JP4351635B2 - 一体化したロータ軸受を備えた風力タービンの歯車ユニット - Google Patents

Description

本発明は一体化したロータ軸受を備えた風力タービンの歯車ユニットに関し、特に、限定されるものではないが、遊星歯車段を有する形式の風力タービンの歯車ユニットに関する。

一体化したロータ軸受を備えた風力タービンの歯車ユニットの利点は軽量で、部品数が少ないことである。解決すべき問題は、歯車ユニットを通る（そして、その機能性に影響を与えるかもしれない）ロータからナセルまでの負荷経路及び主要な軸受とシール装置とを含む歯車ユニット部品の一部のサービス性（及び／又は交換性）である。

ここに記載する本発明は、一体化したロータ軸受デザインに関連する欠点のいくつかに対する回答を与えながら、そのようなデザインにとって典型的な利点の少なくともいくつかを追求する。

その態様の１つによれば、本発明は、一体化した主要なロータ軸受有し、遊星歯車段を備え、一体化した主要なローラ軸受が風力タービンのナセルに関するロータハブのための位置を提供し、低速リングギヤに関して遊星キャリヤを位置決めするようになった形式の風力タービンに使用する歯車ユニットを提供し、その特徴とするところは、ロータハブとナセルとの間で作用する曲げモーメントによる力が主要な軸受を介してロータハブからナセルへ実質上直接的に伝達され、曲げモーメントが遊星歯車段のリングギヤを介してナセルへ実質上伝達されないことである。

本発明は更に、好ましくはまた、遊星歯車を含む平面と実質上同じ軸方向の平面内にある遊星キャリヤのいかなる部分も、ナセルへいかなる曲げモーメントをも伝達しないことを教示する。

本発明は、好ましくは、主要なロータ軸受の外側リング（単数又歯複数）がナセルに固定されること、並びに、ロータハブ及び遊星キャリヤが主要な軸受の内側リング（単数又は複数）に固定されることを教示する。従って、主要な軸受は２つの機能を果たす；第１に、主要な軸受はロータ軸受として機能し、第２に、主要な軸受は遊星キャリヤを支持する。ロータ軸受としてのその役割において、主要な軸受は実質上すべてのロータ力及びモーメント（しかし、駆動トルクは含まない）をナセル構造体に伝達するように作用する。内側リング（単数又は複数）が遊星キャリヤを支持し、及び、（随意には、主要軸受カバー又は中間のハウジング構造体を介して)外側リング（単数又は複数）をナセルへ直接締結した状態での主要な軸受の装着は、結果的にロータ力及びモーメントが主要な軸受を介してナセルへ実質上直接的に伝達される。

主要な軸受は、例えばＯ形状に配列され割り型の内側リングを有する二重先細りローラ軸受とすることができるが、円筒状の軸受を有するような他の形式の主要な軸受を使用することもできる。

遊星歯車段のリングギヤは中間のハウジング構造体を介してナセルに固定することができる。その中間のハウジング構造体はナセルに又は主要な軸受の外側リング（単数又は複数）に直接固定することができる。

好ましくは、遊星歯車は、そのまわりで遊星キャリヤが回転するような軸線の方向で考えた場合に、主要な軸受に関して軸方向に変位して位置する。従って、主要な軸受は遊星歯車と同じ軸方向の平面内に存在しない。主要な軸受が遊星歯車から軸方向に片寄っていることに加えて、主要な軸受及び（又は）リングギヤは、そこへこれらを固定することのできるナセルの部分から軸方向に片寄ることができる。

更に、サンギヤは、遊星歯車の中央に常に位置するようにその回転軸線に関して垂直な方向へ僅かに移動することができ、かつ、トルクが各遊星歯車により実質上等しく伝達されることを保証することができる浮動サンギヤとして知られる形式のものであるのが好ましい。

好ましくは、遊星歯車段のリングギヤは、選択的に解放可能な状態でナセルに関して固定される。その結果、遊星キャリヤ及び主要な軸受を除く歯車ユニットのすべての部品はロータを取り除く必要なしに取り外すことができる。（この目的のため、遊星キャリヤは２部品構成のものとすることができ、それによって、遊星軸受を支持する遊星キャリヤの１つの部分及び遊星歯車は主要な軸受（例えば主要な軸受の内側リング（単数又は複数））に固定された遊星キャリヤの第２の部分から選択的に取り外すことができることが教示される。）
本発明は更に、主要な軸受がリングギヤの外径よりも小さな内径を有することを教示する。従って、組立て中、主要な軸受はリングギヤ上を軸方向に移動できないが、これは、それを通ってリングギヤが軸方向に移動できる一層大きな直径のものに比べた場合に主要な軸受けに関する結果的な利点により補償される。特に、主要な軸受の内側リングの軸受表面がリングギヤの歯付き表面のものよりも小さな直径を有することが好ましい。

本発明は更に、主要な軸受が主要な軸受からの潤滑剤の漏洩を禁止するためにシールパックを具備できること、及び、シールパックが主要な軸受からその場で選択的に取り除くことができることを教示する。シールパックは主要な軸受の内側又は外側のリングに解放可能な状態で固定することができ、シールパックの交換可能なシールを検査でき、必要なら交換できるような態様で、軸方向に変位できるように配置することができる。好ましくは、ナセルに固定された即ち回転不能のシールパックが使用され、この場合、シールは割り型形式とすることができ、シール（単数又は複数）内の割り型分は、割り型部を通しての潤滑剤の漏洩の危険性が実質上存在しないような最上方の位置に位置する。

ここで、概略的な添付図面を参照しながら、単なる例として本発明の実施の形態を説明する。
本発明の第１の実施の形態によれば、図１は歯車ユニットの低速遊星キャリヤ〔３〕に直接取り付けられたロータハブ〔２〕を備えた風力タービンのナセル〔１〕内に設置された歯車ユニットを示す。ナセルに関してロータハブを位置決めすると共に、歯車ユニットのリングギヤ〔１３〕に関して遊星キャリヤを位置決めする主要な軸受〔４〕は遊星キャリヤ上に装着される。

主要な軸受の２つの内側リング〔６〕はリテーナリング〔７〕により位置決めすることができ、このリテーナリングはロータハブと遊星キャリヤとの間に位置する。この実施の形態においては、ロータボルト〔８〕はリテーナリングを貫通して遊星キャリヤのネジ穴内へ至る。

歯車ユニットは主要軸受カバー〔９〕を貫通して主要な軸受の外側リング（単数又は複数）〔５〕のネジ穴内へ至るボルト〔１０〕によりナセルに取り付けられる。中間のハウジング〔１１〕はボルト〔１２〕により主要な軸受の静止の外側リング（単数又は複数）に接続される。これらのボルトのためのネジ穴は主要な軸受の外側リング（単数又は複数）又は主要軸受カバーのいずれかに設けることができる。中間のハウジングは歯車ユニットの残りの部分を静止の構造体に接続するのに役立つ。これは、ボルト〔１４〕によってそれをリングホイール〔１３〕に締結することにより行うことができる。

低速遊星キャリヤ〔３〕は主要な軸受の内側リングに固定された第１の部分〔３３〕と遊星歯車ボギー及び軸受を担持する第２の部分〔３４〕とを有する２部品構成のものであり、第２の部分〔３４〕は保持ボルト〔３５〕を取り外すことにより第１の部分〔３３〕から選択的に解放することができる。遊星キャリヤは遊星キャリヤの回転軸線のまわりにおいて実質上等円周間隔で位置する３つのボギーユニットを有し、３群の保持ボルト〔３５〕は遊星ボギーの中間の３つの円周方向で離間した位置に設けてある。

主要な軸受を潤滑するために使用する油はシールパック〔１５〕によりユニットから漏洩しないように維持される。シールパックはラビリンスを生じさせるように形成することができ、半径方向のリップシール（単数又は複数）、Ｖリング（単数又は複数）又は両者の組み合わせを担持することができる着脱可能なシールホルダを有することができる。シールリップはリテーナリング〔７〕、主要な軸受の内側リング（単数又は複数）〔６〕又は両者の組み合わせに対して擦ることができる。

歯車ユニットを風力タービン内に設置する前に、リテーナリング〔７〕及び主要軸受カバー〔９〕はナセル〔１〕の合致する面と抵触しないように設置されたボルト（図１には示さない）により適所に保持され、ロータ〔３〕の機能はボルト〔８〕及び〔１０〕により引き継がれる。

図２は本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態においては、主要な軸受の外側リング（単数又は複数）〔５〕は中間のハウジング〔１１〕を介してナセル構造体〔１〕に装着される。これは、主要な軸受のカバー〔９〕、主要な軸受の外側リング（単数又は複数）〔５〕及び中間のハウジング〔１１〕を貫通してナセル構造体のネジ穴内へ至る長いボルト〔１０Ａ〕を使用することにより、達成することができる。代わりに、歯車ユニットは、ナセル内側から挿入され、中間のハウジング〔１１〕を貫通して主要な軸受の外側リング（単数又は複数）のネジ穴内へ至るボルト〔１０Ｂ〕を使用してナセル構造体にボルト止めすることができる。

この場合、中間のハウジング〔１１〕及び主要軸受カバー〔９〕は、ユニットが風力タービン内に設置されるまで、ボルト（図２には示さない）により適所に保持され、その時点で、それらの機能はボルト〔８〕及び〔１０Ａ〕又は〔１０Ｂ〕に伝達される。

本発明によれば、主要な軸受はナセルに関してロータハブを回転させるための軸受として作用し、また、遊星歯車段の遊星キャリヤのための支持体を提供する。上述の実施の形態においては、これは、遊星歯車のリングギヤを、直接的に又は主要な軸受の外側リングを介して、ナセルに関して固定したまま、主要な軸受の内側リングに関してロータハブ及び遊星キャリヤを固定することにより、得られる。従って、主要な軸受はすべての軸方向力と曲げモーメント力をナセル構造体に実質上直接的に伝達することができ、遊星歯車段はロータハブにより提供される駆動トルクのみを実質上体験する。図３は図１の形式の構成を示すが、この場合、主要な軸受の内側リングは遊星キャリヤを支持し、外側リングは（主要軸受カバー又は中間のハウジングを介して）ナセルに直接固定され、その結果、ロータハブにより発揮される軸方向力と曲げモーメント力は主要な軸受を介してナセルに実質上直接的に伝達される。

本発明の第１の実施の形態に係る風力タービンの歯車ユニットの断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る、図１のものと同様の図である。 曲げモーメント力伝達経路を示した状態での、図１の実施の形態の部分断面図である。

Claims (15)

1. 一体化した主要なロータ軸受を有し、遊星歯車段を備え、上記一体化した主要なローラ軸受が風力タービンのナセルに関するロータハブのための位置を提供し、低速リングギヤに関して遊星キャリヤを位置決めするようになった形式の風力タービンに使用する歯車ユニットにおいて、
   上記遊星歯車段が、そのまわりで上記遊星キャリヤが回転するような軸線の方向で考えた場合に、上記主要な軸受に関して軸方向に変位して位置し、
   上記ナセル又は上記主要な軸受の外側リング（単数又は複数）に直接的に固定される中間のハウジング構造を介して上記遊星歯車段の上記リングギアが上記ナセルに固定されて、
   上記ロータハブと上記ナセルとの間で作用する曲げモーメントによる力が上記主要な軸受を介して当該ロータハブから当該ナセルへ直接的に伝達され、上記曲げモーメントが上記遊星歯車段のリングギヤを介して該ナセルへ伝達されないことを特徴とする歯車ユニット。
2. 上記主要なロータ軸受の外側リング又はその各々が上記ナセルに、又は、随意には主要軸受カバーや中間のハウジング構造を介して固定され、上記ロータハブ及び上記遊星キャリヤが当該主要な軸受の内側リング（単数又は複数）に固定されることを特徴とする請求項１に記載の歯車ユニット。
3. 上記遊星歯車段を含む平面と実質上同じ軸方向の平面内にある上記遊星キャリヤのいかなる部分も、上記ナセルへいかなる上記曲げモーメントをも伝達しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車ユニット。
4. 上記主要な軸受が二重先細りローラ軸受であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の歯車ユニット。
5. 上記二重先細りローラ軸受が２連の先細りローラを有し、
   前記２連の先細りローラは、相対する側が径方向内側に向けて傾斜した状態で同一円周上に並んだＯ形状に配列されていることを特徴とする請求項４に記載の歯車ユニット。
6. 上記二重先細りローラ軸受が割り型の内側リングを有することを特徴とする請求項４又は５に記載の歯車ユニット。
7. 上記主要な軸受の上記外側リング（単数又は複数）が主要軸受カバーを介して上記ナセルに実質上直接的に固定されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の歯車ユニット。
8. 上記主要な軸受が中間のハウジングを介して上記ナセルに実質上直接的に固定されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の歯車ユニット。
9. 上記中間のハウジングが上記ナセル又は上記主要な軸受の上記外側リングに直接固定されることを特徴とする請求項８に記載の歯車ユニット。
10. 上記遊星歯車段の上記リングギヤは、上記ロータを取り除く必要なしに少なくとも上記遊星歯車及びリングギヤを取り外すことができるように、選択的に解放可能な状態で上記ナセルに固定されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の歯車ユニット。
11. 上記主要な軸受及び上記遊星キャリヤ又はその一部のうちの少なくとも１つを除く上記歯車ユニットのすべての部品が上記ロータを取り除く必要なしに取り外すことができることを特徴とする請求項１０に記載の歯車ユニット。
12. 上記遊星キャリヤが上記遊星歯車を支持する１部品を含む２部品構成のものであり、上記１部品が上記主要な軸受に関して実質上直接的に固定された上記遊星キャリヤの第２の部分に選択的に解放可能な状態で固定されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の歯車ユニット。
13. 上記主要な軸受が同主要な軸受からその場で選択的に取り除くことができるように配置されたシールパックを具備することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の歯車ユニット。
14. 上記シールパックが上記主要な軸受に関して軸方向に変位できることを特徴とする請求項１３に記載の歯車ユニット。
15. 上記シールパックが円周方向で不連続なシールを有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の歯車ユニット。
    以上

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