JPWO2014103018A1 - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

風力発電装置は、ハブと、前記ハブとともに回転するように構成された回転シャフトと、前記回転シャフトを軸支するためのフロント軸受と、前記フロント軸受よりも前記ハブから離れた位置に設けられ、前記回転シャフトを軸支するためのリア軸受と、前記フロント軸受と前記リア軸受の間に設けられ、前記回転シャフトによって駆動されるように構成された被駆動ユニットと、前記フロント軸受と前記被駆動ユニットとの間に設けられる補助軸受とを備え、前記補助軸受は、前記リア軸受が前記回転シャフトに取り付けられた状態では前記回転シャフトからの荷重を支持せず、前記リア軸受が前記回転シャフトから取り外されたときに前記フロント軸受を補助して前記回転シャフトを軸支するように構成されている。

Description

本開示は、風力発電装置に関する。

近年、環境意識の高まりから、再生エネルギー型発電装置として風力発電装置が注目されている。風力発電装置は、一般に、複数のブレードがハブに取り付けられたロータを有する。ロータは、陸上又は洋上に立設されたタワー上に位置するナセルに搭載される。この種の風力発電装置では、ブレードが風を受けてロータが回転し、ドライブトレインパート（Drive Train Part）によってナセル内に収納された発電機に伝達され、発電機において電力が生成されるようになっている。

特許文献１には、ドライブトレインパートとして油圧ポンプ及び油圧モータを用いた風力発電装置が開示されている。この風力発電装置では、ロータの回転が回転シャフトを介して油圧ポンプに伝達される。油圧ポンプが回転シャフトによって駆動されることにより圧油を生成し、該圧油によって油圧モータを駆動するようになっている。そして、油圧モータに連結された発電機において、油圧モータから入力された回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電している。

米国特許出願公開２０１０／００３２９５９号明細書

特許文献１には、軸受及び油圧ポンプの幾つかの配置例が開示されている。しかしながら、油圧ポンプに代表される被駆動ユニット（回転シャフトによって駆動されるユニット）のメンテナンス性向上や、軸受荷重の軽減や、軸受の構造簡素化などの目的に適うような軸受及び被駆動ユニットの配置については十分に確立されているとはいえない。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、被駆動ユニットのメンテナンス性に優れるとともに軸受荷重が小さい風力発電装置を提供することである。また、本発明の他の実施形態の目的は、回転シャフトを軸支する軸受の構造が簡素な風力発電装置を提供することである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、前記ハブとともに回転するように構成された回転シャフトと、前記回転シャフトを軸支するためのフロント軸受と、前記フロント軸受よりも前記ハブから離れた位置に設けられ、前記回転シャフトを軸支するためのリア軸受と、前記フロント軸受と前記リア軸受の間に設けられ、前記回転シャフトによって駆動されるように構成された被駆動ユニットと、前記フロント軸受と前記被駆動ユニットとの間に設けられる補助軸受とを備え、前記補助軸受は、前記リア軸受が前記回転シャフトに取り付けられた状態では前記回転シャフトからの荷重を支持せず、前記リア軸受が前記回転シャフトから取り外されたときに前記フロント軸受を補助して前記回転シャフトを軸支するように構成されたことを特徴とする。

上記風力発電装置によれば、フロント軸受とリア軸受との間に被駆動ユニットを配置するようにしたので、回転シャフトの軸長を抑制しながら、比較的大きな軸受スパン（フロント軸受とリア軸受との間の距離）を確保することができる。よって、軸受荷重を低減することができる。

また、フロント軸受とリア軸受との間に配置された被駆動ユニットのメンテナンスを行う際、リア軸受を取り外す必要がある場合であっても、フロント軸受と補助軸受によって回転シャフトを軸支することができる。よって、フロント軸受に過度な荷重が加わることを防止しながら、被駆動ユニットのメンテナンス作業を容易に行うことができる。

一実施形態では、前記補助軸受は、前記回転シャフトと前記風力発電装置の静止部材との間において、前記リア軸受が前記回転シャフトに取り付けられた状態では前記回転シャフト又は前記静止部材の一方との間に隙間が形成されるように配置され、前記隙間の大きさは、前記リア軸受が前記回転シャフトから取り外されたときに前記補助軸受と前記回転シャフト又は前記静止部材の前記一方とが接触するように設定されている。

一実施形態では、前記フロント軸受又は前記リア軸受の少なくとも一方がすべり軸受を含む。フロント軸受又はリア軸受の少なくとも一方に構造が簡素であるすべり軸受を用いることにより、風力発電装置の大型化への対応が可能になる。すなわち、風力発電装置の大型化によって軸受荷重は大きくなる傾向にあるが、風力発電装置の回転シャフトを軸支するための軸受として一般的に用いられている転がり軸受は、製造設備や製造技術の限界によってより一層の大型化は難しい場合がある。これに対し、すべり軸受は構造が比較的簡素であるため大型化が容易であり、大型の風力発電装置において想定される軸受荷重に耐えるような設計が可能である。

一実施形態では、前記すべり軸受は、前記回転シャフトと前記すべり軸受のすべり面の間に供給される流体により前記回転シャフトを軸支するように構成された静圧軸受である。すべり軸受として静圧軸受を用いることにより、潤滑油として低粘度の油を使用する場合であっても、すべり軸受の負荷能力を高めることができる。また、すべり軸受をコンパクト化できる。

一実施形態では、前記被駆動ユニットは油圧ポンプであり、前記流体は、前記油圧ポンプの作動油である。

一実施形態では、前記すべり軸受のすべり面と前記回転シャフトとの間に保持され、ＶＧ１６０以上の粘度を有する潤滑油をさらに備える。粘度の高い潤滑油をすべり軸受のすべり面と回転シャフトの間に保持することにより、静圧軸受機構を設けることなく、すべり軸受のすべり面と回転シャフトの間に油膜を形成することができる。

一実施形態では、前記すべり軸受のすべり面と前記回転シャフトとの間に保持された潤滑用グリースをさらに備える。潤滑用グリースをすべり軸受のすべり面と回転シャフトの間に保持することにより、潤滑油供給用のポンプなどの構成が不要になり、潤滑系の構成が簡素化され、コストや重量の面で有利になる。

一実施形態では、前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、前記フロント軸受のハウジングの前記ハブ側の端部と前記フロント軸受の間に隙間が形成されている。
ロータに対する荷重（ロータの自重に起因した重力荷重や風荷重）は、ハブ中心近傍の荷重負荷点に作用する。この荷重負荷点は軸受支持点（フロント軸受の位置）からオーバハングしているため、軸受荷重としてのモーメント荷重に起因して、フロント軸受の片当たりが生じる場合がある。そこで、上述のように、フロント軸受（すべり軸受）のハウジングのハブ側の端部とフロント軸受との間に隙間を形成することで、フロント軸受のハブ側の端部の背面剛性が低下し、フロント軸受の片当たりが緩和される。したがって、片当たりに起因したフロント軸受の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受の高い負荷能力を確保することができる。

一実施形態では、前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、前記フロント軸受のハウジングの前記ハブ側の端部と前記フロント軸受の間に形成される前記隙間に前記ハウジングよりも剛性の低い部材が設けられている。

ハウジングよりも剛性の低い部材が前記隙間に設けられているため、フロント軸受のハブ側の端部の背面剛性が低下し、フロント軸受の片当たりを緩和できる。したがって、片当たりに起因したフロント軸受の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受の高い負荷能力を確保することができる。

一実施形態では、前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、前記フロント軸受と前記回転シャフトとの間に樹脂層が設けられている。樹脂層は剛性が低く外力に対して変形しやすいため、フロント軸受の片当たりが緩和される。したがって、片当たりに起因したフロント軸受の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受の高い負荷能力を確保することができる。

一実施形態では、前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、前記フロント軸受は、前記ハブ側の端部にスリットが形成されている。

一実施形態では、前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、前記フロント軸受のハウジングに対する前記フロント軸受の当接面は、少なくとも前記回転シャフトの軸方向において湾曲しており、前記フロント軸受に対する前記ハウジングの当接面は、少なくとも前記軸方向に湾曲しており、前記フロント軸受の前記当接面の反転形状である。
この場合、フロント軸受はハウジングに対して回動可能であるため、フロント軸受の片当たりが緩和される。したがって、片当たりに起因したフロント軸受の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受の高い負荷能力を確保することができる。

一実施形態では、前記フロント軸受が前記すべり軸受を含み、前記リア軸受は、前記フロント軸受を支点とするモーメント荷重を支えるように構成されたスラスト軸受である。

一実施形態では、前記リア軸受は、前記風力発電装置のタワーの周上であって前記フロント軸受から最も離れた位置に配置されている。この場合、フロント軸受とリア軸受の間の距離（軸受スパン）を大きくしつつ、リア軸受から荷重をタワーに直接的に伝達させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、前記ハブとともに回転するように構成された回転シャフトと、前記回転シャフトを軸支するための少なくとも一つのすべり軸受と、前記回転シャフトの軸方向に沿ったスラスト荷重を支えるための少なくとも一つのスラスト軸受とを備えることを特徴とする。

上記風力発電装置によれば、回転シャフトを軸支する軸受として少なくとも一つのすべり軸受を用いるようにしたので、風力発電装置の大型化への対応が可能である。すなわち、すべり軸受は構造が比較的簡素であるため大型化が容易であり、大型の風力発電装置において想定される軸受荷重に耐えるような設計が可能である。また、少なくとも一つのスラスト軸受を併用することで、すべり軸受では負担することが難しいスラスト荷重をスラスト軸受によって確実に受けることができる。

一実施形態では、前記少なくとも一つのすべり軸受は、フロント軸受と、前記フロント軸受よりも前記ハブから離れた位置に配置されるリア軸受とを含む。

一実施形態では、前記少なくとも一つのスラスト軸受は、１個の前記すべり軸受よりも前記ハブから離れた位置に配置され、前記１個の前記すべり軸受を支点とするモーメント荷重を支えるように構成されている。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転シャフトの軸長を抑制しながら、比較的大きな軸受スパン（フロント軸受とリア軸受との間の距離）を確保して軸受荷重を低減することができる。また、フロント軸受に過度な荷重が加わることを防止しながら、被駆動ユニットのメンテナンス作業を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す概略図である。 一実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外された状態を示す断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外されたときに補助軸受が回転シャフトと接触する状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外された状態を示す断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外されたときに補助軸受が静止部材と接触する状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。 図９（ａ）は、すべり軸受が静圧軸受であるときにすべり軸受が回転シャフトを軸支する状態を示す断面図であり、図９（ｂ）は、静圧軸受のポケット周辺の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るリア軸受とタワーの位置関係を示す概略図である。フロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に風力発電装置の断面図である。 一実施形態に風力発電装置の断面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、一実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を示す概略図である。同図に示すように、一実施形態に係る風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード２と、少なくとも一本のブレード２が取り付けられるハブ４と、ハブ４とともに回転するように構成された回転シャフト６と、回転シャフト６によって駆動されるように構成された被駆動ユニット７と、被駆動ユニット７が収納されるナセル５と、ナセル５を支持するタワー１１を含む。一実施形態では、被駆動ユニット７は油圧ポンプである。他の実施形態では、被駆動ユニット７は発電機である。

図２は、一実施形態に係る風力発電装置１の部分断面図である。図３は、一実施形態に係るリア軸受１０が回転シャフト６から取り外された状態における風力発電装置１の部分断面図であり、図４は、一実施形態に係るリア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときに補助軸受１２が回転シャフト６と接触する状態を示す断面図である。なお、図４に示す二点鎖線はリア軸受１０が回転シャフト６に取り付けられたときの回転シャフト６の位置を示す。

図２に示すように、一実施形態に係る風力発電装置１は、回転シャフト６を軸支するためのフロント軸受８と、フロント軸受８よりもハブ４から離れた位置に設けられ回転シャフト６を軸支するためのリア軸受１０とを備える。フロント軸受８とリア軸受１０の間には、回転シャフト６によって駆動されるように構成された油圧ポンプ１４（被駆動ユニット７）が配置されている。また、フロント軸受８と被駆動ユニット７との間の位置には、補助軸受１２が設けられている。補助軸受１２はハウジング１２Ａを介してナセル台板９に支持され、リア軸受１０はハウジング１０Ａを介してナセル台板９に支持されている。

油圧ポンプ１４は、ナセル台板９に支持されており、ステータ部１６と、回転シャフト６に連結されているロータ部１８とを含む。ステータ部１６とロータ部１８で囲まれた空間には、カム２０、複数のシリンダ２２を有するシリンダブロック２３、ローラ２４が取り付けられた複数のピストン２６が設けられている。一実施形態では、カム２０は、ロータ部１８の外周面上に設けられてロータ部１８とともに回転するように構成されている。各ピストン２６はカム２０に当接するローラ２４を介してリングカム２０によって駆動され、各シリンダ２２内を摺動するように構成されている。

幾つかの実施形態では、補助軸受１２は、リア軸受１０が回転シャフト６に取り付けられた状態では回転シャフト６からの荷重を支持せず、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときにフロント軸受８を補助して回転シャフト６を軸支するように構成されている。

一実施形態では、図２に示すように、リア軸受１０が回転シャフト６に取り付けられた状態では回転シャフト６との間に隙間３２が形成されるように配置されており、隙間３２の大きさは、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときに補助軸受１２と回転シャフト６とが接触するように設定されている。

被駆動ユニット７としての油圧ポンプ１４は、上述のようにフロント軸受８とリア軸受１０の間に設けられており、メンテナンスを要する部品（リングカム２０、ローラ２４、ピストン２６など）を含む。これらの部品のメンテナンスを行う際、油圧ポンプ１４からメンテナンスの対象となる部品（メンテナンス対象部品）を取り外す必要が生じることがある。その場合に、油圧ポンプ１４からのメンテナンス対象部品の取り外し作業を容易に行うために、一時的にリア軸受１０を取り外すことがある。

このようにリア軸受１０を取り外す必要がある場合であっても、上述の実施形態に係る風力発電装置１の補助軸受１２は、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときにフロント軸受８を補助して回転シャフト６を軸支するように構成されているので、フロント軸受８と補助軸受１２によって回転シャフト６を軸支することができる。
図３に示す例示的な実施形態では、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されると、フロント軸受８によって拘束された回転シャフト６はフロント軸受８を支点として傾動する。その結果、図４に示すように、回転シャフト６は補助軸受１２に接近し、補助軸受１２と回転シャフト６との間の間隙３２（図２参照）が部分的に消滅し、補助軸受１２と回転シャフト６とが部分的に接触する。これは、上述したように、隙間３２の大きさが、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときに補助軸受１２と回転シャフト６とが接触するように設定されているためである。補助軸受１２と回転シャフト６とが少なくとも部分的に接触すると、回転シャフト６はフロント軸受８と補助軸受１２とで軸支される。
なお、回転シャフト６からリア軸受１０が取り外されたときの回転シャフト６の傾動方向は、フロント軸受８の位置や、ブレード２及びハブ４の重量や、油圧ポンプ１４（被駆動ユニット７）の重量などに依存する。

図２〜４に示す例示的な実施形態によれば、フロント軸受８とリア軸受１０との間に被駆動ユニット７（油圧ポンプ１４）を配置するようにしたので、回転シャフト６の軸長を抑制しながら、比較的大きな軸受スパン（フロント軸受８とリア軸受１０との間の距離）を確保することができる。よって、軸受荷重を低減することができる。
また、フロント軸受８に過度な荷重が加わることを防止しながら、被駆動ユニット７（油圧ポンプ１４）のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

図５は、他の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面図である。同図に示す例示的な実施形態では、風力発電装置１の補助軸受１２は、回転シャフト６上に設けられ、リア軸受１０が回転シャフト６に取り付けられた状態では静止部材（軸受箱）３０との間に隙間３３が形成されるように配置されている。隙間３３の大きさは、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときに補助軸受１２と静止部材（軸受箱）３０とが接触するように設定されている。

図６は、一実施形態に係るリア軸受１０が回転シャフト６から取り外された状態を示す断面図であり、図７は、一実施形態に係るリア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときに補助軸受１２が静止部材３０と接触する状態を示す断面図である。なお、図７に示す二点鎖線はリア軸受１０が回転シャフト６に取り付けられたときの回転シャフト６及び補助軸受１２の位置を示す。

図６に示す例示的な実施形態では、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されると、フロント軸受８によって拘束された回転シャフト６はフロント軸受８を支点として傾動する。その結果、図７に示すように、回転シャフト６及び補助軸受１２は静止部材（軸受箱）３０に接近し、補助軸受１２と静止部材３０との間の間隙３３（図５参照）が部分的に消滅し、補助軸受１２と静止部材３０とが部分的に接触する。これは、上述したように、隙間３３の大きさが、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときに補助軸受１２と静止部材３０とが接触するように設定されているためである。補助軸受１２と静止部材３０とが少なくとも部分的に接触すると、回転シャフト６はフロント軸受８と補助軸受１２とで軸支される。

つまり、補助軸受１２は、リア軸受１０が回転シャフト６に取り付けられた状態では回転シャフト６からの荷重を支持せず、リア軸受１０が回転シャフト６から取り外されたときにフロント軸受８を補助して回転シャフト６を軸支するように構成されている。

図８は、他の一実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。同図に示すように、一実施形態では、フロント軸受８又はリア軸受１０の少なくとも一方がすべり軸受を含む。フロント軸受８又はリア軸受１０の少なくとも一方に構造が簡素であるすべり軸受を用いることにより、風力発電装置１の大型化への対応が可能になる。すなわち、風力発電装置１の大型化によって軸受荷重は大きくなる傾向にあるが、風力発電装置１の回転シャフト６を軸支するための軸受として一般的に用いられている転がり軸受は、製造設備や製造技術の限界によってより一層の大型化は難しい場合がある。これに対し、すべり軸受は構造が比較的簡素であるため大型化が容易であり、大型の風力発電装置１において想定される軸受荷重に耐えるような設計が可能である。

同図に示すように、一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受であり、リア軸受１０はフロント軸受８を支点とするモーメント荷重を支えるように構成されたスラスト軸受である。

図９（ａ）は、すべり軸受３４が静圧軸受であるときにすべり軸受３４が回転シャフト６を軸支する状態を示す断面図であり、図９（ｂ）は、静圧軸受のポケット周辺の構成を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、一実施形態では、すべり軸受３４は、回転シャフト６とすべり軸受３４のすべり面３４Ａの間に供給される流体３６により回転シャフト６を軸支するように構成された静圧軸受である。すべり軸受３４として静圧軸受を用いることにより、潤滑油として低粘度の油を使用する場合であっても、すべり軸受３４の負荷能力を高めることができる。また、すべり軸受３４をコンパクト化できる。

一実施形態では、回転シャフト６とすべり面３４Ａの間に供給される流体３６は、被駆動ユニット７としての油圧ポンプ１４の作動油である。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、該流体３６は油圧ポンプ１４からポケット３４Ｄに設けられた供給口３４Ｃを介してすべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６の間に供給され、回転シャフト６を軸支する。

一実施形態では、すべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６との間において、ＶＧ１６０以上の粘度を有する潤滑油を保持する。粘度の高い潤滑油をすべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６の間に保持することにより、静圧軸受機構を設けることなく、すべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６の間に油膜を形成することができる。

一実施形態では、すべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６との間において、潤滑用グリースを保持する。潤滑用グリースをすべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６の間に保持することにより、潤滑油供給用のポンプなどの構成が不要になり、潤滑系の構成が簡素化され、コストや重量の面で有利になる。

図１０は、一実施形態に係るフロント軸受８の構成を示す断面図である。同図に示すように、一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受３４である。フロント軸受８のハウジング３４Ｂのハブ側の端部とフロント軸受８の間に隙間４０が形成されている。

ロータに対する荷重（ロータの自重に起因した重力荷重や風荷重）は、ハブ中心近傍の荷重負荷点Ｇに作用する。この荷重負荷点Ｇは軸受支持点（フロント軸受８の位置）からオーバハングしているため、軸受荷重としてのモーメント荷重に起因して、フロント軸受８の片当たりが生じる場合がある。そこで、上述のように、フロント軸受８（すべり軸受３４）のハウジング３４Ｂのハブ側の端部とフロント軸受８との間に隙間４０を形成することで、フロント軸受８のハブ側の端部の背面剛性が低下し、フロント軸受８の片当たりが緩和される。したがって、片当たりに起因したフロント軸受８の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受８の高い負荷能力を確保することができる。
一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受３４であり、フロント軸受８のハウジング３４Ｂのハブ側とは反対側の端部とフロント軸受８の間に隙間が形成されている。被駆動ユニット７のメンテナンスの時に、回転シャフト６がフロント軸受８に片当たりすることを防止できる。

図１１は、一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。同図に示すように、一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受３４であり、フロント軸受８のハブ側の端部にスリット４１が形成されている。

図１２は、一実施形態に係るフロント軸受８がすべり軸受３４であるときのフロント軸受８の構成を示す断面図である。同図に示すように、一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受３４であり、フロント軸受８のハウジング３４Ｂのハブ側の端部とフロント軸受８の間に形成される隙間４０にハウジング３４Ｂよりも剛性の低い部材４２が設けられている。

ハウジング３４Ｂよりも剛性の低い部材４２が隙間４０に設けられているため、フロント軸受８のハブ側の端部の背面剛性が低下し、フロント軸受８の片当たりを緩和できる。したがって、片当たりに起因したフロント軸受８の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受８の高い負荷能力を確保することができる。

図１３は、一実施形態に係るフロント軸受８がすべり軸受３４であるときのフロント軸受８の構成を示す断面図である。一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受３４であり、フロント軸受８と回転シャフト６との間に樹脂層４４が設けられている。樹脂層４４は剛性が低く外力に対して変形しやすいため、フロント軸受８の片当たりが緩和される。したがって、片当たりに起因したフロント軸受８の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受８の高い負荷能力を確保することができる。

図１４は、一実施形態に係るフロント軸受８がすべり軸受３４であるときのフロント軸受８の構成を示す断面図である。一実施形態では、フロント軸受８はすべり軸受３４であり、フロント軸受８のハウジング３４Ｂに対するフロント軸受８の当接面８Ｂは、回転シャフト６の軸方向において湾曲している。フロント軸受８の当接面８Ｂは、回転シャフト６の軸方向及びこれに直交する方向において湾曲した球面形状であってもよいし、回転シャフト６の軸方向のみにおいて湾曲した円筒形状であってもよい。フロント軸受８に対するハウジング３４Ｂの当接面３５は、軸方向に湾曲しており、フロント軸受８の当接面８Ｂの反転形状である。

この場合、フロント軸受８はハウジング３４Ｂに対して回動可能であるため、フロント軸受８の片当たりが緩和される。したがって、片当たりに起因したフロント軸受８の負荷能力の低下を抑制し、フロント軸受８の高い負荷能力を確保することができる。

図１５は、一実施形態に係るリア軸受１０とタワー１１の位置関係を示す概略図である。同図に示すように、一実施形態では、リア軸受１０は、風力発電装置１のタワー１１の周上であってフロント軸受８から最も離れた位置に配置されている。この場合、フロント軸受８とリア軸受１０の間の距離（軸受スパン）を大きくしつつ、リア軸受１０から荷重をタワー１１に直接的に伝達させることができる。

図１６は、一実施形態に風力発電装置１の断面図である。同図に示すように、一実施形態に係る風力発電装置１は、回転シャフト６を軸支するためのすべり軸受３４と、回転シャフト６の軸方向に沿ったスラスト荷重を支えるためのスラスト軸受４６とを備える。すべり軸受３４及びスラスト軸受４６はそれぞれ静止部材３１を介してナセル台板に支持されている。

回転シャフト６を軸支する軸受として少なくとも一つのすべり軸受３４を用いるようにしたので、風力発電装置１の大型化への対応が可能である。すなわち、すべり軸受３４は構造が比較的簡素であるため大型化が容易であり、大型の風力発電装置１において想定される軸受荷重に耐えるような設計が可能である。また、少なくとも一つのスラスト軸受４６を併用することで、すべり軸受３４では負担することが難しいスラスト荷重をスラスト軸受４６によって確実に受けることができる。

図１７は、一実施形態に風力発電装置１の断面図である。同図に示すように、一実施形態に係る風力発電装置１は、フロント軸受８と、フロント軸受８よりもハブ４から離れた位置に配置されるリア軸受１０と、フロント軸受８とリア軸受１０の間に設けられるスラスト軸受４６とを含む。フロント軸受８及びリア軸受１０はすべり軸受３４である。同図に示すように、一実施形態では、スラスト軸受４６は、すべり軸受３４であるフロント軸受８よりもハブ４から離れた位置に配置され、フロント軸受８を支点とするモーメント荷重を支えるように構成されている。

以上説明したように、本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置１は、回転シャフト６の軸長を抑制しながら、比較的大きな軸受スパン（フロント軸受８とリア軸受１０との間の距離）を確保して軸受荷重を低減することができる。また、フロント軸受８に過度な荷重が加わることを防止しながら、被駆動ユニット７のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば、図１６及び１４に示す例示的な実施形態におけるすべり軸受３４を、図９〜１４で説明した構成としてもよい。具体的には一実施形態では、図１６及び１４におけるすべり軸受３４は、図９に示すように、回転シャフト６とすべり軸受３４のすべり面３４Ａの間に供給される流体３６により回転シャフト６を軸支するように構成された静圧軸受である。一実施形態では、回転シャフト６とすべり面３４Ａの間に供給される流体３６は、被駆動ユニット７としての油圧ポンプ１４の作動油である。一実施形態では、すべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６との間において、ＶＧ１６０以上の粘度を有する潤滑油を保持する。一実施形態では、すべり軸受３４のすべり面３４Ａと回転シャフト６との間において、潤滑用グリースを保持する。

一実施形態に係るすべり軸受３４では、図１０に示すように、ハウジング３４Ｂのハブ側の端部とすべり軸受３４の間に隙間４０が形成されている。一実施形態に係るすべり軸受３４では、図１１に示すように、すべり軸受３４のハブ側の端部にスリット４１が形成されている。一実施形態に係るすべり軸受３４では、ハウジング３４Ｂのハブ側とは反対側の端部とすべり軸受３４の間に隙間が形成されている。

一実施形態に係るすべり軸受３４では、図１２に示すように、ハウジング３４Ｂのハブ側の端部とすべり軸受３４の間に形成される隙間４０にハウジング３４Ｂよりも剛性の低い部材４２が設けられている。一実施形態に係るすべり軸受３４では、図１３に示すように、すべり軸受３４と回転シャフト６との間に樹脂層４４が設けられている。

一実施形態に係るすべり軸受３４では、図１４に示すように、ハウジング３４Ｂに対するすべり軸受３４の当接面は、回転シャフト６の軸方向において湾曲している。すべり軸受３４の当接面は、回転シャフト６の軸方向及びこれに直交する方向において湾曲した球面形状であってもよいし、回転シャフト６の軸方向のみにおいて湾曲した円筒形状であってもよい。すべり軸受３４に対するハウジング３４Ｂの当接面３５は、軸方向に湾曲しており、すべり軸受３４の当接面の反転形状である。

１ 風力発電装置
２ ブレード
４ ハブ
５ ナセル
６ 回転シャフト
７ 被駆動ユニット
８ フロント軸受
１０ リア軸受
１１ タワー
１２ 補助軸受
１４ 油圧ポンプ
１６ ステータ部
１８ ロータ部
２０ リングカム
２２ シリンダ
２４ ローラ
２６ ピストン
３０、３１ 静止部材
３２ 隙間
３４ すべり軸受
３４Ａ すべり面
３４Ｂ ハウジング
３４Ｃ 供給口
３４Ｄ ポケット
３６ 流体
４０ 隙間
４１ スリット
４２ 剛性の低い部材
４４ 樹脂層
４６ スラスト軸受

本発明の一実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す概略図である。 一実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外された状態を示す断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外されたときに補助軸受が回転シャフトと接触する状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外された状態を示す断面図である。 一実施形態に係るリア軸受が回転シャフトから取り外されたときに補助軸受が静止部材と接触する状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る風力発電装置の部分断面図である。 図９（ａ）は、すべり軸受が静圧軸受であるときにすべり軸受が回転シャフトを軸支する状態を示す断面図であり、図９（ｂ）は、静圧軸受のポケット周辺の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るフロント軸受がすべり軸受であるときのフロント軸受の構成を示す断面図である。 一実施形態に係るリア軸受とタワーの位置関係を示す概略図である。 一実施形態に風力発電装置の断面図である。 一実施形態に風力発電装置の断面図である。

Claims (17)

1. 少なくとも一本のブレードと、
   前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
   前記ハブとともに回転するように構成された回転シャフトと、
   前記回転シャフトを軸支するためのフロント軸受と、
   前記フロント軸受よりも前記ハブから離れた位置に設けられ、前記回転シャフトを軸支するためのリア軸受と、
   前記フロント軸受と前記リア軸受の間に設けられ、前記回転シャフトによって駆動されるように構成された被駆動ユニットと、
   前記フロント軸受と前記被駆動ユニットとの間に設けられる補助軸受とを備え、
   前記補助軸受は、前記リア軸受が前記回転シャフトに取り付けられた状態では前記回転シャフトからの荷重を支持せず、前記リア軸受が前記回転シャフトから取り外されたときに前記フロント軸受を補助して前記回転シャフトを軸支するように構成されたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記補助軸受は、前記回転シャフトと前記風力発電装置の静止部材との間において、前記リア軸受が前記回転シャフトに取り付けられた状態では前記回転シャフト又は前記静止部材の一方との間に隙間が形成されるように配置され、
   前記隙間の大きさは、前記リア軸受が前記回転シャフトから取り外されたときに前記補助軸受と前記回転シャフト又は前記静止部材の前記一方とが接触するように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記フロント軸受又は前記リア軸受の少なくとも一方がすべり軸受を含むことを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
4. 前記すべり軸受は、前記回転シャフトと前記すべり軸受のすべり面の間に供給される流体により前記回転シャフトを軸支するように構成された静圧軸受であることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
5. 前記被駆動ユニットは油圧ポンプであり、
   前記流体は、前記油圧ポンプの作動油であることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。
6. 前記すべり軸受のすべり面と前記回転シャフトとの間に保持され、ＶＧ１６０以上の粘度を有する潤滑油をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
7. 前記すべり軸受のすべり面と前記回転シャフトとの間に保持された潤滑用グリースをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
8. 前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、
   前記フロント軸受のハウジングの前記ハブ側の端部と前記フロント軸受の間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の風力発電装置。
9. 前記隙間に前記ハウジングよりも剛性の低い部材が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
10. 前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、
    前記フロント軸受は、前記ハブ側の端部にスリットが形成されていることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の風力発電装置。
11. 前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、
    前記フロント軸受と前記回転シャフトとの間に樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項３乃至１０の何れか一項に記載の風力発電装置。
12. 前記フロント軸受は前記すべり軸受であり、
    前記フロント軸受のハウジングに対する前記フロント軸受の当接面は、少なくとも前記回転シャフトの軸方向において湾曲しており、
    前記フロント軸受に対する前記ハウジングの当接面は、少なくとも前記軸方向に湾曲しており、前記フロント軸受の前記当接面の反転形状であることを特徴とする請求項３乃至１１の何れか一項に記載の風力発電装置。
13. 前記フロント軸受が前記すべり軸受を含み、
    前記リア軸受は、前記フロント軸受を支点とするモーメント荷重を支えるように構成されたスラスト軸受であることを特徴とする請求項３乃至１２の何れか一項に記載の風力発電装置。
14. 前記リア軸受は、前記風力発電装置のタワーの周上であって前記フロント軸受から最も離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に風力発電装置。
15. 少なくとも一本のブレードと、
    前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
    前記ハブとともに回転するように構成された回転シャフトと、
    前記回転シャフトを軸支するための少なくとも一つのすべり軸受と、
    前記回転シャフトの軸方向に沿ったスラスト荷重を支えるための少なくとも一つのスラスト軸受とを備えることを特徴とする風力発電装置。
16. 前記少なくとも一つのすべり軸受は、フロント軸受と、前記フロント軸受よりも前記ハブから離れた位置に配置されるリア軸受とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の風力発電装置。
17. 前記少なくとも一つのスラスト軸受は、１個の前記すべり軸受よりも前記ハブから離れた位置に配置され、前記１個の前記すべり軸受を支点とするモーメント荷重を支えるように構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の風力発電装置。

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