WO2006033320A1

WO2006033320A1 - 複列自動調心ころ軸受および風力発電機の主軸支持構造

Info

Publication number: WO2006033320A1
Application number: PCT/JP2005/017277
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Mori
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-03-30
Also published as: US20070297706A1; US7922396B2

Abstract

　一方列の球面ころ（１１）のころ長さをＬ１、他方列の球面ころ(１２）のころ長さをＬ２、他方列の球面ころ（１２）と軌道輪（２０ｂ）との接触面に生ずる接触だ円（１４）の長径をＡとしたとき、次の寸法関係が成立する。　Ｌ２＜Ｌ１　Ｌ２＞Ａ

Description

複列自動調心ころ軸受および風力発電機の主軸支持構造技術分野

[0001] この発明は、複列自動調心ころ軸受に関し、特に左右の列の球面ころに不均等な荷重が作用する複列自動調心ころ軸受およびそのような軸受を備えた風力発電機の主軸支持構造に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、クリーンで無尽蔵なエネルギを利用できる風力発電が注目されて、る。大型の風力発電設備では、風車を備えた発電機本体が地上力数十 mの高さに設置されているので、風車のブレードの主軸を支持する軸受の保守には大変な労力と危険が伴う。そのため、風力発電機の主軸を支持する軸受には、高い信頼性と耐久寿命が要求される。

[0003] 風力発電機の主軸を回転自在に支持するのに好適な自動調心ころ軸受は、例えば特開 2004— 11737号公報に開示されて、る。この公報に開示されて、るように、大型の風力発電機における主軸用軸受には、図 1に示すような大型の複列自動調心ころ軸受 1が用いられることが多い。

[0004] 風力発電機の風車の主軸 2は、ブレード 3が設けられた先端側を片持ち支持するようにハウジング 4に取り付けられるので、その片持ち支持用の軸受として、通常、主軸 2の橈みに対応可能な大型の自動調心ころ軸受 1が使用される。ブレード 3が風力を受けると、主軸 2がブレード 3とともに回転する。この主軸 2の回転は、増速機（図示せず)で増速されて発電機に伝達され、発電する。

[0005] 自動調心ころ軸受 1は、内輪 5と、外輪 6と、複列の球面ころ 7, 8とを備える。風を受けて発電しているとき、ブレード 3を支える主軸 2には、ブレード 3にかかる風力による軸方向荷重 (軸受スラスト荷重）と、ブレード軸の自重による径方向荷重 (軸受ラジアル荷重）が負荷される。複列自動調心ころ軸受 1は、ラジアル荷重とスラスト荷重とを同時に受けることができ、かつ調心性をもっため、ノ、ウジング 4の精度誤差や、取り付け誤差による主軸 2の傾きを吸収でき、かつ運転中の主軸 2の橈みを吸収できる。 [0006] 図 1に示した内輪 5は、左右の列の球面ころ 7, 8の端面 7a, 8aに当接する中鍔 9を有している。通常、球面ころ 7, 8のスキューを防止するために、球面ころ 7, 8の端面を凸状の球面形状とした場合、中鍔 9の両側面を球面ころの凸状球面形状に適合する凹状湾曲面とすることによって両者の接触面積を増大している。

[0007] 上記の風力発電機の主軸支持用の複列自動調心ころ軸受 1では、風車の回転中はラジアル荷重に対してスラスト荷重が大きくなる。この場合、複列の球面ころ 7, 8のうち、ブレード 3から遠い方の列の球面ころ 8が、ラジアル荷重とスラスト荷重とを同時に受けることになる。ブレード 3に近い方の列の球面ころ 7については、スラスト荷重があまりかからず、もっぱらラジアル荷重を受けることになる。

[0008] 一方、無風状態においては、主軸支持用軸受 1にかかる荷重はもっぱらラジアル荷重となる。そのため、ブレード 3に近い方の列の球面ころ 7については、風車の回転中よりも、風車が回転しない無風状態のときの方が大きなラジアル荷重を受けることになる。

[0009] 上記のように、風力発電機の主軸支持用複列自動調心ころ軸受 1の場合、ブレード 3から遠い方の列の球面ころ 8の負荷が大きくなるので、ブレード 3に近い方の列の球面ころ 7に比べて転がり疲労寿命が短くなる。特に、内輪 5の中鍔 9の側面と球面ころ 8の端面とは凸状球面形状と凹状湾曲面とを接触させているので、接触面圧が大きくなり、摩擦抵抗が発生し接触部の回転トルクが大きくなる。さらに、接触位置が中鍔側面の上側になるため、接触だ円が切れて上端部にエッジ応力が発生し、この部分における早期摩耗や、剥離等の問題が生じる可能性が高くなる。

[0010] 一方、ブレード 3に近い方の列の球面ころ 7では軽負荷となり、球面ころ 7と内外輪 5 , 6の軌道面 5a, 6aとの間で滑りを生じ、表面損傷や摩耗の問題を引き起こす。大きな荷重に対応するために軸受サイズを大きくすることが考えられるが、軽負荷側では余裕が大きくなりすぎ、不経済である。

発明の開示

[0011] この発明の目的は、負荷に応じた適正な支持が各列で行なえて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のな、経済的な複列自動調心ころ軸受およびこの軸受を用いた風力発電機の主軸支持構造を提供することである。 [0012] この発明の他の目的は、特に高負荷となる球面ころの寿命を延ばすことのできる複列自動調心ころ軸受を提供することである。

[0013] 一つの局面において、この発明に従った複列自動調心ころ軸受は、内外の軌道輪の間に複列に球面ころを配置したものであって、次のことを特徴とする。すなわち、一方列の球面ころのころ長さを Ll、他方列の球面ころのころ長さを L2、他方列の球面ころと軌道輪との接触面に生ずる接触だ円の長径を Aとしたとき、次の寸法関係が成立する。

[0014] L2<L1

L2>A

上記のように、左右の列の球面ころのころ長さを異ならせるようにすれば、それぞれの球面ころの負荷容量が異なったものとなる。従って、負荷容量が大きくなる列にころ長さが大きな球面ころを用い、軽負荷側の列にころ長さが小さな球面ころを用いれば、負荷に応じた適正な支持が各列で行なえ、軸受寿命が長くなる。軽負荷側の列の球面ころの場合、ころ長さを短くするにも限度がある。すなわち、使用時における荷重を十分に支持できるだけのころ長さが必要である。そこで、本発明では、軽負荷側の球面ころのころ長さを、球面ころと軌道輪との接触面に生じる接触だ円の長径よりも大きくなるようにする。接触だ円の長径よりも大きなころ長さを有する球面ころであれば、使用時の荷重に十分耐えることができ、長寿命となる。

[0015] 球面ころと軌道輪の軌道面とが荷重を受けると、その接触面は弾性変形し、接点の周りにだ円形の接触面が生じる。このだ円形の接触面が「接触だ円」である。

[0016] 外輪は、単一のものでもよいし、軸方向に並んだ 2個の分割外輪で構成してもよい。外輪を分割構造とする場合に、 2個の分割外輪間に隙間を設け、これら分割外輪間に予圧を負荷するようにしてもよい。予圧は、ころ長さの小さいころ列側力も与えることが好ましい。

[0017] 球面ころとしては、ころの最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころでもよ V、し、ころの最大径の位置がころ長さの中央力も外れて、る非対称ころでもよ!/、。

[0018] この発明に従った風力発電機の主軸支持構造は、風力を受けるブレードと、その一端がブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組込まれ、主軸を回転自在に支持する複列自動調心ころ軸受とを備える。自動調心ころ軸受に注目すると、ブレードに遠い方の列の球面ころのころ長さを Ll、近い方の列の球面ころのころ長さを L2、ブレードに近い方の列の球面ころと軌道輪との接触面に生ずる接触だ円の長径を Aとしたとき、次の寸法関係が成立する。

[0019] L2<L1

L2>A

風力発電機の主軸を支持する軸受では、ブレードに作用する風圧の影響で、ブレード力遠い方の列の球面ころにラジアル荷重とともに大きなスラスト荷重が力かる。一方、ブレードに近い方の列の球面ころには、もっぱらラジアル荷重がかかる。本発明では、高負荷側の列の球面ころにころ長さの大きいものを使用し、軽負荷側の列の球面ころにころ長さの小さいものを使用しているので、各列に対して負荷に応じた適正な支持を行なうことができる。ころ長さを小さくした軽負荷側の球面ころは、風車が静止する無風状態における大きなラジアル荷重に耐えるだけの長さを有していなければならない。そこで、本発明では、ブレードに近い方の列の球面ころのころ長さを、この球面ころと軌道輪との接触面に生ずる接触だ円の長径よりも大きくする。

[0020] 以上のように、この発明に従った複列自動調心ころ軸受によれば、左右の列の球面ころのころ長さを異ならせ、小さい寸法の球面ころのころ長さを接触だ円の長径よりも大きくしているので、負荷に応じた適正な支持が各列で行なえて、実質寿命を延長することができる。また、このような複列自動調心ころ軸受を風力発電機の主軸支持構造に適用することにより、主軸に作用する特性に応じた適正な支持を行なえるので、信頼性が高ぐ長寿命の主軸支持構造が得られる。

[0021] 他の局面において、この発明に従った複列自動調心ころ軸受は、内輪と外輪との間に複列に球面ころを配置したものであって、次のことを特徴とする。すなわち、一方列の球面ころの稜線の曲率半径を R1、他方列の球面ころの稜線の曲率半径を R2、一方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径を N1、他方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径を N2としたとき、次の寸法関係が成立するようにする。

[0022] N1/R1 >N2/R2

自動調心ころ軸受においては、通常、球面ころの稜線の曲率半径 Rよりも内輪軌道面の曲率半径 _Nの方が大きい。 NZRの比率が相対的に小さくて 1に近いと、運転時の接触だ円の大きさが大きくなり、接触部における最大負荷応力は小さくなる。一方

、 NZRの比率が相対的に大きいと接触だ円の大きさが小さくなり、接触部における最大負荷応力は大きくなる。従って、上記のように、左右の列の NZRの比率を異ならせるようにすれば、負荷に応じた適正な面圧コントロールを各列で行なえる。

[0023] 高負荷側の列における NZRの比率が相対的に小さ、ものであれば、自動調心ころの両端近傍でのエッジ応力が大きくなり、この部分における早期摩耗や剥離の問題が生じる可能性がある。そこで、高負荷側列における NZRの比率を相対的に大きくしてエッジ応力を低減させる。

[0024] 軽負荷側の列では球面ころと軌道面との間で滑りが生じ易ぐころのスキューも生じやすい。そこで、軽負荷側の列においては、 NZRの比率を相対的に小さくして接触だ円の大きさを大きくすることにより、ころのスキューの発生を抑制する。

[0025] NZRの比率を変更するには、左右の列の球面ころの稜線の曲率半径を異ならせたり、あるいは左右の列の内輪軌道面の曲率半径を異ならせたりすればよい。球面ころの稜線の曲率半径および内輪軌道面の曲率半径の両者を異ならせるようにしてもよい。そこで、一つの実施形態では、一方列の球面ころの曲率半径 R1を、他方列の球面ころの曲率半径 R2よりも小さくする。他の実施形態では、一方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径 N1を、他方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径 N2よりも大きくする。

[0026] 好ましくは、曲率半径 R1の一方列の球面ころは、曲率半径 R2の他方列の球面ころよりも、大きなころ長さを有している。このような構成であれば、ころ長さが大きくて負荷容量の大きい球面ころのエッジ応力を低減でき、またころ長さが小さくて負荷容量の小さい球面ころのスキューを効果的に抑制できる。

[0027] 上記の特徴を有する複列自動調心ころ軸受は、例えば、左右の列の球面ころに不均等な荷重が作用する用途に使用される。

[0028] この発明に従った風力発電機の主軸支持構造は、風力を受けるブレードと、その一端がブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組込まれ、主軸を回転自在に支持する複列自動調心ころ軸受とを備える。複列自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、複列の球面ころとを備える。ブレードに遠い方の列の球面ころの稜線の曲率半径を Rl、ブレードに近い方の列の球面ころの稜線の曲率半径を R2、ブレードに遠い方の内輪軌道面の曲率半径を Nl、ブレードに近い方の内輪軌道面の曲率半径を N2としたとき、次の寸法関係が成立する。

[0029] N1/R1 >N2/R2

風力発電機の主軸を支持する軸受では、ブレードに作用する風圧の影響で、ブレード力遠い方の列の球面ころにラジアル荷重とともに大きなスラスト荷重が力かる。一方、ブレードに近い方の列の球面ころには、もっぱらラジアル荷重がかかる。本発明では、高負荷側の列の球面ころと内輪軌道面との間の接触部に生じる接触だ円の大きさを小さくして球面ころの両端部におけるエッジ応力を低減し、軽負荷側の列の球面ころと内輪軌道面との間に生じる接触だ円の大きさを大きくして球面ころのスキユーを効果的に抑制しているので、各列に対して負荷に応じた適正な支持を行なうことがでさる。

[0030] 以上のように、この発明に従った複列自動調心ころ軸受によれば、左右の列の球面ころの稜線の曲率半径と内輪軌道面の曲率半径との比率を異ならせて、るので、負荷に応じた適正な支持が各列で行なえて、実質寿命を延長することができる。また、このような複列自動調心ころ軸受を風力発電機の主軸支持構造に適用することにより、主軸に作用する特性に応じた適正な支持を行なえるので、信頼性が高ぐ長寿命の主軸支持構造が得られる。

[0031] さらに他の局面において、この発明に従った複列自動調心ころ軸受は、内輪と外輪との間に複列に球面ころを配置したものであって、次のことを特徴とする。すなわち、内輪は複列の球面ころの端面に当接する中鍔を有する。中鍔に当接する各球面ころの端面は凸状の球面形状を有しており、中鍔は、複列の球面ころの端面に当接する両側面のうち、少なくとも一方の側面が平坦な面を有して、る。

[0032] 上記の構成によれば、中鍔の平坦な側面と球面ころとは点接触となるので、接触面積が小さくなるため摩擦抵抗が減少し、低トルクとなる。従って、使用時に高負荷となる球面ころの寿命を延ばすことができる。

[0033] 一つの実施形態では、中鍔は、その一方側面が、球面ころの凸状球面形状に適合する凹状湾曲面を有し、他方側面が平坦な面を有している。この実施形態によれば、中鍔の凹状湾曲面に当接する一方列の球面ころに対しては接触面積を大きくし、中鍔上端部でころと接するため、幅広くころを拘束することができることにより、スキュ一を効果的に抑制し、中鍔の平坦な側面に当接する他方列の球面ころに対しては点接触にして摩擦抵抗を低下させる。

[0034] 上記の実施形態において、好ましくは、中鍔の凹状湾曲面に当接する一方の球面ころは、中鍔の平坦な面に当接する他方の球面ころよりも、小さなころ長さを有している。このように左右の列の球面ころのころ長さを異ならせるようにすれば、それぞれの球面ころの負荷容量が異なったものとなる。従って、負荷容量が大きくなる列にころ長さが大きな球面ころを用い、軽負荷側の列にころ長さの小さな球面ころを用いれば、負荷に応じた適正な支持が各列で行なえる。ころ長さを小さくすればころのスキュ一が生じ易くなるが、ころ長さの小さな球面ころと中鍔の側面とを大きな接触幅で当接させることによりスキューを効果的に抑制できる。

[0035] 球面ころとしては、ころの最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころでもよいし、ころの最大径の位置がころ長さの中央力外れている非対称ころでもよい。ころの最大径の位置がころ長さの中央よりも中鍔側にずれて、る非対称ころであれば、使用時にころを中鍔側に押圧する力の成分が生じるので、ころのスキューを効果的に抑制できる。

[0036] 好ましくは、平坦な面を有する中鍔の側面の高さは、この側面と球面ころの端面との接触面に生ずる接触だ円の該高さ方向における直径よりも大きくされている。このような高さ寸法を有する中鍔であれば、使用時の荷重に十分耐えることができるようなる。

[0037] 上記の特徴を有する複列自動調心ころ軸受は、例えば、左右の列の球面ころに不均等な荷重が作用する用途に使用される。

[0038] この発明に従った風力発電機の主軸支持構造は、風力を受けるブレードと、その一端がブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組込まれ、主軸を回転自在に支持する複列自動調心ころ軸受とを備える。複列自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、複列の球面ころとを備える。内輪は、複列の球面ころの端面に当接する中鍔を有する。中鍔に当接する各球面ころの端面は凸状の球面形状を有している。中鍔は、その一方側面が、球面ころの凸状球面形状に適合する凹状湾曲面を有し、他方側面が平坦な面を有している。

[0039] 上記構成の風力発電機の主軸支持構造では、高負荷側の列の球面ころと中鍔と力り低いトルクで接触し、低負荷側の列の球面ころと中鍔とがより大きな接触面積で接触することになるので、各列に対して負荷に応じた適正な支持を行なうことができる

[0040] 以上のように、この発明に従った複列自動調心ころ軸受によれば、中鍔の平坦な側面と球面ころとを点接触となるように構成しているので、両者の接触面圧が低下し低トルクとなる。また、平坦な側面の場合、角度により接触点の位置をコントロールし易いというメリットがある。中鍔への負荷が大きくても接触だ円を中鍔側面力も外れないようにすることができるため、エッジ応力の発生を防ぐことができる。こうして、使用時に高負荷となる球面ころの寿命を延ばすことができる。

[0041] この発明によれば、負荷に応じた適正な支持が各列で行なえて、実質寿命を延長することができる。このような複列自動調心ころ軸受を風力発電機の主軸支持構造に適用することにより、主軸に作用する特性に応じた適正な支持を行なえるので、信頼性が高ぐ長寿命の主軸支持構造が得られる。

図面の簡単な説明

[0042] [図 1]風力発電機の主軸支持軸受の従来例を示す断面図である。

[図 2]本発明の一実施形態に係る複列自動調心ころ軸受を示す断面図である。

[図 3]ころ長さ寸法の小さな球面ころと内輪軌道面との接触面に生じた接触だ円を示す図解図である。

[図 4]各列の球面ころと内輪軌道面との関係を説明するための図であり、 (a)は球面ころが内輪軌道面に当接している状態を模式的に示し、 (b)は球面ころと内輪軌道面との間の接触部に生じる接触だ円を示し、 (c)は球面ころの両端部における荷重分布を示している。

[図 5]内輪の中鍔と左右の列の球面ころとの当接部分を拡大して示す断面図である。

[図 6]球面ころの端面と中鍔の平坦な側面とが当接している状態を模式的に示す図である。

[図 7]本発明の他の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受を示す断面図である。

[図 8]本発明に係る複列自動調心ころ軸受を用いた風力発電機の主軸支持構造の一例を示す図である。

[図 9]図 8に示した風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0043] 図 2および図 3を参照して、この発明の一実施形態に係る複列自動調心ころ軸受を説明する。

[0044] 複列自動調心ころ軸受 10は、内輪 20と、外輪 30と、両軌道輪の間に複列に配置した球面ころ 11, 12と、これらの球面ころ 11, 12を保持する保持器 13とを備える。保持器 13は、各列毎に別個に設けられたものである。外輪 30の軌道面 30aは球面状に形成されており、各列の球面ころ 11, 12の外周面は、外輪 30の軌道面 30aに沿う球面形状を有している。

[0045] 外輪 30は、その外径面における中間位置に油溝 31を有し、さらに油溝 31から内径面にまで貫通する油孔 32を有している。油孔 32は、円周方向の 1箇所または複数箇所に設けられている。

[0046] 図示した実施形態における内輪 20は、幅方向の両端に外鍔 22, 23を有し、また中間に中鍔 21を有している。なお、他の実施形態として、鍔無しの内輪を用いることも可能である。内輪 20は、各列の球面ころ 11, 12の外周面に沿う断面形状の複列の軌道面 20a, 20bを有している。

[0047] 左右の列の球面ころ 11 , 12のころ長さに注目すると、図中右側列の球面ころ 11の長さ L1は、左側列の球面ころ 12の長さ L2よりも大きくされている。また、図示した実施形態では、左右の列の軸受部分 10a, 10bは、互いに接触角 θ 1, Θ 2が異なるものとされる。この場合、長さの大きな球面ころ 11の列に対応する軸受部分 10aの接触角 θ 1の方が、長さの小さな球面ころ 12の列の軸受部分 10bの接触角 Θ 2よりも大きく設定されている。

[0048] 両列の球面ころ 11, 12の外径は、例えば最大径が同じとされる。変更例として、両列の球面ころ 11, 12の外径を互いに異ならせてもよい。例えば、長さの大きな球面ころ 11の方が、長さの小さな球面ころ 12よりも大きな外径を有するようにしてもよい。各列の球面ころ 11, 12の形状に関しては、ころの最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころであってもよ、し、ころの最大径の位置がころ長さの中央力も外れて V、る非対称ころであってもよ、。

[0049] 図 3は、小さなころ長さ L2を有する球面ころ 12が、内輪 20の軌道面 20b上に位置して、る状態を模式的に示して、る。球面ころ 12と内輪 20の軌道面 20bとが荷重を受けると、その接触面は弾性変形し、接点の周りにだ円形の接触面、すなわち接触だ円 14が生じる。図示していないが、球面ころ 12と外輪 30の軌道面 30aとの接触面においても同様の接触だ円が生じる。球面ころ 12のころ長さ L2は、接触だ円 14の長径 Aよりも大きくなるようにされて、る。

[0050] 上記構成の複列自動調心ころ軸受 10は、左右の列に非対称の負荷が作用する用途、例えば一方の列にスラスト荷重とラジアル荷重とを受け、他方の列にはもっぱらラジアル荷重のみを受けるような用途に用いられる。この場合、スラスト荷重およびラジアル荷重を受ける高負荷列側にころ長さの大きな球面ころ 11を用い、もつばらラジアル荷重のみを受ける軽負荷側列にころ長さの小さな球面ころ 12を用いる。

[0051] 上記のように、高負荷側列にころ長さの大きな球面ころ 11を配置し、軽負荷側列にころ長さの小さな球面ころ 12を配置することにより、各列の負荷状況に応じた適正な支持を行なうことができる。すなわち、高負荷側列では負荷能力が増大しているので、転がり疲労寿命が向上する。また、軽負荷側列ではころ長さの小さな球面ころ 12と軌道面 30a, 20bとの接触応力が大きくなり、かっころの自重が小さくなるので滑りが軽減される。

[0052] さらに、ころ長さを小さくした球面ころ 12においても、そのころ長さ L2は接触だ円 14 の長径 Aよりも大きいので、使用時におけるラジアル荷重に十分に耐えることができる

[0053] 図 4は、各列の球面ころと、それに接する内輪軌道面との関係を説明するための図であり、好ましい実施形態の要部を示す図である。（a)は、球面ころが内輪軌道面に当接している状態を模式的に示し、（b)は、球面ころと内輪軌道面との間の接触部に生じる接触だ円を示し、（c)は、球面ころの両端部における荷重分布を示している。 [0054] 図 4 (a)に示すように、ころ長さの大きな右列の球面ころの稜線の曲率半径を Rl、ころ長さの小さな左列の球面ころの稜線の曲率半径を R2、右列の内輪軌道面の曲率半径を Nl、左列の内輪軌道面の曲率半径を N2とすると、次の寸法関係が成立するようにする。

[0055] N1/R1 >N2/R2

上記の寸法関係を得るには、次の、ずれかの設計をすればょ、。

[0056] (1)左右の列の球面ころ 11, 12の稜線の曲率半径を異ならせる。図示した実施形態では、ころ長さの大きな右列の球面ころ 11の曲率半径 R1を、ころ長さの小さな左列の球面ころ 12の曲率半径 R2よりも小さくする。

[0057] (2)左右の列の内輪軌道面 20a, 20bの曲率半径を異ならせる。図示した実施形態では、右列の内輪軌道面 20aの曲率半径を左列の内輪軌道面 20bよりも大きくする。

[0058] (3)上記の（1)および（2)の両者を実施する。

[0059] 球面ころと内輪軌道面とが荷重を受けると、その接触面は弾性変形し、接点の周りにだ円形の接触面が生じる。このだ円形の接触面が接触だ円である。内輪軌道面の曲率半径 Nと球面ころの稜線の曲率半径 Rとの比率 NZRが相対的に小さくて 1に近いと、運転時の接触だ円の大きさが大きくなり、一方、 NZRの値が相対的に大きくなると運転時の接触だ円の大きさが小さくなる。

[0060] 従って、図 4 (b)に示すように、ころ長さの大きな右列の球面ころ 11と右列の内輪軌道面 20aとの間の接触部に生じる接触だ円 14aの大きさは相対的に小さくなる。接触だ円 14aの大きさが小さくなれば、図 4 (c)に示す面圧分布ように球面ころ 11の両端部におけるエッジロードが低減する。

[0061] ころ長さの小さな左列の球面ころ 12と左列の内輪軌道面 20bとの間の接触部に生じる接触だ円 14bの大きさは相対的に大きくなる。接触だ円 14bの大きさが大きくなれば、内輪から伝達されるころの駆動力が大きくなるため、ころの姿勢は安定しやすい。また、スキューの回転軸となる部分が広いため、摩擦抵抗によりスキューは抑えられる。

[0062] ころ長さを大きくした高負荷側列の球面ころ 11のエッジ応力を低減するために、内輪軌道面 20aの曲率半径 Nlと球面ころ 11の稜線の曲率半径 R2との比率 NlZRl を相対的に大きくして接触だ円の大きさを小さくしているので、高負荷側列における球面ころの寿命をより延ばすことが期待できる。ころ長さを小さくした軽負荷側列の球面ころ 12に対しては、内輪軌道面 20bの曲率半径 N2と球面ころ 12の稜線の曲率半径 R2との比率 N2ZR2を相対的に小さくして接触だ円の大きさを大きくしてスキューに対する摩擦抵抗を大きくしているので、スキューを効果的に抑制できる。

[0063] 図 5は、好ましい実施形態において、内輪 20の中鍔 21と、左右の列の球面ころ 11 , 12とが当接している状態を拡大して示している。図示するように、中鍔 21に当接する球面ころ 11, 12の端面 11a, 12aは凸状の球面形状を有している。

[0064] 中鍔 21は、左右の列の球面ころ 11, 12に当接する両側面 21a, 21bのうち、少なくとも一方の側面が平坦な面を有している。図示した実施形態では、中鍔 21は、その一方側面 21bがー方の球面ころ 12の凸状球面形状に適合する凹状湾曲面を有し、他方の球面ころ 11に当接する他方側面 21aが平坦な面を有している。

[0065] ころ長さを小さくした球面ころ 12はスキューを生じ易くなる力この球面ころ 12に対しては、凸状球面形状の端面 12aと凹状湾曲面の側面 21bとの接触により中鍔 21との接触面積を大きくしているので、スキューを効果的に抑制できる。一方、高負荷側となる他方の球面ころ 11に対しては、凸状球面形状の端面 11aと平坦な側面 21aとの接触により両者を点接触となるようにしているので、接触面圧を小さくし接触部でのトルクを低下させることができる。

[0066] 図 6は、球面ころ 11の端面 11aと中鍔 21の平坦な側面 21aとが当接している状態を模式的に示して、る。球面ころ 11の端面 11aと中鍔 21の側面 21 aとが荷重を受けて接触すると、その接触面は弾性変形し、接点の周りにだ円形の接触面、すなわち接触だ円 14が生じる。好ましくは、中鍔 21の側面 21aの上端部におけるエッジロードを低く保っために、中鍔 21の側面 21aの高さ寸法 Hは、接触だ円 14の該高さ方向における直径 Aよりも大きくする。

[0067] 図 7は、この発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受を示している。なお、図 2に示した実施形態と同一の参照番号は、同一または相当の要素を示すものであるので、詳しい説明を省略する。図 7に示す実施形態では、外輪 30を、軸方向に並ぶ 2個の分割外輪 30A, 30Bで構成している。両分割外輪 30A, 30Bは、自然状態、つまり両分割外輪の軌道面が同じ球面状に位置する状態で、互いの間に隙間 dが生じるように設けられている。

[0068] 図 7に示すように、好ましくは、予圧付与手段 41によって、両側の分割外輪 30A, 3 OBの隙間 dが狭まるように予圧が付与される。予圧付与手段 41として、例えばばね部材や、締め付けねじ等を用いることができる。ばね部材を用いる場合、例えば、円周方向の複数箇所にぉ、て外輪 30Bの端面に接するように圧縮ばねを配置する。予圧付与手段 41は、好ましくは、ころ長さの小さい球面ころ 12側から予圧を与える。

[0069] 上記のように、外輪 30を分割構造にすると、非対称形状の外輪 30を容易に製造することができる。また、外輪 30に予圧を与えることで、ころ長さの小さな球面ころ 12の滑りを積極的に抑制することができる。なお、外輪を分割構造にすることに加えて、内輪 20も軸方向に並んだ 2個の分割内輪で構成するようにしてもょ、。このようにすれば、左右非対称の内輪 20の製造が容易になる。

[0070] 図 8および図 9は、図 2〜図 7に示したような本発明の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受が適用された風力発電機の主軸支持構造の一例を示している。主軸支持構造の主要部品を支持するナセル 52のケーシング 53は、高い位置で、旋回座軸受 51を介して支持台 50上に水平旋回自在に設置されている。一端にブレード 57を保持する主軸 56は、ナセル 52のケーシング 53内で、軸受ハウジング 54に組込まれた主軸支持軸受 55を介して回転自在に支持されて、る。主軸 56の他端は増速機 5 8に接続され、この増速機 58の出力軸が発電機 59のロータ軸に結合されている。ナセル 52は、旋回用モータ 60により、減速機 61を介して任意の角度に旋回させられる

[0071] 図示した実施形態では、主軸支持軸受 55は 2個並べて設置されているが、 1個であってもよい。この主軸支持軸受 55として、本発明の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受が用いられる。この場合、ブレード 57から遠い方の列の球面ころに大きな負荷がかかるので、ころ長さの大きな球面ころを用いる。ブレード 57に近い方の列の球面ころには主としてラジアル荷重のみが加わるので、ころ長さの小さな球面ころを用いる。 [0072] 風力発電機の風車が静止する無風状態においては、大きなラジアル荷重が作用するので、この荷重に耐えられるようにするために、ブレード 57に近い方の列に位置する球面ころのころ長さを、この球面ころと軌道輪との接触面に生ずる接触だ円の長径よりも大きくする。

[0073] さらに、ブレードに遠い方の列の球面ころの稜線の曲率半径を Rl、ブレードに近い方の列の球面ころの稜線の曲率半径を R2、ブレードに遠い方の列の内輪軌道面の曲率半径を N1、ブレードに近い方の列の内輪軌道面の曲率半径を N2としたとき、次の寸法関係が成立するように設計する。

[0074] N1/R1 >N2/R2

なお、図示した実施形態では、左右の列の球面ころのころ長さを異ならせていたが、他の実施形態として、左右の列の球面ころのころ長さを同じにしてもよい。

[0075] また、好ましくは、各球面ころの端面は、凸状の球面形状を有して!/、る。主軸支持軸受 55の内輪は、複列の球面ころの端面に当接する中鍔を有している。中鍔は、ブレード 57側に向く一方側面が、球面ころの凸状球面形状に適合する凹状湾曲面を有し、反対側の他方側面が平坦な面を有して、る。

[0076] 以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明した力この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変更をカ卩えることが可能である。

産業上の利用可能性

[0077] この発明は、左右の列の球面ころに不均等な荷重が作用する複列自動調心ころ軸受およびそのような軸受を備えた風力発電機の主軸支持構造に有利に利用され得る。

Claims

請求の範囲

[1] 内外の軌道輪の間に複列に球面ころを配置した複列自動調心ころ軸受において、

一方列の球面ころのころ長さを Ll、他方列の球面ころのころ長さを L2、他方列の球面ころと軌道輪との接触面に生ずる接触だ円の長径を Aとしたとき、

L2<L1、

L2>A

の寸法関係が成立することを特徴とする、複列自動調心ころ軸受。

[2] 外輪が、軸方向に並ぶ 2個の分割外輪で構成されている、請求項 1に記載の複列自動調心ころ軸受。

[3] 前記 2個の分割外輪間に隙間を設け、これら分割外輪間に予圧を負荷している、請求項 2に記載の複列自動調心ころ軸受。

[4] 前記球面ころは、ころの最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころである、請求項 1に記載の複列自動調心ころ軸受。

[5] 前記球面ころは、ころの最大径の位置がころ長さの中央力外れて、る非対称ころである、請求項 1に記載の複列自動調心ころ軸受。

[6] 風力を受けるブレードと、

その一端が前記ブレードに固定され、ブレードとともに回転する主軸と、固定部材に組込まれ、前記主軸を回転自在に支持する複列自動調心ころ軸受とを備えた風力発電機の主軸支持構造にぉ、て、

前記ブレードから遠い方の列の球面ころのころ長さを Ll、近い方の列の球面ころのころ長さを L2、ブレードに近い方の列の球面ころと軌道輪との接触面に生ずる接触だ円の長径を Aとしたとき、

L2<L1、

L2>A

の寸法関係が成立することを特徴とする、風力発電機の主軸支持構造。

[7] 内輪と外輪との間に複列に球面ころを配置した複列自動調心ころ軸受において、一方列の球面ころの稜線の曲率半径を R1、他方列の球面ころの稜線の曲率半径を R2、一方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径を Nl、他方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径を N2としたとき、

N1/R1 >N2/R2

[8] 前記一方列の球面ころの曲率半径 R1は、前記他方列の球面ころの曲率半径 R2よりも小さい、請求項 7に記載の複列自動調心ころ軸受。

[9] 前記一方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径 N1は、前記他方列の球面ころに接する内輪軌道面の曲率半径 N2よりも大きい、請求項 7に記載の複列自動調心ころ軸受。

[10] 曲率半径 R1の前記一方列の球面ころは、曲率半径 R2の前記他方列の球面ころよりも、大きなころ長さを有している、請求項 7に記載の複列自動調心ころ軸受。

[11] 当該複列自動調心ころ軸受は、左右の列の球面ころに不均等な荷重が作用する用途に使用される、請求項 7に記載の複列自動調心ころ軸受。

[12] 風力を受けるブレードと、

前記複列自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、複列の球面ころとを備え、前記ブレードに遠い方の列の球面ころの稜線の曲率半径を Rl、前記ブレードに近 V、方の列の球面ころの稜線の曲率半径を R2、ブレードに遠!、方の内輪軌道面の曲率半径を N1、ブレードに近い方の内輪軌道面の曲率半径を N2としたとき、

N1/R1 >N2/R2

[13] 内輪と外輪との間に複列に球面ころを配置した複列自動調心ころ軸受において、前記内輪は前記複列の球面ころの端面に当接する中鍔を有し、

前記中鍔に当接する各球面ころの端面は凸状の球面形状を有しており、前記中鍔は、前記複列の球面ころの端面に当接する両側面のうち、少なくとも一方の側面が平坦な面を有していることを特徴とする、複列自動調心ころ軸受。

[14] 前記中鍔は、その一方側面が、前記球面ころの凸状球面形状に適合する凹状湾曲面を有し、他方側面が平坦な面を有していることを特徴とする、請求項 13に記載の複列自動調心ころ軸受。

[15] 前記中鍔の凹状湾曲面に当接する一方の球面ころは、前記中鍔の平坦な面に当接する他方の球面ころよりも、小さなころ長さを有している、請求項 14に記載の複列自動調心ころ軸受。

[16] 前記各球面ころは、ころの最大径の位置がころ長さの中央よりも前記中鍔側にずれている非対称ころである、請求項 13に記載の複列自動調心ころ軸受。

[17] 前記平坦な面を有する中鍔の側面の高さは、この側面と球面ころの端面との接触面に生ずる接触だ円の該高さ方向における直径よりも大きくされている、請求項 13に記載の複列自動調心ころ軸受。

[18] 当該複列自動調心ころ軸受は、左右の列の球面ころに不均等な荷重が作用する用途に使用される、請求項 13に記載の複列自動調心ころ軸受。

[19] 風力を受けるブレードと、

前記複列自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、複列の球面ころとを備え、前記内輪は、前記複列の球面ころの端面に当接する中鍔を有し、

前記中鍔に当接する各球面ころの端面は凸状の球面形状を有しており、前記中鍔は、その一方側面が、前記球面ころの凸状球面形状に適合する凹状湾曲面を有し、他方側面が平坦な面を有していることを特徴とする、風力発電機の主軸支持構造。