JP2023516215A - 発電機およびそれを動作させる方法 - Google Patents

Abstract

発電機およびそれを動作させるための方法が提供される。したがって、発電機は、界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品と、それに対して回転するように配置された回転可能部品と、を含む。発電機はまた、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されたアーマチュア巻線アセンブリを含む。発電機はまた、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された抵抗アセンブリを含む。抵抗アセンブリは、アーマチュア巻線アセンブリの少なくとも２つの別個の相巻線を電気的に結合する。抵抗アセンブリはまた、電気的障害に応答してアーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、概して発電機に関し、より詳細には、電気的障害に応答して抵抗を導入するように構成された抵抗アセンブリに関する。

風力タービンは、環境的に安全で比較的安価な代替的なエネルギー源としてますます注目されている。この関心の高まりに伴い、信頼性が高く効率的な風力タービンを開発するための多大な努力がなされている。

一般に、風力タービンは、ロータハブを介してタービンの主軸に結合された複数のブレードを含む。ロータハブは、管状タワーまたは基部の上部に位置決めされる。ユーティリティグレードの風力タービン（すなわち、電力を送電網に提供するように設計された風力タービン）は、大型ロータ（例えば、直径１００メートル以上）を有することができる。ロータブレードは、風力エネルギーを、ロータに回転可能に結合された発電機を駆動する回転トルクまたは力に変換する。

低リアクタンス機械（例えば、超伝導発電機）が風力タービン設備、特に沖合設備で使用するために研究されている。これらの機械は、アーマチュアコイル、冷却システム、およびアーマチュア内のコイル間に配置された非磁性歯の超伝導界磁巻線およびアセンブリを使用する。特定の設計では、超伝導発電機は、従来の機械（例えば、従来の非超伝導発電機）構成とは異なり、クライオスタット内部に超伝導界磁コイルを有するクライオスタットを含む超伝導界磁アセンブリ内で回転するアーマチュアアセンブリを含む。

特定の構成では、従来のまたは低リアクタンスの機械の巻線端子での短絡は、機械の電流およびトルクの増加をもたらし得る。例えば、低リアクタンス機械は、通常、従来の機械で予想され得るように、アーマチュアに磁気歯を使用しない。磁気歯がないと、機械のリアクタンスが低下する可能性がある。したがって、障害の場合には、巻線インピーダンスは、機械が受ける電流およびトルクを決定することができる。低リアクタンス機械におけるそのような障害トルクは、機械の定格トルクを大幅に超える（例えば、１０倍）可能性がある。そのような著しく増加したトルクに耐えるように機械の構造要素を強化することは、機械の重量およびコストを許容可能であり得るおよび／または実現不可能であり得るものを超えて増加させる可能性がある。

上記を考慮して、当技術分野は、電気的障害に応答して新しい改良された発電機およびそれを動作させる方法を絶えず求めている。

中国特許第１０２６４６９９１号

本発明の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本発明の実施を通して学ぶことができる。

一態様では、本開示は発電機に関する。発電機は、界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品と、発電機の動作中に回転不能部品に対して回転するように配置された回転可能部品と、を含むことができる。発電機はまた、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されたアーマチュア巻線アセンブリを含むことができる。アーマチュア巻線アセンブリは、少なくとも２つの別個の相巻線を含むことができる。相巻線の各々は、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有することができる。さらに、発電機は、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された抵抗アセンブリを含むことができる。抵抗アセンブリは、相巻線の第２の端部の各々を互いに電気的に結合することができる。抵抗アセンブリは、電気的障害に応答してアーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するように構成されてもよい。

一実施形態では、抵抗アセンブリは、相巻線接触器を含むことができる。相巻線接触器は、相巻線の第２の端部の各々の間に配置されてもよく、その結果、相巻線接触器が電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに、第２の端部の各々が相巻線接触器によって電気的に結合される。さらに、相巻線接触器が開位置にあるときに、相巻線接触器は、障害徴候の存在下でアーマチュア巻線アセンブリの相巻線の各々を電気的に分離する。

追加の実施形態では、抵抗アセンブリはまた、アーマチュア巻線アセンブリの相巻線の各々の第２の端部に電気的に結合された少なくとも１つの抵抗素子を含むことができる。開位置にあるとき、相巻線接触器は、相巻線の各々から対応する抵抗素子への電流の流れを容易にすることができる。

さらなる実施形態では、抵抗アセンブリはまた、少なくとも２つの別個の相巻線の各々に結合された少なくとも１つの抵抗素子の間に配置された少なくとも１つの障害接触器を含むことができ、少なくとも１つの障害接触器は、閉位置に向けられたときに少なくとも２つの別個の相巻線の各々の間に障害状態電気結合部を形成し、障害状態電気結合部は、少なくとも２つの別個の相巻線およびそれに結合された対応する少なくとも１つの抵抗素子を通る電流の流れを容易にする。

さらに別の実施形態では、アーマチュア巻線アセンブリは、３つの別個の相巻線を有する三相アーマチュア巻線アセンブリであってもよい。

一実施形態では、三相アーマチュア巻線アセンブリは第１の三相アーマチュア巻線アセンブリであってもよく、抵抗アセンブリは第１の抵抗アセンブリであってもよい。そのような実施形態では、発電機はまた、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された第２の三相アーマチュア巻線アセンブリを含むことができる。第２の三相アーマチュア巻線アセンブリは、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリとの電気結合部の非存在を有してもよい。第２の三相アーマチュア巻線アセンブリは、３つの別個の相巻線を含むことができる。各相巻線は、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有することができる。発電機はまた、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された第２の抵抗アセンブリを含むことができる。第２の抵抗アセンブリは、第２の端部の各々を互いに電気的に結合することができる。第２の抵抗アセンブリは、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリの電気的障害に応答して第２の三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するように構成されてもよい。

追加の実施形態では、界磁巻線アセンブリおよび／またはアーマチュア巻線アセンブリは、超伝導コイルを有する超伝導巻線アセンブリであってもよい。

さらなる実施形態では、界磁巻線アセンブリは超伝導界磁巻線アセンブリであってもよく、アーマチュア巻線アセンブリは非超伝導アーマチュア巻線アセンブリであってもよい。

さらに別の実施形態では、発電機は、アーマチュア巻線アセンブリに動作可能に結合され、アーマチュア巻線アセンブリの各相巻線の電流の大きさを監視するように構成されたセンサシステムを含むことができる。

別の態様では、本開示は、発電機を制御するための方法に関する。発電機は、界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品と、回転不能部品に対して回転するように配置された回転可能部品と、を有してもよい。したがって、本方法は、コントローラに結合されたセンサを介して、三相アーマチュア巻線アセンブリの相巻線に影響を及ぼす電気的障害に対応する電気的障害徴候を検出するステップを含むことができる。三相アーマチュア巻線アセンブリは、回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されてもよい。さらに、電気的障害に応答して、本方法は、抵抗アセンブリを介して三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップを含むことができる。抵抗アセンブリは、それと共に回転する回転可能部品に固定的に結合されてもよい。

一実施形態では、三相アーマチュア巻線アセンブリは、３つの別個の相巻線を含むことができる。各相巻線は、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有することができる。抵抗アセンブリは、第２の端部の各々の間に配置された相巻線接触器を含むことができる。さらに、本方法に従って三相アーマチュアに抵抗を導入するステップは、電気的障害徴候の存在下で三相アーマチュア巻線アセンブリの各相巻線を電気的に分離するように、各相巻線接触器を開位置に移行させるステップを含むことができる。

追加の実施形態では、抵抗アセンブリは、三相アーマチュア巻線アセンブリの各相巻線の第２の端部に電気的に結合された少なくとも１つの抵抗素子を含むことができる。したがって、抵抗を三相アーマチュア巻線アセンブリに導入するステップは、相巻線接触器の開位置に応答して、各相巻線から対応する抵抗素子への電流の流れを容易にするステップを含むことができる。

さらなる実施形態では、抵抗アセンブリはまた、少なくとも２つの別個の相巻線の各々に結合された少なくとも１つの抵抗素子の間に配置された少なくとも１つの障害接触器を含むことができ、少なくとも１つの障害接触器は、閉位置に向けられたときに少なくとも２つの別個の相巻線の各々の間に障害状態電気結合部を形成する。

さらに別の実施形態では、三相アーマチュア巻線アセンブリは第１の三相アーマチュア巻線アセンブリであってもよく、抵抗アセンブリは第１の抵抗アセンブリであってもよい。発電機はまた、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリと、回転可能部品に固定的に結合された第２の抵抗アセンブリと、を含むことができる。さらに、障害徴候は、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリに影響を及ぼす電気的障害に対応することができ、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリは障害徴候の非存在を有してもよい。そのような実施形態では、本方法は、コントローラを介して、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ内の電流をゼロまで減少させるステップを含むことができる。さらに、本方法は、第１の抵抗アセンブリの障害接触器を開位置に移行させるステップを含むことができる。障害接触器が開位置に移行した後に、コントローラを介して、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリの電流を増加させて、発電機の発電を再開する。

一実施形態では、三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップは、相巻線の電流の制御された放電を所定の電流レベルまで開始するステップを含むことができる。

追加の実施形態では、所定の電流レベルは、相巻線のゼロ電流レベルに対応してもよい。

さらなる実施形態では、界磁巻線アセンブリおよび／または三相アーマチュア巻線アセンブリは、超伝導コイルを有する超伝導巻線アセンブリであってもよい。

さらに別の態様では、本開示は風力タービンに関する。風力タービンは、電力コンバータを介して送電網に動作可能に結合された超伝導発電機を含むことができる。超伝導発電機は、超伝導界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品を含むことができる。超伝導発電機はまた、発電機の動作中に回転不能部品に対して回転するように配置された回転可能部品を含むことができる。さらに、超伝導発電機は、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された三相アーマチュア巻線アセンブリを含むことができる。三相アーマチュア巻線アセンブリは、３つの別個の相巻線を含むことができる。各相巻線は、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有することができる。各巻線端子は、コンバータに電気的に結合されてもよい。さらに、発電機は、発電機の動作中に回転するように回転可能部品に固定的に結合された抵抗アセンブリを含むことができる。抵抗アセンブリは、第２の端部の各々を互いに電気的に結合することができる。抵抗アセンブリは、電気的障害に応答して三相アーマチュア巻線に抵抗を導入するように構成されてもよい。追加の実施形態では、超伝導発電機は、本明細書に記載の方法、ステップ、構成要素および／または特徴のいずれかを含むことができる。

本発明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することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、明細書と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明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。

本開示による発電機を有する風力タービンの一実施形態の斜視図である。 本開示による超伝導発電機を有する風力タービンのナセルの一実施形態の斜視内部図である。 本開示による風力タービンと共に使用するための電気システムの一実施形態の概略図である。 本開示による図３の電気システムの一部の概略図である。 本開示によるコントローラの一実施形態の概略図である。 本開示による発電機を制御するための方法の一実施形態の流れ図である。

本明細書および図面における符号の反復使用は、本発明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。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提供される。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明において様々な修正および変更が行われ得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態と共に使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるそのような修正および変更を包含することが意図されている。

「結合した」、「固定された」、「取り付けられた」、などの用語は、本明細書において特に明記されない限り、直接的な結合、固定、または取り付け、ならびに１つまたは複数の中間の構成要素または特徴を介する間接的な結合、固定、または取り付けの両方を指す。

一般に、本開示は、発電機の巻線端子における電気的障害に応答してモータ／発電機（発電機）（例えば、従来のまたは低リアクタンスの機械）によって発生するトルクを低減することができるシステムおよび方法に関する。したがって、発電機は、回転不能部品および回転可能部品を含むことができる。回転可能部品は、発電機が動作しているときに回転不能部品に対して回転するように構成されてもよい。したがって、回転可能部品と回転不能部品とは同軸であってもよい。例えば、一実施形態では、回転可能部品は回転不能部品に外接してもよい。しかしながら、追加の実施形態では、回転不能部品が回転可能部品に外接してもよい。

回転可能部品は、回転可能部品に取り付けられ、回転可能部品と共に回転するアーマチュア巻線アセンブリを含むことができる。アーマチュア巻線アセンブリは、いくつかの個々の相巻線を有することができる。各相巻線の一端は、対応する巻線端子に結合されてもよく、巻線端子は、電力コンバータ、変圧器、または他の同様の電気部品に結合される。巻線端子に対向する相巻線の対向する端部は、互いに電気的に結合されてもよい。例えば、３つの別個の相巻線をＹ接続部で接合して、三相アーマチュア巻線アセンブリを形成することができる。Ｙ接続部はまた、回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に取り付けられてもよいことを理解されたい。

電気的障害に応答して発電機によって生成されるトルクの低減を容易にするために、発電機は抵抗アセンブリを含むことができる。抵抗アセンブリは、アーマチュア巻線アセンブリと同様に、発電機が動作しているときに回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に取り付けられてもよい。抵抗アセンブリは回転可能部品に直接固定的に取り付けられてもよいので、抵抗アセンブリとアーマチュア相巻線アセンブリと回転可能部品との間の向きも固定されてよい。したがって、抵抗アセンブリは、発電機動作中に、それらの間にスリップリングおよび／またはブラシを使用することを必要とせずに、アーマチュア相巻線アセンブリに結合されたままであってもよい。追加の構成要素の使用を必要とせずに抵抗アセンブリとアーマチュア巻線アセンブリとの間の接続を維持することは、発電機の信頼性の向上およびコストの削減をもたらすことができることを理解されたい。

抵抗アセンブリは、いくつかの接触器および抵抗素子（例えば、電圧が印加されたときに電流に対抗する成分）を含むことができる。抵抗素子は、巻線端子とは反対側の相巻線の各々の端部に結合されてもよい。電気的障害の徴候がない場合、接触器の一部は、相巻線の各々の端部を互いに結合し、それによって抵抗素子を排除する回路経路を確立することができる。言い換えれば、発電機が正常に動作しているとき、接触器の一部はＹ接続部を形成することができる。しかしながら、電気的障害（例えば、巻線端子における短絡）が検出されると、接触器が開かれ、それによってＹ接続部を切断することができる。Ｙ接続部の切断は、相巻線の各々を互いに分離すること、および巻線の各々の電流に抵抗素子を導入することによって巻線の各々のインピーダンスを増加させること、の両方を行うことができる。言い換えれば、電気的障害の徴候がない場合、接続部の低インピーダンスに起因してアーマチュア巻線アセンブリの電流がＹ接続部を通って流れることができるが、障害の徴候がある場合、Ｙ接続部の開放は、電流経路内に抵抗素子を含む二次結合の確立に応答して抵抗素子を通って電流が流れることをもたらし得る。

電気的障害の場合、巻線インピーダンスは、アーマチュア巻線アセンブリの電流を決定することができることを理解されたい。アーマチュア巻線アセンブリの電流は、発電機が受ける障害トルクを決定することができる。例えば、発電機が超伝導発電機である場合、アーマチュアに非磁性歯を使用することにより、発電機のリアクタンスが低下する可能性がある。これは、巻線端子での三相短絡を伴う発電機の定格トルクの１０倍を超える障害トルクをもたらす可能性がある。このように、障害が発生したときに巻線インピーダンスを外部から増加させることにより、障害電流および対応する障害トルクを低減することができる。潜在的な最大障害トルクを制限することにより、発電機の定格トルクよりも大幅に大きいトルクに耐えるように発電機の構造要素を形成する必要性を排除することができる。これにより、本明細書に開示した要素を利用せずに必要とされ得るよりも複雑さ、重量、および／または体積が低減された発電機をもたらすことができる。

ここで図面を参照すると、図１は、本開示による発電機３００を含むことができる風力タービン１００の一実施形態の斜視図を示す。発電機３００は、少なくとも１つの超伝導巻線を有する超伝導発電機または従来の（例えば、非超伝導）発電機のいずれかであってもよいことを理解されたい。風力タービン１００における発電機３００の利用は、非限定的な例として提供されることをさらに理解されたい。したがって、発電機３００は、風力タービン１００での使用に限定されず、電気的障害に応じて発生するトルクの制限が望ましい場合がある任意の適切な発電機または電動モータとして構成することができる。

一実施形態では、風力タービン１００は、一般に、支持面１０４から延びるタワー１０２を含むことができる。一実施形態では、支持面は、陸上風力タービン用などの陸上であってもよい。追加の実施形態では、支持面は、沖合風力タービン用など、水または海底から発する基礎であってもよい。ナセル１０６はタワー１０２に取り付けられてもよく、ロータ１０８はナセル１０６に結合されてもよい。ロータ１０８は、回転可能なハブ１１０と、ハブ１１０に結合され、そこから外側に延在する少なくとも１つのロータブレード１１２とを含むことができる。例えば、図示した実施形態では、ロータ１０８は、３つのロータブレード１１２を含む。しかしながら、追加の実施形態では、ロータ１０８は、３つより多いまたは少ないロータブレード１１２を含むことができる。各ロータブレード１１２は、ロータ１０８の回転を容易にし、運動エネルギーが風から使用可能な機械的エネルギー、続いて電気エネルギーに変換され得るように、ハブ１１０の周りに離間して配置され得る。例えば、ハブ１１０は、発電機３００に回転可能に結合されて、電気エネルギーを生成することができる。

風力タービン１００はまた、ナセル１０６内にコントローラ２００を含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、コントローラ２００は、風力タービン１００の任意の他の構成要素内に、または風力タービンの外側の場所に配置されてもよい。さらに、コントローラ２００は、構成要素を制御するために、風力タービン１００の任意の数の構成要素に通信可能に結合され得る。したがって、コントローラ２００は、コンピュータまたは他の適切な処理ユニットを含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、コントローラ２００は、実装されると、風力タービン制御信号の受信、送信、および／または実行などの様々な異なる機能を実行するようにコントローラ２００を構成する適切なコンピュータ可読命令を含むことができる。

ここで図２を参照すると、超伝導発電機３００を含むナセル１０６の一実施形態の簡略化された内部図が示されている。図示するように、発電機３００は、ロータ１０８によって生成された回転エネルギーから電力を生成するためにハブ１１０に結合され得る。支持管１１４は、ハブ１１０に直接接続され、回転可能部品３０２（少なくとも１つのアーマチュア巻線アセンブリ３０４およびヨークまたは本体３０６を含む）を支持する。したがって、回転可能部品３０２は、ロータ１０８によって生成された回転エネルギーに応答して回転するように構成され得る。

一実施形態では、回転可能部品３０２は、軸線（Ａ）を中心に回転不能部品３０８と同軸になるように配置されてもよい。したがって、回転可能部品３０２および回転不能部品３０８は、ロータ１０８と同軸であってもよい。一実施形態では、アーマチュア巻線アセンブリ３０４は、軸線（Ａ）を中心に回転可能部品３０２と共に回転不能部品３０８によって支持された界磁巻線アセンブリ３１０を中心に回転するように構成されてもよい。

図２に示すように、発電機３００が超伝導発電機として構成される実施形態では、界磁巻線アセンブリ３１０は、超伝導界磁巻線アセンブリ３１０であってもよい。したがって、界磁巻線アセンブリ３１０は、レーストラック形状に形成された一群のワイヤであり得る超伝導コイル３１２を含んでもよい。

一実施形態では、超伝導コイル３１２は、回転不能部品３０８の構造などによってレーストラック形状を保持するように拘束されてもよい。したがって、各超伝導コイル３１２は、回転不能部品３０８の凹部／通路３１４に支持されてもよい。各凹部／通路３１４は、ヘリウム浴を介して、または極低温の工学分野内の他の公知の方法によって、各超伝導コイル３１２を極低温に冷却することを容易にすることができる。

超伝導コイル３１２は、一実施形態では、回転不能部品３０８の周りに延在する環状アレイに並んで配置されてもよい。例えば、３６個のコイル３１２が、発電機３００のステータ界磁巻線として機能する界磁巻線の環状アレイを形成することができる。

一実施形態では、超伝導コイル３１２はそれぞれ、ヘリウム用の冷却導管を含み得るレーストラック形態の周りに螺旋状に巻かれた（ＮｂＴｉまたは他の超伝導）ワイヤから形成されてもよい。超伝導界磁巻線アセンブリは、回転不能部品３０８に封入され、冷却凹部／通路３１４を介して極低温剤を受け取る超伝導コイル磁石３１６を含むことができる。

図２にさらに示すように、極低温剤再凝縮器１１６、１１８は、再凝縮器内の極低温剤冷却液が超伝導界磁巻線の上方に少なくとも部分的に上昇して、界磁巻線アセンブリ３１０への極低温剤の重力供給をもたらすことを条件として、ナセル１０６内に収容されてもよい。あるいは、再凝縮器１１６、１１８は、ナセルの上部に取り付けられてもよい。

一実施形態では、発電機３００の超伝導コイル３１２は、超伝導コイル３１２の絶対０付近、例えば１０ケルビン（Ｋ）まで、好ましくは４Ｋまでの冷却を可能にするために断熱されてもよい。超伝導コイル３１２を冷却するために、回転不能部品３０８は、液体ヘリウム（Ｈｅ）または他の同様の極低温液体（極低温剤と呼ばれる）を受け入れるための断熱導管を含むことができる。したがって、従来の二段再凝縮器１１６は、重力フィードを使用して極低温剤、例えば液体Ｈｅを供給するために、ナセルの上部領域、ナセルの頂部、またはタワーの頂部、および界磁巻線アセンブリ３１０の上方に取り付けられてもよい。さらに、一実施形態では、第２の再凝縮器１１８は、回転不能部品３０８の一部に第２の冷却液、例えば液体窒素またはネオンを供給してもよい。

超伝導発電機として構成された発電機３００のさらなる態様は、米国特許出願第１７／１２２，２１０号に記載されている。したがって、２０２０年１２月１５日に出願された「Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」と題する米国特許出願第１７／１２２，２１０号は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

ここで図３を参照すると、発電機３００を使用する例示的な電気システム４００が示されている。図示するように、発電機３００は、ロータ１０８などの回転エネルギー源に結合されて、回転エネルギーから電力を生成することができる。したがって、一実施形態では、電気システム４００は、ロータ１０８の運動エネルギーなどの回転エネルギーを、接続された送電網４０２に許容可能な形態の電気出力に変換するための様々な構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態では、発電機３００は、前述したように、図３に示すように回転不能部品３０８に外接する回転可能部品３０２を有する超伝導発電機として構成することができる。しかしながら、追加の実施形態では、発電機３００は、発電機ステータおよび発電機ロータを有する二重給電誘導発電機などの従来の発電機として構成されてもよい。そのような実施形態では、発電機ステータは、発電機ロータを囲むことができる。

電気出力および許容可能な形態を接続された送電網４０２に提供するために、発電機３００は、複数の巻線端子４０６で電力コンバータ４０４に電気的に結合されてもよい。このような構成において、発電機３００は、多相電力（例えば、三相電力）をコンバータ４０４に出力してもよい。

一実施形態では、コンバータ４０４は、スイッチングデバイスとして絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用する三相パルス幅変調（ＰＷＭ）構成の通常動作モード用に構成することができる。絶縁ゲート整流サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、シリコン制御整流器、および／または他の適切なスイッチングデバイスなどの他の適切なスイッチングデバイスを使用することができる。例えば、本開示による一実施形態では、コンバータ４０４は、ＩＧＢＴの対および対応するダイオードの対を含むことができ、これは、ＤＣ入力を所望の振幅および周波数を有するＡＣ出力に変換するために使用することができる。

一実施形態では、コンバータ４０４は、コントローラ２００に結合されてもよい。コントローラ２００は、コンバータ４０４の動作を制御するコンバータコントローラとして構成されてもよい。例えば、コントローラ２００は、コンバータ４０４に制御コマンドを送信して、コンバータ４０４で使用されるスイッチング素子の変調を制御して、所望の発電機トルク設定点、有効電力出力および／または無効電力出力を確立することができる。

図３にさらに示すように、電気システム４００は、一実施形態では、相互接続点を介して発電機３００を送電網４０２に結合する変圧器４０８を含むことができる。変圧器４０８は、一実施形態では、高電圧（例えば、１２ｋＶＡＣより高い）一次巻線４１０を含む二巻線変圧器であってもよい。高電圧一次巻線４１０は、送電網４０２に結合することができる。変圧器４０８はまた、コンバータ４０４に結合された中電圧（例えば、６ｋＶＡＣ）二次巻線４１２を含むことができる。変圧器４０８は、様々な実施形態において、任意の他の適切な数の巻線を有することができることを理解されたい。

ここで図４を参照すると、電気システム４００の一部４１４の概略図が示されている。図示するように、アーマチュア巻線アセンブリ３０４は、発電機３００の動作中に回転可能部品３０２と共に回転するように、回転可能部品に固定的に結合されてもよい。アーマチュア巻線アセンブリ３０４は、少なくとも２つの別個の相巻線３１８（例えば、３つの別個の相巻線３１８）を含むことができる。相巻線３１８は、例えば、誘導素子として構成されてもよい。各相巻線３１８は、対応する巻線端子４０６に結合された第１の端部３２０を有することができる。一実施形態では、相巻線３１８の各々はまた、第２の端部３２２を含んでもよい。

一実施形態では、相巻線３１８は非超伝導性であってもよいことを理解されたい。例えば、一実施形態では、超伝導発電機３００は、発電機３００の動作中にアーマチュア巻線アセンブリ３０４の非超伝導相巻線３１８が回転不能部品３０８の超伝導界磁巻線アセンブリ３１０の周りを回転するように構成されてもよい。しかしながら、一実施形態では、相巻線３１８は、超伝導コイル３１２を有する超伝導巻線であってもよいことをさらに理解されたい。

一実施形態では、発電機３００は、抵抗アセンブリ５００を含むことができる。抵抗アセンブリ５００は、回転可能部品３０２に固定的に結合されてもよい。抵抗アセンブリ５００は、回転可能部品３０２に固定的に結合されているため、発電機３００の動作中に回転可能部品３０２と共に回転することができる。抵抗アセンブリ５００は、電気的障害（例えば、巻線端子４０６における短絡）に応答してアーマチュア巻線アセンブリ３０４に抵抗を導入するように構成されてもよい。

図４に示すように、抵抗アセンブリ５００は、相巻線３１８の第２の端部３２２の各々の間に配置された相巻線接触器５０２を含むことができる。相巻線接触器５０２を実装するのに適した複数のシステムおよび／または方法が存在してもよいことを理解されたい。例えば、相巻線接触器５０２は、一実施形態では、半導体スイッチを使用することができる。追加の実施形態では、相巻線接触器５０２は、電気機械式リレーを使用してもよい。

相巻線接触器は、少なくとも２つの別個の相巻線の第２の端部の各々の間に配置され、第２の端部の各々は、電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに相巻線接触器によって電気的に結合され、それによって公称状態電気結合部を形成し、開位置では、相巻線接触器は、障害徴候の存在下でアーマチュア巻線アセンブリの少なくとも２つの別個の相巻線の各々を電気的に分離し、それによって公称状態電気結合部を切断する。

一実施形態では、相巻線接触器５０２は、相巻線３１８の第２の端部３２２を互いに電気的に結合し、それによって閉位置に向けられたときに公称状態電気結合部５０３を形成することができる。相巻線接触器５０２は、発電機３００が通常動作モードにあるときに閉位置に向けられてもよい（例えば、公称状態電気結合部５０３が確立されてもよい）。例えば、相巻線接触器５０２は、電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられてもよい。

相巻線接触器５０２が閉位置にあるときに形成される公称状態電気結合部５０３は、例えば、相巻線３１８の各々の間のＹ接続部であってもよい。Ｙ接続部は、アーマチュア巻線アセンブリ３０４の電流に最小抵抗の経路を提供することができ、したがって、抵抗アセンブリ５００の抵抗素子５０４への電流の通過を妨げることができることを理解されたい。

したがって、開位置にあるとき、相巻線接触器５０２は、アーマチュア巻線アセンブリ３０４の相巻線３１８の各々を互いに電気的に分離することができる。例えば、障害徴候が検出される実施形態では、相巻線接触器５０２は、Ｙ接続部によって提示される最小抵抗の経路を排除し、それによって公称状態電気結合部５０３を切断するために開位置に向けられてもよい。したがって、相巻線接触器５０２の開口部は、アーマチュア巻線アセンブリ３０４の電流を抵抗素子５０４に導入することができる。

例えば、一実施形態では、電気システム４００は、電気システム４００の電気的状態を監視するように構成されたセンサシステム３２４を含むことができる。したがって、センサシステム３２４は、コントローラ２００に通信可能に結合することができる。センサシステム３２４およびコントローラ２００は、電力コンバータ４０４に動作可能に結合することができることを理解されたい。そのような実施形態では、センサシステム３２４およびコントローラ２００は、電力コンバータ４０４内の他の機能をサポートする電力コンバータ４０４内のハードウェアを利用することができる。一実施形態では、センサシステム３２４は、アーマチュア巻線アセンブリ３０４の各相巻線３１８の電流の大きさを監視するように構成することができる。したがって、センサシステム３２４は、相巻線３１８に影響を及ぼす電気的障害に対応する電気的障害徴候を検出することができる。電気的障害の検出に応答して、コントローラ２００は、相巻線接触器５０２を開いて公称状態電気結合部５０３を切断し、アーマチュア巻線アセンブリ３０４に抵抗を導入することができる。

引き続き図４を参照すると、一実施形態では、抵抗アセンブリ５００は、相巻線３１８の各々の第２の端部３２２に結合された少なくとも１つの抵抗素子５０４を含むことができる。このように配置されると、相巻線接触器５０２が開位置にあるとき、電流は、相巻線３１８の各々から対応する抵抗素子５０４に流れることができる。したがって、抵抗素子の抵抗値は、選択された抵抗値が電気的障害に応答して許容可能な電圧スパイクをもたらすように、電圧スパイクの大きさに基づいて選択されてもよい。

抵抗素子５０４は、アーマチュア巻線アセンブリ３０４に抵抗を導入するのに適した任意の電気部品であってもよいことを理解されたい。例えば、抵抗素子５０４は、抵抗および／または十分に高い抵抗を有する導体であってもよい。さらに、抵抗素子５０４は、第２の端部３２２の各々に結合された複数の抵抗素子５０４を含んでもよい。例えば、一実施形態では、所望の抵抗値を達成するために、複数の抵抗器を直列に結合することができる。

一実施形態では、抵抗アセンブリ５００はまた、少なくとも１つの障害接触器５０６を含むことができる。障害接触器５０６は、各相巻線３１８に結合された抵抗素子５０４の間に配置されてもよい。障害接触器５０６は、電気的障害の検出に応答して閉位置に向けられたときに、各相巻線３１８の間に障害状態電気結合部５０７を形成することができる。このように、障害状態電気結合部５０７は、相巻線３１８およびそれに結合された対応する抵抗素子５０４を通る電流の流れを容易にすることができる。言い換えれば、電気的障害が検出された場合、相巻線接触器５０２は、相巻線３１８間の公称状態電気結合部５０３を切断するために開かれてもよく、新しい接続（例えば、障害状態電気結合部５０７）が、障害接触器５０６を閉じることによって確立されてもよい。したがって、電気的障害の検出は、相巻線接触器５０２の開放に関連して、相巻線３１８の実効抵抗を増加させるために、障害接触器５０６の閉鎖をもたらすことができる。

障害状態電気結合部５０７の確立は、抵抗素子５０４を含む相巻線３１８間の電流経路を確立することができることを理解されたい。次いで、抵抗素子の導入は、相巻線３１８の電流の所定の電流レベルへの制御された放電を容易にすることができる。一実施形態では、所定の電流レベルは、ゼロ電流レベルに対応してもよい。

図４にさらに示すように、一実施形態では、電気システム４００は、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８および第１の抵抗アセンブリ５０８を含むことができる。そのような実施形態では、発電機３００の電気システム４００は、発電機３００の動作中に回転可能部品３０２と共に回転するように、回転可能部品に固定的に結合された少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０を含むことができる。第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０は、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８から電気的に絶縁されてもよい。例えば、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８と第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０との間に電気結合部の非存在があってもよい。第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０は、３つの別個の相巻線３１８を含んでもよい。各相巻線３１８は、対応する巻線端子４０６に結合された第１の端部３２０と、第２の端部３２２と、を有してもよい。第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８に影響を与える電気的障害は、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０に影響を与えなくてもよいことを理解されたい。

一実施形態では、電気システム４００はまた、少なくとも第２の抵抗アセンブリ５１０を含んでもよい。第２の抵抗アセンブリ５１０は、回転可能部品３０２に固定的に結合されてもよい。第２の抵抗アセンブリ５１０は、回転可能部品３０２に固定的に結合されているため、発電機３００の動作中に回転可能部品３０２と共に回転することができる。

一実施形態では、第２の抵抗アセンブリ５１０は、Ｙ接続部を形成するように第２の端部３２２の各々を互いに電気的に結合してもよい。さらに、第２の抵抗アセンブリ５１０は、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０の電気的障害に応答して第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０に抵抗を導入するように構成されてもよい。第２の抵抗アセンブリ５１０は、本明細書に記載の抵抗アセンブリ５００の構成要素、特徴、および／または要素のいずれかを含んでもよいことを理解されたい。

一実施形態では、電気システム４００は、追加の三相巻線および対応する構成要素を含むことができることを理解されたい。言い換えれば、電気システム４００は、単一または二重の三相巻線構成に限定されず、むしろ任意の適切な数の三相巻線で構成されてもよい。

ここで図６を参照すると、発電機を制御するための方法６００の一実施形態の流れ図が示されている。方法６００は、例えば、図４を参照して上述した抵抗アセンブリ５００を使用して実施することができる。図６は、図示および説明の目的のために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者であれば、本明細書で提供される開示を使用して、本明細書に開示する方法６００またはあらゆる他の方法の様々なステップは、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合、修正、再配置、同時に実行または修正することができることを理解するであろう。

（６０２）に示すように、方法６００は、コントローラに結合されたセンサシステムを介して、三相アーマチュア巻線アセンブリの相巻線に影響を及ぼす電気的障害に対応する電気的障害徴候を検出するステップを含むことができる。三相アーマチュア巻線アセンブリは、回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されてもよい。電気的障害に応答して、方法６００は、（６０４）において、抵抗アセンブリを介して三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップを含むことができる。抵抗アセンブリは、回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されてもよい。様々な実施形態では、方法６００はまた、本明細書に記載の方法、ステップ、構成要素および／または特徴のいずれかを含むことができることを理解されたい。

例えば、一実施形態では、電気システム４００は、第１および第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８、３３０と、第１および第２の抵抗アセンブリ５０８、５１０と、の両方を含んでもよい。そのような実施形態では、電気的障害が第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８に影響を及ぼす可能性がある一方で、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０は障害徴候の非存在を有してもよい。したがって、電気的障害からの回復は、コントローラ２００を介して、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０内の電流をゼロまで減少させるステップを含んでもよい。さらに、第１の抵抗アセンブリ５０８の障害接触器５０６は、開位置に移行されてもよい。障害接触器５０６を開位置に移行させるステップは、相巻線３１８の各々を互いに電気的に切り離すことによって、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ３２８の相巻線３１８の各々を絶縁することができることを理解されたい。障害接触器５０６の開位置への移行に続いて、コントローラ２００は、発電機３００の発電を再開するように、第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ３３０の電流を増加させることができる。

ここで図５を参照すると、コントローラ２００内に含まれ得る適切な構成要素の一実施形態の概略図が示されている。例えば、図示するように、コントローラ２００は、様々なコンピュータ実装機能（例えば、方法、ステップ、計算などを実行し、本明細書に開示する関連データを格納すること）を実行するように構成された、１つまたは複数のプロセッサ２０６および関連するメモリデバイス２０８を含むことができる。さらに、コントローラ２００はまた、コントローラ２００と電気システム４００およびその構成要素との間の通信を容易にするための通信モジュール２１０を含むことができる。さらに、通信モジュール２１０は、センサシステム３２４から送信された信号がプロセッサ２０６によって理解および処理され得る信号に変換されることを可能にするセンサインターフェース２１２（例えば、１つまたは複数のアナログ－デジタルコンバータ）を含むことができる。センサは、任意の適切な手段を使用して通信モジュール２１０に通信可能に結合され得ることを理解されたい。例えば、図５に示すように、センサシステム３２４は、有線接続を介してセンサインターフェース２１２に結合することができる。しかしながら、他の実施形態では、センサシステム３２４は、当該技術分野で知られている任意の適切な無線通信プロトコルを使用することなどによって、無線接続を介してセンサインターフェース２１２に結合されてもよい。さらに、通信モジュール２１０はまた、制御動作を実施するように構成された動作状態制御モジュール２１４に動作可能に結合されてもよい。例えば、動作状態制御モジュール２１４は、相巻線接触器５０２および／または障害接触器５０６を開位置と閉位置との間で移行させるように構成することができる。

一実施形態では、コントローラ２００は、タービンコントローラとして構成することができ、風力タービン１００と一体化することができる。例えば、コントローラ２００は、風力タービン１００の動作を指示するように構成することができる。追加の実施形態では、コントローラ２００は、コンピューティングデバイスの分散ネットワークを含むことができる。そのような実施形態では、分散コンピューティングデバイスのうちの１つを風力タービン１００と統合することができる一方で、追加のコンピューティングデバイスを設計または製造施設などの発電資産から離して配置してもよい。追加の実施形態では、コントローラ２００はまた、電力コンバータ４０４のコントローラであってもよい。

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、および他のプログラマブル回路も指す。さらに、メモリデバイス２０８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）、フロッピーディスク、コンパクトディスク読取り専用メモリ（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を含むメモリ素子を含んでもよい。そのようなメモリデバイス２０８は、一般に、適切なコンピュータ可読命令を格納するように構成することができ、適切なコンピュータ可読命令は、プロセッサ２０６によって実施されると、限定はしないが、本明細書に記載の電気的障害に対応する電気的障害徴候の検出を含む様々な機能、ならびに様々な他の適切なコンピュータ実装機能を実行するようにコントローラ２００を構成する。

一実施形態では、センサシステム３２４は、アーマチュア巻線アセンブリ３０４に影響を及ぼす電気的障害を示すデータを収集するように構成された１つまたは複数のセンサを含むことができる。例えば、センサシステム３２４は、電気システム４００の電気的パラメータ（例えば、電流の大きさ）を監視するように構成することができる。したがって、センサは、電気システム４００の構成要素の電気的状態を監視する電流センサ、電圧センサ、温度センサ、電力センサ、および／または周波数計であってもよい。センサ３２４は、コンバータ制御の目的で相電流も測定するために電力コンバータ４０４によって使用されてもよいことが理解されよう。

本明細書で使用される場合、「監視する」という用語およびその変形は、風力タービン１００の様々なセンサが、監視されているパラメータの直接測定またはそのようなパラメータの間接測定を提供するように構成され得ることを示すことも理解されたい。したがって、本明細書に記載のセンサは、例えば、監視されているパラメータに関連する信号を生成するために使用することができ、その後に、電気的障害に応じて発電機３００の制御を決定するためにコントローラ２００によって利用することができる。

さらに、当業者には、異なる実施形態の様々な特徴を相互に交換できることを認識するであろう。同様に、記載された様々な方法ステップおよび特徴、ならびにそれぞれのそのような方法および特徴の他の既知の均等物は、本開示の原理に従って追加的なシステムおよび技術を構築するために、当業者によって混合および適合させることができる。当然のことながら、上述のそのような目的または利点のすべてが、任意の特定の実施形態に従って必ずしも達成され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者には認識されるように、本明細書に記載されたシステムおよび技術は、本明細書で教示または示唆されるように他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される１つの利点もしくは一群の利点を達成または最適化する態様で具現化または実施してもよい。

本明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到できる他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが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、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。

本発明のさらなる態様は、以下の条項の主題によって提供される。

条項１．発電機であって、界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品と、発電機の動作中に回転不能部品に対して回転するように配置された回転可能部品と、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されたアーマチュア巻線アセンブリであって、少なくとも２つの別個の相巻線を含み、少なくとも２つの別個の相巻線の各々が、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有する、アーマチュア巻線アセンブリと、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された抵抗アセンブリであって、少なくとも２つの別個の相巻線の第２の端部の各々を互いに電気的に結合し、電気的障害に応答してアーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するように構成された抵抗アセンブリと、を含む発電機。

条項２．抵抗アセンブリは、少なくとも２つの別個の相巻線の第２の端部の各々の間に配置された相巻線接触器であって、第２の端部の各々は、電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに相巻線接触器によって電気的に結合され、それによって公称状態電気結合部を形成し、開位置では、相巻線接触器は、障害徴候の存在下でアーマチュア巻線アセンブリの少なくとも２つの別個の相巻線の各々を電気的に分離し、それによって公称状態電気結合部を切断する、相巻線接触器をさらに含む、条項１に記載の発電機。

条項３．抵抗アセンブリは、アーマチュア巻線アセンブリの少なくとも２つの別個の相巻線の各々の第２の端部に電気的に結合された少なくとも１つの抵抗素子をさらに含み、開位置において、相巻線接触器は、少なくとも２つの別個の相巻線の各々から対応する少なくとも１つの抵抗素子への電流の流れを容易にする、条項１または２に記載の発電機。

条項４．抵抗アセンブリは、少なくとも２つの別個の相巻線の各々に結合された少なくとも１つの抵抗素子の間に配置された少なくとも１つの障害接触器であって、少なくとも１つの障害接触器は、閉位置に向けられたときに少なくとも２つの別個の相巻線の各々の間に障害状態電気結合部を形成し、障害状態電気結合部は、少なくとも２つの別個の相巻線および少なくとも２つの別個の相巻線に結合された対応する少なくとも１つの抵抗素子を通る電流の流れを容易にする、少なくとも１つの障害接触器をさらに含む、条項１乃至３のいずれか一項に記載の発電機。

条項５．アーマチュア巻線アセンブリは、３つの別個の相巻線を有する三相アーマチュア巻線アセンブリである、条項１乃至４のいずれか一項に記載の発電機。

条項６．三相アーマチュア巻線アセンブリは第１の三相アーマチュア巻線アセンブリであり、抵抗アセンブリは第１の抵抗アセンブリであり、発電機は、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリであって、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリとの電気結合部の非存在を有し、３つの別個の相巻線を含み、各相巻線が、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有する、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリと、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された少なくとも第２の抵抗アセンブリであって、第２の端部の各々を互いに電気的に結合し、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリの電気的障害に応答して第２の三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するように構成された、少なくとも第２の抵抗アセンブリと、をさらに含む、条項１乃至５のいずれか一項に記載の発電機。

条項７．界磁巻線アセンブリおよびアーマチュア巻線アセンブリの少なくとも一方が、超伝導コイルを有する超伝導巻線アセンブリである、条項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機。

条項８．界磁巻線アセンブリは超伝導界磁巻線アセンブリであり、アーマチュア巻線アセンブリは非超伝導アーマチュア巻線アセンブリである、条項１乃至７のいずれか一項に記載の発電機。

条項９。アーマチュア巻線アセンブリに動作可能に結合され、アーマチュア巻線アセンブリの各相巻線の電流の大きさを監視するように構成されたセンサシステムをさらに含む、条項１乃至８のいずれか一項に記載の発電機。

条項１０．発電機を制御するための方法であって、発電機は、界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品と、回転不能部品に対して回転するように配置された回転可能部品と、を有し、方法は、コントローラに結合されたセンサシステムを介して、三相アーマチュア巻線アセンブリの相巻線に影響を及ぼす電気的障害に対応する電気的障害徴候を検出するステップであって、三相アーマチュア巻線アセンブリは、回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されている、ステップと、電気的障害に応答して、抵抗アセンブリを介して三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップであって、抵抗アセンブリは、回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合されている、ステップと、を含む方法。

条項１１．三相アーマチュア巻線アセンブリは、３つの別個の相巻線をさらに含み、各相巻線は、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、第２の端部と、を有し、抵抗アセンブリは、第２の端部の各々の間に配置された相巻線接触器を含み、第２の端部の各々は、相巻線接触器が電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに相巻線接触器によって電気的に結合され、それによって公称状態電気結合部を形成し、三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップは、電気的障害徴候の存在下で公称状態電気結合部を電気的に切断するように、各相巻線接触器を開位置に移行させるステップを含む、条項１０に記載の方法。

条項１２．抵抗アセンブリは、三相アーマチュア巻線アセンブリの各相巻線の第２の端部に電気的に結合された少なくとも１つの抵抗素子をさらに含み、三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップは、相巻線接触器の開位置に応答して、相巻線の各々から対応する少なくとも１つの抵抗素子への電流の流れを容易にするステップをさらに含む、条項１０または１１に記載の方法。

条項１３．抵抗アセンブリは、少なくとも２つの別個の相巻線の各々に結合された少なくとも１つの抵抗素子の間に配置された少なくとも１つの障害接触器をさらに含み、少なくとも１つの障害接触器は、三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップは、少なくとも１つの障害接触器を閉位置に向けることによって、少なくとも２つの別個の相巻線の各々の間に障害状態電気結合部を形成するステップであって、障害状態電気結合部は、少なくとも２つの別個の相巻線および少なくとも２つの別個の相巻線に結合された対応する少なくとも１つの抵抗素子を通る電流の流れを容易にする、ステップをさらに含む、条項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。

条項１４．三相アーマチュア巻線アセンブリは第１の三相アーマチュア巻線アセンブリであり、抵抗アセンブリは第１の抵抗アセンブリであり、発電機は、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリと、回転可能部品に固定的に結合された少なくとも第２の抵抗アセンブリと、をさらに含み、障害徴候は、第１の三相アーマチュア巻線アセンブリに影響を及ぼす電気的障害に対応し、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリは障害徴候の非存在を有し、方法は、コントローラを介して、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ内の電流をゼロまで減少させるステップと、第１の抵抗アセンブリの少なくとも１つの障害接触器を開位置に移行させるステップと、少なくとも１つの障害接触器の開位置への移行に続いて、コントローラを介して、発電機の発電を再開するように少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリの電流を増加させるステップと、を含む、条項１０乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

条項１５．三相アーマチュア巻線アセンブリに抵抗を導入するステップは、相巻線の電流の制御された放電を所定の電流レベルまで開始するステップをさらに含む、条項１０乃至１４のいずれか一項に記載の方法。

条項１６．所定の電流レベルは、相巻線のゼロ電流レベルに対応する、条項１０乃至１５のいずれか一項に記載の方法。

条項１７．界磁巻線アセンブリおよび三相アーマチュア巻線アセンブリの少なくとも一方が、超伝導コイルを有する超伝導巻線アセンブリである、条項１０乃至１６のいずれか一項に記載の方法。

条項１８．風力タービンであって、電力コンバータを介して送電網に動作可能に結合された超伝導発電機を含み、超伝導発電機は、超伝導界磁巻線アセンブリを支持する回転不能部品と、発電機の動作中に回転不能部品に対して回転するように配置された回転可能部品と、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された三相アーマチュア巻線アセンブリであって、３つの別個の相巻線を含み、各相巻線が、対応する巻線端子に結合された第１の端部と、コンバータに電気的に結合された第２の端部と、を有する、三相アーマチュア巻線アセンブリと、発電機の動作中に回転可能部品と共に回転するように回転可能部品に固定的に結合された抵抗アセンブリであって、第２の端部の各々を互いに電気的に結合し、電気的障害に応答して三相アーマチュア巻線に抵抗を導入するように構成された抵抗アセンブリと、を含む、風力タービン。

条項１９．抵抗アセンブリは、第２の端部の各々が障害徴候の非存在下で閉位置に向けられた相巻線接触器によって電気的に結合されるように、第２の端部の各々の間に配置された相巻線接触器を含み、相巻線接触器の開位置は、障害徴候の存在下で三相アーマチュア巻線の各相巻線を電気的に分離する、条項１８に記載の風力タービン。

条項２０．抵抗アセンブリは、別個の相巻線の各々に結合された少なくとも１つの抵抗素子の間に配置された少なくとも１つの障害接触器であって、少なくとも１つの障害接触器は、閉位置に向けられたときに別個の相巻線の各々の間に障害状態電気結合部を形成し、障害状態電気結合部は、少なくとも２つの別個の相巻線および別個の相巻線に結合された対応する少なくとも１つの抵抗素子を通る電流の流れを容易にする、少なくとも１つの障害接触器をさらに含む、条項１８または１９に記載の風力タービン。

１００ 風力タービン
１０２ タワー
１０４ 支持面
１０６ ナセル
１０８ ロータ
１１０ ハブ
１１２ ロータブレード
１１４ 支持管
１１６ 極低温剤再凝縮器
１１８ 極低温剤再凝縮器、第２の再凝縮器
２００ コントローラ
２０６ プロセッサ
２０８ メモリデバイス
２１０ 通信モジュール
２１２ センサインターフェース
２１４ 動作状態制御モジュール
３００ 超伝導発電機
３０２ 回転可能部品
３０４ アーマチュア巻線アセンブリ
３０６ 本体
３０８ 回転不能部品
３１０ 超伝導界磁巻線アセンブリ
３１２ 超伝導コイル
３１４ 凹部／通路
３１６ 超伝導コイル磁石
３１８ 相巻線
３２０ 第１の端部
３２２ 第２の端部
３２４ センサシステム、センサ
３２８ 第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ
３３０ 第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ
４００ 電気システム
４０２ 送電網
４０４ 電力コンバータ
４０６ 巻線端子
４０８ 変圧器
４１０ 高電圧一次巻線
４１２ 中電圧二次巻線
４１４ 一部
５００ 抵抗アセンブリ
５０２ 相巻線接触器
５０３ 公称状態電気結合部
５０４ 抵抗素子
５０６ 障害接触器
５０７ 障害状態電気結合部
５０８ 第１の抵抗アセンブリ
５１０ 第２の抵抗アセンブリ
６００ 方法

Claims (20)

1. 発電機（３００）であって、
   界磁巻線アセンブリ（３１０）を支持する回転不能部品（３０８）と、
   前記発電機（３００）の動作中に前記回転不能部品（３０８）に対して回転するように配置された回転可能部品（３０２）と、
   前記発電機（３００）の動作中に前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合されたアーマチュア巻線アセンブリ（３０４）であって、少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）を含み、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々が、対応する巻線端子（４０６）に結合された第１の端部（３２０）と、第２の端部（３２２）と、を有する、アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）と、
   前記発電機（３００）の動作中に前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合された抵抗アセンブリ（５００）であって、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の前記第２の端部（３２２）の各々を互いに電気的に結合し、電気的障害に応答して前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に抵抗を導入するように構成された抵抗アセンブリ（５００）と、
   を含む発電機（３００）。
2. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、
   前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の前記第２の端部（３２２）の各々の間に配置された相巻線接触器（５０２）であって、前記第２の端部（３２２）の各々は、電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに前記相巻線接触器（５０２）によって電気的に結合され、それによって公称状態電気結合部（５０３）を形成し、開位置では、前記相巻線接触器（５０２）は、前記障害徴候の存在下で前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々を電気的に分離し、それによって前記公称状態電気結合部（５０３）を切断する、相巻線接触器（５０２）
   をさらに含む、請求項１に記載の発電機（３００）。
3. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、
   前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々の前記第２の端部（３２２）に電気的に結合された少なくとも１つの抵抗素子（５０４）であって、前記開位置において、前記相巻線接触器（５０２）が、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々から前記対応する少なくとも１つの抵抗素子（５０４）への電流の流れを容易にする、少なくとも１つの抵抗素子（５０４）
   をさらに含む、請求項２に記載の発電機（３００）。
4. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、
   前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々に結合された前記少なくとも１つの抵抗素子（５０４）の間に配置された少なくとも１つの障害接触器（５０６）であって、前記少なくとも１つの障害接触器（５０６）は、閉位置に向けられたときに前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々の間に障害状態電気結合部（５０７）を形成し、前記障害状態電気結合部（５０７）は、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）および前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）に結合された前記対応する少なくとも１つの抵抗素子（５０４）を通る電流の流れを容易にする、少なくとも１つの障害接触器（５０６）
   をさらに含む、請求項３に記載の発電機（３００）。
5. 前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）は、３つの別個の相巻線（３１８）を有する三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）である、請求項４に記載の発電機（３００）。
6. 前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）は第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３２８）であり、前記抵抗アセンブリ（５００）は第１の抵抗アセンブリ（５０８）であり、前記発電機（３００）は、
   前記発電機（３００）の動作中に前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合された少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）であって、前記第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３２８）との電気結合部の非存在を有し、３つの別個の相巻線（３１８）を含み、各相巻線（３１８）が、対応する巻線端子（４０６）に結合された第１の端部（３２０）と、第２の端部（３２２）と、を有する、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）と、
   前記発電機（３００）の動作中に前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合された少なくとも第２の抵抗アセンブリ（５１０）であって、前記第２の端部（３２２）の各々を互いに電気的に結合し、前記第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）の電気的障害に応答して前記第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）に抵抗を導入するように構成された、少なくとも第２の抵抗アセンブリ（５１０）と、
   をさらに含む、請求項５に記載の発電機（３００）。
7. 前記界磁巻線アセンブリ（３１０）および前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の少なくとも一方が、超伝導コイル（３１２）を有する超伝導巻線アセンブリである、請求項１に記載の発電機（３００）。
8. 前記界磁巻線アセンブリ（３１０）は超伝導界磁巻線アセンブリであり、前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）は非超伝導アーマチュア巻線アセンブリである、請求項７に記載の発電機（３００）。
9. 前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に動作可能に結合され、前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の各相巻線（３１８）の電流の大きさを監視するように構成されたセンサシステム（３２４）
   をさらに含む、請求項１に記載の発電機（３００）。
10. 発電機（３００）を制御するための方法（６００）であって、前記発電機（３００）は、界磁巻線アセンブリ（３１０）を支持する回転不能部品（３０８）と、前記回転不能部品（３０８）に対して回転するように配置された回転可能部品（３０２）と、を有し、前記方法（６００）は、
    コントローラ（２００）に結合されたセンサシステム（３２４）を介して、三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の相巻線（３１８）に影響を及ぼす電気的障害に対応する電気的障害徴候を検出するステップであって、前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）は、前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合されている、ステップと、
    前記電気的障害に応答して、抵抗アセンブリ（５００）を介して前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に抵抗を導入するステップであって、前記抵抗アセンブリ（５００）は、前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合されている、ステップと、
    を含む方法（６００）。
11. 前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）は、３つの別個の相巻線（３１８）をさらに含み、各相巻線（３１８）は、対応する巻線端子（４０６）に結合された第１の端部（３２０）と、第２の端部（３２２）と、を有し、前記抵抗アセンブリ（５００）は、前記第２の端部（３２２）の各々の間に配置された相巻線接触器（５０２）を含み、前記第２の端部（３２２）の各々は、前記相巻線接触器（５０２）が電気的障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに前記相巻線接触器（５０２）によって電気的に結合され、それによって公称状態電気結合部（５０３）を形成し、前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に前記抵抗を導入するステップは、
    前記電気的障害徴候の存在下で前記公称状態電気結合部（５０３）を電気的に切断するように、各相巻線接触器（５０２）を開位置に移行させるステップ
    を含む、請求項１０に記載の方法（６００）。
12. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の各相巻線（３１８）の前記第２の端部（３２２）に電気的に結合された少なくとも１つの抵抗素子（５０４）をさらに含み、前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に前記抵抗を導入するステップは、
    前記相巻線接触器（５０２）の前記開位置に応答して、前記相巻線（３１８）の各々から前記対応する少なくとも１つの抵抗素子（５０４）への電流の流れを容易にするステップ
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法（６００）。
13. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々に結合された前記少なくとも１つの抵抗素子（５０４）の間に配置された少なくとも１つの障害接触器（５０６）をさらに含み、前記少なくとも１つの障害接触器（５０６）は、前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に前記抵抗を導入するステップは、
    前記少なくとも１つの障害接触器（５０６）を閉位置に向けることによって、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）の各々の間に障害状態電気結合部（５０７）を形成するステップであって、前記障害状態電気結合部（５０７）は、前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）および前記少なくとも２つの別個の相巻線（３１８）に結合された前記対応する少なくとも１つの抵抗素子（５０４）を通る電流の流れを容易にする、ステップ
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法（６００）。
14. 前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）は第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３２８）であり、前記抵抗アセンブリ（５００）は第１の抵抗アセンブリ（５０８）であり、前記発電機（３００）は、少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）と、前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合された少なくとも第２の抵抗アセンブリ（５１０）と、をさらに含み、前記障害徴候は、前記第１の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３２８）に影響を及ぼす電気的障害に対応し、前記少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）は障害徴候の非存在を有し、前記方法（６００）は、
    前記コントローラ（２００）を介して、前記少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）内の電流をゼロまで減少させるステップと、
    前記第１の抵抗アセンブリ（５０８）の前記少なくとも１つの障害接触器（５０６）を開位置に移行させるステップと、
    前記少なくとも１つの障害接触器（５０６）の前記開位置への前記移行に続いて、前記コントローラ（２００）を介して、前記発電機（３００）の発電を再開するように前記少なくとも第２の三相アーマチュア巻線アセンブリ（３３０）の前記電流を増加させるステップと、
    を含む、請求項１３に記載の方法（６００）。
15. 前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）に前記抵抗を導入するステップは、
    前記相巻線（３１８）の電流の制御された放電を所定の電流レベルまで開始するステップ
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法（６００）。
16. 前記所定の電流レベルは、前記相巻線（３１８）のゼロ電流レベルに対応する、請求項１５に記載の方法（６００）。
17. アセンブリである前記界磁巻線アセンブリ（３１０）および前記三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の少なくとも一方が、超伝導コイル（３１２）を有する超伝導巻線アセンブリである、請求項１０に記載の方法（６００）。
18. 風力タービン（１００）であって、
    電力コンバータ（４０４）を介して送電網（４０２）に動作可能に結合された超伝導発電機（３００）を含み、前記超伝導発電機（３００）は、
    超伝導界磁巻線アセンブリ（３１０）を支持する回転不能部品（３０８）と、
    前記発電機（３００）の動作中に前記回転不能部品（３０８）に対して回転するように配置された回転可能部品（３０２）と、
    前記発電機（３００）の動作中に前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合された三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）であって、３つの別個の相巻線（３１８）を含み、各相巻線（３１８）が、対応する巻線端子（４０６）に結合された第１の端部（３２０）と、前記コンバータ（４０４）に電気的に結合された第２の端部（３２２）と、を有する、三相アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）と、
    前記発電機（３００）の動作中に前記回転可能部品（３０２）と共に回転するように前記回転可能部品（３０２）に固定的に結合された抵抗アセンブリ（５００）であって、前記第２の端部（３２２）の各々を互いに電気的に結合し、電気的障害に応答して前記三相アーマチュア巻線に抵抗を導入するように構成された抵抗アセンブリ（５００）と、
    を含む、風力タービン（１００）。
19. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、
    前記第２の端部（３２２）の各々の間に配置された相巻線接触器（５０２）であって、前記第２の端部（３２２）の各々は、前記相巻線接触器（５０２）が障害徴候の非存在下で閉位置に向けられたときに前記相巻線接触器（５０２）によって電気的に結合され、それによって公称状態電気結合部（５０３）を形成し、開位置では、前記相巻線接触器（５０２）は、前記障害徴候の存在下で前記アーマチュア巻線アセンブリ（３０４）の前記３つの別個の相巻線（３１８）の各々を電気的に分離し、それによって前記公称状態電気結合部（５０３）を切断する、相巻線接触器（５０２）
    を含む、請求項１８に記載の風力タービン（１００）。
20. 前記抵抗アセンブリ（５００）は、
    前記別個の相巻線（３１８）の各々に結合された前記少なくとも１つの抵抗素子（５０４）の間に配置された少なくとも１つの障害接触器（５０６）であって、前記少なくとも１つの障害接触器（５０６）は、閉位置に向けられたときに前記別個の相巻線（３１８）の各々の間に障害状態電気結合部（５０７）を形成し、前記障害状態電気結合部（５０７）は、前記別個の相巻線（３１８）および前記別個の相巻線（３１８）に結合された前記対応する少なくとも１つの抵抗素子（５０４）を通る電流の流れを容易にする、少なくとも１つの障害接触器（５０６）
    をさらに含む、請求項１９に記載の風力タービン（１００）。

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