CN103206347A - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电装置，其降低由通过风车叶片受风而产生的转矩的变动引起的对构成要件的机械负载。本发明的风力发电装置用发电机（20）将通过风车叶片（5）受风而产生的转矩转换成电力。风力发电装置具备：动力传递系统，其从风车叶片（5）到发电机（20）；第1减轻机构，其减轻施加于动力传递系统的转矩变动中由于风切变而产生的转矩变动；及第2减轻机构，其减轻施加于动力传递系统的转矩变动中非由风切变而引起的转矩变动。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力的风力发电装置。

背景技术

受到近年来的环境意识的提高，对于亲环境的绿色能源的需求也在高涨。作为代表这种绿色能源的能源之一有风力发电。风力发电中将风力转换成转矩，并使用该转矩来进行发电，因此对环境的负载较少（例如参考专利文献1）。

风力发电装置通常设置于自然环境下，基本上将不规则的风能作为动力进行运转，因此风力发电装置的构成要件上施加有较大变动的转矩。这种转矩的变动可能缩短风力发电装置的构成要件的寿命。

因此一直以来，例如通过改变风车叶片的角度的浆距控制来实现冲击的减轻。

专利文献1：日本特表2008-546948号公报

然而，浆距控制在移动风车叶片的速度上有限制，很难减轻通过风车叶片受风而产生的转矩的变动（例如，由急剧的风速变化引起的转矩变动、或由风车叶片的旋转引起的空气动力性转矩变动）。

发明内容

本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种能够降低由通过风车叶片受风而产生的转矩变动引起的对构成要件的机械负载的风力发电装置。

本发明的一形态涉及风力发电装置。该风力发电装置是用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力的风力发电装置，其具备：动力传递系统，其从风车叶片至发电机；第1减轻机构，其减轻施加于动力传递系统的转矩变动中由风切变而产生的转矩变动；及第2减轻机构，其减轻施加于动力传递系统的转矩变动中非由风切变引起的转矩变动。

根据该形态，能够减轻基于风切变而发生的转矩变动及非起因于风切变的转矩变动。

本发明的另一形态涉及风力发电装置。该风力发电装置是用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力的风力发电装置，其具备：增速器，其设置于从风车叶片向发电机的转矩传递路径上；及支承部件，其支承增速器。支承部件的刚性设定成，从风车叶片至发电机的动力传递系统的固有振动频率偏离风车叶片的转速与风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及风车叶片的转速。

根据该形态，能够减轻与转速对应的转矩变动。

本发明的另一其他形态涉及风力发电装置。该风力发电装置具备：发电机，其将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力；及支承部件，其支承所述发电机，所述支承部件的刚性设定成，从所述风车叶片至所述发电机的动力传递系统的固有振动频率偏离所述风车叶片的转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及所述风车叶片的转速。

本发明的另一其他形态涉及风力发电装置。该风力发电装置是用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力的风力发电装置，其具备：增速器，其设置于从风车叶片向发电机的转矩传递路径上，转矩以输入轴旋转的形式输入于该增速器；驱动器，其能够控制增速器的姿势；及控制部，其根据与通过风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息，控制驱动器使增速器沿着输入轴的旋转方向倾斜。

根据该形态，能够减轻作用于增速器的构成要件的转矩的变动。

本发明的另一其他形态涉及风力发电装置。该风力发电装置具备：发电机，其将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力，转矩以输入轴旋转的形式输入于该发电机；驱动器，其能够控制所述发电机的姿势；及控制部，其根据与通过所述风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息来控制所述驱动器，以使所述发电机沿着所述输入轴的旋转方向倾斜。

另外，以上要件的任意组合或者将本发明的要件或表达在装置、方法、系统等之间相互替换的形态也作为本发明的形态是有效的。

发明效果

根据本发明，能够减轻由通过风车叶片受风而产生的转矩的变动引起的对风力发电装置的构成要件的机械负载。

附图说明

图1是第1实施方式所涉及的风力发电装置的侧视图。

图2（a）、（b）是表示通过风车叶片受风而产生的转矩的变动的图。

图3是表示第1实施方式所涉及的风力发电装置的短舱的内部的示意图。

图4是第1实施方式所涉及的风力发电装置的增速器的主视图。

图5是图4所示的增速器的右侧的支承机构的立体图。

图6是图4所示的增速器的右侧的支承机构的侧视图。

图7是表示图4的控制部的功能及结构的块图。

图8（a）、（b）是第1实施方式所涉及的风力发电装置的增速器的示意主视图。

图9是通过模拟实验求出的表示动力传递系统的固有振动频率与转矩臂的刚性的关系的曲线图。

图10是关于风力发电装置中的转矩的例示性的坎贝尔线图。

图11是第2实施方式所涉及的风力发电装置的增速器的左侧的支承机构的剖视图。

图12是图11的A-A线的剖视图。

图13是第3变形例所涉及的风力发电装置的增速器的左侧的支承机构的剖视图。

图中：1-风力发电装置，2-支柱，3-短舱，4-旋翼头，5-风车叶片，6-基底，10-增速器，12-输入轴，20-发电机，100-支承机构，102-第1衬套，104-第1驱动器，106-第2衬套，108-第2驱动器，110-第1臂，112-第2臂，114-控制部。

具体实施方式

以下，对各附图中所示的相同或等同的构成要件、部件附加相同的符号，并适当省略重复说明。并且，为了便于理解，将各附图中的部件的尺寸适当地放大、缩小而表示。另外，在对各附图中的实施方式进行说明时，对不重要的一部分部件省略表示。

（第1实施方式）

图1是第1实施方式所涉及的风力发电装置1的侧视图。风力发电装置1具备立设于基底6上的支柱2、设置于支柱2的上端的短舱3及相对该短舱3旋转自如地组装的旋翼头4。旋翼头4上安装有多片（例如3片）风车叶片（也称为风车翼）5。风力发电装置1是所谓的恒速运行风车，构成为风车叶片5的转速达到预定的额定转速后，风车叶片5以该额定转速旋转。

图2（a）、（b）是表示通过风车叶片5受风而产生的转矩的变动的图。图2（a）是转矩的频谱，图2（b）是转矩的时序数据。本发明人通过分析图2（a）、（b）所代表的转矩数据，想到应减轻的转矩的变动大致有以下2种。

（1）由风车叶片5的旋转引起的转矩变动

该转矩变动大多是稳定的即频率大致恒定的。例如图2（a）的频谱中，可在与风车叶片5的额定转速对应的1次成分30、3次成分32、6次成分34看到峰值。1次成分30将额定转速作为大致中心。3次成分32将额定转速与片数（=3）之积作为大致中心，6次成分34将额定转速与片数（=3）之积的2倍作为大致中心。另外，在2次成分或4次成分看不到峰值，这可理解为是由于风车叶片5大致对称3次（即，使其旋转120度则与其自身重叠）。

本发明人发现了风车叶片5的转速与转矩变动的以下关系。将风车叶片5的转速设为N、风车叶片的叶片片数设为n、P设为自然数时，在转矩的频谱中，有在N及nNP出现峰值的倾向。这种峰值是因风切变而产生的。即，因在风力发电装置1的受风面上风速不均匀而导致转矩发生变动，这种转矩的变动表现为N及nNP处的峰值。

若转矩变动与系统固有振动频率重叠，则有发生共振而使对风力发电装置1的构成要件的机械负载进一步提高的可能性。

（2）由阵风等引起的突发性转矩变动

例如在图2（b）的时序数据中，除了与上述的1次成分30或3次成分32或者6次成分34对应的细微的转矩变动之外，还可看到更长的时间跨度（TimeSpan）的转矩变动。尤其在图2（b）中以虚线包围的部分36、38、40中，在约10秒起至约20秒左右的上升时间内转矩增加。

本实施方式所涉及的风力发电装置1中，为了有效地降低由上述2种转矩变动引起的对增速器的构成要件的机械负载而采用以下3种途径。

（甲）将驱动器导入于支撑增速器的转矩臂，对应转矩而主动地控制驱动器。根据该途径，可降低由主要通过阵风等而产生的突发性转矩变动引起的机械负载。

（乙）导入稳定变动用及突发变动用这2种转矩变动减轻机构。根据该途径，基于应减轻的转矩的变动有上述2种的本发明人的认知，能够更精确地进行转矩变动减轻控制。是一种必要时进行必要控制的构思。

（丙）在转矩臂与短舱3之间设置弹性体来减轻由风车叶片5的旋转引起的转矩变动其本身。同时，以风车叶片5的旋转与从风车叶片5到发电机的动力传递系统不产生共振的方式确定弹性体的刚性。弹性体的刚性设定成偏离动力传递系统的固有振动频率

（A）风车叶片5的转速（N）、及

（B）风车叶片5的转速与风车叶片5的叶片片数之积的自然数倍（nNP）。

更具体地，在转矩的频谱中，以固有振动频率不进入如下范围的方式决定弹性体的刚性，即以额定转速为大致中心的峰值所对应的频率范围及以额定转速和叶片片数之积的自然数倍为大致中心的峰值所对应的频率范围。与峰值对应的频率范围可以为峰值的半峰全宽（full width at half maximum，FWHM）。

图2（a）的例子中，如下决定弹性体的刚性：动力传递系统的固有振动频率成为与1次成分30对应的频率范围的下限以下；或者，动力传递系统的固有振动频率42成为与1次成分30对应的频率范围的上限和与3次成分32对应的频率范围的下限之间；或者，动力传递系统的固有振动频率44成为与3次成分32对应的频率范围的上限和与6次成分34对应的频率范围的下限之间。根据该途径，可降低主要由通过风车叶片5的旋转引起的稳定的转矩变动所导致的机械负载。

图3是表示短舱3的内部的示意图。风力发电装置1用发电机20将通过风车叶片5受风7而产生的转矩Qf转换成电力。增速器10包含于动力传递系统，设置于从风车叶片5向发电机20的转矩传递路径上。旋翼头4与增速器10通过输入轴12机械连接，输入转矩Qin（=转矩Qf）以输入轴12的旋转形式输入于增速器10。

增速器10与发电机20通过输出轴14机械连接。增速器10使输出轴14以低于经输入轴12输入的输入转矩Qin的输出转矩Qout及高于输入轴12的转速的转速旋转。

发电机20利用输出轴14的旋转进行发电。

输入转矩Qin与输出转矩Qout的差量（Qin-Qout）产生欲使增速器10的主体围绕输入轴12旋转的主体转矩Qb。因此，风力发电装置1具有相对于短舱3机械支承增速器10的支承机构100，该支承机构100将克服主体转矩Qb的即来自短舱3的反作用力传递至增速器10。

支承机构100包括：从输入轴12侧观察增速器10时分别安装于增速器10的左右的第1臂110及第2臂112；串联设置于第1臂110与短舱3之间的第1衬套102及第1驱动器104；及串联设置于第2臂112与短舱3之间的第2衬套106及第2驱动器108。

第1衬套102及第2衬套106构成减轻施加于动力传递系统的转矩变动中基于风切变而产生的转矩变动的减轻机构。第1衬套102、第2衬套106均为了吸收冲击而由橡胶等刚性比较低的材料形成。如上述，衬套的刚性设定成动力传递系统的固有振动频率偏离额定转速与叶片片数之积的自然数倍及额定转速。

第1驱动器104及第2驱动器108构成减轻施加于动力传递系统的转矩变动中非由风切变导致的转矩变动的减轻机构。第1驱动器104及第2驱动器108构成为能够协同作用来控制增速器10相对于输入轴12的姿势。

设置于风力发电装置1的控制部114基于与转矩Qf的大小相关的信息，控制第1驱动器104、第2驱动器108，使增速器10随着输入轴12的旋转方向倾斜。第1驱动器104、第2驱动器108均可以为液压缸、气缸等直线驱动器。

图4是增速器10的主视图。图5是图4所示的增速器10的右侧的支承机构的立体图。图6是图4所示的增速器10的右侧的支承机构的侧视图。

第1加速度计120安装于第1臂110，第2加速度计122安装于第2臂112。第1加速度计120、第2加速度计122分别测定第1臂110、第2臂112的加速度。用这些加速度计测定的加速度若除去来自第1驱动器104或第2驱动器108的提供量，则成为反映测定时的转矩Qf的大小的值。即，基本上若转矩Qf增大则测定出的加速度也增大，若转矩Qf减小则测定出的加速度也减小。

对于增速器10的右侧的支承机构，第1臂110的一端安装于增速器10主体，另一端设置有沿着沿输入轴12的方向（以下，称为主轴方向）隔开的2个矩形环部110a、110b。2个矩形环部110a、110b各自的底边部分110aa、110ba插穿作为矩形环状部件的第1衬套保持部116的内周面116a侧。

在第1衬套保持部116的内周面116a侧，各底边部分110aa、110ba被上下2个第1衬套102夹住。2个第1衬套102安装于第1衬套保持部116的内周面116a。第1衬套保持部116保持总计4个第1衬套102。对于增速器10的左侧的支承机构也相同地设置保持总计4个第2衬套106的第2衬套保持部118。

第1驱动器104及第2驱动器108配置成相对于输入轴12实际对称。第1驱动器104及第2驱动器108通过控制部114的控制，结果向相互反方向驱动。即，当第1驱动器104使第1衬套保持部116铅垂向上移动时，第2驱动器108使第2衬套保持部118铅垂向下移动。此时，增速器10从正面观察时，以输入轴12为中心向逆时针方向倾斜。

增速器10究竟围绕哪个方向倾斜这取决于输入轴12的旋转方向。即，输入轴12从正面观察时向顺时针方向（逆时针方向）旋转时，第1驱动器104及第2驱动器108使增速器10向顺时针方向（逆时针方向）倾斜。

参考图5及图6，第1驱动器104包括第1前方驱动器104a与第1后方驱动器104b，在沿主轴方向隔开的2个部位支承第1衬套保持部116。第1前方驱动器104a在增速器10的正面侧相对于短舱3支承第1衬套保持部116，第1后方驱动器104b在增速器10的背面侧相对于短舱3支承第1衬套保持部116。若将第1衬套保持部及第1衬套看作第1臂的一部分，则可以说第1臂的另一端安装于第1驱动器104，第1驱动器104在沿着输入轴12隔开的2个部位支承第1臂。第2驱动器108也具有相同的结构。

图7是表示控制部114的功能及结构的块图。这里示出的各块，硬件方面，能够用以微型计算机或计算机的CPU（central processing unit）为代表的元件或机械装置来实现，软件方面，能够通过计算机程序等来实现，但在此，描绘出通过它们的联合来实现的功能块。因此，这些功能块能够通过硬件、软件的组合以各种形式实现，这对接触本说明书的本领域技术人员来讲是可以理解的。

控制部114包括测定结果获取部130、风速获取部132、模式选择部134及倾斜驱动部136。

测定结果获取部130从第1加速度计120及第2加速度计122获取加速度的测定结果。

风速获取部132获取通过以网状配置于风力发电装置1的周围的风速计测定的风速。

基于通过测定结果获取部130获取的加速度的测定结果及通过风速获取部132获取的风速中的至少一个，模式选择部134选择第1驱动器104及第2驱动器108的控制模式。控制模式包括对应转矩Qf的突发性增加的突发转矩用控制模式和稳定运行时的稳定转矩用控制模式。

尤其，模式选择部134从测定出的加速度除去基于第1驱动器104或第2驱动器108的提供量。模式选择部134将如此处理的加速度的大小与预定的加速度阈值进行比较。模式选择部134在前者大于后者时选择突发转矩用控制模式，在并非如此时选择稳定转矩用控制模式。进行该比较时，模式选择部134可以进行基于测定出的风速的校正。加速度阈值与转矩Qf的转矩阈值Qth对应，除去基于驱动器的提供量后的加速度大小大于加速度阈值的情况与转矩Qf的大小超过转矩阈值Qth的情况对应。

当在模式选择部134中选择突发转矩用控制模式时，倾斜驱动部136由通过第1加速度计120及第2加速度计122测定出的加速度方向指定输入轴12的旋转方向。倾斜驱动部136以使其沿特定的旋转方向（“使增速器10向与输入轴12的旋转方向相同的方向倾斜”，或者也可以换句话说成“向转矩降低的方向”）的方式来确定第1驱动器104、第2驱动器108各自的驱动方向。例如，当特定的输入轴12的旋转方向从增速器10的正面观察时为顺时针方向（逆时针方向）时，将第1驱动器104的驱动方向确定为铅垂向下（铅垂向上），将第2驱动器108的驱动方向确定为铅垂向上（铅垂向下）。倾斜驱动部136向已确定的方向以预定的速度驱动各驱动器。第1驱动器104的驱动速度设定成与第2驱动器108的驱动速度相同。

另外，风车叶片5的旋转方向已确定时，倾斜驱动部136无需每次都指定旋转方向。此时，倾斜驱动部136可以确定第1驱动器104、第2驱动器108各自的驱动方向，以使倾斜驱动部136沿如上确定的旋转方向。

各驱动器中基于伸缩量的界限值设定有伸缩量的上限值。若第1驱动器104的伸缩量及第2驱动器108的伸缩量中的至少一方达到对应的上限值，则倾斜驱动部136将第1驱动器104及第2驱动器108控制成维持这时的伸缩量。

当在模式选择部134中选择稳定转矩用控制模式时，倾斜驱动部136不控制第1驱动器104及第2驱动器108。即，倾斜驱动部136将第1驱动器104及第2驱动器108设为无控制状态。在该无控制状态下，第1驱动器104及第2驱动器108对于以输入轴12为中心的增速器10主体的旋转具有缓冲作用。例如，液压缸或气缸在未被控制的状态下对于外力弹性响应。第1驱动器104及第2驱动器108可利用这种缸的弹性来实现缓冲作用。

并且，设为若从突发转矩用控制模式切换成稳定转矩用控制模式，则第1驱动器104及第2驱动器108欲回到平衡位置即伸缩量为零的位置。

对于如上构成的风力发电装置1的动作进行说明。

图8（a）、（b）是增速器10的示意主视图。图8（a）表示稳定转矩用控制模式即转矩Qf＜转矩阈值Qth时的增速器10的状态，图8（b）表示突发转矩用控制模式即转矩Qf≥转矩阈值Qth时的增速器10的状态。

在稳定转矩用控制模式下，第1驱动器104及第2驱动器108分别处于无控制状态（固定为无法移动的状态），并在平衡位置支承第1臂110及第2臂112。通过第1驱动器104及第2驱动器108的缓冲作用，主体转矩Qb的变动得到缓和。换言之，无控制状态的第1驱动器104及第2驱动器108作为对于主体转矩Qb的低通滤波器发生作用。

在突发转矩用控制模式下，驱动第1驱动器104及第2驱动器108使增速器10随着输入轴12的旋转方向倾斜。图8（b）的例子中，输入轴12向顺时针方向旋转，因此第1驱动器104以预定的速度收缩，第2驱动器108以相同的速度伸长。其结果，增速器10以输入轴12为中心向顺时针方向倾斜。

根据本实施方式所涉及的风力发电装置1，若转矩Qf变大，则增速器10随着输入轴12的旋转方向倾斜。由此，能够抑制作用于增速器10的动力传递系统的转矩因转矩Qf的增大而增大。其结果，能够延长增速器10的寿命。

通常，有时会有“风速或风向发生变化的风”瞬间较强地施加于风力发电装置的风车叶片。例如，若较强的阵风施加于风车叶片，则较强的加速转矩瞬间施加于增速器的各要件。然而，增速器的前端连结有高速旋转的发电机作为负载，因此由于惯性，增速器的各要件无法瞬间追随该加速转矩来使旋转速度增大。结果，当加速转矩的上升急剧时，导致该急剧上升的加速转矩（宛如施加于静止的各要件那样）瞬间全部施加于各要件。

因此，本实施方式所涉及的风力发电装置1基于第1加速度计120、第2加速度计122的测定结果，从突发转矩用控制模式及稳定转矩用控制模式中选择应使用的控制模式。若发生如上所述的加速转矩的上升，则风力发电装置1选择突发转矩用控制模式。在突发转矩用控制模式下，增速器10主体配合输入轴12的旋转方向倾斜。因而，如此与增速器10主体倾斜相应地能够降低施加于增速器10的各要件的加速转矩。

并且，本实施方式所涉及的风力发电装置1中，基于通过设置于风力发电装置1的周围的风速计测定的风速来控制第1驱动器104、第2驱动器108。因此，能够更加准确地控制驱动器。

并且，本实施方式所涉及的风力发电装置1中，各驱动器在沿着输入轴12隔开的2个部位支承对应的衬套保持部。因此，相对于输入轴12的弯曲，尤其是相对于欲使输入轴12沿铅垂面摆动的外力的耐性提高。

并且，本实施方式所涉及的风力发电装置1中，在突发转矩用控制模式下伸长或收缩的驱动器在稳定转矩用控制模式下欲回到原来的平衡位置。因此，在驱动器的伸缩量有限的状况下，能够更加有效地抑制突发性转矩变动。

并且，本实施方式所涉及的风力发电装置1中，衬套的刚性设定成动力传递系统的固有振动频率不进入与转矩频谱的峰值对应的频率范围内。因此，能够抑制风车叶片5的旋转与动力传递系统的共振。其结果，能够降低施加于动力传递系统的机械负载从而延长动力传递系统的寿命。

并且，本实施方式所涉及的风力发电装置1具备减轻施加于动力传递系统的转矩变动中由于风切变而产生的转矩变动的机构、以及减轻施加于动力传递系统的转矩变动中非由风切变引起的转矩变动的机构两方。因此，能够适当地对应转矩的稳定变动及突发变动双方。并且，通过适当地区分使用两者，能够更精确地进行转矩变动减轻控制。

（第2实施方式）

第1实施方式中，对风力发电装置1为恒速运行风车的情况进行了说明。第2实施方式所涉及的风力发电装置为所谓的可变速运行风车，构成为风车叶片5的转速在一般运行中因风速等而发生变化。

图9是通过模拟试验求出的表示动力传递系统的固有振动频率与转矩臂的刚性的关系的曲线图。如图9所示，动力传递系统的固有振动频率较大地依赖于转矩臂的刚性。因此，通过改变转矩臂的刚性，能够比较精确地控制固有振动频率。

图10是关于风力发电装置中的转矩的例示性的坎贝尔线图。图10尤其是关于3片翼的风力发电装置的图。当为如第1实施方式所涉及的风力发电装置1的恒速运行风车时，在风力发电装置起动时，风车叶片的转速从0起较快地上升至额定转速Na（箭头302）。之后，转速在额定转速Na附近稳定（箭头304）。此时，转矩臂的刚性设定成动力传递系统的固有振动频率fd成为额定转速Na和叶片片数之积（3Na）与该积的2倍（6Na）之间的值f3。即使在转速上升中固有振动频率fd与高次成分（6N或12N）重叠，也由于转速的上升速度较大，因此由共振产生的转矩变动的增大是比较有限的。因此，根据转速而积极地改变转矩臂的刚性的必要性较低，能够将固有振动频率fd设定成不依赖于转速的值。由此，能够使减轻基于风切变而产生的转矩变动的机构的结构简单化。

当为如第2实施方式所涉及的风力发电装置的可变速运行风车时，一般运行中转速可能较大地变动（箭头306）。因此，若将固有振动频率不依赖于转速而设为恒定，则根据情况，固有振动频率与高次成分重叠的状态能够较长地持续。因此，第2实施方式所涉及的风力发电装置计量风车叶片5的转速，并将转矩臂的刚性控制成动力传递系统的固有振动频率fv偏离计量出的转速与叶片片数之积的自然数倍及计量出的转速。

图10的例子中，转速在0至Nb的范围内时，将固有振动频率fv设为f1。此时，f1＞12Nb。转速在Nb至Nc的范围内时，将固有振动频率fv设为f2。此时，f1＞f2＞6Nc。转速在Nc至Na的范围内时，将固有振动频率fv设为f3。

图11是第2实施方式所涉及的风力发电装置的增速器的左侧的支承机构的剖视图。图11的截面与主轴方向正交。图12是图11的A-A线的剖视图。虽然未示于图11及图12，但风力发电装置具备计量风车叶片5的转速的转速计。转速计例如可以安装于增速器的输入轴或输出轴。转速计可以使用公知的旋转计量技术来构成。

第2臂212的一端安装于增速器主体，另一端设置有矩形环部212a。矩形环部212a的底边部分212aa插穿第2衬套保持部218的内周面侧。在第2衬套保持部218的内周面侧，底边部分212aa通过支承部件而被支承。支承部件分割成多个例如6个部分支承部，各部分支承部构成为并列地（或个别地）支承底边部分212aa。

第1部分支承部248包括分割衬套230、及设置于分割衬套230与底边部分212aa之间的状态切换部246。状态切换部246通过来自控制部（未图示）的指令，将第1部分支承部248的状态在参与增速器的支承的支承状态与并非如此即不参与增速器的支承的非支承状态之间进行切换。

状态切换部246具有相对于分割衬套230固定的固定部242、设置于固定部242与底边部分212aa之间的可动部244、及通过来自控制部的指令取出放入可动部244的刚性切换驱动器250。通过刚性切换驱动器250拔出可动部244时，分割衬套230并不将力从第2臂212向短舱3进行传递。通过刚性切换驱动器250插入可动部244时，分割衬套230将力从第2臂212向短舱3进行传递，分割衬套230的刚性有助于第2臂212的刚性。

其他5个部分支承部与第1部分支承部248相同地构成。

风力发电装置的增速器的右侧的支承机构与左侧的支承机构相同地构成。即，第2实施方式中存在总计12的部分支承部。

控制部将支承部件的刚性控制成动力传递系统的固有振动频率fv偏离通过转速计计量出的转速与风车叶片5的叶片片数之积的自然数倍及通过转速计计量出的转速。尤其，控制部通过控制成为支承状态的部分支承部的个数来离散性地控制支承部件的刚性。

例如为了实现如图10所示的固有振动频率fv的相对于转速的变化，在通过转速计计量出的转速在0至Nb的范围内时，控制部将所有的12个部分支承部设为支承状态。在计量出的转速在从Nb至Nc的范围内时，控制部将2个部分支承部的可动部拔出并设为非支承状态，将处于支承状态的部分支承部的数量设为10个。在计量出的转速在Nc至Na的范围内时，控制部将6个部分支承部的可动部拔出并设为非支承状态，将处于支承状态的部分支承部的数量设为6个。

本实施方式所涉及的风力发电装置中，将支承部件的刚性积极地设定成动力传递系统的固有振动频率fv不进入与转矩频谱的峰值对应的频率范围。因此，尤其对于可变速运行风车，能够抑制风车叶片5的旋转与动力传递系统的共振。其结果，能够降低施加于动力传递系统的机械负载来延长动力传递系统的寿命。

以上，对于实施方式所涉及的风力发电装置的结构及动作进行了说明。这些实施方式为例示，能够对它们的各构成要件的组合实施各种变形例，并且这些变形例也在本发明范围内这对本领域技术人员来讲是可以理解的。

并且，实施方式彼此的组合也是可能的。即，在第2实施方式中的第2衬套保持部218与短舱3之间可以设置第1实施方式中的第2驱动器108。此时，设置减轻由于风切变而产生的转矩变动的主动性减轻机构及减轻非由于风切变而引起的转矩变动的主动性减轻机构。

第1实施方式中，对在模式选择部134中选择稳定转矩用控制模式时倾斜驱动部136不对第1驱动器104及第2驱动器108进行控制的情况进行了说明，但不限于此。例如，也可在模式选择部134中选择稳定转矩用控制模式时，倾斜驱动部控制第1驱动器104、第2驱动器108使增速器10沿着输入轴12的旋转方向倾斜。此时，倾斜驱动部136可以以比在突发转矩用控制模式下对驱动器进行驱动的速度小的速度对驱动器进行驱动。即，模式差异可以为驱动驱动器的速度差异。

第1实施方式中，对将驱动器导入于增速器10的支承机构100的情况进行了说明，但不限于此。例如，当为所谓的无齿风力发电装置时，旋翼头与发电机以输入轴直接连结。这种风力发电装置中也能够适用本实施方式的技术构思。第1变形例所涉及的风力发电装置具备：发电机，其将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力，转矩以输入轴的旋转形式输入于其中；驱动器，其能够控制发电机相对于输入轴的姿势；及控制部，其基于与通过风车受风而产生的转矩的大小相关的信息，将驱动器控制成发电机沿着输入轴的旋转方向倾斜。根据本变形例，能够抑制由于转矩Qf的增大而导致作用于发电机的动力传递系统的转矩的增大。其结果，能够延长发电机的寿命。

第2变形例所涉及的无齿风力发电装置具备将通过风车受风而产生的转矩转换成电力的发电机、及支承发电机的支承部件。支承部件的刚性设定成从风车叶片到发电机的动力传递系统的固有振动频率偏离风车叶片的转速与风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及风车叶片的转速。此时，能够抑制风车叶片的旋转与动力传递系统的共振。

另外，可以将第2实施方式的技术构思适用于无齿风力发电装置。

第1实施方式中，对各驱动器在沿主轴方向隔开的2个部位支承对应的衬套保持部的情况进行了说明，但不限于此，也可以是1个部位，驱动器也可在沿主轴方向隔开的3个部位以上支承对应的衬套保持部。

第1实施方式中，对使用第1加速度计120、第2加速度计122测定加速度的情况进行了说明，但不限于此，也可以测定与转矩Qf的大小相关的信息。例如，可以设置变位计来代替加速计，或者也可以设置测力传感器等荷载传感器。或者还可以在输入轴12上安装例如摩擦型转矩计。通过该转矩计测定出的输入转矩Qin为转矩Qf其本身或与转矩Qf的相关性较高的量。

第1实施方式中，对模式选择部134将测定出的风速用于加速度比较时的校正的情况进行了说明，但不限于此。例如，模式选择部也可以由测定出的风速来预测转矩Qf。模式选择部也可以将预测出的转矩Qf与转矩阈值Qth进行比较，当前者大于后者时选择突发转矩用控制模式，并非如此时选择稳定转矩用控制模式。

第1实施方式中，对控制部114基于加速度的大小与加速度阈值的大小关系控制第1驱动器104、第2驱动器108的情况进行了说明，但不限于此。例如，控制部可以根据转矩Qf的大小来决定驱动器的伸缩量或驱动速度。

第1实施方式中，对第1加速度计120安装于第1臂110、第2加速度计122安装于第2臂112的情况进行了说明，但不限于此，加速度计可以安装于支承机构的任意部位。

第1实施方式中，对衬套及驱动器串联设置于臂与短舱之间的情况进行了说明，但不限于此，例如可以不设置衬套，或者衬套及驱动器也可以并联设置于臂与短舱之间。

图13是第3变形例所涉及的风力发电装置的增速器的左侧的支承机构的剖视图。图13的截面与主轴方向正交。左侧的支承机构包括并联设置于第2臂412与短舱3之间的第2衬套406及第2驱动器408。第2衬套保持部418保持第2衬套406，且设置于第2衬套406与短舱3之间。

在第2实施方式中，对刚性切换驱动器250将可动部244取出放入的情况进行了说明，但不限于此，刚性切换驱动器也可以将分割衬套取出放入。

本申请主张基于2012年03月01日申请的日本专利申请第2012-045053号的优先权、2012年02月29日申请的日本专利申请第2012-044377号的优先权、2012年01月16日申请的日本专利申请第2012-006444号的优先权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

Claims (19)

1.一种风力发电装置，其用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力，其特征在于，具备：

动力传递系统，其从所述风车叶片至所述发电机；

第1减轻机构，其减轻施加于所述动力传递系统的转矩变动中由风切变而产生的转矩变动；及

第2减轻机构，其减轻施加于所述动力传递系统的转矩变动中非由风切变引起的转矩变动。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

所述第1减轻机构包括参与所述动力传递系统的支承的支承部件，所述第2减轻机构包括驱动器。

3.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

所述动力传递系统包括增速器，所述支承部件支承所述增速器，

所述支承部件的刚性设定成，所述动力传递系统的固有振动频率偏离所述风车叶片的转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及所述风车叶片的转速。

4.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

所述支承部件支承所述发电机，

所述支承部件的刚性设定成，所述动力传递系统的固有振动频率偏离所述风车叶片的转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及所述风车叶片的转速。

5.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

所述动力传递系统包括增速器，转矩以输入轴旋转的形式输入于该增速器，所述驱动器控制所述增速器的姿势，

所述第2减轻机构进一步包括控制部，

该控制部根据与通过所述风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息来控制所述驱动器，以使所述增速器沿着所述输入轴的旋转方向倾斜。

6.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

转矩以输入轴旋转的形式输入于所述发电机，所述驱动器控制所述发电机的姿势，

所述第2减轻机构进一步包括控制部，

该控制部根据与通过所述风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息来控制所述驱动器，以使所述发电机沿着所述输入轴的旋转方向倾斜。

7.一种风力发电装置，其用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力，其特征在于，具备：

增速器，其设置于从所述风车叶片向所述发电机的转矩传递路径上；及

支承部件，其支承所述增速器，

所述支承部件的刚性设定成，从所述风车叶片至所述发电机的动力传递系统的固有振动频率偏离所述风车叶片的转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及所述风车叶片的转速。

8.如权利要求7所述的风力发电装置，其特征在于，

该风力发电装置构成为，在所述风车叶片的转速达到预定的额定转速后，所述风车叶片以该额定转速旋转，

所述支承部件的刚性设定成，所述动力传递系统的固有振动频率偏离额定转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及额定转速。

9.如权利要求7所述的风力发电装置，其特征在于，进一步具备：

计量部，其计量所述风车叶片的转速；及

刚性控制部，其将所述支承部件的刚性控制成所述动力传递系统的固有振动频率偏离通过所述计量部计量出的转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及通过所述计量部计量出的转速。

10.如权利要求9所述的风力发电装置，其特征在于，

所述支承部件包括多个部分支承部，且该部分支承部构成为形成参与所述增速器的支承的第1状态及不参与所述增速器的支承的第2状态，

所述刚性控制部通过控制形成第1状态的部分支承部的个数来控制所述支承部件的刚性。

11.如权利要求7～10中任一项所述的风力发电装置，其特征在于，

所述支承部件的刚性设定成所述动力传递系统的固有振动频率处于所述风车叶片的转速与所述风车叶片的叶片片数之积与该积的2倍之间。

12.一种风力发电装置，其特征在于，具备：

发电机，其将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力；及

支承部件，其支承所述发电机，

所述支承部件的刚性设定成，从所述风车叶片至所述发电机的动力传递系统的固有振动频率偏离所述风车叶片的转速与所述风车叶片的叶片片数之积的自然数倍及所述风车叶片的转速。

13.一种风力发电装置，其用发电机将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力，其特征在于，具备：

增速器，其设置于从所述风车叶片向所述发电机的转矩传递路径上，转矩以输入轴旋转的形式输入于该增速器；

驱动器，其能够控制所述增速器的姿势；及

控制部，其根据与通过所述风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息来控制所述驱动器，以使所述增速器沿着所述输入轴的旋转方向倾斜。

14.如权利要求13所述的风力发电装置，其特征在于，

所述控制部根据设置在包括所述驱动器的所述增速器的支承机构上的加速度计或变位仪的计量值来控制所述驱动器。

15.如权利要求13或14所述的风力发电装置，其特征在于，

所述控制部根据通过设置于该风力发电装置的周围的风速计测定得到的风速来控制所述驱动器。

16.如权利要求13～15中任一项所述的风力发电装置，其特征在于，

该风力发电装置进一步具备臂，且该臂的一端安装于所述增速器，该臂的另一端安装于所述驱动器，

所述驱动器在沿着所述输入轴隔开的至少2个部位支承所述臂。

17.如权利要求13～16中任一项所述的风力发电装置，其特征在于，

所述控制部以如下方式控制所述驱动器，即当与通过所述风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息超过阈值时，所述增速器沿着所述输入轴的旋转方向倾斜，

在所述控制部不控制所述驱动器时，所述驱动器对于所述增速器围绕所述输入轴的旋转具有缓冲作用。

18.如权利要求13～17中任一项所述的风力发电装置，其特征在于，

所述驱动器包括设置在关于所述输入轴实际对称的2个部位处的第1直线驱动器与第2直线驱动器，

所述控制部通过将所述第1直线驱动器与所述第2直线驱动器向相互反方向驱动，从而使所述增速器倾斜。

19.一种风力发电装置，其特征在于，具备：

发电机，其将通过风车叶片受风而产生的转矩转换成电力，转矩以输入轴旋转的形式输入于该发电机；

驱动器，其能够控制所述发电机的姿势；及

控制部，其根据与通过所述风车叶片受风而产生的转矩的大小相关的信息来控制所述驱动器，以使所述发电机沿着所述输入轴的旋转方向倾斜。

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