WO2006129351A1 - 旋回輪軸受構造 - Google Patents

Abstract

　旋回輪軸受は、平行に内周面に形成された第１と第２の円周溝を有する外輪部と、前記外輪部の内側に設けられ、前記外輪部の前記第１と第２の円周溝に対応して平行に外周面に形成された第１と第２の円周溝を有する内輪部と、前記外輪部の前記第１円周溝と前記内輪部の前記第１円周溝に設けられた第１転動体列と、前記外輪部の前記第２円周溝と前記内輪部の前記第２円周溝に設けられた第２転動体列とを備えている。前記第１転動体列と前記第２転動体列とを介して、前記内輪部は、回転軸の周りに前記外輪部と相対的に反対方向に回転する。前記第１転動体列の転動体への第１予圧は前記第２転動体列の転動体への第２予圧より大きい。

Description

明 細 書

旋回輪軸受構造

技術分野

[0001] 本発明は、旋回輪軸受構造に関し、特に、複列化される旋回輪軸受に関する。

背景技術

[0002] 地球環境の保全のために、環境に対する負荷が小さ!/、自然エネルギーの利用が 望まれている。自然エネルギーの 1つとして風力エネルギーが有望である。風車発電 機は、風力エネルギーを電力に変換する回転機械である。風車発電機は、図 1に示 されるように、支持塔と、支持塔に旋回自在に支持される風車基体 102と、風車基体 102に回転自在に支持される翼車基体 (ロータヘッド） 103とから構成されている。複 数の翼（この例では、 3枚の翼） 104A, 104B, 104Cは、それぞれ、旋回輪軸受 10 5A, 105B, 105Cを介してロータヘッド 103に旋回自在に（ピッチ可変自在に）支持 されている。旋回輪軸受 105Bは、図 2に示されるように、ロータヘッド側の非旋回外 輪 106と翼側の旋回内輪 107とで形成されている。外輪 106と内輪 107との間には、 環状の転動体列 108が介設されている。転動体列 108の要素としての転動体は、転 力 Sり玉又はほぼ円筒面または鼓面の転がりローラの形状を有している。

[0003] 図 1に示される 3枚翼の 1つ 104Bを支持する旋回輪軸受 105Bには、軸方向 XBの 外力 Fxbと、軸方向 XBのまわりの回転モーメント Mxbと、軸方向 YBの外力 Fybと、 軸方向 YBのまわりの回転モーメント Mybと、ロータヘッド 103の回転軸に直交する放 射方向 ZBの外力 Fzbと、放射方向 ZBのまわりの回転モーメント Mzbとが作用する。 このような 2様の 3次元の力は、外輪 106と内輪 107と転動体列 108の多数の転動体 に対して面圧を生成する。そのような面圧は、外輪 106と内輪 107と転動体列 108に 変形力として作用する。そのような変形力は、同一円周上に配列される多数の転動 体の玉番号に対応する円周方向位置の分布関数として表され、転動体が受ける球 荷重又はその位置の面圧は、一定でなく大きく変動している。このような変形力は、 旋回輪軸受 105A, 105B, 105Cに生成される不適正な摩擦の原因として現れ、旋 回輪軸受の寿命を短くする。 [0004] 上記の説明と関連して、複列旋回軸受が特開 2002— 13540号公報に記載されて いる。この従来例では、外輪又は内輪の半径方向に挿入孔が設けられて転動体が 挿入されている。ローラの挿入に伴って予圧量が徐々に増加することは記載されてい る力 列ごとの予圧量についての記載はない。

また、風車翼が特開平 7— 310645号公報に開示されている。この従来例では、翼 部が旋回輪軸受を介してロータヘッドによりピッチ可変に支持され、旋回輪軸受はラ ジアル荷重とスラスト荷重を同時に支持する。この旋回輪軸受は、 1列軸受である。 発明の開示

[0005] 本発明の目的は、旋回輪軸受の複列化と面圧均等化 (玉荷重の均等化)を同時に 実現する旋回輪軸受を提供することにある。

本発明の他の目的は、旋回輪軸受を複列化し、且つ、適正荷重分配を荷重等配と することにより、面圧均等化を実現する旋回輪軸受を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、旋回輪軸受を複列化し、荷重不等配の場合に面圧均 等化を実現する旋回輪軸受を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、上記旋回輪軸受を使用する風力発電装置を提供する ことにある。

[0006] 本発明の観点では、旋回輪軸受は、平行に内周面に形成された第 1と第 2の円周 溝を有する外輪部と、前記外輪部の内側に設けられ、前記外輪部の前記第 1と第 2 の円周溝に対応して平行に外周面に形成された第 1と第 2の円周溝を有する内輪部 と、前記外輪部の前記第 1円周溝と前記内輪部の前記第 1円周溝に設けられた第 1 転動体列と、前記外輪部の前記第 2円周溝と前記内輪部の前記第 2円周溝に設けら れた第 2転動体列とを備えて 、る。前記第 1転動体列と前記第 2転動体列とを介して 、前記内輪部は、回転軸の周りに前記外輪部と相対的に反対方向に回転する。前記 第 1転動体列側への荷重が前記第 2転動体列側への荷重より大きいとき、前記第 1 転動体列の転動体への第 1予圧は前記第 2転動体列の転動体への第 2予圧より大き い。

ここで、前記第 1外周部に対応する前記第 1転動体列の転動体への第 1予圧は前 記第 2外周部に対応する前記第 2転動体列の転動体への第 2予圧より大きいことが 好ましい。

この場合、前記外輪部の前記第 1外周部の半径方向の厚さは、前記外輪部の前記 第 2外周部の半径方向の厚さより薄くてもよい。また、前記第 1転動体の転動体の半 径方向の第 1直径は、前記第 2転動体の転動体の半径方向の第 2直径より大きくても よい。

また、前記外輪部の前記回転軸方向の幅は、前記内輪部の前記回転軸方向の幅 に等しくてもよいし、前記外輪部の前記回転軸方向の幅は、前記内輪部の前記回転 軸方向の幅より広くてもよい。

前記外輪部の前記回転軸方向の幅は、前記内輪部の前記回転軸方向の幅より広 いとき、前記外輪部は、前記回転軸方向に直交する前記外輪部の面に結合された 側板を更に具備してもよい。加えて、前記内輪部は、前記回転軸方向に直交する前 記外輪部の面に結合された側板を更に具備してもよい。

また、前記第 1と第 2の転動体列の連動体は、玉であってもよいし、コ口であってもよ い。

[0007] また、本発明の他の観点では、風力発電装置は、風力取出用回転軸に接続された ロータヘッドと、複数の翼と、前記複数の翼の各々を前記ロータヘッドに結合するよう に設けられた、上記の旋回輪軸受とを具備する。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]図 1は、公知の旋回輪軸受構造を示す斜視図図である。

[図 2]図 2は、公知の旋回輪軸受を示す斜視図図である。

[図 3]図 3は、本発明の適用対象を示す旋回輪軸受構造を示す斜視図図である。

[図 4]図 4は、図 3の一部の斜視図断面図である。

[図 5]図 5は、旋回輪軸受の領域分割を示す断面図である。

[図 6]図 6は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の実現態を示す断面図である。

[図 7]図 7は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の他の実現態を示す断面図であ る。

[図 8]図 8は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の実現態を示す断面図 である。 [図 9]図 9は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の実現態を示す断面図 である。

[図 10]図 10は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の実現態を示す断面 図である。

[図 11]図 11は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の玉荷重分布を示すグラフで ある。

[図 12]図 12は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の他の玉荷重分布を示すダラ フである。

[図 13]図 13は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の面圧分布を示すグラフであ る。

[図 14]図 14は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の他の面圧分布を示すグラフ である。

[図 15]図 15は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の玉荷重分布を示す グラフである。

[図 16]図 16は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の玉荷重分布を示す グラフである。図である。

[図 17]図 17は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の面圧分布を示すグ ラフである。

[図 18]図 18は、本発明による風車用旋回輪軸受構造の更に他の面圧分布を示すグ ラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下に添付図面を参照して、本発明の旋回輪軸受について詳細に説明する。以 下においては、風車用旋回輪軸受を例に取って旋回輪軸受を説明するが、本発明 が一般の旋回輪軸受に適用できることは当業者には明らかであろう。

[0010] 図 3は、本発明の第 1実施形態による風車用旋回輪軸受の構造を示す斜視図であ る。図 3を参照して、翼車本体 (ロータヘッド） 1には、風力取出用回転軸 2と、 3組の 旋回輪軸受 3とが設けられている。 3体の可変ピッチ翼（図示されず）は、 3組の旋回 輪軸受 3によりそれぞれに支持されている。 3組の旋回輪軸受 3の各々の旋回軸は、 同一平面上で 120度の等角度間隔で配置されている。

[0011] 図 4にて旋回輪軸受 3は、ロータヘッド 1に固着される外輪 4と翼に固着される内輪 5 とから形成されている。外輪 4の内周面と内輪 5の外周面との間には、第 1転動体列 6 と第 2転動体列 7とが介設されている。第 1転動体列 6と第 2転動体列 7の各々の転動 体は、玉又はローラのような形状を有している。第 1転動体列 6と第 2転動体列 7は、 旋回軸 Lの軸方向に間隔 Dで離隔されている。

[0012] 外輪 4と内輪 5の表面に生成される面圧について FEM解析が実施され、その結果 力 その面上に線描されている。第 1転動体列 6と第 2転動体列 7のそれぞれの転動 体を保持するリテーナ (保持器）は、単一体として、又は外輪 4または内輪 5と一体物 として形成されている。第 1転動体列 6と第 2転動体列 7として、転がり玉、球面ころを 禾 IJ用することがでさる。

[0013] 図 5は、荷重 flと荷重 f2が荷重等配又は荷重不等配で旋回軸方向に配分され、円 周方向の面圧は均等化される（面圧差分布を平坦化する） 2領域を示している。円周 方向の座標は、同一円周上に並ぶ複数の転動体である玉に割り当てられた玉番号 を用いて表現される。従って、円周方向の座標は、離散化されている。一体として形 成された外輪 4は、旋回軸方向に第 1転動体列 6に対応する第 1外輪部 8と、第 2転 動体列 7に対応する第 2外輪部 9とに仮想的に領域分けされる。一体として形成され た内輪 5は、旋回軸方向に第 1転動体列 6に対応する第 1内輪部 11と、第 2転動体列 7に対応する第 2内輪部 12とに仮想的に分けられる。第 1外輪部 8と第 2外輪部 9は、 旋回軸 Lに直交する仮想的中心面 Sで旋回軸方向に分けられて 、る。第 1内輪部 11 と第 2内輪部 12は、仮想的中心面 Sで旋回軸方向に分けられている。

[0014] 図 6は、本発明が適用される風車用旋回輪軸受の構造の荷重分配の例を示してい る。第 1外輪部 8の外側周面に作用する荷重 flが第 2外輪部 9の外側周面に作用す る荷重 f 2より小さい場合には、第 1転動体列 6の玉の直径は第 2転動体列 7の玉の直 径より小さいことが好ましい。第 2転動体列 7の玉の剛性は第 1転動体列 6の玉の剛 性より大きくなるので、玉の直径が大きいほど玉の荷重負荷能力は大きい。従って、 この例では、第 1外輪部 8と第 2外輪部 9の変形度又は内部応力分布が均等化される ことができる。荷重 flより大きい荷重 f 2の一部は、第 1転動体列 6に分配されるので、 この例では、荷重不等配に係わらず面圧分布は平坦化される。

[0015] 図 7は、本発明が適用される風車用旋回輪軸受構造の荷重分配の他の例を示して いる。この例では、第 1転動体列 6と第 2転動体列 7の玉の直径は同じである。第 2外 輪部 9の外側周面に作用する荷重 f2が第 1外輪部 8の外側周面に作用する荷重 fl より大きい場合には、第 2外輪部 9の剛性が第 1外輪部 8の剛性より大きくなるように、 第 1外輪部 8の半径方向の厚さは第 2外輪部 9の半径方向厚さより厚くされる。この結 果、大きい剛性の方に荷重が多く作用し、第 1転動体列 6と第 2転動体列 7の荷重の 等配が実現される。荷重等配により、軸受の面圧 (面圧差分布)が均等化される。第 1 外輪部 8と第 2外輪部 9のこのような大小関係は、一般的傾向として正しい。しかしな がら、現実には、現物についての FEM解析の結果に基づいて、その厚み、その形状 、仮想的中心面 Sの旋回軸方向の位置が定められる。この例では、荷重等配が実現 される。

[0016] 図 8は、本発明が適用される風車用旋回輪軸受構造の荷重等配の更に他の例を 示している。この例では、外輪 4と内輪 5の形状を調整する点で、図 7の実施例に同じ である。 flと f2の大小関係に対応して、外輪 4と内輪 5の旋回軸方向の幅の大小関 係が定められる。又は、 flと f2の大小関係に基づいて、第 1外輪部 8と第 2外輪部 9 の旋回軸方向の幅の大小関係、又は、第 1内輪部 11と第 2内輪部 12の旋回軸方向 の幅の大小関係が定められる。この例では、荷重等配が実現される。

[0017] 図 9は、本発明が適用される風車用旋回輪軸受の荷重等配の更に他の例を示して いる。 flと f 2の大小関係に基づいて、第 1転動体列 6の玉の直径 R1と第 2転動体列 7の玉の直径 R2とに僅かな差 ARが与えられる。

AR=R2—R1 =K* (f2—fl) K:微小値

外輪 4と内輪 5の間に第 1転動体列 6と第 2転動体列 7が設けられ、第 1転動体列 6と 第 2転動体列 7が外輪 4と内輪 5とで強く挟圧される。この場合、第 1外輪部 8の外側 周面に作用する荷重 flが第 2外輪部 9の外側周面に作用する荷重 f 2より大き 、場合 には、玉直径の僅かに大きい玉 7の方の予圧力が大きいので、玉 7の剛性が大きくな る。その結果として、大きい剛性の方に荷重が多く作用するようになり、第 1転動体列 6と第 2転動体列 7の荷重等配が実現される。この例では、玉の直径を調節し、予圧 力を調整することにより軸受の面圧が均等化され、面圧差分布が平坦化されることが できる。この例の予圧調整の考えに従えば、図示しないが、第 1転動体列 6の環状列 の直径 R1'と第 2転動体列 7の環状列の直径 R2'との間に僅かな差を設けることにより 、軸受の面圧分布を両列間で均等化 (平坦化)することができる。

[0018] 図 10は、荷重等配の更に他の例を示している。 flと f2の大小関係に基づいて決定 される厚みの輪板 (側板） 13が第 1外輪部 8の側周面に取り付けられ、 flと f2の大小 関係に基づいて決定される厚みの輪板 (側板） 13'が第 2外輪部 9の側周面に取り付 けられる。また、 flと f2の大小関係に基づいて決定される厚みの輪板 13'が第 1内輪 部 11の側周面に取り付けられ、又は、 flと f 2の大小関係に基づいて決定される厚み の輪板 13'が第 2内輪部 12の側周面に取り付けられる。又は、第 1外輪部 8に取り付 けられる輪板 13の厚みと第 1内輪部 11に取り付けられる輪板 13'の厚みは、 flと f2 の大小関係に基づいて調整されてもよい。又は、第 2外輪部 9に取り付けられる輪板 13の厚みと第 2内輪部 12に取り付けられる輪板 13'の厚みは、 flと f2の大小関係に 基づいて調整されてもよい。剛性の調整により荷重等配を実現することができる。 尚、上記の輪板は、外輪部 4にのみ設けてもよいし、内輪部 5のみに設けてもよい。 また、その輪板は、内輪部 5に結合される回転軸と干渉しないように、回転軸の近傍 まで延びていてもよい。

[0019] 図 11〜図 14は、上記の荷重分配により分配される荷重の FEM解析結果を示して いる。ここで、横軸は、内外輪の 1周に関する角度座標であり、玉番号で離散化され ている。図 11は、 flと f 2の分配率を変えて FEM解析を行ったときのロータヘッド側の 玉荷重分布を示している。ロータヘッド側の玉荷重は、翼側の玉荷重より大きい。分 配率 50%の通常荷重がかけられる場合の玉荷重分布は、分配率 59%又は分配率 6 1%の通常荷重がかけられる場合の玉荷重分布に比べて、全周域でロータヘッド側 で小さく抑えられている。図 13は、図 11に示される玉荷重分布に対応するロータへッ ド側の面圧分布を示して 、る。分配率 50%の通常荷重がかけられる場合の面圧分 布は、分配率 59%又は分配率 61%の通常荷重がかけられる場合の面圧分布に比 ベて、全周域でロータヘッド側で小さく抑えられている。このように玉荷重分布と面圧 分布が大きい側でそれらの値が小さく抑えられ、それらが小さい側で大きくなつてい て、両分布が平坦化されている。図 12と図 14は、両列の玉荷重差分布と面圧差分 布が平坦ィ匕されることを示し、等配が適正分配であることを示して 、る。

[0020] 図 15〜図 18は、図 10に示される輪板（1枚の天板） 13、 13'が付加されたときの荷 重の FEM解析結果を示している。分配率が 50%に近い 48%である場合に、玉荷重 と面圧とが大き ヽロータヘッド側で、その玉荷重差分布とその面圧差分布とが全般に 更に平坦化されて 、ることを示して！/、る。

[0021] [第 2実施例]

荷重不等配の更に他の例として、 2列球面ころ軸受を用い、ころに対して予圧を調 整することにより、軸受の負荷能力が上がり、多少の荷重不均等は吸収できる。第 1 転動体列 6の保持器と第 2転動体列 7の保持器を一体化することは、面圧の均等化（ 平坦化)のために有効である。 1円周上の玉荷重を均等化することは効果的である。 その玉荷重を均等化するために、外輪 4の転がり面と内輪 5の転がり面をともに非真 円に形成し、又は、外輪 4と内輪 5の一方を非真円に形成し、その玉に与える予圧を 調整することにより、軸受の面圧分布を均等化 (平坦化)することができる。

[0022] 上記のように、本発明の複列旋回輪軸受によれば、荷重差分布の平坦化により面 圧差分布を平坦化し、旋回輪軸受の複列化と面圧均等化を同時に実現することがで きる。これにより、複列の転動体列に対応して外輪と内輪とが分担する荷重が均等に 分配されることが可能である。荷重等配は、複列旋回輪軸受が高剛性であり、又は、 各転動体列に対応する全剛性 (軸受剛性 +支持剛性)が等しいことにより実現される

Claims

請求の範囲

[1] 平行に内周面に形成された第 1と第 2の円周溝を有する外輪部と、

前記外輪部の内側に設けられ、前記外輪部の前記第 1と第 2の円周溝に対応して 平行に外周面に形成された第 1と第 2の円周溝を有する内輪部と、

前記外輪部の前記第 1円周溝と前記内輪部の前記第 1円周溝に設けられた第 1転 動体列と、

前記外輪部の前記第 2円周溝と前記内輪部の前記第 2円周溝に設けられた第 2転 動体列とを具備し、

前記第 1転動体列と前記第 2転動体列とを介して、前記内輪部は、回転軸の周りに 前記外輪部と相対的に反対の円周方向に回転し、

前記第 1転動体列側への荷重が前記第 2転動体列側への荷重より大きいとき、前 記第 1転動体列の転動体への第 1予圧は前記第 2転動体列の転動体への第 2予圧 より大きい

旋回輪軸受。

[2] 請求項 1に記載の旋回輪軸受において、

前記外輪部の前記第 1外周部の半径方向の厚さは、前記外輪部の前記第 2外周 部の半径方向の厚さより薄い

旋回輪軸受。

[3] 請求項 1又は 2に記載の旋回輪軸受において、

前記第 1転動体の転動体の半径方向の第 1直径は、前記第 2転動体の転動体の半 径方向の第 2直径より大きい

旋回輪軸受。

[4] 請求項 1乃至 3の 、ずれかに記載の旋回輪軸受にお 、て、

前記外輪部の前記回転軸方向の幅は、前記内輪部の前記回転軸方向の幅に等し い

旋回輪軸受。

[5] 請求項 1乃至 4の 、ずれかに記載の旋回輪軸受にお 、て、

前記外輪部の前記回転軸方向の幅は、前記内輪部の前記回転軸方向の幅より広 い

旋回輪軸受。

[6] 請求項 5に記載の旋回輪軸受において、

前記外輪部は、

前記回転軸方向に直交する前記外輪部の面に結合された側板を

更に具備する旋回輪軸受。

[7] 請求項 4又は 6に記載の旋回輪軸受にお 、て、

前記内輪部は、

前記回転軸方向に直交する前記外輪部の面に結合された側板を

更に具備する旋回輪軸受。

[8] 請求項 1乃至 7の 、ずれかに記載の旋回輪軸受にお 、て、

前記第 1と第 2の転動体列の連動体は、玉である

旋回輪軸受。

[9] 請求項 1乃至 7の 、ずれかに記載の旋回輪軸受にお 、て、

前記第 1と第 2の転動体列の連動体は、コロである

旋回輪軸受。

[10] 風力取出用回転軸に接続されたロータヘッドと、

複数の翼と、

前記複数の翼の各々を前記ロータヘッドに結合するように設けられた、請求項 1乃 至 9の 、ずれかに記載の旋回輪軸受と

を具備する風力発電装置。