专利名称：风力发电装置和风力发电装置的偏摆回转驱动方法
技术领域：
本发明涉及风力发电装置和风力发电装置的偏摆回转驱动方法。
背景技术：
风力发电装置在风车塔的上端设置能够偏摆回转的风车发电单元，风 车发电单元具有风车和被风车驱动旋转的发电机。风力发电装置为了使风 车从正面接受风力而根据风向使风车发电单元相对风车塔偏摆回转(在大 致水平面上的回转)。
上述风力发电装置中把环形齿轮固定配置在塔侧，且把与该环形齿轮 啮合的小齿轮配置在风车发电单元侧，通过由偏摆电动机驱动该小齿轮旋 转，来进行风车发电单元的偏摆回转驱动(例如参照专利文献l)。
专利文献1:特开2001-289149号公报。
近年来随着风车的大型化而上述偏摆电动机、环形齿轮等也在大型化。 偏摆电动机为了驱动机舱偏摆回转而频繁被起动，由于大型化而招致消耗 电力的更加增大。
在谋求机舱的小型化和轻量化的情况下，上述偏摆电动机等结构的小 型化和轻量化就成为重要的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电装置和风力发电装置的偏摆回转 驱动方法，能够减少机舱内的消耗电力和使机舱小型化。 为了解决上述课题，本发明采用以下的机构。
本发明第一形态是风力发电装置，具备负载计测部，其计测各风车 翼的负载；力矩计算部，其通过把所述负载计测部计测的各风车翼负载进 行坐标变换来计算围绕风车塔轴的力矩；成分指令值设定部，其通过在用 于抵消所述力矩计算部计算出的所述力矩的基准指令值上加上围绕偏摆控 制指令值，来计算围绕所述风车塔轴的角度指令值；间距角度指令设定部，其基于所述围绕风车塔轴的角度指令值来设定各风车翼的间距角度指令值。
由于在用于抵消各风车翼的围绕风车塔轴负载的基准指令值上加上围 绕偏摆控制指令值并计算角度指令值，基于该角度指令值来设定各风车翼 的间距角度指令值，所以能够根据围绕偏摆控制指令值来利用在风车翼产 生的力矩使机舱围绕风车塔轴(围绕偏摆)进行回转。由于通过控制各风 车翼的间距角度而使用空气力量使机舱回转，所以能够谋求偏摆电动机的 小型化和减少使用频率。其结果是能够谋求机抢轻量化，而且能够抑制偏 摆电动机的消耗电力。且还能够不需要偏摆电动机，这时，机舱能够更加 小型化和轻量化，且能够谋求更加减少电力消耗。
在上述风力发电装置中，也可以根据风向来给予所述围绕偏摆控制指 令值。
通过根据风向来给予围绕偏摆控制指令值，能够使机舱相对风向而向 合适的方向转动。
在上述风力发电装置中，所述围绕偏摆控制指令值例如基于风向偏差 来设定。
本发明第二形态是风力发电装置的偏摆回转驱动方法，具有分别计 测各风车翼负载的过程、通过各风车翼负载的坐标变换来计算围绕风车塔 轴的力矩的过程、通过在用于把所述力矩设定为零的基准指令值上加上围 绕偏摆控制指令值，来计算所述围绕风车塔轴的角度指令值的过程、根据 所述围绕风车塔轴的角度指令值来设定各风车翼的间距角度指令的过程。
根据本发明，有能够减少机舱内的消耗电力和谋求机舱小型化的效果。
图1是表示本发明一实施例风力发电装置的整体结构例； 图2是表示机舱内概略结构的图3是表示本发明一实施例风车控制装置所具备的关于间距角度控制 的控制方块的图4是用于说明x、 y、 z轴定义的图5是表示由本发明一实施例的围绕偏摆控制指令值设定部所实行的 处理顺序的流程图；图6是表示围绕偏摆控制指令值图表一例的图。 符号说明
1风力发电装置 2风车塔 3机抢 4旋翼毂
5风车翼 7风速计 8风向计 9负载计测传感器
10增速器 11发电机 20风车控制装置21可变间距机构
31力矩计算部32成分指令值设定部
33间距角度指令设定部 34围绕偏摆控制指令值设定部
具体实施例方式
以下参照
本发明的风力发电装置和风力发电装置的偏摆回转 驱动方法一实施例。
图1是表示本实施例风力发电装置概略结构的块图。
如图l所示，风力发电装置l具有风车塔2、设置在风车塔2上端的 机舱3、在机舱3设置的能够围绕大致水平轴线旋转的旋翼毂4。旋翼毂4 围绕其旋转轴线成放射状地安装着多个风车翼5。其结果是从旋翼毂4的旋 转轴线方向吹到风车翼5的风力被变换成使旋翼毂4围绕旋转轴线旋转的 动力。本实施例说明具备三个风车翼5的情况。
在机舱3的外周面适当部位(例如上部等)设置有测定周边风速值的 风速计7和测定风向的风向计8。各风车翼5设置有用于计测各自风车翼5 负载的负载计测传感器(例如光纤传感器)9。
上述风向计8计测风向偏差，并4巴风向偏差作为计测值输出。负载计 测传感器9例如计测风车翼5的变形，并根据该变形量来计测负栽。
如图2所示，在机舱3的内部设置有经由同轴的增速器10而与旋翼毂 4连结的发电机11。即，把旋翼毂4的旋转由增速器IO增速并驱动发电机 11，从发电机11得到发电机输出。而且在机舱3内部设置有进行风车运 转控制的风车控制装置20和接收来自风车控制装置20的控制信号而使各 风车翼的间距角度变化的可变间距机构21。
向风车控制装置20输入由各负载计测传感器9计测的各风车翼5的 负载计测值、由风向计8计测的风向偏差和由风速计7计测的风速。风车 控制装置20根据这些输入信息来设定各风车翼5的间距角度，并根据设定 的间距角度来向可变间距机构21输出控制信号。可变间距机构21基于风车控制装置20所给予的控制信号来分別变化各风车翼5的间距角度。
图3是表示上述风车控制装置20所具备的关于间距角度控制的控制方 块的图。如图3所示，风车控制装置20具备力矩计算部31、成分指令值 设定部32、间距角度指令设定部33和围绕偏摆控制指令值设定部34。
上述力矩计算部31把由各负载计测传感器9计测的各风车翼5的负载 Ml、 M2、 M3进行坐标变换，而计算图4所示的围绕z轴的力矩Mz和围 绕y轴的力矩My。如图4所示，z轴是与风车塔2的主轴平行的轴线，x 轴是旋翼毂4的旋转轴，y轴是与z轴和x轴正交的轴线。
当力矩计算部31计算出力矩My、 Mz时，把它们向成分指令值设定部 32输出。成分指令值设定部32根据力矩计算部31计算的力矩Mz、 My来 设定关于y轴的角度指令值6 y和关于.z轴的角度指令值6 z。
具体说就是，成分指令值设定部32求出把围绕y轴的力矩My抵消的 基准指令值，并把该基准指令值设定为是围绕y轴的角度指令值6y。且成 分指令值设定部32求出把围绕z轴的力矩Mz抵消的基准指令值，并在该 基准指令值上加上从围绕偏摆控制指令值设定部34输入的围绕偏摆控制指 令值Mz',把该值设定为是围绕z轴的角度指令值6z'。成分指令值设 定部32把角度指令值6y、 6z'向间距角度指令设定部33输出。
间距角度指令设定部33把输入的角度指令值6y、 6z'进行坐标变换， 并设定各风车翼5的间距角度指令e 1、 62、 63，把它们向可变间距机构 21输出。由此，利用可变间距机构21使各风车翼5的间距角度基于间距角 度指令6 1、 6 2、 6 3来变化。其结果是使各风车翼5的负载减少，且仅以 围绕偏摆控制指令值Mz'的量来使机抢3围绕z轴转动。
下面参照图5说明上述的围绕偏摆控制指令值设定部34。图5是表示 围绕偏摆控制指令值设定部34所实行的处理顺序的流程图。图5所示的处 理以失见定的时间间隔反复实行。
围绕偏摆控制指令值设定部34计算从风向计8输入的风向偏差过去规 定期间的平均值(图5的步骤SA1 )。接着，判断在步骤SA1中计算出的平 均风向偏差是否比预先设定的界限值大(图5的步骤SA2)。其结果是平均 风向偏差是界限值以下时，则判断机舱3相对风向是朝向理想的方向，不 进行机抢3的偏摆回转驱动，该处理完成。
另一方面，在平均风向偏差超过界限值时，判断机舱3相对风向不是最合适的方向，并且设定围绕偏摆控制指令值Mz'(图5的步骤SA3 )。 具体说就是围绕偏摆控制指令值设定部34参照预先保有的围绕偏摆控制指 令值图表，基于步骤SA1中计算的平均风向偏差和从风速计7输入的风速 来取得特定的围绕偏摆控制指令值Mz'。图6表示围绕偏摆控制指令值图 表的一例。如图6所示，在围绕偏摆控制指令值图表中分别设定有与风速 和平均风向偏差的组对应的围绕偏摆控制指令值Mz'。围绕偏摆控制指令 值设定部34把取得的围绕偏摆控制指令值Mz'向成分指令值设定部32输 出(图5的步骤SA4)。
由此，通过把基于风速和风向设定的围绕偏摆控制指令值Mz'与围绕 z轴的基准指令值相加，就能够仅以围绕偏摆控制指令值Mz'的量来使机 抢3围绕z轴回转。
如以上所说明的，根据本实施例这风力发电装置1，使各风车翼5产生 仅基于围绕偏摆控制指令值Mz'的量的力矩，利用该力矩能够使机舱3围 绕风车塔2的主轴回转。通过这样控制各风车翼5的间距角度而利用空气 力量使机抢3回转，所以能够谋求机舱3内配置的偏摆电动机(图示略) 的小型化。且能够减少偏摆电动机的使用频率，能够谋求减少消耗输出。
上述实施例中，围绕偏摆控制指令值设定部34是从围绕偏摆控制指令 值图表取得围绕偏摆控制指令值，但代替之也可以是围绕偏摆控制指令值 设定部34具有把平均风向偏差和风速作为参数的运算式，通过把平均风向 偏差和风速代入该演算式来得到围绕偏摆控制指令值。
以上参照附图详述了本发明的实施例，但具体结构并不限定于该实施 例，不脱离本发明要旨范围的设计变更等也被包含。
权利要求
1、一种风力发电装置，其中，具备负载计测部，其计测各风车翼的负载；力矩计算部，其通过把所述负载计测部计测的各风车翼负载进行坐标变换来计算围绕风车塔轴的力矩；成分指令值设定部，其通过在用于抵消所述力矩计算部计算出的所述力矩的基准指令值上加上围绕偏摆控制指令值，来计算围绕所述风车塔轴的角度指令值；间距角度指令设定部，其根据所述围绕风车塔轴的角度指令值来设定各风车翼的间距角度指令值。
2、 如权利要求1所述的风力发电装置，其中，根据风向给予所述围绕 偏摆控制指令值。
3、 如权利要求1所述的风力发电装置，其中，所述围绕偏摆控制指令 值基于风向偏差来设定。
4、 一种风力发电装置的偏摆回转驱动方法，其中，具有 分别计测各风车翼负载的过程、通过各风车翼负载的坐标变换来计算围绕风车塔轴的力矩的过程、 通过在用于把所述力矩设定为零的基准指令值上加上围绕塔轴控制指令值，来计算所述围绕风车塔轴的角度指令值的过程、根据所述围绕风车塔轴的角度指令值，设定各风车翼的间距角度指令值的过程。
全文摘要
一种风力发电装置和风力发电装置的偏摆回转驱动方法。本发明的目的是能够完全或部分削减偏摆驱动装置和减少机舱内的消耗电力。计算围绕风车塔轴的力矩，通过在用于抵消该力矩的基准指令值上加上围绕偏摆控制指令值，来计算围绕风车塔轴的角度指令值，并根据围绕风车塔轴的角度指令值来设定各风车翼的间距角度指令值。
文档编号F03D7/04GK101578450SQ20088000150
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月8日 优先权日2007年5月21日
发明者林义之, 柴田昌明 申请人:三菱重工业株式会社