JP2007205557A - 転がり軸受、保持器セグメントおよび風力発電機の主軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器が安定して配置される転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受は、複数の円錐ころ１２と、複数の円錐ころ１２を保持する保持器１３とを備える円錐ころ軸受１１である。この保持器１３は、軸に沿う方向に延びる分割線によって４つの保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに分割されており、保持器セグメント１３ａは、一対のリング部１４ａ，１４ｂと、一対のリング部１４ａ，１４ｂを連結する２本の柱部１５と、一対のリング部１４ａ，１４ｂの互いに対向する端面から突出する複数の凸部１６，１７，１８，１９を有する。また、円錐ころ１２は、大端面および小端面に凸部１６，１７を受け入れる円錐台形状の凹部１２ａ，１２ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受、保持器セグメントおよび風力発電機の主軸支持構造に関する。

転がり軸受は、一般的には、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される複数のころと、複数のころを保持する保持器とから構成される。ころを保持する保持器については、その材質や製造方法等により、樹脂製保持器、プレス保持器、削り保持器、溶接保持器等、様々な種類があり、それぞれ用途や特性に応じて使い分けられている。また、保持器は通常、一体型、すなわち、環状の一つの部品で構成されている。

ここで、風を受けるためのブレードが取り付けられた風力発電機の主軸を支持する転がり軸受については、大きな荷重を受ける必要があるため、転がり軸受自体も大型となる。そうすると、ころや保持器等の各構成部材も大型となり、部材の生産や組み立てが困難となる。このような場合、各部材を分割可能とすると、生産や組み立てが容易となる。

保持器を軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した分割型の保持器に関する技術が、ヨーロッパ特許公報１４０８２４８Ａ２（特許文献１）に開示されている。図６は、特許文献１に開示された分割型の保持器である保持器セグメントを示す斜視図である。図６を参照して、保持器セグメント１０１ａは、ころを収容する複数のポケット１０４を形成するように軸に沿う方向に延びる複数の柱部１０３と、複数の柱部１０３を連結するように周方向に延びる連結部１０２ａ、１０２ｂとを有する。各ポケット１０４の周方向両側に位置する柱部１０３の内径側には、ポケット１０４に収容されるころが内径側へ抜け出るのを防止する内径側ころ止め部が設けられている。一方、外径側には、ころが外径側へ抜け出るのを防止する外径側ころ止め部は設けられておらず、平らである。また、柱部１０３の外径側の端面には、外輪との距離を保つための突出部１０６ａが設けられており、柱部１０３の内径側の端面には、内輪との距離を保つための突出部１０６ｂ（図示せず）が設けられている。

図７は、図６に示した保持器セグメント１０１ａを含む転がり軸受の一部を示す断面図である。図６および図７を参照して、保持器セグメント１０１ａを含む転がり軸受１１１の構成を説明すると、転がり軸受１１１は、外輪１１２と、内輪１１３と、複数のころ１１４と、複数のころ１１４を保持する複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等とを有する。複数のころ１１４は、最もころの挙動が安定する位置であるＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）１０５付近において、複数の保持器セグメント１０１ａによって保持されている。複数のころ１１４を保持する保持器セグメント１０１ａは、周方向において隣接する同一形状の保持器セグメント１０１ｂ、１０１ｃと、周方向の端面１０７が当接するように連なって組み合わされている。複数の保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等が連なって組み合わされ、転がり軸受１１１に含まれる一つの環状の保持器が形成されている。
ヨーロッパ特許公報ＥＰ１４０８２４８Ａ２

特許文献１によると、保持器セグメント１０１ａは、柱部１０３の外径側端面に設けられた突出部１０６ａおよび内径側端面に設けられた突出部１０６ｂによって、外輪１１２および内輪１１３からの距離を保っている。すなわち、保持器セグメント１０１ａは、外輪１１２または内輪１１３によって案内される軌道輪案内である。

上記したように、各保持器セグメント１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ等は、独立しており、周方向に連結されていないため、保持器セグメント１０１ａ等が軌道輪案内である場合には、外輪１１２および内輪１１３の間で容易に移動し、径方向において、その位置は不安定となる。

具体的には、たとえば、上記した構成の転がり軸受１１１を、横向きに配置して使用した場合、保持器セグメント１０１ａが天の位置にあるときは、保持器セグメント１０１ａは、下方向に移動し、下部に位置する内輪１１３の外径面１１５と柱部１０３の内径側端面に設けられた突出部１０６ｂとが接触して、内輪１１３に案内される内輪案内となる。一方、保持器セグメント１０１ａが地の位置にあるときは、保持器セグメント１０１ａは下方向に動き、下部に位置する外輪１１２の内径面１１６と柱部１０３の外径側端面に設けられた突出部１０６ａとが接触して、外輪１１２に案内される外輪案内となる。

このように、保持器セグメント１０１ａが容易に径方向に移動し、転がり軸受１１１内における位置によって内輪案内となったり、外輪案内となったりすれば、保持器セグメント１０１ａの径方向の位置が不安定となり、外輪１１２や内輪１１３と接するときに異音が発生したり、保持器セグメント１０１ａが破損するおそれがある。

この発明の目的は、異音の発生や、破損のおそれが少ない転がり軸受、転がり軸受に安定して配置される保持器セグメント、およびこのような転がり軸受を備えた風力発電機の主軸支持構造を提供することである。

この発明に係る転がり軸受は、複数のころと、複数のころを保持する保持器とを備える。そして、複数のころは軸方向端面に凹部を有し、保持器は軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されており、各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、一対のリング部を連結する柱部と、一対のリング部の互いに対向する端面にころの凹部に対応する凸部とを有する。

上記構成のように、ころに設けられた凹部と保持器に設けられた凸部とを係合させることにより、保持器の径方向への移動はころによって規制される。これにより、軸受回転時における保持器の挙動が安定し、保持器セグメントと外輪や内輪との接触による異音の発生や保持器セグメント等の破損を抑制することができる。ここで、保持器セグメントとは、一体型の環状の保持器を、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割した単位体であり、複数の保持器セグメントが周方向に連なって組み合わさり、１つの環状の保持器が形成される。

好ましくは、隣接する２つの保持器セグメントの間にはころが配置され、このころの凹部は、隣接する２つの保持器セグメントそれぞれに設けられた凸部を受け入れる。上記構成とすることにより、隣接する保持器セグメントがころを介して連結される。その結果、軸受回転時の保持器の挙動がさらに安定する。

好ましくは、柱部はころと接触しない位置に配置される。このように、隣接するころの間にころの回転を案内する柱部を設けないことにより、収容可能なころ本数が増加する。その結果、負荷容量の高い転がり軸受を得ることができる。

好ましくは、保持器セグメントは、樹脂製である。保持器セグメントは、一体型の保持器と比較して、小型であり、かつ、単純形状である。そうすると、保持器セグメントを樹脂製とすることにより、射出成型等による製造が可能になり、大量生産が容易になる。

好ましくは、ころは、円錐ころである。上記した風力発電機の主軸等に使用される大型の転がり軸受においては、大きなスラスト荷重やモーメント荷重、ラジアル荷重等を受ける必要があるため、ころを円錐ころとした円錐ころ軸受が適用される。このような円錐ころ軸受に適用されると、円錐ころ軸受が大型となった場合でも、生産性が良好になるとともに、保持器セグメントを安定して転がり軸受内に配置することができ、外輪等との接触による異音の発生等を抑制することができる。

この発明に係る保持器セグメントは、複数のころを保持し、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割される保持器セグメントである。具体的には、各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、一対のリング部を連結する柱部と、一対のリング部の互いに対向する端面にころの凹部に対応する凸部とを有する。
このような保持器セグメントは、ころによって案内されるため、転がり軸受の中で安定して配置される。そうすると、外輪や内輪との接触による異音の発生等が抑制されることになる。

この発明に係る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、固定部材に組み込まれ、主軸を回転自在に支持する転がり軸受とを有する。転がり軸受に注目すると、複数のころと、前記複数のころを保持する保持器とを備える。そして、複数のころは軸方向端面に凹部を有し、保持器は軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されており、各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、一対のリング部を連結する柱部と、一対のリング部の互いに対向する端面に、ころの凹部に対応する凸部とを有する。

このような保持器セグメントを備える転がり軸受を有する風力発電機の主軸支持構造は、保持器セグメントが安定して配置されるため、異音が発生したり、破損したりするおそれは少なくなる。

この発明によれば、リング部に設けられた凸部と円錐ころの端面に設けられた凹部とが係合することにより、保持器セグメントの径方向の移動を規制することができる。その結果、保持器セグメントと外輪や内輪との接触による異音の発生や保持器セグメント等の破損を抑制した転がり軸受を得ることができる。

また、このような保持器セグメントを備える転がり軸受を有する風力発電機の主軸支持構造は、保持器セグメントが安定して配置されるため、異音が発生したり、破損したりするおそれは少なくなる。

以下、図１〜図３を参照して、この発明の一実施の形態に係る転がり軸受、および保持器セグメントを説明する。図３は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す図であって、図１および図２は、図３の部分拡大図である。

図３を参照して、転がり軸受は、内輪（図示せず）と、外輪（図示せず）と、内輪および外輪の間に配置される複数の円錐ころ１２と、複数の円錐ころ１２を保持する保持器１３とを備える円錐ころ軸受１１である。この保持器１３は、軸に沿う方向に延びる分割線によって４つの保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに分割されており、各保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに３つずつの円錐ころ１２と、隣接する保持器セグメント１３の間に１つずつの円錐ころ１２が配置されている。

図１は、円錐ころ１２を保持する保持器セグメント１３ａの拡大図である。図１を参照して、保持器セグメント１３ａは、一対のリング部１４ａ，１４ｂと、一対のリング部１４ａ，１４ｂを連結する２本の柱部１５と、一対のリング部１４ａ，１４ｂの互いに対向する端面から突出する複数の凸部１６，１７，１８，１９を有する。なお、保持器セグメント１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの構成も保持器セグメント１３ａと同様であるので、説明は省略する。

リング部１４ａ，１４ｂは、円弧形状で、４つの保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを組み合わせると、内輪および外輪に沿う円環形状となる。また、円錐ころ１３を適切に保持するために、円錐ころ１３の大端面側に位置するリング部１４ａの曲率半径は、小端面側に位置するリング部１４ｂの曲率半径より大きく設定されている。

柱部１５は、一対のリング部１４ａ，１４ｂを連結するためにのみ用いられ、円錐ころ１３と接触しない位置に設けられる。なお、一対のリング部１４ａ，１４ｂを連結するには１本の柱部で足りるが、保持器セグメント１３ａのねじれを防止するためには２本以上設けることが望ましい。

凸部は、リング部１４ａ，１４ｂの中間領域に設けられた凸部１６，１７と、リング部１４ａ，１４ｂの端部領域に設けられた凸部１８，１９とを含む。凸部１６，１７は円錐台形状であって、凸部１８，１９は円錐台を縦方向に半分に分割した形状である。また、本実施形態では、リング部１４ａに設けられた凸部１６，１８は、リング部１４ｂに設けられた凸部１７，１９と比較して、径および突出量が大きく設定されている。

円錐ころ１２は、大端面および小端面に凸部１６，１７を受け入れる円錐台形状の凹部１２ａ，１２ｂとを有し、保持器セグメント１３ａに等間隔に配置されている。なお、本実施形態においては、凹部１２ａの径および後退量が、凸部１６，１７の形状に合わせて凹部１２ｂより大きく設定されている。

次に、図２は、隣接する保持器セグメント１３ａと保持器セグメント１３ｂとの突合部分の拡大図である。なお、各保持器セグメントの他の突合部分も同じ形状であるので、説明は省略する。

図２を参照して、隣接する保持器セグメント１３ａ，１３ｂの間には、ころ１３が配置される。このとき、ころ１３の凹部１２ａ，１２ｂは、隣接する２つの保持器セグメント１３ａ，１３ｂの端部にそれぞれ設けられた凸部１８，１９を受け入れる。この円錐ころ１２によって、保持器セグメント１３ａ，１３ｂは連結されている。

なお、上記の実施形態において、円錐ころ１２に設けた凹部１２ａ，１２ｂおよび保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに設けた凸部１６，１７は円錐台形状の例を示したが、これに限ることなく、円筒形状等の両者が係合可能な他の形状であってもよい。また、円錐ころ１２の大端面側と小端面側とで凸部１６，１７および凹部１２ａ，１２ｂの径および突出量を変えた例を示したが、これに限ることなく、同一の大きさであってもよい。

また、上記の実施形態においては、保持器１３を４つの保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに分割した例を示したが、これに限ることなく、任意の個数の保持器セグメントに分割することが可能である。

さらには、上記の実施形態においては、ころとして円錐ころ１３を採用した単列の円錐ころ軸受１１の例を示したが、この発明は、複列の円錐ころ軸受であってもよいし、球面ころを採用した自動調心ころ軸受、円筒ころを採用した円筒ころ軸受、ボールを採用したアンギュラ玉軸受および４点接触玉軸受等、単列であるか複列であるかを問わず、また、転動体がころであるかボールであるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用可能である。

なお、このような保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備える転がり軸受を大型にした場合であっても、保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは小型であり、かつ、単純形状であるため、その材質を樹脂製とし、射出成型等することによって、容易に製造することができる。こうすることにより、生産性が良好となる。

また、上記の実施の形態においては、保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに含まれるリング部４ａ、１４ｂは、予め所定の曲率を有するように構成している。しかし、リング部１４ａ、１４ｂを、可撓性のある樹脂等の部材で構成し、周方向に弾性を持たせ、製造時においては所定の曲率を有さず、真直ぐな形状とし、転がり軸受に組み込む際に、所定の曲率を持たせて組み込むことができるようにしてもよい。こうすることにより、製造時において、保持器セグメント１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄをより単純な形状とすることができ、さらに生産性等が良好となる。

図４および図５は、上記した円錐ころ軸受１１を主軸支持軸受３５として適用した、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３２のケーシング３３は、高い位置で、旋回座軸受３１を介して支持台３０上に水平旋回自在に設置されている。風力を受けるブレード３７を一端に固定する主軸３６は、ナセル３２のケーシング３３内で、軸受ハウジング３４に組み込まれた主軸支持軸受３５を介して、回転自在に支持されている、主軸３６の他端は増速機３８に接続され、この増速機３８の出力軸が発電機３９のロータ軸に結合されている。ナセル３２は、旋回用モータ４０により、減速機４１を介して任意の角度に旋回させられる。そして、軸受ハウジング３４に組み込まれた主軸支持軸受３５には、例えば図１〜図３に示したようなこの発明の一実施形態に係る転がり軸受を採用する。

主軸支持軸受３５は、大きな風力を受けるブレード３７を一端に固定する主軸３６を支持するため、大きな荷重がかかることになる。そうすると、主軸支持軸受３５自体も大型にする必要がある。ここで、分割が可能な保持器セグメントを備える転がり軸受とすることにより、保持器の生産性、取扱い性、組み立て性が良好となるため、転がり軸受自体の生産性も良好となる。また、上記した保持器セグメントはころ案内であるため、径方向に安定して配置されるため、外輪や内輪等と接触することは少なくなり、接触に伴う異音の発生が抑制されるとともに、接触による破損のおそれも減少する。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、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、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る保持器セグメントは、風力発電機の主軸を支持する軸受等の大型の転がり軸受に有利に利用できる。

この発明の一実施形態に係る保持器セグメントを示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る保持器セグメントの突合部分の拡大断面図である。 この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す図である。 この発明に係る転がり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４に示す風力発電機の主軸支持構造の図解的側面図である。 従来における保持器セグメントの斜視図である。 図６に示す保持器セグメントを、柱部を含む断面で切断した場合の断面図である。

符号の説明

１１ 円錐ころ軸受、１２ 円錐ころ、１２ａ，１２ｂ 凹部、１３ 保持器、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 保持器セグメント、１４ａ，１４ｂ リング部、１５ 柱部、１６，１７，１８，１９ 凸部、３０ 支持台、３１ 旋回座軸受、３２ ナセル、３３ ケーシング、３４ 軸受ハウジング、３５ 主軸支持軸受、３６ 主軸、３７ ブレード、３８ 増速機、３９ 発電機、４０ 旋回用モータ、４１ 減速機、１０２ａ，１０２ｂ 連結部、１０３ 柱部、１０４ ポケット、１０５ ＰＣＤ、１０６ａ，１０６ｂ 突出部、１０７ 端面、１１１ 転がり軸受、１１２ 外輪、１１３ 内輪、１１４ ころ、１１５ 外径面。

Claims (7)

1. 複数のころと、前記複数のころを保持する保持器とを備える転がり軸受であって、
   前記複数のころは、軸方向端面に凹部を有し、
   前記保持器は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されており、
   前記各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、前記一対のリング部を連結する柱部と、前記一対のリング部の互いに対向する端面に、前記ころの凹部に対応する凸部とを有する、転がり軸受。
2. 隣接する２つの前記保持器セグメントの間には、前記ころが配置され、
   このころの前記凹部は、隣接する２つの前記保持器セグメントそれぞれに設けられた前記凸部を受け入れる、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記柱部は、前記ころと接触しない位置に配置される、請求項１または２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器セグメントは、樹脂製である、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
5. 前記ころは、円錐ころである、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
6. 複数のころを保持し、軸に沿う方向に延びる分割線によって分割される保持器セグメントであって、
   前記各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、前記一対のリング部を連結する柱部と、前記一対のリング部の互いに対向する端面に、前記ころの凹部に対応する凸部とを有する、保持器セグメント。
7. 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、
   固定部材に組み込まれ、前記主軸を回転自在に支持する転がり軸受とを有する風力発電機の主軸支持構造であって、
   前記転がり軸受は、複数のころと、前記複数のころを保持する保持器とを備え、
   前記複数のころは、軸方向端面に凹部を有し、
   前記保持器は、軸に沿う方向に延びる分割線によって複数の保持器セグメントに分割されており、
   前記各保持器セグメントは、円弧形状の一対のリング部と、前記一対のリング部を連結する柱部と、前記一対のリング部の互いに対向する端面に、前記ころの凹部に対応する凸部とを有する、風力発電機の主軸支持構造。

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