特許 7538869 風力タービンの主軸受ハウジング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-14

(45)【発行日】2024-08-22

(54)【発明の名称】風力タービンの主軸受ハウジング

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/70 20160101AFI20240815BHJP

【ＦＩ】

F03D80/70

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022542196

(86)(22)【出願日】2020-12-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-13

(86)【国際出願番号】 DK2020050354

(87)【国際公開番号】W WO2021139859

(87)【国際公開日】2021-07-15

【審査請求日】2023-09-26

(31)【優先権主張番号】PA202070014

(32)【優先日】2020-01-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK

(73)【特許権者】

【識別番号】514130633

【氏名又は名称】ヴェスタス ウィンド システムズ エー／エス

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100101498

【弁理士】

【氏名又は名称】越智 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100107401

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 誠一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120064

【弁理士】

【氏名又は名称】松井 孝夫

(74)【代理人】

【識別番号】100182257

【弁理士】

【氏名又は名称】川内 英主

(74)【代理人】

【識別番号】100202119

【弁理士】

【氏名又は名称】岩附 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】ニールセン，トーマス コースガード

(72)【発明者】

【氏名】ペダーセン，ヤン ホーベ

【審査官】山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５０５１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２５５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２４５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ ８０／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力タービンの主ロータシャフト（１８）を支持するための主軸受ハウジング（２２）であって、前記主軸受ハウジングは、第１の端部、第２の端部、及び前記第１の端部と前記第２の端部の中間のフロア領域（４０）とを画定しており、前記主軸受ハウジングは、
前記主軸受ハウジングの前記第１の端部に配置された第１の軸受装置（２４）と、
前記主軸受ハウジングの前記第２の端部に配置された第２の軸受装置（２６）を備え、
前記フロア領域（４０）は、前記第１の軸受装置に配置された第１のオイルサンプ（４２）と、前記第２の軸受装置に配置された第２のオイルサンプ（４４）とを含み、
前記第１のサンプと前記第２のサンプとの間にオーバーフロー容器（８６）をさらに含み、前記オーバーフロー容器、前記第１のサンプ及び前記第２のサンプの各々が流体排出システム（９０）に接続されている、主軸受ハウジング。

【請求項2】

前記流体排出システム（９０）は、前記第１のサンプに接続された第１の排出通路（９２）と、前記第２のサンプに接続された第２の排出通路（９２）とを含み、前記第１の排出通路及び／又は前記第２の排出通路は、前記主軸受ハウジングによって画定される、請求項１に記載の主軸受ハウジング。

【請求項3】

前記第１の排出通路及び前記第２の排出通路のための１つ以上の排出出口（９４）が、前記主軸受ハウジングによって画定される、請求項２に記載の主軸受ハウジング。

【請求項4】

前記流体排出システムは、前記第１及び第２のオイルサンプの一方又は両方から流体を排出するように選択的に動作可能な排出制御バルブ（９８）を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の主軸受ハウジング。

【請求項5】

前記制御バルブは、前記複数の排出出口のうちの１つとインターフェースするように前記主軸受ハウジングに直接結合される、請求項４に記載の主軸受ハウジング。

【請求項6】

前記第１のサンプ及び／又は前記第２のサンプは、１つ以上のバッフルプレート（１０４）を含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の主軸受ハウジング。

【請求項7】

前記１つ以上のバッフルプレートのうちの少なくとも１つが前記主軸受ハウジングと一体化されている、請求項６に記載の主軸受ハウジング。

【請求項8】

前記１つ以上のバッフルプレートのうちの少なくとも１つが、前記主軸受ハウジングに対して別個の構成要素として形成され、前記主軸受ハウジングに取り付けられる、請求項６又は７に記載の主軸受ハウジング。

【請求項9】

前記第１及び／又は第２のサンプが、境界壁と、前記それぞれのオイルサンプから前記境界壁を通って潤滑流体が流出することを可能にするためのスピル通路（７６）とを含み、前記スピル通路は、入口開口（７８）とスピル出口開口（８０）とを有し、前記入口開口は、前記スピル出口開口よりも低い位置にある、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の主軸受ハウジング。

【請求項10】

前記入口開口が前記オイルサンプの床に隣接して設けられている、請求項９に記載の主軸受ハウジング。

【請求項11】

前記スピル出口開口が前記境界壁の上方部分に設けられている、請求項９又は１０に記載の主軸受ハウジング。

【請求項12】

前記請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の主軸受ハウジング（２２）によって回転可能に支持された主シャフトと、
前記主シャフトに結合されたギアボックス（１２）と、
潤滑流体のためのタンク（５２）と、前記タンクから潤滑流体をくみ上げるための潤滑ポンプ（５４）と、前記潤滑ポンプから前記主軸受ハウジング上の１つ以上の潤滑箇所と前記ギアボックス上の１つ以上の潤滑箇所とに潤滑流体を搬送するための流体供給ネットワーク（５６）と、を含む潤滑システム（５０）と、を備える風力タービン。

【請求項13】

前記主軸受ハウジング上の前記潤滑箇所は、前記第１の軸受装置及び前記第２の軸受装置に潤滑流体を導く、請求項１２に記載の風力タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力タービンの主軸受ハウジングに関し、特にそのハウジングの潤滑態様に関する。

【背景技術】

【0002】

規模の経済を活用するために、風力タービンのロータディスクの直径をより大きく設計し、エネルギー捕捉能力を高め、それによってエネルギー生産の平均コストを下げるという一般的な傾向がある。この原理は、石油やガスのような非再生可能エネルギーから風力や太陽光のような再生可能エネルギーへと発電構成のバランスを変えるべく、世界の設備容量の年々増加に貢献している。

【0003】

しかしながら、風力タービンタワーはより高くなければならず、ブレードはより長く、より強くなければならず、ナセルはより大きく、より重くしなければならないため、風力タービンサイズの大型化は課題を伴う。ハブとロータブレードを担持し、ブレードによって発生した回転エネルギーを利用して発電機によって電気エネルギーに変換できるため、風力タービンの心臓部は主ロータシャフトであると考えることができる。そのため、主ロータシャフトとそれを支持する軸受装置は、発電時に発生する大きな力に耐えられるように、非常に頑丈でなければならない。

【0004】

ある既知の構成では、主ロータシャフトは、ハブに近いシャフトの端部、すなわち「前部」又は「前方」端部を支持する前方軸受と、ハブから遠いシャフトの端部、すなわち「後部」又は「後方」端部を支持する後方軸受とを含む軸受装置を通って延在する。軸受は、主ロータシャフトがスムーズに回転し、軸荷重や曲げモーメントをベッドプレートやベースフレームに伝達することを確保するように機能する。この構成は、概して風力タービンのギアボックスを主ロータシャフトの軸方向への力及び曲げる力から切り離し、トルクのみがギアボックスに伝達されるようにするのに有効である。前方及び後方軸受の各々の効果的な潤滑を確保するため、典型的な既知の構成において、軸受は適切なグリース装置で供給される。

【0005】

このような背景から、本発明は考案された。

【発明の概要】

【0006】

第１の態様によれば、本発明の実施形態は、風力タービンの主ロータシャフトを支持する主軸受ハウジングを提供し、主軸受ハウジングは、第１の端部、第２の端部、及び第１及び第２の端部の中間のフロア領域を画定する。主軸受ハウジングは、主軸受ハウジングの第１の端部に配置された第１の軸受装置と、主軸受ハウジングの第２の端部に配置された第２の軸受装置とを含み、フロア領域は、第１の軸受装置に配置された第１のオイルサンプと、第２の軸受装置に配置された第２のサンプとを含む。

【0007】

本発明の利点は、主軸受ハウジングの軸受が、主ロータシャフトの前方及び後方軸受の各々に配置されたサンプを含む潤滑システムによって潤滑されることである。したがって、前方及び後方軸受は、適切な潤滑箇所でオイルが供給され、例えばギアボックス及び／又は発電機軸受のようなオイル潤滑を必要とする風力タービンの他の構成要素にオイルを供給する潤滑システムの一部である。したがって、主軸受ハウジングの前方及び後方軸受は、グリースベースのシステムのような別個の潤滑システムを必要としないため、ナセルの全体的な潤滑要件が簡素化される。

【0008】

第１及び第２のオイルサンプは軸受装置に設置されているので、軸受装置からのオイルは使用中に単にオイルサンプに収集され得る。オイルサンプ及び軸受装置は、使用時に、軸受装置がサンプ内の流体によって潤滑されるように構成及び配置されてもよい。これは、例えば潤滑ポンプの故障により軸受装置の周囲へのオイル供給ができないような状況において有利である。また、軸受装置の周囲に供給されるオイルに加えて、軸受装置の補助的な潤滑箇所としても有用である。

【0009】

主軸受ハウジングは、第１及び第２のサンプの間にオーバーフロー流域をさらに含むことができ、オーバーフロー流域、第１のサンプ及び第２のサンプは、それぞれ流体排出システムに接続される。流体排出システムは、第１のサンプに接続された第１の排出通路と、第２のサンプに接続された第２の排出通路とを含むことができ、第１の排出通路及び／又は第２の排出通路は、主軸受ハウジングによって画定される。このような構成の利点は、オイル通路が主軸受ハウジングによって画定され、外部パイプ又はホースの別個のネットワークによって提供されないので、オイル通路が主軸受ハウジングと一体であることである。「一体」という用語は、通路が、主軸受ハウジングの主鋳物に対する鋳込み形体であるドリル又はボアによって画定されることを意味する。この点において、第１の排出通路及び第２の排出通路のための一つ以上の出口ポートは、主軸受ハウジングによって画定されてもよい。したがって、出口は、追加ホース接続を必要とせず、主軸受ハウジングに直接取り付けられた適切なバルブワークに直接供給することができる。この目的のために、流体放出システムは、第１及び第２のオイルサンプの一方又は両方から流体を排出するように選択的に操作可能な排水制御バルブを含むことができる。制御バルブは、サンプのオイル内容物のより効果的な洗浄を提供するために定期的に操作されてもよい。排出通路はまた、コレクタ流域からの入力を含んでもよい。

【0010】

必要に応じて、オイルサンプは、使用中の風力タービンの作動中に発生し得るスロッシングによってサンプ内のオイルが気化するのを防止するのに役立つ１つ以上のバッフルプレートを含むことができる。複数のバッフルプレートのうちの少なくとも１つは、主軸受ハウジングと一体的に鋳造される構成要素であってもよい。いくつかのバッフルプレートは、主軸受ハウジング鋳造物に鋳造された機構であってもよい。或いは、複数のバッフルプレートのうちの少なくとも１つは、主軸受ハウジングに対して別個の構成要素として形成されるが、それに取り付けられてもよい。これにより、オイルサンプの構成方法に柔軟性がもたらされる。

【0011】

オイルサンプの一方又は両方は、それぞれのオイルサンプから流体が流出することを可能にするように構成されたオーバーフロー構成を含むことができる。オーバーフロー構成は、サンプのフロアパン又はその近くにあるスピル（流出）入口と、各スピル入口とサンプ側壁の上縁の間にあり各スピル入口から間隔を置いた位置にあるスピル（流出）出口とで構成されたスピル（流出）通路を含んでいてもよい。別の表現をすれば、スピル出口は、スピル入口の上方でかつサンプ側壁の上縁の下方の位置にある。当業者であれば、「上方」及び「下方」という用語は、サンプが使用時にその通常の向きにあるときを意味するものと理解するであろう。

【0012】

有利には、スピル通路はサンプの底に近い位置からオイルが送り込まれるので、サンプの底のデブリや沈殿物はオイルの流れに巻き込まれ、サンプの底にたまらないという傾向がある。したがって、潤滑システムは、デブリ及び沈殿物が潤滑システムの周りを循環するように促進されるので、より効果的にオイルを洗浄することができる。これは、サンプが満杯になるとオイルがサンプの側壁の上部を越えて単にオーバーフローする既知のサンプ設計とは対照的である。

【0013】

別の表現をすると、スピル出口は、スピル入口の上方でかつサンプ側壁の上縁の下方の位置にある。当業者であれば、「上方」及び「下方」という用語は、サンプが使用時にその通常の向きにあるときを意味するものと理解するであろう。

【0014】

スピル通路は、様々な形状をとることができる。一実施形態では、スピル通路は、サンプ側壁の一体化した部分であってもよい。例えば、スピル通路は、サンプ側壁の材料に画定されたチャネル又は穿孔であってもよい。これは、このような機能をサンプに統合する特に便利な方法であり得る。

【0015】

一実施形態では、スピル通路は柱状のタワー状構造によって画定されてもよい。タワー状構造は、サンプ側壁と一体であってもよく、又はサンプ側壁から分離されていてもよい。単一のタワー状構造として、スピル通路はサンプからの単一の流出点を提供し、これはサンプからのオイルのより速い流出フローを促進し、オイルの流れにおいてより大きな粒子を巻き込むのにより効果的であり得る。複数のスピル通路をそれぞれのタワー状構造として設けてもよい。

【0016】

別の実施形態では、スピル通路は、スピル壁とサンプ側壁との間に延在する横方向に細長いチャネルを含むことができる。したがって、スピル通路はサンプの幅を横切って延在してもよい。このような実施形態は、サンプフロアパンの様々な領域に粒子が滞留する可能性を低減することができることが想定される。

【0017】

サンプは排出通路を含むことができる。排出通路は、スピル通路と別個としてもよく、又はスピル通路と組み合わされてもよい。一実施形態では、排出通路はスピル通路に接続され、そこから離れて延在する。排出通路は、主軸受ハウジングが一部を形成する潤滑システムのオイルタンクにフィードバックする戻り通路に接続されてもよい。

【0018】

本発明の第１の態様の好ましい及び／又は任意の特徴は、本発明の他の態様と組み合わせることができることが理解されよう。様々な態様における本発明は、独立請求項において定義され、有利な特徴は、従属請求項において定義される。

【0019】

ここで、本発明の上記及び他の態様を、以下、図面を参照して、一例としてのみ説明する。

【0020】

異なる図面において同一又は類似する特徴は、同様の参照符号で示されることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態を組み込むことができる風力タービンの図。

【図2】図１の風力タービンの概略システム平面図。

【図3】図１及び図２の風力タービンの主軸受ハウジングの斜視図。

【図4】本発明の実施形態を示す図３の主軸受ハウジングを通る概略断面図。

【図5】図４の主軸受ハウジングに潤滑流体を供給する潤滑システムの概略図

【図6】図４の主軸受ハウジングのフロア領域を示す平面図。

【図7】オイルサンプの代替実施形態の斜視図。

【図8】オイルサンプの代替実施形態の側面図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１を参照すると、風力タービン２は、それ自体が土台８に取り付けられたほぼ垂直なタワー６に支持されたナセル４を含む。土台８は、陸上にあってもよく、全体的に又は部分的に水中にあってもよい。ナセル４は、多数の機能的構成要素を収容し、そのうちのいくつかは、例として図２に概略的に示されている。このような構成は、当業者には周知である。

【0023】

ここで、ナセル４は、少なくとも部分的に、主ロータ装置１０、ギアボックス１２及び発電機１４を収容するものとして示されている。簡潔さのために、いくつかの典型的な構成要素、例えば、電力変換器及びヨードライブは、この議論の中心ではないので、図２から省略されている。しかしながら、このような構成要素の存在は暗黙の了解であり、このような構成要素は当業者には十分に理解されるであろう。

【0024】

主ロータ装置１０は、主ロータシャフト１８に結合されたハブ１６を含み、このハブは、主軸受ハウジング２２内に収容されている主軸受装置２０によって回転可能に支持されている。この実施形態では、主軸受装置２０は、前方軸受装置２４及び後方軸受装置２６を含む。ハブ１６は複数のロータブレード２７に接続されるが、ＨＡＷＴ（水平軸風力タービン）では３つのブレードが典型的である。ブレード２７は風によって作用され、したがって、ハブ１６によってトルクが主ロータシャフト１８に加えられ、それによって主軸受ハウジング２２内で回転させられる。前部および後部の軸受装置は、今後この議論において単に「軸受」と呼ばれ得る。

【0025】

主ロータシャフト１８の入力部または「前方」部分は、ハブ接続フランジ１８ａを備え、これにより、主ロータシャフト１８がハブ１６に接続され、ハブ１６によって駆動される。ここで、フランジ１８ａは、ハブ１６に関連する更なるフランジ２９に接続されているように示されており、２つのフランジがハブ１６と主ロータシャフト１８との間の結合を形成するようになっている。従って、フランジ１８ａは、主ロータシャフト１８のハブ連結端にあると考えることができる。

【0026】

シャフト１８の出力部１８ｂは、ギアボックス１２に入力駆動を与える。ギアボックス１２は、内部ギア（不図示）を介して主ロータシャフト１８の回転速度を上昇させ、高速ギアボックス出力シャフト２８を駆動する。そして、高速出力シャフト２８は発電機１４を駆動し、これにより高速出力シャフト２８の回転を電力に変換する。それから、発電機１４によって生成された電気エネルギーは、例えばグリッド、又は実際に任意の電気消費者に供給される前に、必要に応じて他の構成要素（不図示）によって変換され得る。

【0027】

この時点で、この実施形態では、前方及び後方位置において主ロータシャフト１８に支持を提供する２つの支持軸受２４、２６が示されているが、後方軸受が省略され、代わりに、主ロータシャフト１８への後方支持が、例えばギアボックス１２によって提供され得る配置もまた知られていることに留意されたい。

【0028】

主軸受ハウジング２２は、ベッドプレートとしても知られるベースフレーム３０に支持されている。ここでは図示していないが、ベースフレーム３０は、風力タービンタワー６の上方部分でヨードライブに結合されて、ベースフレーム３０、ひいてはナセル４全体をタワー６に対してヨー駆動させ、ハブ１６の方向を風向きに対して調整できるようにしてもよい。

【0029】

ベースフレーム３０は、典型的には、例えば鉄／鋼の鋳造部品であり、主シャフト負荷をシャフト１８から、軸受２４、２６、主軸受ハウジング２２、及びベースフレーム３０を経て、風力タービンタワー６に伝達する機能を有する。

【0030】

図３、図４及び図６は、関連する構成要素の構成をより良く理解するために、主軸受ハウジング２２及び主ロータシャフト１８のより実用的な例を示す。主軸受ハウジング２２の全体的な形状及び構成は、説明のためのものであり、添付の特許請求の範囲によって画定される本発明を限定することを意図するものではないことに留意されたい。

【0031】

最初に図３及び図４を参照すると、主ロータシャフト１８は、その長さに沿ってテーパが付けられ、シャフト１８の前方端３２において比較的大きな円周を提供し、シャフト１８の後方端（不図示）において比較的小さな円周を提供する。なお、主ロータシャフト１８にテーパを付けることは必須ではないことに留意されたい。

【0032】

前方及び後方軸受２４、２６は、主ロータシャフト１８と主軸受ハウジング２２との間に、シャフト１８の長さに沿って前方及び後方の位置にそれぞれ位置している。したがって、前方及び後方軸受２４、２６は、シャフト１８と主軸受ハウジング２２との間にクランプ又は挟まれ、風力タービンの運転中に、シャフト１８が主軸受ハウジング２２に対して、主ロータシャフト１８の中心を通って延在するロータ軸Ｒの周りを自由に回転することを可能にする。

【0033】

前方及び後方軸受２４、２６の正確な形状及び構成は、本発明にとって重要ではない。概略図に示すように、軸受は、便宜上、滑り転がり軸受として示す。しかしながら、このような用途では、シャフト１８の軸方向スラスト力をより効果的に対処するために、軸受は、円錐転がり軸受及び／又は円錐テーパ軸受として構成される可能性が高い。

【0034】

引き続き図４において、主軸受ハウジング２２は、主軸受ハウジング２２の前方端と後方端との間に延在し、前方軸受２４及び後方軸受２６の潤滑に関係する様々な機能的特徴、構造、及び形成を含む領域４０を含むことが理解されよう。より具体的には、第１のオイルサンプ４２が前方軸受２４に配置され、第２のオイルサンプ４４が後方軸受２６に配置される。２つのサンプ４２、４４は、前方及び後方軸受装置軸受装置２４、２６で注入、送達、又はその他の方法で提供される潤滑オイルが、重力の影響を受けてそれぞれのオイルサンプに堆積し、サンプ内のオイルが軸受の下端を潤滑できるように配置され、構成される。

【0035】

主シャフト軸受のための既知の潤滑アプローチとは対照的に、図示の実施形態では、主軸受ハウジング２２は、当該技術分野で一般的なグリースベースのアプローチではなく、流体ベースの潤滑システム５０の一部を形成することが理解されよう。潤滑システム５０は、本発明の更なる背景を提供するために、図５に概略的に示されている。

【0036】

図示のように、潤滑システム５０は、タンク５２から潤滑流体が供給される一連の潤滑サブシステムを含む。様々なタイプの潤滑流体を使用することができるが、簡明さのために、循環潤滑に使用することができる液体形態の潤滑流体、すなわち適切なリザーバ又はタンクに貯蔵され、そこからシステムの周囲で様々な消費者ユニットに繰り返しポンプ搬送されるものを指すものとして、これからは一般用語「オイル」を使用することとする。

【0037】

潤滑流体は、潤滑ポンプ５４によってタンク５２から引き出され、適切な流体供給ネットワーク５６に沿って潤滑剤消費サブシステムに導かれ、この潤滑剤消費サブシステムは、概観的には、主軸受ハウジング２２、ギアボックス１２及び発電機１４である。流体戻りネットワーク５７は、主軸受ハウジング２２、ギアボックス１２及び発電機１４の各々からの流体をタンク５２に戻し、そこでポンプ５４によって流体供給ネットワーク５６に再循環させることができる。

【0038】

ここで流体供給ネットワーク５６に示されているのは、フィルタユニット５８及びオイルヒータ６０であり、これらは、様々な環境条件で使用され得るオイルベースの潤滑システムにおける通常の構成要素である。この点において注意すべきは、潤滑システム５０は、図５に簡略化された形で示されており、したがって、明快さのために、逆止弁、タッピングポイント、圧力ゲージなどの様々な一般的な構成要素が省略されていることである。

【0039】

流体供給ネットワーク５６は、主軸受ハウジング２２、ギアボックス１２及び発電機１４に潤滑オイルを供給する供給ライン６２を含む。ここで６２ａ及び６２ｂと表示されている２つの供給ラインは、主軸受ハウジング２２に潤滑オイルを供給する。

【0040】

より具体的には、第１の供給ライン６２ａは、前方軸受２４に潤滑流体を供給し、第２の供給ライン６２ｂは、後方軸受２６に潤滑流体を供給する。ここには示されていないが、２つの供給ライン６２ａ及び６２ｂは、最適なオイル供給のために、軸受装置の周りに適切に間隔をあけて配置され得る１つ以上の供給ノズルに潤滑オイルを供給し得ることが理解されよう。供給ライン６２ａ及び６２ｂは、軸受装置２４、２６のそれぞれの上端に向けられたものとして図４にも示されている。

【0041】

ノズルを介して前方及び後方軸受装置２４、２６に噴射されたオイルは、潤滑のために使用され、その後、各オイルサンプ４２、４４に流れ込み、そこから流体戻りネットワーク５７に流れ込む。オイルサンプの更なる詳細は、以下の説明でより詳細に説明する。

【0042】

ここで、上記の構成に関連する重要な利点は、主軸受ハウジング２２がギアボックス１２及び発電機１４と共に流体潤滑システム５０に含まれることであることが理解されよう。これは、典型的にはギアボックス１２及び任意に発電機１４がポンプ式システムによって潤滑オイルで潤滑され、主軸受ハウジング２２が典型的には別の媒体、通常はグリースで潤滑される公知のシステムの場合とは異なる。したがって、これは、風力タービンのパワートレイン構成要素を潤滑するための既知のアプローチに対する簡易化を表す。

【0043】

ここでは、前方及び後方軸受装置２４、２６に最適な潤滑を提供するように機能する主軸受ハウジング２２のより具体的な特徴に焦点を当てる。

【0044】

再び図４を参照すると、主軸受ハウジング２２のフロア領域４０は、第１の軸受装置（第１の端部）２４に位置する第１のオイルサンプ４２と、第２の軸受装置（第２の端部）２６に位置する第２のオイルサンプ４４とを含むことが上記において述べられている。オイルサンプ４２、４４の各々は、軸受装置２４、２６の底部が少なくとも部分的に潤滑オイルに浸されるか又は沈められるような深さで潤滑オイルのためのリザーバを提供するように構成され、配置される。これは、図４に示されており、第１のオイルサンプ４２及び第２のオイルサンプ４４の各々におけるオイルレベル（それぞれＬ１及びＬ２）が、軸受２４、２６のローラ要素と一致するように示されている。また、図６の平面図にも示されており、この図では、２つのサンプ内のオイルレベルがそれぞれの軸受に溢れ出ていることがわかる。ここでは、２つのオイルサンプは、共通の機構を有する場合、簡潔さのためにまとめて言及する。同様に、両方のオイルサンプに共通の機構は、同じ参照符号を使用する。

【0045】

各オイルサンプ４２、４４は、「境界」又は「側壁」６３によって囲まれたフロアパン６１を含むと考えることができる。側壁の正確な構成は、主軸受ハウジング２２のフロア領域４０の形状及び構成に応じて変化し得る。例えば、主軸受ハウジング２２の円筒形状のためにフロア領域４０が実質的な曲率を有する場合、オイルサンプは、側壁が主軸受ハウジング２２自体の内面によって部分的に画定されるように主軸受ハウジング２２のフロア領域４０に鋳造される機構であってもよい。別の可能性としては、フロア領域４０が比較的平坦であるため、オイルサンプ４２、４４は、フロア領域４０上に配置され、固定される別個の構成要素であってもよい。したがって、そのような状況では、オイルサンプ４２、４４は、その中に潤滑オイルを収容するためにオイルサンプの境界壁を共に画定する１つ以上の壁部分によって囲まれるフロアパン６１又は基部を有する箱形の構成要素であり得る。

【0046】

図４及び図６の図示された実施形態では、オイルサンプ４２、４４は、部分的にフロア領域４０の横方向に湾曲した表面によって画定され、部分的に端壁によって画定されることに留意されたい。したがって、各オイルサンプ４２、４４の側壁６３は、軸方向内側端壁部６４と軸方向外側端壁部６６とによって部分的に画定される。軸方向内側端壁部６４が主軸受ハウジング２２のフロア領域４０の中心に向けて位置するのに対し、外側端壁部６６はそれぞれの軸受装置２４、２６の後方に位置する。

【0047】

図４に示されるように、通常の動作中、オイルサンプ４２、４４内のオイルのレベルは、それぞれの軸受装置の一部がオイルに浸されるような動作中の深さに達する。しかしながら、潤滑オイルを潤滑システムの周りで再循環させるために、主軸受ハウジング２２はオーバーフロー装置７４を含む。より詳細に説明するように、オーバーフロー装置７４は、サンプ４２、４４のフロアパン７０又はその近傍にあるスピル（流出）入口開口（以下「スピル入口」）７８と、スピル入口７８と内側側壁部の上縁８２との間の位置にあるスピル（流出）出口開口（以下「スピル出口」）８０とで構成されるスピル（流出）通路７６を備える。したがって、スピル出口８０は、主軸受ハウジング２２の通常の配向を基準にしてスピル入口７８の上方にあるが、側壁部８２の上方範囲の一般的なレベルよりも下方にある。通常の配向は、図４に示す参照符号Ｄによって示されるように、サンプの深さ方向に対して考慮することも可能である。ここで、寸法「Ｄ」は、重力方向、すなわち地球の中心に向かって下向きに作用する方向と一致する垂直矢印によって示される。したがって、スピル出口８０は、深さ方向で考えた場合スピル入口７８の上方に位置し、また、スピル出口８０は、この同じ基準フレームで考えた場合サンプ側壁部８２の下方に位置する。スピル出口８０がサンプ側壁８２及びスピル入口７８との「間」にありかつ離間しているという言及もまた、同じ基準方向に沿っていると解釈されるべきである。サンプ４２、４４が側壁をオーバーフローする前にスピル出口８０から流出するので、スピル出口８０とサンプ側壁部８２との間の比較的小さい間隔は十分であると想定される。１ｃｍの高低差は許容できると考えられるが、より大きな高低差、例えば、５ｃｍ～１０ｃｍの高低差によって、より高い流量を達成することができる。なお、サンプ４２、４４は、水平な基準に対して傾斜するように、使用時に取り付けられ得ることに注意が必要である。そのような状況では、サンプ自体を基準にして考えた場合、スピル出口８０とサンプ側壁部８２とが同じ高さにあるとしても、サンプの傾斜は、重力方向で考えた場合、スピル出口８０とサンプ側壁部８２とが実際には異なる垂直高さにあることを意味する。このようにサンプが傾斜していると、サンプ内のオイルの表面は真の水平となり、サンプ側壁部８２をオーバーフローする前にまずスピル出口８０から流出する。

【0048】

この構成の利点は、小さな金属片などのデブリや粒子が典型的に集まるオイルサンプ４２、４４の底部から潤滑オイルが流出することである。したがって、サンプ４２、４４からスピル入口７８を通ってスピル通路７６へのオイルの流れは、そこにデブリを巻き込む傾向があり、サンプ４２、４４の洗浄機構として機能する。

【0049】

オーバーフロー装置７４は、異なる方法で構成することができる。１つの実施形態は、図４及び図６に示されており、一方、代替案は、図７及び図８に描かれている。

【0050】

図４及び図６の実施形態に留まり、この図示された実施形態では、内側側壁部６４は、主軸受ハウジング２２と共通の鋳造部品であり、スピル通路７６は内側側壁部６４の一体部分であることに留意されたい。より詳細には、図６から、スピル通路は、主軸受ハウジング２２のフロア領域４０から上方に延在するタワー状構造８４によって画定されることが分かる。

【0051】

この実施形態では、タワー状構造８４は、図６に明確に見られるように、内側側壁部６４の横方向範囲に沿ったほぼ中間位置に配置される。これは体裁がよく単純な解決策であるが、他の構成が可能であることが理解されよう。例えば、タワー状構造８４は、内側側壁部６４の左側又は右側により多く配置されてもよい。別の選択肢は、関連するスピル通路を有する複数のタワー状構造が提供され得るということである。別の選択肢は、関連するスピル通路を有する単一のタワー状構造が、複数のスピル入口によって供給され得ることである。

【0052】

図４のはめ込みパネルによって分かるように、サンプ４２、４４の底部又はフロアパン７０からの潤滑オイルは、サンプ４２、４４内のその上の潤滑オイルの圧力により、スピル入口７８に流入し、スピル通路７６を通って上昇する。ノズルによる軸受装置への噴射に続いて、サンプ４２、４４が潤滑オイルで満たされると、スピル通路７６内のオイルの高さは、オイルがスピル出口８０を通って外に出るような点まで上昇する。スピル出口８０が内側側壁部６４よりも低い位置にあるので、スピル通路７６のオイルはスピル出口８０を出て、サンプ４２、４４から出ていく。

【0053】

オイルは、サンプ４２、４４から流出して、２つのサンプの間に位置するオーバーフロー又は収集容器８６に流入する。この実施形態では、収集容器８６は、主軸受ハウジング２２のフロア領域４０の一部である。

【0054】

主軸受ハウジング２２はまた、サンプ４２、４４及び溜めます８６から潤滑オイルを排出するように構成された流体排出システム９０を含む。

【0055】

図示された実施形態では、説明されるように、排出システム９０は、鋳造物の一部であるという意味で主軸受ハウジング２２の構造と一体である流体通路のネットワークを含む。これは、主軸受ハウジング２２を潤滑システム５０に接続するのに必要なホース接続の数を減らすので、排出システム９０を形成するのに特に便利な方法である。しかしながら、通路の１つ以上は、主軸受ハウジング２２の外部にあるパイプ又はホースとして具現化することもできる。

【0056】

排出システム９０の機能は、溜めます８６に不変的に開放された排水を提供し、また、２つのサンプ４２、４４のそれぞれに選択的な排出機能を提供することである。したがって、このようにして、サンプ４２、４４の内容物を時々パージして、サンプ内の潤滑オイルをタンク５２及びフィルタ５８に再循環させることができる。

【0057】

この目的のために、２つのサンプ４２、４４の各々は、それぞれのサンプを排出システム９０に連結する第１の排出通路９２を含む。図示の実施形態では、第１の排出通路９２は、スピル通路７６の延長であるため、スピル入口７８から送り込まれる。見てわかるように、第１の排出通路９２は、スピル通路７６から下方に延在し、主軸受ハウジング２２の下側に画定されたそれぞれの排出出口９４で終端している。

【0058】

各サンプ４２、４４には、第１の排出通路９２に加えて第２の排出通路９６が設けられている。第２の排出通路９６は、各サンプ４２、４４の軸方向外側端壁部６６から溢れたオイルを回収し、第１の排出通路９２にフィードバックするように構成されている。したがって、各第２の排出通路９６は、それぞれのスピル出口９４に接続されている。図示の実施形態では、第２の排出通路９６は、第１の排出通路９２への接続又は結合部９７を介して各排出出口９４に接続されていることに留意されたい。さらなる通路９９が接続部９７から排出出口９４まで延在している。

【0059】

排出出口９４は排出制御バルブ９８に接続されている。制御バルブ９８は、排出出口９４のいずれか一方又は両方を選択的に開閉するように構成されている。制御バルブ９８の出口から、流体戻りネットワーク５７に排出される。したがって、制御バルブ９８は、各サンプ４２、４４からそれぞれのドレイン出口を通って流体戻りネットワーク５７への潤滑オイルの流れを制御する。

【0060】

図示の実施形態では、収集容器８６はまた、それぞれの排出通路１００を含むことに留意されたい。ここで、収集容器の排出通路１００は、収集容器８６から下方に延在してコネクタ１０２で終端する主軸受ハウジング２２内の一体型通路又は穿孔として具現化されている。コネクタ１０２は、流体戻りシステム５７へのインターフェースを提供する。したがって、本実施形態では、収集容器８６からのオイル排出経路をバルブで制御していない。必要に応じて、収集容器の排出通路１００をバルブ制御することができる。

【0061】

本実施形態では、制御バルブ９８は単一の三方弁である。同じ機能を別個の二方弁によって実現することも想定されるが、そのような弁は２つの弁を同等に使用するよりもはるかにコンパクトになる傾向があるので、単一の弁は特に有益である。また、単一の三方弁は、単一の流体制御機構、主軸受ハウジングとの単一の流体接続、及び制御入力目的のための単一の電子接続を有するだけである。したがって、単一の三方弁は、各排出通路からの流れを制御するために個々の弁を使用するよりもはるかにコスト効率がよい。通常の運転モードでは、制御バルブ９８は、サンプ４２、４４が所定の深さまでオイルで満たされるように、サンプ４２、４４と流体戻りネットワーク５７との間の連通を閉じることが想定される。その後定期的に、制御バルブ９８は、サンプ４２、４４のそれぞれからオイルを排出するために操作される。サンプからの排出は、一度に１つのサンプに実施することも、両方のサンプに同時に実施することもできる。制御バルブ９８に対する制御は、潤滑システムの他の構成要素を制御するのと同じコンピュータ制御システムによって達成されることが想定される。これは、他の風力タービンサブシステム用の主制御システムとは別の制御システムであってもよく、その主制御システムに統合してもよい。

【0062】

さらなる任意の強化として、サンプ４２、４４はバッフルプレート１０４を含むことができる。図示された実施形態に示されるように、バッフルプレート１０４は、各サンプ４２、４４に配置され、サンプの容積を区画に分割するようにフロアパン７０から垂直に延在している。このようにして、バッフルプレート１０４は、運転中の風力タービンが揺れる際のサンプ内のオイルのスロッシングを低減するように機能する。

【0063】

バッフルプレート１０４の上縁は、効果を高めることができるサンプの意図された最大オイルレベルＬ１、Ｌ２付近の点まで延在することができる。

【0064】

オイルがサンプ４２、４４を循環することを可能にするために、バッフルプレート１０４は適切な開口を備えてもよい。これらは、オイルが通過できるようにバッフルプレート１０４に穴又は穿孔の形態をとることができる。代替的に又は追加的に、開口は、フロアパン７０とバッフルプレート１０４との間に隙間１０６が存在するようにバッフルプレートの下縁に画定されてもよい。したがって、サンプ４２、４４内のオイルはバッフルプレート１０４の下を流れることができるが、バッフルプレートは依然としてサンプ４２、４４内のオイルの過度のスロッシングを防止するのに有効である。

【0065】

バッフルプレート１０４の一部又は全部は、それらが単一鋳造物の一部であるという意味で、主軸受ハウジング２２と一体的な構成要素であってもよいことが想定される。或いは、別の実施形態では、バッフルプレート１０４は、主軸受ハウジング２２が製造された後にサンプ４２、４４に取り付けられる別個の構成要素であってもよい。任意に、バッフルプレート１０４は、ここに示されるように、サンプ４２、４４の幅にわたって縁から縁に達することができるが、これは本質的ではなく、他の実施形態では、バッフルプレート１０４の一方又は両方の側縁とサンプ４２、４４の側壁との間に隙間が残されることが想定される。

【0066】

サンプ１１０の代替設計が図７及び図８に示されており、これは上述のようにサンプ４２、４４と多くの類似点を有しており、したがって主軸受ハウジング２２にも使用することができる。そのようなものとして、サンプ１１０は、フロアパン１１２と、上方に延在する側壁１１４とを含む。この配置における側壁１１４は、形状が長方形であるが、これは必須ではないことに留意されたい。

【0067】

サンプ１１０の側壁１１４は、上述のようにサンプ１１０が主軸受ハウジング２２内に配置されたときにとる配向を考慮して、第１の軸方向内側側壁部１１６と第２の軸方向外側側壁部１１８とを含む。

【0068】

オーバーフロー装置１２０は、内側側壁部１１６に隣接して配置される。先の実施形態のオーバーフロー装置７４のタワー状構造とは対照的に、本実施形態のオーバーフロー装置１２０は、サンプの前部を横方向に横切って延在する細長いスピル通路１２２を含むことに留意されたい。したがって、スピル通路１２２は、内側端壁部１１６と更なる端壁すなわち「スピル壁」１２４とによって画定される浅い箱状構造によって画定される。更なる端壁の高さは、内側端壁部１１６の高さ、より詳細には、その上縁１１７の高さよりも低いスピル出口１２８の高さを画定する。

【0069】

サンプ１１０の底部には、フロアパン１１２と内壁部１１６の下縁との間に、スピル入口１３０が画定される。したがって、オーバーフロー装置１２０を通るオイルの流れは、オイルがサンプ１１０内の非常に低い位置にあるスピル入口１３０を通ってスピル通路１２２に流入するという点で、前の実施形態のものと非常によく似ている。その後、オイルはスピル通路１２２を通って上昇し、スピル出口１２８から出る。したがって、先の図示された実施形態と同様に、スピル出口１２８は、スピル入口１３０の上方に、しかし側壁の上縁の下方に配置されることに留意されたい。別の表現では、スピル出口１２８は、側壁の上縁とスピル入口１３０との間に位置する。

【0070】

図４及び図６の先の実施形態と同様に、本実施形態のサンプ１１０はバッフルプレート１３２を含む。しかしながら、ここでは、明確にするために、２つのバッフルプレート１３２のみが示されている。しかしながら、図８に示されるように、バッフルプレート１３２の一方は、オイルを通過させるための複数の開口又は穿孔１３４を含み、バッフルプレート１３２の他方は、バッフルプレート１３２ｂの下縁１３８とサンプ１１０のフロアパン１１２との間に画定された隙間１３６を含む。

【0071】

サンプの構造によっては、内端端壁部１１６は、実質的に、その底縁に向かって開口を有するバッフルプレート１３２、又はサンプ１１０のフロアパン１１２において下方隙間を画定するバッフルプレートによって画定され得ることに留意されたい。

【0072】

図７及び図８のオイルサンプは分離して説明されているが、疑義を避けるために、この図示された実施形態のオイルサンプは、図４から図６の実施形態のように、そこに記載され図示されたオイルサンプ構成に代えて、主軸受ハウジング２２に使用できることがここに述べられている。

【0073】

上記の議論は、添付の特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲から外れるとは考えられない、例示された実施形態に対する当業者によって行われる様々な変形及び修正を論じていることに留意されたい。他の選択肢も可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】