JP6423800B2 - 風力発電プラントのヨーシステム用の制御装置 - Google Patents

Description

[0001]
本発明は、支持構造と支持構造上にヨー軸の回りに回転可能であるように取り付けられる機械支持体との間に接続され、ドライブおよびギア機構を備える少なくとも１つの調節装置と、機械支持体を支持構造上に固定することが可能な少なくとも１つのヨーブレーキとを有する、風力タービンのヨーシステム用の制御装置に関する。

[0002]
欧州特許公報（０９００３３５号）のドイツ語翻訳文６９７０３６２２号によって、風力タービン用に、ヨー方向の運動の伝達および減衰のために提供される装置が知られている。この装置は、ヨーベアリングと、機械の取付方向が鉛直軸の回りに回転することを可能にするヨー方向回転運動ドライブとを備え、また機械の取付方向を鉛直軸の回りに駆動するためのドライブ装置を備える。さらに、カップリングが提供され、ドライブ装置のトルクをヨー方向回転運動ドライブに伝達する。カップリングは、伝達されるトルクが、ドライブシャフトとカップリングの出力シャフトとの回転運動スピードの差によって決定されるように構成されている。ドライブ装置は、ブレーキと、ブレーキによってブロックすることが可能な電気モータと、カップリングの相互接続によって電気モータに連結されるギア機構とを有する。

[0003]
ブレーキがロック位置にあるとき、風力によって生み出されたヨー方向の運動がカップリングによって減衰される。また、ヨーブレーキが、ヨー方向の運動をブロックすることが可能な手段として提供されうる。ヨー方向の運動をブロックすることは、例えば、保守作業員が機械の設置作業および／または機械支持体の領域での作業をしているときに、安全上の理由から望ましいことである。

[0004]
従来のヨーブレーキは、支持構造および機械支持面の上、特にヨーベアリングの領域の上または中に配置されている。ヨーブレーキによって加えられるブレーキ力が大きいために、ヨーブレーキは相応にロバストに、それゆえに少なからぬコストがかかるものとして設計されている。

[0005]
このような背景から始まり、本発明の目的は、ヨー方向の運動をブロックするためにかかるコストを低減できるようにすることである。

[0006]
この目的は、請求項１に係る制御装置による発明によって達成される。本発明の好適な修正例は、従属請求項および以下の明細書において明らかにされる。

[0007]
本発明に係る、特に風力タービンのヨーシステム用の制御装置は、支持構造および支持構造上にヨー軸の回りに回転可能であるように取り付けられる機械支持体の間に接続され、ドライブおよび特にこれに連結されるギア機構を備える少なくとも１つの調節装置と、機械支持体を特に回転可能ではない仕方で支持構造上に固定することが可能な少なくとも１つのヨーブレーキとを有し、ヨーブレーキは、調節装置の動力伝達部（ドライブトレイン）でドライブとギア機構との間に係合する。

[0008]
ギア機構をブロックし、それによって機械支持体のヨー軸の回りの回転をブロックするために、ドライブとギア機構との間では比較的小さなブレーキ力で十分である。その理由はギア機構の伝達比であり、これは特に１よりも大きく、好ましくは１００よりも大きく、１０００であってもよい。この理由のために、ヨーブレーキはそれほどロバストに設計されなくてもよく、したがってコストを節減することができる。

[0009]
ギア機構は、特に、入力側でドライブに、出力側で機械支持体または支持構造に連結される。好ましくは、ギア機構は、ドライブに連結される入力シャフトと、機械支持体または支持構造に連結される出力シャフトとを備える。ギア機構は、好ましくは減速ギアである。有利には、ギア機構の出力シャフトは、ギア機構の入力シャフトに回転剛性をもって連結される。特に、ギア機構は、ギア列（ギアトレイン）またはギアボックスである。

[0010]
好ましくは、ヨーブレーキは調節装置のシャフトに係合され、これによってギア機構をドライブに連結したり、ドライブから解放したりすることができる。このシャフトは、例えばギア機構の入力シャフトによって構成されるか、これに回転剛性をもって連結される。

[0011]
好ましくは、ドライブは電気ドライブである。特に、ドライブは、少なくとも１つの電気機械、例えば１つまたは少なくとも１つの電気モータであるか、これを備える。あるいは、ドライブは、液圧ドライブ、またはその他のドライブであってもよい。

[0012]
有利には、給電手段が提供され、特にドライブのための給電手段を構成する。好ましくは、ドライブは給電手段によって電流を得る。これは特に、例えば電気モータのように、ドライブが電気ドライブである場合に適用される。ドライブが例えば液圧ドライブのような他の種類のドライブである場合も、好ましくは、特に間接的に、同様に給電手段によって供給される。例えば、液圧ドライブは、好ましくは給電手段によって電流が供給される少なくとも１つの電動液圧ポンプを備える。好ましくは、ドライブは、直接的に、または間接的に、給電手段によって電流を供給されうる。特に、給電手段が失われたときには、ドライブもまた機能を停止する。給電手段は、例えば送電網またはネットワークによって提供される。さらに、給電手段は、非常給電手段を含んでもよい。電流は直流であっても交流であってもよく、特に三相であってもよい。送電網は好ましくは交流ネットワークであり、より好ましくは三相ネットワークである。

[0013]
支持構造に対する相対的な機械支持体のヨー軸回りの回転または回転運動は、調節装置、特にドライブによって好適に制御または調整される。有利には、ドライブを制御または調整できるような、少なくとも１つの調節装置が設けられる。特に、ドライブは好ましくは制御器によって制御または調整され、これによって、支持構造に対する相対的な機械支持体のヨー軸回りの回転または回転運動が、生成され、ブレーキをかけられ、および／または減衰させられる。制御器は、好ましくは電気制御器であり、有利にはドライブに電気的に接続される。特に、制御器は、１つの、または少なくとも１つの変換器、または周波数変換器を備える。好ましくは、ドライブに供給されるか、または供給することができる電流が、制御器によって制御または調整される。好ましくは、この電流の電流強度、振幅、周波数、および／または位相が、制御器によって制御または調整される。特に、制御器は、給電手段によって電流を供給される。

[0014]
風力によってロータ軸の回りに回転することが可能なロータは、好ましくは機械支持体上に回転可能に取り付けられる。ロータ軸は、好ましくはヨー軸を横断して、またはほぼ横断して配置される。特に、ロータ軸は、水平に、またはほぼ水平に配置される。好ましくは、ロータ軸は、水平に対してわずかに傾いている。有利には、ロータは機械支持体の風下側に配置される。しかしながら、あるいは、ロータは機械支持体の風上側に配置されてもよい。

[0015]
ロータは、好ましくは、ロータハブと、ロータハブに取り付けられる１つ以上のロータブレードとを含む。ロータブレードは、特に、ロータハブからロータ軸を横断して、またはほぼ横断して延びる。好ましくは、ロータブレード、またはそれぞれのロータブレードは、特にロータ軸を横断して、またはほぼ横断して延びるブレード軸の回りに回転可能に、ロータハブに取り付けられる。ロータブレードの数は、好ましくは、１つ、少なくとも１つ、２つ、少なくとも２つ、３つ、または少なくとも３つである。特に、ロータブレードは、ロータ軸の周りに均等に分かれて配置される。

[0016]
機械支持体は、好ましくは、ロータによって駆動することが可能な発電機を担持する。特に、発電機は、ロータのロータシャフトに連結される。ロータギア機構が、発電機とロータとの間、および／または発電機とロータシャフトとの間に連結されてもよい。

[0017]
支持構造は、特に、地表または海底の基礎または足場に固定された塔を含むか、好ましくはこれを形成する。支持構造および／または塔の長手方向軸は、好ましくはヨー軸に一致する。特に、ヨー軸は鉛直に、またはほぼ鉛直に配置される。機械支持体は、好ましくは支持構造上に配置される。

[0018]
ドライブは、好ましくは、特にドライブによって回転させられるドライブシャフトを備える。ドライブがモータもしくは電気モータであるか、またはこれを含む場合、ドライブシャフトは、特に、モータもしくは電気モータのモータシャフトであるか、または例えばモータもしくは電気モータのモータシャフトに回転剛性をもって連結されるシャフトである。また、ドライブは、好ましくは、ステータと、これに対して相対的に回転可能なロータとを含む。ロータは、特に、ドライブシャフトを含む、かつ／または剛性もしくは回転剛性をもってこれに連結される。ステータは、好ましくは少なくとも１つの、より好ましくはいくつかの、電気ステータ巻線を備える。ロータは、好ましくは少なくとも１つの、より好ましくはいくつかの、電気ロータ巻線を備える。また、ロータは、ロータ巻線がいくつかの導体棒を含み、これらがその端部で互いに電気的に接続され、好ましくは短絡される、かご形ロータとして設計されてもよい。この場合、ドライブは、例えば非同期機を形成するか、またはこれを含む。また、ドライブは、永久場電気モータとして設計されてもよい。この場合、ロータまたはステータは、特にそれぞれの巻線の代わりに、少なくとも１つの、好ましくはいくつかの永久磁石を担持する。このようにドライブは好ましくは電気モータであり、例えば直流モータ、交流モータ、特に三相モータとして設計される。

[0019]
ドライブのステータは、好ましくは固定されており、機械支持体または支持構造に強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結される。好ましくは、ドライブは、ステータに剛性もしくは回転剛性をもって連結され、かつ／またはこれを包含するドライブもしくはモータハウジングを備える。有利には、ドライブまたはモータハウジングは、機械支持体または支持構造に強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結される。

[0020]
調節装置は、好ましくは出力シャフトを備え、出力シャフトは機械支持体または支持構造に、特に回転剛性をもって連結または接続される。有利には、出力シャフトは、特に剛性、回転剛性、または弾性をもって連結されるピニオンギアを有し、ピニオンギアはリングギアに噛み合い、かつ／または係合し、リングギアは好ましくは強固に、特に剛性、回転剛性、または回転弾力性をもって機械支持体または支持構造に連結される。有利には、調節装置の出力シャフトは、ギア機構の出力シャフトに、好ましくは回転弾力性をもって、または強固に、特に剛性、もしくは回転剛性をもって連結されるか、またはこれによって形成される。

[0021]
好ましくは、機械支持体は、風力によって、支持構造に対して相対的にヨー軸の回りに回転することが可能である。有利には、ロータは、機械支持体の風下側に配置されるこの連結構造の中にある。特に、ヨーシステムは、パッシブなヨーシステムである。

[0022]
修正例によれば、ドライブは、好ましくは制御器によって、ダンパとして動作させられる。ダンパとして動作するドライブは、特に風力によって引き起こされる、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転または回転運動を減衰させることができる。このダンパは、好ましくはアクティブなダンパを形成する。「アクティブなダンパ」という用語は、給電手段が失われた場合、このアクティブなダンパも機能しえなくなることを意味するものとして理解されうる。「アクティブなダンパ」は、また、このダンパの減衰能力、および／または機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転運動の減衰を、制御器によって制御することが可能であることを意味しうる。

[0023]
好ましくは、減衰部材が設けられ、これによって、またはこの補助によって、特に風力によって生み出される、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転運動を減衰させることができる。減衰部材は、好ましくはパッシブな減衰部材である。これは、給電手段が失われた場合にも減衰部材が機能することが可能であること、ならびに／または減衰部材の減衰能力および／もしくは機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転運動の減衰をアクティブに制御することが可能ではないことを意味することが理解される。もちろん、減衰は、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転運動の速度、または速度変化に依存してもよい。減衰部材は、好ましくは、調節装置の動力伝達部に組み込まれる。特に、調節装置は、減衰部材を包含する。好ましくは、減衰部材は、入力シャフトと出力シャフトとを含む。

[0024]
好ましくは、減衰部材は、液圧ダンパを形成するか、またはこれを含む。液圧ダンパは、例えば、流体力学的カップリング、またはビスコカップリングである。好ましくは、減衰部材は、インペラハウジングとその中で回転可能な内側部分とを有するインペラを備える。内側部分は、減衰部材のシャフトのうちの一方、例えば減衰部材の出力シャフトに、好ましくは強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結される。インペラハウジングは、減衰部材のシャフトのうちのもう一方、例えば減衰部材の入力シャフトに、好ましくは強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結される。あるいは、内側部分が例えば減衰部材の入力シャフトに例えば強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結され、インペラハウジングが例えば減衰部材の出力シャフトに例えば強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結される。内側部分は、例えばプロペラである。有利には、流体、特に液圧流体がハウジング内に導入される。減衰部材は、好ましくはドライブとギア機構との間に組み込まれる。

[0025]
修正例によれば、ヨーブレーキが、調節装置の動力伝達部で減衰部材とギア機構との間に係合する。それゆえ、ヨーブレーキが起動されていても、減衰部材は、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転を許容しないようにすることが可能である。

[0026]
好ましくは、ヨーブレーキは調節装置のシャフトに係合し、それによってギア機構が減衰部材に連結されるか、または連結されることが可能になる。ヨーブレーキが係合するシャフトは、例えばギア機構の入力シャフトによって形成されるか、またはこれに回転剛性をもって連結される。また、ヨーブレーキが係合するシャフトは、例えば減衰部材の出力シャフトによって形成されるか、またはこれに回転剛性をもって連結される。特に、ヨーブレーキが係合するシャフトは、減衰部材の出力シャフトとギア機構の入力シャフトとの間に配置され、かつ／または減衰部材の出力シャフトとギア機構の入力シャフトとの間に連結される。この場合、ヨーブレーキが係合するシャフトは、減衰部材の出力シャフトおよびギア機構の入力シャフトに、特に回転剛性をもって連結される。

[0027]
ヨーブレーキは、好ましくは調節装置の動力伝達部、および／またはこの動力伝達部の一部をブロックすることが可能である。ヨーブレーキによってブロックすることが可能な動力伝達部、および／または動力伝達部の一部は、特に、ギア機構を含む。例えば、ヨーブレーキは、ギア機構を、特にその入力側からブロックすることが可能である。有利には、ヨーブレーキは、ヨーブレーキが係合するシャフトにブレーキをかけ、かつ／またはブロックすることが可能である。

[0028]
ヨーブレーキは、好ましくはディスクブレーキである。好ましくは、ヨーブレーキは、少なくとも１つのブレーキディスクと、ブレーキディスクに対して押し付けることが可能な少なくとも１つのブレーキ本体とを備える。ブレーキ本体は、例えば、１つまたは少なくとも１つのブレーキシュー、１つまたは少なくとも１つのブレーキキャリパ、１つまたは少なくとも１つのブレーキディスク、および／または１つまたは少なくとも１つのブレーキライニングを含む。特に、ブレーキディスクは、ヨーブレーキによってブロックすることが可能な動力伝達部および／または動力伝達部の一部に回転剛性をもって連結される。好ましくは、ブレーキディスクは、ヨーブレーキが係合するシャフトに回転剛性をもって連結される。

[0029]
好ましくは、ヨーブレーキと、ヨーブレーキが係合するシャフトとを備えるブレーキ装置が提供される。ブレーキ装置は、好ましくは、特にそのシャフトを介して、ドライブとギア機構との間に、さらに好ましくは減衰部材とギア機構との間に連結される。

[0030]
修正例によれば、ヨーブレーキは、起動された状態においてスリップクラッチを形成し、初期トルクに到達または超過すると機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転を許容する。機械支持体、支持構造、および／または風力タービンの他の構成要素に損傷をもたらしうる過負荷は、このようにして防止することが可能である。

[0031]
修正例によれば、ドライブにブレーキをかけるか、またはこれをブロックすることを可能にする、ドライブブレーキが提供される。好ましくは、ドライブブレーキは、ドライブシャフトに好ましくは強固に、特に剛性または回転剛性をもって連結される。ドライブブレーキは、特に、ドライブがブレーキをかけられた、またはブロックされたときに、特に風力によって引き起こされる、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転運動を減衰させることが可能になるように、減衰部材と協働する。有利には、給電手段が失われたとき、ドライブは、特に自動的に、ドライブブレーキによってブレーキをかけられ、かつ／またはブロックされる。ドライブブレーキは、好ましくは、ブレーキおよび／またはブロック状態において、特に少なくとも１つのバネによって、予め張力を与えられた状態にある。有利には、ドライブブレーキは、少なくとも１つの電磁石によって、特にバネの力に対抗して、解放状態に変更される。この目的の電磁石は、好ましくは、特に給電手段から利用可能な電流を供給される。ドライブは、好ましくは、ドライブブレーキと減衰部材との間に連結される。ドライブがモータまたは電気モータである場合、ドライブブレーキはエンジンブレーキとも呼ぶことができる。

[0032]
一実施形態によれば、制御器がドライブに接続、特に電気的に接続され、特に給電手段が利用可能である場合には、これによってドライブが制御および調整される。有利には、特に風力によって引き起こされる、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転または回転運動は、ドライブによって減衰させられる。既に説明したように、このようにして、ドライブは、特に、機械支持体を回転させるためではなく、好ましくは風力によって生み出される、機械支持体の支持構造に対するヨー軸の回りの相対的な回転または回転運動を減衰させるために用いられる。これは、特に、ロータが機械支持体の風下側に配置されている場合に適切である。この場合、機械支持体は、ロータ軸が風向に平行またはほぼ平行になる位置まで、風力によって回転させられうる。この機能は、原理的には風になびく旗のようである。本発明に係る制御装置は、好ましくは、上記の意味において減衰装置を形成する。乱気流、突風、ウインドシアなどが、機械支持体を所望の位置からさらに回転させる意図しない回転運動をもたらしうるため、そのような回転運動をドライブがカウンタートルクを生み出すことによって減衰させることができる。電源が失われた場合、および／またはドライブがブレーキをかけられたか、もしくはブロックされた場合、特に減衰部材が、この減衰機能を果たす。機械支持体を、ドライブによってアクティブに回転させることも可能である。本発明に係る制御装置は、この意味において、特にドライブ装置を形成する。このことは、例えば、比較的大きなヨー軸方向のずれを修正したり、例えば機械支持体と支持構造との間の配線がねじれてしまったものをほどく、といったような保守作業をしたりするために適切である。また、機械支持体のアクティブな回転は、ロータが機械支持体の風上側に配置されている場合にも適切である。好ましくは、本発明に係る制御装置は、減衰および／またはドライブ装置を形成する。

[0033]
調節装置の動力伝達部は、特に、ドライブとギア機構の出力側、ギア機構の出力シャフト、および／または調節機構の出力シャフトとの間で運動、好ましくは回転運動を伝達することができるか、またはこれを伝達する、調節装置のすべての構成要素を含む。好ましくは、動力伝達部は、ギア機構、ギア機構の入力シャフト、ギア機構の出力シャフト、ドライブシャフト、調節機構の出力シャフト、減衰部材、減衰部材の入力シャフト、減衰部材の出力シャフト、および／またはインペラを含む。

[0034]
本発明は、さらに、支持構造と、支持構造上にヨー軸の回りに回転可能に取り付けられる機械支持体と、少なくとも１つの制御装置とを含む風力タービンに関する。制御装置は、支持構造および機械支持体の間に接続され、ドライブおよび特にこれに連結されるギア機構を備える少なくとも１つの調節装置と、機械支持体を特に回転可能ではない仕方で支持構造上に固定することが可能な少なくとも１つのヨーブレーキとを有し、ヨーブレーキは、調節装置の動力伝達部でドライブとギア機構との間に係合する。制御装置は、特に、ここで検討されたすべての修正例を含んで開発されうる、本発明に係る制御装置である。風力タービンは、風上にロータがあるものであってもよいし、風下にロータがあるものであってもよい。しかし、好ましくは、風力タービンは、風下にロータがあるものである。

[0035]
本発明は、以下で、好適な実施形態とともに、添付図面を参照しながら、より詳細に説明される。

[0036]風力タービンの概略的な側面図である。 [0037]一実施形態に係る２つの制御装置を含む、図１に係る風力タービンの機械支持体の概略的な側面図である。 [0038]図２に係る制御装置のうち１つの概略的な斜視図である。 [0039]図３に係る制御装置の側面図である。 [0040]図４に示された交差線Ａ−Ａに沿った制御装置の概略的な断面図である。 [0041]図５に示されたブレーキ装置の概略的な断面図である。

[0042]
図１は、海上に配置され、海底２に据え付けられた風力タービン１の概略的な側面図を示す。海水面は、概略的に示され、参照符号１７によって識別される。風力タービン１は、鉄塔形状の支持構造３と、その上に、方位ベアリング５を介して、鉛直なヨー軸６の回りに回転可能に取り付けられる機械支持体４とを含む。機械支持体４は、機械ハウジング７を担持し、その中に発電機８が配置される。機械支持体４上では、ロータ９が、ヨー軸６を横断して、またはほぼ横断して延びるロータ軸１０の回りに回転可能に取り付けられる。なお、好ましくは、ロータ軸１０は、水平方向に対してわずかに傾いている。ロータ９は、ロータハブ１２を含み、そこに２つのロータブレード１３，１４が、それぞれのブレード軸１５，１６の回りに回転可能に取り付けられる。ブレード軸１５，１６は、ロータ軸１０を横断して、またはほぼ横断して延びる。ロータハブ１２は、ロータシャフト（図示せず）に回転剛性をもって連結され、これによってロータ９は発電機８に連結される。ロータ９は、風１１によってロータ軸１０の回りに回転し、発電機８を駆動する。

[0043]
図２は、機械支持体４の概略的な側面図を示す。本発明の一実施形態に係る２つの制御装置１８，１９が、機械支持体４に固定されている。制御装置１８，１９は同じように構成され、そのうち制御装置１８の斜視図が図３に示されている。さらに、制御装置１８の側面図が図４に示され、図４に示された交差線Ａ−Ａに沿った制御装置１８の概略的な断面図が図５に示される。

[0044]
制御装置１８は、電気モータ２０を含む。電気モータ２０のモータシャフト２１は、軸５４の回りに回転可能であり、液圧ダンパ２８の形をとる減衰部材と、ブレーキ装置４４とを経て、ギア機構２３の入力シャフト２２に連結されている。ギア機構２３の出力シャフト２４は、ピニオンギア２５に、例えば直接、またはカップリング部材を介して回転剛性をもって連結される。あるいは、出力シャフト２４は、例えばカップリング部材を介して、回転弾力性をもってピニオンギア２５に連結されてもよい。ピニオンギア２５は、支持構造３の上端部に設けられ、支持構造３に剛性をもって連結されるリングギア２６（図２参照）と噛み合う。モータシャフト２１は、ダンパ２８とは反対側の端部でモータブレーキ２７に連結される。モータブレーキ２７は、少なくとも１つの電磁石２９を含み、これによって、ブレーキ２７は、十分に大きい電流が電磁石２９を流れている限り、バネ３９の力に対抗して解放状態に保持される。電流が切れると、ブレーキ２７は、自動的に図５に示されているようなブレーキ状態に移行し、電気モータ２０のモータシャフト２１をブロック（回転を阻止）する。電気モータ２０はモータハウジング３１を含み、モータハウジング３１はステータ電気巻線４０を含み、電気モータ２０のステータを形成する。また、モータシャフト２１は、ロータ電気巻線４１を含み、電気モータ２０のロータを形成する。さらに、ギア機構２３はギア機構ハウジング３２を含み、ダンパ２８はダンパハウジング３３を含み、ブレーキ２７はブレーキハウジング４２を含み、ブレーキ装置４４はハウジング４３を含む。本実施形態では、さらに、電気モータ２０が第１の外側ハウジング３４の中に配置され、ブレーキ２７が第２の外側ハウジング３５の中に配置される。通気ファン５９が第１の外側ハウジング３４に設置され、これによって電気モータ２０が冷却される。あるいは、外側ハウジング３４，３５は共通の外側ハウジングとして形成されてもよいし、省略されてもよい。外側ハウジング３４，３５が共通の外側ハウジングとして形成される場合、この外側ハウジングは例えばファンによって通気される。また、ハウジング３４は、ダンパ２８、および付加的にブレーキ装置４４を含んでもよい。ハウジング３１，３２，３３，３４，３５，４２，４３は、互いに剛性をもって連結される。さらに、これらのハウジングは、機械支持体４に剛性をもって連結される。

[0045]
電気モータ２０は、周波数変換器３７を含む制御器３６を介して、送電網３８に接続される。送電網３８は、制御器３６および電気モータ２０への給電手段を形成する。さらに、電磁石２９も、送電網３８から電流の供給を受けてもよい。

[0046]
風１１がその方向を変えると、機械支持体４は、この方向の変化に追従し、ヨー軸６の回りに回転する。風力タービン１は風下向きのタービンとして設計されているため、機械支持体４は簡単にいえば風になびく旗のようにふるまう。より具体的には、機械支持体４は、ロータ軸１０が風向１１に揃うように、それ自身の位置を合わせようとする。ヨーイングとも呼ばれるこの回転が発生すると、ピニオンギア２５が回転させられ、それがギア機構２３、ブレーキ装置４４、およびダンパ２８の相互接続を経て、モータシャフト２１を回転させる。電気モータ２０は、この回転運動が減衰されるように、制御器３６によって起動される。突然の風向の変化は風力タービン１に強い負荷を作用させることにもなりうるため、このような構成は有利である。また、機械支持体４の過大なスイングも、上記の減衰によって防止されるか、少なくとも低減される。制御器３６は、上記の減衰を、風力タービン１の負荷が可能な限り低く保たれるように調節する。電気モータ２０、ギア機構２３、および制御器３６は、ともに調節装置を形成する。さらに、ダンパ２８および／またはブレーキ装置４４も、調節装置の一部であるとみなされてもよい。

[0047]
送電網３８が機能を停止すると、機械支持体４のヨー方向の運動の制御された減衰は、電気モータ２０と協働する制御器３６によってはもはや実現されなくなる。しかしながら、電磁石２９も送電網から電力を供給されている場合、送電網３８の機能停止によって電磁石２９も機能を停止し、それゆえモータシャフト２１はブレーキ２７によって自動的にブロックされる。特に風力によって生じる機械支持体４のヨー方向の運動の減衰は、たとえモータシャフト２１がブロックされていても、なおもダンパ２８によって確実にされている。ダンパ２８はパッシブダンパであり、そこで実現される減衰は必ずしも理想的に調節されているわけではないが、それでも、ダンパ２８によって、広い範囲で、風力タービン１の強い負荷と、機械支持体４のあまりに過大なスイングとを防ぐことが可能である。

[0048]
送電網３８が復旧すると、電流が電磁石２９を通って流れ、モータシャフト２１は再び自由になる。さらに、制御器３６が動作を再開し、機械支持体４のヨー方向の運動の減衰を制御する。

[0049]
なお、特に電磁石２９を通る十分な量の電流がもはや流れていない場合には、給電手段３８が存在している間にブレーキ２７によってモータシャフト２１をブロックすることも可能である。例えば、電磁石２９は、この目的のために、概略的に図示されたスイッチ５３によって送電網３８から切断されてもよい。この場合、電気モータ２０は、好ましくは制御器３６によって起動されない。給電手段が存在している間に実施されるモータシャフト２１のブロックは、例えば機械支持体４を支持構造３との関係において特定の位置に保持するために好適である。この場合も、特に風力によって生じる機械支持体４のヨー方向の運動の減衰は、ダンパ２８によって確実にされてもよい。

[0050]
モータシャフト２１がブロックされている場合であっても、ダンパ２８のために、ヨー軸６の回りの機械支持体４の運動はなおも可能とされる。いくつかのケースでは、これらの運動を抑制することも好適でありうる。この目的のためにブレーキ装置４４が設けられ、これによって機械支持体４は、特に回転可能ではない仕方で支持構造３に固定されてもよい。ブレーキ装置４４は、ヨーブレーキ３０と、ヨーブレーキ３０が係合するシャフト４５とを含む。シャフト４５は、ダンパ２８の出力シャフト５１とギア機構２３の入力シャフト２２との間に連結され、かつダンパ２８の出力シャフト５１およびギア機構２３の入力シャフト２２に回転剛性をもって連結される。なお、シャフト４５を、ダンパ２８の出力シャフト５１、またはギア機構２３の入力シャフト２２によって形成することも可能である。例えば、シャフト４５と、ダンパ２８の出力シャフト５１とを、ギア機構２３の入力シャフト２２によって形成することも可能である。さらに、ダンパ２８の入力シャフト５０は、モータシャフト２１に回転剛性をもって連結される。

[0051]
また、図６には、ブレーキ装置４４の拡大図が示されている。ヨーブレーキ３０は、シャフト４５に回転剛性をもって連結されるブレーキディスク４６と、ハウジング４３に移動可能に取り付けられる第１のブレーキパッド４８を含むブレーキキャリパ４７と、第２のブレーキパッド５８が固定されるブレーキピストン５２を含む液圧ブレーキシリンダ４９とを含む。ブレーキシリンダ４９は、ヨーブレーキ３０を動作させるために加圧された液圧流体が導入されるチャンバ６０を含み、それによってブレーキピストン５２が移動し、ブレーキパッド５８がブレーキディスク４６の一方の側に押し付けられる。ここで、ブレーキキャリパ４７も移動し、ブレーキパッド４８をブレーキディスク４６のもう一方の側に押し付ける。この場合、ヨーブレーキ３０は、液圧駆動のフローティングキャリパブレーキとして設計され、そのブレーキ支持板はハウジング４３によって形成される。あるいは、ヨーブレーキは、電気的に、または気圧によって駆動されてもよい。さらに、ヨーブレーキは、固定キャリパーブレーキとして設計されてもよい。ヨーブレーキが、いくつかのブレーキディスクを含むことも可能である。

[0052]
ダンパ２８は、ダンパ２８の入力シャフト５０に回転剛性をもって連結されるインペラハウジング５６と、ハウジング内で回転可能であり、ダンパ２８の出力シャフト５１に回転剛性をもって連結される内側部分５７とを有するインペラ５５を含む。ここで、インペラハウジング５６内には、液圧流体が導入される。好ましくは、ダンパ２８は、給電手段３８が失われたときに自動的にインペラハウジング５６をブロックできるようなブレーキを含んでもよい。それによって、給電手段３８が失われたときに、自動的にダンパの減衰機能を有効化することが可能になる。ダンパ２８のブレーキは、ブレーキ２７に代えて、またはこれに加えて設けられうる。

[0053]
特に、少なくとも２つの制御装置１８，１９が存在する。有利には、より強力な減衰力またはブレーキ力が加えられるように、追加の制御装置が存在してもよい。好ましくは、より強力な減衰力またはブレーキ力が要求されるときに追加の制御装置が起動されるように、すべての制御器３６がネットワークとして接続される。例えば１つまたは２つの制御装置によって加えることができるような弱い減衰力またはブレーキ力で十分な場合、追加の制御装置は起動されなくてもよい。

[0054]
１ 風力タービン
２ 海底
３ 支持構造
４ 機械支持体
５ 方位ベアリング
６ ヨー軸
７ 機械ハウジング
８ 発電機
９ ロータ
１０ ロータ軸
１１ 風
１２ ロータハブ
１３ ロータブレード
１４ ロータブレード
１５ ブレード軸
１６ ブレード軸
１７ 水面
１８ 制御装置
１９ 制御装置
２０ 電気モータ
２１ モータシャフト
２２ ギア機構の入力シャフト
２３ ギア機構
２４ ギア機構の出力シャフト
２５ ピニオンギア
２６ リングギア
２７ モータブレーキ
２８ ダンパ
２９ 電磁石
３０ ヨーブレーキ
３１ モータハウジング
３２ ギア機構ハウジング
３３ ダンパハウジング
３４ 第１の外側ハウジング
３５ 第２の外側ハウジング
３６ 制御器
３７ 周波数変換器
３８ 送電網／給電手段
３９ モータブレーキのバネ
４０ ステータ巻線
４１ ロータ巻線
４２ ブレーキハウジング
４３ ブレーキ装置のハウジング
４４ ブレーキ装置
４５ ブレーキ装置のシャフト
４６ ブレーキディスク
４７ ブレーキキャリパ
４８ 第１のブレーキパッド
４９ ブレーキシリンダ
５０ ダンパの入力シャフト
５１ ダンパの出力シャフト
５２ ブレーキピストン
５３ 電気スイッチ
５４ 軸
５５ ダンパ用のインペラ
５６ ダンパのインペラハウジング
５７ ダンパの内側部分
５８ 第２のブレーキパッド
５９ 冷却ファン
６０ ブレーキシリンダのチャンバ

Claims (9)

1. 風力タービンのヨーシステム用の制御装置であって、
   支持構造（３）および前記支持構造（３）上にヨー軸（６）の回りに回転可能であるように取り付けられる機械支持体（４）の間に接続され、ドライブ（２０）およびギア機構（２３）を備える少なくとも１つの調節装置と、
   前記機械支持体（４）を前記支持構造（３）上で固定することが可能な少なくとも１つのヨーブレーキ（３０）と
   を有し、
   前記ヨーブレーキ（３０）が、前記調節装置の動力伝達部で前記ドライブ（２０）と前記ギア機構（２３）との間に係合し、
   前記機械支持体（４）の前記支持構造（３）に対する前記ヨー軸（６）の回りの相対的な回転運動を減衰することが可能な液圧ダンパ（２８）が、前記ドライブ（２０）と前記ギア機構（２３）との間に接続され、
   前記ヨーブレーキ（３０）が、前記動力伝達部で、前記液圧ダンパ（２８）と前記ギア機構（２３）との間に係合することを特徴とする、制御装置。
2. 前記動力伝達部または前記ギア機構（２３）を備える前記動力伝達部の部分が、前記ヨーブレーキ（３０）によってブロックすることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記ヨーブレーキ（３０）が、前記ギア機構（２３）を前記ドライブ（２０）に連結するためのシャフト（４５）に係合することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御装置。
   
4. 前記ヨーブレーキ（３０）が、前記ギア機構（２３）を前記液圧ダンパ（２８）に連結するシャフト（４５）に係合することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記シャフト（４５）を、前記ヨーブレーキ（３０）によってブロックすることが可能であることを特徴とする、請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記ヨーブレーキ（３０）が、前記シャフト（４５）に回転剛性をもって連結される少なくとも１つのブレーキディスク（４６）と、前記ブレーキディスク（４６）に対して押し付けることが可能な少なくとも１つのブレーキ本体（５８）とを備えることを特徴とする、請求項３、４または５に記載の制御装置。
7. 前記ヨーブレーキ（３０）が、起動された状態においてスリップクラッチを形成し、前記スリップクラッチは、初期トルクに到達または初期トルクを超過すると前記機械支持体（４）の前記支持構造（３）に対する前記ヨー軸（６）回りの相対的な回転を許容することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記ドライブ（２０）をブロックすることが可能なドライブブレーキ（２７）を特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 前記ドライブ（２０）の給電手段が失われたときに、前記ドライブブレーキ（２７）が前記ドライブ（２０）を自動的にブロックすることが可能であることを特徴とする、請求項８に記載の制御装置。

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