JP2014511460A - 特に風力装置のロータブレードを軸受けするためのアキシャル−ラジアル転がり軸受 - Google Patents

Abstract

本発明は、内輪及び外輪を構成する第１の軸受リング（７）及び第２の軸受リング（８）と、第１と第２の軸受リング（７，８）間に、１つのラジアル転がり軸受列（４）と複数のアキシャル転がり軸受列とを有する、特に風力装置（１）のロータブレード（２）を軸受けするためのアキシャル−ラジアル軸受に関する。本発明によれば、少なくとも４つのアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）が設けられ、これらアキシャル転がり軸受列が、軸方向（ｘ）に互いに間隔を置いて配設され、ラジアル転がり軸受列（４）が、軸方向（ｘ）で第２のアキシャル転がり軸受列（５ｂ）と第３のアキシャル転がり軸受列（５ｃ）間に配設されている。

Description

本発明は、内輪及び外輪を構成する第１の軸受リング及び第２の軸受リングと、第１と第２の軸受リング間に、１つのラジアル転がり軸受列と複数のアキシャル転がり軸受列とを有する、特に風力装置のロータブレードを軸受けするためのアキシャル−ラジアル軸受に関する。

公知の風力装置は、その通常の構成によれば、タワーを備え、このタワーの上端に、ジェネレータハウジングに入ったジェネレータが配設されている。ジェネレータには、直接又はトランスミッションを介して、典型的に３つのロータブレードを支持するロータが接続されている。ロータブレードの位置を異なる風速に適合させるため、ロータブレードは、ロータブレード長手方向軸を中心として回転可能にロータに接続されている。このため、アキシャル−ラジアル転がり軸受が使用され、このアキシャル−ラジアル転がり軸受は、実際には、相応にブレード調整軸受とも呼ばれる。この軸受と、付設された調整装置の課題は、対応するロータブレードの調整角度を、それぞれの風速もしくは装置の運転状態に適合させることにある。実際には、このためしばしば、例えば独国特許第２０ ２００６ ００８ ２８８号明細書（特許文献１）及び国際公開第２００９／１４７８６５パンフレット（特許文献２）に記載されているような２列の４点接触玉軸受が使用される。２列の４点接触玉軸受は、比較的安価に製造することができ、小さい取付けスペースを備え、高いトルク荷重を伝達することができる。

風速が著しく変化した場合、公知の風力装置では、通常はブレードの調整角度の変更だけが行なわれるが、調整角度をこれまでよりも頻繁に、特にロータ回転数とシンクロさせて変更することが試みられ、これにより、ブレード調整軸受に関して、非常に大きい継続的負荷が生じる。従って、できるだけ小さい取付けスペースで高い負荷能力と長寿性を備えるアキシャル−ラジアル転がり軸受が必要とされる。これに関係して、風荷重下で、ロータブレードが著しく長いことに基づいて、軸方向の支持をするための転動体に過度に負荷を与える非常に大きい傾倒モーメントがブレード調整軸受に作用することを、考慮すべきである。

冒頭で説明した特徴を有するアキシャル−ラジアル転がり軸受は、国際公開第２００７／００３８６６号パンフレット（特許文献３）、独国特許出願公開第２０ ２００５ ０２６ １４１号明細書（特許文献４）及び独国特許出願公開第１０ ２００８ ００９ ７４０号明細書（特許文献５）から公知であり、そこに記載されたアキシャル−ラジアル転がり軸受は、軸方向に互いに間隔を置いた２つのアキシャル転がり軸受列と、その間に配設された１つのラジアル転がり軸受列による３列で形成されている。ブレード調整軸受として使用する際に生じる大きい傾倒モーメントを吸収することができるようにするため、アキシャル転がり軸受列の転動体は、十分な大きさを備えなければならない。

独国特許第２０ ２００６ ００８ ２８８号明細書 国際公開第２００９／１４７８６５パンフレット 国際公開第２００７／００３８６６号パンフレット 独国特許出願公開第２０ ２００５ ０２６ １４１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００８ ００９ ７４０号明細書

この背景から、本発明の根底にある課題は、取付けスペースの利用が最適で最大の負荷能力を可能にすることにある。

この課題は、冒頭でのべたアキシャル−ラジアル転がり軸受から出発して、本発明によれば、少なくとも４つのアキシャル転がり軸受列が設けられ、これらアキシャル転がり軸受列が、軸方向に互いに間隔を置いて配設されていること、ラジアル転がり軸受列が、軸方向で第２と第３のアキシャル転がり軸受列間に配設されていることによって解決される。従って、本発明は、少なくとも特に５列に形成されたアキシャル−ラジアル転がり軸受に関する。ブレード調整軸受の公知の構成に対して、付加的なアキシャル転がり軸受が設けられているにもかかわらず、良好な取付けスペースの利用が得られるが、それは、全部で４つのアキシャル転がり軸受列に分割された支持によって、個々の転動体を小さくすることができるからである。

５つの転がり軸受列を有する形成が好ましい場合でも、本発明は、４つのアキシャル転がり軸受列と１つのラジアル転がり軸受列を有する構造体に、軸方向に見て一方の側又は特に両方の側に付加的な軸受列が接続する形成も含む。この場合、前記５列の構造は、このような転がり軸受の一部を構成する。負荷能力を高めるために、別の転がり軸受列を設けることができるが、本発明により設けられるラジアル転がり軸受列から出発して、対称の構成が好ましい。

本発明によるアキシャル−ラジアル転がり軸受は、風力装置におけるロータブレードを軸受けするために特に適している。特に、典型的にこのようなブレード調整軸受のために取付けスペースを設ける場合、負荷能力と長寿性を高めることができる。従って、公知の構造から出発して、ブレード調整軸受の領域を完全に新しく設計することは必要なく、本発明による軸受は、整備の範囲内でも、同じ大きさの２列の４接点軸受のための代用品として追加装備することができる。

１つのラジアル転がり軸受列と４つのアキシャル転がり軸受列のための転動体として、普通のローラが設けられている。この場合、ローラの別の形成は制限されていないので、ローラは、傾倒に対する許容差をある程度高めるために、シリンダ状の表面を備えていても、膨らませた表面を備えていてもよい。個々の軸受列において、転動体は、ケージ又はケージセグメント内に配設されていても、中間部材によって互いに分離されていてもよい。合成樹脂から成る相応の要素以外に、選択的にセグメント化もされる開放した又は閉じたスチールケージの適当であり、このスチールケージは、オプションで合成樹脂コーティングを備えていてもよい。

全てのアキシャル転がり軸受列のために、似たような又は本質的に同一の形成を行なってもよい。特に、アキシャル転がり軸受列は、同じ半径で配設すること及び／又は同じ転動体を備えることができる。均等な荷重の分配を得るために、第１と第２のアキシャル転がり軸受列間の間隔を、第３と第４のアキシャル転がり軸受列間の間隔と等しくすることができる。即ち、これにより、負荷下でそれぞれ対を成して協働する第１と第３のアキシャル転がり軸受列間の間隔が、第２と第４のアキシャル転がり軸受列間の間隔と等しいことも得られる。本発明の特に好ましい形成によれば、軸方向に連続するアキシャル転がり軸受列が、本質的に同じ間隔を備える。付加的に、ラジアル転がり軸受列は、軸方向中心又は第２と第３のアキシャル転がり軸受列のほぼ中心に配設することもできる。その場合、軸受列の配設に関して、ラジアル転がり軸受列を通って延在する平面から出発して、十分対称である。しかしながら、全ての軸受のある程度の非対称は、通常は、両方の側で、それぞれ、相互に支持する部分に対する端面側での接続を可能にするために、一方の側では軸受の軸受リングの一方が、他方の側では他方の軸受リングが軸方向に突出することによって生じる。

本発明の別の好ましい形成は、軸受リングの形成に関するものであり、第１の軸受リングは、第２と第３のアキシャル転がり軸受列間で２つのセグメントに分割され、第２の軸受リングは、第１と第２のアキシャル転がり軸受列間と、第３と第４のアキシャル転がり軸受列間で、全部で３つのセグメントに分割されている。両軸受リングをこのように分割して形成する場合は、特に安価で簡単な製造が可能であり、軸受リング間、即ち軸受リングセグメント間に転動体を簡単に配設することも可能になる。基本的に、２分割された第１の軸受リングは、内輪又は外輪として設けることができ、その場合には、相応に、３分割された第２の軸受リングが、外輪もしくは内輪を構成する。軸受リングをセグメント化して形成する場合、個々の軸受列の走行面も、製造時に良好に接近可能であり、正確に加工することができる。特に、軸受リングをセグメント化して形成する場合、特に高い製造精度を得ることもできる。最後に、軸受リングセグメントを相互に固定することによって、個々のアキシャル転がり軸受列における予荷重も変更するとの可能性がある。

本発明の好ましい形成によれば、アキシャル転がり軸受列が、異なった予荷重で軸受リング間に配設されている。予荷重との概念は、本発明の範囲内では、無負荷状態で転動体に作用する力に関する。この力は、極僅かな遊びがある又はちょうど力がかからない接触がある場合のゼロから、軸受列に対して著しい永久的な力が作用するまでに達することがあり、しかしながら、この力の作用は、常に所定の最大負荷以下である。予荷重は、軸受列のジオメトリ、即ち、転動体とこれに対応する軸受リングに構成される軸受軌道の寸法によって、調整することができ、軸受構成要素の弾性を考慮すべきである。軸受けリングが、前記好ましい形成に従って、複数の軸受リングセグメントから構成されている場合、予荷重は、弾性を考慮して、それぞれ１つの軸受リングを構成する軸受リングセグメントを結合する固定ネジの始動トルクによって調整することもできる。

個々のアキシャル転がり軸受列の予荷重の調整により、例えば、第２と第３のアキシャル転がり軸受列が、第１と第４のアキシャル転がり軸受列よりも大きい予荷重を備えることが得られる。この好ましい形成の根底には、アキシャル−ラジアル転がり軸受に作用するモーメントが、外輪に対する内輪の傾倒を生じさせることがあり、その場合には、所定の傾倒角度で、絶対的なストロークが、外側のアキシャル転がり軸受列、即ち第１と第４のアキシャル転がり軸受列、の有効レバーに基づいて大きく、これにより、これらアキシャル転がり軸受列が、全てのアキシャル転がり軸受列の予荷重が均等である場合に高い損傷のリスクにさらされているとの認識がある。しかしながら、第２と第３のアキシャル転がり軸受列の予荷重が大きいことにより、傾倒時に、後から初めて第１と第４のアキシャル転がり軸受列の負荷が最大に達することになる。特に、第２と第３のアキシャル転がり軸受列の予荷重が大きいことにより、傾倒モーメントの作用時に、ほぼ同じ傾倒角度になった時に全てのアキシャル転がり軸受列が最大許容負荷に達し、これにより、全体として、全負荷荷重が最大化されることになる。

本発明の更なる形成は、アキシャル−ラジアル転がり軸受の固定に関するものであり、少なくとも軸受リングの一方に、固定手段のための貫通穴が設けられている。ネジのような固定手段の場合は、締付け時に、軸受リングの材料の弾性によって軸受列のジオメトリを変化させることがある付加的な力が発生されるとの問題がある。この影響を軽減するために、貫通穴には、それぞれ対応する固定手段の、通常はネジの、軸方向の荷重支持点を対応する軸受リングの中に移動させるために、対応する軸受リングの一方の終端面から始まる凹部、特に陥没穴を設けることができる。

本発明の対象は、ロータブレードが、それぞれ前記アキシャル−ラジアル転がり軸受によってロータに接続されている、ロータと、ロータブレード長手方向軸を中心としてそれぞれ回転可能なロータブレードとを有する風力装置でもある。

本発明を、以下で唯一の実施例を図示した図面に基づいて詳細に説明する。

ブレード調整軸受として風力装置のロータブレードをロータと結合する本発明によるアキシャル−ラジアル転がり軸受 図１に図示した軸受の部分詳細図 風力装置

図１は、風力装置１においてロータブレード２が回転可能にロータ３に固定された組立状態のアキシャル−ラジアル転がり軸受を示す。ロータブレード２をそのロータブレード長手方向軸を中心として回転させることができる調整手段は、明瞭さのために図示されていない。

図２において部分詳細図で図示したアキシャル−ラジアル転がり軸受は、５列に形成され、１つのラジアル転がり軸受列４と４つのアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとを備える。ラジアル転がり軸受列４とアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、ローラ６，６’として形成されたその転動体が、外輪である第１の軸受リング７と内輪である第２の軸受リング８間に配設されている。第１の軸受リング７は、第２のアキシャル転がり軸受列５ｂと第３のアキシャル転がり軸受列５ｃ間で２分割され、セグメント９ａ，９ｂの分離は、ラジアル転がり軸受列４のための走行面外で行なわれるが、それは、そこで、走行特性を侵害しないようにするためである。第２の軸受リング８は、３つのセグメント９ｃ，９ｄ，９ｅに分割され、分離は、第１のアキシャル転がり軸受列５ａと第２のアキシャル転がり軸受列５ｂ間と、第３のアキシャル転がり軸受列５ｃと第４のアキシャル転がり軸受列５ｄ間とで行なわれる。アキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、同じ半径ｒで、軸方向ｘに同じ間隔Δｘで配設され、同じ転動体も備える。こうして、４つ全てのアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ及び５ｄに分配された、特に均等な、軸方向ｘの支持が得られる。ロータブレードを軸受けする際に典型的に生じる力に基づいて、半径方向の支持をするためには、ただ１つのラジアル転がり軸受列４で十分である。

軸方向力を４つのアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに均等に分配することにより、比較的小さいローラ６を設けることが可能となるので、全体として、小さい取付けスペースで非常に高い負荷能力が得られる。

付加能力を更に高めるため、本発明の好ましい形成によれば、第２のアキシャル転がり軸受列５ｂと第３のアキシャル転がり軸受列５ｃが、第１のアキシャル転がり軸受列５ａと第４のアキシャル転がり軸受列５ｄよりも大きい予荷重を備える。即ち、ロータブレード２を軸受けする場合、ロータブレード２の著しい長さと風荷重に基づいて、第１の軸受リング７を第２の軸受リング８に対して傾倒させる非常に大きい傾倒モーメントが生じることがある。その場合、有効レバーに基づいて、絶対的なストロークは、第１のアキシャル転がり軸受列５ａと第４のアキシャル転がり軸受列５ｄの方が、中間のアキシャル転がり軸受列５ｂ，５ｃよりも大きい。即ち、基本的には、全てのアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの予荷重が同じ場合は、外側のアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｄにおいて大きい過負荷の危険がある。しかしながら、予荷重を変更することにより、ほぼ同じ傾倒角度で４つ全てのアキシャル転がり軸受列５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおいて所定の最大負荷が生じることが得られるので、その場合は、全体として最大化された負荷能力が保証されている。

風力装置での使用に関しては、軸受の後からの整備と交換は、最も費用がかかり、従ってできるだけ回避すべきであることを考慮すべきである。

図１によれば、第２の軸受リング８は、ネジ１０によってロータブレード２に接続され、第１の軸受リング７は、ネジ１０’によってロータ３に接続されている。第２の軸受リング８においてネジ１０の締付けが第１のアキシャル転がり軸受列５ａジオメトリを変化させることを回避するため、ネジ１０の頭部の軸方向ｘの荷重支持点を第２の軸受リング８内に移動させるために、第２の軸受リング８の終端面１１から出発する陥没穴の形態の凹部１２が設けられている。

図３は、調整可能な３つのロータブレード２がロータ３に配設された風力装置１を模範的に示す。

１ 風力装置
２ ロータブレード
３ ロータ
４ ラジアル転がり軸受列
５ａ 第１のアキシャル転がり軸受列
５ｂ 第２のアキシャル転がり軸受列
５ｃ 第３のアキシャル転がり軸受列
５ｄ 第４のアキシャル転がり軸受列
６，６’ ローラ
７ 第１の軸受リング
８ 第２の軸受リング
９ａ，９ｂ セグメント
９ｃ，９ｄ，９ｅ セグメント
１０，１０’ ネジ
１１ 終端面
１２ 凹部

Claims (10)

1. 内輪及び外輪を構成する第１の軸受リング（７）及び第２の軸受リング（８）と、第１と第２の軸受リング（７，８）間に、ローラ（６’）を転動体として備える１つのラジアル転がり軸受列（４）と複数のアキシャル転がり軸受列とを有する、特に風力装置（１）のロータブレード（２）を軸受けするためのアキシャル−ラジアル軸受において、
   転動体としてローラ（６）を有する少なくとも４つのアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）が設けられ、これらアキシャル転がり軸受列が、軸方向（ｘ）に互いに間隔を置いて配設されていること、ラジアル転がり軸受列（４）が、軸方向（ｘ）で第２と第３のアキシャル転がり軸受列（５ｂ，５ｃ）間に配設されていること、を特徴とするアキシャル−ラジアル軸受。
2. ４つのアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）と１つのラジアル転がり軸受列（４）が５列になるように、アキシャル−ラジアル転がり軸受が形成されていること、を特徴とする請求項１に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
3. 第１の軸受リング（７）が、第２のアキシャル転がり軸受列（５ｂ）と第３のアキシャル転がり軸受列（５ｃ）間で２つの軸受リングセグメント（９ａ，９ｂ）に分割され、第２の軸受リング（８）が、第１と第２のアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ）間と、第３と第４のアキシャル転がり軸受列（５ｃ，５ｄ）間で、全部で３つのセグメント（９ｃ，９ｄ，９ｅ）に分割されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
4. アキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）が、異なった予荷重で軸受リング（７，８）間に配設されていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
5. 第２と第３のアキシャル転がり軸受列（５ｂ，５ｃ）が、第１と第４のアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｄ）よりも大きい予荷重を備えること、を特徴とする請求項４に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
6. 全てのアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）が、同じ半径で配設され、同じ転動体を備えること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
7. 第１と第３のアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｃ）間の間隔が、第２と第４のアキシャル転がり軸受列（５ｂ，５ｄ）間の間隔と等しいこと、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
8. 軸方向（ｘ）に連続するアキシャル転がり軸受列（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）が、本質的に互いに同じ間隔（Δｘ）を備えること、を特徴とする請求項７に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
9. 少なくとも軸受リングの一方（８）に、固定手段のための貫通穴が設けられ、この貫通穴には、それぞれ対応する固定手段の軸方向（ｘ）の荷重支持点を対応する軸受リング（８）の中に移動させるために、対応する軸受リング（８）の一方の終端面（１１）から始まる凹部（１２）、特に陥没穴が設けられていること、を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受。
10. ロータ（３）と、ロータブレード長手方向軸を中心としてそれぞれ回転可能なロータブレード（２）とを有する風力装置（１）において、
    ロータブレード（２）が、それぞれ、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアキシャル−ラジアル転がり軸受によってロータ（３）に接続されていること、を特徴とする風力装置。

Images