JP2011214422A - Wind turbine generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置に関し、詳細には、タワーとナセルを接続する導電部材に特徴を有する風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly to a wind turbine generator characterized by a conductive member connecting a tower and a nacelle.
一般的に、風力発電装置は、地上や海上に設置されるタワーと、タワーの上端部分に旋回可能に設置されたナセルとを備えた構造となっている。前記ナセル内には、ベアリングを介して主軸が回転可能に設置されており、前記主軸には、ハブによって複数枚のブレード(ロータ)が設けられている。 Generally, a wind power generator has a structure including a tower installed on the ground or the sea, and a nacelle installed so as to be turnable at an upper end portion of the tower. A main shaft is rotatably installed in the nacelle via a bearing, and a plurality of blades (rotors) are provided on the main shaft by a hub.
また、前記ナセル内には、発電機と増速機が収容されており、複数枚のブレードが風を受けて回転した際、その回転駆動力を増速機で増速させ、動力伝達軸を介して発電機に伝えるようになっている。発電機では、動力伝達軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、変換された電力は、ナセルからタワーに至るケーブル(導電部材)を通じて変圧器などの電気系統に供給される。 The nacelle contains a generator and a speed increaser. When a plurality of blades are rotated by wind, the rotational drive force is increased by the speed increaser, and the power transmission shaft is It is supposed to be communicated to the generator. In the generator, the rotational energy of the power transmission shaft is converted into electric energy, and the converted electric power is supplied to an electric system such as a transformer through a cable (conductive member) from the nacelle to the tower.
前記ナセルは、風向・風速計からの制御信号に基づいて、ヨー機構によって風を効率的に受けるように、タワーに対して旋回駆動可能に設置されている。このため、前記ケーブルは、ナセルが旋回することにより、ナセルからの出口部の固定点と、タワー内の固定点との間でねじれ現象が発生し、ケーブルが損傷等する可能性がある。特に、ナセルの軽量化を図るためにナセル内に昇圧用の変圧器を設置しない構成とした場合、電流値が大きくなるため、太径のケーブルを用いるか、ケーブルの本数を増やす必要がある。なお、太径のケーブルを用いることは、ナセルが旋回した際の撚回性が悪いため、高頻度の繰り返しでは破損等する可能性があり、ケーブルの本数を増やすと、互いが絡み付いて表面が擦れたり、特定のケーブルに負荷が加わって破損等する可能性がある。 The nacelle is installed so as to be capable of swiveling with respect to the tower so as to receive wind efficiently by the yaw mechanism based on a control signal from the wind direction / anemometer. For this reason, when the nacelle turns, the cable may be twisted between the fixing point of the outlet from the nacelle and the fixing point in the tower, and the cable may be damaged. In particular, when a configuration in which no step-up transformer is installed in the nacelle in order to reduce the weight of the nacelle, the current value increases, so it is necessary to use a thick cable or increase the number of cables. Note that the use of a large-diameter cable has a poor twisting property when the nacelle is swung. There is a possibility of rubbing or damage due to the load applied to a specific cable.
このような問題を解決するために、例えば、特許文献1には、多数のケーブルを設置しても、ケーブル同士が絡みつかないようにした構造の風力発電装置が開示されている。この公知文献に開示されている風力発電装置は、タワー内に、軸方向に延出する弾性材からなるケーブル巻付体を設置し、このケーブル巻付体の周囲に、複数本のケーブルを略等間隔で垂下させており、ナセルが旋回した際、複数本のケーブルを螺旋状にケーブル巻付体に絡ませるようにしている。 In order to solve such a problem, for example, Patent Literature 1 discloses a wind power generator having a structure in which cables are not entangled even when a large number of cables are installed. In the wind power generator disclosed in this publicly known document, a cable wrapping body made of an elastic material extending in the axial direction is installed in a tower, and a plurality of cables are substantially arranged around the cable wrapping body. It is made to hang down at equal intervals, and when the nacelle turns, a plurality of cables are spirally wound around the cable winding body.
上記した特許文献1に開示されている風力発電装置では、タワー内に、軸方向に延出する弾性材からなるケーブル巻付体を配設し、その周囲に所定間隔をおいてケーブルを垂下させる構造であることから、ケーブル巻付体の設置方法や配線構造が複雑であると共に、点検、保守作業など、メンテナンス性が悪いという問題がある。特に、ケーブル巻付体は弾性材で構成されており、その周囲から多数のケーブルによって締め付けられるため、耐久性の面でも劣ってしまう。 In the wind power generator disclosed in Patent Document 1 described above, a cable wrapping body made of an elastic material extending in the axial direction is disposed in the tower, and the cable is suspended at a predetermined interval around it. Since it is a structure, there are problems that the installation method of the cable winding body and the wiring structure are complicated, and that the maintainability such as inspection and maintenance work is poor. In particular, the cable winding body is made of an elastic material and is tightened by a large number of cables from the periphery thereof, so that the durability is inferior.
また、ナセルを軽量化するために、ナセル内に昇圧用の変圧器を設置しないようにすると、ケーブル数を増やす必要があり、このようなケースでは、ケーブル同士が絡み易くなると共に、ケーブルの表面が擦れて被覆が破れたり、特定のケーブルが引っ張られて切断する可能性もある。この場合、上記したように、ケーブル巻付体は、タワー内で軸方向に延出する構造であることから、メンテナンスを容易に行うことはできない。 In order to reduce the weight of the nacelle, it is necessary to increase the number of cables if no step-up transformer is installed in the nacelle. In such a case, the cables are easily entangled and the surface of the cable May be rubbed and the coating may be broken, or a specific cable may be pulled and cut. In this case, as described above, the cable winding body has a structure that extends in the axial direction within the tower, and thus maintenance cannot be easily performed.
本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、ナセルとタワーとの間を接続する導電部材の絡み付きを防止し、耐久性、及びメンテナンス性に優れた風力発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the above-described problems, and provides a wind power generator that is excellent in durability and maintainability by preventing the conductive member connecting the nacelle and the tower from being entangled. With the goal.
上記した目的を達成するために、本発明に係る風力発電装置は、タワーと、前記タワーの上端部分に旋回可能に設置され、風を受けて回転するロータと前記ロータの回転駆動力を電力に変換する発電機とを具備したナセルと、有しており、前記ナセル内に設置面を有する収容部を設置し、前記収容部内に、一端が前記発電機側に接続され、他端がタワー内に設置される送電ケーブルに接続される可撓性を有する導電部材を巻回して配設したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wind turbine generator according to the present invention is installed in a tower, a rotor that is turnable at an upper end portion of the tower, and rotates by receiving wind and a rotational driving force of the rotor. A nacelle having a generator to be converted, and having a receiving portion having an installation surface in the nacelle, one end connected to the generator side in the receiving portion, and the other end in the tower A conductive member having flexibility connected to a power transmission cable installed on the cable is wound and disposed.
上記した構成の風力発電装置では、ナセルは、ロータが最も効率良く風を受けて回転できる位置に旋回駆動される。ナセル内に設置されている発電機は、ロータの回転駆動を電力に変換し、変換された電力は、ナセル内に設置されている収容部に収容された可撓性を有する導電部材を介してタワー内に設置される送電ケーブルに送電される。前記ナセルの旋回に伴って収容部は一体的に回転するものの、その部分に配設されている可撓性を有する導電部材は、巻回して配設されていることから、ナセルが旋回しても、旋回方向によって径方向に拡がる(巻回数が減少する)か縮む(巻回数が増える)だけであり、相互に絡み付くようなことはない。また、これに伴い、タワー内には、垂直方向に延出するケーブル巻付体のような構造体を設置する必要がなくなるため、構造の簡略化が図れ、耐久性及びメンテナンス性の向上が図れる。 In the wind power generator configured as described above, the nacelle is swiveled to a position where the rotor can receive and rotate the wind most efficiently. The generator installed in the nacelle converts the rotational drive of the rotor into electric power, and the converted electric power is passed through a flexible conductive member housed in a housing portion installed in the nacelle. Power is transmitted to the power transmission cable installed in the tower. Although the accommodating portion rotates integrally with the turning of the nacelle, the flexible conductive member provided in that portion is provided by winding, so that the nacelle turns. However, it only expands in the radial direction (decreases the number of windings) or shrinks (increases the number of windings) depending on the turning direction, and does not get entangled with each other. As a result, there is no need to install a structure such as a cable wrapping body extending in the vertical direction in the tower, which simplifies the structure and improves durability and maintainability. .
本発明によれば、ナセルとタワーとの間を接続する導電部材の絡み付きが防止され、耐久性、及びメンテナンス性に優れた風力発電装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tangle of the electrically-conductive member which connects between a nacelle and a tower is prevented, and the wind power generator excellent in durability and maintainability is obtained.
以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態について図1から図6を参照して具体的に説明する。
本実施形態に係る風力発電装置1は、地中に埋設された基礎5上に設置されており、タワー10と、タワー10の上端部に360°に亘って旋回可能に設置されたナセル30とを備えている。この場合、ナセル30は、タワー10に対して360°以上に亘って旋回できるように設置されていても良い。
Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 6.
The wind turbine generator 1 according to the present embodiment is installed on a
前記タワー10は筒状に形成されており、その内部には、ナセル30内に設置されている発電機で生成された電力を、タワー外に設置された電力系統(例えば、トランス、系統保護装置など)20に送電する送電ケーブル12が設置されている。この送電ケーブル12は、タワー内で垂下した状態で設置されており、その上端側は、タワー内に設置された図示しないケーブルホルダ(タワー側固定点)によって保持されている。
The
前記ケーブルホルダには、後述するナセル30内に設置される収容部に配設された可撓性を有する導電部材の端部が接続されるコネクタが設けられている。また、送電ケーブル12の下端側は、前記電力系統20に接続されている。なお、タワー10内に設置される送電ケーブル12の構成については特定のものに限定されることはなく、通常の単相電力用のケーブルや3相電力用のケーブル以外にも、例えば、後述するような平板状の導電部材であっても良い。また、タワー10内における送電ケーブル12の敷設方法についても、特定の構造に限定されることはない。
The cable holder is provided with a connector to which an end portion of a conductive member having flexibility disposed in a housing portion installed in the
さらに、前記タワー10内には、上記した送電ケーブル12以外にも、例えば、電力変換装置(インバータ、コンバータ)、ナセル30を旋回駆動するヨー駆動装置、ヨー駆動装置などの駆動を制御する制御装置等が設置されている。
Further, in the
前記ナセル30には、風を受けて回転するロータ31が設けられている。前記ロータ31は、ナセル内においてベアリング等を介して回転可能に支持された主軸31aの先端部に、ハブ31bによって取り付けられた複数枚のブレード31cを備えており、複数枚のブレード31cが風を受けることで、主軸31aを回転させるようになっている。また、ナセル30内には、主軸31aの回転数を増速させる増速歯車装置35と、増速歯車装置35で増速された回転動力を電力に変換する発電機37が設置されている。さらに、ナセル30には、風向・風速計が設置されており、ここから得られた情報は、前記制御装置に送信され、ヨー駆動装置を介してナセルを最適な位置に旋回駆動させる。
The
前記ナセル30内には、設置面50aを有する収容部50が設置されている。以下、図2から図6を併せて参照しながら、ナセル内に設置される収容部50について詳細に説明する。なお、図2から図6では、設置面50aに配設される導電部材60の構成を示すように、収容部50は上面が開口しているが、この部分は閉塞される構成であっても良い。
In the
前記収容部50は、上記したタワー10の上端位置に隣接するようにして設置されている。収容部50の形状については特に限定されることはないが、収容部内には、可撓性を有する導電部材60が、図に示すように巻回して配設されることから、全体として円筒形状に構成することが好ましい。また、前記収容部50は、導電部材60が安定して載置されるように、その設置面50aがナセルの旋回方向(略水平方向となる)に沿った方向となるように構成されている。この場合、収容部50は、円筒形状に構成されていることから、設置面50aの周囲には円周壁50dが形成されており、動作時において、導電部材60が落下するようなことはない(図4参照)。
The
前記収容部50内に配設される導電部材60については、可撓性を有するものであれば良く、例えば、網代状に編んだ編組導体のような可撓性に優れたものを用いることが可能であるが、収容部内に予め巻回して配設され、ナセル30の旋回に伴って径方向に変動することから、薄板状の導体を用いることが好ましい。すなわち、このような薄板状の導体を設置面50aに対して垂直にして渦を巻くように巻回配設することで、複数巻回数となるように配置しても、径方向の内側と外側に隣接する薄板状の導体は、動作時に相互に絡み付くようなことはない。具体的に、薄板状の導体については、例えば、厚さが0.5〜1.0mm程度、幅が10〜20cm程度のものを用いることが可能である(本実施形態では、導体は、ナセル内に昇圧用の変圧器を設置しないように、発電機37から直接接続することができる3相構造のものが用いられており、後述するように初期位置で3巻回された状態となっている)。
The
上記した導電部材60は、その一端が前記発電機37に接続され、その他端がタワー10内に設置された送電ケーブル12に接続されている。本実施形態では、収容部50内に巻回配設された導電部材60は、その一端が、収容部50の径方向外方に設置された発電機37側のコネクタ37A(ナセル側固定点)と接続され、他端が巻回中心位置に配置された送電ケーブル12側のコネクタ12A(タワー側固定点)と接続させている。この場合、コネクタ12Aは、前記タワー内に設置されているケーブルホルダ(図示せず)に保持されており、収容部50の載置面50aの中央位置に形成された開口50bから突出している。このため、導電部材60の一端は、コネクタ37Aと接続された状態でナセル30の旋回に伴って回転し、他端は、巻回中心部分でコネクタ12Aと接続されて固定された状態となっている。
The
次に、収容部50に配設された可撓性を有する導電部材60の動作について説明する。導電部材60は、上記したように、薄板状の導体として構成されており、図2がナセル30の基準位置となっている。なお、本実施形態では、ナセル30が基準位置にあるとき、収容部50の設置面50a上にある導電部材60は、全体として径方向に多少の隙間のある状態で3巻回されるように、その長さを設定している。
Next, the operation of the flexible
図2に示す基準位置から収容部50がD1方向に360°回転すると(ナセルがD1方向に360°回転する)、導電部材60は、設置面上で全体として巻かれる状態となって径方向に縮径し、図3に示すような状態となる。このとき、導電部材60の巻回数は増加し4巻回となる。一方、図2に示す基準位置から収容部50がD2方向に360°回転すると(ナセルがD2方向に360°回転する)、導電部材60は、設置面上で全体として巻回が解かれる状態となって径方向に拡径し、図4に示すような状態となる。このとき、導電部材60の巻回数は減少し2巻回となる。
When the
上記した構成によれば、ナセル30が旋回した際、従来のように、ナセル側固定点とタワー側固定点との間で、ナセルとタワーとの間に配設される接続ケーブルが捩れるようなことはなく、接続ケーブルの絡み付き、破損等が生じることはない。すなわち、ナセル30の旋回に伴って一体に回転する収容部50に配設されている可撓性を有する導電部材60は、巻回した状態で配設されていることから、ナセルが旋回しても、径方向に拡がる(巻回数が減少する)か縮む(巻回数が増える)だけであり、相互に絡み付くことはなく、従って破損等することが防止され、耐久性の向上が図れる。
According to the above configuration, when the
また、導電部材60は、上記したように耐久性が向上するため、メンテナンス作業が軽減されると共に、ナセル30内に円筒状の収容部50を設置した構成であるため、ナセルとタワーとの間で送電を行う接続ケーブル部分の構造が簡略化され、上記した従来技術と比較しても、メンテナンス作業が容易に行えるようになる。さらに、導電部材60は、設置面50a上に載置された状態にあるため、下方に落下するようなこともなく、安定した動作が得られると共に、設置スペースも少なくすることが可能となる。
In addition, since the
なお、図2から図4に示した構成では、導電部材60は、薄板状の導体として示しているが、実際には、図5及び図6に示すように、その表面は、絶縁チューブのような絶縁被膜65で被覆される。この場合、図6で示すように、絶縁被膜65は、ナセルの旋回に伴う収容部50の回転により、収容部50の設置面50a(50c)との間で摺動抵抗が発生することから、収容部ないしは設置面については、摩擦係数の小さい素材で構成したり、摩擦係数が低くなるような表面処理を施しておくことが好ましい。
In the configuration shown in FIGS. 2 to 4, the
或いは、収容部50の設置面50a(50c)には、ナセルの旋回に伴って収容部50が回転した際、導電部材60の移動を案内する案内部を形成しておくことで、絶縁被膜65の損傷等を効果的に防止することが可能である。このような案内部は、収容部50の回転に伴って導電部材60(絶縁被膜)が移動する軌跡に基づいて形成しておけば良く、例えば、図2から図5に示すように、導電部材60の径方向外側(コネクタ37Aの接続領域)では、収容部50の回転により、導電部材60のコネクタ37Aの近傍部分は周方向に移動することから、この近傍部分に対応するように、周方向に沿って延出する案内溝50gを形成している。なお、このような案内溝50g内には、以下に詳述する結束部材68を位置付けたり、ガイドローラ70を位置付けるようにしても良い。
Alternatively, the insulating
上記したように、本実施形態では、導電部材を、薄板状で3相構造としており、各導電部材を絶縁被膜65で覆っていることから、図7に示すように、各導電部材を束ねる結束部材68を設けることが好ましい。このような結束部材68は、巻回される導電部材に対し、軸方向に沿って所定の間隔をおいて配設すれば良く、また、収容部50の回転に伴って各導電部材60も移動することから、結束部材68については、図7の矢印で示すように、絶縁被膜65に対して軸方向に移動可能となって可動範囲を確保しておくことが好ましい。すなわち、このような可動する結束部材68を設けておくことで、各導電部材同士が絡まったり、或いは接触して擦れることが防止されるようになる。
As described above, in the present embodiment, the conductive member has a thin plate shape and has a three-phase structure, and each conductive member is covered with the insulating
また、上記したような結束部材68を配設する位置に応じて、例えば、図8(a)に示すように、上下の設置面50a,50cに、導電部材60の移動方向に沿うように案内部(案内溝)51a,51bを形成しても良い。この場合、案内溝51a,51bの形状については、結束部材68の移動軌跡に応じて形成することが可能であり、例えば、巻回される導電部材60の径方向外側については、放射方向に延出するような形状とし、巻回される導電部材60の径方向内側については、周方向に沿うような形状とすれば良い。このような案内溝51a,51bの形状については、初期位置における導電部材60の長さ、巻回数、径の大きさ等によって適宜変形することが可能であり、導電部材60(結束部材68)の動きに応じて、最適な形状にすれば良い。また、このように案内溝を形成しておくことにより、導電部材を、本実施形態のように3相構造としても、相互に接触して磨耗等することが防止される。
Further, according to the position where the binding
また、導電部材60の絶縁被膜65や、或いは、上記した結束部材68に、収容部50の設置面に対して摺動するガイドローラ70を設けても良い。図8(b)は、結束部材68にガイドローラ70を設けた例を示しており、このように構成することで、絶縁被膜65は、設置面との間で摩擦摺動することがなくなるため、損傷等をより確実に防止することが可能となる。
In addition, a
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形することが可能である。例えば、収容部50については、ナセル30内において、いずれかの位置に設置しても良いが、導電部材60の巻回中心位置(コネクタ12Aの位置)が、タワー10に対するナセル30の旋回中心領域となるように配置しておくのが好ましい。このような位置に設置しておけば、ナセル30の旋回動作に関係なく、コネクタ12Aは、その巻回中心で固定された状態となることから、導電部材60の配置態様が最も効率的で簡素な構成とすることが可能となる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to above-described embodiment, It can change variously. For example, the
また、収容部50の大きさ、形状、及び設置面上に配設される導電部材60の初期位置における弛みの状態や長さ、巻回数については、種々変形することができ、これらを変更することで、ナセル30が同一方向に旋回する回転角度(回転数)を適切なものに設定することが可能となる。例えば、導電部材60の初期位置の巻回数については、両方向への回転動作時に、大きな張力が作用しないように多少の遊度を持たせておいても良い。
Further, the size and shape of the
さらに、上記したように、導電部材60の絡み付きがなくなることで、導電部材60を多層構造にすることが可能となるため、ナセル30内に昇圧用の変圧器を設置する必要がなくなり、ナセル30を大型化したり、タワー10の強度を向上する必要性がなくなって設備コストを低減することが可能となる。なお、もちろん、ナセル内に昇圧用の変圧器を設置しても良い。
Further, as described above, since the
1 風力発電装置
10 タワー
12 送電ケーブル
30 ナセル
31 ロータ
37 発電機
50 収容部
60 導電部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記タワーの上端部分に旋回可能に設置され、風を受けて回転するロータと前記ロータの回転駆動力を電力に変換する発電機とを具備したナセルと、
有する風力発電装置において、
前記ナセル内に設置面を有する収容部を設置し、
前記収容部内に、一端が前記発電機側に接続され、他端がタワー内に設置される送電ケーブルに接続される可撓性を有する導電部材を巻回して配設したことを特徴とする風力発電装置。 Tower and
A nacelle that is rotatably installed at an upper end portion of the tower and includes a rotor that rotates by receiving wind and a generator that converts the rotational driving force of the rotor into electric power;
In the wind power generator having
Installing an accommodating portion having an installation surface in the nacelle;
Wind power, characterized in that a flexible conductive member having one end connected to the generator side and the other end connected to a power transmission cable installed in the tower is wound in the housing portion. Power generation device.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121203 |
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