JP2008190524A - 風力タービン - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラブレードの入射角を調整できる新規な風力タービンを提供する。
【解決手段】それぞれの長手軸線のまわりで回転できるような方法で、ロータ（６）上に設けられ、測定されたパラメータの関数として入射角を調整するための駆動子（９）及び主要な制御子（１０）を具備する調整可能な入射角を有するプロペラブレード（７）を備えたロータ（６）を具備する風力タービンにおいて、所定の設定又は所定のアルゴリズムに従って主要な制御子（１０）に関する入射角を変化させる補助の制御子（１１）を具備することを特徴とする風力タービン。
【選択図】図２

Description

本発明は風力タービンに関する。

既知のように、風力タービンは、鉄塔の頂部のハウジング内に配置された発電機のまわりに形成され、発電機はプロペラブレードを備えたロータによりハウジング内のトランスミッションを介して駆動され、ロータは風により駆動される。

特に、本発明は調整可能な入射角を有するプロペラブレードを備えたロータを具備し、プロペラブレードはそれぞれの長手軸線のまわりで回転できるような方法でロータ上に設けられ、測定されたパラメータの関数として入射角を調整するための駆動子及びこの駆動子のための主要な制御子を具備するする形式の風力タービンに関する。

プロペラブレードの入射角は、とりわけ、タービンの出力又は回転速度を制御するように、及び、可能なら全体としての風力タービン及びその素子の可撓性の構造の能動性緩衝を提供するように調整される。

能動性緩衝は曲げ及び歪み、並びに、風力タービンの主要な素子の負荷を制限するのを可能にする。
プロペラブレードの入射角はそれぞれの別個のプロペラブレードに対して個々に調整できるか又はすべてのプロペラブレードに対して同期化できる。

制御子はプロペラブレードの角度設定、出力、ロータの回転速度、ブレード又はロータの負荷、風力タービンの加速度等のような１個又は数個のパラメータを測定するように１個又は数個のセンサの信号に反応する。

制御子は普通サーボ制御子の一部であり、このサーボ制御子の測定された信号は、濾波及び処理されると否とに係らず、設定された所望の値との比較のためのフィードバックとして使用される。

風力タービンは普通プロペラブレード、ロータとトランスミッションとの間の接続部、ハウジング、ハウジングと鉄塔との間の接続部、トランスミッション素子等のような、非線形負荷又は構成特性を備えた素子により構成される。

非線形特性を備えた素子を有する構成は線形素子と呼ばれるものを有する構成とは異なる振る舞いをすることが知られている。
非線形の構成は典型的には２以上の歪みモード又は振動モードを有することがあり、狙いとする平衡のモードは始動時の初期の状態に依存する。

カオス(chaos)理論はまた、「無限遠でのアトラクタ」(attractive at infinity)としても知られる構造のための「ストレンジアトラクタ(strange attractor)」が存在する場合に、このような構成が不安定になることがあることを教示する。

このようなストレンジアトラクタの存在は構成の挙動の突然の変化につながることがあり、これは、素子の曲げ及び歪みが極めて大きな振幅を突然もたらす事態を招く。
しかし、大半の現実の構成においては、ストレンジアトラクタによるこのような状況及び「青天霹靂(blue sky catastrophe)」と呼ばれるものが実際に発生するのを回避するのに十分な負荷における干渉が存在する。

しかし、風力タービンの場合、外洋での風力タービンのように、特に風の状態が比較的安定している場合は、このような現象が発生する危険性は現実的である。
更に、現在、大半の風力タービンは可変回転速度を有し、これは、例えば望ましくない共振現象の発生に関する限り、臨界値に近い回転速度でロータを旋回させる危険性を増大させる。

これを回避するため、プロペラブレードの入射角の能動的な制御により曲げ及び歪みを能動的に緩和するためのシステムが現在開発されている。
しかし、それに関する入射角の制御の熟達についての困難性がセンサレベル及びその信号の変換において存在し、また、不安定な状態が切迫しているか否かをこれらの信号に基づいて予測することが極めて困難であるという事実において存在する。

本発明は上述及び他の欠点を直し、ストレンジアトラクタの存在により生じる状況において直面する危険性を減少させるためにプロペラブレードの入射角のための制御を提供し、狙った制御を既存の制御と組み合わせることにより簡単な解決策を提供することを狙いとする。

この目的のため、本発明はロータを具備した風力タービンに関し、このロータはその長手軸線のまわりで回転できるような方法でロータ上に設けられた調整可能な入射角を有するプロペラブレードを備え、プロペラブレードは、測定されたパラメータの関数として入射角を調整するために、駆動子及びその主要な制御子を具備し、この場合、風力タービンは所定のアルゴリズムに従って主要な制御に関して入射角を変化させる補助の制御子を具備する。

この方法においては、上述の霹靂的な状況は、所定の所望の方法でプロペラブレードの入射角を変化させることによって風力タービンの負荷パターンにおける干渉を強制することにより、極めて容易に回避することができる。これにより構成又は構成部分の共振の発生と、それによる構成又は構成部分がストレンジアトラクタへ移行する始まりの現象を回避することができる。

また、ある共振現象はこのような方法で阻止又は緩和できる。補助の制御の所定の設定は好ましくは、少なくとも安定した風の状態の２つの期間にわたって、連続的な方法で入射角を変化させる。

普通、ブレードの角度がその都度位置するような作用地点のまわりで、小さな角度例えば１°程度の角度にわたって入射角を変化させれば十分である。
入射角の補助の制御は、予め設定された所定の組織的又は確率的な機能に従って、例えば周期的な機能に従って又は確率的素子を履行した予め設定されたアルゴリズムに従って、設定することができ、これにより、一つの狙いは、入射角の補助の制御の周波数を予め設定された臨界値とは異ならせることである。補助の制御はセンサからのいかなる入力をも必要としない。

補助の制御は主要な制御から全体的に独立することができ、主要な制御子及び補助の制御の双方が１つの同じ駆動子により得ることができるように、例えば主要な制御上に重ねられる。

本発明の特徴を良好に説明するため、添付図面を参照して、非限定的な方法で、単なる例として、本発明に係る風力タービンの次の好ましい実施の形態を説明する。
図１に示す風力タービン１は主として鉄塔２を有し、鉄塔の上には、垂直軸線のまわりで回転できるハウジング３即ち「ナセル」と呼ばれるものが設けられる。

ハウジング３内には、発電機４が設けられ、この発電機は無公害の電気エネルギを発生させるように風によって駆動できるプロペラブレード７を備えたロータ６によりハウジング３内のトランスミッション５を介して駆動される。

プロペラブレード７は、図２に概略的に示すように、その長手軸線のまわりで回転できるように軸受８を介してロータ６上に設けられ、プロペラブレード７の入射角を設定又は調整できるように駆動子９を具備し、この場合、与えられた例においては、それぞれのプロペラブレード７は各自の駆動子９を有するが、この駆動子９はまた共通とすることができる。

風力タービン１は更にプロペラブレード７の入射角を調整するために上述の駆動子（単数又は複数）９のための主要な制御子１０を具備し、この場合、この主要な制御子１０は、既知の方法で、例えばロータ６の回転速度又は発生した電力が一定に維持されることを保証する。

これは普通サーボ機構により行われ、この場合、主要な制御子１０はこの目的のためにあるセンサから信号を受け取り、回転速度、動力等を測定又は計算し、この場合、図を明瞭にするためにこれらのセンサは図示しない。

特殊な風又は負荷の干渉等が存在した直後に、主要な制御子はその干渉を中和するようにプロペラブレードの入射角を調整する。
本発明によれば、風力タービン１は付加的な補助の制御子１１を備え、この補助の制御子は、主要な制御子１０の角度設定に加えて、プロペラブレード７の入射角が好ましくは、例えば周期的な関数のような予め設定された組織的な又は確率的な関数に従って又は確率的素子を履行した予め設定されたアルゴリズムに従って、小さな角度変化を伴って連続的に調整されることを保証する。

この方法においては、一定の回転速度又は動力等を維持するための入射角の普通の設定に加えて、小さな角度変化が履行され、これは、タービン又はその素子の負荷パターンにおける所望の小さな干渉を提供し、このような干渉は上述した望ましくない効果を回避するのに十分なものである。

補助の制御子１１は、両方の制御子１０、１１が全体的に互いに独立に機能でき、その結果、補助の制御子が風の状態、消費電力等の変化のような可能な外部の干渉から全体的に独立に仕事を行えるように、どんないかなる入力からも及び主要な制御子１０のために使用されるどんないかなるセンサからも全体的に独立に仕事を行えることは明らかである。

従って、補助の制御子はまた特に安定した風の状態の下でも活性を維持する。
補助の制御子１１は発生しているある状況に左右される可能性があることもまた明らかであり、この場合、例えば、補助の制御子１１は、風の状態がある程度安定であるような期間だけ活性になることは排除されない。

主要な制御子１０及び補助の制御子１１は図において別個の素子として示すが、両方の制御子１０、１１が単一の制御子として合体されることは排除されないし、大いに可能でもある。

補助の制御子１１により制御しなければならないプロペラブレード７の角度設定の度合いは、各形式の風力タービン１及び風力タービン１の設置箇所での可能性のある一般的な風の状態の関数として、経験的な方法で決定することができる。

すべてのプロペラブレード７は好ましくは入射角のための補助の制御子１１を具備するが、限られた数のこのようなプロペラブレード７のみがこのような制御子を具備することは排除されない。

また、すべてのプロペラブレード７に対して共通である補助の制御子を提供すること、又は、逆に、それぞれのプロペラブレード７にそれ自身の補助の制御子１１を提供することが可能である。

本発明は例として説明し、添付図面に示した実施の形態に決して制限されない；逆に、本発明に係るこのような風力タービンは、本発明の要旨内に留まった状態で、あらゆる種類の形状及び寸法で作ることができる。

本発明に係る風力タービンを概略的に示す図である。 図１においてＦ２で示す部分の拡大図である。

符号の説明

１ 風力タービン
６ ロータ
７ プロペラブレード
９ 駆動子
１０ 主要な制御子
１１ 補助の制御子

Claims (14)

1. それぞれの長手軸線のまわりで回転できるような方法でロータ（６）上に設けられ、測定されたパラメータの関数として入射角を調整するための駆動子（９）及び主要な制御子（１０）を具備する調整可能な入射角を有するプロペラブレード（７）を備えたロータ（６）を具備する風力タービンにおいて、
   所定の設定又は所定のアルゴリズムに従って上記主要な制御子（１０）に関し上記入射角を変化させる補助の制御子（１１）を具備することを特徴とする風力タービン。
2. 上記補助の制御子（１１）の上記所定の設定が上記入射角を連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
3. 上記補助の制御子（１１）の上記所定の設定が上記入射角を小さな角度にわたって変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力タービン。
4. 上記入射角の補助の制御が予め設定された組織的な関数に従って設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の風力タービン。
5. 上記入射角の補助の制御が予め設定された周期的な関数に従って設定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の風力タービン。
6. 上記入射角の補助の制御が確率的に変化するパラメータを履行した予め設定されたアルゴリズムに従って設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の風力タービン。
7. 上記補助の制御子（１１）が上記主要な制御子（１０）から独立していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の風力タービン。
8. 上記補助の制御が上記主要な制御上に重なることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の風力タービン。
9. 上記補助の制御が、時間基礎で見て、平均して、実際の作用点のまわりに位置することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の風力タービン。
10. 少なくとも１つの上記プロペラブレード（７）がその入射角のための補助の制御子（１１）を具備することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の風力タービン。
11. 数個の上記プロペラブレード（７）がそれらの入射角のための補助の制御子（１１）を具備することを特徴とする請求項１０ないし９のいずれかに記載の風力タービン。
12. 数個の上記プロペラブレード（７）がそれらの入射角のための共通の補助の制御子（１１）を具備することを特徴とする請求項１１に記載の風力タービン。
13. 入射角のための上記補助の制御の周波数が予め設定された臨界値から異なることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の風力タービン。
14. 上記補助の制御子が安定した風の状態の下で少なくとも作動することを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の風力タービン。

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