車翼組付位置に挿入する際に、当該風車翼の回動軸心の方向に当該主桁を挿入することを特徴とする請求項１２記載の方法。
風車の組立方法において、
ハブを風車塔に連結した後に請求項１１又は１２記載の方法に従って風車を組立てることを特徴とする風車の組立方法。