TW201704637A - 風力發電系統 - Google Patents

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Mitsuru Saeki
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Abstract

目的為提供可提升信賴性的風力發電系統。 為了解決前述的課題，具備支持承受風而旋轉的轉子的機艙(3)、可旋轉地支持機艙(3)的塔架(4)、使相對於塔架(4)之機艙(3)的位置變化的複數轉向驅動裝置(10)、檢測出複數轉向驅動裝置(10)中，至少1個轉向驅動裝置(10)之異常的異常檢測手段、及在異常檢測手段檢測出異常時，藉由指令來解除被檢測出異常的轉向驅動裝置(10)之驅動力的傳達的解除手段(20)。

Description

風力發電系統
本發明係關於風力發電系統者，尤其關於轉向驅動裝置的異常對應。
根據穩定之能源的確保及防止地球暖化的觀點，進行風力發電的導入。在風力發電系統中，利用使用轉向驅動裝置(以下，也稱為轉向致動器)來讓對於塔架之機艙的位置變化，可讓被機艙支持之轉子的位置，因應風向而變化。
作為風力發電系統的方式，有轉子位於比塔架及機艙還迎風的位置來進行發電的上風型，與轉子位於比塔架及機艙還要背風的位置來進行發電的下風型。然後，不管任一方式中，都以轉子的旋轉面成為與風向成垂直之方式進行轉向控制，轉向驅動裝置發生異常的話，則使轉子的位置因應風向而變化，並且會發生故障，故防備好轉向驅動裝置發生異常之狀況為佳。
在此，作為本技術領域的先前技術，例如有專利文獻1及專利文獻2所記載者。於專利文獻1，記載 有風車用驅動裝置，具備有設置於從輸出軸到小齒輪為止之驅動力被傳達的路徑即驅動力傳達路徑，作為所定大小以上的轉矩作用時切離驅動力傳達路徑之連結的切斷機構所設置的切口部。
又，於專利文獻2，記載有風車用驅動裝置，具備在所定大小以上的轉矩作用時，作動狀態從連結驅動力傳達路徑的連結狀態，切換成切離解除驅動力傳達路徑之連結的連結解除狀態，作動狀態切換成連結解除狀態之後，作用之轉矩的大小成為未滿所定大小時，可恢復成連結狀態的作動切換機構。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-226339號公報
[專利文獻2]日本特開2013-83247號公報
在風力發電系統中，轉子承受側風時，從風承受較大的荷重，但是，在提升信賴性的觀點上也希望即使假設轉向驅動裝置發生異常，也可持續轉向控制來讓前述狀況難以發生。
在此，於前述兩文獻中，記載有具備所定大小以上的轉矩作用時切離驅動力傳達路徑的連結之機構的 風車用驅動裝置。該機構係在所定大小以上的轉矩作用時，藉由作用的轉矩本身來讓切斷及切換自然發生。利用作為此種機構，可藉由簡便的構造來實現前述之故障時的對應。在此，藉由作用的轉矩本身來自然切斷時，必需要可確實切斷地意圖性設置強度弱的部分，但是，在像風力發電系統般長期間在嚴酷的環境下使用的機器之狀況中，也可想定會發生經年劣化等。又，在自然地重複切換及恢復時，有因未消解異常的原因而恢復，異常會進行的可能性，為了不讓異常的程度進行，也有寧可讓恢復不會自動發生比較好之狀況。
本發明係有鑑於前述觀點所發明者，目的為提供可提升信賴性的風力發電系統。
為了解決前述的課題，本發明的風力發電系統之特徵為具備：機艙，係支持承受風而旋轉的轉子；塔架，係可旋轉地支持前述機艙；複數轉向驅動裝置，係使相對於前述塔架之前述機艙的位置變化；異常檢測手段，係檢測出前述複數轉向驅動裝置中，至少1個前述轉向驅動裝置的異常；及解除手段，係在前述異常檢測手段檢測出異常時，藉由指令來解除被檢測出異常的前述轉向驅動裝置之驅動力的傳達。
依據本發明，可提供可提升信賴性的風力發電系統。
1‧‧‧葉片
2‧‧‧槳轂
3‧‧‧機艙
4‧‧‧塔架
5‧‧‧基礎
6‧‧‧增速機
7‧‧‧發電機
8‧‧‧控制盤
9‧‧‧轉向軸承齒輪
10‧‧‧轉向致動器
11‧‧‧小齒輪
12‧‧‧齒輪箱
13、22、34‧‧‧驅動電動機
14‧‧‧輸出軸
15‧‧‧軸承
16‧‧‧密封材(緩衝材)
17‧‧‧支持部
18、19、27、28、30、31、36、37、39、40、41、42‧‧‧齒輪
20、23、24、26、32、38‧‧‧止動器
21‧‧‧推頂棒
25‧‧‧支架
29、35‧‧‧軸桿
33‧‧‧輸入軸
43‧‧‧固著部
44‧‧‧軸桿
45‧‧‧旋回軸承
46‧‧‧架構
47‧‧‧制動盤
48‧‧‧殼體
49‧‧‧制動器
50‧‧‧轉向換流器
51‧‧‧電流檢測器
[圖1]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之整體概要的圖。
[圖2]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之塔架頂部附近的圖。
[圖3]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之塔架頂部附近的圖。
[圖4A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖4B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖5A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之齒輪箱的一部分的圖。
[圖5B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之止動器的圖。
[圖5C]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之止動器的圖。
[圖6A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖6B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統 之轉向致動器的一部分的圖。
[圖7A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖7B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖8A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖8B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖9A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖9B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖10A]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖10B]揭示關於本發明之一實施形態的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖11]揭示先前的風力發電系統之轉向致動器的一部分的圖。
[圖12]揭示轉向驅動部之制動器機構的圖。
以下，使用圖面，針對本發明的實施例進行具體說明。依據各實施例，即使在轉向驅動裝置發生固著 等的異常之狀況中，也使異常檢測手段檢測出異常，接受指令而利用解除手段解除從轉向致動器對設置於塔架或機艙的軸承齒輪之驅動力的傳達。藉此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統之後的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。亦即，即使轉向致動器導致異常也可持續轉向控制，所以，不會承受成為承受較大荷重之要因的側風等，可提升信賴性。不太會承受側風的話，也可在維持必要的強度之狀況下，進行例如減低荷重的最佳設計。進而，因為可持續轉向控制，到進行修理及交換為止之間也可持續運轉，也可謀求風力發電系統的工作率提升。此係尤其在設置於進接性上有困難的海洋上之狀況及設置於山岳地之狀況中，有更進一步的效果。再者，異常的樣態當然並不限定於固著者。
關於異常檢測手段來說，包含轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著之轉向致動器10的故障檢測，係例如透過位於控制盤8等的轉向換流器50來進行等，可利用偵測流通於驅動電動機13的電流來進行。對於偵測流通於驅動電動機13的電流來說，包含偵測控制流通於驅動電動機13的電流之轉向換流器的電流等。故障時，故障的轉向致動器10之驅動電動機13相較於通常時或其他正常的轉向致動器，會產生不同的轉矩。亦即，利用監視轉向換流器的額定電流，或於轉向換流器的電流值設定所定 互鎖值等，可藉由偵測流通於驅動電動機13的電流來檢測出異常。具體來說，例如轉向換流器的電流值超過額定電流，超過所定互鎖值時，則當作檢測出異常。轉向換流器係對應每一轉向致動器設置。當然，此係異常檢測的一例，只要是進行自己本身的故障前後之變化及複數轉向致動器10之間的相互比較，來進行異常檢測者的話，都可採用任何手段。在異常檢測手段檢測出異常時，解除手段藉由指令來解除被檢測出異常的轉向致動器之驅動力的傳達。再者，在此所謂指令係除了自動控制所致之指令之狀況之外，也可作為手動控制所致之指令來進行。作為發出指令的主體，來自異常檢測手段本身的指令所致之狀況當然可，異常檢測手段與發出指令的手段不同之狀況亦可。異常檢測手段係對應每一轉向致動器設置亦可，又，可藉由一個異常檢測手段檢測出複數轉向致動器之個別的異常亦可。
又，關於主動控制，解除手段所致之解除後，利用正常的轉向致動器(換句話說，未被解除之剩下的轉向致動器)，產生轉向控制所需的驅動力即可。此時，連動於解除手段所致之解除，對於正常的各前述轉向驅動裝置，發送因應正常的轉向致動器的個數而增加的輸出指令。因此，以可對應增加的輸出指令之方式設計個別的致動器的能力為佳。
因應風向來改變機艙3及轉子對於塔架4的位置的無轉向控制(不進行主動的轉向控制，因應方向， 轉向被設為自由動作之狀態的控制)，係例如可在解除手段所致之解除後，且所定風速(例如切出風速)以上或連接風力發電系統的電力系統的停電時至少任一狀況下進行。如所定風速(例如切出風速)以上的暴風時，因為從風承受的荷重過大，為了減低荷重，設為無轉向控制很有效。又，停電時控制轉向致動器的電源會不足，所以，被動的無轉向控制成為有效果。再者，即使是解除手段所致之解除後，也併用主動控制與被動的無轉向控制亦可。例如，在切出風速等之未滿所定風速的風速區域中，也可設為主動控制。又，無轉向時，轉向致動器(具體來說，在本實施例中為轉向致動器內之驅動電動機13)即使僅無負載運轉也可實現。
作為解除手段也可考量各種方法，作為實施例，在本說明書中說明幾種，但是當然也可使用其以外的手段。又，在各實施例中，主要說明利用本身重量來解除之狀況，此係在可有助於利用簡便的機構來實現之處上有利。進而，根據防止事故嚴重化的觀點，也關聯可無法積極地恢復。被偵測到異常的轉向致動器10係到修理及交換等確認安全性為止，設為解除驅動力的傳達之狀態，修理及交換等已確認安全性之後才恢復。以到修理及交換等確認安全性為止，不恢復(本身重量)之方式作為機械機構，或者作為控制上的邏輯來進行擔保是有效的。
進而在各實施例中，已將利用解除小齒輪11與軸承齒輪9的咬合，將轉向致動器10從轉向驅動力傳 達路徑脫離之狀況為例進行說明，但是，只要是產生轉向驅動力的構件(例如，電動機即轉向電動機)到軸承齒輪9為止之間的話，作為其他部分亦可。在因為異物混入小齒輪11而負載變大時，因變大的負載而導致變速機及驅動電動機13損傷，可能變成固著，但是，雖然若干其他轉向致動器的負載變大，但利用其他轉向致動器來分擔負載，可持續運轉。作為負載的分擔方法，如上所述，例如考量因應正常的轉向致動器的個數，增加正常的轉向致動器的負載。在以下個各實施例中，以解除手段的具體範例為中心進行說明。
[實施例1]
於圖1揭示本發明的一實施例之風力發電系統的整體構造。實施例1之風力發電系統係如圖1所示，於設置於地上或海上的基礎5及發電機的支柱的塔架4上，設置有內藏增速機6及發電機7等的機艙3。於機艙3的一端，具備以槳轂2及複數葉片1所構成的轉子，轉子承受風而轉換成旋轉能量，並將該旋轉能量透過連結於轉子的增速機6，傳到發電機7而產生電力。於機艙3內，也設置有具備風力發電系統的控制所需之控制機器類及計量儀器類的控制盤8等。
於塔架4與機艙3的連結部分，設置有設置於塔架4的轉向軸承齒輪9及安裝於機艙3的複數轉向致動器10，具有作為控制對於塔架4之機艙3與轉子亦即 槳轂2及複數葉片1的位置的轉向驅動裝置的功能。利用複數轉向致動器10協同動作，因應風向來使對於塔架4之機艙3的位置變化。圖1係於機艙3的下風側的端部，設置由槳轂2及複數葉片1所成之轉子的下風型風力發電系統。在轉子配置於比機艙3及塔架4更下風的下風型之狀況中，對於轉子如風標般從風施加朝向下風的力，相較於上風型，可減低從風承受的荷重之處是其優點。進而，下風型的話，轉子的旋轉面正對於風，所以不會承受強側風，可設計成承受相較於停電時有承受強側風之虞的上風型更被減低的荷重，本質上可期待可利用更簡便化的構造來形成風力發電系統。
於圖2及圖3揭示本發明的一實施例之風力發電系統的塔架4之頂部附近。在圖2及圖3中，以透視機艙3的方式讓塔架4的頂部附近的樣子容易理解地圖示。於塔架4的頂部，設置有轉向驅動裝置之一部分的轉向軸承齒輪9。於機艙3，設置有複數個轉向驅動裝置之一部分的轉向致動器10。轉向致動器10的設置數量也根據風力發電系統的種類及規模，例如發電量(輸出)為2MW程度的話則以圍繞塔架4的頂部之方式設置4台左右，5MW程度的規模的話則以圍繞塔架4的頂部之方式設置8台左右。
轉向致動器10係如圖3所示，成為轉向驅動(轉向旋回)之動力源的驅動電動機13、將驅動電動機13的驅動力傳達至小齒輪11的齒輪箱(變速機)12、以 與轉向軸承齒輪9咬合之方式設置的小齒輪11連結所構成。
實施例1之風力發電系統係為上述的構造，驅動複數轉向致動器10，以轉子亦即槳轂2及複數葉片1最大限度承受風之方式，控制對於塔架4之機艙3及轉子的位置。又，對於塔架4之機艙3及轉子的位置，係依據設置於風力發電系統之風向計等的資料，藉由控制盤8之轉向換流器50等的控制機器來控制。於轉向換流器50連接電流檢測器51。在以下的各實施例中，以進行轉向換流器50的電流檢測時為例，但是，進行電流檢側的對象、異常檢測的方法(在各實施例中以電流檢測為例說明)並不限定於此。關於轉向換流器，在本實施例中，收納於控制盤8內，但設置場所並不限定於此。
使用圖4A及圖4B，詳細說明實施例1之轉向致動器10的作用效果。圖4A及圖4B係揭示構成轉向致動器10的齒輪箱(變速機)12之一部分。齒輪箱12係於其內部具有複數段齒輪的組合，亦即齒輪的咬合部，圖4A及圖4B係揭示設置於齒輪箱12內之複數段齒輪的咬合部中，接近小齒輪11與轉向軸承齒輪9的咬合部側之齒輪(換句話說，接近輸出軸14之側的齒輪)的咬合部的樣子。
實施例1的齒輪箱12係如圖4A所示，輸出軸14連結於小齒輪11，小齒輪11與轉向軸承齒輪9咬合。於齒輪箱12內，設置有承受輸出軸14的軸承15， 並以與軸承15接觸之方式設置有密封材16。在此，齒輪箱12的內部填滿油，藉由該密封材16防止油漏出齒輪箱12之外。輸出軸14係於與小齒輪連結之部分的相反側具備齒輪19，從齒輪18傳達來自上述的驅動電動機13的轉向驅動力，透過輸出軸14傳至小齒輪11。
於輸出軸14，在齒輪箱12內，形成有成為支持部17的突起，藉由止動器20所支持。藉由止動器20支撐如此設置於輸出軸14的支持部17，齒輪18與齒輪19咬合，將來自驅動電動機13的轉向驅動力，透過輸出軸14，傳達至小齒輪11。藉此，因應風向，驅動驅動電動機13，可改變對於塔架4之機艙3及轉子的位置。
然而，如上所述，在發生轉向軸承齒輪9與小齒輪11的磨耗及異物的咬入所致之轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著時，驅動電動機13的轉向驅動力無法順利從小齒輪11傳達至轉向軸承齒輪9，無法進行轉向控制(主動控制及無轉向控制)。
無法進行轉向控制的影響會波及上風型以及下風型雙方，對於兩種方式都是重要的。另一方面，該影響於下風型中更明顯。如上所述，在轉子配置於比機艙3及塔架4更下風的下風型之狀況中，因為相較於上風型，在可減低從風承受的荷重之處有優點，對於為了更確實享受如此優點來說，需要即使轉向致動器發生異常之狀況，也可持續主動控制及無轉向所致之轉向控制。具體來說，轉子的旋轉面與風向實質上平行時，換句話說就是承受側 風時，風力發電系統會產生最大荷重。不會成為該種條件般，假設即使轉向致動器發生異常，也可持續轉向控制，例如進行減低荷重的設計之方面上很重要。不承受側風的優點是於主動控制中，也共通於上風型，但於下風型中藉由風標效果而讓機艙配合風向的應力會作用，所以，藉由轉向致動器，讓機艙配合風向的荷重，可相較於上風型更為減低。
在實施例1的風力發電系統中，如圖4B所示，發生轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著等之異常時，藉由使止動器20以從支持部17脫離之方式移動，小齒輪11及輸出軸14、齒輪19因本身重量而落下至齒輪箱12的下方。落下時，密封材16係具有作為支持部17的緩衝材的功能。藉此，轉向軸承齒輪9與小齒輪11的咬合被解放，從小齒輪11至轉向軸承齒輪9之轉向驅動力的傳達被解除。結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。
使用圖5A乃至圖5C，說明上述之止動器20的動作。如圖5A及圖5B所示，於止動器20設置有開口(缺口)，在發生轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著等之異常時，例如藉由將如推頂棒21的止動解除手段插入至止動器20的開口(缺口)，止動器20以從支持部17脫離之方式移動，使小齒輪11及輸出軸14、齒輪19落下至齒輪箱12的下方。藉此，可解除在齒輪箱12內與輸出軸14一起旋轉的齒輪19的咬合。圖5B係圖5A之a- a’俯視圖。又，圖5C係圖5B之b-b’俯視圖。如圖5C所示，止動器20係以可順暢地支持支持部17之方式，對與支持部17之接觸面的角部施加倒角。
針對異常檢測手段進行說明。包含轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著之轉向致動器10的故障偵測，係藉由例如透過位於控制盤8等的轉向換流器來進行等，可偵測流通於驅動電動機13的電流。對於偵測流通於驅動電動機13的電流來說，包含偵測控制流通於驅動電動機13的電流之轉向換流器的電流。故障時，故障的轉向致動器10之驅動電動機13相較於通常時或其他正常的轉向致動器，會產生不同的轉矩。亦即，利用監視轉向換流器的額定電流，或於轉向換流器的電流值設定所定互鎖值等，偵測流通於驅動電動機13的電流，在轉向換流器的電流值超過額定電流，或超過所定互鎖值時，則可檢測出是異常。當然，此係異常檢測的一例，只要是進行自己本身的故障前述之變化及複數轉向致動器10之間的相互比較，來進行異常檢測者的話，都可採用任何手段。在異常檢測手段檢測出異常時，解除手段藉由指令來解除被檢測出異常的轉向致動器之驅動力的傳達。再者，在此所謂指令係除了自動控制所致之指令之狀況之外，也可如本實施例，作為手動控制所致之指令來進行。關於自動控制，在後述的實施例中說明。作為手動控制所致之指令，例如像本實施例中所示，以手動將上述之推頂棒21插入至止動器20的開口(缺口)，解除止動器20所致之支持部17 的支持者。又，作為發出指令的主體，來自異常檢測手段本身的指令所致之狀況當然可，異常檢測手段與發出指令的手段不同之狀況亦可。
作為解除手段也可考量各種方法，作為實施例，在本說明書中說明幾種，但是當然也可使用其以外的手段。又，在各實施例中，主要說明利用本身重量來解除之狀況，此係在可有助於利用簡便的機構來實現之處上有利。進而，根據防止事故嚴重化的觀點，也關聯可無法積極地恢復。被偵測到異常的轉向致動器10係到修理及交換等確認安全性為止，可設為解除驅動力的傳達之狀態，修理及交換等已確認安全性之後才恢復。以到修理及交換等確認安全性為止，不恢復(本身重量)之方式作為機械機構，或者作為控制上的邏輯來進行擔保是有效的。
依據實施例1的風力發電系統，即使在發生轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著，亦即轉向驅動裝置的固著等之異常之狀況中，異常檢測手段也檢測出異常，接收指令，利用解除手段，解除齒輪箱12內的止動器20所致之支持部17的支持。藉此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。
[實施例2]
於圖6A及圖6B，揭示本發明其他實施例的 風力發電系統之轉向致動器10的一部分。針對實施例2之風力發電系統，關於與實施例1中說明之部分共通的部分，省略其詳細說明來進行說明。
構成實施例2之風力發電系統的轉向致動器10的齒輪箱12，係於輸出軸14設置有成為支持部17的突起之處，與實施例1相同的構造。又，藉由支持部17利用止動器23支持，齒輪18與齒輪19咬合，將來自驅動電動機13的轉向驅動力，透過輸出軸14，傳達至小齒輪11之處，也與實施例1相同。
實施例2之止動器23係連結於驅動電動機22，藉由解除手段驅動裝置即驅動電動機22，使解除轉向驅動力之傳達的自動解除手段亦即止動器23移動，自動解除支持部17的支持之處，與實施例1不同。藉由利用驅動電動機22使止動器23以從支持部17脫離之方式移動，小齒輪11及輸出軸14、齒輪19會因本身重量而落下至齒輪箱12的下方。藉此，轉向軸承齒輪9與小齒輪11的咬合被解放，從小齒輪11至轉向軸承齒輪9之轉向驅動力的傳達被解除。結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。關於異常檢測，也可與實施例1同樣地進行。
依據實施例2的風力發電系統，與實施例1相同，即使在發生轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著，亦即轉向驅動裝置的固著等之異常之狀況中，也使轉向換流器之電流值的監視等連動，檢測出異常，自動解除齒輪 箱12內的止動器23所致之支持部17的支持。藉此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。再者，關於自動解除手段，並不限定於本實施例中所示之具體樣態。
[實施例3]
於圖7A及圖7B，揭示本發明其他實施例的風力發電系統之轉向致動器10的一部分。針對實施例3之風力發電系統，關於與實施例1中說明之部分共通的部分，省略其詳細說明來進行說明。
構成實施例3之風力發電系統的轉向致動器10的齒輪箱12，係於輸出軸14設置有成為支持部17的突起之處，與實施例1相同的構造。又，圖7A及圖7B雖未揭示，但於齒輪箱12具備有輸入驅動力的輸入軸。關於輸入軸，在後述的實施例中揭示。進而，藉由支持部17利用止動器24支持，齒輪18與齒輪19咬合，將來自驅動電動機13的轉向驅動力，透過輸出軸14，傳達至小齒輪11之處，也與實施例1相同。
實施例3之支持部17及止動器24係於齒輪箱12內，設置於比與輸出軸14一起旋轉的各齒輪11、19更靠輸入軸側之處，與實施例1不同。藉由如實施例1利用手動操作，或如實施例2利用驅動電動機自動使止動 器24以從支持部17脫離之方式移動，小齒輪11及輸出軸14、齒輪19會因本身重量而落下至齒輪箱12的下方。藉此，轉向軸承齒輪9與小齒輪11的咬合被解放，從小齒輪11至轉向軸承齒輪9之轉向驅動力的傳達被解除。結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。藉此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。
[實施例4]
於圖8A及圖8B，揭示本發明其他實施例的風力發電系統之轉向致動器10的一部分。針對實施例4之風力發電系統，關於與實施例1中說明之部分共通的部分，省略其詳細說明來進行說明。
實施例4之風力發電系統係齒輪箱12於其內部具有複數段齒輪的咬合之處，與實施例1相同。實施例4的齒輪箱12係於其外部設置有支架25，於支架25以支持輸出軸14之方式設置有止動器26。在轉向軸承齒輪9與小齒輪11發生固著等之異常時，藉由解放設置於齒輪箱12的外部之止動器26，輸出軸14會以穿過支架25之方式落下至齒輪箱12的下方，小齒輪11與轉向軸承齒輪9的咬合被解放，解除轉向驅動力的傳達。結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的 障礙。在此，以設置於輸出軸14的齒輪為例進行說明，但是，只要是齒輪箱12內的齒輪，不管何者都可適用。
設置於齒輪箱12的外部之止動器26的解除，係與實施例1相同，檢測出轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著等之異常，而動作。關於異常檢測，也可與實施例1同樣地進行。在檢測出異常時，藉由指令，解除止動器26所致之輸出軸14的支持。止動器26的解除係可如實施例1般藉由手動操作，或如實施例2般藉由驅動電動機自動解除。藉由止動器26所致之輸出軸14的支持的解除，小齒輪11及輸出軸14、齒輪19會因本身重量而落下至齒輪箱12的下方。
藉此，轉向軸承齒輪9與小齒輪11的咬合被解放，從小齒輪11至轉向軸承齒輪9之轉向驅動力的傳達被解除。結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。藉此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。
[實施例5]
於圖9A及圖9B，揭示本發明其他實施例的風力發電系統之轉向致動器10的一部分。針對實施例5之風力發電系統，關於與實施例1中說明之部分共通的部分，省略其詳細說明來進行說明。
構成實施例5之風力發電系統的轉向致動器10的齒輪箱12，係於其內部具有複數段齒輪的咬合之處，與實施例1相同。實施例5之齒輪箱12係於其輸入軸33設置有成為支持部17的突起及止動器32之處，與其他實施例不同。於齒輪箱12內，藉由解放設置於驅動電動機34(圖3之驅動電動機13)之側的齒輪31，換句話說與輸入軸一起旋轉的齒輪31的咬合，解除轉向驅動力的傳達。
藉由如實施例1利用手動操作，或如實施例2利用驅動電動機自動使止動器32以從支持部17脫離之方式移動，輸出軸33、齒輪31會因本身重量而落下至下方。藉此，齒輪30與齒輪31的咬合被解放，從齒輪31至齒輪30之轉向驅動力的傳達被解除。
止動器32的解除，係與實施例1相同，檢測出轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著等之異常，而動作。關於異常檢測，也可與實施例1同樣地進行。在檢測出異常時，藉由指令，解除止動器32所致之支持部17亦即輸入軸33的支持。止動器32的解除係可如實施例1般藉由手動操作，或如實施例2般藉由驅動電動機自動解除。藉由止動器32所致之支持部17的解除，輸入軸33、齒輪31會因本身重量而落下至下方。
藉此，齒輪30與齒輪31的咬合被解放，從齒輪31至齒輪30之轉向驅動力的傳達被解除。在因為異物混入小齒輪11而負載變大時，因變大的負載而導致變 速機及驅動電動機13損傷，可能變成固著，但是，雖然若干其他轉向致動器的負載變大，但利用其他轉向致動器來分擔負載，可持續運轉。結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。
[實施例6]
於圖10A及圖10B，揭示本發明其他實施例的風力發電系統之轉向致動器10的一部分。針對實施例6之風力發電系統，關於與實施例1中說明之部分共通的部分，省略其詳細說明來進行說明。
構成實施例6之風力發電系統的轉向致動器10的齒輪箱12，係於其內部具有複數段齒輪的咬合之處，與實施例1相同。在實施例6中，除了輸入軸33、輸出軸14之外，具備配置於輸入軸33及輸出軸14之間的中間軸。然後，本實施例之齒輪箱12係於齒輪箱內，藉由解放與中間軸一起旋轉之齒輪的咬合，解除轉向驅動力的傳達。
於連結位於齒輪箱12之中段的齒輪37及齒輪40的軸桿(中間軸)44部分，設置成為支持部17的突起，以止動器38支持。止動器38的解除，係藉由如實 施例1利用手動操作，或如實施例2利用驅動電動機自動以從支持部17脫離之方式移動，齒輪箱12之中段的齒輪37、齒輪40及連結該等的軸桿會因本身重量而落下至下方。藉此，齒輪36與齒輪37、齒輪39與齒輪40的咬合被解放，從齒輪39至齒輪40之轉向驅動力的傳達及從齒輪37至齒輪36之轉向驅動力的傳達被解除。
止動器38的解除，係與實施例1相同，檢測出轉向軸承齒輪9與小齒輪11的固著等之異常，而動作。關於異常檢測，也可與實施例1同樣地進行。在檢測出異常時，藉由指令，解除止動器38所致之設置於連接齒輪37與齒輪40的軸桿部分之支持部17的支持。
結果，發生異常的轉向致動器10不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。藉此，利用解除發生異常之轉向致動器的驅動力的傳達，發生異常的轉向致動器不會成為風力發電系統的轉向驅動的障礙。因此，可持續進一步的主動控制及對於風被動的無轉向控制的轉向控制。
於圖12，揭示可適用於前述各實施例之對於轉向驅動的制動器機構。塔架4的上端係為凸緣構造，於該凸緣構造上，支持旋回軸承45。然後，在旋回軸承45與塔架4的上端之間，設置制動盤47。旋回軸承45、塔架4之上端的凸緣構造、及制動盤47係以螺絲來螺栓連接。制動盤47及制動器49係設置於轉向致動器10外部。隔著旋回軸承45的轉動體列，於內徑側，連接有在機艙3內支持對發電機7傳達動力的傳動系統(未圖示) 等的架構46。在比旋回軸承45更靠塔架4的內側，於架構46的下部，設置有殼體48，於殼體48的下部連接制動器49。架構46、殼體48、及制動器49係以螺絲來螺栓連接。然後，制動器49係為上下挾持制動盤47的構造，因應制動器指令，可進行制動。因應制動器的強度，可使轉向驅動停止或減速。例如，可在無轉向控制狀態下檢測出無負載的轉向驅動電動機的旋轉數，因應旋轉數來發出制動指令。對於為了停電時的控制來說，具有電池等的輔助電極是有用手段。
無轉向之狀況中，不設置任何制動器的話，會馬上追從風向的瞬間變化，但此時，於轉向致動器10內之轉向電動機等的驅動力傳達部，會透過齒輪箱12發生過大的轉矩。此種轉矩對於轉向致動器10來說會成為負擔，故無轉向時以不發生瞬間性快速的位置變化之方式利用制動器對轉向驅動進行減速或因應需要停止為有效方法。
再者，本發明並不限定於前述之實施例，進而可包含各種變形例。例如，前述的實施例係為了易於理解本發明而詳細說明者，不一定限定於具備所說明之所有構造者。又，可將某實施例的構造之一部分，以其他實施例的構造之一部分來置換，又，也可於某實施例的構造加入其他實施例的構造。又，可針對各實施例的構造之一部分，進行其他構造的追加‧刪除‧置換。
9‧‧‧轉向軸承齒輪
11‧‧‧小齒輪
12‧‧‧齒輪箱
14‧‧‧輸出軸
15‧‧‧軸承
16‧‧‧密封材
17‧‧‧支持部
18、19‧‧‧齒輪
20‧‧‧止動器

Claims (15)

  1. 一種風力發電系統，其特徵為具備：機艙，係支持承受風而旋轉的轉子；塔架，係可旋轉地支持前述機艙；複數轉向驅動裝置，係使相對於前述塔架之前述機艙的位置變化；異常檢測手段，係檢測出前述複數轉向驅動裝置中，至少1個前述轉向驅動裝置的異常；及解除手段，係在前述異常檢測手段檢測出異常時，藉由指令來解除被檢測出異常的前述轉向驅動裝置之驅動力的傳達。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之風力發電系統，其中，前述解除手段所致之解除後，係利用正常的前述轉向驅動裝置，產生轉向控制所需的驅動力。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之風力發電系統，其中，前述解除手段所致之解除後，係對於正常的各前述轉向驅動裝置，發送因應正常的前述轉向驅動裝置的個數而增加的輸出指令。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所記載之風力發電系統，其中，前述解除手段所致之解除後，且所定風速以上或連接前述風力發電系統的電力系統的停電時的至少任一狀況 時，則設為無轉向。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之風力發電系統，其中，在無轉向時，前述轉向驅動裝置為無負載運轉。
  6. 如申請專利範圍第4項所記載之風力發電系統，其中，具備：制動器，係讓轉向驅動停止或減速；在無轉向時，利用前述制動器讓轉向驅動減速。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之風力發電系統，其中，前述制動器，係配置於前述轉向驅動裝置外。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之風力發電系統，其中，前述轉向驅動裝置，係具備電動機；前述異常檢測手段，係偵測流通於前述電動機的電流，檢測出前述轉向驅動裝置的異常。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之風力發電系統，其中，具備控制流通於前述電動機之電流的換流器；前述異常檢測手段，係偵測流通於前述電動機的電流，檢測出前述轉向驅動裝置的異常。
  10. 如申請專利範圍第1項所記載之風力發電系統，其中， 前述機艙或前述塔架，係具備軸承齒輪；前述轉向驅動裝置，係具備與前述軸承齒輪咬合的小齒輪；前述解除手段，係在前述異常檢測手段檢測出異常時，解開前述小齒輪與前述軸承齒輪的咬合。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之風力發電系統，其中，具備：變速機，係連結於前述小齒輪；及輸出軸，係從前述變速機輸出驅動力；前述變速機，係在內部中複數段的齒輪咬合；前述解除手段，係解開在前述變速機內與前述輸出軸一起旋轉之齒輪的咬合。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之風力發電系統，其中，具備：輸入軸，係對前述變速機輸入驅動力；前述解除手段，係設置於比在前述變速機內與前述輸出軸一起旋轉之各齒輪更靠前述輸入軸側。
  13. 如申請專利範圍第10項所記載之風力發電系統，其中，具備：變速機，係連結於前述小齒輪；輸入軸，係對前述變速機輸入驅動力；輸出軸，係從前述變速機輸出驅動力；及 中間軸，係配置於前述輸入軸及前述輸出軸之間；前述變速機，係在內部中複數段的齒輪咬合；前述解除手段，係解開在前述變速機內與前述中間軸一起旋轉之齒輪的咬合。
  14. 如申請專利範圍第10項所記載之風力發電系統，其中，具備：變速機，係連結於前述小齒輪；及輸入軸，係對前述變速機輸入驅動力；前述變速機，係在內部中複數段的齒輪咬合；前述解除手段，係解開在前述變速機內與前述輸入軸一起旋轉之齒輪的咬合。
  15. 如申請專利範圍第10項所記載之風力發電系統，其中，具備：變速機，係連結於前述小齒輪；前述解除手段，係設置於前述變速機的外部，解開前述變速機內之齒輪的咬合。
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