JP2000509780A - 偏揺れ装置及び偏揺れ装置を有する風力プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は偏揺れ運動を伝達及び減衰する機械、特に風力プラント用の偏揺れ装置よりなる。本発明は更にかかる偏揺れ装置を有する風力プラントよりなる。本発明の目的は設置が簡単でメンテナンスも殆ど不要は、振動の力及び傾向を実質的に低減する偏揺れ装置を提供することである。本発明は、力を駆動装置（２４）から偏揺れ駆動装置（１６）に伝達し、伝達モーメントが、継手（２２）の入力軸と出力軸との回転速度の差に依存するように構成及び位置決めされた減衰継手（２２）によりこの問題を解決する。好ましくは減衰継手は流体継手である。

Description

【発明の詳細な説明】 偏揺れ装置及び偏揺れ装置を有する風力プラント 技術分野 本発明は請求の範囲第１項の前文による機械用の偏揺れ装置に関する。また、 本発明はかかる偏揺れ装置を備える風力プラントにも関する。本発明で定義され る機械という用語は風力プラントの他、偏揺れ装置がその機械を回転させる例え ば昇降クレーン、ガンタレット等をも含む。このような偏揺れ装置は欧州特許出 願Ｎｏ．０１１０ ８０７ Ａ１により公知である。 背景 水平な風タービン軸を有する風力プラントにおける偏揺れ装置の主な目的はタ ービンを風の方向に位置決めすることである。先行技術の偏揺れ装置は、電力或 いは水力モータと、偏揺れ軸受の歯付き路に作用して機械を所望の位置まで回動 させる高率歯車とよりなる。例えば風のシヤーの影響で、偏揺れ時、及び機械の 静止時の両方で機械は振動力を受ける。この力はしばしば一方向へ抑制される傾 向があり、これは風タービンを風の方向から反れるよう回動する傾向があること を意味する。偏揺れの間、コリオリの力も加わる。 これらの現象はタービンの刃の数に関係なく現れるが、３枚以上の刃を有する タービンには顕著でなくなる。多くの場合、機械は複数の強い偏揺れブレーキを 備えていなくてはならず、設計によっては偏揺れ時に幾つかのブレーキを作動さ せなくてはならない。このような揺れは最初偏揺れ時に発達するが、機械の残部 に結びつくと刃及びタワーの振動になる。風力プラントは経費の理由で非常に細 く建てなければならないため、これらの傾向は強くなる。機械が例えば偏揺れブ レーキによりタワーに固定されている場合、タワーが大きな偏揺れモーメントを 受け、振動の傾向は残る。 偏揺れブレーキを備えた、或いは備えていない設計に、水力シリンダ或いは水 力ポンプ／モータより構成される水力減衰器を補足しても良く、この場合、水の 流れは細いオリフィスを通過することになる。減衰構成要素は風タービンの偏揺 れを行う水力システムと部分的に同じである。 欧州特許出願Ｎｏ．０ １１０ ８０７ Ａ１は、上述の損害を与える振動の 衝撃を最小限に抑える風力プラントを開示している。これは風力プラントと偏揺 れ軸受との間に駆動モータを設置することにより達成される。この駆動モータは 狭いオリフィスと組み合わされて減衰器として作動する。しかし、この駆動モー タで減衰効果を得るには、弁、タンク、フィルタ等の他の構成要素を追加しなけ ればならないことが先行技術で良く知られている。 上述の駆動モータ及びその付属要素で、損害を与える振動を減衰させるという 問題が解決できたとしても、この解決策には多くの欠点がある。この駆動モータ 及びその付属要素は高価である。これは複雑であり、即ち、設置及びメンテナン スが高価につき、時間の浪費でもある。最終的に、装置の壊れやすさが追加すべ き要素の数を増加させるため、その有用性が低下する。 発明の要約 従って、本発明の目的は、振動の力及び傾向を実質的に低下させ るだけではなく、設置及びメンテナンスも容易に行える、安価な偏揺れ装置を提 供することである。 この目的は、請求の範囲第１項の特徴部分の特徴により達成される。 本発明の好適な実施例は従属項第２乃至９項に開示される。 図面の説明 本発明の異なる実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 図１は、風力プラントの概略図であり、本発明による偏揺れ装置を示す。 図２は、偏揺れ装置の好適な実施例を示す。 本発明の好適な実施例 図１は風力プラントの概略図であり、この風力プラントは、歯車箱に支持され てそれを駆動する風タービン２と、電気発生器６と、機械ベッド８とを有し、機 械ベッドは風タービン２、歯車４及び発生器６の基礎である。更に、機械ベッド ８は偏揺れ装置１０、偏揺れ軸受１２及びタワー１４に連結されている。機械ベ ッド８、従って風タービン２の作動時には、歯車箱４及び発生器６も偏揺れ軸Ａ を中心に回転自在である。 図２は偏揺れ装置１０の好適な実施例を示す。偏揺れ装置１０は偏揺れ軸受１ ２と相互作用する偏揺れ駆動装置１６と、必要であれば歯車比を増加させるため に偏揺れ駆動装置１６に連結されたオプションとしての偏揺れ歯車箱１８と、連 結軸１９と、損害を与える振動を更に減衰させるためのオプションとしての慣性 質量２０と、該慣性質量２０及び駆動装置２４間に設けられた減衰継手２２とを 有する。 減衰継手２２は偏揺れモーメントを伝達する。この継手により、各入力回転速 度の伝達されたトルクは入力軸と出力軸との間の回転速度の差の作用をなす。こ の関係は継手の設計により直線的であったり他の特性を有しているかも知れない 。この種の継手の損失、従って減衰力は回転速度の差とトルクにより決定される 。本発明の好適な実施例では、この減衰継手は流体継手２２により構成される。 本発明がこの流体継手２２をもって記載されていても、このような減衰を達成す るのに、類似した別の種の継ぎて、例えば、磁界を利用して渦電流を誘導する継 手を使用できることは当業者にとって自明であろう。 偏揺れ時には、上記流体継手２２はトルクの伝達及び減衰の両方に影響を与え る。風力プラントが偏揺れしていない時には、駆動装置２４に連結された流体継 手２２の軸は係止されている。好適な実施例では、駆動装置２４に保持ブレーキ ２６を設けることにより係止される。このように、機械は水平面における小さな 減衰された揺動偏揺れ運動を行い、これは機械を偏揺れにおいて全体的に係止し た場合に比べて構造に与える力を低下させる。従って、本発明は、偏揺れの間と 機械が偏揺れしていない時の両方において、偏揺れ運動を減衰させるという問題 を簡単に且つ効果的に解決するものであ る。 好適な実施例では、本発明は慣性質量２０を更に有し、該慣性質量２０は図２ に示すように上記流体継手２２より前の偏揺れ歯車１８の高速側に連結されてい る。このような慣性質量２０は別個のフライホイール或いは類似した装置で構成 されていても良い。また慣性質量２０は例えば流体継手２２と一体の部品でも良 い。 従って、慣性質量２２の慣性は歯車比の２乗に比例する因子により機械全体に 作用する。偏揺れ装置の典型的な比は８、０００：１（駆動装置２４の入力速度 が１、４００ｒ／ｍｉｎ、出力偏揺れ速度がｃａｌ／ｓ）であり、慣性質量の慣 性モーメントは８、０００の２乗、即ち６４、０００、０００の因子により増加 した偏揺れ軸Ａを中心に作用する。これは、実質的に数キログラムの小さな慣性 質量でも、数十トンの重量のある機械を有する風力プラントの動力に影響を及ぼ す。ここで、実質的とは、生じる機械の慣性モーメントが約１０％以上増加する ことを意味する。一般には、この影響は機械の運動の低下につながり、これは危 険な揺動が発達するのを防ぐのに寄与する。しかし、過度の慣性質量は、運動を 最小にすると偏揺れ装置に大きな内力を生じさせるため好ましくない。 本発明の好適な実施例では、互いに好適に協働する偏揺れ装置は流体継手２２ と慣性質量２０の両方を有する。減衰は速度により決定され、慣性力は加速度に より決定される。正弦曲線状の動きを持つ速度及び加速度は９０度の移相を呈す るため、減衰及び慣性力も９０度の移相を呈する。従って、ある一定の減衰のた めの最大瞬間力／運動は、慣性質量２０及び流体継手２２が協力した時の方が、 これらが独立して作用した時に比べて小さくなる。低下した力により、風タービ ン２とタワー１４に連結する全ての構成要素の大きさ を小さくすることができる。 機械の慣性、連結軸１９、慣性質量２０及び流体継手２２は全て、一定のねじ れ固有周波数を有する力学的システムを形成する部品である。連結軸１９は機械 を慣性質量２０及び流体継手２２に連結する全ての要素のばね特性を発揮する。 本発明の好適な実施例では、固有周波数が、風タービンの回転により生じるシス テムの主な励振よりも充分下回るように、これらの要素の特性を適合、調整及び 位置決めする。何故なら、これはシステムを介して伝達される動的トルクを最小 にするからである。 偏揺れ装置の駆動装置２４は、選択された如何なる回転速度でも回転する流体 継手２２及び装置に連結された電気モータであるのが好ましい。更に、電気モー タ２４は、風力プラントが偏揺れしていない時に流体継手２２の片側に係止可能 な保持ブレーキ２６を備えていても良い。本発明の好適な実施例では、この電気 モータは交流（ＡＣ）モータ２４であり、これはコンピュータ或いはそれに類似 する制御装置により制御されるこのＡＣモータを制御するのに使用可能な電気周 波数変換器２８に連結されている。 好適な実施例では、偏揺れしていない時には通常係止される流体継手２２の半 分は、風の方向から反れて流される風タービンの本来固有の傾向を補償するため に変換器２８の制御により適切な回転速度で回転しても良い。 本発明による偏揺れ装置は偏揺れブレーキを係止する風力プラント内に適切に 設置されるが、そのブレーキを有する風力プラント内に使用しても良い。 風力プラントは平行に作動する幾つかの偏揺れ装置を有していても良い。本発 明によれば、偏揺れモーメントを均等に分配することができる。 本発明を主に風力プラントに関連付けして記載したが、偏揺れ装置を偏揺れ運 動の減衰及び伝達が必要な昇降クレーン、ガンタレット等に関連付けして使用で きることは当業者にとって自明である。 上記記載が本発明を示す特定の好適な実施例を示していても、この教示から、 或いは添付図面及び請求の範囲から、以下の請求の範囲に限定される発明の精神 及び範囲から逸脱することなしに種々の変更、変形及び変化を行うことができる ことは当業者であれば容易に認識できることを理解されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．偏揺れ運動を伝達及び減衰する機械、特に風力プラント用の偏揺れ装置であ って、偏揺れ時に前記機械を回転させる偏揺れ軸受（１２）及び偏揺れ駆動装置 （１６）と、偏揺れ時に前記機械を駆動する駆動装置（２４）と、モーメントを 前記駆動装置（２４）から前記偏揺れ駆動装置（１６）に伝達する継手（２２） と、を有し、 前記継手（２２）は、該継手（２２）により伝達されるモーメントが該継手（ ２２）の入力軸と出力軸との回転速度差により決定されるように構成及び位置決 めされることを特徴とする、偏揺れ装置。 ２．前記継手は流体継手（２２）である、請求の範囲第１項記載の偏揺れ装置。 ３．偏揺れ軸線（Ａ）を中心とする生じた慣性モーメントが増加するように慣性 質量（２０）を設けてなる、請求の範囲第２項記載の偏揺れ装置。 ４．固有周波数が励振周波数よりも下回るように、前記機械の慣性、連結軸（１ ９）、慣性質量（２０）及び流体継手（２２）を適合、調整及び位置決めしてな る、請求の範囲第３項記載の偏揺れ装置。 ５．前記慣性質量（２０）は、前記偏揺れ装置（１６）に連結された偏揺れ歯車 （１８）の高速側に設けられてなる、請求の範囲第３或いは４項記載の偏揺れ装 置。 ６．前記慣性質量（２０）は前記継手（２２）の一体部品である、請求の範囲第 ３或いは４項記載の偏揺れ装置。 ７．前記駆動装置（２４）を制動するためのブレーキ（２６）を設けてなる、請 求の範囲第１乃至６項の何れかに記載の偏揺れ装置。 ８．前記駆動装置（２４）は選択された回転速度の回転を許容すべく設けられる 、請求の範囲第１乃至７項の何れかに記載の偏揺れ装置。 ９．前記駆動装置は周波数変換器（２８）により制御され得る交流モータ（２４ ）である、請求の範囲第８項記載の偏揺れ装置。 １０．請求の範囲第１乃至９項の何れかに記載の偏揺れ装置を有する風力プラン ト。