TW201117527A - Motor yaw drive system for a wind turbine - Google Patents

Motor yaw drive system for a wind turbine Download PDF

Info

Publication number
TW201117527A
TW201117527A TW099122699A TW99122699A TW201117527A TW 201117527 A TW201117527 A TW 201117527A TW 099122699 A TW099122699 A TW 099122699A TW 99122699 A TW99122699 A TW 99122699A TW 201117527 A TW201117527 A TW 201117527A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
steering
stator
motor
tower
core material
Prior art date
Application number
TW099122699A
Other languages
English (en)
Inventor
Mark Garfinkel
Kevin L Cousineau
Peter Wahl
Stephen Steen
Original Assignee
Clipper Windpower Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clipper Windpower Inc filed Critical Clipper Windpower Inc
Publication of TW201117527A publication Critical patent/TW201117527A/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • 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
    • F03D7/0204Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • H02K7/1823Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • 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

Landscapes

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

Description

201117527 t、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於風力渦輪機,尤其是關於設置在支撐結 構上用於相對轉向軸運作的風力渦輪機。 【先前技術】 一種運用風力渦輪發電單元的風力渦輪機,其係利用 複數個轉子葉片上之風力產生轉動力。該葉片透過一轉動 轴與齒輪驅動發電單元。該發電單元藉由調整轉子葉片的 俯仰角來控制,以保持電力的產生對應於運轉時的風能及 所需的發電電力。 該發電單元係在一封閉的引擎艙内,並與用來將主轴 轉動傳遞至該發電單元的一傳動機構裝配一起,且該發電 單元被支撐於塔架的一水平面上以進行轉動。 為了確保水平軸風力渦輪機總是產生最大的電能,一 轉向器用以當風向改變時保持轉子葉片面向風。如該轉子 未對準風,該風力渦輪機就會有一轉向誤差。轉向誤差將 導致較少量的風能撞擊轉子面積。該轉向角係為引擎艙方 向與迎風向的參考方向間之角度。在風力渦輪機引擎艙 中,一轉向控制使該等葉片總是保持朝向風向,以讓風力 有效地作用於葉片上。轉動該引擎艙以朝向風向即為如 此。該風力渦輪機轉向控制包含一轉向制動器。當極端的 風力狀況而導致風力強勁時,該轉向制動器限制該引擎艙。 目前的轉向器系統係使用機械驅動以轉動渦輪機朝著 201117527 風向。轉向系統通常提供一或多個驅動單元,各包含一驅 動馬達(可能為齒輪馬達)及直接將力矩由驅動馬達傳遞 至輸出齒輪部之一小齒輪(例如環形齒面齒輪的形式).及 較佳為藉由嚙合齒的方法。引擎艙設置在一滾子軸承或滑 動轉向軸承上。該制動器可為一液壓或電力制動器,其係 於重新定向完成時固定引擎艙的位置,以避免風力渦輪機 組件由於反衝(backlash)而磨損及高疲勞負載。該等系統會 遭遇到的問題,如:馬達轴的結凍、多個馬達驅動共享電 源、由於大量的作動元件造成複雜與低可靠度。 因此,一種不會出現這些令人不滿意特性的轉向器系 統是迫切需要的。 【發明内容】 簡單地說,本發明係關於風力渦輪機的轉向器系統, 其係設置於固定在塔架頂端一滾子軸承上的可動式轉向引 擎艙中。一輪環狀的高通率核心材料形成環形線性轉向馬 達的定子。該定子係固定在塔架或引擎艙上,且係為靜止。 該定子具有可建立磁性傳導場的複數傳導繞線圈。包含數 個磁鐵的馬達轉子固定於靠近核心材料的可動式引擎艙或 塔架,使得當定子繞線圈正交激磁時,引擎艙在滾子轴承 上會相對於轉向軸轉動。因此,若塔架載有繞線圈,則磁 鐵就會被固定於引擎艙上。換言之,若磁鐵固定於塔架, 則繞線圈就會被設置於引擎艙上。在後述的情況下,用於 繞線圈與電源的控制訊號在引擎艙中係可容易施行的。而 4 201117527 且,以 所處的環境來說,這些控制訊號在此是最安全的 ,外,將電子元件設置在引㈣上,使這些控龍號能被 允許位於引轉内可建立空間(容置這些電子元件) 方。 此外,將電子元件及繞線圈設置於料搶—側上消除 電子元件/線圈及引擎艙系統間的相對運動,否則電子元件 /線圈的連結就必須透過一集電環或塔架電纜迴路取= 自引擎搶的訊號。 本發明可實施在任何種類的線性馬達上。而且,為 減少,馬達的困難度,該定子與轉子可由兩個或兩個: 上的環狀組件來製成,如此亦增進了實用性。 ^本發明具有讀點在於:祕,㈣料輪機轉向系統 及塔架間之接觸大幅減少’如此減少了如馬達軸結來與多 馬達共享電源的問題。 一本發明具有之優點在於:減少機械複雜度而使可靠度 提高,並具有最少的可動元件。 本發明具有之優點在於:藉由電驅動線性馬達而非機 械馬達來轉動引擎艙,消除了潛在問題的主要來源。 本發明具有之再一優點在於:提供一種風力渦輪機, 其可減少裝置本身於使用年限上的成本。 本發明更具有進-步的優點在於:該轉向器系統提供 轉向馬達及制動系統的比例式控制,而可大幅減少轉向馬 達的成本。 … 201117527 【實施方式】 參照第1圖,風力渦輪機包含裝上轉子葉片4、6之輪 轂2。該輪轂2裝至一主軸上,該主轴驅動引擎艙10中的 齒輪和發電機。該引擎艙10支撐於塔架12上,其係較佳 為一支撐於地面、海底或漂浮於海面之塔狀結構。風力渦 輪機引擎艙10利用滾珠軸承支撐於支撐結構塔架12上, 以便於相對轉向軸13可旋轉,並且面向如風速計5指示的 迎風向,風速計5係為一量測風向及風速的裝置。該渦輪 機引擎艙10支撐於一環形鈥鐵硼永久磁鐵的線性轉向馬達 15上,其係安裝於引擎艙10内部。該等磁鐵可為永久磁鐵 或電磁鐵。 該用於風力渦輪機的轉向器系統設於固定在塔架12之 轉向可動式引擎艙10中。該永久磁鐵線性轉向馬達15包 含: 一核心材料16,其係形成位於引擎艙10及塔架12間 之環形線性轉向馬達的定子23。該核心材料16具有多個傳 導繞線圈,該等傳導繞線圈係連結至一控制電源供應器及 複數個鄰近核心材料的磁鐵(如第3圖所示)。 一倒U型環形馬達轉子包含數個圍繞排列於内部表面 (於該U型的每一支腳)的磁鐵,使其保持間距而形成磁 鐵間的空隙。以下將參考第3圖做更詳細的描述。該馬達 轉子17以螺栓固定於可動式引擎艙10(如第1圖所示)或 塔架凸緣21的頂端。一輪環狀的高通率核心材料形成環形 線性轉向馬達的定子23並且固定在轉子的對面。該定子23 6 201117527 固定在塔架12且為靜止,或固定在引擎艙上且隨之轉動。 第1圖及第3圖中顯示該定子23固定於塔架且定子對面的 轉子17固定於引擎艙上。 磁鐵圍繞排列於馬達轉子17内部圓周上,其間係形成 空隙。第1圖顯示馬達轉子17固定於可動式引擎艙,使磁 鐵接近伸入空隙中之核心材料。定子23包含複數繞線圈, 其係為了建立可被激磁的傳導磁場。當定子23正交激磁 時,於磁鐵中產生一線性力且該引擎艙在滾子軸承上相對 於轉向軸13轉動。 第1圖顯示形成環形線性轉向馬達的定子23之核心 材料16係固定於塔架12頂端的凸緣21,並且,轉子17 中的複數個磁鐵係固定於引擎艙10以靠近核心材料。 參考第2圖,其係為第1圖中所示之定子23四分之一 的俯視圖。轉向馬達電子正交驅動電路39 (第3圖)係連 結至兩對繞線圈20。一對導線連結至定子極心線圈,其係 逆時針纏繞著核心材料16以驅動馬達轉子於第一方向。另 一對導線連結至定子極心線圈且其係順時針纏繞著核心材 料16以驅動馬達轉子於一相反方向。可能需要一電纜托架 19來牽制定子繞線圈20與連結介面連結至環形線性轉向 馬達電子正交驅動電路39(第3圖)的開端及末端之連結。 制動盤34被提供來制動可轉動的引擎艙,參考第3圖詳述 如下。 參考第3A圖,其係為第2圖沿3-3端面之本發明的第 一具體實施例之橫截面視圖。線性馬達(線性感應馬達) 201117527 為交流(AC)電動馬達,其係具有”展開的”定子,使得沿 其展開長度而產生的線性力取代力矩(軸的轉動)的產生。 如第1圖所示,用於本發明中,線性馬達15彎曲成一封閉 圓形,使其能夠沿圓周圍產生線性力。線性同步馬達(LSM) 中的馬達設計結合一置於空隙中的主動式繞線圈及在空隙 對面之極心交替的磁鐵14、18陣列。磁鐵14、18為永久 磁鐵,不過亦可使用電磁鐵。 一輪環狀的高通率核心材料形成環形線性轉向馬達的 定子。鈥鐵硼永久磁鐵14、18係為環狀線性轉向馬達的部 件,其係在風力渦輪機轉子的頂部之上。永久磁鐵14、18 在倒U型環形馬達轉子17中,其係螺栓固定在引擎艙10 的内部。一電纜托架19牵制連結至環形線性轉向馬達電子 正交驅動電路39之定子繞線圈20及連結介面的開端及末 端連結。 轉向馬達電子正交驅動電路39係連結至兩對繞線圈 20。一對導線連結至定子極心線圈,其係逆時針纏繞每個 極心以驅動極心轉子於第一方向。另一對導線連結至定子 極心線圈且順時針纏繞每個極心以驅動極心轉子於一相反 方向。 滾珠軸承22置於内部座圈24及外部座圈26之間,提 供一滾動轴承。該軸承利用滾珠以維持軸承之可動元件間 的間隔。該滚珠轴承減少了轉動引擎艙10及塔架12間的 轉動摩擦,其藉由使用兩座圈24、26以容置該等滾珠及透 過該等滾珠傳遞負載來達成。内部座圈24以螺栓固定於塔 8 201117527 ^,2甘且外座圈26固定於引擎搶10。當外部座圈26轉動 廑狹二也以成滾珠軸承22轉動。因為滾珠是滾動的,所以 摩擦係數相較於互相摩擦的兩平坦表面要低許多。 制動盤34係附設於支標塔架U及内部座圈%之間。 運作式盤形制動單元具有液壓缸及制動卡鉗%、%, • 動2動盤34爽在中間。藉由液壓運作式盤形制動單元於制 、 i及下側的^*壓,以鎖住風力渦輪冑1G相對於支撑塔 2的轉動。虽藉由電流觸發時’制動卡钳%、%之概 二對制動盤34的施壓,於是引擎搶1()可自由轉動。 單7°於美國臨時專利中請案61/211,833 ( 2009年4月 ?日t4 )及國際申請案PCT/IB2_/_,642中有詳細播 ^ =單地說’所述的轉向制動裝置,包含具有内、外叙 形轉動切座’其巾該環形轉動支撐座直接設置於 ^渦輪機转的頂面。該m步包含設置於環形轉 • ^切座的引_、複數個可移除地設置在環形轉動支撐 μ上的制動襯元件,以及作動於制動盤元件上的盤形制動 、 器。 該裝置能簡易地維護係由於該磨耗元件(例如:制動 辑)是可移除地被設置於環形轉動支樓座上,並基於 匕而不用從渦輪機塔架巾移轉動支難及引_即可更 糙:維修。假如制動襯元件需要被更換時,其可簡易地從 支撑座+分開,此時,轉動支撐座係保持在渴輪機塔 眾頂面且引擎鎗係保持在轉動支撐座上。 —旦風力雜機是豎直在具妹佳風向方㈣給定位 201117527 置,制動襯元件的磨耗就不會是固定不變的 數個制動襯元件,只更換或維修該等損壞心:= 的,其可顯著地減少渦輪機的停機時間及維修成本。把 毫無疑問地,其他制動裝置亦可用於本發 可使用整體卿_動盤,其鐘配置在支 : 渦輪機塔架)與支撐料搶的轉動支撐座之間。例 =據本發明減少了系統的機械複雜度,而關於轉向 置增加了電性複雜度。然而’此複雜度為電子器 ΙΓί 會招致與機械複雜度相同的可靠度缺點。根 =料明的整體系統更加可靠,因為消除了齒輪箱、小齒 輪、環齒輪等的機械複雜度。 她本發明提供一種可減少生命期擁有成本的風力渦輪 機0 在轉向器中無齒輪磨耗元件且無齒輪箱潤滑是必須 的此外’由於齒輪箱小齒輪喃合預負載的發生,轴承上 無側推力。轉向轴承上的應力減少,且因此而減少轴承的 根據本發明, 而無侧向推力,因 修的減少。 由於轉動齒輪嚙合時小齒輪的”停用” 此達到轉向軸承上較少的應力及軸承維 、、/虽發生方向改變時,本發明係無小齒輪/轉動齒輪之油 潤系統或維修的需要,且亦無反衝撞擊。因此本發明提供 機械應力的減少並且降低機械部件之成本。 根據本發明之線性轉向器,無小齒輪/轉動齒輪,,齒槽 201117527 效應轉矩(cogging),,推力等的產生,因而不引發塔架晃動 或機械部件上的震動負載。 根據本技術領域的系統中,為了減少馬達上接觸器的 開始及V止衝擊’風力渴輪機通常於_處停留比理想期間 更長的時間。與根據本發明的比例式制動及轉向相Z使 系統能夠略為擾動轉向角而無終止/負載衝擊而不造成後 果’以減少轉向軸承/座_壓痕狀磨耗(她咖祕㈣, 且幫助滾珠軸承更新其潤滑。 味X以上特定優 、丨又·,、,σ,处迥—相當大的齒輪箱比 (〜嫌:1)時就不會招致慣性的產生,線性馬達因而可明顯降 低轉動慣性。該設定因而比現有技術的系統更加靈敏。 相同的,其有較少的衝擊負载:該線性馬達方 =於降低了慣性,其可被製作成具有”順容性,,,因此, =置伽調整器於製作上可根據貞載暫態而具有一些” =緩慣.__無法—減少有: 2㈣力也受正面的影響。根據本發明向 顯彈性的問題’該等問題會造 = 貝者的共振。馬達/位置伺服器具 牟艙 抗引!搶物轉子之間在轉向期間的二, 後,根據本發㈣轉向器本質上較為安靜H 速作動元件、錢主動冷卻(極高的單位功錢ζ面因= 201117527 及無嚅合齒輪。 因此根據本發明之轉向器系統具有各種優點,超越習 知的轉向器系統。尤其是所述的驅動及制動系統之結合甚 至具有更多優點。 參考第3B圖,其係為第2圖沿3-3端面之本發明的第 二具體實施例之橫截面視圖。 一輪環狀的高通率核心材料形成環形線性轉向馬達的 定子23。永久磁鐵14、18係為環形線性轉向馬達的部件, 並在風力渦輪機頂部(引擎艙)轉動之上。永久磁鐵14、 18係在U型環形馬達轉子17内部,並螺栓固定於塔架12。 第3A圖所示之第一實施例中牵制開端及末端之連結的電 纜托架19在此第二實施例中因不必要而消除。 轉向馬達電子正交驅動電路39係置於引擎艙中,且連 結至兩對繞線圈20。一對導線連結至定子極心線圈,其係 逆時針纏繞每一極心以驅動馬達轉子於第一方向。另一對 導線係順時針纏繞每一極心以驅動馬達轉子於一相反方 向。 馬達轉子17以螺栓固定於塔架凸緣21的頂端。一輪 環狀的高通率核心材料形成環形線性轉向馬達的定子2 3並 固定在轉子的對面。定子23固定於引擎艙且其隨之轉動。 較佳為核心材料形成環狀線性轉向馬達的定子2 3被固 定於引擎艙10,且轉子17中的複數個磁鐵被固定至接近核 心材料的塔架12。 此安排的優點如下:控制訊號及電源在引擎艙中通常 12 201117527 更谷易施订,而非在塔架中。以所處的環境來說,引擎艙 中也是最安全的。 將電子正交驅動電路39設置在引擎關面,使控制訊 號及電源可在引擎餘内,通常來說,引擎艙内有較多的可 用空間且較容易使用。將電子元件放置在塔架側表示應提 供如第3A圖所示之電子正交驅動電路%之下的—盤 ,件。 -將電子元件設置於引擎艙側面表示在電子元件、線圈 及引擎艙系統之H有相對運動的發生。否則電 圈的連結就㈣料駐料㈣祕/取m 引擎艙之訊號。 參考第3CgJ ’其係為第3A圖中本發明的第—具體實 施例之細部視圖。一輪環狀的高通率核心材料“形成環形 線性轉向馬達的定子,其係以螺栓固定於引擎搶。永久磁 ,14、18係為環形線性轉向馬達的部件,在風力堝輪機頂 部(引擎搶)轉動之上。永久磁鐵14、18係在一倒u型環 料達轉子17,該倒u型環形馬達轉子η係螺检固定於 引擎艙。核心繞線圈的水平位置使得磁通路徑垂直心 與永^磁鐵14、18之間的氣隙。 、乂 泣第3D圖係為第犯圖中本發明的第二具體實施例之細 圖,-輪環狀的高通率核心材料16形成環形線性轉向 2的定子’其係以螺栓固定於引擎搶。永久磁鐵ΐ4、Η 邱=線性轉向馬達的部件,且在轉動的風力渦輪機之頂 ° Η丨擎驗)之上。永久磁鐵mqu型環形馬達轉子 13 201117527 17中,其係以螺栓固定於塔架。核心繞線圈的水平位置使 得磁通路徑垂直於核心及永久磁鐵14、18之間的氣隙。 轉向馬達電子正交驅動電路 第3圖所示之轉向馬達電子正交驅動線路39連結至兩 對繞線圈20。一對導線連結至定子極心線圈,其係逆時針 纏繞於每一個極心,以驅動馬達轉子於第一方向。另一對 導線連結至定子極心線圈,並順時針纏繞於每一個極心, 以驅動馬達轉子於一相反方向。 轉向馬達電子正交驅動電路39係為程式化的微處理 器,以實行轉向馬達及轉向制動器的控制。可藉由可程式 邏輯陣列(PLA)、可程式邏輯控制器(PLC)、以嵌入式微處 理器為基礎的控制器、或任何微處理器或數位訊號處理器 (DSP)裝置結合可程式軟體,以執行組合邏輯電路來控制系 統。第4圖為PLA執行於線性轉向馬達電子正交驅動電路 及轉向制動控制的系統之狀態圖。 在風力渦輪機中,藉由解除或使用轉向制動器及藉由 觸發或停用轉向馬達來執行轉向控制(方位角控制)。在風 力渦輪機中,方位角是從參考平面上的參考向量(風力渦 輪機上的方位點)到相同平面上的第二向量(風向)之角 度。 當風向(藉由風速計量測)及實際引擎艙位置(相對 於靜止塔架上之一點)之間的角度偏差大於預定角度時, 轉向制動器之制動盤34及制動卡鉗36、38被解除,以使 14 201117527 引擎艙能夠在一水平面上繞轉向軸13轉動而使其本身與風 向呈一直線。利用轉向制動器之制動盤34及制動卡鉗36、 38固定風力渦輪機,使轉子葉片被置於迎風方向。 轉向器系統在制動系統上提供比例式控制,以顯著減 少轉向馬達的成本。當風向改變時,轉向制動器之制動盤 34及制動卡钳36、38成比例地解除並使轉向馬達通電,以 讓引擎搶朝向新的位置轉動。當接近新的位置時,成比例 地使用轉向制動器之制動盤34及制動卡鉗36、38並使轉 向馬達斷電。風力渦輪機平穩地改變位置,如此減少作用 在轉向機構上的力。 操作方法 參考第4圖,其係為本發明控制方式之狀態圖,例如 轉向馬達驅動及轉向制動器控制間的交互影響。其顯示分 別對應於理想狀態、轉向方位角錯誤及轉向角為零的三種 狀態400、404、408。理想狀態400對應於當引擎艙位置鎖 住時,轉向制動器開啟且轉向馬達未通電。當風力渦輪機 觸發時,產生由狀態400至狀態404的轉變期(402),且狀 態會轉移至狀態404中,其中,轉向制動器逐漸地解除, 同樣地,轉向馬達在一方向係逐漸作動,以將轉向誤差降 為零。 當轉向誤差達預定值時,轉向制動逐漸咬合,且轉向 馬達逐漸停用。當轉向誤差達零時,產生由狀態404至狀 態408的轉變期(406),且狀態會轉移至狀態408。在狀態 15 201117527 408中,引擎艙被鎖固,轉向馬達不通電,及方位角為零(引 擎艙面向風)。 若風速低於截止條件及風向改變使得轉向誤差不為 零,產生由狀態408至狀態404的轉變期(410),且狀態會 轉移至狀態404,其中,轉向制動器逐漸解除且轉向馬達在 一正向或反向被觸發,以將轉向誤差降為零。當轉向誤差 達預定值時,轉向制動器逐漸咬合且轉向馬達逐漸斷電直 到轉向誤差降至零。當轉向誤差到達零時,產生由狀態404 至狀態408的轉變期(406)且狀態轉移至408。當渦輪機在 運轉或風速增加超過截止條件而必需關閉時,繼續兩狀態 408及404之間的循環。當風速超過截止條件時,發生狀態 轉變期(412)以轉變至理想狀態(400)並鎖定引擎艙。 定子藉由複數個、定時的正交訊號來驅動,該等訊號 從一查找表產生後,藉由低階驅動並通常以全橋式電路形 式配置於每一個驅動線的電源半導體電路來處理。此方法 中,每一個橋接驅動不只可依據時間控制定子電源,還可 控制任一所需的方向。 根據本發明,與定子有關之磁鐵的可替代性配置是可 能的。尤其是定子線圈可失在兩磁鐵之間。因此,根據馬 達置放的氣隙--12點鐘、3點鐘、6點鐘、9點鐘方向,各 種不同的馬達定位是可能的。 此外,與定子有關之磁鐵的可替代性配置是可能的, 其中,兩個磁鐵被夾在定子線圈之間。 由此可知,本發明可搭配各種不同設計的線性馬達來 16 201117527 實方ta。尤其是,可使用二如治& 而磁鐵固定在塔架。—、,,m定子固定在w擎搶 動。二於結合:驅動器及加熱系統的轉向驅 觸突”*的典型氣候及情況,潮濕的空氣接 器造成冷凝,導致轉向器部件的損壞: 焊,所Μ馬相產生的熱纽馬達保持乾 ==會存在。然而’當馬達關閉時,冷凝 開开7成’閒置的期間愈長’損壞的速度愈加顯著。 号的:艮:本Γ ’ 一些或全部的馬達繞線圈用來作為轉向 使用低電壓輸入一或多個馬達繞線圈以產 保持轉向馬達在歡溫度内所需的熱,以及提供避免馬 ^冷凝的溫度變化以防止義。當然,當轉 ^_加熱電壓。電壓進—步可為直流《或交Μ :為此目的,可用現有電路或可連結—些或全部的繞線 = MM有利的’因為線性馬達的繞線 M、、’且:的部件有良好的熱接觸,該組合的部件在轉向對 ^間係相對於彼此而移動。這是_於傳統機械轉向器 ^辰形線性馬達驅動器之間的結構差異。使用環形線性馬 達及馬達繞線圈的結合做為加熱元件節省了成本,且僅需 要較少的部件就可達成一種可靠的轉向器系統。 參考第5圖,- 480 VAC、二相電源供應器通過一個 -相斷路器及一權VAC〜5〇 VAC的變壓器,與一或多個 四轉向馬達繞線圈20連結。轉向馬達電子正交驅動電路^ 包含一電路’該電路係根據環形線性轉向馬達的溫度,產 17 201117527 生供應電壓以調節所供應的電壓。 【圖式簡單說明】 第1圖為顯示本發明具體支撐於塔 之分解視圖; 輯力屑輪機 第2圖係為第1圖中所示之定子幻 一 第3A圖為第2圖中沿3_3端面之本發明的第一 施例之橫截面視圖; 第3B圖為第2圖中沿3_3端面之本 施例之橫截面視圖; 矛一 刀之一的俯視圖; 具體實 具體實 視圖 第3C圖為第3A圖中本發明的第— . ,、體實施例之細部 視圖; 第3D圖為第3B圖中本發明的第-• 町弟一具體實施例之細部 第4圖為線性轉向馬達電子正交驅 控制器; 料路及轉向制動 第5圖為可提供電壓至一或 器之加熱器控制方塊圖。 個轉向馬達線圈的加熱 【主要元件符號說明】 2 4 5 6 輪轂 轉子葉片 風速計 轉子葉片 201117527 10 引擎艙 12 塔架 13 轉向軸 14 磁鐵 15 線性轉向馬達 16 核心材料 17 轉子 18 磁鐵 19 電纜托架 20 繞線圈 21 凸緣 22 滾珠軸承 23 定子 24 内部座圈 26 外部座圈 30 轉向制動器 34 制動盤 36 制動卡钳 38 制動卡鉗 39 電子正交驅動電路 400 狀態 402 轉變期 404 狀態 406 轉變期 19 201117527 408 狀態 410 轉變期 轉變期 412

Claims (1)

  1. 201117527 七、申請專利範圍: 1. 一種用於風力渦輪機的轉向器系統,其係設在固定於塔架 (12)頂端的可動式轉向引擎艙(10)中,包含: 一核心材料,其形成環形線性轉向馬達的定子(23), 該定子係位於該引擎艙(10)及該塔架(12)之間;該核心材 料具有連結至一控制電源供應器的複數個傳導繞線圈;以 - 及 . 複數個磁鐵(14、18),其靠近該核心材料。 2. 如申請專利範圍第1項所述之轉向器系統,其中該核心材 料形成環形線性轉向馬達的定子(23),該定子係固定於該 引擎艙(10);以及 該等磁鐵(14、18)係固定於靠近該核心材料之該塔架 (12)。 3. 如申請專利範圍第1項所述之轉向器系統,其中該核心材 料形成環形線性轉向馬達的定子(23),該定子係固定於該 塔架(12);以及 該等磁鐵(14、1.8)係固定於靠近該核心材料之該引擎 艙(10)。 4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之轉向器系統,其中 該等磁鐵為永久磁鐵或電磁鐵。 5. 如申請專利範圍第1項所述之轉向器系統,其中該引擎艙 (10)固定於該塔架頂端之複數個滾珠軸承(22)上,當該定 子(23)正交激磁時,該引擎艙在該等滾子軸承上相對一轉 向軸(13)旋轉。 21 201117527 6.如申請專利範圍第i項所述 向制動器(30、38)及該轉向制包含―轉 7.如尹請專利範圍第】項所述2式控制。 性轉向馬達的-或多個馬、查t 系統,射該環形線 連結,以伴持奸^ 線圈與所提供之加熱電壓 8·如申,專St 轉向馬達高於-額定溫度。 ,該-或多個馬達繞線圈連二:電壓= 係根據該環形線性M AM電壓供應 嗥f生轉向馬達的溫度調整其供應的電壓。 22
TW099122699A 2009-07-09 2010-07-09 Motor yaw drive system for a wind turbine TW201117527A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US27060009P 2009-07-09 2009-07-09
US34059710P 2010-03-19 2010-03-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201117527A true TW201117527A (en) 2011-05-16

Family

ID=43243047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099122699A TW201117527A (en) 2009-07-09 2010-07-09 Motor yaw drive system for a wind turbine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120242085A1 (zh)
EP (1) EP2452420A1 (zh)
CN (1) CN102474157A (zh)
TW (1) TW201117527A (zh)
WO (1) WO2011004248A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI612216B (zh) * 2015-07-28 2018-01-21 Hitachi Ltd 風力發電系統

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009017028B4 (de) 2009-04-14 2014-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Windenergieanlage und Antriebseinrichtung zur Verstellung eines Rotorblatts
EP2754886B1 (en) * 2013-01-14 2016-01-06 ALSTOM Renewable Technologies Method of operating a wind turbine rotational system and wind turbine rotational system
AU2014257722A1 (en) * 2013-04-23 2015-12-03 youWINenergy GmbH Wind turbine architecture
US10215156B2 (en) 2015-05-04 2019-02-26 General Electric Company Autonomous yaw control for a wind turbine
EP3107195A1 (de) * 2015-06-16 2016-12-21 InDriveTec AG Linearmotorantriebssystem
CN105484938B (zh) * 2015-12-24 2018-11-23 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的偏航控制方法及装置
JP6921515B2 (ja) * 2016-12-07 2021-08-18 ナブテスコ株式会社 駆動装置、駆動装置ユニット及び風車
CN106988961B (zh) * 2017-04-17 2023-08-18 曲阜师范大学 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统
CN110094296B (zh) * 2018-01-29 2020-06-09 江苏金风科技有限公司 风力发电机组在台风下的偏航控制方法和装置
CN110425082A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 国电联合动力技术有限公司 一种发电机组偏航系统和方法及偏航驱动方法
CN112253390A (zh) * 2020-11-12 2021-01-22 江苏乃尔风电技术开发有限公司 一种风力发电机及其控制装置
CN114893349B (zh) * 2022-07-14 2022-09-30 深圳众城卓越科技有限公司 偏航系统电机防过流过载控制方法及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL163913C (nl) * 1967-01-25 1980-10-15 Syndicat Des Coproprietaires D Lineaire elektromotor.
US4135122A (en) * 1977-05-25 1979-01-16 Weyerhaeuser Company Method and apparatus for heating electrical motors and like devices
EP0121636B1 (fr) * 1982-12-30 1988-10-12 Aerogenerateurs Carre Perfectionnements aux moteurs à vent et aérogénérateurs
DD221987A1 (de) * 1984-03-27 1985-05-08 Kranbau Eberswalde Abt Bfn Veb Drehwerksantrieb, insbesondere fuer drehkrane mit grosswaelzlager
US6531801B1 (en) * 1999-12-02 2003-03-11 Ispat Inland, Inc. Asynchronous motors having simple rotor structures
ES2443171T3 (es) * 2001-12-28 2014-02-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Aerogenerador de tipo contra el viento y método de funcionamiento del mismo
JP4333979B2 (ja) * 2002-08-09 2009-09-16 日本トムソン株式会社 リニアモータを内蔵したアライメントステージ装置
JP2005061519A (ja) * 2003-08-12 2005-03-10 Nabtesco Corp 風力発電装置のヨー駆動装置に用いる減速機
US20060205554A1 (en) * 2003-08-12 2006-09-14 Osamu Nohara Speed reducer for use in yaw drive apparatus for wind power generation apparatus, and yaw drive method and apparatus for wind power generation apparatus using the speed reducer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI612216B (zh) * 2015-07-28 2018-01-21 Hitachi Ltd 風力發電系統

Also Published As

Publication number Publication date
EP2452420A1 (en) 2012-05-16
CN102474157A (zh) 2012-05-23
WO2011004248A1 (en) 2011-01-13
US20120242085A1 (en) 2012-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201117527A (en) Motor yaw drive system for a wind turbine
EP2299112B1 (en) Method for establishing a wind turbine generator with one or more permanent magnet (pm) rotors, wind turbine nacelle and wind turbine
EP2453130A2 (en) Multiple generator wind turbine
JP6781345B2 (ja) シャフトの低速回転制御のためのスラスト能動型磁気軸受
JP2004501315A (ja) 風力エネルギー発電システム
TW200925414A (en) Driving device of blade rotation angles in a wind power generator and method therefor
WO2005019642A1 (en) Wind turbine blade pitch change by means of electric stepping motor
JP2014086731A (ja) Dyを含まないNd−Fe−B系永久磁石、ロータアセンブリ、電気機械式トランスデューサ、風車
CN104662784A (zh) 发电机
JP2009299656A (ja) 風力発電装置
JP4371259B2 (ja) 風力発電機
JP6244598B2 (ja) 可変磁束界磁型同期発電機を有する風力発電装置
JP4798598B2 (ja) 風力発電機
JP2004301031A (ja) 風車
CN101860281A (zh) 一种电磁调速驱动系统
CN203272174U (zh) 一种磁悬浮轴承盘式精密空调风机
CN103967707A (zh) 10mw级座台式感应子风力发电机系统
CN102427321A (zh) 一种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机
US11936246B2 (en) Axial flux motor
JP2008278716A (ja) 風力発電装置
JP2012019642A (ja) 風力発電システム
CN101557137B (zh) 端面式电机的电主轴
JP4981597B2 (ja) 同期発電機
JP2007032468A (ja) 風力発電装置
LT5678B (lt) Ampero jėgos elektros variklis arba generatorius