JP2019039430A

JP2019039430A - 固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステム

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Publication number: JP2019039430A
Application number: JP2018155154A
Authority: JP
Inventors: テオドア・スティーブン・ウィルモット; Steven Wilmot Theodore; ジョナサン・ポール・シグノア; Paul Signore Jonathan; ゲイロン・ミッチェル・ファイファー; Mitchell Pfeiffer Gaylon
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: ES2887791T3; US10598148B2; DK3450747T3; EP3450747A1; JP7229699B2; EP3450747B1; US20190063402A1

Abstract

【課題】付随する固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムを提供する。【解決手段】本開示は、固有のヨー駆動部制御システム（５０）が非動作である場合に風力タービン（１０）のヨー駆動部（３６）を制御するためのシステム（１００）に関する。システム（１００）は、風力タービン（１０）によって経験される風の状態を示すパラメータを検出するように構成された外部センサ（１０２）を含む。システム（１００）はまた、外部センサ（１０２）に通信可能に結合された外部コントローラ（１０６）を含む。外部コントローラ（１０６）は、外部センサ（１０２）から受信した測定信号（１３０）に基づいてヨー駆動部（３６）を制御するように構成される。外部センサ（１０２）および外部コントローラ（１０６）は、固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている。【選択図】図１

Description

本開示は、一般的に風力タービンに関する。より詳細には、本開示は、付随する固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムに関する。

風力発電は、現在利用可能な最もクリーンで最も環境に優しいエネルギー源の１つと考えられ、風力タービンはこの点で注目集めている。現代の風力タービンは、通常、タワー、タワーに取り付けられたナセル、ナセルに配置された発電機、および１つまたは複数のロータブレードを含む。１つまたは複数のロータブレードは、公知の翼形原理を使用して、風の運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する。駆動トレインは、ロータブレードからの機械的エネルギーを発電機に伝達する。次いで、発電機は、機械的エネルギーを、ユーティリティの送電網に供給することができる電気エネルギーに変換する。

風力タービンは、通常、風の方向に対してロータブレードを適切に方向付けるために、風力タービンのヨー角（すなわち、タワーに対するナセルの角度）を調整するヨー駆動部を含む。この点に関して、ヨー駆動部は、ナセルをタワーに対して回転させる１つまたは複数のヨー調整機構を含むことができる。さらに、風力タービンは、ヨー調整機構などのヨー駆動部の様々な構成要素の動作を制御するためのヨー駆動部制御システムを含む。

メンテナンス作業中に、ヨー駆動部制御システム（例えば、電源、コントローラ、センサなど）の様々な構成要素は、無効にすることができ、風力タービンから取り外すことができ、あるいは非動作にすることができる。これが発生すると、風力タービンのヨー角を調整することができない。特定のメンテナンス活動の間に、ナセルに対してクレーンなどのメンテナンス機器を移動する必要があり得る。このような機器の移動は、メンテナンス作業の時間およびコストを増加させる。さらに、風力タービンのヨー角を調整できないと、ナセルおよび／またはロータに望ましくない空気力学的荷重がかかる可能性がある。

したがって、固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムは、当技術分野で歓迎されるであろう。

米国特許第９５５１３１９号明細書

本技術の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本技術の実施により学ぶことができる。

一態様では、本開示は、固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムに関する。システムは、風力タービンによって経験される風の状態を示すパラメータを検出するように構成された外部センサを含む。システムはまた、外部センサに通信可能に結合された外部コントローラを含む。外部コントローラは、外部センサから受信した測定信号に基づいてヨー駆動部を制御するように構成される。外部センサおよび外部コントローラは、固有のヨー駆動部制御システムから電気的に絶縁されている。

別の態様では、本開示は、タワーとタワーの上に取り付けられたナセルとを含む風力タービンに関する。風力タービンはまた、ナセルに回転可能に結合されたロータを含む。ロータは、少なくとも１つのロータブレードを含む。風力タービンは、ナセルのヨー角を調整するためのヨー駆動部と、固有のヨー駆動部制御システムと、をさらに含む。さらに、風力タービンは、固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムを含む。システムは、外部センサに通信可能に結合された外部コントローラを含む。外部コントローラは、受信した測定信号または受信した入力信号に基づいてヨー駆動部を制御するように構成される。外部コントローラは、固有のヨー駆動部制御システムから電気的に絶縁されている。

本技術のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明するのに役立つ。

本技術の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照する。

本開示の実施形態による例示的な風力タービンの斜視図である。本開示の実施形態による風力タービンの例示的なナセルの斜視内部図である。本開示の実施形態による風力タービンの例示的な固有のヨー駆動部制御システムの一実施形態の概略図である。本開示の実施形態による、固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムの一実施形態の概略図である。本開示の実施形態による、固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステムの外部センサの一実施形態の側面図であり、風力タービンのナセルに取り付けられた外部センサを示す。

本明細書および図面における符号の反復使用は、本技術の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。

以下で、本技術の実施形態を詳しく参照するが、その１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本技術の同様のまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。

各例は本技術の説明のために提供するものであって、本技術を限定するものではない。実際、本技術の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本技術は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入るこのような修正および変更を包括することが意図されている。

ここで図面を参照すると、図１は例示的な風力タービン１０の斜視図である。図示するように、風力タービン１０は、一般に、支持面１４から延在するタワー１２と、タワー１２に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６に結合されたロータ１８と、を含む。ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合され、ハブ２０から外側に延在する少なくとも１つのロータブレード２２と、を含む。例えば、図１に示す実施形態では、ロータ１８は３つのロータブレード２２を含む。しかしながら、代替的な実施形態では、ロータ１８は、３つより多いまたは少ないロータブレード２２を含んでもよい。各ロータブレード２２は、風からの運動エネルギーを回転の機械的エネルギーに変換するために、ロータ１８の回転を容易にするようにハブ２０の周りに離間されてもよい。ナセル１６内に配置された発電機２４は、ロータ１８の回転エネルギーから電力を生成することができる。

ここで図２を参照すると、駆動トレイン２６は、ロータ１８を発電機２４に回転可能に連結する。図示するように、駆動トレイン２６は、ロータ１８のハブ２０をギヤボックス３０に回転可能に連結するロータシャフト２８を含むことができる。ギヤボックス３０は、ナセル１６内のベッドプレート３２によって支持され、ベッドプレート３２に結合されてもよい。駆動トレイン２６はまた、ギヤボックス３０を発電機２４に回転可能に連結する発電機シャフト３４を含むことができる。この点に関して、ロータ１８の回転は発電機２４を駆動する。より具体的には、ロータシャフト２８は、ロータブレード２２およびハブ２０の回転に応答してギヤボックス３０に低速で高トルクの入力を提供することができる。次に、ギヤボックス３０は、低速で高トルクの入力を高速で低トルクの出力に変換して、発電機シャフト３４、したがって発電機２４を駆動することができる。しかしながら、代替的な実施形態では、発電機２４は、直接駆動構成でロータシャフト２８に直接回転可能に連結されてもよい。

風力タービン１０はまた、ナセル１６のヨー角（すなわち、タワー１２に対するナセル１６の角度方向）を調整するための固有のヨー駆動部３６を含むことができる。特に、ナセル１６は、ヨー軸受（図示せず）によってタワー１２に回転可能に結合されてもよい。このように、固有のヨー駆動部３６は、ナセル１６のヨー角を調整するために、タワー１２に対してヨー軸４０（図１）を中心にナセル１６を回転させる１つまたは複数の固有のヨー調整機構３８を含むことができる。図２は２つのヨー調整機構３８を示しているが、風力タービン１０は、単一のヨー調整機構３８または３つ以上のヨー調整機構３８などの、任意の適切な数のヨー調整機構３８を含むことができる。例えば、固有のヨー駆動部３６の特定の実施形態は、４つのヨー調整機構３８を含むことができる。

図２は、ヨー調整機構３８の例示的な実施形態を示す。より具体的には、各ヨー調整機構３８は、ベッドプレート３２に取り付けられたおよび／またはベッドプレート３２を貫通する電動モータ４２を含むことができる。各電動モータ４２は、それに結合されたピニオンギヤ４４を含むことができ、ピニオンギヤ４４は、タワー１２に結合されたタワーリングギヤ４６と係合する。ヨー調整機構３８の動作中に、電動モータ４２は、対応するピニオンギヤ４４を回転させ、ピニオンギヤ４４がタワーリングギヤ４６を回転させる。タワーリングギヤ４６に対するピニオンギヤ４４の回転は、ナセル１６をヨー軸４０（図１）の周りに回転させる。代替的な実施形態では、ヨー調整機構３８は、タワー１２とナセル１６との間の動きを伝達するための、任意の適切なタイプのアクチュエータおよび／または任意の適切な構造または機構を含むことができる。

固有のヨー駆動部３６はまた、ヨー軸４０の周りのナセル１６の回転を制御するための１つまたは複数の固有のブレーキアセンブリ４８を含むこともできる。例えば、図示した実施形態に示すように、ブレーキアセンブリ４８は、ベッドプレート３２に取り付けられてもよく、および／またはベッドプレート３２を貫通して取り付けられてもよい。このように、各ブレーキアセンブリ４８は、ヨー軸４０周りのナセル１６の回転を停止させる、遅くする、および／または制御するために、タワーリングギヤ４６または風力タービン１０の別の適切な摩擦面と摩擦係合することができる。風力タービン１０は、任意の適切な数のブレーキアセンブリ４８を含むことができる。例えば、例示的な実施形態では、風力タービン１０は、１２から２０までのブレーキアセンブリ４８を含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、風力タービン１０は、１２未満のブレーキアセンブリ４８または２０を超えるブレーキアセンブリ４８を含むことができる。

ここで図３を参照すると、風力タービン１０は、ヨー調整機構３８および／またはブレーキアセンブリ４８などの、固有のヨー駆動部３６の１つまたは複数の構成要素の動作を制御するための固有のヨー駆動部制御システム５０（「固有の制御システム５０」）を含むことができる。一般に、固有の制御システム５０は、風力タービン１０が電力を生成している場合、あるいはメンテナンスまたは修理作業のために無効にされていないかまたは部分的に無効にされている場合などの、風力タービン１０の動作中に固有のヨー駆動部３６を制御する。図３に示す実施形態では、例えば、固有の制御システム５０のすべての構成要素を風力タービン１０内に配置することができる。しかし、代替的な実施形態では、固有の制御システム５０の構成要素のいくつかは、風力タービン１０の外側に配置されてもよい。

図示するように、固有の制御システム５０は、風力タービン１０によって経験される風の状態を示す１つまたは複数のパラメータを検出するための１つまたは複数の固有のセンサ５２を含むことができる。図３は１つの固有のセンサ５２のみを示しているが、固有の制御システム５０は任意の適切な数の固有のセンサ５２を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、固有のセンサ５２は、図２に示す風速センサ５４であってもよい。具体的には、風速センサ５４は、風力タービン１０、より詳細にはナセル１６が経験する風速および／または風向を検出する。この点において、風速センサ５４は、風速計、風向計、または風速および／または風向を測定するための任意の他の適切なタイプのセンサであってもよい。いくつかの実施形態では、風速センサ５４は、ナセル１６の外部に取り付けられてもよい。しかしながら、代替的な実施形態では、固有のセンサ５２は、風力タービン１０または風力タービン１０に近接する環境の任意の適切なパラメータを測定するための任意の適切なタイプのセンサであってもよい。

固有の制御システム５０はまた、センサ５２、ヨー調整機構３８、およびブレーキアセンブリ４８などの、固有の制御システム５０および／または固有のヨー駆動部３６の１つまたは複数の構成要素に通信可能に結合された固有のコントローラ５６を含むことができる。図３は、１つの固有のセンサ５２、１つのヨー調整機構３８、および１つのブレーキアセンブリ４８だけに通信可能に結合された固有のコントローラ５６を示すが、固有のコントローラ５６は、任意の適切な数の固有のセンサ５２、ヨー調整機構３８、および／またはブレーキアセンブリ４８に通信可能に結合されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、固有のコントローラ５６は、固有のヨー駆動部３６内のヨー調整機構３８およびブレーキアセンブリ４８のすべてに通信可能に結合されてもよい。図２に示すように、例えば、固有のコントローラ５６は、ナセル１６の一部分の中に取り付けられた制御キャビネット５８内に配置されてもよい。しかしながら、代替的な実施形態では、固有のコントローラ５６は、風力タービン１０の上またはその中の任意の場所、支持面１４上の任意の場所、あるいは任意の他の適切な場所に配置されてもよい。

一般に、固有のコントローラ５６は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスを含む任意の適切なプロセッサベースのデバイスに対応することができる。図３に示すように、例えば、固有のコントローラ５６は、１つまたは複数のプロセッサ６０と、様々なコンピュータに実装された機能（例えば、本明細書に開示した方法、ステップ、計算などを実行する）を実行するように構成された１つまたは複数の付随するメモリ装置６２と、を含むことができる。本明細書で使用する「プロセッサ」という用語は、コンピュータに含まれるものとして当技術分野で呼ばれている集積回路を指すだけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および他のプログラマブル回路も指す。さらに、メモリ装置６２は、一般に、限定はしないが、コンピュータ可読媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、および／または他の適切なメモリ素子またはこれらの組み合わせを含むメモリ素子を含むことができる。メモリ装置６２は、プロセッサ６０によって実行された場合に、プロセッサ６０に固有のヨー駆動部３６を制御するなどの様々な機能を実行させる命令を格納することができる。

上述したように、固有の制御システム５０は、風力タービン１０の動作中に固有のヨー駆動部３６の動作を制御する。例えば、図３に示す実施形態では、固有のコントローラ５６は、風力タービン１０の動作中に固有のセンサ５２から測定信号（例えば、矢印６４で示すように）を受信することができる。これらの測定信号６４に基づいて、固有のコントローラ５６は、風力タービン１０のヨー角を制御するために、ヨー調整機構３８およびブレーキアセンブリ４８に制御信号（例えば、矢印６６で示すように）を送信することができる。この点で、固有の制御システム５０は、固有のヨー駆動部３６のこのような動作を容易にするのに必要な、必要な通信インターフェース、回路、および／または他の電気／通信デバイスをさらに含むことができる。

代替的な実施形態では、固有の制御システム５０は、固有のセンサ５２、固有のコントローラ５６、ならびに関連する通信インターフェースおよび回路に加えて、他の構成要素を含むことができる。さらに、固有の制御システム５０は、風力タービン１０のヨー角の制御を可能にする任意の適切な方法で動作することができる。

図４は、固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に風力タービンのヨー駆動部を制御するためのシステム１００の一実施形態の概略図である。一般に、システム１００について、風力タービン１０を参照して以下に説明する。それにもかかわらず、開示されるシステム１００は、関連する固有のヨー駆動部制御システムが非動作である場合に、任意の適切な風力タービン構成を有する任意の風力タービンのヨー駆動部を制御するために使用することができる。

上述したように、システム１００は、固有の制御システム５０が非動作である場合に使用することができる。例えば、固有の制御システム５０は、様々なメンテナンスおよび修理作業中に非動作であり得る。このような場合には、固有の制御システム５０の一部または全部を、適切なロックアウト、タグアウト（ＬＯＴＯ）手順などにより無効にすることができる。さらに、いくつかのメンテナンスまたは修理活動では、固有の制御システム５０の特定の構成要素を風力タービン１０から取り外す場合がある。このように、固有の制御システム５０は、固有の制御システム５０が固有のヨー駆動部３６を制御することができない場合に非動作である。

図４に示すように、システム１００は、風力タービン１０によって経験される風の状態を示す１つまたは複数のパラメータを検出するための１つまたは複数の外部センサ１０２を含む。一般に、外部センサ１０２は、固有の制御システム５０から電気的におよび／または通信的に絶縁されている。このように、外部センサ１０２は、固有の制御システム５０のいずれの構成要素にも依存せず、その動作をサポートするか、または容易にする。この点において、外部センサ１０２は、固有の制御システム５０が非動作である場合に動作可能とすることができる。図４は、１つの外部センサ１０２のみを示しているが、システム１００は、任意の適切な数の外部センサ１０２を含むことができる。

いくつかの実施形態では、各外部センサ１０２は、固有のセンサ５２のうちの１つに対応することができる。このように、外部センサ１０２は、固有のセンサ５２が固有の制御システム５０に提供するのと同じ情報をシステム１００に提供することができる。この点において、外部センサ１０２は、固有のセンサ５２と同じまたは類似のパラメータを検出するように構成することができる。例えば、図５に示すように、外部センサ１０２は、風力タービン１０、より詳細にはナセル１６が経験する風速および／または風向を検出する風速センサ１０４であってもよい。このように、風速センサ１０４は、風速計、風向計、または風速および／または風向を測定するための任意の他の適切なタイプのセンサであってもよい。代替的な実施形態では、外部センサ１０２は、固有のセンサ５２とは異なるパラメータを検出するように構成されてもよい。さらなる実施形態では、外部センサ１０２は、風力タービン１０または風力タービン１０に近接する環境の任意の適切なパラメータを測定するための任意の適切なタイプのセンサであってもよい。

システム１００はまた、センサ１０２、ヨー調整機構３８、およびブレーキアセンブリ４８などの、システム１００および／または固有のヨー駆動部３６の１つまたは複数の構成要素に通信可能に結合されるように構成された外部コントローラ１０６を含む。一般に、外部コントローラ１０６は、固有の制御システム５０から電気的および／または通信的に絶縁されている。このように、外部コントローラ１０６は、固有の制御システム５０のいずれの構成要素にも依存せず、その動作をサポートするか、または容易にする。この点において、外部コントローラ１０６は、固有の制御システム５０が非動作である場合に動作可能とすることができる。図４は、１つの外部センサ１０２、１つのヨー調整機構３８、および１つのブレーキアセンブリ４８だけに通信可能に結合された外部コントローラ１０６を示すが、外部コントローラ１０６は、任意の適切な数の外部センサ１０２、ヨー調整機構３８、および／またはブレーキアセンブリ４８に通信可能に結合されてもよい。特定の実施形態では、外部コントローラ１０６は、固有のヨー駆動部３６内のヨー調整機構３８およびブレーキアセンブリ４８のすべてに通信可能に結合されてもよい。

一般に、外部コントローラ１０６は、１つまたは複数のコンピューティングデバイスを含む任意の適切なプロセッサベースのデバイスに対応することができる。図４に示すように、例えば、外部コントローラ１０６は、１つまたは複数のプロセッサ１０８と、様々なコンピュータに実装された機能（例えば、本明細書に開示した方法、ステップ、計算などを実行する）を実行するように構成された１つまたは複数の付随するメモリ装置１１０と、を含むことができる。本明細書で使用する「プロセッサ」という用語は、コンピュータに含まれるものとして当技術分野で呼ばれている集積回路を指すだけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および他のプログラマブル回路も指す。さらに、メモリ装置１１０は、一般に、限定はしないが、コンピュータ可読媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、および／または他の適切なメモリ素子またはこれらの組み合わせを含むメモリ素子を含むことができる。メモリ装置１１０は、プロセッサ１０８によって実行された場合に、プロセッサ１０８に固有のヨー駆動部３６を制御するなどの様々な機能を実行させる命令を格納することができる。

いくつかの実施形態では、外部コントローラ１０６は、可変周波数駆動（ＶＦＤ）アーキテクチャを含むことができる。そのような実施形態では、外部コントローラ１０６は、複数の電圧および／または周波数を有する制御信号（例えば、矢印１１８で示す）を生成するように構成されてもよい。この点において、外部コントローラ１０６は、風力タービンおよび変化する動作電圧および／または周波数を有する関連するヨー駆動部と互換性があり得る。このように、ＶＦＤアーキテクチャは、異なるサイズ、出力、および／または製造業者などの風力タービンを有するシステム１００の使用を可能にすることができる。代替的な実施形態では、外部コントローラ１０６は、ＶＦＤアーキテクチャを含まなくてもよい。

システム１００は、外部センサ１０２および外部コントローラ１０６などの、システム１００の１つまたは複数の構成要素に電気的に結合された電源１１２をさらに含むことができる。より具体的には、電源１１２は、ポータブル発電機、送電網、または風力タービン１０などの適切な電力源（例えば、矢印１１４で示す）から電力を受け取るように構成されてもよい。次いで、電源１１２は、電力源１１４によって供給される電力を、システム１００による使用に適した形態に変換するか、または他の方法で変更するように構成されてもよい。例えば、電源１１２は、外部コントローラ１０６による使用のために、送電網からの交流電力を直流に変換することができる。図示するように、電源１１２は、電力を（例えば、矢印１１６で示すように）外部センサ１０２および／または外部コントローラ１０６に供給することができる。電源１１２は、電力１１６を直接外部センサ１０２に供給するものとして示されているが、外部センサ１０２は、外部コントローラ１０６から電力１１６を受け取ってもよい。外部コントローラ１０６はまた、制御信号１１８の形態で固有のヨー駆動部３６に電力を供給してもよい。したがって、システム１００は、固有の制御システム５０からの電力を必要とせずに、固有のヨー駆動部３６を動作させることができる。代替的な実施形態では、電源１１２は、電力１１６を固有のヨー駆動部３６に直接供給してもよい。このように、制御信号１１８は、固有のヨー駆動部３６への電力の供給を制御するために、適切なリレーまたはサイリスタを作動させることができる。さらなる実施形態では、システム１００は、電力源１１４から直接電力を受け取ることができる。

さらに、システム１００は、外部コントローラ１０６に通信可能に結合されたユーザインターフェース１２０を含むことができる。一般に、ユーザインターフェース１２０は、ユーザと外部コントローラ１０６との間の対話を可能にするように構成することができる。例えば、ユーザインターフェース１２０は、ユーザ入力を受け取るように構成された１つまたは複数の入力デバイス１２２（例えば、タッチスクリーン、キーパッド、タッチパッド、ノブ、ボタン、スライダ、スイッチ、マウス、マイクロホン、他のハードウェアインターフェースなど）を含むことができる。次いで、ユーザインターフェース１２０は、ユーザ入力信号（例えば、矢印１２４で示す）として外部コントローラ１０６にユーザ入力を送信することができる。さらに、いくつかの実施形態では、外部コントローラ１０６は、風力タービン１０の様々な動作条件および／または環境条件に関するフィードバックを提供することができる。そのような場合に、外部コントローラ１０６は、フィードバック信号（例えば、矢印１２６で示す）をユーザインターフェース１２０に送信することができる。この点において、ユーザインターフェース１２０は、フィードバックを外部コントローラ１０６からユーザに伝達する１つまたは複数のフィードバックデバイス１２８（例えば、ディスプレイ画面、スピーカ、警告ライトなど）を含むことができる。入力デバイス１２２およびフィードバックデバイス１２８は、単一の構成要素（例えば、タッチスクリーン）として一体化されてもよいし、分離した別個の構成要素（例えば、キーパッドおよびディスプレイ画面）であってもよい。しかしながら、代替的な実施形態では、システム１００は、ユーザインターフェース１２０を含まなくてもよい。

いくつかの実施形態では、システム１００は、一般に携帯可能に構成されてもよい。例えば、外部コントローラ１０６およびユーザインターフェース１２０は、メンテナンスまたは修理活動中にタワー１２の上に持ち上げてナセル１６内に配置するように構成することができる。そのような実施形態では、配線ハーネス（図示せず）が、外部コントローラ１０６を固有のヨー駆動部３６に通信可能かつ電気的に結合することができる。例えば、配線ハーネスは、各固有のヨー調整機構３８および各固有のブレーキアセンブリ４８に接続するリード線を含むことができる。ただし、外部コントローラ１０６およびユーザインターフェース１２０は、支持面１４上の位置などの、任意の適切な位置に配置するように構成されてもよい。さらに、図５に示すように、外部センサ１０２は、ナセル１６の外部に取り外し可能に取り付けるように構成することができる。しかしながら、代替的な実施形態では、風速センサ１０４は、支持面１４上の位置などの、任意の適切な位置に取り付けることができる。

上述のように、システム１００は、固有の制御システム５０が非動作である場合に、風力タービン１０の固有のヨー駆動部３６を制御するように構成される。この点に関して、システム１００は、固有の制御システム５０が固有のヨー駆動部３６を動作させることができない期間に、風力タービン１０のヨー角を制御して、ナセル１６にかかる望ましくない空気力学的荷重を防止することができる。より具体的には、外部コントローラ１０６は、外部センサ１０２から受信した測定信号（例えば、矢印１３０で示す）に基づいて固有のヨー駆動部３６を制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、測定信号１３０は、風力タービン１０が経験する風の状態を示すことができる。外部コントローラ１０６は、センサ測定値を所望のヨー角に相関させる、メモリ１１０内に格納されたルックアップテーブルまたは適切な数学的公式を含むことができる。所望のヨー角が現在のヨー角と異なる場合には、外部コントローラ１０６は、風力タービン１０の現在のヨー角を所望のヨー角に調整するために、固有のヨー駆動部３６の様々な構成要素を制御する制御信号１１８を生成するように構成される。このように、外部コントローラ１０６は、ヨー調整機構３８および／またはブレーキアセンブリ４８に、ヨー角の所望の変化を実行する制御信号１１８を送信するように構成することができる。例えば、コントローラ１０６は、制御信号１１８をヨー調整機構３８に送信して、ナセル１６のヨー角を変更するように構成することができる。現在のヨー角が所望のヨー角と同じである場合には、外部コントローラ１０６が制御信号１１８をブレーキアセンブリ４８に送信して、ナセル１６の回転を停止させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、システム１００は、風速または風向の不感帯を含むことができ、風速または風向が不感帯にあるときに、外部コントローラ１０６が固有のヨー駆動部３６を作動させないようにすることができる。

いくつかの実施形態では、外部コントローラ１０６は、アセンブリ機器または修理機器（例えば、クレーン、タグラインなど）の場所などの他のパラメータに基づいて、固有のヨー駆動部３６を制御するように構成されてもよい。例えば、外部コントローラ１０６は、ヨー角調整中にナセル１６がアセンブリ機器または修理機器に接触するのを防止するように構成することができる。そのような実施形態では、機器の位置を外部コントローラ１０６のメモリ１１０に格納することができる。さらに、外部コントローラ１０６は、ブレーキアセンブリ４８が係合する場合にヨー調整機構３８の動作を防止するように構成されてもよい。

外部コントローラ１０６は、ユーザインターフェース１２０から受信した入力信号１２４に基づいて、固有のヨー駆動部３６を制御するように構成されてもよい。例えば、ユーザは、風力タービン１０の所望のヨー角度を（例えば、入力デバイス１２２を介して）ユーザインターフェース１２０に入力することができる。ユーザインターフェース１２０は、次に、所望のヨー角を示すユーザ入力信号１２４を外部コントローラ１０６に送信することができる。外部コントローラ１０６は、それに応じて固有のヨー駆動部３６を制御する。このようにして、ユーザは、クレーンまたは他の修理機器と整列するように、風力タービン１０のヨー角を特定の位置に調整することができる。このような実施形態では、ナセル１６を移動させて機器と整列させることができるので、ナセル１６と整列するために機器を移動させる必要がない。

特定の実施形態では、システム１００は、システム１００の動作、風力タービン１０の動作、および／または風力タービン１０を取り囲む環境に関するフィードバックを（例えば、フィードバック信号１２６を介してフィードバックデバイス１２８に）提供するように構成することができる。例えば、システム１００は、システム１００および／または風力タービン１０にシステムエラーまたは障害が発生したときに、ユーザに聴覚的または視覚的に（例えば、警告灯、警報などにより）警告するように構成することができる。さらに、システム１００は、システム１００および／または風力タービン１０の様々な現在の動作パラメータ（例えば、風速、風向、ヨー角など）の表示を提供することができる。代替的な実施形態では、システム１００は、ユーザに任意の適切な形態のフィードバックを提供することができる。しかし、さらなる実施形態では、システム１００は、ユーザにフィードバックを提供するように構成されなくてもよい。

さらなる実施形態では、システム１００は、追加の機能を提供するように構成することができる。例えば、外部コントローラ１０６は、温度制限に対して固有のヨー駆動部３６の様々な構成要素の温度を監視するように構成することができる。この点において、外部コントローラ１０６はまた、その温度が温度限界を超えたときに、固有のヨー駆動部３６の任意の構成要素をシャットダウンするように構成することもできる。さらに、システム１００は、風力タービン１０が非動作である場合に発電機２４を巻き戻して内部電力ケーブルの損傷を防止するように構成することができる。より具体的には、場合によっては、風によってナセル１６がタワー１２に対して回転することがある。ナセル１６が１つの方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に所定数の連続回転（例えば、３回転）を超えてナセルに対して回転すると、外部コントローラ１０６は、ナセル１６を巻き戻すためにナセル１６を反対方向に回転させるように構成することができる。

この明細書は、本技術を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本技術を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本技術の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
固有のヨー駆動部制御システム（５０）が非動作である場合に風力タービン（１０）のヨー駆動部（３６）を制御するためのシステム（１００）であって、
前記風力タービン（１０）によって経験される風の状態を示すパラメータを検出するように構成された外部センサ（１０２）と、
前記外部センサ（１０２）に通信可能に結合され、前記外部センサ（１０２）から受信した測定信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成された外部コントローラ（１０６）と、を含み、
前記外部センサ（１０２）および前記外部コントローラ（１０６）は、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、システム（１００）。
［実施態様２］
前記外部センサ（１０２）、前記外部コントローラ（１０６）、または前記ヨー駆動部（３６）のうちの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源（１１２）をさらに含み、前記電源（１１２）は前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様３］
前記外部コントローラ（１０６）に通信可能に結合されたユーザインターフェース（１２０）をさらに含む、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様４］
前記外部コントローラ（１０６）は、前記ユーザインターフェース（１２０）から受信した入力信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、実施態様３に記載のシステム（１００）。
［実施態様５］
前記外部コントローラ（１０６）は、前記外部センサ（１０２）から受信した測定信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨー調整機構（３８）を制御するように構成される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様６］
前記外部コントローラ（１０６）は、前記外部センサ（１０２）から受信した測定信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨーブレーキを制御するように構成される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様７］
前記外部コントローラ（１０６）は、可変周波数駆動アーキテクチャを含む、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様８］
前記外部コントローラ（１０６）は、複数の周波数または電圧を有する制御信号を生成するように構成される、実施態様７に記載のシステム（１００）。
［実施態様９］
前記外部コントローラ（１０６）は、アセンブリ機器または修理機器の位置に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１０］
前記風の状態は、風向または風速である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１１］
風力タービン（１０）であって、
タワー（１２）と、
前記タワー（１２）の頂上に取り付けられたナセル（１６）と、
前記ナセル（１６）に回転可能に結合され、少なくとも１つのロータブレード（２２）を含むロータ（１８）と、
前記ナセル（１６）のヨー角を調整するためのヨー駆動部（３６）と、
固有のヨー駆動部制御システム（５０）と、
前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）が非動作である場合に前記ヨー駆動部（３６）を制御するためのシステム（１００）と、を含み、前記システム（１００）は、
前記ヨー駆動部（３６）に通信可能に結合され、受信した測定信号または受信した入力信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成された外部コントローラ（１０６）を含み、
前記外部コントローラ（１０６）は、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、風力タービン（１０）。
［実施態様１２］
前記外部コントローラ（１０６）に通信可能に結合され、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁された外部センサ（１０２）をさらに含み、前記外部センサ（１０２）は、前記風力タービン（１０）によって経験される風の状態を示すパラメータを検出し、測定信号を前記外部コントローラ（１０６）に送信するように構成される、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１３］
前記外部センサ（１０２）、前記外部コントローラ（１０６）、または前記ヨー駆動部（３６）のうちの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源（１１２）をさらに含み、前記電源（１１２）は、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１４］
前記外部コントローラ（１０６）に通信可能に結合されたユーザインターフェース（１２０）をさらに含み、前記外部コントローラ（１０６）は、前記ユーザインターフェース（１２０）から受信した入力信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１５］
前記外部コントローラ（１０６）は、前記受信した測定信号または入力信号に基づいて、前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨー調整機構（３８）ならびに前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨーブレーキを制御するように構成される、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１６］
前記外部コントローラ（１０６）は、可変周波数駆動アーキテクチャを含む、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１７］
前記外部コントローラ（１０６）は、複数の周波数または電圧を有する制御信号を生成するように構成される、実施態様１６に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１８］
前記外部コントローラ（１０６）は、アセンブリ機器または修理機器の位置に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様１９］
前記風の状態は、風向または風速である、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。
［実施態様２０］
前記外部センサ（１０２）は、前記風力タービン（１０）のナセル（１６）に取り付けるように構成される、実施態様１１に記載の風力タービン（１０）。

１０風力タービン
１２タワー
１４支持面
１６ナセル
１８ロータ
２０ハブ
２２ロータブレード
２４発電機
２６駆動トレイン
２８ロータシャフト
３０ギヤボックス
３２ベッドプレート
３４発電機シャフト
３６ヨー駆動部
３８ヨー調整機構
４０ヨー軸
４２電動モータ
４４ピニオンギヤ
４６タワーリングギヤ
４８ブレーキアセンブリ
５０ヨー駆動部制御システム
５２センサ
５４風速センサ
５６コントローラ
５８制御キャビネット
６０プロセッサ
６２メモリ装置
６４測定信号
６４矢印
６６矢印
１００システム
１０２外部センサ
１０４風速センサ
１０６外部コントローラ
１０８プロセッサ
１１０メモリ装置
１１０メモリ
１１２電源
１１４電力源
１１４矢印
１１６電力
１１６矢印
１１８制御信号
１１８矢印
１２０ユーザインターフェース
１２２入力デバイス
１２４矢印
１２４入力信号
１２６矢印
１２６フィードバック信号
１２８フィードバックデバイス
１３０矢印
１３０測定信号

Claims

固有のヨー駆動部制御システム（５０）が非動作である場合に風力タービン（１０）のヨー駆動部（３６）を制御するためのシステム（１００）であって、
前記風力タービン（１０）によって経験される風の状態を示すパラメータを検出するように構成された外部センサ（１０２）と、
前記外部センサ（１０２）に通信可能に結合され、前記外部センサ（１０２）から受信した測定信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成された外部コントローラ（１０６）と、を含み、
前記外部センサ（１０２）および前記外部コントローラ（１０６）は、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、システム（１００）。
前記外部センサ（１０２）、前記外部コントローラ（１０６）、または前記ヨー駆動部（３６）のうちの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源（１１２）をさらに含み、前記電源（１１２）は前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、請求項１に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）に通信可能に結合されたユーザインターフェース（１２０）をさらに含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）は、前記ユーザインターフェース（１２０）から受信した入力信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、請求項３に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）は、前記外部センサ（１０２）から受信した測定信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨー調整機構（３８）を制御するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）は、前記外部センサ（１０２）から受信した測定信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨーブレーキを制御するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）は、可変周波数駆動アーキテクチャを含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）は、複数の周波数または電圧を有する制御信号を生成するように構成される、請求項７に記載のシステム（１００）。
前記外部コントローラ（１０６）は、アセンブリ機器または修理機器の位置に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
前記風の状態は、風向または風速である、請求項１に記載のシステム（１００）。
風力タービン（１０）であって、
タワー（１２）と、
前記タワー（１２）の頂上に取り付けられたナセル（１６）と、
前記ナセル（１６）に回転可能に結合され、少なくとも１つのロータブレード（２２）を含むロータ（１８）と、
前記ナセル（１６）のヨー角を調整するためのヨー駆動部（３６）と、
固有のヨー駆動部制御システム（５０）と、
前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）が非動作である場合に前記ヨー駆動部（３６）を制御するためのシステム（１００）と、を含み、前記システム（１００）は、
前記ヨー駆動部（３６）に通信可能に結合され、受信した測定信号または受信した入力信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成された外部コントローラ（１０６）を含み、
前記外部コントローラ（１０６）は、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、風力タービン（１０）。
前記外部コントローラ（１０６）に通信可能に結合され、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁された外部センサ（１０２）をさらに含み、前記外部センサ（１０２）は、前記風力タービン（１０）によって経験される風の状態を示すパラメータを検出し、測定信号を前記外部コントローラ（１０６）に送信するように構成される、請求項１１に記載の風力タービン（１０）。
前記外部センサ（１０２）、前記外部コントローラ（１０６）、または前記ヨー駆動部（３６）のうちの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源（１１２）をさらに含み、前記電源（１１２）は、前記固有のヨー駆動部制御システム（５０）から電気的に絶縁されている、請求項１１に記載の風力タービン（１０）。
前記外部コントローラ（１０６）に通信可能に結合されたユーザインターフェース（１２０）をさらに含み、前記外部コントローラ（１０６）は、前記ユーザインターフェース（１２０）から受信した入力信号に基づいて前記ヨー駆動部（３６）を制御するように構成される、請求項１１に記載の風力タービン（１０）。
前記外部コントローラ（１０６）は、前記受信した測定信号または入力信号に基づいて、前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨー調整機構（３８）ならびに前記ヨー駆動部（３６）の１つまたは複数のヨーブレーキを制御するように構成される、請求項１１に記載の風力タービン（１０）。