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WO2011151876A1 - 風力発電装置の転がり軸受および風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置の転がり軸受および風力発電装置 Download PDF

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WO2011151876A1
WO2011151876A1 PCT/JP2010/059206 JP2010059206W WO2011151876A1 WO 2011151876 A1 WO2011151876 A1 WO 2011151876A1 JP 2010059206 W JP2010059206 W JP 2010059206W WO 2011151876 A1 WO2011151876 A1 WO 2011151876A1
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middle wheel
ring
gear
rolling bearing
inner ring
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PCT/JP2010/059206
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渡邊　直太
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing that receives a stationary high load of a wind power generator and a wind power generator using the rolling bearing.
  • a wind turbine generator includes a rotor hub to which rotor blades that receive wind are attached, a rotating shaft that transmits the rotation of the rotor hub to the generator side, and a nacelle that is provided on the support and accommodates the rotating shaft, the generator, and the like. Is common.
  • a bearing that supports the nacelle pedestal with respect to the support, a bearing that supports the rotor blade with rotation so that the pitch angle can be changed, and the like are used.
  • a rolling bearing having an inner ring, a middle ring and an outer ring has been proposed as a rolling bearing for turning and supporting the rotor blade on the rotor hub so that the pitch angle can be changed (see Patent Document 1).
  • a high load applied to the rolling bearing is dispersed by supporting the inner ring to which the rotor blades are attached from both sides by the inner ring and the outer ring.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of preventing deterioration of the lubrication state even when a high load is applied while the inner ring and the outer ring of the bearing are relatively stationary. It is an object to provide a rolling bearing of a device and a wind power generator.
  • a rolling bearing for a wind turbine generator is a rolling bearing for a wind turbine generator that includes a first member and a second member that rotates relative to the first member, and the first member is attached to the rolling bearing.
  • a rolling element provided between the middle wheel and the outer ring so as to roll freely, and a middle wheel driving means for rotationally driving the middle wheel.
  • the middle wheel provided between the inner ring and the outer ring can rotate independently of the inner ring to which the first member is attached and the outer ring to which the second member is attached.
  • the inner ring and the outer ring, as well as the first member and the second member attached thereto, are not affected even if the wheel is rotated. For this reason, the power generation efficiency is not lowered by turning the nacelle or changing the pitch angle of the rotor blades at an unnecessary timing.
  • the middle wheel In the rolling bearing of the wind power generator, when the state in which the first member is stationary with respect to the second member continues for a predetermined period, the middle wheel is not driven at all times but at a necessary timing. It is preferable to include control means for controlling the middle wheel drive means so as to rotate.
  • the energy required for driving the middle wheel is obtained by rotating the middle wheel by the middle wheel driving means. Can be reduced.
  • the middle wheel drive means may be a power source that supplies power to the drive shaft and a gear mechanism that transmits the power output from the drive shaft to the middle wheel.
  • the power source is a component that supplies power to the drive shaft, and includes various modes regardless of its physical, mechanical, or electrical configuration, such as the type of power energy, power supply mode, and drive shaft configuration. Can be taken.
  • the power source for example, an electric motor that operates with electric power acquired from the outside or a generator can be considered. *
  • the gear mechanism used for the middle wheel drive means is a gear mechanism capable of transmitting power, and can take various forms regardless of its physical or mechanical configuration.
  • the gear used for the gear mechanism may be, for example, a pinion gear, a helical gear, a helical gear, a rack gear, a bevel gear, a crown gear, a worm gear, or a hypoid gear.
  • the middle wheel protrudes in the axial direction with respect to the inner ring and the outer ring
  • the gear mechanism includes a first gear attached to a drive shaft of the middle wheel driving means, and an axial direction of the middle wheel. It is conceivable to drive with a second gear that is formed on the inner peripheral surface or outer peripheral surface of the portion that protrudes into the first gear and meshes with the first gear.
  • the gear mechanism may be a gear device in which a worm gear attached to the drive shaft meshes with a gear formed on an axial end surface of the middle wheel.
  • one of the first member and the second member is a rotor blade and the other is a rotor hub.
  • one of the first member and the second member is a support erected on the foundation, and the other is the nacelle.
  • the middle wheel that can rotate independently of the inner ring and the outer ring is provided between the inner ring and the outer ring, and the middle wheel is driven to rotate by the middle wheel driving means. Since the rolling bearing is configured as described above, the rolling elements provided between the inner ring and the middle ring and between the middle ring and the outer ring roll when the middle wheel is driven to rotate. Therefore, even when a high load is applied in a state where the inner ring and the outer ring of the bearing are relatively stationary, it is possible to prevent the deterioration of the lubrication state between the raceway and the rolling element.
  • the middle wheel provided between the inner ring and the outer ring can rotate independently of the inner ring to which the first member is attached and the outer ring to which the second member is attached.
  • the inner ring and the outer ring, as well as the first member and the second member attached thereto, are not affected even if the wheel is rotated. For this reason, the power generation efficiency is not lowered by turning the nacelle or changing the pitch angle of the rotor blades at an unnecessary timing.
  • the inner ring and the outer ring are provided between the inner ring and the outer ring, and the middle ring is driven to rotate by the middle wheel driving means.
  • the rolling element provided between the middle wheel and the outer wheel rolls when the middle wheel is driven to rotate. Therefore, even when a high load is applied in a state where the inner ring and the outer ring of the bearing are relatively stationary, it is possible to prevent the deterioration of the lubrication state between the raceway and the rolling element.
  • the middle wheel provided between the inner ring and the outer ring can rotate independently of the inner ring to which the first member is attached and the outer ring to which the second member is attached.
  • the inner ring and the outer ring, as well as the first member and the second member attached thereto, are not affected even if the wheel is rotated. For this reason, the power generation efficiency is not lowered by turning the nacelle or changing the pitch angle of the rotor blades at an unnecessary timing.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the example of whole structure of a wind power generator. It is a side view which shows the rotating shaft and generator in a nacelle. It is sectional drawing which shows the structural example of the bearing and middle wheel drive device of this invention in a nacelle turning part. It is a top view in case a middle wheel drive device is a worm gear mechanism. It is sectional drawing which shows the structural example of the rolling bearing of a pitch drive mechanism.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a wind turbine generator.
  • the wind turbine generator 1 is mainly composed of a support column 2 erected on the foundation B, a nacelle 4 installed at the upper end of the support column 2, a rotor head 6 attached to the nacelle 4, A plurality of rotating blades 8 attached to the rotor head 6 are used.
  • the column 2 has a column shape extending upward from the base B (upward in FIG. 1).
  • the column 2 may be constituted by a single column member, or a plurality of units are connected in the vertical direction. And you may comprise in column shape.
  • the support column 2 is composed of a plurality of units, the nacelle 4 is installed on the unit provided at the top.
  • the nacelle 4 supports the rotor head 6 and houses the drive train 10 and the generator 18 therein.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of the drive train 10 and the generator 18 inside the nacelle 4.
  • the drive train 10 includes a main shaft 12 connected to the rotor hub 6A of the rotor head 6, a speed increaser 14 connected to the main shaft 12, and a cup connecting the speed increaser 14 to the generator 18. Ring 16.
  • the main shaft 12 rotates together with the rotor hub 6 ⁇ / b> A, and the rotation of the main shaft 12 is accelerated by the speed increaser 14, and then is transmitted to the generator 18 through the coupling 16. It is designed to be entered.
  • a nacelle turning mechanism 20 for turning the nacelle 4 relative to the support 2 is provided at the lower part of the nacelle 4.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example when the present invention is implemented by the nacelle turning mechanism 20.
  • the nacelle turning mechanism 20 includes, for example, as shown in FIG. 3, a yaw motor 22, a pinion gear 24 that rotates by driving of the yaw motor 22, and a gear 26 that meshes with the pinion gear 24.
  • the nacelle 4 is rotatably attached to the support column 2 via a rolling bearing 29 in order to enable the nacelle 4 to turn.
  • the rolling bearing 29 includes an inner ring 40 and an outer ring 42 that are race rings having a common rotating shaft.
  • An inner gear 26 that meshes with the pinion gear 24 is formed on the inner periphery of the inner ring 40, and the inner ring 40 is a bolt 47A.
  • the outer ring 42 is fixed to the nacelle 4 by a bolt 47B.
  • the inner ring 40 and the outer ring 42 of the rolling bearing 29 are relatively stationary from the viewpoint of maintaining the lubrication state of the rolling bearing 29 even when a high load is applied.
  • An inner ring 50 is provided between the inner ring 40 and the outer ring 42 so that the inner ring 40 and the outer ring 42 can rotate independently of each other, and the middle ring 50 is rotationally driven by “middle wheel driving means”.
  • the middle ring 50 is a race ring having a rotation axis common to the inner ring 40 and the outer ring 42, and is not fixed to the inner ring 40 and the outer ring 42, and the inner ring 40 and the outer ring 42 rotate independently. Yes.
  • a groove 45 is provided between the inner ring 40 and the middle ring 50 and between the middle ring 50 and the outer ring 42, and the balls 44 are arranged so as to be able to roll so as to fit in the groove 45.
  • the ball 44 is an example of a “rolling element” that rolls with the rotation of each race, and a roller may be used in place of the ball 44.
  • the gap between the races (that is, around the balls 44) is filled with a lubricant 46 for lubrication.
  • the lubricant 46 is not particularly limited as long as it forms a lubricant film on the surface of the ball 44 and can reduce friction between the races.
  • grease is shown.
  • Lubricating oil can also be used as the lubricant.
  • the middle ring driving means of the rolling bearing 29 is not particularly limited as long as it can rotate the middle ring 50 of the rolling bearing 29.
  • the first gear (pinion gear) 54 and The middle wheel driving motor 52 that supplies driving force to the middle wheel 50 via a “gear mechanism” including the second gear 56 may be used.
  • the first gear 54 is attached to the drive shaft of the middle wheel drive motor 52, while the second gear 56 is provided on the outer periphery of the middle wheel 50.
  • the second gear 56 is formed on the outer peripheral surface of a protruding portion 58 that protrudes in the axial direction of the middle wheel 50 (a portion of the middle wheel 50 that protrudes compared to the inner ring 40 and the outer ring) 58.
  • 3 shows an example in which the second gear 56 is an external gear formed on the outer peripheral surface of the protruding portion 58 of the middle wheel 50.
  • the second gear 56 is formed on the inner peripheral surface of the protruding portion 58.
  • An internal gear may be used.
  • the middle wheel 50 by rotating the middle wheel 50 by the middle wheel driving motor 52, the balls 44 roll with the rotation of the middle wheel 50, and the lubricating state by the lubricant 46 can be recovered.
  • the middle wheel 50 can be driven independently of the inner wheel 40 and the outer wheel 42, if the inner wheel 40 and the outer wheel 42 are not driven (for example, the wind state received by the wind turbine generator 1 is not changed). Even if the nacelle 4 does not need to be turned), the lubrication state of the rolling bearing 29 can be maintained by driving the middle wheel 50.
  • the middle wheel drive motor 52 may be driven at all times, but is preferably driven intermittently from the viewpoint of maintaining the minimum lubrication state.
  • the middle wheel drive motor 52 may be periodically driven using a calendar timer, or when the lubrication state of the rolling bearing 29 is expected to deteriorate using the controller (control means) 60. Only the middle wheel driving motor 52 may be driven.
  • the controller 60 it is preferable to use the controller 60 to control the middle wheel driving motor 52 so that the middle wheel 50 rotates when a state in which the turning of the nacelle 4 is not performed continues for a predetermined period.
  • the middle wheel driving motor 52 is not driven, so that useless energy is not consumed.
  • the second gear 56 may be provided partially along the outer peripheral surface of the middle wheel 50 (that is, the second gear 56 may not be provided over the entire circumference of the middle wheel 50).
  • the middle wheel 50 reciprocates clockwise and counterclockwise by reciprocatingly driving the first gear 54 by the middle wheel driving motor 52.
  • FIG. 3 shows an example in which the second gear 56 is formed on the protruding portion 58 that protrudes in the axial direction of the middle wheel 50, it may be formed on an end surface in the axial direction of the middle wheel 50.
  • FIG. 4 is a top view showing a configuration example of a gear mechanism in which the second gear 56 is formed on the end surface in the axial direction of the middle wheel 50.
  • the second gear 56 is formed on the axial end surface of the middle wheel 50, and the worm gear 54 ′ is used as the drive shaft of the middle wheel driving motor 52 so as to mesh with the second gear 56. It is attached.
  • the inner ring 40 is fixed to the support column 2 by the bolt 47A and the outer ring 42 is fixed to the nacelle 4 by the bolt 47B. Conversely, the outer ring 42 is fixed to the support column by the bolt. It will be apparent to those skilled in the art that the inner ring 40 may be fixed to the nacelle 4 with bolts.
  • the middle wheel 50 when the middle wheel 50 is rotationally driven, a high load is applied in a state where the inner ring 40 and the outer ring 42 of the rolling bearing 29 are relatively stationary. Even so, the lubrication state of the rolling bearing 29 can be maintained.
  • the rotor head 6 is fixed to the nacelle 4 so as to be rotatable around a substantially horizontal axis, and the rotor hub 6A to which the rotor blades 8 are attached; And a head capsule 6B that covers the rotor hub 6A.
  • the rotor hub 6A is provided with a pitch drive mechanism 30 that rotates the rotor blade 8 around its axis (in the direction of the arrow in FIG. 2) to change the pitch angle of the rotor blade 8.
  • the pitch drive mechanism 30 includes a cylinder 32 and a shaft portion 34 connected to the rotary blade 8. Further, in the pitch drive mechanism 30, the rotation shaft 8 is rotatably attached to the rotor hub 6 ⁇ / b> A via the rolling bearing 36 in order to change the pitch angle of the rotation shaft 8.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the rolling bearing 36 that supports the rotor blade 8 on the rotor hub 6A.
  • components specifically, the balls 44 and the lubricant 46
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the rolling bearing 36 that supports the rotor blade 8 on the rotor hub 6A.
  • components specifically, the balls 44 and the lubricant 46
  • the rolling bearing 36 includes an inner ring 70 and an outer ring 72 that are race rings having a common rotating shaft, and the inner ring 70 is fixed to the rotary blade 8 by bolts 77.
  • An outer ring 72 is fixed to the rotor hub 6 ⁇ / b> A by bolts 78.
  • an intermediate ring 80 that can rotate independently of the inner ring 70 and the outer ring 72, and an intermediate wheel drive unit that rotationally drives the intermediate ring 80.
  • the middle ring 80 is a race ring having a rotation axis common to the inner ring 70 and the outer ring 72, and is not fixed to the inner ring 70 and the outer ring 72, and the inner ring 70 and the outer ring 72 rotate independently. Yes.
  • the middle ring driving means of the rolling bearing 36 is not particularly limited as long as it can rotate the middle ring 80 of the rolling bearing 36.
  • the first gear (pinion gear) 84 and It may be a middle wheel drive motor 82 that supplies a driving force to the middle wheel 80 via a “gear mechanism” composed of a second gear (internal gear) 86.
  • the first gear 84 is attached to the drive shaft (not shown) of the middle wheel drive motor 82, while the second gear 86 is provided on the inner periphery of the middle wheel 80.
  • the second gear (internal gear) 86 is formed on the inner peripheral surface of a protruding portion 88 that protrudes in the axial direction of the middle wheel 80 (a portion of the middle wheel 80 that protrudes compared to the inner wheel 70 and the outer wheel 72).
  • FIG. 5 shows an example in which the second gear 86 is an internal gear formed on the inner peripheral surface of the projecting portion 88 of the intermediate ring 80, but the second gear 86 is formed on the outer peripheral surface of the projecting portion 88.
  • An external gear may be used.
  • the middle wheel drive motor 82 may be always driven, but is preferably driven intermittently from the viewpoint of energy saving.
  • the middle wheel drive motor 82 may be periodically driven using a calendar timer, or when the lubrication state of the rolling bearing 36 is expected to deteriorate using the controller (control means) 60. Only the middle wheel drive motor 82 may be driven.
  • the controller 60 it is preferable to use the controller 60 to control the middle wheel drive motor 82 so that the middle wheel 80 rotates when a state in which the pitch angle of the rotary shaft 8 is not changed continues for a predetermined period.
  • the middle wheel driving motor 82 is not driven, and therefore, useless energy is not consumed. .
  • the second gear 86 may be provided over the entire circumference of the middle wheel 80, or may be provided on a part of the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the middle wheel 80.
  • the middle wheel 80 reciprocates clockwise and counterclockwise by reciprocatingly driving the first gear 84 by the middle wheel driving motor 82.
  • the configuration of the gear mechanism is as follows. It is not limited to this example, The gear of various aspects including a worm gear can be used.
  • the inner ring 70 is fixed to the rotor blade 8 by the bolt 77 and the outer ring 72 is fixed to the rotor hub 6A by the bolt 78. Conversely, the outer ring 72 is fixed by the bolt. It will be apparent to those skilled in the art that the inner ring 70 may be fixed to the rotor hub 6A by bolts and fixed to the rotor blades 8.
  • the middle wheel 80 when the middle wheel 80 is rotationally driven, a high load is applied in a state where the inner ring 70 and the outer ring 72 of the rolling bearing 36 are relatively stationary. Even so, the lubrication state of the rolling bearing 36 can be maintained.
  • the rolling bearing 29 and the rolling bearing 36 that include the middle wheel (50, 80) and the middle wheel driving means that rotationally drives the middle wheel (50, 80) are respectively connected to the nacelle turning mechanism.
  • only one of the rolling bearing 29 and the rolling bearing 36 may be used, or a bearing having the same configuration as that of the rolling bearing 29 and the rolling bearing 36 may be used as a relative bearing. It may be provided between the other two members (“first member” and “second member”) that rotate in rotation.

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Abstract

軸受の内輪および外輪が相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても潤滑状態の悪化を防止しうる風力発電装置の転がり軸受および風力発電装置を提供することが課題である。風力発電装置（１）は、第１部材（４）及び第２部材（２）を備える。転がり軸受は、第１部材が固定された内輪（４０）と、第２部材が固定された外輪（４２）と、内輪及び外輪間に設けられ、内輪及び外輪とは独立して回転可能な中輪（５０）と、これらの軌道輪間に転動自在に設けられた転動体（４４）と、中輪（５０）を回転駆動するための中輪駆動手段とを備える。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　風力発電装置の転がり軸受および風力発電装置
　本発明は、風力発電装置の静止高荷重を受ける転がり軸受と、この転がり軸受を用いた風力発電装置とに関する。
　風力発電装置は、風を受ける回転翼が取り付けられたロータハブと、ロータハブの回転を発電機側に伝える回転軸と、支柱上に設けられ、回転軸、発電機などを収納するナセルとを有するのが一般的である。
　風力発電装置では、ナセル台座を支柱に対し旋回支持する軸受や、回転翼をピッチ角が変更できるようにロータハブに旋回支持する軸受等が用いられている。
　風力発電装置は、強風下などの自然環境に曝されるので、転がり軸受に大きな荷重がかかる場合がある。また、発電を効率的に行う観点から風力発電装置の大型化が推し進められており、風力発電装置の転がり軸受にかかる荷重はますます大きくなる傾向にある。
　大きな荷重に対応するため、回転翼をピッチ角が変更できるようにロータハブに旋回支持するための転がり軸受として、内輪、中輪および外輪を有するものが提案されている（特許文献１参照）。この転がり軸受では、回転翼が取り付けられた中輪を、内輪および外輪によって両側から支えることで、転がり軸受にかかる高い荷重を分散させるようになっている。
米国特許出願公開第２００８／０１９９３１５号明細書
　ところで、転がり軸受では、通常、回転しながら荷重を受けるため、軌道輪と転動体との間の潤滑状態を常に維持することができる。しかし、風力発電装置の転がり軸受では、次のような理由で、軌道輪と転動体との間の潤滑状態が悪化してしまうことがある。
　風力発電装置では、風の状態によっては旋回やピッチ制御が長期間行われず、軸受の内輪および外輪が相対的に静止した状態が長期にわたって続く場合がある。このように内輪および外輪が相対的に静止した状態において、軸受に大きな荷重がかかると、軸受の軌道輪（内輪・外輪）と転動体との間からグリースが荷重によって押し出されてしまい、軸受の潤滑状態が悪化してしまう。
　この点、特許文献１に記載の転がり軸受では、回転翼が取り付けられた中輪を、内輪および外輪によって両側から支えることで荷重を分散するので耐久性がある程度改善されるものの、回転翼のピッチ角が一定である状態（回転翼のピッチ角がロータハブに対して静止した状態）で高荷重を受けることによる潤滑状態の悪化についての対策が講じられていない。
　なお、軸受の潤滑状態を維持するために、ナセルの旋回や回転翼のピッチ角変更を定期的に行うことも考えられるが、本来なら不要なタイミングでナセルの旋回や回転翼のピッチ角変更を行うと、発電効率が低下してしまう場合がある。
　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、軸受の内輪および外輪が相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても潤滑状態の悪化を防止しうる風力発電装置の転がり軸受および風力発電装置を提供することを課題とする。
　本発明に係る風力発電装置の転がり軸受は、第１部材及び該第１部材に対して相対的に回転する第２部材を備える風力発電装置の転がり軸受であって、前記第１部材が取り付けられた内輪と、前記第２部材が取り付けられた外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に設けられ、前記内輪と前記外輪とは独立して回転可能な中輪と、前記内輪及び前記中輪間、並びに前記中輪及び前記外輪間に転動自在に設けられた転動体と、前記中輪を回転駆動する中輪駆動手段とを備えることを特徴とする。
　この転がり軸受では、内輪と外輪とは独立して回転可能な中輪を、内輪および外輪の間に設けるとともに、中輪駆動手段によって中輪を回転駆動するようにしたので、内輪及び中輪、並びに中輪及び外輪間に設けられた転動体が中輪の回転駆動時に転動する。したがって、軸受の内輪および外輪が相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても、中輪を回転することで軌道輪と転動体との間の潤滑状態の悪化を防止することができる。
　また、内輪及び外輪間に設けられた中輪は、第１部材が取り付けられた内輪と、第２部材が取り付けられた外輪とは独立して回転可能であるため、中輪駆動手段によって中輪を回転させても、内輪及び外輪、並びにこれらに取り付けられた第１部材及び第２部材は影響を受けない。このため、本来なら不要なタイミングで、ナセルの旋回や回転翼のピッチ角変更を行って、発電効率を低下させてしまうようなことがない。
　上記風力発電装置の転がり軸受において、前記第１部材が前記第２部材に対して静止した状態が所定の期間続く場合に、常時中輪を駆動するのではなく、必要なタイミングで前記中輪が回転するように前記中輪駆動手段を制御する制御手段を備えることが好ましい。
　このように、第１部材が第２部材に対して静止した状態が所定の期間続く場合に、中輪駆動手段による中輪の回転駆動を行うことで、中輪を駆動するために要するエネルギーを低減することができる。
　上記風力発電装置の転がり軸受において、前記中輪駆動手段は、駆動軸に対し動力を供給する動力源と、前記駆動軸から出力された動力を前記中輪に伝えるギヤ機構などが考えられる。
動力源は、駆動軸に対し動力を供給する構成要素であって、動力エネルギーの種類、動力の供給態様及び駆動軸の構成等、その物理的、機械的又は電気的構成を問わず各種の態様を採り得る。動力源は、例えば外部又は発電機から取得した電力によって動作する電動モータが考えられる。　
前記中輪駆動手段に用いられるギヤ機構は、動力を伝達可能な歯車機構であって、その物理的又は機械的構成を問わず各種の態様を採り得る。ギヤ機構に用いられる歯車は、例えば、ピニオンギヤ又は、はすば歯車、やまば歯車、ラックギヤ、かさ歯車、冠歯車、ウォームギヤ又はハイポイドギヤであってもよい。
　例えば、前記中輪は、前記内輪及び前記外輪に対して軸方向に突出しており、前記ギヤ機構は、前記中輪駆動手段の駆動軸に取り付けられた第１歯車と、前記中輪の軸方向に突出した部分の内周面又は外周面に形成され、前記第１歯車に噛み合う第２歯車とで駆動することが考えられる。
　あるいは、前記ギヤ機構は、前記駆動軸に取り付けられたウォームギヤと、前記中輪の軸方向端面に形成されたギヤが、噛み合う歯車装置としてもよい。
　上記風力発電装置の転がり軸受をピッチ旋回支持に用いる場合は、前記第１部材及び第２部材の一方が回転翼であり、他方がロータハブとなる。
　上記風力発電装置の転がり軸受をナセル旋回部に用いる場合において、前記第１部材及び第２部材の一方が基礎に立設した支柱であり、他方がナセルとなる。
　また本発明に係る風力発電装置では、上述のように、内輪と外輪とは独立して回転可能な中輪を、内輪および外輪の間に設けるとともに、中輪駆動手段によって中輪を回転駆動するように転がり軸受を構成したので、内輪及び中輪、並びに中輪及び外輪間に設けられた転動体が中輪の回転駆動時に転動する。したがって、軸受の内輪および外輪が相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても、軌道輪と転動体との間の潤滑状態の悪化を防止することができる。
　また、内輪及び外輪間に設けられた中輪は、第１部材が取り付けられた内輪と、第２部材が取り付けられた外輪とは独立して回転可能であるため、中輪駆動手段によって中輪を回転させても、内輪及び外輪、並びにこれらに取り付けられた第１部材及び第２部材は影響を受けない。このため、本来なら不要なタイミングで、ナセルの旋回や回転翼のピッチ角変更を行って、発電効率を低下させてしまうようなことがない。
　本発明によれば、内輪と外輪とは独立して回転可能な中輪を、内輪および外輪の間に設けるとともに、中輪駆動手段によって中輪を回転駆動するようにしたので、内輪及び中輪、並びに中輪及び外輪間に設けられた転動体が中輪の回転駆動時に転動する。したがって、軸受の内輪および外輪が相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても、軌道輪と転動体との間の潤滑状態の悪化を防止することができる。
　また、内輪及び外輪間に設けられた中輪は、第１部材が取り付けられた内輪と、第２部材が取り付けられた外輪とは独立して回転可能であるため、中輪駆動手段によって中輪を回転させても、内輪及び外輪、並びにこれらに取り付けられた第１部材及び第２部材は影響を受けない。このため、本来なら不要なタイミングで、ナセルの旋回や回転翼のピッチ角変更を行って、発電効率を低下させてしまうようなことがない。
風力発電装置の全体構成例を示す図である。 ナセル内の回転軸および発電機を示す横面図である。 本発明の軸受と中輪駆動装置の構成例をナセル旋回部で示す断面図である。 中輪駆動装置をウォームギヤ機構とする場合の上面図である。 ピッチ駆動機構の転がり軸受の構成例を示す断面図である。
　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、風力発電装置の全体構成例を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、主として、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル４と、ナセル４に取り付けられたロータヘッド６と、ロータヘッド６に取り付けられた複数枚の回転翼８とで構成されている。
　支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状であり、例えば、一本の柱状部材で構成してもよいし、複数のユニットを上下方向に連結して柱状に構成してもよい。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル４が設置される。
　ナセル４は、ロータヘッド６を支持するとともに、その内部にドライブトレイン１０や発電機１８を収納している。
　図２はナセル４の内部のドライブトレイン１０及び発電機１８の詳細を示す図である。同図に示すように、ドライブトレイン１０は、ロータヘッド６のロータハブ６Ａに連結された主軸１２と、主軸１２に連結された増速機１４と、増速機１４を発電機１８に連結するカップリング１６とを有する。風力発電装置１では、回転翼８が風を受けると、ロータハブ６Ａとともに主軸１２が回転し、主軸１２の回転が増速機１４によって増速された後、カップリング１６を介して発電機１８に入力されるようになっている。また、ナセル４の下部には、ナセル４を支柱２に対して相対的に旋回させるためのナセル旋回機構２０が設けられている。
　図３は、本発明をナセル旋回機構２０で実施する場合の構成例を示す図である。
　ナセル旋回機構２０は、例えば図３に示すように、ヨーモータ２２と、ヨーモータ２２の駆動により回転するピニオンギヤ２４と、ピニオンギヤ２４と噛み合う歯車２６とを備えている。ナセル旋回機構２０では、ナセル４の旋回を可能にするため、転がり軸受２９を介して、ナセル４が支柱２に旋回自在に取り付けられている。
　転がり軸受２９は、共通する回転軸を有する軌道輪である内輪４０及び外輪４２を含んで構成され、内輪４０の内周にピニオンギヤ２４と噛み合う内歯車２６が形成されるとともに、内輪４０がボルト４７Ａによって支柱２に固定される一方で、外輪４２がボルト４７Ｂによってナセル４に固定されている。
　このような転がり軸受２９を介してナセル４を支柱２に取り付けることで、ヨーモータ２２の駆動時に、ピニオンギヤ２４から内歯車２６に動力が伝達され、転がり軸受２９の外輪４２に固定されたナセル４が、転がり軸受２９の内輪４０に固定された支柱２に対して相対的に旋回する。なお、ヨーモータ２２は旋回を制御するコントローラ６０により駆動を制御される。これによりヨーモータ２２が駆動し、ナセル４の旋回を行うようになっている。
　ここで、本実施形態では、転がり軸受２９の内輪４０と外輪４２とが相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても転がり軸受２９の潤滑状態を維持する観点から、内輪４０及び外輪４２の間に、内輪４０と外輪４２とは独立して回転可能な中輪５０を設け、この中輪５０を「中輪駆動手段」で回転駆動するようにしている。
　中輪５０は、内輪４０及び外輪４２と共通する回転軸を有する軌道輪であり、内輪４０及び外輪４２に固定されておらず、内輪４０と外輪４２とは独立して回転するようになっている。
　内輪４０及び中輪５０間、並びに中輪５０及び外輪４２間には、溝４５が設けられており、当該溝４５に収まるように玉４４が転動自在に配置されている。玉４４は、各軌道輪の回転に伴って転動する「転動体」の一例であり、玉４４に代えてころを用いてもよい。
　各軌道輪間の隙間（即ち、玉４４の周囲）には、潤滑用の潤滑剤４６が充填されている。なお潤滑剤４６は、玉４４の表面に潤滑皮膜を形成し、各軌道輪間の摩擦を軽減可能なものであれば特に限定されず、例えばグリースを示している。潤滑剤は潤滑油を用いることもできる。
　転がり軸受２９の中輪駆動手段は、転がり軸受２９の中輪５０を回転駆動させることが可能な構成であれば特に限定されないが、例えば図３に示すように、第１歯車（ピニオンギヤ）５４及び第２歯車５６からなる「ギヤ機構」を介して、中輪５０に駆動力を供給する中輪駆動用モータ５２であってもよい。
　ここで、第１歯車５４は中輪駆動用モータ５２の駆動軸に取り付けられている一方で、第２歯車５６は中輪５０の外周に設けられている。
　第２歯車５６は、中輪５０の軸方向に突出した突出部（中輪５０のうち内輪４０及び外輪に比べて突出した部分）５８の外周面に形成されている。なお、図３には、第２歯車５６が中輪５０の突出部５８の外周面に形成された外歯車である例を示したが、第２歯車５６は突出部５８の内周面に形成された内歯車であってもよい。このような突出部５８に第２歯車５６を設けることによって、他の軌道輪（即ち、内輪４０及び外輪４２）の回転動作を妨げることなく、効率的なレイアウトでギヤ機構を設けることができる。
　このように、中輪駆動用モータ５２によって中輪５０を回転させることで、中輪５０の回転に伴って玉４４が転動し、潤滑剤４６による潤滑状態を回復することができる。上述のように、中輪５０は内輪４０及び外輪４２とは独立して駆動可能であるため、仮に内輪４０及び外輪４２が駆動しない場合（例えば、風力発電装置１が受ける風の状態が不変であり、ナセル４の旋回の必要がない場合など）であっても、中輪５０を駆動させることによって、転がり軸受２９の潤滑状態を維持することができる。
　なお、中輪駆動用モータ５２は、常に駆動してもよいが、必要最低限の潤滑状態の維持の観点から、断続的に駆動することが好ましい。例えば、カレンダタイマーを用いて定期的に中輪駆動用モータ５２を駆動するようにしてもよいし、コントローラ（制御手段）６０を用いて、転がり軸受２９の潤滑状態の悪化が予想されるときにのみ中輪駆動用モータ５２を駆動するようにしてもよい。
　特に、コントローラ６０を用いて、ナセル４の旋回が行われない状態が所定の期間続く場合に、中輪５０が回転するように中輪駆動用モータ５２を制御するのが好ましい。これにより、ナセル４の旋回が長期間にわたって行われず、潤滑状態の悪化が予想される場合を除けば、中輪駆動用モータ５２は駆動しないので、無駄なエネルギーを消費することもない。
　また、第２歯車５６は、中輪５０の外周面に沿って部分的に設けられていてもよい（即ち、第２歯車５６は中輪５０の全周に亘って設けられていなくともよい）。この場合、中輪駆動用モータ５２によって第１歯車５４を、往復駆動することにより、中輪５０が時計回り方向及び反時計回り方向に往復する。
　なお、図３では、第２歯車５６が、中輪５０の軸方向に突出した突出部５８に形成された例を示したが、中輪５０の軸方向端面に形成してもよい。
　図４は、第２歯車５６が中輪５０の軸方向端面に形成されたギヤ機構の構成例を示す上面図である。図４に示すギヤ機構では、中輪５０の軸方向端面に第２歯車５６が形成されており、この第２歯車５６と噛み合うように、ウォームギヤ５４’を中輪駆動用モータ５２の駆動軸に取り付けている。
また、本実施形態では、内輪４０がボルト４７Ａによって支柱２に固定され、外輪４２がボルト４７Ｂによってナセル４に固定されている例を示したが、これとは逆に、外輪４２がボルトよって支柱２に固定され、内輪４０がボルトによってナセル４に固定される構成としても良いことは、当業者であれば明らかであろう。
　このように、本実施形態に係る風力発電装置１では、中輪５０を回転駆動することで、転がり軸受２９の内輪４０と外輪４２とが相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても転がり軸受２９の潤滑状態を維持しうるようになっている。
　また、風力発電装置１において、図１及び２に示すように、ロータヘッド６は、略水平な軸線周りに回転可能にナセル４に固定されるとともに、回転翼８が取り付けられたロータハブ６Ａと、このロータハブ６Ａを覆う頭部カプセル６Ｂとを含んで構成される。
　またロータハブ６Ａには、図２に示すように、回転翼８をその軸線周り（図２の矢印方向）に回転させて回転翼８のピッチ角を変更するピッチ駆動機構３０が設けられている。
　ピッチ駆動機構３０は、図２に示すように、シリンダ３２と、回転翼８に連結された軸部３４とで構成される。また、ピッチ駆動機構３０では、回転軸８のピッチ角の変更を可能にするため、転がり軸受３６を介して、回転軸８がロータハブ６Ａに回転自在に取り付けられている。
　図５は、回転翼８をロータハブ６Ａに支持する転がり軸受３６の構成例を示す図である。なお、転がり軸受３６において、上述の転がり軸受２９と共通する構成要素（具体的には玉４４及び潤滑剤４６）については、同一の符号を付し、ここではその説明を省略する。
　図５に示すように、転がり軸受３６は、共通する回転軸を有する軌道輪である内輪７０及び外輪７２を含んで構成され、内輪７０がボルト７７によって回転翼８に固定されている一方で、外輪７２がボルト７８によってロータハブ６Ａに固定されている。
　このような転がり軸受３６を介して回転軸８をロータハブ６Ａに取り付けることで、シリンダ３２（図２参照）によって軸部３４（図２参照）を回転させると、回転翼８が固定された内輪７０は、ロータハブ６Ａが固定された外輪７２に対して相対的に回転して、回転翼８のピッチ角が変更される。
　ここで、本実施形態では、転がり軸受３６の内輪７０と外輪７２とが相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても転がり軸受３６の潤滑状態を維持する観点から、内輪７０及び外輪７２の間に、内輪７０と外輪７２とは独立して回転可能な中輪８０と、この中輪８０を回転駆動する中輪駆動手段を設けている。
　中輪８０は、内輪７０及び外輪７２と共通する回転軸を有する軌道輪であり、内輪７０及び外輪７２に固定されておらず、内輪７０と外輪７２とは独立して回転するようになっている。
　転がり軸受３６の中輪駆動手段は、転がり軸受３６の中輪８０を回転駆動させることが可能な構成であれば特に限定されないが、例えば図５に示すように、第１歯車（ピニオンギヤ）８４及び第２歯車（内歯車）８６からなる「ギヤ機構」を介して、中輪８０に駆動力を供給する中輪駆動用モータ８２であってもよい。
　ここで、第１歯車８４は中輪駆動用モータ８２の駆動軸（不図示）に取り付けられている一方で、第２歯車８６は中輪８０の内周に設けられている。
　第２歯車（内歯車）８６は、中輪８０の軸方向に突出した突出部（中輪８０のうち内輪７０及び外輪７２に比べて突出した部分）８８の内周面に形成されている。なお、図５には、第２歯車８６が中輪８０の突出部８８の内周面に形成された内歯車である例を示したが、第２歯車８６は突出部８８の外周面に形成された外歯車であってもよい。このような突出部８８に第２歯車８６を設けることによって、他の軌道輪（即ち、内輪７０及び外輪７２）の回転動作を妨げることなく、効率的なレイアウトでギヤ機構を設けることができる。
　また中輪駆動用モータ８２は、常に駆動してもよいが、省エネルギーの観点からは、断続的に駆動することが好ましい。例えば、カレンダタイマーを用いて定期的に中輪駆動用モータ８２を駆動するようにしてもよいし、コントローラ（制御手段）６０を用いて、転がり軸受３６の潤滑状態の悪化が予想されるときにのみ中輪駆動用モータ８２を駆動するようにしてもよい。
　特に、コントローラ６０を用いて、回転軸８のピッチ角変更が行われない状態が所定の期間続く場合に、中輪８０が回転するように中輪駆動用モータ８２を制御するのが好ましい。これにより、回転軸８のピッチ角変更が長期間にわたって行われず、潤滑状態の悪化が予想される場合を除けば、中輪駆動用モータ８２は駆動しないので、無駄なエネルギーを消費することもない。
　また、第２歯車８６は、中輪８０の全周にわたって設けられていてもよいし、中輪８０の外周面又は内周面の一部に設けられていてもよい。この場合、中輪駆動用モータ８２によって第１歯車８４を、往復駆動することにより、中輪８０が時計回り方向及び反時計回り方向に往復する。
　尚、本実施形態では中輪８０を駆動させるギヤ機構の態様として、ピニオンギヤからなる第１歯車８４と、内歯車からなる第２歯車８６とを用いた例について説明したが、ギヤ機構の構成はこの例に限定されず、ウォームギヤをはじめとする各種態様のギヤを用いることができる。
　また、本実施形態では、内輪７０がボルト７７によって回転翼８に固定され、外輪７２がボルト７８によってロータハブ６Ａに固定されている例を示したが、これとは逆に、外輪７２がボルトによって回転翼８に固定され、内輪７０がボルトによってロータハブ６Ａに固定される構成としても良いことは、当業者であれば明らかであろう。
　このように、本実施形態に係る風力発電装置１では、中輪８０を回転駆動することで、転がり軸受３６の内輪７０と外輪７２とが相対的に静止している状態で高荷重がかかる場合であっても転がり軸受３６の潤滑状態を維持しうるようになっている。
　以上、本発明の一例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、上述の実施形態では、中輪（５０，８０）と、この中輪（５０，８０）を回転駆動する中輪駆動手段とを備える転がり軸受２９及び転がり軸受３６を、それぞれ、ナセル旋回機構２０及びピッチ制御機構３０に適用した例について説明したが、転がり軸受２９及び転がり軸受３６のいずれか一方のみを用いてもよいし、転がり軸受２９及び転がり軸受３６と同様な構成の軸受を、相対的に回転する他の２つの部材（「第１部材」及び「第２部材」）の間に設けてもよい。
　１　　　　　　風力発電装置
　２　　　　　　支柱
　４　　　　　　ナセル
　６　　　　　　ロータヘッド
　８　　　　　　回転翼
　１０　　　　　ドライブトレイン
　１２　　　　　主軸
　１４　　　　　増速機
　１６　　　　　カップリング
　１８　　　　　発電機
　２０　　　　　ナセル旋回機構
　２２　　　　　ヨーモータ
　２４　　　　　ピニオンギヤ
　２６　　　　　内歯車
　２８　　　　　ヨーブレーキ機構
　２９　　　　　転がり軸受
　３０　　　　　ピッチ駆動機構
　３２　　　　　シリンダ
　３４　　　　　軸部
　３６　　　　　転がり軸受
　４０　　　　　内輪
　４２　　　　　外輪
　４４　　　　　玉
　４６　　　　　潤滑剤
　５０　　　　　中輪
　５２　　　　　中輪駆動用モータ
　５４　　　　　第１歯車
　５６　　　　　第２歯車
　５８　　　　　突出部
　６０　　　　　コントローラ
　７０　　　　　内輪
　７２　　　　　外輪
　８０　　　　　中輪
　８２　　　　　中輪駆動用モータ
　８４　　　　　第１歯車
　８６　　　　　第２歯車
　８８　　　　　突出部

Claims (8)

  1. 　第１部材及び該第１部材に対して相対的に回転する第２部材を備える風力発電装置の転がり軸受であって、
    　前記第１部材が取り付けられた内輪と、
    　前記第２部材が取り付けられた外輪と、
    　前記内輪及び前記外輪の間に設けられ、前記内輪と前記外輪とは独立して回転可能な中輪と、
    　前記内輪及び前記中輪間、並びに前記中輪及び前記外輪間に転動自在に設けられた転動体と、
    　前記中輪を回転駆動する中輪駆動手段とを備えることを特徴とする風力発電装置の転がり軸受。
  2. 　前記第１部材が前記第２部材に対して静止した状態が所定の期間続く場合に、前記中輪が回転するように前記中輪駆動手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置の転がり軸受。
  3. 　前記中輪駆動手段は、駆動軸に対し動力を供給する動力源と、前記駆動軸から出力された動力を前記中輪に伝えるギヤ機構とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置の転がり軸受。
  4. 　前記中輪は、前記内輪及び前記外輪に対して軸方向に突出しており、
    　前記ギヤ機構は、前記中輪駆動手段の前記駆動軸に取り付けられた第１歯車と、前記中輪の軸方向に突出した部分の内周面又は外周面に形成され、前記第１歯車に噛み合う第２歯車と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の転がり軸受。
  5. 　前記ギヤ機構は、前記駆動軸に取り付けられたウォームギヤと、前記中輪の軸方向端面に形成され、前記ウォームギヤと噛み合う歯車と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の転がり軸受。
  6. 　前記第１部材及び第２部材の一方が回転翼であり、他方がロータハブであることを特徴とする請求項１、２、４のいずれか一項に記載の風力発電装置の転がり軸受。
  7. 　前記第１部材及び第２部材の一方が基礎に立設した支柱であり、他方がナセルであることを特徴とする請求項１、２、４のいずれか一項に記載の風力発電装置の転がり軸受。
  8. 　請求項１、２、４、５のいずれか一項に記載の転がり軸受と、
    　前記転がり軸受の内輪に取り付けられる第１部材と、
    　前記転がり軸受の外輪に取り付けられ、前記第１部材に対して相対的に回転する第２部材とを備えることを特徴とする風力発電装置。
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