JP2018179180A - 風力発電装置における主軸受のシール構造、風力発電装置用軸受および風力発電装置用軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電装置における主軸受において、シール部材が摺動する摺動部での発熱を抑え、軸受寿命の低下等を抑制することができる風力発電装置における主軸受のシール構造、風力発電装置用軸受および風力発電装置用軸受ユニットを提供する。
【解決手段】この風力発電装置における主軸受のシール構造は、内外輪と、この内外輪の各軌道溝間に設けられた複数の転動体とを備えた風力発電装置における主軸受のシール構造である。内輪１と外輪間の軸受空間の軸方向端部を密封する弾性体製のシール部材５を備え、このシール部材５に冷却液を介在させる空洞１３を備えた。冷却液を配管１４を介して空洞１３に導くポンプ１５を主軸受の外部に設けた。シール部材５の空洞１３に冷却液を介在させることで、シール部材５の摺動抵抗およびシール部材５の締め代が大きい場合であっても、内輪１のシール部材５が摺動する摺動部での冷却効果が見込める。
【選択図】図２

Description

この発明は、風力発電装置における主軸受のシール構造、風力発電装置用軸受および風力発電装置用軸受ユニットに関し、シール部材を冷却させる機能を備えた技術に関する。

風力発電装置における主軸受に、シール構造を備えた技術が開示されている（特許文献１）。
風力発電装置における主軸受では、下記のような特徴がみられる。
・構造をコンパクト化するため、内輪の外径面にシールを摺動させる場合がある。
・大径のため、変形に追従できるようにシールの締め代を大きくする必要がある。

欧州特許出願公開第２６２０６４２号明細書

風力発電装置における主軸受等の大型軸受のシール部では、シールの摺動抵抗およびシールの締め代が大きいため、摺動部での発熱が軸受の温度を上昇させ、潤滑剤の温度が過度に高くなることによる寿命の低下、膨張による隙間の変化、および寸法の経年変化等の問題が発生するおそれがある。

この発明の目的は、風力発電装置における主軸受において、シール部材が摺動する摺動部での発熱を抑え、軸受寿命の低下等を抑制することができる風力発電装置における主軸受のシール構造、風力発電装置用軸受および風力発電装置用軸受ユニットを提供することである。

この発明の風力発電装置における主軸受のシール構造は、内外輪と、この内外輪の各軌道溝間に設けられた複数の転動体とを備えた風力発電装置における主軸受のシール構造において、
前記内輪と前記外輪間の軸受空間の軸方向端部を密封する弾性体製のシール部材を備え、このシール部材は冷却液を介在させる空洞を備えたことを特徴とする。

この構成によると、シール部材に空洞を備え、この空洞に冷却液を介在させることで、シール部材の摺動抵抗およびシール部材の締め代が大きい場合であっても、内外輪のうちのシール部材が摺動する摺動部での冷却効果が見込める。これにより摺動部の発熱を抑えることができる。したがって、主軸受内の潤滑剤の温度が過度に高くなることを防止でき、軸受寿命の低下等を抑制することができる。

配管を介して前記冷却液を前記空洞に導くポンプを、前記主軸受の外部に設けてもよい。この場合、ポンプを駆動してシール部材の空洞の冷却液を循環させることができる。これにより摺動部での冷却効果をより確実に高めることができる。またポンプを主軸受の外部に設けるため、風力発電装置における任意の場所にポンプを設置することができる。

前記シール部材は、前記内外輪のうちいずれか一方の固定側軌道輪に固定されるシール部材本体部と、このシール部材本体部から突出し他方の回転側軌道輪に摺動させるリップ部とを備え、前記シール部材本体部内に前記空洞が設けられていてもよい。このように、シール部材本体部内に空洞を設けたため、この空洞に所望の量の冷却液を安定して介在させることができる。したがって摺動部での冷却効果を高めることができる。

前記シール部材は、前記内外輪のうちいずれか一方の固定側軌道輪に固定されるシール部材本体部と、このシール部材本体部から突出し他方の回転側軌道輪に摺動させるリップ部と、このリップ部を前記他方の回転側軌道輪に付勢するリング状ばね部材とを備え、このリング状ばね部材内に、前記空洞を形成する環状通路が設けられていてもよい。
摺動部での冷却効果を高めるためには、発熱源により近いリップ部内に空洞を設け、この空洞に冷却液を介在させることが望ましい。但し、リップ部は空洞を設ける断面積が確保し難いうえ、摺動により弾性変形する量も大きい。そこで、この構成では、リップ部を他方の回転側軌道輪に付勢するリング状ばね部材内に、前記空洞を形成する環状通路を備えた。これにより発熱源に比較的近い箇所に冷却液を介在させて摺動部での冷却効果を高めることができる。また、リング状ばね部材内に環状通路を保持することができるため、構造を簡単化できコスト低減を図れる。シール部材内に空洞を形成する場所を新たに確保する必要がないため、従来構造のシール部材を転用することができ、よってコスト低減を図れる。

この発明の風力発電装置用軸受は、前記いずれかに記載のシール構造を備えたことを特徴とする。この構成によれば、シール部材の空洞に冷却液を介在させることで、シール部材が摺動する摺動部の発熱を抑えることができる。

この発明の風力発電装置用軸受ユニットは、前記ポンプを駆動して冷却液を循環させるシール構造を備えた風力発電装置用軸受と、前記配管と、前記ポンプとを備えている。

この発明の風力発電装置における主軸受のシール構造は、内外輪と、この内外輪の各軌道溝間に設けられた複数の転動体とを備えた風力発電装置における主軸受のシール構造において、前記内輪と前記外輪間の軸受空間の軸方向端部を密封する弾性体製のシール部材を備え、このシール部材は冷却液を介在させる空洞を備えたため、風力発電装置における主軸受において、シール部材が摺動する摺動部での発熱を抑え、軸受寿命の低下等を抑制することができる。

この発明の実施形態に係る風力発電装置用軸受（主軸受）の部分断面図である。 同主軸受のシール構造等の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る主軸受のシール構造等の拡大断面図である。 この発明のいずれかの主軸受を用いた風力発電装置の一部切欠いた斜視図である。 同風力発電装置の破断側面図である。

この発明の実施形態を図１および図２と共に説明する。
＜軸受構造について＞
この実施形態は、風力発電装置における主軸を支持する主軸受（風力発電装置用軸受）に適用される。
図１に示すように、この例の主軸受として、円すいころ軸受が適用される。この主軸受は、内輪１と、外輪２と、複数の転動体３と、図示外の保持器と、カバー部材４と、シール部材５とを備える。内外輪１，２間の軸受空間には、潤滑剤であるグリースが封入されている。内外輪１，２の各軌道溝１ａ，２ａ間に複数の転動体３が設けられている。転動体３として円すいころが適用される。前記保持器は、複数の転動体３を保持する。

回転側軌道輪である内輪１の内周面に主軸３６が嵌合されている。内輪１は、外径面に設けられた二列の軌道溝１ａ、子鍔１ｂおよび大鍔１ｃを有する。各軌道溝１ａの軸方向内方側端部に、子鍔１ｂがそれぞれ設けられている。各軌道溝１ａの軸方向外方側端部に、大鍔１ｃがそれぞれ設けられている。外輪２は、内輪１の二列の軌道溝１ａに対応する二列の軌道溝２ａを有する。外輪２の外周面が軸受ハウジング３４に嵌合固定される。転動体３である円すいころは、小端面３ａ、大端面３ｂおよび転動面を有する。

円すいころの小端面３ａが内輪１の子鍔１ｂに臨み、大端面３ｂが内輪１の大鍔１ｃに臨むように、円すいころが内外輪１，２の各軌道溝１ａ，２ａ間に配置されている。
この主軸受は、円すいころが軸方向に複列（この例では二列）設けられ、左右の列の円すいころを小端面１ｂ，１ｂ同士が突き合された背面組み合わせの軸受である。なお、この円すいころ軸受は、組立上、内輪１が左右に分割されている必要があるが、図示を省略している。

外輪２の両端面には、円環状のカバー部材４がそれぞれ固定されている。これらカバー部材４は、後述するシール部材５と共に、内外輪１，２間の軸受空間の軸方向端部を覆い、軸受空間への異物の浸入を防止すると共に、グリースの漏洩を抑制する。各カバー部材４は、カバー部材本体６と、フランジ部７とを有する。これらカバー部材本体６およびフランジ部７は一体に形成されている。カバー部材本体６は、内輪１の大鍔側の外径面１ｄに対し、所定間隔を隔てて凹む環状凹み８が設けられ、この環状凹み８にシール部材５が保持されている。

カバー部材本体６における、環状凹み８の一部を成す軸方向外側の内側面は、内輪１の外径面１ｄよりも所定長さ内径側に配置され、且つ、内輪１の端面よりも所定の軸方向隙間δ１（図２）を介して配置されている。カバー部材本体６のうち、外輪端面に臨む外径側の内側面から、フランジ部７が半径方向外方に延びる。このフランジ部７が外輪端面に固定されている。なおカバー部材本体６は、図２に示すように、例えば、シール部材５を収容するシール部材収容部６ａと、このシール部材収容部６ａの収容部６ａａに蓋をする蓋部６ｂとに二分割可能な構造としてもよい。この場合、シール部材収容部６ａの収容部６ａａと蓋部６ｂとで、シール部材５を保持する前記環状凹み８が形成される。

＜シール構造について＞
図２に示すように、シール部材５は、前記軸受空間の軸方向端部を密封する弾性体製であり、シール部材本体部９と、リップ部１０と、リング状ばね部材１１とを有する。シール部材本体部９は、カバー部材本体６の環状凹み８に圧入嵌合されている。シール部材本体部９における外径側の隅部には面取り９ａが形成され、これら面取り９ａによりシール部材本体部９の脱着を容易にし得る。シール部材本体部９の内周面に、軸方向外側の外側面部から半径方向内方に所定距離延びる腰部１２が設けられている。この腰部１２からリップ部１０が突出し、リップ部１０の先端が内輪１の外径面１ｄに摺動するようになっている。このリップ部１０は、内輪１の外径面１ｄに接触するいわゆるラジアルリップである。

リップ部１０の内周面は、同リップ部１０の基端から軸方向内方に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜面に形成され、この傾斜面の先端部が内輪１の外径面１ｄに接触する。リップ部１０の外周面には、リング状ばね部材１１を保持する環状の凹部１０ａが形成されている。この環状の凹部１０ａは、断面円弧状でリング状ばね部材１１の内径側部分を収容可能に形成されている。
環状の凹部１０ａに収容されたリング状ばね部材１１は、リップ部１０を内輪１の外径面１ｄに所定の付勢力で付勢する機能を有する。リング状ばね部材１１は、コイルばねの長手方向一端部と他端部とをリング状（円環状）に繋ぎ合わせたものである。リング状ばね部材１１としていわゆるガータースプリングが適用される。

＜シール部材５を冷却させる機能について＞
シール部材５のシール部材本体部９内には、このシール部材５に冷却液を介在させる環状の空洞１３が設けられている。冷却液として、水、クーラント、油等が適用可能である。図２および図５に示すように、空洞１３は、断面円形状で、配管１４を介してポンプ１５に配管接続されている。風力発電装置用軸受ユニットは、前記主軸受と、配管１４と、ポンプ１５とを備える。

ポンプ１５は、主軸受の外部で、例えば、後述するナセル３３（図５）のケーシング３３ａ（図５）内に設置されて空洞１３の冷却液を循環させる。配管１４は、ポンプ１５から冷却液を空洞１３に供給する供給用の管路１６、連通路１７と、シール部材５の冷却に供された冷却液を空洞１３からポンプ１５に戻す排出用の連通路１８、管路１９を備える。カバー部材本体６において、供給用の管路１６と空洞１３とを連通する貫通孔から成る連通路１７が形成され、この連通路１７と異なる位相に排出用の管路１９と空洞１３とを連通する貫通孔から成る連通路１８が形成されている。

＜作用効果について＞
以上説明した主軸受のシール構造によれば、シール部材５に空洞１３を備え、この空洞１３に冷却液を介在させることで、シール部材５の摺動抵抗およびシール部材５の締め代が大きい場合であっても、内輪１のシール部材５が摺動する摺動部での冷却効果が見込める。これにより摺動部の発熱を抑えることができる。したがって、主軸受内の潤滑剤の温度が過度に高くなることを防止でき、軸受寿命の低下等を抑制することができる。
配管１４を介して冷却液を空洞１３に導くポンプ１５を設けるため、ポンプ１５を駆動してシール部材５の空洞１３の冷却液を循環させることができる。これにより摺動部での冷却効果をより確実に高めることができる。またポンプ１５を主軸受の外部に設けたため、風力発電装置における任意の場所にポンプ１５を設置することができる。

シール部材５は、固定側軌道輪である外輪２にカバー部材４を介して固定されるシール部材本体部９と、このシール部材本体部９から突出し回転側軌道輪である内輪１に摺動させるリップ部１０とを備え、シール部材本体部９内に空洞１３が設けられていてもよい。このように、シール部材本体部９内に空洞１３を設けたため、この空洞１３に所望の量の冷却液を安定して介在させることができる。したがって摺動部での冷却効果を高めることができる。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図３に示すように、リング状ばね部材１１内に、空洞１３を形成する環状通路１３Ａが可撓性のチューブによって設けられ、この環状通路１３Ａは、断面円形状で、前述の実施形態と同様に、配管１４を介してポンプ１５に配管接続されている。
摺動部での冷却効果を高めるためには、発熱源により近いリップ部内に空洞を設け、この空洞に冷却液を介在させることが望ましい。但し、リップ部は空洞を設ける断面積が確保し難いうえ、摺動により弾性変形する量も大きい。そこで、この構成では、リップ部１０を回転側軌道輪である内輪１に付勢するリング状ばね部材１１内に、空洞１３を形成する環状通路１３Ａを備えた。これにより発熱源に比較的近い箇所に冷却液を介在させて摺動部での冷却効果を高めることができる。また、リング状ばね部材１１内に環状通路１３Ａを保持することができるため、構造を簡単化できコスト低減を図れる。シール部材内に空洞を形成する場所を新たに確保する必要がないため、従来構造のシール部材を転用することができ、よってコスト低減を図れる。その他前記実施形態と同様の作用効果を奏する。

主軸受の軸受形式としては、複列自動調心ころ軸受、四点接触玉軸受、深溝玉軸受、およびアンギュラ玉軸受等を適用可能である。

＜風力発電装置への適用例＞
図４、図５は、いずれかの主軸受を用いた風力発電装置の一例を示す。支持台３１上に旋回座軸受３２（図５）を介してナセル３３のケーシング３３ａが水平旋回自在に設置されている。ナセル３３のケーシング３３ａ内には、軸受ハウジング３４に設置された主軸受３５を介して主軸３６が回転自在に設置され、主軸３６のケーシング３３ａ外に突出した部分に、旋回翼となるブレード３７が取付けられている。主軸３６の他端は、増速機３８に接続され、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３３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。

いずれかの主軸受を用いた風力発電装置によれば、シール部材を冷却させる機能を持たせたため、内輪のシール部材が摺動する摺動部での冷却効果が見込める。これにより摺動部の発熱を抑えることができる。したがって、主軸受内の潤滑剤の温度が過度に高くなることを防止でき、軸受寿命の低下等を抑制することができる。
主軸受３５は、図示の例では２個並べて設置してあるが、１個であっても良い。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…内輪
１ａ…軌道溝
２…外輪
２ａ…軌道溝
３…転動体
５…シール部材
９…シール部材本体部
１０…リップ部
１１…リング状ばね部材
１３…空洞
１３Ａ…環状通路
１４…配管
１５…ポンプ

Claims (6)

1. 内外輪と、この内外輪の各軌道溝間に設けられた複数の転動体とを備えた風力発電装置における主軸受のシール構造において、
   前記内輪と前記外輪間の軸受空間の軸方向端部を密封する弾性体製のシール部材を備え、このシール部材は冷却液を介在させる空洞を備えた風力発電装置における主軸受のシール構造。
2. 請求項１に記載の風力発電装置における主軸受のシール構造において、配管を介して前記冷却液を前記空洞に導くポンプを、前記主軸受の外部に設けた風力発電装置における主軸受のシール構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の風力発電装置における主軸受のシール構造において、前記シール部材は、前記内外輪のうちいずれか一方の固定側軌道輪に固定されるシール部材本体部と、このシール部材本体部から突出し他方の回転側軌道輪に摺動させるリップ部とを備え、前記シール部材本体部内に前記空洞が設けられている風力発電装置における主軸受のシール構造。
4. 請求項１または請求項２に記載の風力発電装置における主軸受のシール構造において、前記シール部材は、前記内外輪のうちいずれか一方の固定側軌道輪に固定されるシール部材本体部と、このシール部材本体部から突出し他方の回転側軌道輪に摺動させるリップ部と、このリップ部を前記他方の回転側軌道輪に付勢するリング状ばね部材とを備え、このリング状ばね部材内に、前記空洞を形成する環状通路が設けられている風力発電装置における主軸受のシール構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシール構造を備えた風力発電装置用軸受。
6. 請求項２に記載のシール構造を備えた風力発電装置用軸受と、前記配管と、前記ポンプとを備えた風力発電装置用軸受ユニット。
   

Images