JP2004527691A - 方位角位置を定めるための非同期マシンを備えた風力発電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ロータがシャフトに接続された第１のロータ／ステータ構造を有する非同期マシンと、該非同期マシンの制御方法とに関するものである。それゆえ、本発明の目的は、所望の制動モーメントと遊びの除去との間に相互の影響を生じさせずに、あらかじめ決められた目標位置において機械部品における遊びを無効にすることを可能にする駆動装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、本発明にかかる駆動装置を制御する適切な方法を提供することである。ロータがシャフトに接続された第１のロータ／ステータ構造を有する非同期マシンは、第１のロータ／ステータ構造とは電気的に分離された少なくとも１つの第２のロータ／ステータ構造を備えていることを特徴とする。ここで、第２のロータ／ステータ構造もまた、シャフトに接続されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置（wind power installation）のマシンケーシング（machine casing）の方位角位置（azimuth position）を定める（establish）ための非同期マシン（asynchronous machine）を備えた風力発電装置に関するものであり、この非同期マシンには、ロータが接続された第１のロータ／ステータ構造（rotor/stator arrangement）が設けられている。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されているように、非同期マシンははるか以前から一般に知られており、多数の異なる駆動及び調整機能（drive and adjusting functions）のために用いられている。ここにおいて、1つの調整作用は、しばしば、ある初期位置から、あらかじめ決めることができる新しい目標位置へのマシンの一部の移動（displacement）である。
【０００３】
ある使用状況（situation of use）は、例えば、風力発電装置における方位角位置の調整である。方位角位置、すなわち水平軸を備えた装置の場合はポッド（pod）の向きの調整は、連続的に電気エネルギを生成できるように、装置のロータが風を追跡する（track）ことを可能にする。
【０００４】
このような風向き追跡操作（wind direction tracking procedure）を実行するために、かかる風力発電装置のポッドは、回転可能に支持され、少なくとも1つのいわゆる方位角モータによって移動させられる。このような移動は、例えば、ドライブギアピニオンをパイロン（pylon）の頂上にある歯機構（tooth arragement）に係合させモータの駆動によりパイロンの頂部に対してポッドを移動させる操作により実施される。所望の方位角位置に到達したときに、非同期マシンは停止される。
【特許文献１】
国際公開第９８／４０９５８号パンフレット
【特許文献２】
独国特許第３２ ３４ ６７３号明細書
【特許文献３】
国際公開第９０／１３９３７号パンフレット
【特許文献４】
米国特許第５,８３８,１３５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、方位角位置は風向きの軽微なずれ（minor deviation）が起こるたびに変化するのではないということが注目されるであろう。その結果、風向きの軽微な変化がある場合、風はロータに対して傾斜して流入し、ポッドに、風力発電装置の鉛直軸のまわりに左右の振れモーメント（yaw moment）を引き起こす結果となる。左右の振れモーメントが方位角位置に望ましくない変化を生じさせる結果とならないようにするために、方位角モータには、適当な制動モーメント（braking moment）を生成するための直流電流が供給されることができる。
【０００６】
しかしながら、用いられる機械部品に起因して、なお問題が生じる。最高の精度（highest degree of accuracy）と最大限の対処（utmost care）をもってしても、パイロンの頂部のリングギアとドライブピニオンとの間の遊びを回避することは不可能である。左右の振れモーメントの変動が生じた場合、遊びが許容する範囲内で、ポッドの対応する移動が生じる結果となる。
【０００７】
ここで、理想的な方位角位置から軽微なずれがある領域では問題はほとんど生じないが、部品への機械的負荷が加わり、その耐用年数を短くする結果となる。
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は、風力発電装置のマシンケーシング（machine casing）の位置を定めるための駆動装置（drive）を提供することである。ここで、駆動装置は、所望の制動モーメントと遊びの除去との間に相互の影響を生じさせずに、あらかじめ決められた目標位置において機械部品における遊びを無効にする（nullify）ことを可能にするものである。
本発明のさらなる目的は、本発明にかかる駆動装置を制御する適切な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有する風力発電装置によって達成される。有利な発展形は、従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明においては、本発明明細書の冒頭部分に記載された非同期マシンが、第１のロータ／ステータ構造から電気的に分離された第２のロータ／ステータ構造を有している。ここで、第２のロータ／ステータ構造のロータもまたシャフトに接続されている。これは、１つのロータ／ステータ構造が所望の方向の直流電流を供給されて所望の制動モーメントを生成する一方、第２のロータ／ステータ構造が交流電流を供給されることができるということを意味する。ここで、交流電流は、回転する回転電界（revolving rotary field）の方向のトルクを生成し、駆動装置を動作させる。
【００１１】
もしここで、反対向きに作用する本発明にかかる２つの駆動装置が用いられれば、各駆動装置は反対向きのトルクによって調整されることができ、それは機械的な遊びの範囲を克服する（overcome）。これは、機械的な遊びが除去される結果となる。
【００１２】
それにもかかわらず、電流がそれぞれ異なるロータ／ステータ構造に作用するので制動モーメントが維持され、それらの電気的効果が重なる（superimpose）ことはない。機械的には、両方のロータがシャフトに接続されているので、シャフト上に重なり（superimposition）が生じる。
【００１３】
本発明の好ましい発展形においては、マシンの一部を調整する際に、駆動装置の両方のロータ／ステータ構造に、同相の関係（in-phase relationship）にある第１の交流電流が供給される。これは、個々のロータ／ステータ構造内に生じるモーメントが加えられ、より高い全モーメント（higher total moment）を形成することになる。
有利な実施態様は添付の請求項中に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明は、添付の図面を参照しつつ、より詳細に説明される。
図１において、参照番号１０は本発明にかかる駆動モータを示している。この駆動モータは、シャフト２０に接続された第１ロータ１２と、第１ロータ１２と協働する第１ステータ１４とを有している。本発明にかかる駆動装置１０は、さらにシャフト２０に接続されステータ２４と協働する第２ロータ２２を有している。
【００１５】
この実施の形態においては、２つのロータ／ステータ構造１２、１４、２２、２４は、１つのハウジング内に一緒に組み付けられているが、電気的には互いに分離されている。これは、それぞれ分離されて図示されている接続端子１５、２５によって示されている。
【００１６】
図２は、本発明のさらなる実施の形態を示している。この実施の形態においては、ロータ／ステータ構造１２、１４、２２、２４はそれぞれ各別のハウジング１０、１８内に配置されている。しかしながら、図１に示された実施の形態と同様に、両者は同一のシャフト２０に作用する。ここで、シャフトは、第１のロータ／ステータ構造１２、１４のハウジング１０を通り抜け、第２のロータ／ステータ構造２２、２４のハウジング１８と係合し、両ロータ１２、２２に接続されている。
【００１７】
図３には、さらなる実施の形態が示されている。この場合もまた、２つのロータ／ステータ構造１２、１４、２２、２４は、分離されたハウジング１０、１８内に配置されている。しかしながら、図１及び図２に示された実施の形態とは異なり、この実施の形態では両ロータ／ステータ構造１２、１４、２２、２４は、共通のシャフト２０に同様に作用するそれらに固有のマシンシャフト１６、２６を有している。
【００１８】
この実施の形態は、とくに機械的に小さい部品を用いることを可能にし、故障の場合における個々の部品の取り換えを比較的単純化する。
【００１９】
図４は、風力発電装置のマシンケーシングにおける調整装置の４つの方位角駆動装置の配置を示す図である。一般に、風力発電装置は、風向きを追跡する作用をもたらす能動的な駆動装置（アクティブドライブ：active drive）を有している。この能動的な駆動装置は、装置のロータのロータブレードが風の向きに対して最適な向きとなるように風力発電装置のマシン（マシンケーシング）の頂部を回転させる。風向き追跡のため能動的な駆動装置は、方位角ベアリング２に関連付けられた方位角駆動装置１であり、一般にパイロンの頂部と風力発電装置のマシンケーシングとの間に配置される。小型の風力発電装置の場合は、単一の方位角駆動装置で十分であるが、大型の風力発電装置では、一般に複数の駆動装置、例えば図４に示されているように４つの駆動装置が設けられる。４つの駆動装置１は、パイロンの頂部３の周縁部の周りに均一に配列されている（不均一な配列も可能である）。
【００２０】
この場合においては、すでに説明したように、非同期モータは方位角駆動装置として用いられ、ドライブピニオン４に直接作用するシャフト２０を備えている（図１参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる駆動装置の部分断面図である。
【図２】本発明にかかる駆動装置の代替的な実施の形態を示す図である。
【図３】本発明にかかる駆動装置のさらなる実施の形態を示す図である。
【図４】マシンケーシングにおける調整装置の４つの方位角駆動装置の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
４ ドライブピニオン、 １０ 駆動モータ、 １２ 第１ロータ、 １４ 第１ステータ、 １５ 接続端子、 １６ マシンシャフト、 ２０ シャフト、 ２２ 第２ロータ、 ２４ ステータ、 ２５ 接続端子、 ２６ マシンシャフト。

Claims (9)

1. 装置ロータと発電機とを備えるとともに、発電機を収容するマシンケーシングを備えていて、マシンケーシングの調整のための方位角駆動装置が設けられている風力発電装置であって、
   方位角駆動装置が、非同期マシン内に形成されるとともに、第１のロータ／ステータ構造を有していて、該構造のロータがシャフトに接続され、
   第１のロータ／ステータ構造（１２、１４）と電気的に分離された、少なくとも１つの第２のロータ／ステータ構造（２２、２４）が設けられていて、第２のロータ／ステータ構造（２２、２４）のロータ（２２）もまた上記シャフトに接続されていることを特徴とする風力発電装置。
2. 第１のロータ／ステータ構造（１２、１４）と第２のロータ／ステータ構造（２２、２４）との間が、空間的に分離されていることを特徴とする、請求項１に記載の風力発電装置。
3. 第１のロータ／ステータ構造（１２、１４）及び第２のロータ／ステータ構造（２２、２４）に対して１つの共通ハウジングが設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の風力発電装置。
4. 各ロータ／ステータ構造（１２、１４、２２、２４）に対して、それぞれ、１つのハウジングが設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の風力発電装置。
5. 第１のロータ／ステータ構造（１２、１４）及び第２のロータ／ステータ構造（２２、２４）が、それぞれ、共通のシャフト（２０）上の各別のマシンシャフト（１６、２６）でもって動作することを特徴とする、請求項４に記載の風力発電装置。
6. 両ロータ／ステータ構造（１２、１４、２２、２４）が、同相関係にある第１の交流電流でもって動作させられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の非同期マシンを制御する方法。
7. 一方のロータ／ステータ構造（１２、１４、２２、２４）が第２の交流電流によって動作させられ、他方のロータ／ステータ構造（２２、２４、１２、１４）が直流電流により動作させられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の少なくとも２つの非同期マシンが、方位角調整のための駆動装置の形態であることを特徴とする、請求項１に記載の風力発電装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の非同期マシンを、風力発電装置のポッドの方位角位置の調整のための装置として用いる方法。

Images