JP3752532B2 - 風力発電装置の調整可能ロータの調整駆動ピボット - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、風力発電装置のロータハブとロータブレードとの間の調整駆動ピボット軸受における協働軸受部品間の少しの相対的運動により大きな軸方向の力および大きな曲げモーメントを伝動するための転がり軸受によって、風力発電装置のロータハブに調整可能なロータブレードを取り付けることに関する。
【０００２】
ボール搭載回転連結は、DE 27 52 487 B1から掘削機や回転クレーンなどとして知られている。公知なように、転がり軸受の利点は、協働する軸受部品間の相対的運動に対抗する（摩擦）抵抗が低レベルであるということである。これは、例えば調整駆動装置に使用されるようなピボット軸受に対してもまさに当てはまる。というのも、平軸受とは異なり、静止位置から外れる各枢動運動において、静止摩擦抵抗（摺動摩擦よりも大きい）を克服する必要がないからである。一方、多点軸受は、平軸受に比べて、大きな軸方向の力かつ特定の大きな曲げモーメントに対する感度がかなり低い。転がり軸受が直径の大きいものでなければならない場合、その影響は特に深刻になり、曲げモーメントにより軸受軌道輪またはリングの半径方向の相対的な変位が生じる。よって、ボールベアリング装置の場合、接触を６％（ボールの直径からの軌道の直径のずれ）とすると、軸受軌道輪が互いに０．５６mmだけ半径方向に変位された場合、軌道におけるボールの圧力角は４５°から８５°に変化し、従って、ボールは尚いっそう軸受軌道輪の縁で回転する。
【０００３】
風力発電装置のロータハブに対するロータブレードのピッチ角の変化は、そのような調整駆動に相当する。公知なように、効率および安全のため、ロータの回転中、ピッチ角は各風速に依存して変更されなければならない。DE 196 34 059は、中空ロータブレードのためのロータブレード取付けを開示しており、この取付けは、軸方向に変位される直径が同じ２つのボールベアリングからなり、共通の連結線が回転軸に対して同心円上に延在するので、半径方向の力は良好に伝えられるが軸方向の力は限定的にのみ伝えられる。しかしながら動作中には、各ロータブレードに長手方向軸（この軸を中心としてロータブレードはピッチ角の調整の際に枢動される）方向に相当な力が掛かり、ロータブレードにはさらに相当な曲げモーメントも掛かり、ロータハブへのロータブレードのピボット取付けは、頻繁な枢動には関わりなく、これに耐えなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、この要望を満たすロータブレードの取付けを提供することである。
【０００５】
この明細書の冒頭部に述べた構成によれば、この目的は、半径方向に互いに変位される２列の転動体を確動的にロックする関係で受ける一方の協働軸受部品のための軸受軌道輪と、これらの転動体をＵ字形状の断面で受け抱える他方の協働軸受部品のための軸受軌道輪を具備する転がり軸受において、前記他方の協働軸受部品を形成するロータブレードのための軸受軌道輪が、互いに独立してロータブレードに固定された直径の異なる２つのリングからなる転がり軸受において達成される。この構成により一方では、事実上、３軌道輪の転がり軸受が提供され、前記他方の協働軸受部品に固定された中央軌道輪は、曲げモーメント（および軸方向力）の発生により、互いに対してほぼ直角方向に延び、それにより自動的に左右対称とされる方向の圧力を２つの外側軌道輪（または受け抱える軸受軌道輪の軌道輪部）から受け、従って、これらの圧力はそれぞれ軸受軌道の四分円の中央領域に残るが、その一方で、ロータブレードからの力が２つの外側軌道輪（または軌道輪部）に同時に印加され、従って、取付け部とロータブレード基部に対する負荷がより均一になる。２つの外側軌道輪およびこれらを連結する円形リングまたは軌道輪からの前記抱受軸受軌道輪の形成は、EP 0 158 015 A2から公知である。
【０００６】
中空ロータブレードの円形基部が２つの外殻部の形状に分岐し、各外殻部が一方の軸受軌道輪の、２つの軌道輪の一方に固定されていることが好ましい。２列の転動体は、特に、互いに同心円上に並べられている。しかし、それらが軸方向に変位されることも可能である。
【０００７】
追加の開発は以下の特定の実施例についての説明から明らかとなり、さらなる添付の請求項の主題である。図面により実施例を図示する。
【０００８】
風力発電装置のロータハブ（図示せず）は、図１に鎖線で示す水平ロータ軸１を中心として回転可能なように、ロータハブを担持する支柱（これも図示せず）の先端に取り付けられている。ロータブレードハブ連結部２の半径方向外側部のみが図示されているが、これがハブの中央部に複数個、その外周に沿って均等に分散されて取り付けられている。ロータブレードハブ連結部２（ロータ軸１を中心としてロータハブと共に回転する）はほぼ管状で、直径は、図示された例ではロータブレード３の円形“基部”に対応して３．５ｍである。ロータブレード３は、ロータブレードの長手方向軸５周りに枢動できるように、軸受４によってハブ連結部２に取り付けられている。軸受４の外側軸受リングまたは軌道輪１０は、全体として参照番号８で識別される調整駆動装置（ロータブレードのピッチ角調整用）の電気モータ６によって駆動されるピニオン７が噛合する外側歯状構造１１を担持している。モータ６（および伝動装置６ａ）は、ハブ連結部２に固定状態で連結された保持装置９に固定されている。
【０００９】
軸受４は、第２の軸受軌道輪１２と、軸受軌道輪１０と１２の間に配置された第３の軸受軌道輪１３を有している。一方では軸受軌道輪１０と１３の間に、また他方では軸受軌道輪１２と１３の間に、ボール１４の列が配置されている。中央軸受軌道輪１３は、ねじ１５によってハブ連結部２にねじ付けされている。軸受軌道輪１０と１２は、一部は中空のロータブレード３を終端接続する円形リング１６の形状をしたブレードリングに、また一部は−円形リング１６を貫通して−ロータブレード３自身に直接ねじ付けされている（それぞれねじ１７および１８）（常に外周方向に交互に）。図１は、ロータブレード３の２つの外殻部３ａおよび３ｂがどのように一点に集まって単一外殻のロータブレードを形成しているかを明確に図示している。アクセス開口１９は、円形リング１６の穴２０と共同して、各ロータブレード３の取付けおよび取外しのために、軸受軌道輪１３のねじ１５に手が届くようにしている。
【００１０】
上述した態様でロータブレード３の外殻部３ａとともに外殻部３ｂにも固定された円形リング１６は、軸受軌道輪１０と１２の間の剛体な架橋手段に相当するので、この組合せは転がり軸受４の軸受軌道輪として一体に見ることができる。
【００１１】
図３は、ロータブレード３のピッチ角を調整するための図１および図２に図示されたピボット軸受４の動作において発生する力を線図式に示している。左右対称に印加されボール軸受装置の２列のボール１４に伝動される力の結果として、この構成は、円形リング１６（およびこれと一体として図示される軸受軌道輪１０および１２）と軸受軌道輪１３への負荷に対する、ロータブレードの軸５に平行に延びる力の矢印を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ロータハブのブレード連結部における風力発電装置のロータブレードのピボット取付けを示す部分断面図。
【図２】 図１のピボット軸受の転がり軸受構造を大幅に拡大して示す断面図。
【図３】 図２の転がり軸受における力の状態を示す線図。

Claims (4)

1. 協働軸受部品間の小さな相対的運動により大きな軸方向の力および大きな曲げモーメントを伝動するための転がり軸受を備えた風力装置のロータハブ上への調整可能な中空のロータブレードの調整駆動ピボットであって、ロータブレードの円形基部の半径方向に相互にずらした位置に配置される２列の転動体を、その位置関係を固定するように受ける一方の協働軸受部品のための軸受軌道輪と、これらの転動体をＵ字状の断面で受け抱える他方の協働軸受部品のための軸受軌道輪を備え、前記他方の協働軸受部品を形成するロータブレードのための軸受軌道輪は、ロータブレード（３）に対して互いに独立して固定されている直径の異なる２つの軌道輪（１０、１２）からなり、中空のロータブレード（３）の円形基部が２つの外殻部（３ａ、３ｂ）に分岐し、各外殻部は一方の軸受軌道輪の２つの軌道輪（１０、１２）の一方に固定されていることを特徴とする調整駆動ピボット。
2. 請求項１記載の調整駆動ピボットであって、前記２列の転動体は互いに同心円上に配置されていることを特徴とする調整駆動ピボット。
3. 請求項１ないし２のいずれかに記載の調整駆動ピボットであって、一方の軸受軌道輪の２つの軌道輪（１０、１２）は円形リング（１６）によって橋絡され、各軌道輪（１０、１２）は、その外周越しに、円形リング（１６）に、またこれを貫通して関連する協働軸受部品（ロータブレード３）に交互に結合されていることを特徴とする調整駆動ピボット。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の調整駆動ピボットであって、前記転動体はボール（１４）であることを特徴とする調整駆動ピボット。

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