具有无线倾斜控制的风力涡轮机.pdf

本发明涉及具有无线倾斜控制的风力涡轮机。具体而言，一种风力涡轮机(2)，包括位于风力涡轮机(2)的桨毂(110)处用于接收控制信号的无线系统(204)。

1.  一种风力涡轮机，包括位于所述风力涡轮机(2)的桨毂(110)处用于接收控制信号的无线系统(204)。

2.  根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制信号包括叶片倾斜促动器(114)控制信号。

3.  根据权利要求1或权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制信号包括无线电信号。

4.  根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制信号具有至少2.4GHz的无线电频率。

5.  根据权利要求1至权利要求4任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制信号从所述风力涡轮机的机舱(6)接收。

6.  一种风力涡轮机，包括：
塔架(4)；
布置在所述塔架(4)上的机舱(6)；
布置在所述机舱(6)一端处的转子(110和11)，其具有用于支承至少一个叶片(10)的桨毂(110)；
布置在所述桨毂(110)中的叶片倾斜促动器(114)；以及
用于传送控制信号到所述叶片倾斜促动器(114)上的无线系统(204和206)。

7.  根据权利要求6所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制信号从所述桨毂(110)传送到所述促动器(114)上。

8.  根据权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制信号包括无线电信号。

9.  一种控制风力涡轮机的方法，包括无线地传送控制信号到所述风力涡轮机(2)的桨毂(110)上的步骤。

10.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制信号包括叶片倾斜促动器(114)控制信号。

具有无线倾斜控制的风力涡轮机
技术领域
文中所述的主题大体涉及风力涡轮机、结构，且更具体地涉及具有无线倾斜控制的风力涡轮机。
背景技术
风力涡轮机是用于将风的动能转换成机械能的机器。如果该机械能直接地由机器使用，例如用于抽水或磨麦，则该风力涡轮机可称为风车。类似而言，如果该机械能转换成电能，则该机器也可称为风力发电机或风力电站。
风力涡轮机通常根据叶片绕其转动的竖直轴线或者水平轴线来分类。图1中示意性地显示了一种所谓的水平轴线式风力发电机，并且该发电机可从通用电气公司获得。这种用于风力涡轮机2的特定构造包括塔架4，其支承装入传动系8的机舱6。叶片10布置在位于传动系8一端的桨毂上，以形成在机舱6外部的“转子”。旋转的叶片10驱动连接到发电机14上的齿轮箱12，该发电机14位于传动系8的另一端，连同接收来自风速计18的输入的控制系统16一起布置在机舱6内。例如，如共同持有的于2005年10月26日提交的序号为10/554610的美国专利申请(代理人档案号133330，以国际专利申请公开号WO2004111443公开)中所公开的那样，控制系统16可包括用于关停转子的关停控制单元，以及用于可操作地连接到关停控制单元上以便接收无线遥控关停指令信号的接收单元。
当叶片10在“转子平面”中旋转时，该叶片产生升力并从流动空气中俘获随后将传给转子的动量。各叶片通常在其″叶根″端紧固，然后沿径向向外″横越″至自由的″叶尖″端。叶片的前面或″前缘″连接最先接触空气的叶片的最前点。叶片的后面或″后缘″为由前缘所分开的气流在经过叶片的吸入表面和压力表面后的重新聚合处。″弦线″沿着典型气流经过叶片的方向连接叶片的前缘和后缘。弦线的长度简单地称为″弦长″。
“迎角”是用来描述叶片10的弦线和代表叶片与空气之间相对运动的矢量之间的角度的用语。“倾斜(pitching)”是指旋转整个叶片10的迎角进入风中或离开风中，以便控制旋转速度和/或从风中吸收能量。例如，使叶片“朝向顺桨”倾斜是指旋转叶片10的前缘进入风中，而使叶片“朝向失速”倾斜是指旋转叶片10的前缘离开风中。
对于所谓的“倾斜控制式”风力涡轮机而言，每当风力改变时便可调整倾斜，以便将转子叶片保持在最佳的角度并使得对于所有风速的功率输出最大。例如，控制系统16可每秒检查涡轮机2的功率输出若干次。当功率输出变得太高时，控制系统16则发送信号到叶片倾斜机构(未显示)，使叶片10轻微地倾斜偏离风。当风速减慢时叶片10则返回进入风中。
共同受让的专利号为7,126,236的美国专利公开了“Methods andApparatus for Pitch Control Power Conversion(用于倾斜控制电力转换的方法及装置)”，其通过引用结合到本文中并在图2中重现，其中控制系统16(从图1)包括一个或多个位于控制板112内的控制器用于整个系统的监视和控制，包括倾斜及速度调整、高速轴及偏航制动应用、偏航和泵马达应用以及故障监视。然而，在一些构造中也使用备选的分布式或集中式控制架构。
控制系统16提供控制信号给可变的叶片倾斜驱动器或促动器114，用以控制驱动桨毂110的叶片10(图1)的倾斜。风力涡轮机2的传动系8(图1)包括连接到桨毂110和齿轮箱12上的主转子轴116(也称为“低速轴”)，在一些构造中，主转子轴116使用双路径几何结构来驱动装入在齿轮箱中的高速轴。来自齿轮箱相反端的高速轴用来驱动第一发电机120。在一些构造中，转矩通过联接器122传送。
叶片倾斜控制信号通常以电脉冲信号的形式从控制系统16提供，从附接到齿轮箱12背面的滑环(slip ring)沿着穿过位于主轴116中心的孔延伸的导线传送。然而，通过滑环提供的旋转连接可使该控制信号失真，尤其是当滑环变旧或未对齐时。关于滑环的更多信息可在共同受让的序号为11/838,438(代理人档案号225890)的“Wind TurbineAssemblies and Slip Ring Assemblies for Wind Blade Pitch ControlMotors(用于风力叶片倾斜控制马达的风力涡轮机组件及滑环组件)”的美国专利申请中获得，其通过引用也结合到本文中。
发明内容
本文通过在多个实施例中提供包括位于风力涡轮机桨毂处的用于接收叶片倾斜促动器控制信号的无线系统的风力涡轮机来说明与这些常规方式相关的这些及其它缺点。
附图说明
本技术的各个方面将参考下列附图进行描述，这些附图不必按比例绘制，但采用相同的标号来指代各个视图中的对应部分。
图1是常规风力发电机的示意性侧视图。
图2是图1中所示的常规风力发电机的机舱及桨毂的剖切正视图。
图3是用于与图1中所示的风力发电机一起使用的机舱及桨毂的剖切正视图。
图4是用于将控制信号传送到风力涡轮机的桨毂上的无线系统的示意性局部侧视图。
零件清单
2.风力涡轮机
4.塔架
6.机舱
8.传动系
10.叶片
12.齿轮箱
14.发电机
16.控制系统
18.风速计
110.桨毂
114.叶片倾斜促动器
116.转子轴
120.发电机
122.联接器
202.发送器
204.接收器
210.滑环
212.滑环静止部
214.滑环旋转部
具体实施方式
图3显示了用于传送控制信号如叶片倾斜促动器信号和/或其它控制信号到风力涡轮机的桨毂110上的无线系统的一个示例。尽管图3中显示的是无线电通信系统，但其它的无线通信系统包括但不限于声波、超声波、光学、微波和/或红外通信系统也可实现。
对于图3中显示的示例，叶片倾斜促动器控制信号经由发送器202从控制板112发送到布置在桨毂110中或之上的相应的接收器204上。然而，发送器202及接收器204也可构造为用于另外地沿相反方向将信号从桨毂114发送到控制板112上的收发器。同样而言，尽管本文所示的发送器202是布置在机舱6中，但发送器202也可布置在机舱上，或塔架4上或其中，或远离风力涡轮机2。
图4是用于传送控制信号到风力涡轮机的桨毂上的无线系统的示意性局部侧视图。在图4中，发送器202和接收器204布置在滑环210上，滑环210具有布置在机舱6中的静止(外)部212以及至少部分地布置在桨毂110中的旋转(内)部214。在本示例中，静止发送器202布置在滑环210的静止(外)部212的一端，并经过滑环轴定位。旋转接收器204附接到滑环210的轴的旋转(内)部214上，并指向发送器202。尽管本示例显示了发送器202和接收器204的天线端定位成使其彼此相距在数英寸之内，但确切的安放对于操作来说并不重要。
当构造为用于无线电通信时，发送器202和接收器204可以多种协议及任意频率进行通信。例如，该通信可遵循用于无线局域网计算机通信的IEEE 802.11系列标准在5GHz和2.4GHz的公共频谱带内，或遵循采用它们当前或将来形式的IEEE 801.16系列标准。在这一点上，发送器202和接收器204可提供有合适的路由器、交换机和/或集线器以便与任一的这种局域网相结合。尽管用语802.11及Wi-Fi常可互换地使用，但Wi-Fi联盟使用用语“Wi-Fi”来限定稍微不同系列的重叠标准，本文也可使用。
控制信号通向桨毂的无线传播通信提供了优于常规方式的多种优点。例如，其消除了对于穿过位于轴116中心的孔延伸的导线的需要，并由此简化了风力涡轮机2的组装及操作。
需要强调的是，如上所述的实施例且尤其是任何″优选″的实施例，仅仅是文中提出的对本技术各个方面提供清楚理解的各种实施方案的示例。在基本上不脱离由所附权利要求的正确构成所单独限定的保护范围的情况下，本领域普通技术人员将可改变这些实施例中的许多实施例。