JP2012508854A - 非対称なベアリング装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、外側から作用する力によって主に生じるマシンの振動を減衰するための、弾性ベアリングに関わる。これの特別なデザイン及び構造の対称性のために、このベアリングは、全空間方向に生じる力を、最良の材料の保護によって、処理することができる。本発明に係るベアリングは、ロータ／ギアメカニズムユニットの、風力タービンのマシンキャリアへの、回転式の接続部に好ましくは適している。このベアリングは、中間の挟持部材（５）と、円錐部材（３）と、円錐体（４）と、円筒体（４ａ）とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、外側から作用する力によって主に生じるマシンの振動の減衰のための、弾性のベアリング装置に関わる。この装置の特別なデザイン及び構造の対称性のために、この装置は、全空間方向に生じる力を、最良の材料の保護によって、処理することができる。本発明に係るベアリング装置は、好ましくは、ロータ／ギアボックスユニットの、風力タービンのベッドプレートへの、円形状に設けられた接続部に適している。

このような目的のための種々のベアリングが、従来技術で開示されている。既に非常に有効である解決方法が、特許文献１に開示されているが、これは、特別なカップリングを用いる。この形式のベアリングは、互いに重なっている２つの円錐部材に張力をかけること（tensioning）によって形成されており、図１に図式的に示されている。このような二重の円錐ベアリングの場合の力伝達は、ギアボックスのフランジ２からベッドプレート１まで、張力をかけられている対向した２つ円錐ベアリング１０によって行われ、これら円錐ベアリングは、円錐体８、９によって片側が支持されており、予め張力をかけられている（pre-tensioned）。予め張力をかけることは、ねじ７によって果たされる。このシステムは、最良の力伝達を可能にするが、依然として、次のような欠点を有している。例えば、はじめに、全てのベアリングからこれらベアリングの径方向の力によって毎回伝達されるロータシャフト軸を中心としたねじれモーメントである。この径方向の力は、前記円錐部材１０の場合、それぞれの前記円錐ベアリングの中心に作用し、この結果、生じる径方向の力は、前記２つの円錐体８、９間のほぼ中間に、作用する。これが、前記２つの円錐体８、９とマシンフランジ１との間に伝えられる曲げモーメントを生じさせる。このモーメントの伝達は、分離面１１と、前記円錐体８と前記フランジ１との間の分離面と、ねじ接続７とによって行われる。結果として生じる前記分離面と前記ねじ接続との負荷によって、この接続が損なわれないように、接触面とねじ接続とは、十分に大きな寸法が必要となる。このことは、このシステムの全体の物理的な寸法が著しく増加する、という結果をもたらし得る。

EP 1 593 867 B1

かくして、課題は、特許文献１に開示されているような欠点を、特に、前記ねじ接続７と前記円錐体８、９との領域で生じる曲げモーメントを、防ぐか、少なくとも大幅に減じ、また同時に振動の最適な減衰の効果を確実にするベアリングを、提供することである。

この目的は、以下に説明され、請求項によって特定される本発明によって、果たされる。

本発明に係るベアリング装置は、図２、３に図示されている。

図１は、円形状の一般の部材を示す図である。 図２は、本発明に係る円形の装置を示す図である。 図３は、本発明に係るベアリングの断面図である。

かくして、本発明は、全空間の方向に、特に軸方向と径方向とに生じる力とモーメントとの伝達のための、また、振動の発生の減衰もしくは防止のための、マシンもしくはギアボックスの弾性のベアリングに関わる。このベアリングは、軸方向に向けられた弾性の挟持部材５と、この挟持部材５の上もしくは下に設けられており、これの軸が前記挟持部材５に直交して向けられており、これのテーパー状の端部がこの挟持部材５に接して配置されている弾性の円錐部材３とを有している。前記部材３、５は、前記円錐部材３で覆われている円錐体４によって、また、挟持部材５で覆われている円筒体４ａによって、互いに接続されている。また、前記部材３、５と、円錐体４と、円筒体４ａとの各々は、前記弾性の部材３、５間に設けられ一般にクランプフランジとして機能するマシンの部分２を、前記部材３の下に設けられており取着フランジとして機能するマシンの部分１にクランプするためのクランプボルト、即ちクランプねじ７の挿入のための、軸方向に向けられた中心孔を有している。

本発明に従えば、弾性力の伝達モーメントは、弾性の円錐部材３とこれに軸方向にクランプされている弾性の挟持部材５とによって成り立つ。前記円錐部材３は、軸方向の力と径方向の力とを伝達し、前記挟持部材５は、実質的に軸方向の力のみを伝達する。結果として生じ本発明に係るベアリングに作用する全ての力は、広がった断面を有する前記円錐体４の領域に作用し、従って、生じた曲げモーメントは、細い接続部品４ａ、もしくはクランプ手段７にはもはやこの程度まで作用せず、取着の弛緩、もしくは材料の破壊には至らない。

前記挟持部材５の硬度は、本発明に従えば、好ましくは、１０−１００の、特に５０−１００の、前記円錐部材３の径方向の硬度より小さいほぼ２−１００のファクタ（factor）である。

また、このベアリングでの径方向の力の伝達は、径方向の硬度の比率に応じて行われる。かくして、前記挟持部材５中に対して約２−１００倍の径方向の力が、前記円錐部材３中で、伝達される。かくして、径方向の力の前記挟持部材５中での伝達は、ごくわずかである。このことは、大きな曲げモーメントが前記円錐体４中で伝達される必要がないという結果をもたらし、この結果によって、円筒体４ａへの負荷が緩和される。この円筒体４ａは、前記円錐体４に当接しており、この円筒体４ａの中を、前記クランプ手段７が通っており、従って、この円筒体と前記クランプ手段とは、生じる張力と圧縮力とのためにディメンションを設定される必要があるだけである。

また、前記円錐体４から前記取着フランジ１への負荷の導入が、実質的に純粋な剪断力がここに伝達されなければならないことと、前記曲げモーメントが図１に係る従来技術のデザインの場合よりはるかに小さいこととによって、単純化されている。本発明の実施形態では、円錐体４と取着フランジ１とは、１つの構成部品として一体化された構成要素であり得る。
また、原則として、前記円錐体４と前記円筒体４ａとは、１つの構成部品であり得る。

かくして、前記２つの部材は、軸方向に互いに対してクランプされている。前記２つの部材は、軸方向に同じ硬度を有しているが、このことは必ずしも必要ではない。しかしながら、前記円錐部材３は、前記挟持部材５よりはるかに高い硬度を、径方向に有している。

前記挟持部材の場合の予め張力をかけることと軸方向の力の伝達とが、好ましくは、クランプボルト、即ちクランプねじ７を挿入可能な孔が設けられている圧力プレート６によって、行われる。

かくして、本発明は、前記挟持部材５と直接にもしくは間接的に接している圧力プレートを有している対応したベアリングに関わる。
特定の実施形態では、前記圧力プレート６と前記挟持部材５とは、構成ユニットを形成している。

更に、前記ベアリング部材全体に渡る力分配は、固定の、非弾性の円錐体４が、単純な円錐形の面によって形成されているのではなく、凸曲面を有していることが特に有効であることが、判っている。この効果は、前記弾性の円錐部材３が、これの内側の面を前記円錐体４の外側の面に精度良くクランプすることができるように、対応した凸曲面を内側と好ましくは外側とに有している場合、強化され得る。
更なる実施形態では、前記円筒体４ａを有する前記円錐体４は、構成ユニットを形成し得る。

かくして、本発明は、前記円錐体４が凸曲面を有しており、この面の上に前記円錐体３が配置される、対応したベアリングに関わる。更なる実施形態では、構成要素３、４は、再び本発明に従えば、１つの構成ユニットを形成するように、互いに組合わされ得る。

また、本発明は、前記円錐部材３の内側の面が凸曲面を有しており、加えて、好ましくはこの円錐部材３の外側の面が凸曲面を有している対応したベアリングに関わる。

前記弾性の部材３、５は、１つもしくは複数の層を有している。一般に、これらは、通例金属のプレートのような硬度の中間層によって分離されている少なくとも２つの弾性の層によって、実質的に構成されている。好ましくは、前記部材は、対応する中間のプレート、即ち中間層を有する３乃至５つの弾性の層によって構成されている。前記部材は、同様の硬度の層／プレートによって、外側が仕切られている。

本発明に係るベアリングのために使用される弾性の材料は、実質的に、天然ゴム、天然ゴムの派生物、もしくは適切な弾性の高分子プラスチック、もしくはプラスチック混合物を含む。本発明に従えば、前記弾性層は、異なる硬さ（ショア硬さ）と、異なるダンピング性質とを、所望の条件に応じて、有し得る。２０乃至１００ショアＡの硬さ、特に、３０乃至８０ショアＡを有する弾性の物質が、好ましくは使用される。異なる硬さのこのような弾性の物質の準備が、従来技術で知られており、関連した文献で適切に説明されている。

本発明に従えば、前記硬度の中間プレート、即ち中間層は、高い硬度と、高い強度と、低い圧縮率とを有している材料によって形成されている。また、これらは、好ましくは金属のシートであるが、他の材料、例えば硬いプラスチック、複合材料、カーボン繊維を含む材料が、使用されても良い。前記中間の金属のシートと前記弾性の部材とは、加硫の間、一般に互いに接続される。

本発明に係るベアリングの円錐部材３は、マシンの軸ａに対して、もしくは、前記クランプ部材７の軸に対して、ねじ込まれる方向に、もしくはこの反対方向に、１０度乃至５０度の円錐角を有していなければならない。好ましくは、この円錐部材３は、２５度乃至５０度の円錐角を有している。

本発明に係るベアリングは、用途が広く、種々の方法で使用され得る。いわゆる片側のベアリング装置として、このベアリングは、ロータシャフト、ギアボックス、もしくはロータ／ギアボックス装置とベッドプレートとの間に回転式の弾性接続を設けるために、風力タービンに適している。

しかしながら、このベアリングは、ここに記載されている弾性のベアリングの代わりに、ＥＰ１５９３８６７Ｂ１に説明されているようなカップリングで、使用されることができる。

また、本発明に係るベアリングは、ＥＰ１０６５３７４Ｂ１に示されているように、風力タービンで、タワーデカップリング（tower decoupling）として使用され、このことは、更なる単純化に帰着する。

同様に、前述のデザインを有しているフランジ間の曲げモーメントが減衰され、かくしてねじ力が減衰され得ることによって、ＥＰ１０６５３７４Ｂ１に係るマシンフィート（machine feet）を改良することが、可能である。

Claims (17)

1. 全空間の方向に生じる力、モーメント、振動の伝達及び減衰のためのマシンもしくはギアボックスの弾性のベアリングであって、
   軸方向に向けられた弾性の挟持部材（５）と、この挟持部材（５）の上もしくは下に設けられており、これの軸が前記挟持部材（５）に直交して向けられており、これのテーパー状の端部がこの挟持部材（５）に接して配置されている弾性の円錐部材（３）とを有しており、前記部材（３）、（５）は、前記円錐部材（３）で覆われている円錐体（４）によって、また、挟持部材（５）で覆われている円筒体（４ａ）によって、互いに接続されており、前記部材（３）、（５）と、前記円錐体（４）と、前記円筒体（４ａ）との各々は、前記弾性部材（３）、（５）間に設けられているクランプフランジ（２）を前記部材（３）の下に設けられている取着フランジ（１）にクランプするためのクランプボルト、即ちクランプねじ（７）を挿入するための、軸方向に向けられた中心孔を有している、ベアリング。
2. 前記円錐部材（３）は、前記挟持部材（５）よりはるかに高い径方向の硬度を有していることを特徴とする、請求項１に記載のベアリング。
3. 前記挟持部材（５）と圧力プレート（６）とは、構造ユニットを形成していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のベアリング。
4. 前記円錐体（４）と前記弾性の円錐部材（３）とは、１つの構成要素であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１に記載のベアリング。
5. 前記円錐体（４）と前記円筒体（４ａ）とは、１つの構成要素であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１に記載のベアリング。
6. 前記円錐体（４）と前記取着フランジ（１）とは、１つの構成要素であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１に記載のベアリング。
7. 前記クランプ手段（７）の挿入のための中心孔を有している圧力プレート（６）は、前記挟持部材（５）の外側に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１に記載のベアリング。
8. 前記円錐体（４）は、前記円錐部材（３）の内側の面が接している凸曲面を有していることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１に記載のベアリング。
9. 前記円錐部材（３）の内側の面は、凸曲面を有している、請求項８に記載のベアリング。
10. 前記円錐部材（３）の外側の面は、凸曲面を有している、請求項９に記載のベアリング。
11. 前記部材（３）、（５）は、少なくとも１つの弾性の層を有しており、前記弾性の層は、１つの弾性でない中間層によって個々に分離されていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１に記載のベアリング。
12. 前記円錐部材（３）は、前記クランプ部材（７）の軸に対して１０乃至５０度の円錐角を、ねじ込まれる方向に有していることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１に記載のベアリング。
13. 前記円錐角は、２５乃至３５度であることを特徴とする、請求項１２に記載のベアリング。
14. 前記円錐部材（３）は、前記クランプ部材（７）の軸に対して１０乃至５０度の円錐角を、前記ねじ込まれる方向の反対方向に有していることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１に記載のベアリング。
15. 前記円錐角は、２５乃至３５度であることを特徴とする、請求項１４に記載のベアリング。
16. 全空間方向に互いに対して動くマシンの複数の部分の振動の力を減衰するための、請求項１乃至１５のいずれか１に記載のベアリングの使用方法。
17. ギアボックス、ロータシャフト、即ちロータ／ギアボックスユニットと、風力タービンのベッドプレートとの間の回転式の弾性接続のための、請求項１乃至１５のいずれか１に記載のベアリングの使用方法。

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