JP2013053712A - ころ軸受及び風力発電用増速機 - Google Patents
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Abstract
【課題】スメアリングが発生するのを効果的に抑制することができるころ軸受及び風力発電用増速機を提供する。
【解決手段】ころ軸受8の外輪12に形成された鍔部12bの対向周面12b2に、環状の摺動部材19を圧入して固定する。摺動部材19の内周面には保持器14の外周面15aを摺動可能に接触させる。摺動部材19における保持器14の外周面15aとの摺動摩擦抵抗は、鍔部12bの対向周面12b2における保持器14の外周面15aとの摺動摩擦抵抗よりも小さい。
【選択図】図2
【解決手段】ころ軸受8の外輪12に形成された鍔部12bの対向周面12b2に、環状の摺動部材19を圧入して固定する。摺動部材19の内周面には保持器14の外周面15aを摺動可能に接触させる。摺動部材19における保持器14の外周面15aとの摺動摩擦抵抗は、鍔部12bの対向周面12b2における保持器14の外周面15aとの摺動摩擦抵抗よりも小さい。
【選択図】図2
Description
本発明は、ころ軸受及び風力発電用増速機に関する。
従来、風力発電装置として、ブレードにより風力を受けて当該ブレードに接続された主軸を回転させ、その主軸の回転を増速させて発電機を駆動させるために、増速機が用いられるものがある。図6に示すように、この増速機202は、主軸200の回転を入力して増速する遊星歯車機構203と、この遊星歯車機構203により増速された回転を入力して、さらにその回転を増速する高速段歯車機構204と、この高速段歯車機構204の回転トルクを出力する出力軸205とを備えている。
遊星歯車機構203は、主軸200と一体回転可能に連結された入力軸203aが回転すると、遊星キャリア203bが回転することによって、遊星歯車203cを介して太陽歯車203dが増速回転し、その回転を高速段歯車機構204の低速軸204aに伝達するようになっている。
高速段歯車機構204は、低速軸204aが回転すると、低速ギヤ204b及び第1中間ギヤ204cを介して中間軸204dを増速回転させ、さらに第2中間ギヤ204e及び高速ギヤ204fを介して出力軸205を増速回転させるようになっている。
高速段歯車機構204は、低速軸204aが回転すると、低速ギヤ204b及び第1中間ギヤ204cを介して中間軸204dを増速回転させ、さらに第2中間ギヤ204e及び高速ギヤ204fを介して出力軸205を増速回転させるようになっている。
増速機202の低速軸204a、中間軸204d及び出力軸205をそれぞれ回転自在に支持する軸受として、ころ軸受206〜211が多用されている(例えば、特許文献1参照)。このうち、出力軸205の一端部を回転自在に支持するころ軸受210は、図7に示すように、内輪軌道面101aを有する内輪(回転輪)101と、外輪軌道面102a及び鍔部102bを有する外輪(固定輪)102と、内輪軌道面101aと外輪軌道面102aとの間に転動可能に配置されている複数のころ103と、周方向に沿って複数形成されたポケット104aにころ103が個別に収容された保持器104とを備えている。
従来の風力発電装置では、その長期使用によって、高速回転する出力軸を支持するころ軸受において、ころの転動面や回転輪の軌道面にスメアリング(表層焼付きが起こる現象)が発生し、ころ軸受の寿命が低下するという問題があった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、スメアリングが発生するのを効果的に抑制することができるころ軸受及び及び風力発電用増速機を提供することを目的とする。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、スメアリングが発生するのを効果的に抑制することができるころ軸受及び及び風力発電用増速機を提供することを目的とする。
本願発明者は、スメアリングの発生メカニズムについて鋭意研究を重ねた。その結果、風力の低下により主軸の回転速度が急激に低下すると、重量の重い発電機のロータの慣性により、出力軸の回転速度よりも発電機の駆動軸の回転速度が上回ることによっていわゆるトルク抜け(荷重抜け)が発生し、このトルク抜けによって出力軸を支持するころ軸受に作用するラジアル荷重が減少し、ころ軸受のころと回転輪側の内輪軌道面との転がり摩擦抵抗よりも、ころと保持器(ポケットの内壁面)との接触摩擦抵抗、外輪(固定輪)の鍔部と保持器との摺動摩擦抵抗及びころの端面と鍔部との摺動摩擦抵抗を合算した摩擦抵抗が上回ることにより、ころの自転が遅れることを見出した。そして、この状態から風力の増加により主軸の回転速度が急激に増加したときに、ころの転動面と内輪軌道面との接触面で高速滑りが発生し、その接触面が昇温することにより、スメアリングが発生するという知見を得、かかる知見に基づいて本願発明を完成させた。
(1)すなわち、本発明のころ軸受は、内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪軌道面に対向する外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動可能に配置された複数のころと、前記ころを円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器と、を備え、前記内輪及び前記外輪のいずれか一方に、前記ころの端面が当接する鍔面を有するとともに前記保持器の周面に対向する対向周面を有する鍔部が形成されているころ軸受であって、前記保持器の周面及び前記鍔部の対向周面のうちの一方の面に取り付けられ、前記保持器の周面及び前記鍔部の対向周面のうちの他方の面が摺動可能に接触する環状の摺動部材を備え、前記摺動部材における前記他方の面との摺動摩擦抵抗が、前記一方の面における前記他方の面との摺動摩擦抵抗よりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、保持器の周面及び鍔部の対向周面のうちの一方の面に取り付けた摺動部材に、保持器の周面及び鍔部の対向周面のうちの他方の面が摺動する際に、摺動部材における前記他方の面との摺動摩擦抵抗が、前記一方の面における前記他方の面との摺動摩擦抵抗よりも小さくすることができる。これにより、ころの自転を阻害する要因となる鍔部側と保持器側との摺動摩擦抵抗を低減することができるため、ころが自転し易くなる。したがって、ころ軸受にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
(2)前記ころ軸受は、前記摺動部材が円周方向に二つ割りとされていることが好ましい。この場合、摺動部材を二つに分解することにより、ころ軸受全体を分解することなく摺動部材を取り外すことができるため、摺動部材の交換作業が容易となる。
(3)前記ころ軸受は、前記摺動部材が前記一方の面に取り付けられた状態で当該摺動部材に当接する軸方向端面を有する凸部が、前記一方の面に径方向に突出して形成されていることが好ましい。この場合、摺動部材は、凸部の軸方向端面に当接することにより、前記一方の面に対して軸方向に位置決めされるため、摺動部材の交換作業をさらに容易に行うことができる。
(4)他の観点からみた本発明の風力発電用増速機は、風力によるブレードの回転を伝達する増速ギヤを有するとともに、ころ軸受を介して支持された増速回転軸を備え、前記ころ軸受が、上記(1)〜(3)のいずれかのころ軸受であることを特徴とする。
本発明によれば、風力発電の運転中に風力が変動することによって、風力発電用増速機の増速回転軸を支持するころ軸受にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
本発明によれば、風力発電の運転中に風力が変動することによって、風力発電用増速機の増速回転軸を支持するころ軸受にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
本発明のころ軸受によれば、ころが自転し易くなるため、ころ軸受にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図1は、本発明の一実施形態に係る風力発電用増速機を示す概略側面図である。この風力発電用増速機1は、風力によるブレード(図示省略)の回転を増速させて発電機(図示省略)を駆動させるものであり、遊星歯車機構2と、複数の増速回転軸31〜33を有する高速段歯車機構3とを備えている。
図1は、本発明の一実施形態に係る風力発電用増速機を示す概略側面図である。この風力発電用増速機1は、風力によるブレード(図示省略)の回転を増速させて発電機(図示省略)を駆動させるものであり、遊星歯車機構2と、複数の増速回転軸31〜33を有する高速段歯車機構3とを備えている。
遊星歯車機構2は、ブレードの回転軸(図示省略)と一体回転可能に連結された入力軸21を有しており、この入力軸21が回転すると遊星キャリア22が回転するようになっている。これにより、遊星歯車23を介して太陽歯車24が回転し、その回転が高速段歯車機構3の低速軸31に伝達される。
高速段歯車機構3の複数の増速回転軸31〜33には、低速ギヤ31aを有する前記低速軸31と、第1中間ギヤ32a及び第2中間ギヤ32bを有する中間軸32と、高速ギヤ33aを有する出力軸33とが含まれている。本実施形態では、低速ギヤ31a、第1及び第2中間ギヤ32a,32b、及び高速ギヤ33aが、増速ギヤとされている。
高速段歯車機構3の複数の増速回転軸31〜33には、低速ギヤ31aを有する前記低速軸31と、第1中間ギヤ32a及び第2中間ギヤ32bを有する中間軸32と、高速ギヤ33aを有する出力軸33とが含まれている。本実施形態では、低速ギヤ31a、第1及び第2中間ギヤ32a,32b、及び高速ギヤ33aが、増速ギヤとされている。
低速軸31は、その直径が例えば約1mの大型の回転軸からなり、遊星歯車機構2の入力軸21と同軸上に配置されている。低速軸31の軸方向両端部はころ軸受4,5により支持されている。中間軸32は、低速軸31の上方に配置されており、その軸方向両端部はころ軸受6,7により支持されている。中間軸32の第1中間ギヤ32aは低速ギヤ31aと噛み合い、第2中間ギヤ32bは高速ギヤ33aと噛み合っている。出力軸33は、中間軸32の上方に配置されており、その自由端部33b及び出力端部33cは、それぞれころ軸受8,9により支持されている。出力端部33cは、発電機の駆動軸(図示省略)に一体回転可能に連結されている。
以上の構成により、入力軸21の回転は、遊星歯車機構2のギヤ比、低速ギヤ31aと第1中間ギヤ32aとのギヤ比、及び第2中間ギヤ32bと高速ギヤ33aとのギヤ比により3段階に増速されて、出力軸33の出力端部33cから回転トルクが出力される。すなわち、風力によるブレードの回転は、風力発電用増速機1により3段階に増速されて、発電機を駆動するようになっている。なお、本発明における風力発電用増速機1は、上記構成に限定されるものではなく、少なくとも増速ギヤを有する増速回転軸をころ軸受で支持しているものであればよい。
図2は、出力軸33の自由端部33bを支持するころ軸受8を示す断面図である。図2において、ころ軸受8は、円筒ころ軸受からなり、出力軸33に外嵌固定された内輪11と、ハウジング(図示省略)に固定された外輪12と、内輪11と外輪12との間に転動可能に配置された複数の円筒ころ13と、各円筒ころ13を円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器14とを備えている。内輪11、外輪12、円筒ころ13及び保持器14は、例えば軸受鋼等の合金鋼によって形成されている。
内輪11は、その外周の軸方向中央部に形成された内輪軌道面11aと、この内輪軌道面11aの軸方向両側に形成されたテーパ面11bとを有している。このテーパ面11bは、軸方向外側に向かって漸次縮径するように形成されている。
外輪12は、内輪11と同心上に配置されており、その内周の軸方向中央部に形成された外輪軌道面12aと、この外輪軌道面12aの軸方向両側に形成された一対の鍔部12bとを有している。外輪軌道面12aは、内輪軌道面11aに対向して配置されている。鍔部12bは、外輪12の内周の軸方向両端部から径方向内方に向かって突出して形成されており、円筒ころ13の端面が当接する鍔面12b1と、保持器14の円環部15の外周面15aに対向する対向周面12b2とを有している。
外輪12は、内輪11と同心上に配置されており、その内周の軸方向中央部に形成された外輪軌道面12aと、この外輪軌道面12aの軸方向両側に形成された一対の鍔部12bとを有している。外輪軌道面12aは、内輪軌道面11aに対向して配置されている。鍔部12bは、外輪12の内周の軸方向両端部から径方向内方に向かって突出して形成されており、円筒ころ13の端面が当接する鍔面12b1と、保持器14の円環部15の外周面15aに対向する対向周面12b2とを有している。
円筒ころ13は、内輪11の内輪軌道面11aと外輪12の外輪軌道面12aとの間に転動可能に配置されている。
保持器14は、軸方向に離反して配置された一対の円環部15と、この円環部15の周方向に沿って等間隔おきに配置されて両円環部15同士を連結する複数の柱部16とを有している。一対の円環部15と隣接する柱部16との間には、それぞれポケット17が形成されており、このポケット17内に各円筒ころ13が配置されている。
保持器14は、軸方向に離反して配置された一対の円環部15と、この円環部15の周方向に沿って等間隔おきに配置されて両円環部15同士を連結する複数の柱部16とを有している。一対の円環部15と隣接する柱部16との間には、それぞれポケット17が形成されており、このポケット17内に各円筒ころ13が配置されている。
図2において、ころ軸受8は、外輪12の各鍔部12bと保持器14の各円環部15との間にそれぞれ配置された一対の摺動部材19をさらに備えている。
図3の(a)は摺動部材19を示す正面図であり、(b)はその摺動部材19を示す側面図である。摺動部材19は、図3(a)に示すように、半円状に形成された一対の半割摺動部19a,19bにより環状に形成されている。すなわち、摺動部材19は、円周方向に2つ割りにされている。半割摺動部19a,19bの各端面は、側面視(図3(b))において傾斜して形成されている。
図3の(a)は摺動部材19を示す正面図であり、(b)はその摺動部材19を示す側面図である。摺動部材19は、図3(a)に示すように、半円状に形成された一対の半割摺動部19a,19bにより環状に形成されている。すなわち、摺動部材19は、円周方向に2つ割りにされている。半割摺動部19a,19bの各端面は、側面視(図3(b))において傾斜して形成されている。
図2において、摺動部材19の外周面は、鍔部12bの対向周面12b2に軸方向外側から圧入して固定されており、保持器14の円環部15の外周面15aが、摺動部材19の内周面に摺動可能に接触している。
摺動部材19は、その内周面における円環部15の外周面15aとの摺動摩擦抵抗が、鍔部12bの対向周面12b2における円環部15の外周面15aとの摺動摩擦抵抗よりも小さくなるように、PTFE等の合成樹脂材又は金属材により形成されている。前記金属材としては、摩擦係数の小さい銅や、MOS2等の固体潤滑剤により被膜された金属を用いることができる。
摺動部材19は、その内周面における円環部15の外周面15aとの摺動摩擦抵抗が、鍔部12bの対向周面12b2における円環部15の外周面15aとの摺動摩擦抵抗よりも小さくなるように、PTFE等の合成樹脂材又は金属材により形成されている。前記金属材としては、摩擦係数の小さい銅や、MOS2等の固体潤滑剤により被膜された金属を用いることができる。
鍔部12bの対向周面12b2の軸方向内側には、摺動部材19が軸方向外側から対向周面12b2に圧入された状態で、摺動部材19の端面に当接する軸方向端面12b4を有する凸部12b3が径方向内方に突出して形成されている。これにより、摺動部材19を対向周面12b2に対して軸方向に位置決めすることができる。
以上のように構成された風力発電用増速機1及びころ軸受8によれば、鍔部12bの対向周面12b2に圧入して固定された摺動部材19に、保持器14の外周面15aが摺動する際に、摺動部材19における前記外周面15aの摺動摩擦抵抗が、前記対向周面12b2との摺動摩擦抵抗よりも小さくすることができる。これにより、円筒ころ13の自転を阻害する要因となる鍔部12b側と保持器14側と摺動摩擦抵抗を低減することができるため、円筒ころ13が自転し易くなる。
したがって、風力発電の運転中に風力が変動することによって、風力発電用増速機1の出力軸33を支持するころ軸受8にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
したがって、風力発電の運転中に風力が変動することによって、風力発電用増速機1の出力軸33を支持するころ軸受8にスメアリングが発生するのを効果的に抑制することができる。
また、摺動部材19は円周方向に二つ割りとされているため、摺動部材19を二つに分解することにより、ころ軸受8全体を分解することなく摺動部材19を取り外すことができる。これにより、摺動部材19を容易に交換することができる。
また、鍔部12bの対向周面12b2に突出して形成された凸部12b3の軸方向端面に、前記対向周面12b2に圧入された摺動部材19が当接することにより、摺動部材19が前記対向周面12b2に対して軸方向に位置決めされるため、摺動部材19の交換作業をさらに容易に行うことができる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、鍔部は、外輪の軸方向両側に形成されているが、少なくとも外輪の軸方向一方側に形成されていればよい。
また、鍔部は、外輪の内周に形成されているが、内輪の外周に形成されていてもよい。この場合、内輪の鍔部の内周面に摺動部材を圧入して固定し、摺動部材の外周面に保持器の内周面を摺動させればよい。
さらに、摺動部材は、鍔部の内周面に圧入されているが、保持器の外周面又は内周面に圧入されていてもよい。
また、鍔部は、外輪の内周に形成されているが、内輪の外周に形成されていてもよい。この場合、内輪の鍔部の内周面に摺動部材を圧入して固定し、摺動部材の外周面に保持器の内周面を摺動させればよい。
さらに、摺動部材は、鍔部の内周面に圧入されているが、保持器の外周面又は内周面に圧入されていてもよい。
また、本発明のころ軸受は、風力発電用増速機の出力軸に用いられる場合について例示したが、低速軸や中間軸を支持するころ軸受においてころが自転しないおそれがある場合には、低速軸又は中間軸に本発明のころ軸受を用いることも可能である。
また、本実施形態のころ軸受は、風力発電用増速機に用いられる場合について例示したが、工作機械等の他の機器において軽負荷の状態で高速回転される場合にも適用することができる。
また、本実施形態のころ軸受は、風力発電用増速機に用いられる場合について例示したが、工作機械等の他の機器において軽負荷の状態で高速回転される場合にも適用することができる。
また、鍔部12bの対向周面12b2に対して摺動部材19を軸方向に位置決めするために、対向周面12b2に凸部12b3を突出して形成しているが、図4に示すように、対向周面12b2に凹部12b4を形成し、この凹部12b4に摺動部材19の軸方向端部に径方向外側に突出して形成された係合部19cを係合させることにより、摺動部材19を軸方向に位置決めしてもよい。
また、摺動部材19は、円周方向に二つ割りとされているが、図5に示すように、C型に形成されていてもよい。
また、摺動部材19は、円周方向に二つ割りとされているが、図5に示すように、C型に形成されていてもよい。
1:風力発電用増速機、8:ころ軸受、11:内輪、11a:内輪軌道面、12:外輪、12a:外輪軌道面、12b:鍔部、12b1:鍔面、12b2:対向周面、12b3:凸部、12b4:軸方向端面、13:円筒ころ(ころ)、14:保持器、15a:外周面(周面)、19:摺動部材、33:出力軸(増速回転軸)、33a:高速ギヤ(増速ギヤ)
Claims (4)
- 内輪軌道面を有する内輪と、
前記内輪軌道面に対向する外輪軌道面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動可能に配置された複数のころと、
前記ころを円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器と、を備え、
前記内輪及び前記外輪のいずれか一方に、前記ころの端面が当接する鍔面を有するとともに前記保持器の周面に対向する対向周面を有する鍔部が形成されているころ軸受であって、
前記保持器の周面及び前記鍔部の対向周面のうちの一方の面に取り付けられ、前記保持器の周面及び前記鍔部の対向周面のうちの他方の面が摺動可能に接触する環状の摺動部材を備え、
前記摺動部材における前記他方の面との摺動摩擦抵抗が、前記一方の面における前記他方の面との摺動摩擦抵抗よりも小さいことを特徴とするころ軸受。 - 前記摺動部材が円周方向に二つ割りとされている請求項1に記載のころ軸受。
- 前記摺動部材が前記一方の面に取り付けられた状態で当該摺動部材に当接する軸方向端面を有する凸部が、前記一方の面に径方向に突出して形成されている請求項1又は2に記載のころ軸受。
- 風力によるブレードの回転を伝達する増速ギヤを有するとともに、ころ軸受を介して支持された増速回転軸を備え、
前記ころ軸受が、請求項1〜3のいずれか一項に記載のころ軸受であることを特徴とする風力発電用増速機。
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---|---|---|---|
JP2011193726A JP2013053712A (ja) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | ころ軸受及び風力発電用増速機 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021032358A (ja) * | 2019-08-26 | 2021-03-01 | 日本精工株式会社 | ラジアル型ころ軸受 |
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2011
- 2011-09-06 JP JP2011193726A patent/JP2013053712A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021032358A (ja) * | 2019-08-26 | 2021-03-01 | 日本精工株式会社 | ラジアル型ころ軸受 |
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Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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