熱制御システムを備えた直接駆動風車
【課題】軸受のための改良された冷却を提供する。
【解決手段】ロータ１２及びステータ１３を備える発電機１１と、ロータ１２とステータ１３とを回転可能に結合する内側リング６及び外側リング７を備える軸受５とを有する、熱制御システムを備えた直接駆動風車において、熱制御システム１５が、冷却システム１６及び加熱システム１７を有し、冷却システム１６が、軸受５の内側リング６と熱を伝え合う少なくとも１つのヒートシンク１８と、該ヒートシンク１８と熱を伝え合う熱放散器２４とを有し、加熱システム１７が、軸受５の外側リング７と熱を伝え合う少なくとも１つの加熱エレメント２５を有する。
【解決手段】ロータ１２及びステータ１３を備える発電機１１と、ロータ１２とステータ１３とを回転可能に結合する内側リング６及び外側リング７を備える軸受５とを有する、熱制御システムを備えた直接駆動風車において、熱制御システム１５が、冷却システム１６及び加熱システム１７を有し、冷却システム１６が、軸受５の内側リング６と熱を伝え合う少なくとも１つのヒートシンク１８と、該ヒートシンク１８と熱を伝え合う熱放散器２４とを有し、加熱システム１７が、軸受５の外側リング７と熱を伝え合う少なくとも１つの加熱エレメント２５を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車の軸受の熱制御に関する。特に、本発明は、熱制御システムを備えた直接駆動風車、軸受アセンブリ、及び軸受の温度を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車の軸受は、約−０．１〜０．２ｍｍの間隙を有する。発電機の寿命及び空隙を制御するために、間隙を制御することが有利である。問題は、軸受の内側リングが加熱されて膨張し、これが軸受の寿命の短縮につながるということである。加熱の理由は、軸構造を合わせた軸受の内側リングが、外側リングの質量／構造と比較して小さな質量／剛性を有するということである。
【０００３】
外側ロータ・内側ステータ型発電機の場合、外側リングに結合されたブレードハブ及びロータヨークの大きな質量により、熱の差がより大きくなる。さらに、ハブ及びヨーク構造体は周囲空気により冷却される。
【０００４】
これは、内側リングの平均温度が、外側リング及び外側リングの周囲の構造体の平均温度よりも高いことを意味する。
【０００５】
風車の軸受は通常、冷却されない。しかしながら、オイルが冷却されかつ軸受アセンブリの周囲に圧送されるような一体化されたオイル潤滑システムによって軸受を冷却することが一般的に知られている。オイルの交換は制限されており、直接駆動風車のための大きな主軸受を冷却するためには十分でない。さらに、一体化された冷却のためのオイル潤滑システムは複雑であり、常に、回避すべき風車におけるオイル漏れの危険性が存在する。
【０００６】
グリース潤滑される軸受の場合、冷却システムは知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、軸受のための改良された冷却を提供することである。
【０００８】
前記課題は、請求項１、１０及び１３のそれぞれの特徴によって解決される。従属請求項は、発明のその他の詳細及び利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様において、発明は、熱制御システムを備えた直接駆動風車に関する。風車は、ロータ及びステータを備えた発電機と、ロータとステータとを回転可能に結合した、内側リング及び外側リングを備えた軸受とを有する。熱制御システムは、冷却システム及び加熱システムを有する。冷却システムは、軸受の内側リングと熱を伝え合う少なくとも１つのヒートシンクと、ヒートシンクと熱を伝え合う熱放散器とを有する。加熱システムは、軸受の外側リングと熱を伝え合う少なくとも１つの加熱エレメントを有する。
【００１０】
外側リングに冷却システムを提供しかつ／又は内側リングに加熱システムを提供することもできる。これは、軸受の温度を制御する可能性を拡大する。
【００１１】
内側リングを冷却しかつ外側リングを加熱するおかげで、風車の運転中に軸受の内側リングと外側リングとの温度差を制御及び縮小又は排除することができる。これにより、内側リングの制御されない望ましくない熱膨張と、外側リングの望ましくない熱的圧縮が防止される。軸受の信頼性及び寿命が高められる。
【００１２】
さらに、今や、発電機の寿命及び空隙を制御及び維持するために、軸受間隙（−０．１〜０．２ｍｍ）を制御することができる。
【００１３】
冷却システムを、グリース及びオイルにより潤滑される軸受のために使用することもできる。
【００１４】
直接駆動風車のヒートシンクは、水のような冷却媒体のための冷却貯蔵部を有してよい。これにより、既にナセルに取り付けられた水冷システムを、軸受の内側リングの十分な冷却を提供するために使用することができる。この解決手段は、軸受のための冷却を有さない既存の風車に容易に取り付けることができる。
【００１５】
ヒートシンクは、内側リングの内周面に配置されてよい。内周面は、良好なサイズ及び表面特性により、ヒートシンクのための良好な接触領域を提供する。
【００１６】
ヒートシンクは内側リングと一体に形成されてよい。ヒートシンクの少なくとも一部分は、内側リング内に配置されていてよく、これは、内側リングからヒートシンクへの伝熱を高めることができる。ヒートシンクは、一体に形成された部分と、内側リングの表面に配置された部分とを有してよい。
【００１７】
冷却システムは、標準的な軸受のための、取付容易な増設ソリューションであることができるか、又は、例えば冷却チャネル又は冷却チャンバが軸受の内側リング及び／又は外側リングに一体化されるように内側又は外側リングの一体化された部分であることができる。
【００１８】
ヒートシンクは、導管を介して熱放散器と接続されていてよい。ヒートシンク、好適には冷却貯蔵部は、発電機等を冷却するために既にナセルに取り付けられた風車の水冷システムに接続されてよい。水冷システムの熱放散器を、軸受を冷却するためにも使用することができる。導管には、軸受の冷却を制御するために、冷却貯蔵部への及び冷却貯蔵部からの冷却媒体の流れを制御するための弁を装備することができる。
【００１９】
他方では、例えば冷却フィン又はペルチエ素子のように内側リングを局所的に冷却するヒートシンクを使用することができる。
【００２０】
加熱エレメントは、電気加熱手段及び／又は高温流体加熱手段を含んでよい。１つ又は２つ以上の加熱手段、例えば電気ワイヤ加熱エレメント又は、例えば液圧ピッチシステムのような液圧流体システムから出発した管、ホース及び／又は通路における高温流体を利用することができる。制御可能な入口弁／出口弁を備えた電気ボイラのような水ヒータを備えた水加熱システムを利用することもできる。
【００２１】
加熱エレメントは、外側リング、ロータヨーク及び／又はブレードハブに配置されてよい。加熱エレメントは、外側リングと熱を伝え合う必要がある。したがって、加熱エレメントを、ロータヨーク又はブレードハブのような、外側リングと熱を伝え合う部材に取り付けることができる。加熱エレメントを、前記構造体のうちの１つにおいて一箇所に、又は１つ又は２つ以上の構造体において様々な箇所に配置することができる。
【００２２】
加熱エレメントは外側リングと一体に形成されてもよい。
【００２３】
熱インターフェース材料は、軸受とヒートシンク及び／又は加熱エレメントとの間に配置されてよい。低い熱抵抗を提供するために、アルミニウムの薄板、温度伝導性ペースト、又はその他の適切な熱インターフェース材料を、リングの表面と、ヒートシンク又は加熱エレメントの表面との間に提供することができる。
【００２４】
熱制御システムは、軸受の温度を制御するために冷却システム及び／又は加熱システムと通信する制御システムを含んでよい。制御装置は、例えばヒートシンクと熱放散器との間の導管に配置された弁を制御することによって内側リングの冷却を制御するために、及び／又は外側リングの加熱を制御するために、使用されてよい。
【００２５】
熱制御システムは、少なくとも１つの温度測定装置を有してよい。温度測定装置は、内側リング及び軸受の正確で確実な温度測定を提供するために、内側リング及び／又は外側リングにおいて、さらには複数の測定箇所において取り付けられてよい。
【００２６】
発電機は、外側ロータ・内側ステータ型発電機であってよい。軸受の内側リングは風車の固定部分に結合されていてよく、軸受の外側リングは風車のロータヨークに結合されていてよい。
【００２７】
冷却システムは、実質的に軸受の内側リングの内径と同じ外径を有する複数の冷却貯蔵部を有してよい。貯蔵部の長さは、内側リングを冷却するように２つ以上の貯蔵部が配置されるように周縁部の一部分のみをカバーしていてよく、これは、既存の装置への冷却システムの取付けを容易にする。
【００２８】
別の態様において、本発明は、内側リング及び外側リングを有する軸受アセンブリに関し、少なくとも１つの冷却貯蔵部が内側リング及び／又は外側リングに配置されており、冷却貯蔵部が、冷却媒体の交換のための少なくとも１つのポートを有する。少なくとも１つの加熱エレメントは、外側リング及び／又は内側リングに配置されている。軸受に直接に冷却貯蔵部及び加熱エレメントを提供することにより、迅速でかつ綿密な温度調節が可能となる。したがって、軸受の信頼性及び寿命が高められる。
【００２９】
複数の冷却貯蔵部が、内側リングの内周に沿って均等に分配されていてよい。この配列は、既に存在する風車への取付けを容易にする。さらに、この配列は、局所的な温度変動を調節することができる。
【００３０】
冷却貯蔵部は、内側リングの内周面に沿って延びていてよく、２つの冷却貯蔵部が並列に配置されていてよい。この配列は、より精密な温度修正を可能にする。例えばホットスポットを排除することができる。
【００３１】
リング又は軸受の温度を測定するために少なくとも１つの温度測定装置が内側リング及び／又は外側リングに配置されていてよい。軸受の良好な温度調節を提供するために、測定値を制御装置に提供することができる。
【００３２】
別の態様において、発明は、軸受の温度を制御するための方法に関する。軸受の温度が測定され、軸受のリングに取り付けられた少なくとも１つの冷却貯蔵部を通る水のような冷却媒体の流れが制御される。軸受のリングと熱を伝え合う加熱エレメントも制御される。この方法を採用することにより、軸受の温度を制御することができ、これにより、軸受の信頼性及び寿命が高められる。
【００３３】
少なくとも１つの冷却貯蔵部が軸受の内側リングに取り付けられてよく、軸受の内側リングの少なくとも１つの箇所において温度が測定されてよい。多くの設計において、内側リングは軸受の最も高温の部分であり、この部分を直接に測定及び冷却することは有利である。
【００３４】
軸受の内側リングと外側リングとの間の間隙は、発電機の寿命及び空隙を制御及び維持するために、例えば−０．１〜０．２ｍｍの範囲に制御されてよい。
【００３５】
軸受の内側リングと外側リングとの間の間隙は、ゼロよりも小さく又はゼロに等しく設定されてよい。例えば軸受又は軸受配列を備えた風車の輸送中、軸受の外側リング及び／又は内側リングの温度は、外側リングと内側リングとの間の間隙が、０．０ｍｍ又は０．０ｍｍ未満、特に−０．１ｍｍ以下、好適には−０．１５〜−０．６ｍｍであるように制御されてよい。これにより、軸受は輸送中にはロックされており、軸受を損傷する恐れがある振動が防止される。
【００３６】
添付の図面は、実施形態のさらなる理解を提供するために提供されている。その他の実施形態及び意図された利点の多くは、以下の詳細な説明を参照することによりさらによく理解されることにより、容易に認められるであろう。図面の要素は必ずしも互いに対して縮尺どおりになっていない。同一の符号は、対応する類似の部分を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る軸受及び熱制御システムを有する風車の中央部分を示す概略図である。
【図２】本発明に係る冷却システムを備えた軸受を示す正面図である。
【図３】本発明に係る冷却システムを備えた軸受を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る加熱システムを有する風車の中央部分を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の詳細な説明において、添付の図面が参照される。添付の図面は、詳細な説明の一部を構成し、発明を実施するための特定の実施形態が例として示されている。これに関して、方向を示す用語、例えば「上」又は「下」等は、説明されている図面の向きに関して用いられる。実施形態の構成部材は、多くの異なる向きで位置決めすることができるので、方向を示す用語は、例示の目的で使用されており、限定的ではない。本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施形態が用いられてもよく、構造的変更又は論理的変更が加えられてもよい。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で捉えるべきではなく、本発明の範囲は、添付の請求項によって規定される。
【００３９】
風車１は、地面に固定されかつ風車１の構造全体を支持するタワー２を有する。タワー２の上部にはタワーコネクタ３が取り付けられている。タワーコネクタ３は、風車１の主軸４を支持している。タワーコネクタ３とは反対側の主軸４の一方の端部には、しばしば主軸受と称呼される軸受５が固定されている。軸受５は、主軸４に固定された内側リング６と、外側リング７とを有する。外側リング７はロータヨーク８に結合されている。ロータヨーク８は、風車１のブレードを支持するブレードハブ９と結合されている。分かりやすくするためにブレードは示されていない。ナセル１０は、主軸４を包囲し、主軸４に取り付けられている。
【００４０】
風車１は直接駆動風車であり、つまり、発電機１１は、直接に、主軸４及びロータヨーク８それぞれに接続されている。伝動装置は用いられていない。発電機１１は、ロータヨーク８に取り付けられた外側ロータ１２と、保持構造１４を介して主軸４に固定された内側ステータ１３とを有する。
【００４１】
外側リング７が取り付けられたロータヨーク８は周囲空気と接している。したがって、外側リング７の冷却は周囲空気によって行われる。しかしながら、内側リング６は風車１の構造の内部に配置されており、冷却は周囲空気によって達成されない。これは、内側リング６と外側リング７との温度差につながる。
【００４２】
主軸４を含んだ軸受５の内側リング６は、外側リング７、ロータヨーク８及びブレードハブ９と比較して、より小さな質量を有する。したがって、内側リング６は、外側リング７よりも急速に加熱される傾向がある。
【００４３】
さらに、ロータ１２からステータアセンブリ１３への電気経路を防止するために内側リング６は通常は主軸４から電気的に絶縁されているが、電気的絶縁は内側リング６と主軸４との間の熱伝導率を減じ、内側リング６のさらなる加熱を生ぜしめる。
【００４４】
風車１には、冷却システム１６及び加熱システム１７を備えた熱制御システム１５が装備されている。
【００４５】
冷却システム１６は、軸受５、特に内側リング６から熱を除去する。冷却システム１６は、内側リング６の内周面に取り付けられた１つ又は２つ以上のヒートシンク又は冷却貯蔵部１８を有する。この場合、複数の冷却貯蔵部１８が内側リング６に取り付けられている。冷却貯蔵部１８の配列の詳細を図２及び図３を参照して説明する。
【００４６】
それぞれの冷却貯蔵部１８は、水のような冷却媒体を冷却貯蔵部１８に循環させるために導管１９と接続されている。冷却媒体は、内側リング６から熱を除去する。導管１９は概略的に示されている。導管１９の実際の経路は、例えば障害物又は急な曲がり角を回避するために、図示された経路とは異なってもよい。また、冷却媒体のための閉ループが好適である。理解を容易にするために、図１は、冷却貯蔵部１８ごとに１つの導管１９を示している。
【００４７】
弁２０は、導管１９を通る冷却媒体の流れを制御する。弁２０は、１つの弁２０が全ての導管１９を通る冷却媒体の流れを制御するように、分岐点２１の前に配置されていてよい。「前」という用語は、ここでは冷却貯蔵部１８に向かう冷却媒体の流れの方向におけるものを意味する。択一的に、それぞれの冷却貯蔵部１８を個々に制御するために、それぞれの導管に１つの弁が用いられてもよい。さらに、両者の組合せも可能である。したがって、それぞれの弁は、冷却貯蔵部１８のグループを制御してよい。
【００４８】
さらに、弁２０の前には、冷却システム１６の中央装置２２が配置されている。中央装置２２は、例えば冷却媒体のためのポンプ及び制御ユニット２３を有する。中央装置２には熱放散器若しくはラジエータ２４が接続されている。熱放散器２４は、冷却媒体の冷却に周囲空気を使用するためにナセル１０の外側に配置されている。熱放散器２４は、最適な熱伝達のためにナセル１０の上部に配置されていてよい。弁２０は、導管１９の別の部分を介して中央装置２２と接続されている。中央装置２２は、導管１９の別の部分を介して熱放散器２４と接続されている。
【００４９】
冷却媒体は、熱放散器２４から、中央装置２２を通り、さらに、冷却媒体の流れを制御する弁２０を通って循環する。分岐点２１において、導管１９は分岐し、冷却媒体は冷却貯蔵部１８へ流れる。冷却貯蔵部１８を流過する間に、冷却媒体は内側リング６から熱を吸収する。冷却媒体は、熱放散器２４へ流れて戻り、そこで冷却される。冷却媒体を熱放散器２４へ送り戻すための１つ又は複数の導管は、分かりやすくするために示されていない。
【００５０】
中央装置２２及び熱放散器２４のような冷却システム１６の一部は、発電機１１のようなその他の装置を冷却するために使用されてよい。冷却システム１６が風車に後付けされるならば、中央装置２２及び熱放散器２４のような既存の部分が、軸受５の冷却のために使用されてもよい。
【００５１】
加熱システム１７は、軸受５の外側リング７と熱を伝え合う１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５を有する。加熱エレメント２５はここでは外側リング７に直接に取り付けられている。１つ又は２つ以上又は全ての加熱エレメント２５をロータヨーク８及び／又はブレードハブ９に取り付けることもできる。加熱システム１７の細部を後で図４に関して説明する。
【００５２】
１つ又は２つ以上の温度測定装置又は温度センサ２６を使用することができる。温度センサ２６を、温度測定のために内側リング６に配置することができる。測定の結果は、中央装置２２、又は弁２０を制御する制御ユニット２３へ送られる。制御は、温度測定に基づくことができる。より小さな制御ループにおいては、温度センサ２６は直接に弁２０を制御する。複数の弁２０及び冷却貯蔵部１８に関連した複数の温度センサ２６の組合せは、より精確な温度制御を可能にする。この場合、内側リング６及び／又は外側リング７を複数の制御ゾーンに分割することができる。それぞれのゾーンには、１つ又は２つ以上の冷却貯蔵部１８、導管又は導管１９の一部、弁２０及び／又は１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５が割り当てられている。
【００５３】
分かりやすくするために、温度センサ２６と、中央装置２２、制御ユニット２３及び／又は弁２０との間の接続は示されていない。
【００５４】
この実施形態は、冷却貯蔵部１８と、水のような冷却媒体を使用する導管１９を用いる。ある意味で局限のヒートシンク及び放散器を使用することもできる。「局限」との用語は、軸受５又は内側リング６の近く又はそれらに直接に配置されたヒートシンク及び放散器を含む。この概念のための実施形態は、例えば、フィン又はペルチエ素子を備えたヒートシンクである。伝熱は、局所的なヒートシンク及び放散器に沿って周囲空気を流れさせる空気対流システムによって補助されてよい。
【００５５】
図２は、内側リング６及び外側リング７を備えた軸受５を示している。それぞれのリング６，７は、軸受５を主軸４及びロータヨーク８のそれぞれに取り付けるためにフランジを有する。
【００５６】
内側リング６の内周面６ａに沿って、３つの冷却貯蔵部１８が配置されている。冷却貯蔵部１８の湾曲した形状は、内周面６ａに合致するように適合されている。冷却貯蔵部１８と内側リング６との高められた熱接触のために、アルミニウム薄板又は熱伝導性ペーストのような熱インターフェース材料を用いることができる。冷却貯蔵部１８は、円周に沿って均等に分配することができるか、又は、例えばスペースの制約を補償するために、図示のように不均等に間隔を置いて配置することができる。１つ又は２つ以上のヒートシンク又は冷却貯蔵部を内側リング６の側面に取り付けることも可能である。ヒートシンクが、取付け装置、例えば内側リング６を主軸４に結合するボルトから自由なままであることに注意しなければならない。
【００５７】
それぞれの冷却貯蔵部１８は、中空の内部空間を有しており、この内部空間を、水又はガスのような冷却媒体が循環することができる。冷却媒体の流入及び流出のために、冷却貯蔵部１８には少なくとも１つのポート（図示せず）が設けられている。２つのポートが使用されてよく、ポートは、冷却貯蔵部１８全体を通って冷却媒体が流れるように、冷却貯蔵部１８の両端部に配置することができる。これは、内側リング６から冷却貯蔵部１８を介して冷却媒体への良好な伝熱を保証する。
【００５８】
それぞれの冷却貯蔵部１８は、それ自体の導管によって熱放散器２４又は分岐点に接続されていてよい。これは、並列の構成である。択一的に、直列の構成も可能であり、この場合、１つの冷却貯蔵部１８の出口ポートが次の冷却貯蔵部１８の入口ポートに接続されている。内面６ａ全体又はそのほとんどを覆う１つの大きな冷却貯蔵部を用いてもよい。
【００５９】
ヒートシンク又は冷却貯蔵部１８を内側リング６の構造に一体化することができる。冷却媒体を内側リング６内に流過させるために、内部の穴若しくは管路を用いることができる。したがって、冷却媒体の循環のための１つ又は２つ以上のポートが、内側リング６に直接に配置されている。一体に形成されたヒートシンクと外部のヒートシンクとの組合せも可能である。例えば、内側リング６の面に溝が一体に形成されていてよく、これらの溝は、冷却貯蔵部を形成するために１つ又は２つ以上の外部ヒートシンクと連通している。
【００６０】
図３は、内側リング６及び外側リング７を備えた軸受５を示している。内側リング６の内周面６ａには、ヒートシンク又は冷却貯蔵部１８が配置されている。この場合、６つの冷却貯蔵部１８が内側リング６に取り付けられている。内側リング６の円周に沿って、２つの並列の冷却貯蔵部１８の３つの対が配置されている。この配列は、内側リング６と、冷却貯蔵部１６の内部の冷却媒体との間の良好な伝熱を可能にする。図２の詳細な説明が、図３に示された軸受４にも当てはまる。
【００６１】
図４は、図１の熱制御システムをより詳細に示している。特に、加熱システム１７が、図示及び説明される。
【００６２】
加熱制御ユニット２７は、中央装置２２又は制御ユニット２３と通信する。加熱制御ユニット２７は電力ユニット２８に接続されており、この電力ユニット２８はさらに、軸受５の外側リング７においてハブ９に取り付けられた１つ又は２つ以上の電気加熱エレメント２５に接続されている。加熱制御ユニット２７は、中央装置２２又は制御ユニット２３の一部であることもできる。
【００６３】
加熱エレメント２５は複数のセグメントに分割されていてもよい。ハブ９と外側リング７との間において外側リング７に環状の加熱エレメント２５が直接に取り付けられていてもよい。電力ユニット２８には、風車、電池及び／又は外部電力ユニットから電力が供給される。電力ユニット２８は、加熱制御ユニット２７によって制御される。
【００６４】
内側リング６及び／又は外側リング７における温度測定装置２６が、制御ユニット２３に接続されていてもよい。分かりやすくするために配線は示されていない。
【００６５】
軸受５の温度を制御する方法によれば、温度は軸受５において測定される。内側リング６はほとんどの場合に軸受５の最も高温の部分となるので、測定を内側リング６において直接に行うことができる。温度測定のための一般的に公知の装置、例えば温度センサ２６を用いることができる。
【００６６】
測定に基づいて、１つ又は２つ以上の冷却貯蔵部１８を通る冷却媒体の流れが制御される。例えば測定された温度が上限値に達すると、冷却媒体の流れを増大するか又は冷却媒体の温度を低下させることができる。これは、より大きな熱の除去につながる。例えば測定された温度が下限値に達すると、冷却媒体の流れを減じるか又は冷却媒体の温度を上昇させることができる。これは、より小さな熱の除去につながる。このスキームは、軸受５又は内側リング６の温度を所定の目標範囲に保つ。目標範囲は、例えばデフォルト設定を用いて風車の型式に適応させることができる。目標範囲を、例えば風速又は周囲温度に応じて実時間で適応させることもできる。目標範囲の代わりに、ある温度の目標点を用いることができる。
【００６７】
冷却貯蔵部１８に達する導管１９に配置された１つ又は２つ以上の弁２０によって冷却媒体の流れを制御することができる。弁２０は、温度測定装置２６によって直接に、又は熱制御システム１５の中央装置２２又は制御ユニット２３によって制御することができる。
【００６８】
さらに、軸受５の外側リング７と熱を伝え合う１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５の温度が制御される。この制御は、中央装置２２、制御ユニット２３及び／又は加熱制御ユニット２７によって達成され、加熱制御ユニット２７は、例えば水ヒータ、弁、電力源等の電力ユニット２８を操作する。電力ユニット２８は、１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５を直接に操作する。
【００６９】
内側リング６の冷却と外側リング７の加熱の組合せは、軸受間隙又は空隙の良好な制御を可能にする。
【００７０】
制御ユニット２３は、冷却システム１６及び加熱システム１７を同時に又は一回の操作で作動させることができる。この決定は、例えば、周囲温度、軸受５の全体の温度、内側リングと外側リングとの温度差等に依存することができる。
【００７１】
軸受５又は風車１の輸送の場合、軸受５の内側リング６と外側リング７との間の間隙をゼロよりも小さく又はゼロに等しく設定することができる。特に、冷却／加熱システムは、軸受の偽ブリネリングを防止するために輸送中に強くプレテンションをかけられ、これにより小さな振幅の振動を最小限に抑えるように制御されてよい。偽ブリネリングは、ブリネル窪みに似た、転がり部材と軌道との間の接触箇所において振動及び揺動によって生ぜしめられる摩耗による、中空の箇所の発生である。軸受の偽ブリネリングは、輸送中に、軸受が、軸受の内側リングと外側リングとの間の振動が防止されるように十分にプレテンションをかけられていないと生じる恐れがある。輸送中には、冷却媒体がヒータを通って循環させられてよく、この場合、冷却システムは加熱システムとして機能し、軸受の内側リングと外側リングとの間の間隙が０．０ｍｍ未満、特に−０．１ｍｍ以下、好適には−０．１５〜−０．６ｍｍであるような軸受の強いプレテンションを保証する。
【符号の説明】
【００７２】
１ 風車、 ２ タワー、 ３ タワーコネクタ、 ４ 主軸、 ５ 軸受、 ６ 内側リング、 ７ 外側リング、 ８ ロータヨーク、 ９ ブレードハブ、 １０ ナセル、 １１ 発電機、 １２ 外側ロータ、 １３ 内側ステータ、 １４ 保持構造、 １５ 熱制御システム、 １６ 冷却システム、 １７ 加熱システム、 １８ 冷却貯蔵部、 １９ 導管、 ２０ 弁、 ２１ 弁、 ２２ 中央装置、 ２３ 制御ユニット、 ２４ 熱放散器、 ２５ 加熱エレメント、 ２６ 温度センサ、 ２７ 加熱制御ユニット、 ２８ 電力ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車の軸受の熱制御に関する。特に、本発明は、熱制御システムを備えた直接駆動風車、軸受アセンブリ、及び軸受の温度を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車の軸受は、約−０．１〜０．２ｍｍの間隙を有する。発電機の寿命及び空隙を制御するために、間隙を制御することが有利である。問題は、軸受の内側リングが加熱されて膨張し、これが軸受の寿命の短縮につながるということである。加熱の理由は、軸構造を合わせた軸受の内側リングが、外側リングの質量／構造と比較して小さな質量／剛性を有するということである。
【０００３】
外側ロータ・内側ステータ型発電機の場合、外側リングに結合されたブレードハブ及びロータヨークの大きな質量により、熱の差がより大きくなる。さらに、ハブ及びヨーク構造体は周囲空気により冷却される。
【０００４】
これは、内側リングの平均温度が、外側リング及び外側リングの周囲の構造体の平均温度よりも高いことを意味する。
【０００５】
風車の軸受は通常、冷却されない。しかしながら、オイルが冷却されかつ軸受アセンブリの周囲に圧送されるような一体化されたオイル潤滑システムによって軸受を冷却することが一般的に知られている。オイルの交換は制限されており、直接駆動風車のための大きな主軸受を冷却するためには十分でない。さらに、一体化された冷却のためのオイル潤滑システムは複雑であり、常に、回避すべき風車におけるオイル漏れの危険性が存在する。
【０００６】
グリース潤滑される軸受の場合、冷却システムは知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、軸受のための改良された冷却を提供することである。
【０００８】
前記課題は、請求項１、１０及び１３のそれぞれの特徴によって解決される。従属請求項は、発明のその他の詳細及び利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様において、発明は、熱制御システムを備えた直接駆動風車に関する。風車は、ロータ及びステータを備えた発電機と、ロータとステータとを回転可能に結合した、内側リング及び外側リングを備えた軸受とを有する。熱制御システムは、冷却システム及び加熱システムを有する。冷却システムは、軸受の内側リングと熱を伝え合う少なくとも１つのヒートシンクと、ヒートシンクと熱を伝え合う熱放散器とを有する。加熱システムは、軸受の外側リングと熱を伝え合う少なくとも１つの加熱エレメントを有する。
【００１０】
外側リングに冷却システムを提供しかつ／又は内側リングに加熱システムを提供することもできる。これは、軸受の温度を制御する可能性を拡大する。
【００１１】
内側リングを冷却しかつ外側リングを加熱するおかげで、風車の運転中に軸受の内側リングと外側リングとの温度差を制御及び縮小又は排除することができる。これにより、内側リングの制御されない望ましくない熱膨張と、外側リングの望ましくない熱的圧縮が防止される。軸受の信頼性及び寿命が高められる。
【００１２】
さらに、今や、発電機の寿命及び空隙を制御及び維持するために、軸受間隙（−０．１〜０．２ｍｍ）を制御することができる。
【００１３】
冷却システムを、グリース及びオイルにより潤滑される軸受のために使用することもできる。
【００１４】
直接駆動風車のヒートシンクは、水のような冷却媒体のための冷却貯蔵部を有してよい。これにより、既にナセルに取り付けられた水冷システムを、軸受の内側リングの十分な冷却を提供するために使用することができる。この解決手段は、軸受のための冷却を有さない既存の風車に容易に取り付けることができる。
【００１５】
ヒートシンクは、内側リングの内周面に配置されてよい。内周面は、良好なサイズ及び表面特性により、ヒートシンクのための良好な接触領域を提供する。
【００１６】
ヒートシンクは内側リングと一体に形成されてよい。ヒートシンクの少なくとも一部分は、内側リング内に配置されていてよく、これは、内側リングからヒートシンクへの伝熱を高めることができる。ヒートシンクは、一体に形成された部分と、内側リングの表面に配置された部分とを有してよい。
【００１７】
冷却システムは、標準的な軸受のための、取付容易な増設ソリューションであることができるか、又は、例えば冷却チャネル又は冷却チャンバが軸受の内側リング及び／又は外側リングに一体化されるように内側又は外側リングの一体化された部分であることができる。
【００１８】
ヒートシンクは、導管を介して熱放散器と接続されていてよい。ヒートシンク、好適には冷却貯蔵部は、発電機等を冷却するために既にナセルに取り付けられた風車の水冷システムに接続されてよい。水冷システムの熱放散器を、軸受を冷却するためにも使用することができる。導管には、軸受の冷却を制御するために、冷却貯蔵部への及び冷却貯蔵部からの冷却媒体の流れを制御するための弁を装備することができる。
【００１９】
他方では、例えば冷却フィン又はペルチエ素子のように内側リングを局所的に冷却するヒートシンクを使用することができる。
【００２０】
加熱エレメントは、電気加熱手段及び／又は高温流体加熱手段を含んでよい。１つ又は２つ以上の加熱手段、例えば電気ワイヤ加熱エレメント又は、例えば液圧ピッチシステムのような液圧流体システムから出発した管、ホース及び／又は通路における高温流体を利用することができる。制御可能な入口弁／出口弁を備えた電気ボイラのような水ヒータを備えた水加熱システムを利用することもできる。
【００２１】
加熱エレメントは、外側リング、ロータヨーク及び／又はブレードハブに配置されてよい。加熱エレメントは、外側リングと熱を伝え合う必要がある。したがって、加熱エレメントを、ロータヨーク又はブレードハブのような、外側リングと熱を伝え合う部材に取り付けることができる。加熱エレメントを、前記構造体のうちの１つにおいて一箇所に、又は１つ又は２つ以上の構造体において様々な箇所に配置することができる。
【００２２】
加熱エレメントは外側リングと一体に形成されてもよい。
【００２３】
熱インターフェース材料は、軸受とヒートシンク及び／又は加熱エレメントとの間に配置されてよい。低い熱抵抗を提供するために、アルミニウムの薄板、温度伝導性ペースト、又はその他の適切な熱インターフェース材料を、リングの表面と、ヒートシンク又は加熱エレメントの表面との間に提供することができる。
【００２４】
熱制御システムは、軸受の温度を制御するために冷却システム及び／又は加熱システムと通信する制御システムを含んでよい。制御装置は、例えばヒートシンクと熱放散器との間の導管に配置された弁を制御することによって内側リングの冷却を制御するために、及び／又は外側リングの加熱を制御するために、使用されてよい。
【００２５】
熱制御システムは、少なくとも１つの温度測定装置を有してよい。温度測定装置は、内側リング及び軸受の正確で確実な温度測定を提供するために、内側リング及び／又は外側リングにおいて、さらには複数の測定箇所において取り付けられてよい。
【００２６】
発電機は、外側ロータ・内側ステータ型発電機であってよい。軸受の内側リングは風車の固定部分に結合されていてよく、軸受の外側リングは風車のロータヨークに結合されていてよい。
【００２７】
冷却システムは、実質的に軸受の内側リングの内径と同じ外径を有する複数の冷却貯蔵部を有してよい。貯蔵部の長さは、内側リングを冷却するように２つ以上の貯蔵部が配置されるように周縁部の一部分のみをカバーしていてよく、これは、既存の装置への冷却システムの取付けを容易にする。
【００２８】
別の態様において、本発明は、内側リング及び外側リングを有する軸受アセンブリに関し、少なくとも１つの冷却貯蔵部が内側リング及び／又は外側リングに配置されており、冷却貯蔵部が、冷却媒体の交換のための少なくとも１つのポートを有する。少なくとも１つの加熱エレメントは、外側リング及び／又は内側リングに配置されている。軸受に直接に冷却貯蔵部及び加熱エレメントを提供することにより、迅速でかつ綿密な温度調節が可能となる。したがって、軸受の信頼性及び寿命が高められる。
【００２９】
複数の冷却貯蔵部が、内側リングの内周に沿って均等に分配されていてよい。この配列は、既に存在する風車への取付けを容易にする。さらに、この配列は、局所的な温度変動を調節することができる。
【００３０】
冷却貯蔵部は、内側リングの内周面に沿って延びていてよく、２つの冷却貯蔵部が並列に配置されていてよい。この配列は、より精密な温度修正を可能にする。例えばホットスポットを排除することができる。
【００３１】
リング又は軸受の温度を測定するために少なくとも１つの温度測定装置が内側リング及び／又は外側リングに配置されていてよい。軸受の良好な温度調節を提供するために、測定値を制御装置に提供することができる。
【００３２】
別の態様において、発明は、軸受の温度を制御するための方法に関する。軸受の温度が測定され、軸受のリングに取り付けられた少なくとも１つの冷却貯蔵部を通る水のような冷却媒体の流れが制御される。軸受のリングと熱を伝え合う加熱エレメントも制御される。この方法を採用することにより、軸受の温度を制御することができ、これにより、軸受の信頼性及び寿命が高められる。
【００３３】
少なくとも１つの冷却貯蔵部が軸受の内側リングに取り付けられてよく、軸受の内側リングの少なくとも１つの箇所において温度が測定されてよい。多くの設計において、内側リングは軸受の最も高温の部分であり、この部分を直接に測定及び冷却することは有利である。
【００３４】
軸受の内側リングと外側リングとの間の間隙は、発電機の寿命及び空隙を制御及び維持するために、例えば−０．１〜０．２ｍｍの範囲に制御されてよい。
【００３５】
軸受の内側リングと外側リングとの間の間隙は、ゼロよりも小さく又はゼロに等しく設定されてよい。例えば軸受又は軸受配列を備えた風車の輸送中、軸受の外側リング及び／又は内側リングの温度は、外側リングと内側リングとの間の間隙が、０．０ｍｍ又は０．０ｍｍ未満、特に−０．１ｍｍ以下、好適には−０．１５〜−０．６ｍｍであるように制御されてよい。これにより、軸受は輸送中にはロックされており、軸受を損傷する恐れがある振動が防止される。
【００３６】
添付の図面は、実施形態のさらなる理解を提供するために提供されている。その他の実施形態及び意図された利点の多くは、以下の詳細な説明を参照することによりさらによく理解されることにより、容易に認められるであろう。図面の要素は必ずしも互いに対して縮尺どおりになっていない。同一の符号は、対応する類似の部分を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る軸受及び熱制御システムを有する風車の中央部分を示す概略図である。
【図２】本発明に係る冷却システムを備えた軸受を示す正面図である。
【図３】本発明に係る冷却システムを備えた軸受を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る加熱システムを有する風車の中央部分を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の詳細な説明において、添付の図面が参照される。添付の図面は、詳細な説明の一部を構成し、発明を実施するための特定の実施形態が例として示されている。これに関して、方向を示す用語、例えば「上」又は「下」等は、説明されている図面の向きに関して用いられる。実施形態の構成部材は、多くの異なる向きで位置決めすることができるので、方向を示す用語は、例示の目的で使用されており、限定的ではない。本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施形態が用いられてもよく、構造的変更又は論理的変更が加えられてもよい。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で捉えるべきではなく、本発明の範囲は、添付の請求項によって規定される。
【００３９】
風車１は、地面に固定されかつ風車１の構造全体を支持するタワー２を有する。タワー２の上部にはタワーコネクタ３が取り付けられている。タワーコネクタ３は、風車１の主軸４を支持している。タワーコネクタ３とは反対側の主軸４の一方の端部には、しばしば主軸受と称呼される軸受５が固定されている。軸受５は、主軸４に固定された内側リング６と、外側リング７とを有する。外側リング７はロータヨーク８に結合されている。ロータヨーク８は、風車１のブレードを支持するブレードハブ９と結合されている。分かりやすくするためにブレードは示されていない。ナセル１０は、主軸４を包囲し、主軸４に取り付けられている。
【００４０】
風車１は直接駆動風車であり、つまり、発電機１１は、直接に、主軸４及びロータヨーク８それぞれに接続されている。伝動装置は用いられていない。発電機１１は、ロータヨーク８に取り付けられた外側ロータ１２と、保持構造１４を介して主軸４に固定された内側ステータ１３とを有する。
【００４１】
外側リング７が取り付けられたロータヨーク８は周囲空気と接している。したがって、外側リング７の冷却は周囲空気によって行われる。しかしながら、内側リング６は風車１の構造の内部に配置されており、冷却は周囲空気によって達成されない。これは、内側リング６と外側リング７との温度差につながる。
【００４２】
主軸４を含んだ軸受５の内側リング６は、外側リング７、ロータヨーク８及びブレードハブ９と比較して、より小さな質量を有する。したがって、内側リング６は、外側リング７よりも急速に加熱される傾向がある。
【００４３】
さらに、ロータ１２からステータアセンブリ１３への電気経路を防止するために内側リング６は通常は主軸４から電気的に絶縁されているが、電気的絶縁は内側リング６と主軸４との間の熱伝導率を減じ、内側リング６のさらなる加熱を生ぜしめる。
【００４４】
風車１には、冷却システム１６及び加熱システム１７を備えた熱制御システム１５が装備されている。
【００４５】
冷却システム１６は、軸受５、特に内側リング６から熱を除去する。冷却システム１６は、内側リング６の内周面に取り付けられた１つ又は２つ以上のヒートシンク又は冷却貯蔵部１８を有する。この場合、複数の冷却貯蔵部１８が内側リング６に取り付けられている。冷却貯蔵部１８の配列の詳細を図２及び図３を参照して説明する。
【００４６】
それぞれの冷却貯蔵部１８は、水のような冷却媒体を冷却貯蔵部１８に循環させるために導管１９と接続されている。冷却媒体は、内側リング６から熱を除去する。導管１９は概略的に示されている。導管１９の実際の経路は、例えば障害物又は急な曲がり角を回避するために、図示された経路とは異なってもよい。また、冷却媒体のための閉ループが好適である。理解を容易にするために、図１は、冷却貯蔵部１８ごとに１つの導管１９を示している。
【００４７】
弁２０は、導管１９を通る冷却媒体の流れを制御する。弁２０は、１つの弁２０が全ての導管１９を通る冷却媒体の流れを制御するように、分岐点２１の前に配置されていてよい。「前」という用語は、ここでは冷却貯蔵部１８に向かう冷却媒体の流れの方向におけるものを意味する。択一的に、それぞれの冷却貯蔵部１８を個々に制御するために、それぞれの導管に１つの弁が用いられてもよい。さらに、両者の組合せも可能である。したがって、それぞれの弁は、冷却貯蔵部１８のグループを制御してよい。
【００４８】
さらに、弁２０の前には、冷却システム１６の中央装置２２が配置されている。中央装置２２は、例えば冷却媒体のためのポンプ及び制御ユニット２３を有する。中央装置２には熱放散器若しくはラジエータ２４が接続されている。熱放散器２４は、冷却媒体の冷却に周囲空気を使用するためにナセル１０の外側に配置されている。熱放散器２４は、最適な熱伝達のためにナセル１０の上部に配置されていてよい。弁２０は、導管１９の別の部分を介して中央装置２２と接続されている。中央装置２２は、導管１９の別の部分を介して熱放散器２４と接続されている。
【００４９】
冷却媒体は、熱放散器２４から、中央装置２２を通り、さらに、冷却媒体の流れを制御する弁２０を通って循環する。分岐点２１において、導管１９は分岐し、冷却媒体は冷却貯蔵部１８へ流れる。冷却貯蔵部１８を流過する間に、冷却媒体は内側リング６から熱を吸収する。冷却媒体は、熱放散器２４へ流れて戻り、そこで冷却される。冷却媒体を熱放散器２４へ送り戻すための１つ又は複数の導管は、分かりやすくするために示されていない。
【００５０】
中央装置２２及び熱放散器２４のような冷却システム１６の一部は、発電機１１のようなその他の装置を冷却するために使用されてよい。冷却システム１６が風車に後付けされるならば、中央装置２２及び熱放散器２４のような既存の部分が、軸受５の冷却のために使用されてもよい。
【００５１】
加熱システム１７は、軸受５の外側リング７と熱を伝え合う１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５を有する。加熱エレメント２５はここでは外側リング７に直接に取り付けられている。１つ又は２つ以上又は全ての加熱エレメント２５をロータヨーク８及び／又はブレードハブ９に取り付けることもできる。加熱システム１７の細部を後で図４に関して説明する。
【００５２】
１つ又は２つ以上の温度測定装置又は温度センサ２６を使用することができる。温度センサ２６を、温度測定のために内側リング６に配置することができる。測定の結果は、中央装置２２、又は弁２０を制御する制御ユニット２３へ送られる。制御は、温度測定に基づくことができる。より小さな制御ループにおいては、温度センサ２６は直接に弁２０を制御する。複数の弁２０及び冷却貯蔵部１８に関連した複数の温度センサ２６の組合せは、より精確な温度制御を可能にする。この場合、内側リング６及び／又は外側リング７を複数の制御ゾーンに分割することができる。それぞれのゾーンには、１つ又は２つ以上の冷却貯蔵部１８、導管又は導管１９の一部、弁２０及び／又は１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５が割り当てられている。
【００５３】
分かりやすくするために、温度センサ２６と、中央装置２２、制御ユニット２３及び／又は弁２０との間の接続は示されていない。
【００５４】
この実施形態は、冷却貯蔵部１８と、水のような冷却媒体を使用する導管１９を用いる。ある意味で局限のヒートシンク及び放散器を使用することもできる。「局限」との用語は、軸受５又は内側リング６の近く又はそれらに直接に配置されたヒートシンク及び放散器を含む。この概念のための実施形態は、例えば、フィン又はペルチエ素子を備えたヒートシンクである。伝熱は、局所的なヒートシンク及び放散器に沿って周囲空気を流れさせる空気対流システムによって補助されてよい。
【００５５】
図２は、内側リング６及び外側リング７を備えた軸受５を示している。それぞれのリング６，７は、軸受５を主軸４及びロータヨーク８のそれぞれに取り付けるためにフランジを有する。
【００５６】
内側リング６の内周面６ａに沿って、３つの冷却貯蔵部１８が配置されている。冷却貯蔵部１８の湾曲した形状は、内周面６ａに合致するように適合されている。冷却貯蔵部１８と内側リング６との高められた熱接触のために、アルミニウム薄板又は熱伝導性ペーストのような熱インターフェース材料を用いることができる。冷却貯蔵部１８は、円周に沿って均等に分配することができるか、又は、例えばスペースの制約を補償するために、図示のように不均等に間隔を置いて配置することができる。１つ又は２つ以上のヒートシンク又は冷却貯蔵部を内側リング６の側面に取り付けることも可能である。ヒートシンクが、取付け装置、例えば内側リング６を主軸４に結合するボルトから自由なままであることに注意しなければならない。
【００５７】
それぞれの冷却貯蔵部１８は、中空の内部空間を有しており、この内部空間を、水又はガスのような冷却媒体が循環することができる。冷却媒体の流入及び流出のために、冷却貯蔵部１８には少なくとも１つのポート（図示せず）が設けられている。２つのポートが使用されてよく、ポートは、冷却貯蔵部１８全体を通って冷却媒体が流れるように、冷却貯蔵部１８の両端部に配置することができる。これは、内側リング６から冷却貯蔵部１８を介して冷却媒体への良好な伝熱を保証する。
【００５８】
それぞれの冷却貯蔵部１８は、それ自体の導管によって熱放散器２４又は分岐点に接続されていてよい。これは、並列の構成である。択一的に、直列の構成も可能であり、この場合、１つの冷却貯蔵部１８の出口ポートが次の冷却貯蔵部１８の入口ポートに接続されている。内面６ａ全体又はそのほとんどを覆う１つの大きな冷却貯蔵部を用いてもよい。
【００５９】
ヒートシンク又は冷却貯蔵部１８を内側リング６の構造に一体化することができる。冷却媒体を内側リング６内に流過させるために、内部の穴若しくは管路を用いることができる。したがって、冷却媒体の循環のための１つ又は２つ以上のポートが、内側リング６に直接に配置されている。一体に形成されたヒートシンクと外部のヒートシンクとの組合せも可能である。例えば、内側リング６の面に溝が一体に形成されていてよく、これらの溝は、冷却貯蔵部を形成するために１つ又は２つ以上の外部ヒートシンクと連通している。
【００６０】
図３は、内側リング６及び外側リング７を備えた軸受５を示している。内側リング６の内周面６ａには、ヒートシンク又は冷却貯蔵部１８が配置されている。この場合、６つの冷却貯蔵部１８が内側リング６に取り付けられている。内側リング６の円周に沿って、２つの並列の冷却貯蔵部１８の３つの対が配置されている。この配列は、内側リング６と、冷却貯蔵部１６の内部の冷却媒体との間の良好な伝熱を可能にする。図２の詳細な説明が、図３に示された軸受４にも当てはまる。
【００６１】
図４は、図１の熱制御システムをより詳細に示している。特に、加熱システム１７が、図示及び説明される。
【００６２】
加熱制御ユニット２７は、中央装置２２又は制御ユニット２３と通信する。加熱制御ユニット２７は電力ユニット２８に接続されており、この電力ユニット２８はさらに、軸受５の外側リング７においてハブ９に取り付けられた１つ又は２つ以上の電気加熱エレメント２５に接続されている。加熱制御ユニット２７は、中央装置２２又は制御ユニット２３の一部であることもできる。
【００６３】
加熱エレメント２５は複数のセグメントに分割されていてもよい。ハブ９と外側リング７との間において外側リング７に環状の加熱エレメント２５が直接に取り付けられていてもよい。電力ユニット２８には、風車、電池及び／又は外部電力ユニットから電力が供給される。電力ユニット２８は、加熱制御ユニット２７によって制御される。
【００６４】
内側リング６及び／又は外側リング７における温度測定装置２６が、制御ユニット２３に接続されていてもよい。分かりやすくするために配線は示されていない。
【００６５】
軸受５の温度を制御する方法によれば、温度は軸受５において測定される。内側リング６はほとんどの場合に軸受５の最も高温の部分となるので、測定を内側リング６において直接に行うことができる。温度測定のための一般的に公知の装置、例えば温度センサ２６を用いることができる。
【００６６】
測定に基づいて、１つ又は２つ以上の冷却貯蔵部１８を通る冷却媒体の流れが制御される。例えば測定された温度が上限値に達すると、冷却媒体の流れを増大するか又は冷却媒体の温度を低下させることができる。これは、より大きな熱の除去につながる。例えば測定された温度が下限値に達すると、冷却媒体の流れを減じるか又は冷却媒体の温度を上昇させることができる。これは、より小さな熱の除去につながる。このスキームは、軸受５又は内側リング６の温度を所定の目標範囲に保つ。目標範囲は、例えばデフォルト設定を用いて風車の型式に適応させることができる。目標範囲を、例えば風速又は周囲温度に応じて実時間で適応させることもできる。目標範囲の代わりに、ある温度の目標点を用いることができる。
【００６７】
冷却貯蔵部１８に達する導管１９に配置された１つ又は２つ以上の弁２０によって冷却媒体の流れを制御することができる。弁２０は、温度測定装置２６によって直接に、又は熱制御システム１５の中央装置２２又は制御ユニット２３によって制御することができる。
【００６８】
さらに、軸受５の外側リング７と熱を伝え合う１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５の温度が制御される。この制御は、中央装置２２、制御ユニット２３及び／又は加熱制御ユニット２７によって達成され、加熱制御ユニット２７は、例えば水ヒータ、弁、電力源等の電力ユニット２８を操作する。電力ユニット２８は、１つ又は２つ以上の加熱エレメント２５を直接に操作する。
【００６９】
内側リング６の冷却と外側リング７の加熱の組合せは、軸受間隙又は空隙の良好な制御を可能にする。
【００７０】
制御ユニット２３は、冷却システム１６及び加熱システム１７を同時に又は一回の操作で作動させることができる。この決定は、例えば、周囲温度、軸受５の全体の温度、内側リングと外側リングとの温度差等に依存することができる。
【００７１】
軸受５又は風車１の輸送の場合、軸受５の内側リング６と外側リング７との間の間隙をゼロよりも小さく又はゼロに等しく設定することができる。特に、冷却／加熱システムは、軸受の偽ブリネリングを防止するために輸送中に強くプレテンションをかけられ、これにより小さな振幅の振動を最小限に抑えるように制御されてよい。偽ブリネリングは、ブリネル窪みに似た、転がり部材と軌道との間の接触箇所において振動及び揺動によって生ぜしめられる摩耗による、中空の箇所の発生である。軸受の偽ブリネリングは、輸送中に、軸受が、軸受の内側リングと外側リングとの間の振動が防止されるように十分にプレテンションをかけられていないと生じる恐れがある。輸送中には、冷却媒体がヒータを通って循環させられてよく、この場合、冷却システムは加熱システムとして機能し、軸受の内側リングと外側リングとの間の間隙が０．０ｍｍ未満、特に−０．１ｍｍ以下、好適には−０．１５〜−０．６ｍｍであるような軸受の強いプレテンションを保証する。
【符号の説明】
【００７２】
１ 風車、 ２ タワー、 ３ タワーコネクタ、 ４ 主軸、 ５ 軸受、 ６ 内側リング、 ７ 外側リング、 ８ ロータヨーク、 ９ ブレードハブ、 １０ ナセル、 １１ 発電機、 １２ 外側ロータ、 １３ 内側ステータ、 １４ 保持構造、 １５ 熱制御システム、 １６ 冷却システム、 １７ 加熱システム、 １８ 冷却貯蔵部、 １９ 導管、 ２０ 弁、 ２１ 弁、 ２２ 中央装置、 ２３ 制御ユニット、 ２４ 熱放散器、 ２５ 加熱エレメント、 ２６ 温度センサ、 ２７ 加熱制御ユニット、 ２８ 電力ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１２）及びステータ（１３）を備える発電機（１１）と、ロータ（１２）とステータ（１３）とを回転可能に結合する、内側リング（６）及び外側リング（７）を備える軸受（５）とを有する、熱制御システムを備えた直接駆動風車において、
熱制御システム（１５）が、冷却システム（１６）及び加熱システム（１７）を有し、冷却システム（１６）が、軸受（５）の内側リング（６）と熱を伝え合う少なくとも１つのヒートシンク（１８）と、該ヒートシンク（１８）と熱を伝え合う熱放散器（２４）とを有し、加熱システム（１７）が、軸受（５）の外側リング（７）と熱を伝え合う少なくとも１つの加熱エレメント（２５）を有することを特徴とする、熱制御システムを備えた直接駆動風車。
【請求項２】
ヒートシンク（１８）が、媒体を冷却するための冷却貯蔵部を含む、請求項１記載の直接駆動風車。
【請求項３】
ヒートシンク（１８）が、内側リング（６）の内周面（６ａ）に配置されている、請求項１又は２記載の直接駆動風車。
【請求項４】
ヒートシンク（１８）が、内側リング（６）と一体に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項５】
加熱エレメント（２５）が、電気加熱手段及び／又は高温流体加熱手段を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項６】
加熱エレメント（２５）が、外側リング（７）、ロータヨーク（８）及び／又はブレードハブ（９）に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項７】
加熱エレメント（２５）が、外側リング（７）と一体に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項８】
熱制御システム（１５）が、軸受（５）の温度を制御するために、冷却システム（１６）及び／又は加熱システム（１７）と通信する制御装置（２２，２７）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項９】
熱制御システム（１５）が、少なくとも１つの温度測定装置（２６）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項１０】
内側リング（６）及び外側リング（７）を有する軸受アセンブリにおいて、少なくとも１つの冷却貯蔵部（１８）が、内側リング（６）及び／又は外側リング（７）に配置されており、前記冷却貯蔵部（１８）が、冷却媒体の交換のための少なくとも１つのポートを有し、少なくとも１つの加熱エレメント（２５）が外側リング（７）及び／又は内側リング（６）に配置されていることを特徴とする、軸受アセンブリ。
【請求項１１】
前記冷却貯蔵部（１８）が、内側リング（６）の内周面（６ａ）に沿って延びており、２つの冷却貯蔵部（１８）が並列に配置されている、請求項１０記載の軸受アセンブリ。
【請求項１２】
少なくとも１つの温度測定装置（２６）が、内側リング（６）及び／又は外側リング（７）に配置されている、請求項１０又は１１記載の軸受アセンブリ。
【請求項１３】
内側リング（６）及び外側リング（７）を備える軸受（５）の温度を制御する方法において、
軸受（５）の温度を測定するステップと、
軸受（５）のリング（６，７）に取り付けられた少なくとも１つの冷却貯蔵部（１８）を通る冷却媒体の流れを制御するステップと、
軸受（５）のリング（７，６）と熱を伝え合う加熱エレメント（２５）を制御するステップとを有することを特徴とする、軸受（５）の温度を制御する方法。
【請求項１４】
軸受（５）の内側リング（６）と外側リング（７）との間の間隙を制御する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
軸受（５）の内側リング（６）と外側リング（７）との間の間隙が、ゼロよりも小さくか又はゼロと等しくなるように設定される、請求項１３又は１４記載の方法。
【請求項１】
ロータ（１２）及びステータ（１３）を備える発電機（１１）と、ロータ（１２）とステータ（１３）とを回転可能に結合する、内側リング（６）及び外側リング（７）を備える軸受（５）とを有する、熱制御システムを備えた直接駆動風車において、
熱制御システム（１５）が、冷却システム（１６）及び加熱システム（１７）を有し、冷却システム（１６）が、軸受（５）の内側リング（６）と熱を伝え合う少なくとも１つのヒートシンク（１８）と、該ヒートシンク（１８）と熱を伝え合う熱放散器（２４）とを有し、加熱システム（１７）が、軸受（５）の外側リング（７）と熱を伝え合う少なくとも１つの加熱エレメント（２５）を有することを特徴とする、熱制御システムを備えた直接駆動風車。
【請求項２】
ヒートシンク（１８）が、媒体を冷却するための冷却貯蔵部を含む、請求項１記載の直接駆動風車。
【請求項３】
ヒートシンク（１８）が、内側リング（６）の内周面（６ａ）に配置されている、請求項１又は２記載の直接駆動風車。
【請求項４】
ヒートシンク（１８）が、内側リング（６）と一体に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項５】
加熱エレメント（２５）が、電気加熱手段及び／又は高温流体加熱手段を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項６】
加熱エレメント（２５）が、外側リング（７）、ロータヨーク（８）及び／又はブレードハブ（９）に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項７】
加熱エレメント（２５）が、外側リング（７）と一体に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項８】
熱制御システム（１５）が、軸受（５）の温度を制御するために、冷却システム（１６）及び／又は加熱システム（１７）と通信する制御装置（２２，２７）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項９】
熱制御システム（１５）が、少なくとも１つの温度測定装置（２６）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の直接駆動風車。
【請求項１０】
内側リング（６）及び外側リング（７）を有する軸受アセンブリにおいて、少なくとも１つの冷却貯蔵部（１８）が、内側リング（６）及び／又は外側リング（７）に配置されており、前記冷却貯蔵部（１８）が、冷却媒体の交換のための少なくとも１つのポートを有し、少なくとも１つの加熱エレメント（２５）が外側リング（７）及び／又は内側リング（６）に配置されていることを特徴とする、軸受アセンブリ。
【請求項１１】
前記冷却貯蔵部（１８）が、内側リング（６）の内周面（６ａ）に沿って延びており、２つの冷却貯蔵部（１８）が並列に配置されている、請求項１０記載の軸受アセンブリ。
【請求項１２】
少なくとも１つの温度測定装置（２６）が、内側リング（６）及び／又は外側リング（７）に配置されている、請求項１０又は１１記載の軸受アセンブリ。
【請求項１３】
内側リング（６）及び外側リング（７）を備える軸受（５）の温度を制御する方法において、
軸受（５）の温度を測定するステップと、
軸受（５）のリング（６，７）に取り付けられた少なくとも１つの冷却貯蔵部（１８）を通る冷却媒体の流れを制御するステップと、
軸受（５）のリング（７，６）と熱を伝え合う加熱エレメント（２５）を制御するステップとを有することを特徴とする、軸受（５）の温度を制御する方法。
【請求項１４】
軸受（５）の内側リング（６）と外側リング（７）との間の間隙を制御する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
軸受（５）の内側リング（６）と外側リング（７）との間の間隙が、ゼロよりも小さくか又はゼロと等しくなるように設定される、請求項１３又は１４記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３３５７６（Ｐ２０１２−２３３５７６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１０１６１２（Ｐ２０１２−１０１６１２）
【出願日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０１６１２（Ｐ２０１２−１０１６１２）
【出願日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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