JPH0226711B2 - - Google Patents

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JPH0226711B2
JPH0226711B2 JP57502525A JP50252582A JPH0226711B2 JP H0226711 B2 JPH0226711 B2 JP H0226711B2 JP 57502525 A JP57502525 A JP 57502525A JP 50252582 A JP50252582 A JP 50252582A JP H0226711 B2 JPH0226711 B2 JP H0226711B2
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JP
Japan
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shaft
wind
wind turbine
blades
pitch
Prior art date
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JP57502525A
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JPS59501513A (ja
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Aren Chaatotsuku
Jon Shinia Jaatosen
Ruisu Manfureidei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YUU ESU UINDOPAWAA Inc
Original Assignee
YUU ESU UINDOPAWAA Inc
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Publication date
Application filed by YUU ESU UINDOPAWAA Inc filed Critical YUU ESU UINDOPAWAA Inc
Publication of JPS59501513A publication Critical patent/JPS59501513A/ja
Publication of JPH0226711B2 publication Critical patent/JPH0226711B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224Adjusting blade pitch
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/74Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/76Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism using auxiliary power sources
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/10Purpose of the control system
    • F05B2270/103Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1032Torque
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Description

請求の範囲 1 支持体と、この支持体に回転自在に取り付け
られた風車シヤフトと、この風車シヤフトに回転
自在に取り付けられた可変ピツチの羽根を有する
風車と、前記風車シヤフトに連結され、該風車シ
ヤフトの回転をエネルギに変換する手段と、前記
風車シヤフトと着脱自在に設けられており、該風
車シヤフトと一体的にまたは相互に独立に回転可
能であるように該風車シヤフトと同軸に、かつ前
記支持体に対して回転自在に取り付けられた制御
シヤフトと、この制御シヤフトと前記風車シヤフ
トとの相対的な回転位置に応じて前記羽根のピツ
チ角を変える手段とからなる風力システムにおい
て、 通電遮断時には消勢して前記制御シヤフトと係
合し、前記制御シヤフトを前記支持体に直結させ
ることにより前記制御シヤフトを停止させ、前記
風車の回転に伴つて前記風車シヤフトを回転させ
て前記風車シヤフトと前記制御シヤフトとの相対
的な回転位置を変え、前記羽根をフエザリング位
置に移動させるブレーキを備えていることを特徴
とする風力システム。
2 支持体と、この支持体に回転自在に取り付け
られた風車シヤフトと、この風車シヤフトに回転
自在に取り付けられた可変ピツチの羽根を有する
風車と、前記風車シヤフトに連結され、該風車シ
ヤフトの回転をエネルギに変換する手段と、前記
風車シヤフトと着脱自在に設けられており、該風
車シヤフトと一体的にまたは相互に独立に回転可
能であるように該風車シヤフトと同軸に、かつ前
記支持体に対して回転自在に取り付けられた制御
シヤフトと、この制御シヤフトと前記風車シヤフ
トとの相対的な回転位置に応じて前記羽根のピツ
チ角を変える手段とからなる風力システムにおい
て、 通電遮断時には消勢して前記制御シヤフトと係
合し、前記制御シヤフトを前記支持体に直結させ
ることにより前記制御シヤフトを停止させ、前記
風車の回転に伴つて前記風車シヤフトを回転させ
て前記風車シヤフトと前記制御シヤフトとの相対
的な回転位置を変え、前記羽根をフエザリング位
置に移動させるブレーキと、 前記羽根が前記フエザリング位置に達した時
に、前記ブレーキを機械的に解除して前記制御シ
ヤフトを前記支持体から離し、前記制御シヤフト
と前記風車シヤフトとを連結させることにより前
記羽根を前記フエザリング位置に保つ手段とを備
えていることを特徴とする風力システム。
明細書 本発明は風力システム即ち風車に係り、特に、
このようなシステムの可変ピツチ風車羽根のピツ
チを風速変化に応じて制御する装置に係る。本発
明の風力システムは電気エネルギの発生に特に有
用である。このような目的に使用される風力シス
テムの概念が1977年のエネルギテクノロジーハン
ドブツク(Energy Technology Handbook)の
第6〜142頁等に掲載されたE.Henson著の“風か
らの電気エネルギ(Electrical Enegy from the
Wind)”と題する論文に述べられている。
背景技術 現在では、多数の色々な形式の風力システム即
ち風車が発電に使用されている。これらのシステ
ムは通常はシヤフト装着式の風車を備えており、
そのトルク出力を用いて発電機が駆動される。風
の状態が良好な時には、発電機からの電力出力が
電力会社の送電線に接続される。一方、風速が低
過ぎる時には、発電機がこれらの送電線から分離
される。最大の電力出力を得るように最適な速度
で発電機を作動するためには、風速の変化に拘り
なく風車が或る選択された比較的一定のトルクを
発生しなければならない。これは、大部分のシス
テムでは、風車の回転速度を感知することによつ
て行なわれている。従つて一定の電力出力を維持
するためには、羽根によつてさえ切られる空気流
の量を多くしたり少なくしたりして風車のトルク
出力ひいてはその速度を調整するように風車の羽
根のピツチが変えられる。
公知の風力システムはピツチ角制御機構を用い
ているが、これは本発明の制御機構よりも複雑で
あるか又は効率が悪いかのいずれかである。それ
故、公知の制御機構は製造及び修理の経費が不当
にかゝるか、又は風車の速度制御の効率が悪い。
例えば、幾つかの従来の風車は液圧ピストンを用
いて羽根のピツチを変えており、ピストンの流体
流は速度制御用の調速機によつて制御されてい
る。このような構成体が例えば米国特許第
2832895号、及びVan Nostrandの“Scientific
Encyclopedia”第3版1958年の第351頁に説明さ
れている。米国特許第2583369号に開示された別
のシステムにおいては、風車のハブがそのシヤフ
トにスライド式に装着される。風車の羽根はこの
シヤフトのスロツト内をスライドするカムにより
ハブ内に終端接続される。又、ハブはバネにより
シヤフト上の基準位置へ偏位される。風によつて
羽根に力がかゝると、ハブがシヤフト上を或る方
向又は他の方向にスライドし、羽根はカム作用に
よつて適切なピツチにされる。
更に別の多少複雑なピツチ制御機構が米国特許
第2360792号に開示されている。この機構は、液
圧アクチユエータと、液圧補償型の調速機とを備
えている。アクチユエータのピストンは風車の羽
根に連結され、ピストンの動きによつて羽根のピ
ツチが変えられる。風速の変化に応じて、液圧式
の調速機は加圧流体をアクチユエータに送り、羽
根に適切なピツチをとらせる。
更に別の公知の風力システムは種々の電気部品
を用いて羽根のピツチを制御しており、これらの
例が米国特許第3974395号、第4095120号及び第
4160170号に開示されている。然し乍ら、これら
の構成では、スリツプリングやその他のスライド
式の電気接触素子が必要とされ、これらは表面の
腐食、摩耗、及びほこりや湿気による汚染のため
に故障する傾向がある。従つて、手短かに言え
ば、これらの公知システムは簡単という程でもな
いし、無故障というものでもない。又、これらの
公知システムの若干は、めつたにないことである
が突然強い風が吹いてシステムの部品が極端に大
きな機械的なストレスを受けるような状態中に風
車に対して充分な制御を維持できない。
又、この風車においては、予想された故障モー
ドが生じた時に、羽根がほとんど或いは全くトル
クを発生しないようなフエザリング位置へ羽根を
もつていつて風車を停止させるようピツチ制御機
構を設計することが重要である。このため、公知
装置は、バネによる力や、複雑なバツテリ作動式
のモータシステムや、或いは風車自体のフエザリ
ング位置自己復帰空気力学特性に頼つている。羽
根又はピツチ制御機構が動けなくなつたり氷によ
つて固着されたりするような或る状態において
は、これらの力では羽根をフエザリング位置へも
つていくのに不充分であり、風車は相当の損傷を
受ける。
発明の概要 本発明の第一の目的は、停電により制御不能に
なつたときに安全方向に作動するフエイルセーフ
構造としてのブレーキ機構を有する風力システム
を提供することにあり、第二の目的は、このブレ
ーキ機構を継続作動させた場合に生じる風力シス
テムの破損を防止するブレーキ解除機構を有する
風力システムを提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明は、支持体
と、この支持体に回転自在に取り付けられた風車
シヤフトと、この風車シヤフトに回転自在に取り
付けられた可変ピツチの羽根を有する風車と、風
車シヤフトに連結され、該風車シヤフトの回転を
エネルギに変換する手段と、風車シヤフトと着脱
自在に設けられており、該風車シヤフトと一体的
にまたは相互に独立に回転可能であるように該風
車シヤフトと同軸に、かつ支持体に対して回転自
在に取り付けられた制御シヤフトと、この制御シ
ヤフトと風車シヤフトとの相対的な回転位置に応
じて羽根のピツチ角を変える手段とからなる風力
システムに改良を加える。
すなわち、第一の目的を達成するため、本発明
に係る風力システムは、通電遮断時には消勢して
制御シヤフトと係合し、制御シヤフトを支持体に
直結させることにより制御シヤフトを停止させ、
風車の回転に伴つて風車シヤフトを回転させて風
車シヤフトと制御シヤフトとの相対的な回転位置
を変え、羽根をフエザリング位置に移動させるブ
レーキを備える。
また、第二の目的を達成するため、本発明に係
る風力システムは、上記のブレーキと、羽根がフ
エザリング位置に達した時に、ブレーキを機械的
に解除して制御シヤフトを支持体から離し、制御
シヤフトと風車シヤフトとを連結させることによ
り羽根をフエザリング位置に保つ手段とを備え
る。
簡単に説明すると、本発明の風力システムは、
旋回即ち揺首できるように高い塔の上に枢着され
て、風車の羽根が常に風の流れをさえ切るように
設計される。通常、この風力システム即ち風車は
“農場”に設置された多数のもののうちの1つで
あり、全てのシステムの電気出力はその付近にあ
る電力会社の送電線網に送られる。各システム
は、一般的な風速が最小値を越える限り電力会社
の送電線網へ電気出力を発生する。風速がこの最
小値より下がると、風車によつて有効な電力出力
が発生されず、従つてシステムは送電線網から遮
断される。
各システムは、フレーム支持体に回転可能に取
り付けられた管状の風車シヤフトを備えている。
風車はこのシヤフトの端に連結される。風車が空
気流によつて回転されると、このシヤフトのトル
クが、加速伝達機構を経て、上記支持体に取り付
けられた発電機のシヤフトに伝えられ、発電機は
電力を発生し、この電力が電力会社へ送られる。
本発明のシステムは、可変ピツチの風車羽根を
用いており、そのピツチ角は、風車の始動及び停
止を容易にするように変えられると共に、発電機
から定格電力を発生するに要する風速を越えた時
に風車のトルク出力を制限するように変えること
ができる。このため、風車シヤフトの回転運動は
クラツチにより同軸装着の管状制御シヤフトにも
伝えられる。この制御シヤフトはねじ切りされた
ピツチアクチユエータロツドを受け入れるように
内部にねじが切られており、上記アクチユエータ
ロツドは制御シヤフトから風車のハブへと延びて
いる。ここで、アクチユエータロツドはベルクラ
ンクにより羽根に連結されていて、アクチユエー
タロツドが直線運動すると、風車羽根のピツチ角
が変わるようになつている。又、ハブ内のこのリ
ンケージによりアクチユエータロツドは風車シヤ
フトにも回転式に連結され、これら2つの素子が
一緒に回転するようにされている。
本発明のシステムは、更に、制御シヤフト及び
風車シヤフトの相対的な速度を調整するように制
御シヤフトを回転させる可逆のサーボモータを備
えている。風車の羽根がその場所の通常風速に対
し正しいピツチで方向付けされた時には、本シス
テムの制御装置はクラツチを入れて制御シヤフト
を風車シヤフトに回転結合させ、これらのシヤフ
ト及びアクチユエータロツドが一緒に回転するよ
うにさせる。従つて、アクチユエータロツドが直
線運動することはなく、風車羽根のピツチも変化
しない。
然し乍ら、風速が変化する場合は、本システム
の制御装置はクラツチを解離し、サーボモータを
駆動させて、制御シヤフトを風車シヤフトより速
く又は遅く回転させ、これにより、その異なつた
風速に対して羽根のピツチ角を調整するに必要な
量だけアクチユエータロツドを進ませたり引つ込
めたりさせる。従つて、特定の実施例において
は、風速が下つた場合に、モータが制御シヤフト
を風車シヤフトより速く回転させ、アクチユエー
タロツドを引つ込めて、羽根のピツチ角を全出力
位置(即ち、約0゜のピツチ角)に向つて動かし、
その結果、風車は更に大きなトルクを発生すると
共に速度が増す。これに対し、風速が増した場合
には、モータが制御シヤフトを風車シヤフトより
ゆつくりと回転させる。これにより、アクチユエ
ータロツドが進むようにされ、羽根のピツチ角は
フエザリング位置(即ち、90゜のピツチ角)に向
つて動かされ、その結果、風車のトルクは小さく
なりその速度は下がる。従つて、アクチユエータ
ロツドの直線位置即ち軸方向位置により、羽根の
ピツチひいては風速の直接的な指示が与えられ
る。
上記した同軸差動シヤフト構成を用いることに
より、本システムは、従来の風車に見られるよう
な回転電気カツプリング又は液圧カツプリング
や、自在継手や、回転斜板や、その他の摩耗性部
品を必要とせずに、固定のロータリサーボモータ
から回転風車羽根へ制御力を伝達できることに注
目するのが重要である。
羽根のピツチセンサはアクチユエータロツドの
直線位置に応答し、羽根がフエザリング位置にあ
る時及び全出力位置にある時を指示する信号を制
御装置に与える。又、このセンサは、風車の回転
を開始させるための最適な羽根位置であるいわゆ
る始動位置(即ち、約45゜のピツチ角)に羽根が
ある時及びいわゆるスクラム角に羽根がある時に
も制御装置に信号を送る。上記のスクラム角は風
車の機械的な限界によつて左右される。特に、
各々の風車には、これが全出力で作動できるとこ
ろの最大安全風速がある。この点より上で風車が
作動されると、風車の羽根や、塔や、その他の機
械部品の疲労寿命が影響を受ける。従つて、風車
がその最大定格速度で作動しそして羽根がフエザ
リング位置からスクラム角(例えば20゜)まで戻
された場合には、これは風車を作動し続けるのに
危険な風速を指示する。この状態においては、制
御装置がピツチセンサからの信号に応答し、サー
ボモータを作動させて、制御シヤフトが風車シヤ
フトよりも非常にゆつくりと回転するようにし、
或いは風車シヤフトとは逆方向に回転するように
する。これにより、羽根はそれらのフエザリング
位置へ非常にすばやく動かされそして風車は停止
する。
又、本発明のシステムは、このシステムへの電
力が停電した場合、或いはピツチサーボモータの
故障のような非常状態の場合に、風車を停止させ
る構成体も備えている。このため、本システム
は、制御シヤフトと支持体との間に電気ブレーキ
作用を用いている。風車の正常運動中には、発電
機を作動させる回路網からブレーキへと導出され
た電力によつてブレーキが解離され、制御シヤフ
トは支持体に対して自由に回転する。然し乍ら、
風車が作動する時には、電力回路網への接続を切
らねばならず、従つて羽根のピツチはもはや制御
下になく、クラツチが解離されるだけでなく、消
勢状態のブレーキが制御シヤフトに係合してこの
制御シヤフトを支持体に直結させる。風車は回転
し続けるので、アクチユエータロツドが進まさ
れ、従つて羽根は完全にフエザリング位置へもつ
ていかれ、風車を停止させる。電力が遮断された
時にはフエイルセーフ作動によつてフエザリング
位置をとることが重要である。というのは、この
ような状態の下では、発電機に負荷がかゝらず、
風車に対するねじれ荷重が急激に失なわれると、
もしフエザリング位置をとる作用を行なわねば、
風車が急激に加速されて破壊的な過大速度状態に
されるからである。
羽根が制御装置によつて或るピツチ角をとるよ
うに指令された後にこのピツチ角をとらなかつた
場合にも同じ非常ブレーキ作用が生じる。例えば
危険な風状態の下で羽根がスクラム角には達した
がサーボモータの故障により短時間の内にフエザ
リング位置をとらなかつた場合は、制御装置が停
電を模擬するようにブレーキを消勢する。この際
にブレーキは制御シヤフトを支持体に結合し、従
つて羽根は再びフエザリング位置へ駆動される。
かくて、ブレーキはスクラム位置においてサーボ
モータの補助体として働く。このようなフエイル
セーフ作動モードにおいては、ブレーキがかけら
れた制御シヤフトに対して風で駆動される風車が
動くことのみによつて羽根がフエザリング位置に
されることを理解するのが重要である。動いてい
る風車は相当量のトルクを有しているので、羽根
が氷で固着したりピツチ制御機構が動かなくなつ
たりした場合に羽根を安全なフエザリング位置へ
駆動するように相当の力を与えることができる。
更に、本発明のシステムでは、羽根がフエザリ
ング位置にされるや否や、アクチユエータロツド
が機械的にブレーキを解離し、従つて制御シヤフ
トが支持体から離されると同時にアクチユエータ
ロツドが制御シヤフトに連結される。今や、制御
シヤフト、アクチユエータロツド及び風車シヤフ
トは全て一緒に回転するので、アクチユエータロ
ツドは直線的に動くことができず、従つて羽根は
フエザリング位置から動くことができない。
このようなシステムにおいては、当然のことな
がら、最大の出力電力を発生するように発電機を
作動させることが所望される。一方、羽根、伝達
機構、発電機及び塔を含むシステムはそれらの機
械的又は熱的な限界を越えてストレスを受けない
ことが重要である。これらの制約を満たすため
に、本システムは発電機からの出力電力を監視
し、発電機の出力をその最大電力定格に制限する
ように羽根のピツチを変える。然し乍ら、発電機
の出力を直接測定するのではなく、本システムは
誘導型の発電機を用いており、この発電機は通常
はその公称同期速度よりも若干大きな速度で作動
する。同期速度からのずれは、絶対RPMにおい
て与えられた“スリツプ”、即ち同期速度の1部
分もしくはそのパーセンテージと称する。このよ
うな発電機の特徴は、その出力電力がスリツプ量
と共に直接的に変化することである。それ故、ス
リツプ量と共に変化するこの発電機のシヤフト速
度は発電機出力の直接的な指示を与える。タコメ
ータはこの速度を監視し、制御装置へ信号を与え
る。制御装置は次いでクラツチ及びサーボモータ
を制御し、風車の羽根のピツチを、発電機からの
出力電力の制限に必要とされる前記の最大電力位
置から、風状態の変化に拘りのない最大定格まで
変える。
本発明のシステムが始動される時には、羽根が
フエザリング位置にありそして風車が固定されて
いると仮定する。中央の制御ステーシヨンからの
信号により制御装置はクラツチを解離させそして
サーボモータを駆動させてこのモータが制御シヤ
フトを回転させるようにする。これにより、アク
チユエータロツドが引つ込められ、羽根のピツチ
角を始動位置に向つて動かす。羽根が始動ピツチ
に達したことをピツチセンサが検出すると、制御
装置はクラツチを入れてサーボモータを停止さ
せ、羽根はこのピツチ角に留まる。
風速が、風車から有効電力出力を維持するに必
要な最小値より大きい場合には、風車が始動速度
に加速される。この速度が短時間持続された場合
には、制御装置が再びクラツチを解離しそしてサ
ーボモータを作動し、風車の羽根をそれらの全出
力位置へ動かす。発電機のタコメータが速度によ
り形成される正のスリツプを指示して、発電機が
有効電力を発生していることを示す時には、制御
装置が発電機を送電網に接続する。
風速が増すにつれて、発電機が最大許容電力に
達するまで発電機の速度が増加する。最大許容電
力に達すると、発電機の速度センサが制御装置へ
信号を発生し、制御装置はクラツチを解離しそし
てサーボモータを作動し、制御シヤフトを風車シ
ヤフトに対して回転させて、羽根のピツチをフエ
ザリング位置に向つて動かす。その結果、風車の
速度が下がり、発電機をその最大電力出力状態に
維持する。これに対し、風速がその後下がると、
制御装置は羽根のピツチを全出力位置に向つて動
かし、発電機を最大電力に維持する。
発電機をその定格出力に維持するために羽根の
ピツチをスクラム角へ動かさねばならないような
点まで風速が増加して、非常に強い風を指示する
場合には、制御装置がクラツチを解離しそしてサ
ーボモータを作動して羽根をフエザリング位置へ
動かし、風車を停止させる。
本発明のシステムは主として丈夫な機械部品で
構成され、その多くは大量生産部品であるので、
システムを製造し組立てる経費は最小限に維持す
ることができる。更に、修理が必要な時には比較
的迅速に行なうことができ、システムの停止時間
も最小限にされる。更に、本発明のシステムは、
羽根のピツチを制御するそのモードにより急激な
風速変化にもすばやく確実に応答すると共に、こ
のシステムに熱的又は機械的な損傷を与えること
のある過度な風速や非常状態が生じた場合にも本
システムは完全に保護される。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴及び目的を完全に理解するため、
添付図面を参照して本発明を以下に詳細に説明す
る。
第1図は塔に装着された本発明による風力シス
テムの部分破断部分斜視図、 第2図は第1図のシステムを詳細に示す拡大断
面図、 第3図は第1図のシステムの制御部を示す概略
図、 第4図はシステムの羽根ピツチ制御リンケージ
を詳細に示す図、 第5図はシステムの各羽根の形状を示す概略
図、そして 第6図は第1図のシステムの作動を示すグラフ
である。
好ましい実施例の説明 特にここに述べる風力システムは電力会社のネ
ツトワーク(“送電網”)へ電力を送る発電機を駆
動するのに使用されるが、これと同じ基本的なシ
ステムを、“独立”発電機、潅漑ポンプ、コンプ
レツサ、コンベヤ等の原動機手段としても利用で
きることが理解されよう。
さて第1図を説明すれば、参照番号10で一般
的に示された風力システム即ち風車は、ロータリ
型取付具16によつて塔14の上部に固定された
フレーム支持体12を具備しており、ロータリ型
取付具16は支持体12を旋回即ち揺首させるこ
とができる。塔14は特定の場所における卓越風
に基づいて典型的に50ないし150フイートの高さ
である。本システムは、24で一般的に示された
風車によつて終端接続されるロータリ風車シヤフ
ト18を備えている。ロータリ取付具16に対す
る風車24の位置は、支持体12が必要に応じて
旋回して風車を風の吹く方向に維持するような位
置である。所望ならば、風向が変つた時に風車2
4が風の吹く方向に保持されるように取付具16
を介して支持体を積極的に回転させるような揺首
制御器(図示せず)を含ませることもできる。
図示された風車24は、これによりさえ切られ
た空気流によつて或る選択された方向即ち第1図
に示すような反時計方向に回転されるように設計
されている。トルクは、シヤフト18から、26
で一般的に示された伝達機構によつて取り出され
る。図示された風力システムは発電に使用される
ので、伝達機構の出力シヤフト26aは自在カツ
プリング19を経て発電機28のシヤフト28a
に連結されていて、発電機を高速度で回転させ
る。
従つて、風車24が回転すると、発電機28が
電力出力を発生し、この出力は塔14を経て延び
ているケーブル36によりシステムから電気負荷
へ送られる。大部分の使用目的においては、電力
が電力会社の局地的な送電網へ送られる。
ここに示すシステムでは、風車の羽根24aが
風車のハブ24bに回転可能に取り付けられ、こ
れらの羽根のピツチを調整するような構成にされ
ている。特に、44で一般的に示されたピツチ制
御部が伝達機構26に取り付けられている。制御
部44は発電機の速度変化に応じてアクチユエー
タロツド46を動かし、このアクチユエータロツ
ド46は制御部からシヤフト18を通つて風車2
4へと軸方向に延びている。
ハブ24b内では、アクチユエータロツドが3
個のベルクランク48によつて羽根24aの内端
に連結されている。ロツド46と1つの羽根24
aとの間のベルクランク48の連結が第4図に詳
細に示されている。第4図より明らかなように、
羽根24aの内端は偏心部材45を支持してい
る。又、ロツド46の端には3アームスパイダ4
6aが取り付けられている。リンク47はその両
端において部材45及びスパイダのアームに枢着
されていて、ロツド46の一方向又は他方向の直
線運動によつて羽根24aが一方向又は他方向に
回転されてそれらのピツチが変えられる。同様の
リンク47によりスパイダ46aの他の2本のア
ームが風車の他の2枚の羽根24aに連結され
る。ロツド46を風車シヤフト18に回転可能に
連結する一方、このロツドをこのシヤフトに対し
て軸方向に移動できるようにするため、小直径の
シヤフト端区分18aに長手方向スロツト51が
形成される。又、ロツド46に取り付けられたピ
ン即ちローラベアリング53が上記スロツトに突
出しており、これはカムホロワとしての機能を
ほゞ果たす。
第5図に示されたように、羽根24a自体は風
板のような形状にされる。更に、これらの羽根は
その根元から先端にかけて相当にねじれている。
典型的には、第5図に示されたように、羽根の先
端は羽根の根元に対して約45゜の向きにされてい
る。
第1図に点線49で示された流線型の通気ハウ
ジング即ち僧帽状部は、当然風車24を除いて支
持体12及びシステムの他の部品を包囲してい
る。
ピツチ制御部44の部品を詳細に示した第2図
について説明する。シヤフト18はハウジング5
0へ突出しており、ここでシヤフト18にはフラ
ンジ付きの管状延長部54を受け入れる端ぐり5
2が形成されている。上記の延長部54はそのフ
ランジを貫通してシヤフト18の端へと延びてい
るピン55によりシヤフト18へ回転可能に連結
される。シヤフト18及びその延長部54内に同
軸的に配置されているのは管状の制御シヤフト6
6である。このシヤフト66は延長部54内に小
直径区分66aを有し、これは延長部54内でそ
の一端に配置されたベアリングユニツト68の安
住部を形成する。管状のスペーサ72によつてこ
の第1のベアリングユニツト68から離間された
第2のベアリングユニツト68が延長部54の他
端に配置されている。これらのベアリングユニツ
ト及び延長部54に対するシヤフト66の軸方向
位置は、ベアリングユニツト68を越えたところ
でシヤフト区分66aに形成された周囲溝76に
係合するロツクリング74によつて維持される。
シヤフト66の他端は、風車から離れた方のハ
ウジング50の端壁50aに配置されたベアリン
グユニツト78によつてジヤーナル軸受される。
ここに示すシステムにおいては、制御シヤフト6
6の小直径区分66bが、ハウジング50の両端
の中間でこのハウジング50に形成された内部頚
部50bを貫通して延びている。シヤフト区分6
6bにはブツシング82が係合される。このブツ
シングは内部キー82aを有し、これはシヤフト
区分に設けられた長手方向のキー溝84にスライ
ド係合し、これによりブツシングはシヤフトに回
転可能にロツクされる。ブツシング82は、ブツ
シング及び頚部の基部に対して安住されるベアリ
ングユニツト85によつてハウジングの頚部50
bに対して回転する。ロツクリング86及び88
は、ブツシング82の外面及び頚部50bの内面
に刻まれた円形の溝に係合し、従つてブツシング
はハウジングに対して軸方向にロツクされるがハ
ウジングに対して回転することはできる。第3の
ロツクリング90は、ブツシング82のすぐ左側
で制御シヤフトの区分66bに形成された溝に安
住され、制御シヤフトに対してクラツチ94の軸
方向位置を固定すると共にスラストを吸収する。
第1図及び第2図をみれば、風車24から延び
ているピツチアクチユエータロツド46は制御区
分44へと延び込んでおり、もつと詳しく言え
ば、管状の制御シヤフト66の端へと延びてい
る。更に、ロツド46のこの端は46aにおいて
外面にねじが切られており、これは制御シヤフト
66の端に形成されたナツト92とかみ合う。
又、第4図を参照して上記したように、ロツド4
6は風車シヤフト18と共に回転するようにされ
るが、ロツド46とシヤフト18との間のピン−
スロツト接続によりシヤフト18に対して軸方向
に動くことができる。前記したように、ピツチア
クチユエータロツド46が長手方向即ち軸方向に
動くと、制御シヤフトが風車シヤフト18より速
く回転されるかゆつくりと回転されるかに基づい
て風車の羽根24aのピツチが一方向又は他方向
に変えられる。
例えば、シヤフト18が第1図に示されたよう
に反時計方向に回転しそしてロツドのねじ46が
右ねじであると仮定すれば、シヤフト66がシヤ
フト18と同じ速度で回転される場合には、アク
チユエータロツドがシヤフト18と共に回転する
ので、制御シヤフトのナツト92とアクチユエー
タロツドのねじ切りされた端46aとの間には相
対的な移動が生じない。従つて羽根のピツチ角に
は変化が生じない。一方、シヤフト66がシヤフ
ト18より速い速度で第1図でみて反時計方向に
回軸された場合には、ナツト92とロツド端46
aとのねじ係合によりロツド46はシヤフト66
に向つて即ち第2図でみて左側に向つて長手方向
に引つ込められる。ロツド46のこの長手方向の
動きによつて羽根24aが回転され、これらの羽
根は全電力位置に向つて動かされる。これに対
し、シヤフト66が固定保持されるか或いは第1
図でみて時計方向に回転された場合には、ナツト
92に対する制御ロツドのねじ46aの相対的な
回転運動により制御ロツド46はシヤフト66か
ら離れるように動き、従つて風車の羽根はそれら
のフエザリング位置に向つて動かされる。
制御シヤフトと風車シヤフトとの相対的な回転
を制御するため、ここに示す制御部44は94で
一般的に示されたクラツチを備えており、これは
シヤフト18と制御シヤフト66との間で作動す
る。このクラツチ94は、ネジ98によつてシヤ
フト延長部54の内端壁54aに固定された平円
盤状のクラツチプレート96を備えている。この
プレート96と、延長部54に対するその連結
は、このプレートが軸方向に若干撓み得るような
ものである。このプレート96に対向して配置さ
れているのは、制御シヤフト区分66bに係合さ
れた管状延長部102aを有した第2のクラツチ
プレート102である。プレートの延長部102
aは、この区分に設けられたキー溝84にスライ
ド係合する内部キー104を有し、これによりプ
レート102は制御シヤフトと共に回転する。ス
リーブベアリング105上でクラツチプレートの
延長部を取り巻いているのは、トロイダル状の電
磁ワイヤコイル・磁極片ユニツト106である。
平円盤状のプレート108がコイル・磁極片ユニ
ツト106に取り付けられており、このプレート
108はハウジング50の内部フランジ50cに
取り付けられたピン110により回転しないよう
にされている。プレート102は通常はプレート
96から解離されていて、シヤフト18(及びロ
ツド46)は制御シヤフト66とは拘りなく回転
するようにされている。然し乍ら、クラツチのコ
イル・磁極片ユニツト106が付勢されると、ク
ラツチプレート96は軸方向に撓ませられてプレ
ート102と摩擦係合され、これによりシヤフト
66及び18が一緒に回転する。前記したよう
に、これら2つのシヤフト間に相対的な動きがな
い限り、ピツチアクチユエータロツド46は軸方
向に動かず、ひいては羽根24aのピツチが変化
しない。
このような相対的な動きは、クラツチ94を解
離しそしてシヤフト66をシヤフト18より速く
回転させるか或いはゆつくりと回転させることに
よつて達成される。ここに示すシステムにおいて
は、これは、ハウジング50の半径方向拡大部5
0dに取り付けられた可逆サーボモータ116に
よつて行なわれる。このモータのシヤフト116
aはプーリ118を支持し、このプーリは、ベル
ト122により、制御シヤフト66に連結された
大きなプーリ124へ接続される。特に、このプ
ーリ124はテーパ付きのロツクブツシング12
6に係合され、このブツシングはベアリング78
のすぐ内方でシヤフト66を包囲している。この
ブツシングは、シヤフト66に形成されたキー溝
128にスライド係合する内部キー126aを有
している。プーリ124は適当なネジ132によ
つてブツシングに固定され、このネジはブツシン
グのフランジに設けられた開口を経て延びてい
て、プーリに設けられたねじ切りされた通路13
4へねじ込まれ、プーリとテーパ付きブツシング
とを係合させる。以下で詳細に述べるように、モ
ータ116は、風速が変わる時にモータの速度を
変えるサーボループに接続される。それ故、風速
が発電機に定格電力を発生させるに要する風速を
越えた時には風車の羽根にフエザリング位置をと
らせそして風速が発電機の定格出力を維持する風
速より下つた時には羽根を全電力位置に向つて動
かすように、モータは風車シヤフト18(及びア
クチユエータロツド46)に対して制御シヤフト
66を回転してアクチユエータロツド46を動か
す。
本システムのここに示す好ましい実施例におい
ては、停電や、或いはサーボモータ116を作動
不能にするような他の故障が生じた場合に、風車
の羽根を完全にフエザリング位置にもつていつて
風車24及びそのシヤフト18の回転を停止させ
るような構成もなされている。特に、第2図を説
明すれば、142で一般的に示されたブレーキが
制御部44に設けられており、これは制御シヤフ
ト66とハウジング50との間に作用してシヤフ
ト66を完全停止へともつていく。シヤフト66
が停止した場合、これが連結されているシヤフト
18及びピツチアクチユエータロツド46が回転
を続けると、ロツド46は制御シヤフトのナツト
92から離れるように動かされ、羽根24aをそ
れらのフエザリング位置へ回転させる。羽根がフ
エザリング位置に達すると、羽根による収風量が
下がり、従つて風車24の速度は徐々に下つて停
止する。
ブレーキ142は、ボルト146によつてハウ
ジングのフランジ50cに固定されたフランジ付
きのブレーキハウジング144を備え、上記ボル
ト146はブレーキハウジングのフランジを貫通
して延びていて、ハウジングのフランジ50cに
設けられたねじ切りされた開口148にねじ込ま
れる。ブレーキハウジング144内には平円盤状
のブレーキシユー152がハブ154に取り付け
られており、このハブはブレーキハウジングの開
口144aを通つて延び出している。ハブ154
は制御シヤフトのキー溝128にスライド係合さ
れるキー154aを有し、これによりハブ及びブ
レーキシユーはこのシヤフトと共に回転される。
又、ブレーキハウジング144内にはブレーキ
シユー152に対向して離間された平円盤状のプ
ラグ158も配置されている。このプラグを越え
たところには、シヤフト区分66bにスライド式
に取り付けられたブツシング162がある。又、
このブツシングにはベアリングユニツト166に
よつてリング即ちカラー164が回転可能に取り
付けられる。カラー164の開口174にはボル
ト172がスライド式に受け入れられる。これら
のボルトはプラグ158に設けられた整列開口1
76を通して延び、これらの開口は圧縮バネ18
0を受け入れるように176aにおいて端ぐり状
にされている。
ブレーキシユー152とプラグ158との間に
は環状プレート即ちデイスク182が配置されて
いる。このプレート182にはねじ切りされた開
口184が形成されて円形に配列されており、こ
れらの開口はボルト172を受け入れるようにね
じ切りされている。従つて、プレート182はボ
ルト172によつてブレーキシユー152と整列
されるように保持される。更に、プレート182
はバネ180によつてブレーキシユーに対して偏
位される。然し乍ら、この係合するプレートとプ
ラグ158との間にはこのプレートをプラグに対
して引つ込めさせるに充分なすき間があり、プレ
ートをこのように引つ込める時にはボルト172
がプラグの開口176及びカラーの開口174内
を第2図でみて右へスライドする。ボルト172
の頭部の下にはベレビル(Belleville)スプリン
グワツシヤ185が含まれている。これらはバネ
180よりも実質的にスチフネスがあり、ブレー
キデイスク182とプラグ158との間のギヤツ
プを塞ぐようにカラー164を並進移動させるの
に要する力によつて実質的に圧縮されない。然し
乍ら、このギヤツプが塞がれた時には、ベレビル
スプリングワツシヤ185はボルト172に破壊
的な引張り荷重をかけることなくカラー164を
更にわずかな量だけ並進移動させることができ
る。プラグ158にはワイヤコイル186が含ま
れており、これは作動されると、プレート182
をその引つ込んだ位置へ動かす。従つて、ブレー
キコイル186が作動される限り、制御シヤフト
66はハウジング50内で自由に回転する。然し
乍ら、停電によつてブレーキコイルが消勢された
時は、バネ180がプレートをブレーキシユー1
52に押しつけ、このブレーキシユーはブレーキ
ハウジング144によつてハウジング50に固定
されている。それ故、プレート182が接続され
た制御シヤフト66はすばやく停止状態へともつ
ていかれる。このような停止の場合には、クラツ
チ94が解離され、従つて制御シヤフトのナツト
92と制御ロツドのねじ部46aとが切り離さ
れ、シヤフト66は風車シヤフト18には拘りな
く自由に動く。
風車シヤフト18及びアクチユエータロツド4
6が図示されたように反時計方向に回転している
と仮定すれば、停止したシヤフト66に対するシ
ヤフト18及びロツド46の回転運動によりアク
チユエータロツド46は制御シヤフトから離れる
ように動かされ、即ち第2図でみて右へ動かされ
る。これにより、羽根24aはそれらのフエザリ
ング位置へもつていかれ、従つて羽根24aの弦
面はもはや空気流をさえ切らない。従つて風車2
4は速度が下がり、結局は停止する。ブレーキは
これが消勢された時に係合するので、制御部44
は、停電の場合に常にブレーキ142が作動して
風車24を停止させるという点で、フエイルセー
フモードで作動する。
羽根24aが完全にフエザリング位置へもつて
いかれた時にも、風車24はその貫性により回転
し続けることがある。それ故、羽根がこのフエザ
リング位置を越えて更に進んでピツチ制御機構の
部品を破壊するのを防ぐためには、ブレーキを消
勢する手段を設けねばならない。特に、第2図を
説明すると、アクチユエータロツド46はハウジ
ングの端壁50aを貫通して突出する延長部46
aを有している。この延長部にはカラー194が
取り付けられている。又、シヤフト66の端66
dはカラーに対向した上記壁を貫通して突出して
いる。カラーとシヤフトとの相対的な位置は、ア
クチユエータロツド46が羽根24aのフエザリ
ング位置に対応する位置まで進んだ時にブレーキ
142が機械的に解除されるような位置である。
特に、3個のプツシユロツド即ちキー204の円
形配列体が制御シヤフトの区分66bの壁に設け
られた長手方向通路206にスライド可能に配置
されている。これらロツドの内端204aはブツ
シング162に係合する。それらの外端204b
はシヤフトの端66dを越えて突出している。ロ
ツド端204bの位置は、羽根がフエザリング位
置にある際にカラー194がロツド204に係合
するような位置であり、これらロツドはこの時に
ブツシング162を第2図でみて右へシフトさせ
てプレート182をブレーキシユー152から解
離させる。
前記したように、ボルト172の頭部の下にあ
るベレビルスプリングワツシヤ185はバネ18
0よりも実質的にスチフネスがあり、それ故、プ
レート182とシユー152とのブレーキ面を分
離するために与えられた作動力によつて実質的に
圧縮されない。
さて、ブレーキが制御シヤフトの回転を遅らせ
ることはもはやないが、消勢されたサーボモータ
の貫性及び摩擦トルクがプーリ118及び124
の歩進比によつて増倍されてこれが制御シヤフト
の回転を遅らせるようになおも作用する。これ
は、風車の回転がフエザリング位置で止まらなか
つた場合に制御機構を更にフエザリング位置方向
に駆動しようとする。フエザリング位置方向へこ
のように更に駆動されると、ピツチ制御機構の部
品が損傷を受けることがある。然し乍ら、本発明
の構成においては、ベレビルワツシヤによつて許
容されるだけ突出ロツド204bを更に変位させ
そしてカラーの面194aと制御シヤフトの端6
6dとを係合させて、このクラツチ状の作用によ
りアクチユエータロツドと制御シヤフトとを回転
結合させ、これら部品がそれ以上相対的に動かな
いようにし、この際に羽根がフエザリング位置に
効果的にロツクされるようにすることにより、制
御機構の部品が損傷を受けるおそれが排除され
る。
本システムの目的は、風車24をできるだけ最
大効率の近くで作動させて発電機28から最大出
力電力を得る一方、風車及び発電機を機械的又は
熱的な損傷から保護することである。このため、
制御部44は第1図及び第3図に206で一般的
に示された電子制御装置を備えている。この制御
装置は発電機の出力を監視しそして風速の変化に
応じて風車の羽根のピツチを制御する。風速が発
電機の定格電力出力を持続するような風速に等し
いか又はこれより遅い時には、羽根をそれらの全
出力ピツチ位置に保持することによつてほゞ最適
な電力出力が与えられ、サーボ作用は必要とされ
ない。然し乍ら、風速が定格出力に必要な風速を
越える時には、羽根がフエザリング位置に向かつ
て動かされ、発電機の出力電力が定格レベルに制
限される。
発電機28は、発電機として作動される非同期
誘導モータであるのが好ましい。従つて、その出
力電力は“スリツプ”の量ひいてはシヤフトの速
度に直接関係している。第1図に示されたように
伝達機構26に取り付けられたタコメータ208
は、発電機のシヤフト28aの速度を測定し、こ
れに対応する電気信号を、制御装置206、特に
この制御装置のマイクロプロセツサ210へ送
る。このプロセツサ210には、風車の羽根24
aのピツチを表わすピツチセンサ212からの信
号も送られる。これらの信号に応答して、プロセ
ツサは、駆動装置214及び216によりクラツ
チ94及びブレーキ142を各々作動すると共に
駆動装置218によつてモータ116を作動し、
発電機の出力を最大にするか又はこの出力を定格
出力に制限するのに適した角度に羽根のピツチを
維持する。
風車の羽根が完全にフエザリング位置にあると
仮定してシステムを始動させるためには、離れた
場所にある制御ステーシヨン224(第3図)か
らの信号が、塔14を経て延びる制御ケーブル2
26によつて制御装置のプロセツサ210へ送ら
れる。これにより、プロセツサはクラツチ駆動装
置216及びモータ駆動装置218へ信号を発生
し、クラツチを解除すると共にモータ116をし
て制御シヤフト66を風車シヤフト18(これは
静止している)より速く回転させる。これによ
り、羽根24aのピツチは、フエザリング位置と
全出力位置との間のいわゆる始動位置例えば45゜
のピツチ角へと動かされる。羽根のこの始動位置
では風車を停止状態から最も容易に回転させ始め
ることができる。ピツチセンサ212は、羽根が
この角度に達した時を検出し、プロセツサ210
へ信号を発生し、このプロセツサをしてモータ1
16への駆動電流を停止させると共にクラツチ9
4を作動させ、羽根がこの始動位置に留まるよう
にする。今、システムは第6図に示された領域
において作動している。
風車は、風速が或る選択された最小値例えば12
m/時を越えるまで、羽根24aがその始動位置
にあるようにしてこの始動モードに保たれる。風
速が上記速度を越えた時に、発電機28の速度を
監視するシステムの制御装置206が、発電機の
速度が或る選択された値例えば250rpmを或る時
間例えば30秒越えたことを感知した場合には、制
御装置が羽根を全出力位置へ動かす。即ち、制御
装置は、羽根が全出力角例えば約0゜に動かされる
までクラツチ94を解離すると共にサーボモータ
116を作動し、羽根が上記の全出力角まで動か
された後、モータは作動不能にされそしてクラツ
チが再び係合されて、羽根がその角度にロツクさ
れる。
羽根が全出力位置にある状態では、風速が増加
するにつれて、発電機の速度が高くなる。従つ
て、発電機の出力電力は第6図の領域の波形P
で示されたように増加する。発電機が同期速度に
達するか又はこれを越えると、制御装置206は
スイツチ227を閉じ、発電機28を送電網へ接
続する。
一方、時々吹く突風によつて瞬間的にのみ始動
速度に達する場合には、羽根が始動角に保たれ、
風車は作動領域において単にアイドル状態にあ
り、発電機は電力会社の送電網から分離される。
典型的な設備では、約22m/時の“定格”風速
において最大電力レベルに達する。発電機の速度
が最大電力に対する速度に達すると、この状態が
タコメータ208と、これが通信するプロセツサ
210とによつて感知される。この状態に応じ
て、プロセツサは、瞬間的にクラツチ94を解離
しそしてサーボモータ116を付勢し、羽根24
aをそれらのフエザリング位置に向つて動かす。
これにより、風車は、発電機の電力をこの最大値
に制限する量だけ速度が下がる。換言すれば、羽
根は風速がシステムの定格風速を越えた時に風車
のトルク出力を制限するようにフエザリング位置
に向つて動かされる。従つて、その後風速が増加
又は減少することにより、制御装置はクラツチを
解離すると共にサーボモータを作動して羽根をそ
れらの全出力位置から遠ざけたりこの全出力位置
に近づけたりし、風速変化を補償して、領域の
風においては発電機の出力電力を最大にし或いは
領域の風においては電力をその定格出力に制限
する。今やシステムは第6図の領域で作動して
いる。
風が止んで(即ち、領域に下つて)発電機が
規定の時間中電力会社の送電網へ有効電力を送れ
ない場合には、この状態がタコメータ208及び
プロセツサ210によつて感知される。この時プ
ロセツサは送電網への電気スイツチ227を開
き、風車の羽根24aをそれらの始動位置へ戻
す。一方、風速が危険な程増加し、例えば第6図
の領域において41m/時に増加して、発電機の
定格出力を維持するために羽根をスクラム角(例
えば20゜)に動かさねばならないような点になつ
た場合には、制御装置がクラツチ94を解離しそ
してサーボモータ116を風車とは反対の方向に
駆動させる。この相対的な動きにより羽根は完全
にフエザリング位置にされ、システムへの損傷が
回避される。
更に、プロセツサ210が非常に短い時間イン
ターバル例えば10秒以内にピツチセンサ208か
らの信号を受けず、例えばモータ116の損傷又
はプーリベルト122の切断によつて羽根がフエ
ザリング位置へもつていかれないことを指示する
場合には、プロセツサがモータ116、クラツチ
94及びブレーキ142を消勢する。これによ
り、羽根は、サーボモータによつてフエザリング
位置へもつていかれる場合よりはゆつくりとした
速度であるが、上記したように回転する風車によ
り与えられる力でフエザリング位置へもつていか
れる。同様に、システムへの電力が停電した場合
には、クラツチ及びブレーキが消勢されて、同じ
結果となる。実際には、プロセツサ210は、フ
エザリング位置にもつていくというプロセツサか
らの指令にも拘らず或る選択された時間切れイン
ターバル以内にこの結果が得られなかつた時や発
電機の電力出力がその選択された定格値より減少
されなかつた時にこのようなフエイルセーフブレ
ーキモードを開始する。
ピツチセンサ212は種々様々な型式のセンサ
のうちのいずれか1つである。例えば、アクチユ
エータロツドの延長部46aの長手方向位置に応
答する簡単な機械的、光学的、又は磁気的なスイ
ツチが使用され、1つのスイツチは羽根が90゜の
フエザリング位置になつた時に閉じ、第2のスイ
ツチは羽根が45゜の始動角になつた時に閉じ、第
3のスイツチは羽根が20゜のスクラム角になつた
時に閉じ、そして第4のスイツチは羽根が0゜の全
出力ピツチ角になつた時に閉じる。これらのスイ
ツチは、制御装置のプロセツサ210へ適当なレ
ベルの電圧を印加し、このプロセツサをして、前
記したように制御部44のクラツチ、ブレーキ及
びサーボモータを適切に制御するに要する出力を
発生させるように接続される。或いは又、アクチ
ユエータロツドの延長部46aによつて駆動され
るデジタルエンコーダ(増分式又は絶対値式)又
はポテンシヨメータ(及びアナログ−デジタルコ
ンバータ)を用いてピツチ位置をプロセツサ21
0へ送つてもよい。これらの変形態様において
は、プロセツサのソフトウエアを変えることによ
つて位置を調整することもできるし、或いは離れ
た場所にある制御ステーシヨン224から受けた
指令によつて位置を調整することもできる。又、
これらの装置では、離れた場所にある制御ステー
シヨン224で羽根のピツチを更に厳密に監視し
て、例えば診断情報を得るようにすることができ
る。
第3図には、羽根のピツチを常時監視する特に
高精度のセンサ212が示されている。ロツドの
延長部46aの端は方形断面のスライド体232
の端へ突出し、ここで、このスライド体に沿つて
可動な方形スライダ234に係合する。ロツドの
延長部46aとスライダとの間には回転連結がな
されていて、延長部の回転運動を受け容れるよう
にされている。ナツトに取り付けられているのは
平らな可撓性ストラツプ236の1端であり、そ
の他端はローラ238に巻かれている。このロー
ラはストラツプを巻き取るようにバネ付勢され、
そのシヤフト238aはデジタルシヤフトエンコ
ーダ242のシヤフトに連結されている。従つ
て、このエンコーダのデジタル出力は、羽根24
aのピツチを左右するロツド延長部46aの直線
位置を表わしている。
従つて、以上の説明より明らかなものの中でも
前記した目的が効果的に達成されることが分かろ
う。又、上記の構造において、本発明の範囲から
逸脱せずに幾つかの変化がなされ得る。例えば、
クラツチ94及びモータ116は、羽根のピツチ
を制御するようにプロセツサ210からの制御信
号に応答して風車シヤフト18に対して正しい速
度で制御シヤフト66を回転する1つの同期サー
ボモータと取り替えられてもよい。或いは又、風
トルクから時計方向及び反時計方向トルクを導出
する中間シヤフト手段を設けて、電気クラツチを
介してピツチ制御シヤフト66へ選択的に連結
し、ピツチを変えるようにしてもよい。この場合
には、風車の始動回転を行なえるようにフエザリ
ング位置から始動角へとピツチ角をゆつくり動か
すことしか必要とされないので、モータ116の
容量を実質的に下げてもよい。それ故、上記の説
明又は添付図面に含まれた全ての事柄は本発明を
解説するものであつて本発明をこれに限定するも
のではないことが意図される。
又、次に述べる請求の範囲は、ここに開示する
本発明の一般的及び特定の特徴を全て網羅するも
のであることが理解されよう。
新規にして且つ米国特許証によつて保証される
ことを希望する請求の範囲は次の通りである。
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