2023年举行的COP28（联合国气候变化框架公约第二十八次缔约方大会）发表的协议文件，明确提出到2030年全世界可再生能源至少导入11000GW发电量。此外，根据GWEC（全球风能协会）的报告，预计在2027年前，风力发电设备的发电量将以每年15%的速度增长。

为了今后进一步扩大风力发电设备的导入，降低发电成本LCOE（平准化度电成本）十分重要。为了增加风况稳定的海上风力发电设备，降低建设费用，出现了导入大型风力发电设备的趋势。此外，为提高风力发电设备的运转率和降低风力发电设备的维护成本，对提高风力发电设备可靠性的要求比过去更为迫切。本文，对风力发电设备用轴承和风力发电设备技术作简要介绍。

图1是风力发电设备结构、传动齿轮系和主轴承形式。风力发电设备的轴承主要用于转动轴（主轴）支撑部件、增速机、发电机、安装叶片的间距旋转部件、塔顶偏航旋转部位电机和减速机。在承受变动的风力负荷条件下，这些轴承的设计寿命是20年（海上风力发电设备的轴承设计寿命是25年）。风力发电设备轴承的更换十分困难，需要花费大量的更换费用。因此要求风力发电设备轴承具有可运转20年的高可靠性。

如图1（b）所示，传动齿轮系分为使用增速机的增速式传动齿轮系和不使用增速机的直结式传动齿轮系两大类别。传动齿轮系的主轴承是支撑将转子驱动力传递给发电机的主轴的最重要部件，传动齿轮系的结构不同，使用的主轴承的形式也不同。

最近的陆上风力发电设备的主轴承的主流形式是自动调心滚柱轴承+高速增速机（形式①）。形式①利用增速机以100倍的增速比，增大主轴转速，所以可使用小型发电机发电。自动调心滚柱轴承具有调心性，允许有一定的安装误差，所以，轴承周边结构简单。

海上风力发电设备主轴承的形式多是使用中速增速机的形式②，或主轴承配置在转子内的直结式传动齿轮系形式⑥。无增速机的形式⑥减少了部件数量，提高了传动齿轮系的可靠性。但是，由于是进行低转速发电，所以需要增多发电极数，使用大型发电机。因此，最近主轴承多采用介于形式①和形式⑥之间的形式②。形式②在增速机内没有高转速轴，保证了主轴承的高可靠性，并且抑制了发电机的大型化。这些海上风力发电设备的主轴承都采用了单列圆锥滚柱轴承背面组合。这种配置可增大力矩负荷作用点的距离，使轴承实现小型轻量化。

如前所述，近年来，风力发电设备制造企业加速了大型海上风力发电设备的开发。现在开始进行额定功率大于20MW的超大型海上风力发电设备的开发。这种大型机型已经有使用外径大于Φ3m主轴承的情况。这种主轴承在开发、设计和制造时，要解决以下的课题。

开发设计：为了反映风力发电设备的实际使用状态，使用考虑周边结构变形的FEM解析，进行设计。

材料：风力发电设备主轴一般由钢锭制造。随着轴承大型化，钢锭也向大型化发展。为了生产洁净化钢材，对钢的化学成分规定更加严格，对非金属夹杂物和偏析的规定也更加严格。

锻造：过度升温会引起过热，所以要对锻造温度的设定进行精确控制。

热处理：随着轴承大型化、厚度增加，要采用淬透性优良的轴承材料和使用冷却性良好的淬火设备。此外，由于轴承体积超过现有热处理炉的处理范围，采用高频淬火处理的情况增多。因此要使用不产生软点的无缝高频淬火。

无损检查：为检出轴承内部缺陷和表面缺陷，对轴承进行各种无损查。有的用户对检查项目和缺陷尺寸提出要求。

全程跟踪：对材料制造-轴承制造-轴承交货的全过程进行跟踪管理。

5.1主轴用左右列非对称自动调心滚柱轴承

风力发电设备主轴受到转子和叶片的自重方向的径向负荷和风力负荷产生的轴向负荷。接受风力的转子设置在风上侧的高风型风力发电设备的距叶片远的后列，受到比接近叶片的前列更大的负荷作用（图2（a））。针对这种负荷特点，开发出左右轨道列辊动长度和接触角不同的左右列非对称自动调心滚柱轴承，并实现商业化（图2（b））。

左右列非对称自动调心滚柱轴承的计算寿命约为同尺寸传统轴承计算寿命的2.5倍，提高了主轴承的可靠性。此外，可使主轴承内径约缩小10%，重量约下降30%，使风力发电设备实现紧凑化、轻量化和低成本化。

5.2主轴用DLC镀层自动调心滚柱轴承

自动调心滚柱轴承的滚柱为樽形形状。滚柱滚动面与轨道面接触部位，因转动速度差，发生差动滑移。此外，主轴的转速随风况变化，容易使主轴承的转动状态发生变化。在润滑不足（油膜破裂）的情况下，由于金属接触，在PV值高的部位发生轨道面磨耗，并且磨耗发展为二山形状（PV=接触应力P×滑移速度V）。结果是，在未发生磨耗的纯滚动部位发生应力集中，引起轨道面产生剥落和裂纹。虽然，自动调心滚柱轴承的内轮轨道面全周受到均等负荷，但由于外轮固定在轴承架，所以，负荷区域集中在特定范围。在负荷反复作用下，容易发生损伤。为此，采取抑制油膜破裂，防止轨道面磨损的措施，对滚柱滚动面进行DLC镀层，开发出主轴用DLC镀层自动调心滚柱轴承。

为了检证DLC镀层的效果，对实机尺寸轴承的标准件外轮轨道和DLC镀层品的外轮轨道进行20h的剥落评价试验。标准件发生了剥落，而DLC镀层品未发生剥落，并且磨耗量很小，仅为2μm。

风力发电设备增速机是使转子的主轴转动加快，并将转动传递到发电机的装置。风力发电设备一般使用具有行星齿轮机构的增速机。海上风力发电设备等大型机种的增速机多使用增速比小于50的中速型增速机。此外，为使风力发电设备紧凑化，与发电机一体化的增速机用例不断增多。增速机中使用了约10种尺寸不同的圆筒滚柱轴承、圆锥滚柱轴承、四点接触滚珠轴承。

随着风力发电设备的大型化，增速机的输入转矩增大，因此，行星齿轮个数增多。此外，为了缩小行星部位的径向尺寸使增速机轻量化，使用了行星齿轮内部轴承无外轮，将行星齿轮内径面作为轨道面的行星齿轮一体型的轴承。

为防止增速机轴承发生轻负荷时滚动体与轨道面滑移引起的表面损伤和氢脆性剥落，对增速机轴承内外轮进行发黑处理。发黑处理提高油膜形成能力，可防止金属间的接触。对普通轴承和发黑处理轴承进行抗污斑试验的结果表明，发黑处理轴承的抗污斑性是普通轴承的2倍以上。

此外，出现了用滑动轴承取代滚动轴承，使行星齿轮紧凑，并提高行星齿轮可靠性的应用案例。

额定功率4MW级以下的小型发电机的转子两侧用深槽滚珠轴承支撑。大型风力发电设备的中速发电机负荷较大，使用负荷容量大的圆锥滚柱轴承。发电机轴承，因电流流经轴承内，而发生电蚀问题。其对策是使用绝缘轴承。该轴承的外轮外径和侧面进行了特殊陶瓷喷镀处理（图3），不仅可用于风力发电设备，而且可扩大用于铁路车辆的主电动机和通用电机。

在实现碳中和的背景下，今后，风力发电设备将进一步扩大。风力发电设备制造厂正在进行大型风力发电设备和海上风力发电设备的开发。为此，要求轴承能够应对风力发电设备大型化的需求，并进一步提高轴承的可靠性，为实现脱碳社会做贡献。