(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに装着された複数のブレードを具備する風力タービンであって、
前記ロータは、回転可能なロータシャフトを有し、このシャフト上には駆動ホイールが設けられ、
この駆動ホイールは、前記シャフト及びロータと一緒に回転し、
複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、
これらホイールは、エネルギを発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、
このタービンは、ピッチ、ヨー及びブレーキのグループから選択された少なくとも２つを含む前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、
制御装置が、前記ロータの前記速度に基づいて発電している発電機の数を制御するように接続されており、また、
この制御装置は、風速、風向、ロータの速度、ヨーの方向、複数のブレーキとピッチの1つ、発電機の総数、現に発電している発電機の数および前記ロータシャフトのトルクを監視するようにプログラムされており、
この制御装置は、前記ロータシャフトのトルク及び前記現に発電している発電機の数に基づいて、要求に応じて、それぞれ前記複数の発電機に負荷をかけること及び前記複数の発電機から負荷を除くことによって、複数の発電機を段階的に導入、及び段階的に廃止するようにプログラムされている、風力タービン。
【請求項２】
前記制御装置は、各発電機のスイッチを入れる又は切ることによって、発電している発電機の数を制御するように接続されており、
また、この制御装置は、
前記ロータシャフトが要求され最小速度に達したときに、第１の発電機を段階的に導入し、
前記ロータシャフトのトルクに発電機の総数を掛けて現に発電している発電機の数で割った値が、さらなる発電機を段階的に導入するための所定の最小トルクよりも大きいとき、さらなる複数の発電機を段階的に導入し、
前記ロータシャフトのトルクに発電機の総数を掛けて現に発電している発電機の数で割った値が、１つの発電機を段階的に廃止するために必要な所定の最小トルクよりも小さいとき、１つの発電機を段階的に廃止するようにプログラムされており、
この制御装置は、前記ロータシャフトのトルクが１つの発電機を動作させるための所定の最小値より小さいとき、現に動作している最後の発電機を段階的に廃止し、前記ロータ及び複数の発電機を停止させるようにプログラムされている、請求項１の風力タービン。
【請求項３】
前記駆動ホイールは、この駆動ホイールの周縁部にトラックを有し、また、
前記複数のホイールは、このトラックと接触している請求項２の風力タービン。
【請求項４】
前記トラックは、前記シャフトの周辺面にほぼ平行に延びている請求項３の風力タービン。
【請求項５】
ロータの速度が、発電している発電機の各々に対して、所定のレベルより高い及び低い動作範囲内でそれぞれ増加する又は減少するのに従って、前記制御装置が、発電している発電機を加える又は除くように接続されている請求項２の風力タービン。
【請求項６】
前記制御装置は、前記ロータがロータの最小平均速度で回転しているとき、前記複数の発電機のうち１つの発電機を発電させるように、また、前記ロータがロータの最大速度で回転しているとき、前記複数の発電機のうちいくつかの発電機を発電させるように接続されている請求項３の風力タービン。
【請求項７】
前記制御装置は、ロータの平均速度が所定時間前記動作範囲外にあるとき、このタービンを停止させるようにプログラムされ、接続されている請求項５の風力タービン。
【請求項８】
ロータの平均速度が、少なくとも１分間測定され、また、
前記制御装置は、このロータの平均速度が前記動作範囲外にあるときはいつでもこのタービンを停止させるように接続されている請求項５の風力タービン。
【請求項９】
この風力タービンは、最適な周速比を有し、
前記制御装置は、１秒につき５メートルないし１秒につき２５メートルの範囲にある風速に対して前記最適な周速比でこの風力タービンを実質的に動作させるように接続され、プログラムされている請求項１の風力タービン。
【請求項１０】
少なくとも４つの発電機があり、
これら４つの発電機は、これら発電機のスイッチをそれぞれ入れる又は切るように、また、ロータの平均速度に基づいた発電モードでいくつかの発電機を動作させるように接続されている請求項５の風力タービン。
【請求項１１】
前記発電機は、電力を発生させる請求項１０の風力タービン。
【請求項１２】
各発電機は、この風力タービンの最大出力よりも実質的に小さな電力容量を有し、
前記複数の発電機は、このタービンの最大電力出力を処理可能な全電力容量を有する請求項１の風力タービン。
【請求項１３】
前記制御装置は、プログラム可能な論理制御装置である請求項１の風力タービン。
【請求項１４】
前記制御装置は、監視される複数のパラメータの変化を検出して、ピッチ、ヨー及びブレーキの少なくとも１つを数秒以内に調節可能なパワーエレクトロニクス制御装置である請求項１の風力タービン。
【請求項１５】
前記制御装置は、電気制御装置である請求項１の風力タービン。
【請求項１６】
前記制御装置は、
（ａ）  発電機のトルク及び速度を管理することと、
（ｂ）  各発電機の負荷を制御し、このタービンの駆動トレインに対する発電機のバックトルクを管理することと、
（ｃ）  前記複数の発電機により与えられた可変周波数の電力をグリッドの電力に同期された６０Ｈｚの交流に変換することと、
（ｄ）  これら発電機により与えられた無効電力を制御することと、
（ｅ）  各発電機からの出力を制御することと、
（ｆ）  複数の発電機からの出力を一緒に制御することと、の少なくとも１つが可能であるパワーエレクトロニクスシステムである請求項１の風力タービン。
【請求項１７】
前記制御装置は、
（ａ）  発電機のトルク及び速度を管理することと、
（ｂ）  各発電機の負荷を制御し、このタービンの駆動トレインに対する発電機のバックトルクを管理することと、
（ｃ）  前記複数の発電機により与えられた可変周波数の電力をグリッドの電力に同期された６０Ｈｚの交流に変換することと、
（ｄ）  これら発電機により与えられた無効電力を制御することと、
（ｅ）  各発電機からの出力を制御することと、
（ｆ）  複数の発電機からの出力を一緒に制御することと、が可能であるパワーエレクトロニクスシステムである請求項１の風力タービン。
【請求項１８】
前記パワーエレクトロニクス制御装置は、整流器と、ＤＣリンクと、インバータとを有し、
前記整流器は、前記複数の発電機により発生された可変交流電圧を直流電圧に変換するように接続されており、
前記ＤＣリンクは、前記インバータに定常直流電圧を与えるように接続されており、
前記インバータは、グリッドに同期されるか又は絶縁バスに給電されることが可能な周波数を有する三相電圧又は電流を発生させる請求項１４の風力タービン。
【請求項１９】
前記電流は、６０Ｈｚの交流と５０Ｈｚの交流との一方である請求項１８の風力タービン。
【請求項２０】
このタービンの複数の動作パラメータ、風況及び天候条件を得て記録するためのデータ収集システムを有する請求項１の風力タービン。
【請求項２１】
前記風力タービンは、ギヤボックスを有しておらず、グリッドに同期されることが可能な前記複数の発電機から電力を発生させるように、可変速度で動作する、請求項１記載の
風力タービン。
【請求項２２】
風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、
前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、
複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、
これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、
このタービンは、ピッチ制御、ヨー制御及びブレーキのグループから選択された少なくとも２つを含む前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、
制御装置が、前記ロータの速度に基づいて、発電している発電機の数を制御するように接続されており、
この方法は、風速、風向、ロータの速度、ヨー方向、ブレーキとピッチとの一方、発電機の数、現在発電している発電機の数及びロータのシャフトのトルクを監視するように、前記制御装置をプログラムすることを具備し、また、
この方法は、起動することを具備し、
前記制御装置は、平均風速が所定の最小時間より高い動作範囲内にあるとき、前記ロータを加速させるように解放し、
この制御装置は、前記ロータが必要な最小速度に達したとき、第１の発電機に負荷をかけ、
この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクに発動機の総数を掛けて動作している発電機の数で割った値が、さらなる発電機を段階的に導入するための所定の最小トルクよりも大きいとき、さらなる複数の発電機を段階的に導入し、
この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクに発電機の総数を掛けて動作している発電機の数で割った値が、１つの発電機を段階的に廃止するために必要な所定の最小トルクよりも小さいとき、１つの発電機を段階的に廃止し、
この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルク及び発電している発電機の数に応じて必要とされる発電機を段階的に導入又は廃止し、
この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクが１つの発電機を動作させるための所定の最小値より小さいとき、動作している最後の発電機を段階的に廃止し、前記ロータ及び発電機を停止させ、
この制御装置は、所定時間に亘る平均風速が所定の最大風速よりも大きいとき、前記ロータを停止させ、全ての発電機を段階的に廃止し、
この制御装置は、前記風速が前記動作範囲内に増加するのに従って、さらなる複数の発電機に負荷をかけ、また、前記風速が前記動作範囲内に減少するのに従って、さらなる複数の発電機から前記負荷を除き、
前記制御装置は、１つの発動機を動作させるために必要とされるロータの最小速度から全ての発電機を動作させるために必要とされるロータの最大速度までの広範囲でエネルギを発生させるように、この風力タービンを動作させる、風力タービンの動作方法。
【請求項２３】
風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、
前記ロータは、シャフトに装着されており、
このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、
複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、
これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、
このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、
この方法は、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を接続することと、
前記パラメータの少なくとも１つの変化に応答して、ヨー、ピッチ、ブレーキの少なくとも１つを調節するように、及び発電している発電機の数を調節するように、前記制御装置をプログラムすることと、
前記駆動ホイールの速度を制御するために、ヨー、ピッチ及びブレーキのいずれか２つを調節するように、前記制御装置をプログラムすることと、
前記駆動ホイールの速度が、前記増加又は減少を保証するために十分な量だけ、それぞれ増加又は減少するのに従って、発電している発電機の数を増加及び減少させるように、前記制御装置をプログラムすることと、を具備する、風力タービンの動作方法。
【請求項２４】
前記シャフトに要求される複数のトルクに発電機の総数を掛けて発電している発電機の数で割った値が、所定のトルクの設定値の９５％よりも大きいとき、さらなる１つの発電機を発電させるように、また、前記シャフトに要求されるトルクに発電機の総数を掛けて発電している発電機の数で割った値が、所定のトルクの設定値の９０％よりも小さいとき、発電している発電機から除かれるように、制御装置を接続し、プログラムすることを含む請求項２２の風力タービンの動作方法。
【請求項２５】
回転している前記複数のブレードに一時的に運動エネルギを蓄えるように、このタービンを動作させることを含む請求項２２の風力タービンの動作方法。
【請求項２６】
前記制御装置は、パワーエレクトロニクスシステムであり、
この方法は、グリッドに同期された電力を伝送する可変速度の発電機を有するこのタービンを動作させることを含む請求項２２の風力タービンの動作方法。
【請求項２７】
この風力タービンの動作範囲内でできるだけ電力を発生させるために、風況に基づいて可能な最高速度でこの風力タービンを動作させるように、前記ロータの速度を増加させるために、前記ヨー及びピッチを制御することを含む請求項２２の風力タービンの動作方法。
【請求項２８】
この方法は、広範囲に亘って可変速度でこの風力タービンを動作させることを含み、
前記複数の発電機は、周波数の変化で交流電流を発生させ、前記交流電流をほぼ一定の周波数で最終的な生成交流電流に接続するように、パワーエレクトロニクスを使用し、前記最終的な生成交流電流をグリッドに給電する請求項２２の風力タービンの動作方法。
【請求項２９】
前記駆動ホイールは、前記複数のブレードの直径よりもかなり小さな直径を有する請求項１ないし３のいずれか１の風力タービン。
【請求項３０】
風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、
前記ロータは、シャフトに装着されており、
このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、
複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、
これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、
このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、
前記複数の発電機は、モータとしてこれら発電機を動作させるように、電力供給部に接続されており、この方法は、
（ａ）  風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を接続することと、ヨー、ピッチ、ブレーキ及び発電機のトルクの需要量の少なくとも１つを調節するように、及び前記複数のパラメータの少なくとも１つの変化に応答して、発電している発電機の数を調節するように、前記制御装置を接続することと、
（ｂ） 前記風速が、前記複数のブレードを回転させるのに十分であるが、これらブレードの回転を始めるために必要な力を克服するのに不十分であるとき、前記制御装置を決定するようにプログラムすることと、を具備し、この制御装置は、このタービンが所定の動作範囲の速度に達するまで、これらブレードが回転を始めるように、前記複数の発電機に電力を供給し、モータとしてこれら発電機を動作させる、風力タービンの動作方法。
【請求項３１】
前記タービンが所定の動作範囲の速度に達したとき、前記複数のモータを停止させるように、及び前記タービンの前記回転から電力を発生させるために、発電機として前記複数の発電機を使用するように、前記制御装置をプログラムすることを含む請求項３０の風力タービンの動作方法。
【請求項３２】
このタービンを停止させるために、１５０％のトルクの需要量までの電気ブレーキとして前記複数の発電機を使用するように、前記制御装置をプログラムすることと、このタービンが停止したとき、前記トルクの需要量を終わらせることとを含む請求項３１の風力タービンの動作方法。
【請求項３３】
短時間の間に定格負荷の少なくとも１２０％のトルクの需要量を有する突風を克服するために、前記複数の発電機が定格負荷よりも高いところで使用されることを可能にするように、前記制御装置をプログラムすることを含む請求項３０の風力タービンの動作方法。
【請求項３４】
高速突風の間の短時間に定格負荷を超える１５０％のトルクの需要量まで、前記複数の発電機を動作させるように、前記制御装置をプログラムすることを含む請求項３３の風力タービンの動作方法。
【請求項３５】
風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、
前記ロータは、シャフトに装着されており、
このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、
複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、
これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、
これら発電機は、１５０％までのトルクの需要量で動作可能であり、
このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、
このタービンは、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を有し、
この方法は、このタービンを停止させるように、１５０％までのトルクの需要量で電気ブレーキとして前記複数の発電機を使用し、このタービンが停止したとき、前記トルクの需要量を不連続にするように、前記制御装置をプログラムすることを具備する、風力タービンの動作方法。
【請求項３６】
風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、
前記ロータは、シャフトに装着されており、
このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、
複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、
これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、
これら発電機は、定格負荷よりも高いところで動作することが可能であり、
このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、
このタービンは、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を有し、
この方法は、最大動作速度を超えて前記ロータの速度を増加させる可能性のある突風を克服するために、定格負荷よりも高いトルクの需要量で前記複数の発電機を使用するように、前記制御装置をプログラムすることを具備する、風力タービンの動作方法。
【請求項３７】
１２０％のトルクの需要量まで、定格負荷よりも高いところで前記複数の発電機を動作させるように、前記制御装置をプログラムすることを含む請求項３６の風力タービンの動作方法。
【請求項３８】
１５０％のトルクの需要量まで、定格負荷よりも高いところで前記複数の発電機を動作させるように、前記制御装置をプログラムすることを含む請求項３６の風力タービンの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変速度のロータと複数の発電機とを有する風力タービン及び風力タービンの動作方法に関する。この風力タービンは、高速で比較的多くの発電機を加え、低速で発電機を停止させるように、制御装置によって制御される。
【背景技術】
【０００２】
風速の変化にもかかわらず、ギヤボックスによってロータの速度がほぼ一定に維持される風力タービンが知られている。しかし、ギヤボックスは、高価であり、早期に故障し易いことが知られており、ギヤボックスが交換される又は修理される際に風力タービンを停止させることとなる。以前のいくつかの風力タービンは、風況の変化にもかかわらずほぼ一定の速度で複数のブレードを維持するために、これらブレードにブレーキシステムを有する。しかし、ブレーキシステムは、しばしば摩耗し、交換を必要とする。さらに、ブレーキシステムは、一定の速度を維持するためにブレーキシステムの動作に費やされたエネルギにより、風力タービンを動作させるのに非効率的な方法である可能性がある。また、ほぼ一定の速度でタービンを動作させるのを補助するために、風力タービンにヨー制御とピッチ制御とが使用されることが知られている。以前のタービンをほぼ一定の速度で動作させる目的は、タービンの出力に、出力電力をグリッドに伝送可能な周波数を有する交流電流を発生させることができるようにすることである。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的は、設計レベルを超えたトルク及び設計レベルを超えたトルクの変化率が得られないように、機構を通して伝動されるトルクを管理する風力タービン駆動システムを提供することである。  
本発明のさらなる目的は、可変速度のロータと複数の発電機とを有する風力タービンであって、これら発電機は、風力タービンに関する複数のパラメータを監視することによって測定されるような風速及び風向の変化に応答してこれら発電機を動作させる及び停止させるための制御装置を有する、風力タービンを提供することである。  
本発明のさらなる他の目的は、トルクが所定のレベルを超えたとき、摩擦結合された複数の機械駆動要素を用いて、広範囲の電力生産を可能にする複数の発電機と共に、風力タービンのピッチ及びヨーを制御することである。これら機械駆動要素は、構成要素の間の滑り（slippage）によりトルクのピークを避けさせることができる。  
さらに、本発明のさらなる目的は、極端な天候条件において風力タービンを停止させるように、ブレーキシステムを使用することによって風力タービンの速度を制御することである。
【０００４】
風力タービンは、ロータに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、回転可能なシャフトを有し、このシャフトには、シャフトから外側に延びた駆動ホイールが設けられている。この駆動ホイールは、前記複数のブレードが回転するのに従って、前記シャフト及びロータと一緒に回転し、このロータは、広範囲の速度を有する。複数のホイールが、前記駆動ホイールと連続して回転可能であるように接触しており、これらホイールは、エネルギを発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されている。このタービンは、ピッチ、ヨー及びブレーキのグループから選択された少なくとも２つを含む前記複数のブレードの速度を制御するための複数の手段を有する。制御装置が、前記ピッチ、ヨー及びブレーキの少なくとも２つを制御し、かつ前記複数のブレードの速度に関する複数のパラメータを監視しながら、これらブレードの速度に基づいて、ゼロないし全ての発電している発電機の数を制御するように接続されている。
【０００５】
風力タービンは、ロータに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、回転可能なシャフトを有し、このシャフトには、シャフトから外側に延びた駆動ホイールが設けられている。この駆動ホイールは、前記複数のブレードが回転するのに従って、前記シャフト及びロータと一緒に回転し、このロータは、広範囲の速度を有する。複数のホイールが、前記駆動ホイールと連続して回転可能であるように接触している。これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されている。この風力タービンは、ギヤボックスを有しておらず、グリッドに同期されることが可能な前記複数の発電機から電力を発生させるように、可変速度で動作する。
【０００６】
風力タービンの動作方法は、ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを使用する。前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられている。複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されている。このタービンは、ピッチ制御、ヨー制御及びブレーキのグループから選択された少なくとも２つを含む前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有する。制御装置が、前記ロータの速度に基づいて、発電している発電機の数を制御するように接続されている。本方法は、風速、風向、ロータの速度、ヨー方向、ブレーキとピッチとの一方、発電機の数、現在発電している発電機の数及びロータのシャフトのトルクを監視するように、前記制御装置をプログラムすることを具備する。また、起動することを具備する。前記制御装置は、平均風速が所定の最小時間より高い動作範囲内にあるとき、前記ロータを加速させるように解放する。この制御装置は、前記ロータが必要な最小速度に達したとき、第１の発電機に負荷をかけ、この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクに発動機の総数を掛けて動作している発電機の数で割った値が、さらなる発電機を段階的に導入するための所定の最小トルクよりも大きいとき、さらなる複数の発電機を段階的に導入する。この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクに発電機の総数を掛けて動作している発電機の数で割った値が、１つの発電機を段階的に廃止するために必要な所定の最小トルクよりも小さいとき、１つの発電機を段階的に廃止する。この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルク及び発電している発電機の数に応じて必要とされる発電機を段階的に導入又は廃止する。この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクが１つの発電機を動作させるための所定の最小値より小さいとき、動作している最後の発電機を段階的に廃止し、前記ロータ及び発電機を停止させる。この制御装置は、所定時間に亘る平均風速が所定の最大風速よりも大きいとき、前記ロータを停止させ、全ての発電機を段階的に廃止する。この制御装置は、前記風速が前記動作範囲内に増加したとき、さらなる複数の発電機に負荷をかけ、また、前記風速が前記動作範囲内に減少するのに従って、さらなる複数の発電機から前記負荷を除く。この制御装置は、１つの発動機を動作させるために必要とされるロータの最小速度から全ての発電機を動作させるために必要とされるロータの最大速度までの広範囲でエネルギを発生させるように、各風力タービンを動作させる。
前記制御装置は、ロータの平均速度が所定時間前記動作範囲外にあるとき、このタービンを停止させるようにプログラムされ、接続されている。
ロータの平均速度が、少なくとも１分間測定され、また、前記制御装置は、このロータの平均速度が前記動作範囲外にあるときはいつでもこのタービンを停止させるように接続されている。
【０００７】
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備する風力タービンの動作方法。前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられている。複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触している。これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、このタービンは、前記ロータの速度を制御する複数の手段を有する。本方法は、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、前記接続装置を接続することと、前記パラメータの少なくとも１つの変化に応答して、ヨー、ピッチ、ブレーキ及び発電している発電機の数の少なくとも１つを調節するように、前記制御装置を接続することと、前記駆動ホイールの速度が、それぞれ増加及び減少するのに従って、前記駆動ホイールの速度を制御するために、並びに、発電している発電機の数を増加及び減少させるために、ヨー、ピッチ及びブレーキのいずれか２つを調節するように、前記制御装置をプログラムすることとを具備する。
【０００８】
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備する風力タービンの動作方法が提供される。前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられている。複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されている。このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、前記複数の発電機は、モータとしてこれら発電機を動作させるように、電力供給部に接続されている。本方法は、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、前記制御装置を接続することと、ヨー、ピッチ、ブレーキ、発電機のトルクの需要量及び前記複数のパラメータの少なくとも１つの変化に応答して発電している発電機の数の少なくとも１つを調節するように、前記制御装置を接続することと、前記風速が、前記複数のブレードを回転させるために十分であるが、これらブレードの回転を始めるために必要な力を克服するのに不十分であるとき、前記制御装置を決定するようにプログラムすることとを具備する。この制御装置は、このタービンが所定の動作範囲の速度に達するまで、これらブレードが回転を始めるように、前記複数の発電機に電力を供給し、モータとしてこれら発電機を動作させる。
【０００９】
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備する風力タービンの動作方法が提供される。前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトは、シャフトには駆動ホイールが設けられている。複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、これら発電機は、１５０％までのトルクの需要量で動作可能である。このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、このタービンは、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を有する。本方法は、このタービンを停止させるように、１５０％までのトルクの需要量で電気ブレーキとして前記複数の発電機を使用し、このタービンが停止したとき、前記トルクの需要量を不連続にするように、前記制御装置をプログラムすることを具備する。
【００１０】
ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備する風力タービンの動作方法が提供される。前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられている。複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されている。このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、このタービンは、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を有する。本方法は、最大動作速度を超えて前記ロータの速度を増加させる可能性のある突風を克服するために、定格負荷よりも高いトルクの需要量で前記複数の発電機を使用するように、前記制御装置をプログラムすることを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、正面から見たときの、風力タービンの駆動システムの部品の部分的な斜視図である。
【図２】図２は、背面から見たときの、風力タービンの駆動システムの部品の部分的な斜視図である。
【図３】図３は、風力タービンの駆動システムの概略的な側面図である。
【図４】図４は、摩擦駆動ホイールの斜視図である。
【図５】図５は、摩擦駆動ホイールの側面図であり、駆動ホイールと接触している回転可能な複数のタイヤを示している。
【図６】図６は、タイヤのキャリヤの斜視図である。
【図７】図７は、風力エネルギを交流に変換するためのパワーエレクトロニクスの概略的なブロック図である。
【図８】図８は、シュミットカップリングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１並びに図２では、風力タービン（風車）（図１並びに図２には示されない）の駆動システム２は、ベアリング６、８に回転可能に装着されたシャフト４を有する。これらベアリング６、８は、主枠１２の床１０に装着されている。前記シャフト４は、このシャフトから外側に延びた駆動ホイール１４を有し、この駆動ホイール１４は、シャフト４と一緒に回転する。駆動ホイール１４は、駆動ホイールの周縁部に延びたトラック１６を有し、このトラック１６は、前記シャフトの長軸に平行な内面を有する。前記トラックと連続して接触するように、回転可能に装着された複数のホイール１８があり、これらホイールは、前記トラックが回転するのに従って回転する。好ましくは、これらホイールは、前記トラックと摩擦接触している。これらホイール１８の各々は、発電機２２に接続された機械駆動機構２０を有する。好ましくは複数の発電機２２があり、さらに好ましくは、各ホイール１８に対して１つの発電機２２がある。図１並びに図２には、４つのホイール１８と、４つの駆動機構２０と、４つの発電機２２とがあり、図１には３つのみが示されている。好ましくは、これら発電機は電力発電機であり、各発電機は、各発電機が電力を発生させるように、又は各発電機が他の発電機から独立して電力を発生させるのを防ぐように、制御装置によって制御されることができるオン／オフスイッチを有する。従って、前記複数のホイール１８はトラック１６と連続して接触している。トラック１６が回転するのに従って、これらホイール１８及び各ホイール１８に対する駆動機構２０が回転する。４つの駆動機構の各々は、ユニバーサルジョイント２１を含む（図２参照）。また、トラックが回転するのに従って、これら発電機が回転するが、オン／オフスイッチによって、発電機の各々が所望のように負荷される又は負荷されないようにすることができる。ホイール、駆動機構及び発電機の数は、図１並びに図２に示される数よりさらに多く又は少なく変えることができる。駆動ホイール１４は、前記複数のブレードの直径よりもかなり小さな直径を有する。
【００１３】
好ましくは、前記複数の発電機は、これら発電機を冷却するように接続された発電機の熱交換器２４を有する永久磁石水冷発電機である。主枠１２の下には、ヨーベアリング２５が位置している。トラック１６が好ましいが、前記複数のホイールは、駆動ホイール１４の他の部分に接続するように配置されることができ、トラック１６は取り除かれることができる。
【００１４】
ブレーキディスク２６が、前記シャフト４から外側に延びている。このブレーキディスク２６は、主枠１２の両側に１つずつある２つのブレーキキャリパ２８の間に延びている。これらブレーキキャリパ２８及びブレーキディスク２６は、制御装置（図１並びに図２には示されない）に接続されるブレーキシステムを形成している。複数の発電機、特に各発電機のオン／オフスイッチも、制御装置（図１には示されない）に接続される。駆動システム２は、ベースプレート３１を有するナセル２９（一部のみが示される）に装着される。
【００１５】
図３には、本発明の風力タービン及び駆動システムのさらなる実施の形態の概略図が示されている。風力タービン（風車）３０は、ベアリング６、８に装着された回転可能なシャフト４に装着された複数のブレードを有する。好ましくは、ベアリング６は、スラストベアリングである。風力タービン３０は、ナセル構造体３６を支持するヨーベアリング２５を有するタワー３４に装着されている。このタワーは、地面４０に取着された基礎３８に支持されている。ブレーキディスク２６は、複数のブレーキキャリパ（図３には示されない）により遅くされる。駆動ホイール１４は、この駆動ホイールの周縁部から外側に延びたトラック１６を有する。４つのホイール１８、機械駆動機構２０及び発電機２２の１つのみが図３に示されている。好ましくは、駆動機構はシュミットカップリングを含む。複数のホイールにより駆動されたシャフトが複数の発電機のシャフトとのアライメントから外れているとき、シュミットカップリングはこれらホイールが発電機を駆動させるようにする。タイヤのキャリヤ４４のヘリコンばね４２は、トラック１６が駆動ホイール１４と一緒に回転するのに従ってホイール１８がトラック１６に接触して留まることを確実にする。発電機２２の各々は、複数のパラメータを監視しかつシステムを制御する少なくとも１つの制御装置を含むパワーエレクトロニクス４８にケーブル４６で接続される。シュミットカップリングに代わって、ユニバーサルジョイント又はＣＶ（一定速度）シャフトが使用されても良い。シュミットカップリングは、ホイールの出力シャフトと発電機の入力シャフトに２つのｘで示されている。
【００１６】
図４には、駆動ホイール１４とトラック１６との斜視図が示されている。図５には、トラック１６に接触している４つのホイール１８を有する駆動ホイール１４の側面図が示されている。これらホイール１８は、ホイールのキャリヤ４４に回転可能であるように装着されている。図６は、ホイールのキャリヤ４４の斜視図である。このホイールのキャリヤは、ホイール１８を前記トラック（図６には示されない）にしっかりと接触して維持するように、示された向きで、ばね装着（図６には示されない）により下向きに回転される。
【００１７】
図７は、風がロータを回転させて、シャフト４が回転されるシステムのパワーエレクトロニクスの部分の概略的なブロック図である。シャフト４は、永久磁石三相発電機を間接的に駆動させ、この発電機が制御整流器に電力出力を伝送する。制御整流器は、ＤＣライン電圧を制御し、整流器からの出力が制御インバータに伝送される。制御インバータは、出力がグリッドに接続されると、出力電圧、周波数及び電力を制御する。制御インバータからの出力は、必要に応じて必要な６０ヘルツの三相電圧又は５０ヘルツの三相電圧である。
【００１８】
図８には、一端側の入力シャフト５６と対向端の出力シャフト５８とを有する複数の枢動リンク５４により接続された３つのディスク５２を有するシュミットカップリング５０の斜視図が示されている。シュミットカップリングは慣例的であり、２つのシャフトがアライメントから外れたとき、及び２つのシャフトが互いにアライメントされたとき、入力シャフトが出力シャフトを駆動させる。本発明に関して、これらホイールは、ホイールに複数のタイヤを有し、これらタイヤは、使用により摩耗する。それ故、ホイールからシュミットカップリングへの入力シャフトのアライメントは、時間を交換する。シュミットカップリングは、発電機を駆動させるように接続された出力シャフトを駆動させるように、アライメントの変化に対して自動的に調節する。アライメントの変化に対して調節するように、複数のホイールから発電機の入力シャフトに出力シャフトを結合する他の手段がある。これらホイールは、複数のばね、空気圧手段及び液圧手段の少なくとも１つを使用してトラックに圧力を加えるように、調節可能な負荷機構を使用して装着される。
【００１９】
各風力タービンは、最適な周速比で設計されており、制御装置は、１秒につき３メートルないし１秒につき２５メートル、より好ましくは１秒につき４メートルないし１秒につき２５メートルの範囲の風速に対してほぼ最適な周速比で風力タービンを動作させるように、好ましくは接続され、プログラムされる。周速比は、風速で割ったブレードの翼端速度に等しい。発電機は、電力を発生させないタイプであることができるが、電力発電機が好ましい。
【００２０】
風力タービン駆動システムは、設計レベルを超えたトルク及び設計レベルを超えたトルクの変化率が得られないように、機構を通して伝動されるトルクを管理する。トルクの管理を果すために、複数の特徴部分が使用される。これらは、以下を含む。
【００２１】
可変速度のロータ及び発電機の動作は、風力エネルギが回転構成要素に蓄えられることを可能にする。現在の風力タービンでは、複数の回転ブレードが主な回転慣性を示す。突風からのエネルギが回転ブレードの運動エネルギに一時的に蓄えられることによって、機械駆動トレイン（train）で見られるトルクの変化は減少する。所定の時間に亘って風力タービンが停止する平均風速には上限がある。しかし、可変速度の装置に対するこのような手段によるエネルギの蓄積は、ほとんど瞬時に起こり得る。
【００２２】
風力タービンのブレードのピッチ制御によって、ブレードのピッチ角の最適化が、この速度で最適な電力を集めるために風速の変化に適することができる。また、風速が増加するのに従って、ピッチ制御もロータの電力能力の減少を与える。ピッチ制御は、比較的急速である。しかし、突風は、ピッチ制御が反応できるよりも速く起こる可能性がある。突風が止んでいる間、風速が、ピッチ制御がペースを保つことができるよりも速く変化しているとき、他の制御が、設計レベルを維持するようにトルクを管理する。慣性エネルギの蓄積は、ミスマッチの間、突風からの全ての過剰電力が慣性に蓄えられるのを可能にするために十分である。
【００２３】
パワーエレクトロニクス（ＰＥ）は、システムが、グリッドに同期された電力（好ましくは場所によって６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ）を伝達する可変速度の発電で動作することを可能にする。ＰＥは、発電機が、さらなる複数の発電機を有するグリッドに同期されることを可能にする。さらに、ＰＥは、発電機（及びバックトルク）に対する負荷を制御することによって、機械駆動システムに対するトルクを管理するのを補助する。ＰＥ制御は、非常に速く、例えば、数サイクル（６０Ｈｚに対して１６ｍｓ／サイクル）以内に反応することができる。ＰＥ制御は、風力タービン装置（慣性、ピッチ設定及び風速）の現状を認識し、風力タービンに対するトルクを制御するのを助けるように、電力生産を制御する。
【００２４】
複数の小さな発電機は、比較的高効率で広範囲での電力生産を可能にする。例えば、各々が２５０ＫＷの容量を備えた６つの発電機を有する１．５ＭＷの風力タービンは、完全な定格出力で機能する単一の発電機で、２５０ＫＷの電力レベルで低い風で動作でき、これは、最も良い効率点である。風速が増加するのに従って、さらなる複数の発電機が、広範囲の風速に亘って全体的に高い発電効率を維持してもたらされる。平均風速が上がるのに従って、ラインにさらなる発電機を与えることは、複数の機械駆動で見られる平均的なトルクを管理するのを補助する。風速が減少するのに従って、発電機の最小数が、時間が経つにつれて平均風速に対応して好ましくは発電しているように、少なくとも１つの発電機が発電から除かれる。
【００２５】
トラックと接触して回転する複数のホイールを有する摩擦結合駆動は、トルクが所定のレベルを超えたとき、摩擦要素間の滑りによりトルクのピークを避けることができる。これらホイールがトラックを滑動するのに従って、機械的な電力は、滑り間の摩擦熱により散逸する。これは、効率の損失を表すが、安全性限界（safety limit）も表す。滑りが生じたとき、上記の制御により管理されない突風の駆動トルクが、摩擦熱により散逸する。この安全システムは、瞬間的であるが、大きなトルクの過重負荷が生じない限り、起こらない。摩擦安全の特徴部分は、摩擦要素の摩耗及び効率の損失と関連したエネルギ散逸のために、通常の制御の特徴部分として使用されない。また、この特徴部分は、発電している設備の各ユニットが、独立して（独立した負荷のパス）動作されるのを可能にし、かくして、発電している設備の他のユニットの有用性に影響を与えることなく、発電している設備の１つのユニット（例えば、１つの発電機）が動作しなくなることができる。
【００２６】
駆動システムは、好ましくは、必要な最大トルク限界を与えるように、摩擦機械電力伝送構成要素を組み込んだ簡単な機械駆動トレインである。好ましくは、複数の永久磁石発電機によって、比較的低速、可変速度動作及び高い発電効率での動作（例えば、摩擦の機械的な送電の近く又は小さなギヤボックスを通した電磁誘導である又は直接駆動に二重供給された電力発電機の他のタイプ）で発生される可変交流を処理し、風力タービンの駆動トレインのトルクを管理するためのパワーエレクトロニクスを可能にする。
【００２７】
図１に示されるように、このシステムは、好ましくは以下のシステムと構成要素とを有する。  
風力タービン駆動  
主シャフトと複数のベアリング  
複数の摩擦駆動機械構成要素  
駆動ホイール  
複数のタイヤ  
複数のタイヤのキャリヤ  
タイヤの負荷機構  
タイヤから発電機へのリンク  
主ブレーキ（ブレーキ液圧制御システムを含む）  
発電機と発電機冷却システム  
パワーエレクトロニクス  
制御システム  
データ収集システム  
ＷＴシステムのバランス  
ロータ（必要に応じて、複数の翼端ブレーキとピッチシステムとを含む）  
ヨーシステム（ヨーベアリング、ブレーキ、モータ及び制御を含む）  
ナセル（ベースプレート、ジブクレーン、アクセスプラットホーム及び囲いを含む）  
タワー及び基礎  
電気系統（モータ制御センタ、ＵＰＳ、主分離及びグリッドへの接続を含む）
風力タービンには変形がなされることができる。例えば、摩擦駆動ホイールは、図２に示されているように、ロータと電力発電機がナセルの内部に位置される摩擦駆動（例えば、ホイール）のすぐ後ろに位置されることができる。このレイアウトは、必要なベアリングの数を減少させ、また、ブレーキシステムは、主シャフトの後方端に装着される。
【００２８】
必要な定格出力と複数の電力発電機の仕様とを満たすように、摩擦駆動機構の数を増減させることができる。
【００２９】
主シャフト及び複数のベアリングは、ロータに支持を与え、ロータから機械駆動機構の残りにトルクを伝達する。また、主シャフトは、主ブレーキディスク及びキャリパからロータ及び駆動ホイールのような回転構成要素にトルクのパスを与える。
【００３０】
主ブレーキは、ロータ及び駆動トレインを停止させ、安全な状態にする（secure）ように設けられている。ブレーキシステムは、電力発電要素に対するブレーキ効果を減少させるために、低速シャフト４に好ましくは位置される。このブレーキシステムは、電力発電要素の高速シャフトに設置されることもできるが、ブレーキをかけている間、電力発電要素をトルクの偏倚運動（excursion）に晒す。
【００３１】
主ブレーキは、非動作的な風況（例えば、動作時の風速は、あるモデルでは４ないし２５ｍ／ｓであり、他のモデルの２ｍ／ｓないし５０ｍ／ｓであり、さらなる他のモデルでは３ないし２５ｍ／ｓである）の下でも、発電機の故障状態の下でも、ロータを数秒間停止させることができる。いかなる緊急時でも、このブレーキシステムは、タービンを安全に停止させるように駆動されることができる。緊急の場合、又はタービンにメンテナンスを行うとき、オペレータ／サービスマンが風力タービンを安全に停止させることができるように、いくつかの緊急停止ボタンが設けられている。
【００３２】
デザインは、主ブレーキに対して液圧で解放されるばね駆動システムを利用している。しかし、例えば液圧式、空気圧式、機械式又は電気式のブレーキのような他のタイプのブレーキが使用されても良い。このアプローチは、必要なブレーキを与え、主ブレーキシステムにより電力供給を始める風力タービンに課される必要性を最小にするように選択されている。
【００３３】
主ブレーキに対する液圧システムは、ポンプと、アキュムレータとを有し、このアキュムレータは、風力タービンがスタンバイ状態にあるとき、システムの圧力を維持すること及びシステムが加圧されることを確実にする。ブレーキは、制御電力の損失又は液圧の損失に近いように負荷するばねであることができる。液圧システムの電磁弁の駆動により、液圧がブレーキを解放させる。分離した制御バルブが設けられることができる。制御バルブの位置を制御することによって、システムの液圧と、かくしてブレーキ圧（及びブレーキにより散逸されたエネルギ）が変えられることができる。ブレーキシステムは、電力を発生要素に与えられたエネルギを制御するための手段として使用されることができる。
【００３４】
ブレーキディスクは、主シャフトに位置されている。メンテナンスの面からは、ブレーキディスクがメンテナンスのために容易に取り外されることができるように、駆動ホイールの外部にブレーキディスクを配置することが好ましい。また、上述のように、ブレーキシャフトは高速シャフトに位置されることもできる。ブレーキキャリパ及び液圧駆動システムは、ナセルのベースプレートに支持される。
【００３５】
摩擦駆動は、風力タービンの主シャフトにより直接駆動される駆動ホイール又はレーストラックを使用する。それ故、駆動ホイールは、風力タービンのロータと同じ速度で回転する。この駆動ホイールは、トラックの内部と外部との両方、又はトラックの外部で、駆動しているタイヤに対して異なるレイアウトを有するように設計されることができる。また、タイヤが駆動ホイールに対して垂直に駆動し、シャフト４の長軸に平行でないトラックが必要であるように設計された駆動ホイールが設けられることも可能である。駆動ホイールは、炭素鋼、ステンレス鋼又は他の適切な工学材料により形成されている。駆動ホイールは、金属部分からの溶接物として、キャスティングとして製造される、又は繊維強化複合材料として組み立てられるように設計されることができる。タイヤは、駆動ホイールに乗る。この駆動ホイールとタイヤの組み合わせとは、電気発電機に対するロータに風力タービンの速度を増加させるために必要とされる速度の増加を果すようにサイズが設定されている。これらホイールは、好ましくはタイヤであるが、トラックに適切な開口部に係合する複数のスプロケットを有する複数のホイールを含む他のホイールのデザインが使用されても良い。スプロケットを有するホイールが使用されたとき、滑りは全く起こらず、所定の条件の下の滑りが好ましい。
【００３６】
駆動ホイールから複数の発電機へと電力を伝送するために、複数のタイヤが使用される。駆動ホイールからこれら発電機へと電力を伝送するために、金属ホイールのように摩擦が使用され得る他の手段が使用されることもできる。駆動ホイールとこれらタイヤとの間は、摩擦カップリングである。これらタイヤは、複数のホイールを有する電動乗物に連結する摩擦駆動を与えるために使用される。
【００３７】
これらタイヤは、過度のトルク負荷（タイヤの標準的な負荷にタイヤと駆動ホイールとの間の摩擦係数を掛けた値を超えたトルク負荷）の下で滑る。滑りは、変動状態（upset condition）である。極端な過負荷上体を除いて、滑りは予期されない。発電機の負荷を制御することによって、滑りが生じた後の回転の回復が可能である。滑りの間、いくつかのタイヤの摩耗が予期されるが、タイヤの故障は予期されない。これらタイヤは、好ましくはソリッドタイヤ（即ち空気なし）である。
【００３８】
これらタイヤは、タイヤのアライメントを維持し、かつタイヤの車軸に支持を与えるタイヤのキャリヤに取着されている。キャリヤは、タイヤのホイールのシャフト、複数のベアリング（このうち１つは、適所でシャフトを保持するようにスラストベアリングでなければならない）及びばねソケットを保持する（図５参照）。
【００３９】
タイヤのキャリヤは、比較的大きなトルクを伝動する必要があれば、複数のタイヤを支持するように設計されることができる。タイヤのキャリヤは、接触点から上方回転するようにヒンジ接続されることができ、ナセルのベースプレートに負荷を及ぼす構造によって支持されることができる。代わって、タイヤのキャリヤは、一方が内側トラックに対して回転し、他方が外側トラックに対して回転する、２つのタイヤの間の駆動ホイールを挟むことによって、Ｃクランプの形態で使用されることができる。
【００４０】
タイヤが故障したとき、引っ込め（retraction）と進行限界リンクとが、ホイールの進行を制限し、メンテナンスのためにホイールを引っ込めることを可能にする。タイヤのキャリヤが十分に進行するので、タイヤは、タイヤの摩耗、季節の温度変化による熱成長及び駆動ホイールの製造許容差に関して説明される駆動ホイールと接触して留まる。
【００４１】
これらタイヤは、駆動ホイールと係合され、常に負荷される。パワーエレクトロニクスは、常に駆動ホイールと係合しているタイヤに対してオン／オフスイッチを制御することによって、発電機に負荷を与える又は負荷を除くために使用される。これは、タイヤがそれぞれの電力発電機に電力を供給するために必要とされたときのみ係合されるならば、タイヤの滑りがタイヤと駆動ホイールとの間の初期の接触中に生じるのを取り除く。
【００４２】
タイヤの負荷機構は、通常の動作中に見られる状態の範囲内でタイヤに適切な負荷が維持されることを確実にする。
【００４３】
熱膨張の衝撃、タイヤの摩耗、駆動ホイールの消耗及び有効なタイヤの負荷における駆動ホイールの偏向が、好ましくは全て考慮されている。さらに、上述のように、負荷機構は、使用時に見られる摩擦係数の範囲を説明するために十分なマージンを与えなければならない。負荷機構のデザインは、負荷機構の頻繁な調節が必要でないように設定される。
【００４４】
複数の発電機は、タイヤの回転速度でタイヤのシャフトにより好ましくは直接駆動される。（発電機により必要とされる速度を増加させるために、タイヤのシャフトと発電機のシャフトとの間に小さなギヤボックスを使用することが可能であるが、小さな発電機の使用は認められない。）しかし、発電機がナセルのベースプレートに固定されている間、ホイールのシャフトとタイヤとは、駆動ホイールセンタに対して径方向に自由に進行されなければならない。（タイヤは、駆動ホイールの振れ、熱膨張、タイヤの摩耗等を説明している間、駆動ホイールに対して必要な接触力を維持するように、径方向に自由に進行されなければならない。）
例えば、主シャフトの周りに整列された４つの（４）永久磁石（ＰＭ）流体冷却発電機（永久磁石空冷、電磁誘導及び二重給電誘導（doubly fed induction）のような他のタイプの電力発電機も使用されることができる。また、使用される発電機の数も、この例では、風力タービンに対して所望の定格電力に依存して、明記されたよりも多い又は少なくても良い。）が、摩擦駆動の複数のタイヤによって直接駆動される。これら流体冷却永久磁石発電機は、空冷永久磁石発電機よりも小さく、かつ高価でないので、好ましい。
【００４５】
複数の摩擦駆動タイヤが常に係合しているので、風力タービンの条件が所定の動作範囲の内にあるときはいつでも、発電機が一定に回転している。しかし、発電機は常に負荷されていない。むしろ、パワーエレクトロニクスシステムが、駆動トレインに対してトルクを管理するように、利用可能な風力と一致した発電機を負荷する。発電機が負荷されたとき、駆動ホイールが一定の径方向の負荷を受け、トルクを変化させる。
【００４６】
複数の小さな発電機は、時々の使用されていない状態の発電機を含む広範囲の動作に亘って、比較的高い効率を与える。大きな発電機は、風力タービンの全電力を処理するようにサイズが設定されたとき、広範囲の動作に亘って良い効率を有するが、単一の破損点を表す。複数の小さい発電機の使用は、単一の発電機により表される全電力のフラクションに単一の破損の結果を減少させることによって、動作上の信頼性を与える。ウインドファームは、多くの風力タービンを使用することによって、設備故障からの保護を果す。駆動システムは、１つのナセルに複数の発電機を組み込むことによって、冗長度を与える。複数の小さな発電機は、設定範囲内の全ての風速のために全出力において、又はほぼこれらの全出力だけで動作するために好ましくは制御される。これは、最大効率点で及びこの近くで動作されることを意味する。
【００４７】
流体冷却発電機は、発電機の非効率により、電力損失を取り除く又は散逸させるためのより冷たいサブシステムを必要とする。
【００４８】
より冷たいサブシステムは、単一ループが組み合わせられたシステムであり、各発電機に対するそれぞれのより冷たいシステムではない。ナセルのカバー（図示されない）が、より冷たいシステムに対する熱の散逸を維持するように、必要な換気を与える。低い設計温度に対して、凍結を防ぐためにプロピレングリコール及び水の冷却流体が使用される。
【００４９】
流体冷却システムは、発電機、流体を動かすためのポンプ及び簡単な制御により発生される熱を取り除くための熱交換器を必要とし、適切な動作を確実にするために内側ロックされる。空冷ＰＭ、電磁誘導又は二重給電発電機を使用する場合、冷却システムの使用が除かれることができる。前記ナセルのカバーは、発電機の非能率のために電力損失を散逸するために、必要な換気を与えるように設計されなければならない。
【００５０】
パワーエレクトロニクスシステムは、以下の能力を与えるように使用される。  
発電機のトルク及び速度を管理する。  
発電機の負荷を制御し、駆動トレインに対する発電機のバックトルクを管理する。  
発電機により与えられた可変周波数電力を、グリッドの電力に同期した６０Ｈｚの交流に変換する。  
発電機により与えられた無効電力を制御する。  
パワーエレクトロニクスは、各発電機からの出力をそれぞれ制御するように、又は発電機の数を一緒に制御するように、与えられる。
【００５１】
パワーエレクトロニクス（ＰＥ）は、整流器、ＤＣリンク及びインバータのような、いくつかの分離した要素からなる（図５参照）。整流器は、前記複数の発電機により発生された可変交流電圧を直流電圧（即ち、ＤＣリンク電圧）に変換する。ＤＣリンクは、インバータに定常直流電圧を与える。このインバータは、６０Ｈｚ、３φ電圧（又は電流）を発生させ、これは、グリッドに同期される又は絶縁バス（isolated bus）に給電されることができる。
【００５２】
制御システムは、ナセルに装着されたＰＬＣ Ｉ／ＯパネルとＤＡＳパネルとを有する。駆動制御パネルは、タワーの基部に装着されており、可視化コンピュータは、制御ビルディングにある。ＰＬＣ Ｉ／Ｏパネルは、固定速度モータに対するモータスタータと共に風力タービンを制御するために必要とされるＩ／Ｏの全てを含む。駆動パネルは、メインＶＡＣ入射電力とSinamicsドライブラインアップをと含む。標準的なデスクトップパソコンが、制御システムの操作を制御／監視するように、ＰＬＣとデータ収集コンピュータへの無線イーサネット（登録商標）リンクを介して離れて装着されている。好ましくは、ＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェイス）コンピュータのリモートデスクトップ機能が、コンピュータ、ポケットＰＣ、スマートフォン又は権限のある者による他の電気アクセスデバイスからインターネットを通じて完全なリモートアクセスを果すように駆動されることができる。好ましくは、ハードワイヤードファイアウォールが、有効なバーチャルプライベートネットワーク（ＶＰＮ）ログインでネットワークにログインした人へのイーサネット（登録商標）ネットワークへのアクセスを制限する。
【００５３】
ＰＭ発電機のトルク及び速度  
ＰＭ発電機により発生された電圧の周波数は、発電機の速度に直接比例している。発電機の速度は、風力タービンの電力と発電機の電気的な負荷との両方に依存している。定常状態では、摩擦駆動から発電機に与えられたトルクは、発電機により与えられたバックトルクと等しい（即ち、風力タービンを駆動させるために利用可能な電力は、発電機によりシステムから取り出される電力に等しい）。しかし、風又は負荷の過渡現象の間、これらトルクは平衡状態ではなく、風力タービンの回転速度が変化する。
【００５４】
例えば、風力タービンが５０％の負荷で動作しており、風速が増加するならば、風力タービン及び発電機の速度は増加し始める。より多くの風力が利用可能であるので、ＰＥは、グリッドにさらなる電力を与えるように反応し、風力タービンの速度が安定する。ＰＥがシステムを平衡状態にもたらす速度を制御することによって、ＰＥシステムは、風力タービン駆動システムで見られるトルクの偏倚運動を管理することができる。
【００５５】
周波数、電圧及び無効電力制御  
ＰＭ発電機により発生された電圧は、発電機の速度と電気的な負荷との両方に依存している。それ故、風又は負荷の過渡現象の間、発電機の出力電圧の大きさも変化する。発電機の電圧及び周波数を変化させることを説明するために、制御整流器は、異なるＡＣ電圧を定常ＤＣ電圧（即ち、ＤＣリンク）へと変換するために使用される。ＤＣリンクは、制御インバータに電圧を与える。
【００５６】
インバータは、電力グリッド又は孤立したパワーシステムに、制御され、６０Ｈｚである三相電圧を与える。ＰＥに対する全体の制御計画は、ユニットが配電網（即ち無限のバス）、又は局所的な、孤立している（又はアイランド状の）電力システムに電力を供給しているかどうかに依存している。電気グリッドと平行して起こったとき、ＰＥは、グリッドに与えられる実際の無効電力を制御することができる。グリッドに与えられる実際の電力は、発電機により開発された電気的な負荷（即ち、トルク）を決定する。
【００５７】
風力タービンが独立した電力システムで動作される（即ち、風力タービンがシステムに電力を供給する発電機のみである）とき、ＰＥ制御は、システムに対する負荷によって要求される電力に続いている間、バス電圧及び周波数を維持しなければならない。ＰＥが負荷により要求された電力を直接制御することができないので、他の制御要素が必要とされる。風力タービンの機械制御は、なおも、風力（ピッチ、ヨー又は主ブレーキ）から取り出された電力を制御するために使用されることができる。また、他の負荷制御も、必要である、又は望ましい。例えば、風が突然急に強く吹く、又は電気系統の負荷が突然変化すれば（例えば、かなりの電気的な負荷トリップ）、余分な電力を「ダンプする（"dump”）」ために抵抗負荷バンクを有する必要がある。同様に、電気系統の負荷が利用可能な風力を超えて増加するならば、負荷制限制御の必要がある。
【００５８】
主要なＰＥハードウェアの設計が、以下に与えられる。
【００５９】
整流器  
整流器は、自己整流し、活発な制御ラインコンバータである再生帰還アクティブフロントエンド（Active Front End）（ＡＦＥ）を含み、これは、特に高いライン供給品質を確実にする。
【００６０】
アクティブフロントエンドは、特に風力タービンのためにかなりの効果を奏する特別な特徴部分である。ＡＦＥは、いかなる倍音からもほとんど自由なラインフレンドリー正弦波電流を発生させる。これは、知的なスイッチング特性と統合クリーン電力フィルタとを結合することによって果される。さらに、ＡＦＥ切り換え原理は、ライン供給電圧変動が活発に埋め合わせられるのを許容して、高い制御ダイナミック性能を発生させる。
【００６１】
ＡＦＥは、電力ファクタがラインサイドコンバータにより影響を及ぼされることができるように、誘導無効電力が発生されるのを可能にする。
【００６２】
インバータの接続の欠点は、ＡＦＥの動作の自己整流モードにより発生されているとき、起こることができない。
【００６３】
ＤＣリンク  
高精度で動作する完全デジタルの電圧ＤＣリンク駆動インバータは、信頼性があり、効率的である。
【００６４】
インバータ  
インバータユニットは、４５ないし１０，０００ＫＷ、低損失電力ＩＧＢＴ’ｓ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を備えた、４６０、５７５又は６９０ＶＡＣ動作及びマイクロプロセッサの制御ベクトル規定に対して定格される。これらインバータは、発電機の制御及び保護機能を与える。（発電機には、エンコーダ、ＲＰＭフィードバックのための熱センサ、熱測定部及び過負荷保護部が設けられることができる。）
風力タービンには、以下の制御サブシステムが設けられることができる。  
通常の動作制御（起動、動作及び停止）  
安全システム（例えば、緊急停止、維持アクセスのためのシステムインタロック）  
ヨー制御  
ピッチ制御
制御システムには、アイランド状のアプリケーションに対して風力タービンの起動を支持するために十分な容量を有する無停電電源供給装置（ＵＰＳ）から電力が好ましくは与えられる。また、ＵＰＳは、電力品質の変化による分裂（disruption）から制御システムを保護する。
【００６５】
制御システムは、選択された系のパラメータを監視して、記録する能力を好ましくは含む。しかし、システムのパラメータの監視を交互にすることによって、データ収集システム（ＤＡＳ）により処理される。
【００６６】
起動シーケンス  
風力タービンは、接続されたグリッド又は独立した電力システムの一方を動作させるように設計されている。起動シーケンスは、両アプリケーションが１つのシーケンスに適することができるように設計されている。
【００６７】
風速が、好ましくは４ｍ／ｓないし２５ｍ／ｓであるとき、風力タービンが以下のようにして起動されることができる。  
ヨー制御システムを駆動させて、ロータに対してブレーキを解放する。  
風速に対応する電力位置に複数のブレードを回転させるように、ピッチ機構を駆動させる。  
ロータの速度がタービンの最小動作速度よりも大きくなるまで待ち、発電し始める。  
測定された風速に依存して、１ないしｎの発電機が、規制されたトルク制御方式によりオンラインでもたらされる（ｎはいかなる発電機の数であっても良く、例えば１.５ＭＷ  ＷＴは、各々が２５０ＫＷの定格出力を有する６つの発電機を使用することができる）。オフラインで使用される最も小さな発電機は、これら発電機が時間が経つにつれて等しく使用されることを確実にするように、各段階で使用される。第２の発電機がオンラインでもたらされる唯一の例外が、第１と発電機と常に完全に反対である場合である。  
ＡＦＥは、規制された周波数及び電圧で交流電源システムへと再発電し始める。  
水冷電力発電機を使用するならば、発電の後１０秒間、冷却ポンプが起動される。  
好ましくは、風速の動作範囲は、所定の時間に亘る平均風速に基づいている。
【００６８】
通常の動作制御  
通常の動作中、利用可能な運動エネルギが風力タービンから変化するのに従って、全ての発電機のオンライン／オフラインをもたらされる。これら発電機が最小速度から最大速度まで動作し（最小及び最大速度は、ロータのサイズ及びデザインに基づいて決定される）、突風の間、所定のされたオーバー速度である。ラバーホイール（タイヤ）が駆動ホイールに対して滑らないように、トルクが規制される。これらホイールは、突然の極端な突風の間、滑る可能性があるが、これは発電機に与えられたトルクを規制するためのバックアップ方法にすぎない。液圧ポンプ、発電機冷却システムポンプ、冷却ファン等の補助システムが、必要に応じて風力タービンの動作にもたらされる。
【００６９】
停止シーケンス  
通常の動作中、１０分間の平均の風速が２５ｍ／ｓよりも大きい、又は４ｍ／ｓよりも小さいとき、風力タービンは停止される。所定の位置に複数のブレードを回転させるピッチ機構は、最小限に減少された風から集められたエネルギである。ブレーキが与えられて、ＡＦＥが発電を止める。主駆動接触器は、通常の停止の間、閉じたまま留まる。また、冷却システム、液圧ポンプ及びヨーモータも、停止シーケンスの始めのところで止められる。
【００７０】
発電機の制御  
上述のように、パワーエレクトロニクスシステムは、発電機の負荷及び速度の制御を与える。システムは、過渡現象の間、駆動トレインに対するトルクを管理し、利用可能な風力に発電機の負荷を合わせる。主駆動接触器は、通常の停止の間、閉じられたまま留まるが、緊急停止中、又はグリッド接続の欠点が生じたとき、開かれる。
【００７１】
マシンの故障、過度の風又は他の操作状況に応じて、安全な動作及び停止を確実にするために、以下の安全発動をデザインが設けられることができる。  
主ブレーキの手動係合  
遠心力で駆動された空気力学ロータ翼端ブレーキ  
ヨーブレーキ  
耐風速の間の風向のヨー  
風からの電力の取り出しを減少させる又は排除するためのピッチシステムの駆動  
以下のいずれかによる主ブレーキの自動係合  
交流電力の損失  
ロータの超過速度  
主グリッド（又は、負荷バンク）のトリップ  
過剰振動  
通常の動作範囲を超えた風速（１０分間の平均）  
非効率と仮定されるヨー制御（ヨーミスマッチが限界を超えたとき）  
ヨー回転の再設定（ヨーは内側ケーブルを巻いており、これらケーブルは解かれる必要がある）  
低冷却剤（発電機の冷却剤のレベル）  
低液圧流体（液圧で解放されたブレーキに対する）
主ブレーキ制御の安全面が、以下に説明される。主ブレーキのリモートマニュアルアプリケーションが必要とされる。ブレーキは、基部のところで、及びタワーの上部のところの出口ドアのところで、タワーの内側から、制御ステーションから与えられることが可能であるべきである。ブレーキがナセルで又はナセルの近くで作業する保守技術員に先立って与えられなければ、規定が、技術者が安全であると感じることができることを確実にするために必要とされる。主ブレーキの自動駆動は、上述のように、いくつかの変動状態により引き起こされる。
【００７２】
ヨー駆動機構は、ナセルを風に向けるために使用される。ヨー駆動は、ヨー駆動のＡＣギヤモータの高いギヤ比を介してヨーブレーキとして機能する、又は分離したヨーブレーキが、風に向けられるタービンのナセルを保つために、必要なブレーキ力を供給するために使用されることができる。
【００７３】
ナセルの向き及び風向は、好ましくは、測定されて、追跡される。これらの間のミスマッチは、１０分間の風向の回転平均に対して１０°以内で制御される（５秒毎にサンプリングされる。）。
【００７４】
内側ケーブルが巻き取られるのを防ぐために、ナセルは、ニュートラル位置からの両方向に対して１０８０°回転されることができる（３回の完全な回転）。風の変化する向きが一定であり、巻き取りが起これば、風力タービンは停止し、ヨーシステムは、巻き取られない向きに適した位置に近づき、第１の位置が、ニュートラル位置の±１８０°内にあることができる。そして、風力タービンが、後ろに置かれることができる。
【００７５】
「ヨーメンテナンス位置ポート」及び「スターボード」の限界スイッチが、現在のモデルの風力タービンのメンテナンス目的のために、ナセルを向けるために使用される。これらモードが選択されたとき、所望の限界スイッチに達するまで、ヨーモータが巻き取られない方向に移動する。タワーのメンテナンスドアが開けられると、ヨー制御は完全に動かなくされる。
【００７６】
（ソフトウェアに基づいた）閉じたループの制御装置が、予め規定された動作カーブに対してタービンを保つように、タービンの動作状態を自動的に調節するために使用される。これは以下のことを含む。  
最適な電力を伝送するために最適なピッチ角を与える自由流風速を与えるように、ブレードのピッチを制御すること。  
定格風速よりも大きな風速で定格レベルに対するタービンの電力出力を規制するように、ブレードのピッチを制御すること。  
タービンの起動中又は停止中、所定の速度傾斜（ramp）に従うように、ブレードのピッチを制御すること。  
発電機を電気的に負荷する又は負荷を除くことによって、可変風速を受けて発電された電力で、増加手段又は減少手段を与える電子回路を使用して発電機の負荷を制御すること。
【００７７】
データサンプリング  
データ収集システムは、風力タービン制御システム及び駆動動作パラメータを読んで記録する。データは絶え間なくサンプリングされ、状態の変化を記録する。
【００７８】
システムは、オペレータが、このシステムがサンプリングされデータが記録されるところでの周波数を選択する能力を有するものとする。一般的に、データは、１秒間隔まで記録されることができる（見積もられたデータの負荷は、１日につき５０ＭＢ又は１年につき２０ＧＢである）。さらに、このシステムは、高周波数で選択された複数のパラメータを記録する能力を有するものとする。
【００７９】
データ伝送  
データ収集システムは、工学チームにデータを伝送する高速データ通信能力（ブロードバンド又は無線ＤＳＬ）を有する。データプログラムは、データを局所的に記憶し、データを毎日伝送する。データリンクの故障が起こった場合、規定（provision）が、まだ伝送されていない全てのデータを格納するように構成されている。
【００８０】
さらに、データプログラムは、複数のキーパラメータがほぼリアルタイムで監視されることを可能にする能力を有する。
【００８１】
データ及びモニタリング  
基本的な工学ツール（例えば、スプレッドシート又は他のデータのディスプレイ）が、動作中、風力タービンを監視し、ＤＡＳにより与えられるデータを解釈する際に使用するために与えられる。
【００８２】
電力供給  
ＤＡＳには、風力タービンのトリップに従って、データがセーブされるのを可能にする十分な容量を有する非常用電力供給から電力が供給される。ＵＰＳは、電力の品質の変化による分裂から制御システムを保護する。
【００８３】
風力タービンに好ましくは与えられ、好ましくは制御システム又はＤＡＳと一緒に監視される計測のリストが以下に与えられる。  
天候  
風速  
風向  
相対湿度  
周囲温度  
気圧  
降水量  
風力タービン  
ピッチ角  
（ニュートラルヨー位置に対する）ヨー角（±３フル回転）  
ロータの速度  
タイヤの速度（nx）  
タイヤの負荷（負荷セル）（nx）  
タイヤの温度（nx）  
主ブレーキの解放圧  
駆動ホイールの振動  
発電機のシャフトの振動（nx）  
ロータの振動  
ヨーブレーキ位置  
タワーの振動（地震タイプセンサ）  
ナセルの内部の温度  
電力  
それぞれの発電機の温度（nx）  
それぞれの発電機の電圧（nx）  
それぞれの発電機の電流（nx）  
パワーエレクトロニクスの出力電圧（nx）
ＰＥの無効電力ファクタ又は電流（nx）  
ＰＥの周波数（nx）  
ＰＥの中間電圧（直流）（nx）  
電力  
ＶＡＲｓ  
変数？  
グリッド  
冷却剤  
流れ  
レベル  
温度  
圧力  
ブレーキの液圧  
圧力  
レベル  
温度
ここで、ｎはそれぞれの構成要素の数である。
【００８４】
ナセルの最も重いフィールドの交換可能な構成要素を持ち上げ、下げ、移動させることが可能なクレーンが、ナセルの内部に設けられる。ＰＭ発電機又は駆動ホイールのトラックは、特定される最も重い構成要素である。リフト範囲は、地面から構成要素位置へのナセルの位置である。タワーのベースの上のハブの高さのオーダに、垂直なリフトがある。
【００８５】
クレーンは、手動又は電気的に動作されることができる。風力タービンが動作していないとき、いかなる一般的なサイト電力も利用可能でないので（また、風力タービンが動作しているとき、クレーンが使用されることができないので）、電気動作は、ポータブル式発電機又は局所的なグリッドのような外部電源なしでは可能でない。
【００８６】
タワーは、風力タービンの高度と支持とを与える。また、このタワーは、シェルタを与え、様々な制御パワーエレクトロニクス、ＤＡＳ及び電気系統に接続される。タワーの基部の内径は、タワー内でのＰＥ、制御パネル、ＤＡＳ及びモータ制御センタの設置に十分である。
【００８７】
基礎は、鉄筋コンクリートであることができ、土の表土の重さを加える（soil overburden weighted ）構造体であることができる。この基礎は、全ての耐風速に対して、風力タービンに伝達される力及びモーメントと反応する。
【００８８】
電力は、複数の発電機に供給されることができ、制御装置は、風速が複数のブレードを回転させるのに必要とされる初期の慣性を克服するのに十分でないとき、少ない風況で風力タービンを起動させるために、モータとして複数の発電機を動作させるようにプログラムされることができる。少ない風況では、風速はこれらブレードの回転を始めるのに必要とされる力を超えるのに十分でないが、機械的手段により回転が始められた後にブレードを回転させ続けるには十分であり、効果が、回転を始めるための電力を使用することによって取り出されることができる。回転が始められた後、ロータ（及び複数のブレード）が通常の動作範囲内にある所定の速度で回転し、制御装置は、モータとして発電機を動作させるように発電機に供給される電力を切断し、これら発電機は、ブレードを回転させ続ける風力エネルギで動かされるように再び発電機として使用され、発電機を通して電力を発生させる。風が、モータとして発電機を使用することにより始められる回転に続いて風力タービンの動作を維持するために十分でなければ、発電機への電力が制御装置により切断されたとき、タービンが回転を簡単に停止させる。例えば、風から十分なエネルギを提供する１秒につき４メートルの風速でモータのモードに入ることなく自己起動することが可能な２メガワットの風力タービンは、ブレードの回転を始めるのに必要な初期の慣性を克服するために、風から十分なエネルギを得る。風速が１秒につき３メートルであり、この風速がブレードの回転を始めるのに十分でないが、ブレードが既に回転していれば回転を維持するために十分であれば、これらブレードの回転がモータとして動作している発電機を使用するように始まったとき、１秒につき３メートルの風速が、ブレードの回転を維持するために十分である。発電機に供給され、風速が続くのと同じくらい長い間切断されて、ブレードがその速度に回転し続けて、発電機を通して電力を発生させる。この方法は、タービンが可能であるよりも低風速で電力を発生させることを可能にする。
【００８９】
発電機は、発電機に設計された１５０％のトルクの需要量（demand）まで、電気ブレークとして発電機を使用することができる。制御装置は、発電機が回転するのを止めるようにプログラムされることができ、これにより、ロータが回転するのを止める。トルクの需要量は、タービンを停止させるために数秒間課されるのみでよい。ロータの速度がゼロであるとき、制御装置は、トルクの需要量を取り除く。絶縁破壊は、主な中断が故障した場合に、他の安全機能をタービンに加える。例えば、２メガワットの風力タービンに対して、電力発電機は、２メガワットで定格される。また、これらブレードは、２メガワットの電力を伝送するように設計されている。短時間の間、１５０％のトルクの需要量を発電機に与えることによって、タービンのブレーキ能力は３メガワットへと増加し、これは、タービンが回転するのを止めるために適切である。
【００９０】
さらなる実施の形態では、発電機は、タービンの通常の動作範囲を超えて起こる突風を受けるように、これら発電機の定格負荷よりも高いところで動作するように設計されることができる。例えば、これら発電機は、ロータの速度を制御し、タービンの通常の速度範囲を一時的に超えた風速により引き起こされる超過速度を避けるために、定格負荷を超えた１２０％のトルクの需要量に耐えるように設計されることができる。ロータの速度が所定の設定値を超えたとき、又はロータの速度の立ち上がり（ramp-up）速度が所定の設定値を超えたとき、制御装置は、電力発電機から１２０％のトルクの需要量を与えるようにプログラムされる。トルクの需要量は、数秒のみ与えられ、制御装置は、ロータの速度を追跡する。電力発電機を駆動しているタイヤが滑ると、トルクの需要量は制御装置によって半分に減らされる。例えば、２メガワットの風力タービンは、風から取り出された電力の量を制御する風力の自由流速度に相当するブレード角を調節するピッチ機構を備えている。突風は、警告なく生じる可能性があり、風速は、ピッチシステムが応じることが可能であるよりも早く増加することができる。２メガワットの風力タービンは、突風を克服するために、短時間の間に２．４メガワット（１２０％のトルクの需要量）まで動作する能力を有し、かくしてピッチ機構の応答のための時間を可能にする。さらなる実施の形態では、これら電力発電機は、突風に対応するために、短時間の間に、１５０％のトルクの需要量で動作するように設計されることができる。  
図３は、概略図である。実際のタービンのブレードは、トラックの直径よりもはるかに大きな直径を有するブレードの先端を通る周縁部を有する。
以下に、出願時の特許請求の範囲に記載された事項を付記する。
［条項１］  ロータに装着された複数のブレードを具備する風力タービンであって、前記ロータは、回転可能なシャフトを有し、このシャフトには、シャフトから外側に延びた駆動ホイールが設けられ、この駆動ホイールは、前記複数のブレードが風速に応答して回転するのに従って、前記シャフト及びロータと一緒に回転し、このロータは、広範囲の速度を有し、複数のホイールが、前記駆動ホイールと連続して回転可能であるように接触しており、これらホイールは、エネルギを発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、このタービンは、ピッチ、ヨー及びブレーキのグループから選択された少なくとも２つを含む前記複数のブレードの速度を制御するための複数の手段を有し、制御装置が、前記ピッチ、ヨー及びブレーキの少なくとも２つを制御し、かつ前記複数のブレードの速度に関する複数のパラメータを監視しながら、これらブレードの速度に基づいて、ゼロないし全ての発電している発電機の数を制御するように接続されており、また、この制御装置は、前記回転可能なシャフトのトルクに基づいて、発電している発電機の数を加える又は除くようにプログラムされている、風力タービン。
［条項２］  前記制御装置は、各発電機のスイッチを入れる又は切ることによって、発電している発電機の数を制御するように接続されており、また、この制御装置は、風速、風向、ヨー位置、ピッチ位置、ブレードの速度、ロータの速度及び時間を含むいくつかのパラメータを監視するように接続されている条項１の風力タービン。
［条項３］  前記駆動ホイールは、この駆動ホイールの周縁部にトラックを有し、また、
前記複数のホイールは、このトラックと接触している条項２の風力タービン。
［条項４］  前記トラックは、前記シャフトの面にほぼ平行に延びている条項３の風力タービン。
［条項５］  ロータの速度が、発電している発電機の各々に対して、所定のレベルより高い及び低い動作範囲内でそれぞれ増加する又は減少するのに従って、前記制御装置が、発電している発電機を加える又は除くように接続されている条項２の風力タービン。
［条項６］  前記制御装置は、前記ロータがロータの最小平均速度で回転しているとき、前記複数の発電機のうち１つの発電機を発電させるように、また、前記ロータがロータの最大速度で回転しているとき、前記複数の発電機のうちいくつかの発電機を発電させるように接続されている条項３の風力タービン。
［条項７］  前記制御装置は、ロータの平均速度が所定時間前記動作範囲外にあるとき、このタービンを停止させるようにプログラムされ、接続されている条項５の風力タービン。
［条項８］  ロータの平均速度が、少なくとも１分間測定され、また、
前記制御装置は、このロータの平均速度が前記動作範囲外にあるときはいつでもこのタービンを停止させるように接続されている条項５の風力タービン。
［条項９］  この風力タービンは、最適な周速比を有し、
前記制御装置は、１秒につき５メートルないし１秒につき２５メートルの範囲にある風速に対して前記最適な周速比でこの風力タービンを実質的に動作させるように接続され、プログラムされている条項１の風力タービン。
［条項１０］  少なくとも４つの発電機があり、これら４つの発電機は、これら発電機のスイッチをそれぞれ入れる又は切るように、また、ロータの平均速度に基づいた発電モードでいくつかの発電機を動作させるように接続されている条項５の風力タービン。
［条項１１］  前記発電機は、電力を発生させる条項１０の風力タービン。
［条項１２］  各発電機は、この風力タービンの最大出力よりも実質的に小さなサイズを有し、前記複数の発電機は、このタービンの最大電力出力を処理可能な全サイズを有する条項１の風力タービン。
［条項１３］  前記制御装置は、プログラム可能な論理制御装置である条項１の風力タービン。
［条項１４］  前記制御装置は、監視される複数のパラメータの変化を検出して、ピッチ、ヨー及びブレーキの少なくとも１つを数秒以内に調節可能なパワーエレクトロニクス制御装置である条項１の風力タービン。
［条項１５］  前記制御装置は、電気制御装置である条項１の風力タービン。
［条項１６］  前記制御装置は、（ａ）  発電機のトルク及び速度を管理することと、（ｂ）  各発電機の負荷を制御し、このタービンの駆動トレインに対する発電機のバックトルクを管理することと、（ｃ）  前記複数の発電機により与えられた可変周波数の電力をグリッドの電力に同期された６０Ｈｚの交流に変換することと、（ｄ）  これら発電機により与えられた無効電力を制御することと、（ｅ）  各発電機からの出力を制御することと、（ｆ）  複数の発電機からの出力を一緒に制御することと、の少なくとも１つが可能であるパワーエレクトロニクスシステムである条項１の風力タービン。
［条項１７］  前記制御装置は、（ａ）  発電機のトルク及び速度を管理することと、（ｂ）  各発電機の負荷を制御し、このタービンの駆動トレインに対する発電機のバックトルクを管理することと、（ｃ）  前記複数の発電機により与えられた可変周波数の電力をグリッドの電力に同期された６０Ｈｚの交流に変換することと、（ｄ）  これら発電機により与えられた無効電力を制御することと、（ｅ）  各発電機からの出力を制御することと、（ｆ）  複数の発電機からの出力を一緒に制御することと、が可能であるパワーエレクトロニクスシステムである条項１の風力タービン。
［条項１８］  前記パワーエレクトロニクス制御装置は、整流器と、ＤＣリンクと、インバータとを有し、前記整流器は、前記複数の発電機により発生された可変交流電圧を直流電圧に変換するように接続されており、前記ＤＣリンクは、前記インバータに定常直流電圧を与えるように接続されており、前記インバータは、前記グリッドに同期される又は絶縁バスに給電されることが可能な周波数の三相電圧又は電流を発生させる条項１４の風力タービン。
［条項１９］  前記電流は、６０Ｈｚの交流と５０Ｈｚの交流との一方である条項１８の風力タービン。
［条項２０］  このタービンの複数の動作パラメータ、風況及び天候条件を得て記録するためのデータ収集システムを有する条項１の風力タービン。
［条項２１］  ロータに装着された複数のブレードを具備する風力タービンであって、前記ロータは、回転可能なシャフトを有し、このシャフトには、シャフトから外側に延びた駆動ホイールが設けられ、この駆動ホイールは、前記複数のブレードが回転するのに従って、前記シャフト及びロータと一緒に回転し、このロータは、風速に基づいた広範囲の速度を有し、複数のホイールが、前記駆動ホイールと連続して回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、この風力タービンは、ギヤボックスを有しておらず、グリッドに同期されることが可能な前記複数の発電機から電力を発生させるように、可変速度で動作し、前記制御装置は、前記回転可能なシャフトのトルクに基づいて、発電している発電機の数を加える又は除くようにプログラムされている、風力タービン。
［条項２２］  風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、このタービンは、ピッチ制御、ヨー制御及びブレーキのグループから選択された少なくとも２つを含む前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、制御装置が、前記ロータの速度に基づいて、発電している発電機の数を制御するように接続されており、この方法は、風速、風向、ロータの速度、ヨー方向、ブレーキとピッチとの一方、発電機の数、現在発電している発電機の数及びロータのシャフトのトルクを監視するように、前記制御装置をプログラムすることを具備し、また、この方法は、起動することを具備し、前記制御装置は、平均風速が所定の最小時間より高い動作範囲内にあるとき、前記ロータを加速させるように解放し、この制御装置は、前記ロータが必要な最小速度に達したとき、第１の発電機に負荷を置き、この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクに発動機の総数を掛けて動作している発電機の数で割った値が、さらなる発電機を段階的に導入するための所定の最小トルクよりも大きいとき、さらなる複数の発電機を段階的に導入し、この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクに発電機の総数を掛けて動作している発電機の数で割った値が、１つの発電機を段階的に廃止するために必要な所定の最小トルクよりも小さいとき、１つの発電機を段階的に廃止し、この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルク及び発電している発電機の数に応じて必要とされる発電機を段階的に導入又は廃止し、この制御装置は、前記ロータのシャフトのトルクが１つの発電機を動作させるための所定の最小値より小さいとき、動作している最後の発電機を段階的に廃止し、前記ロータ及び発電機を停止させ、この制御装置は、所定時間に亘る平均風速が所定の最大風速よりも大きいとき、前記ロータを停止させ、全ての発電機を段階的に廃止し、この制御装置は、前記風速が前記動作範囲内に増加するのに従って、さらなる複数の発電機に負荷を置き、また、前記風速が前記動作範囲内に減少するのに従って、さらなる複数の発電機から前記負荷を除き、前記制御装置は、１つの発動機を動作させるために必要とされるロータの最小速度から全ての発電機を動作させるために必要とされるロータの最大速度までの広範囲でエネルギを発生させるように、この風力タービンを動作させる、風力タービンの動作方法。
［条項２３］  風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、この方法は、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、前記制御装置を接続することと、前記パラメータの少なくとも１つの変化に応答して、ヨー、ピッチ、ブレーキの少なくとも１つを調節するように、及び発電している発電機の数を調節するように、前記制御装置をプログラムすることと、前記駆動ホイールの速度を制御するために、ヨー、ピッチ及びブレーキのいずれか２つを調節するように、前記制御装置をプログラムすることと、前記駆動ホイールの速度が、前記増加又は減少を保証するために十分な量だけ、それぞれ増加又は減少するのに従って、発電している発電機の数を増加及び減少させるように、前記制御装置をプログラムすることとを具備する、風力タービンの動作方法。
［条項２４］  前記シャフトに要求される複数のトルクに発電機の総数を掛けて発電している発電機の数で割った値が、所定のトルクの設定値の９５％よりも大きいとき、さらなる１つの発電機を発電させるように、また、前記シャフトに要求されるトルクに発電機の総数を掛けて発電している発電機の数で割った値が、所定のトルクの設定値の９０％よりも小さいとき、発電している発電機から除かれるように、制御装置を接続し、プログラムすることを含む条項２２の風力タービンの動作方法。
［条項２５］  回転している前記複数のブレードに一時的に運動エネルギを蓄えるように、このタービンを動作させることを含む条項２２の風力タービンの動作方法。
［条項２６］  前記制御装置は、パワーエレクトロニクスシステムであり、この方法は、グリッドに同期された電力を伝送する可変速度の発電機を有するこのタービンを動作させることを含む条項２２の風力タービンの動作方法。
［条項２７］  この風力タービンの動作範囲内でできるだけ電力を発生させるために、風況に基づいて可能な最高速度でこの風力タービンを動作させるように、前記ロータの速度を増加させるために、前記ヨー及びピッチを制御することを含む条項２２の風力タービンの動作方法。
［条項２８］  この方法は、広範囲に亘って可変速度でこの風力タービンを動作させることを含み、前記複数の発電機は、周波数の変化で交流電流を発生させ、前記交流電流をほぼ一定の周波数で最終的な生成交流電流に接続するように、パワーエレクトロニクスを使用し、前記最終的な生成交流電流をグリッドに給電する条項２２の風力タービンの動作方法。
［条項２９］  前記ディスクは、前記複数のブレードの直径よりもかなり小さな直径を有する条項１ないし３のいずれか１の風力タービン。
［条項３０］  風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、前記複数の発電機は、モータとしてこれら発電機を動作させるように、電力供給部に接続されており、この方法は、（ａ）  風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、前記制御装置を接続することと、ヨー、ピッチ、ブレーキ及び発電機のトルクの需要量の少なくとも１つを調節するように、及び前記複数のパラメータの少なくとも１つの変化に応答して、発電している発電機の数を調節するように、前記制御装置を接続することと、（ｂ） 前記風速が、前記複数のブレードを回転させるのに十分であるが、これらブレードの回転を始めるために必要な力を克服するのに不十分であるとき、前記制御装置を決定するようにプログラムすることとを具備し、この制御装置は、このタービンが所定の動作範囲の速度に達するまで、これらブレードが回転を始めるように、前記複数の発電機に電力を供給し、モータとしてこれら発電機を動作させる、風力タービンの動作方法。
［条項３１］  このタービンが所定の動作範囲の速度に達したとき、前記複数のモータを停止させることと、このタービンの前記回転から電力を発生させるように、発電機として前記複数の発電機を使用することとを含む条項３０の風力タービンの動作方法。
［条項３２］  このタービンを停止させるために、１５０％のトルクの需要量までの電気ブレーキとして前記複数の発電機を使用するように、前記制御装置をプログラムすることと、このタービンが停止したとき、前記トルクの需要量を終わらせることとを含む条項３１の風力タービンの動作方法。
［条項３３］  短時間の間に定格負荷の少なくとも１２０％のトルクの需要量を有する突風を克服するために、前記複数の発電機が定格負荷よりも高いところで使用されることを可能にするように、前記制御装置をプログラムすることを含む条項３０の風力タービンの動作方法。
［条項３４］  高速突風の間の短時間に定格負荷を超える１５０％のトルクの需要量まで、前記複数の発電機を動作させるように、前記制御装置をプログラムすることを含む条項３３の風力タービンの動作方法。
［条項３５］  風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、これら発電機は、１５０％までのトルクの需要量で動作可能であり、このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、このタービンは、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を有し、この方法は、このタービンを停止させるように、１５０％までのトルクの需要量で電気ブレーキとして前記複数の発電機を使用し、このタービンが停止したとき、前記トルクの需要量を不連続にするように、前記制御装置をプログラムすることを具備する、風力タービンの動作方法。
［条項３６］  風力タービンの動作方法であって、この風力タービンは、ロータを形成するようにハブに装着された複数のブレードを具備し、前記ロータは、シャフトに装着されており、このシャフトには、駆動ホイールが設けられており、複数のホイールが、前記駆動ホイールと回転可能であるように接触しており、これらホイールは、電力を発生させるために複数の発電機を駆動させるように接続されており、これら発電機は、定格負荷よりも高いところで動作することが可能であり、このタービンは、前記ロータの速度を制御するための複数の手段を有し、このタービンは、風速、風向及び前記駆動ホイールの速度に関するいくつかのパラメータを監視するように、制御装置を有し、この方法は、最大動作速度を超えて前記ロータの速度を増加させる可能性のある突風を克服するために、定格負荷よりも高いトルクの需要量で前記複数の発電機を使用するように、前記制御装置をプログラムすることを具備する、風力タービンの動作方法。
［条項３７］  １２０％のトルクの需要量まで、定格負荷よりも高いところで前記複数の発電機を動作させるように、前記制御装置をプログラムすることを含む条項３６の風力タービンの動作方法。
［条項３８］  １５０％のトルクの需要量まで、定格負荷よりも高いところで前記複数の発電機を動作させるように、前記制御装置をプログラムすることを含む条項３６の風力タービンの動作方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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