(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンの最大電力が達成されていない風況でズレ角度が小さいシステムを提供する。【解決手段】回転軸の周りに旋回可能なハブと、前記ハブに接続された第１の軸受１７０と、テーパ・アダプタ１７５と、前記第１の軸受１７０に前記アダプタ１７５によって接続された第２の軸受１８０と、を備え、前記第１および第２の軸受１７０、１８０と前記アダプタ１７５とは、前記ハブの前記回転軸の傾斜角が調整可能となるように配置される風力エネルギー・システムが提供される。さらに、風力エネルギー・システムを動作させるための方法が提供される。【選択図】図２
2011226486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）回転軸（１９０）の周りに旋回可能なハブ（１３０）と、
ｂ）前記ハブ（１３０）に接続された第１の軸受（１７０）と、
ｃ）テーパ面を含むアダプタ（１７５）と、
ｄ）前記第１の軸受（１７０）に前記アダプタ（１７５）によって接続された第２の軸受（１８０）と、を備え、
前記第１の軸受（１７０）、前記第２の軸受（１８０）、および前記アダプタ（１７５）は、前記ハブ回転軸（１９０）（１３０）の傾斜角が調整可能となるように配置される風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項２】
前記第１の軸受（１７０）は、前記風力エネルギー・システム（１００）のタワー（１１０）上に取り付けられた下部ヨー軸受であり、前記アダプタ（１７５）は前記下部ヨー軸受の最上部に配置される請求項１に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項３】
前記第１の軸受（１７０）は、実質的に水平軸の周りに回転可能であり、前記アダプタ（１７５）は、前記第１の軸受（１７０）上に取り付けられる請求項１に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項４】
前記ハブ（１３０）に接続されたシャフト（４５０）をさらに備え、前記シャフト（４５０）は前記ハブ回転軸（１９０）の周りに回転可能であり、前記シャフト（４５０）は前記第２の軸受（１８０）によって支持される請求項３に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項５】
前記シャフト（４５０）に接続され、前記アダプタ（１７５）によって支持されるギアボックス（４１０）をさらに備える請求項４に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項６】
ａ）前記第１の軸受（１７０）が取り付けられるグースネック（４００）と、
ｂ）一端部において前記シャフト（４５０）に接続され、第２の端部において前記グースネック（４００）に接続されるギアボックス（４１０）と、をさらに備える請求項４に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項７】
ａ）ギアボックス入力シャフトと、
ｂ）前記シャフト（４５０）と前記ギアボックス入力シャフトとの間でトルクを伝達するように適合された伸縮継手と、をさらに備える請求項４に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項８】
コントローラに接続された風速表示器をさらに備え、風速値は前記風速表示器から前記コントローラに送信され、前記コントローラは、前記軸受駆動部に接続され、前記風速値に応じて傾斜角を調整するようにプログラムされる前記請求項の一項に記載の風力エネルギー・システム（１００）。
【請求項９】
回転軸（１９０）の周りに旋回可能なハブ（１３０）と、前記ハブ（１３０）に接続された第１の軸受（１７０）と、第２の軸受（１８０）と、前記第１の軸受（１７０）と前記第２の軸受（１８０）とを接続するテーパ・アダプタ（１７５）と、を備える風力エネルギー・システム（１００）を動作させるための方法であって、
ａ）前記回転軸（１９０）に対する設定傾斜角を決定することと、
ｂ）前記第１の軸受（１７０）と前記第２の軸受（１８０）との少なくとも一方を、前記ハブ（１３０）の傾斜角が前記設定傾斜角に調整されるように回転させることと、を含む方法。
【請求項１０】
ａ）風傾斜角値を決定することと、
ｂ）前記風傾斜角値に応じて前記回転軸（１９０）に対する前記設定傾斜角を計算することと、をさらに含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、風力エネルギー・システムおよび風力エネルギー・システムを動作させるための方法に関する。特に、本発明は、風力エネルギー・システムに対する傾斜調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力エネルギー・システムのハブの回転軸には、ハブに取り付けられたロータ・ブレードの先端と風力エネルギー・システムのタワーとの間に必要な静的間隔を形成するために、タワーを通る軸に垂直な線に対して傾斜角が設けられていることが多い。静的間隔は、とりわけ最大予想風況とロータ・ブレードの材料特性とによって決まる。隙間は、ロータ・ブレードとタワーとの間の接触を回避するために必要である。しかし、風力タービンのハブの回転軸のこの正の傾斜角は、ハブおよびロータ・ブレードの回転軸と風の方向との間にズレ角度が生じる原因になる。その結果、風はロータ・ブレードに、ズレ角度の下で衝突することになる。
【０００３】
さらに加えて、ロータに対する風の流入方向は一般的に、水平線とずれている。これは、吹上げとして知られる自然現象である。傾斜角とは対照的に、吹上角、または吹上げと水平線との間の角度は一般的に、風況および現地条件に応じて変化する。こうして、ズレ角度は、傾斜角と吹上角との合計である。
【０００４】
ズレ角度は、風向に垂直なロータ・ブレードによって覆われる面積が小さくなる原因になる。したがって、エネルギー収量が、ロータ平面に完全に垂直な流入が起きている状況と比べて、小さくなる可能性がある。さらに、流入ズレがあると、負荷が不安定になる一因になる可能性があり、風力エネルギー・システムの動作がより複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、風力エネルギー・システムとして、特にタービンの最大電力が達成されていない風況でズレ角度が小さいシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上のことを考慮して、回転軸の周りに旋回可能なハブと、ハブに接続された第１の軸受と、テーパ・アダプタと、第１の軸受にアダプタによって接続された第２の軸受と、を備え、第１および第２の軸受とアダプタとは、ハブの回転軸の傾斜角が調整可能となるように配置される風力エネルギー・システムが提供される。
【０００７】
別の態様によれば、ナセルと、前記ナセルに接続された上部ヨー軸受と、上部ヨー軸受に接続されたテーパ・アダプタと、アダプタを支持する下部軸受と、を備える風力エネルギー・システムが開示される。
【０００８】
さらなる態様によれば、風力エネルギー・システムに対する傾斜調整システムであって、第１の軸受と、テーパ・アダプタと、第１の軸受にアダプタによって接続された第２の軸受と、を備え、第１および第２の軸受とアダプタとは、風力エネルギー・システムのシャフトの傾斜角を調整するために配置される傾斜調整システムが提供される。
【０００９】
さらなる態様によれば、回転軸の周りに旋回可能なハブと、ハブに接続された第１の軸受と、第２の軸受と、第１の軸受と第２の軸受とを接続するテーパ・アダプタと、を備える風力エネルギー・システムを動作させるための方法であって、回転軸に対する設定傾斜角を決定することと、第１の軸受と第２の軸受との少なくとも一方を、ハブの傾斜角が設定傾斜角に調整されるように回転させることと、を含む方法。
【００１０】
さらなる態様によれば、回転軸の周りに旋回可能なハブであってナセルに接続されたハブを備える風力エネルギー・システムを動作させるための方法であって、回転軸に対する設定傾斜角を決定することと、設定傾斜角に応じて上部ヨー軸受を回転させることであって、上部ヨー軸受はナセルを支持し、テーパ・アダプタの最上部に取り付けられる、回転させることと、を含む方法。
【００１１】
本明細書で説明する実施形態と組み合わせることができるさらなる態様、優位性、詳細、および特徴は、従属請求項、説明、および添付図面から明らかとなる。
【００１２】
本発明の完全で実施可能な程度の開示が、そのベスト・モードも含めて、当業者に向けられており、本明細書の残りの部分において、添付図に対する言及も含めて、より詳細に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムの概略図である。
【図２】本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムの概略図面である。
【図３】本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムの幾何学的配置を例示する概略図面である。
【図４】本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムの概略図面である。
【図５】図４と比べて異なる位置に示す図４による傾斜調整システムの概略図面である。
【図６】本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムの概略図面である。
【図７】図６と比べて異なる位置に示す図６による傾斜調整システムの概略図面である。
【図８】本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムの概略図面である。
【図９】図８と比べて別の位置に示す図８による傾斜調整システムの概略図面である。
【図１０】本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムの部品の概略図面である。
【図１１】本明細書で説明する実施形態による方法を例示する概略図である。
【図１２】本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムの部品の概略図である。
【図１３】本明細書で説明する実施形態によるさらなる傾斜調整システムの概略図面である。
【図１４】本明細書で説明する実施形態による別の傾斜調整システムの概略図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の種々の実施形態について詳細に参照する。その１または複数の実施例を図に例示する。各実施例は、本発明の説明として与えており、本発明の限定を意味するものではない。たとえば、一実施形態の一部として例示または説明する特徴を、他の実施形態上でまたは他の実施形態とともに用いて、さらに他の実施形態をもたらすことができる。本発明にはこのような変更および変形が含まれることが意図されている。
【００１５】
以下の図面の説明において、同じ参照番号は同じ構成部品を指している。一般的に、個々の実施形態に関する違いのみについて説明する。図面に示す構造は、縮尺に従って示しているわけではなく、むしろ実施形態の理解をより良好にできることに役立つだけである。
【００１６】
図１は、風力エネルギー・システム１００（風力タービンとも言われる）の概略図である。風力エネルギー・システム１００は、タワー１１０を備え、その最上端には装置ナセル１２０が取り付けられている。そこに、３つのロータ・ブレード１４０を有するハブ１３０が取り付けられている。
【００１７】
ハブ１３０は、装置ナセル１２０の外側端に取り付けられている。ハブは一般的に、風力エネルギー・システム１００の装置ナセル１２０の内部に配置された発電機（図示せず）に接続されていても良い。ハブは典型的には、実質的に水平軸の周りに回転可能である。図１には示していないが、２つの軸受とテーパ・アダプタとが配置されて、ハブの回転軸の傾斜角を調整するための傾斜調整システムが与えられている。
【００１８】
「傾斜角」は、本明細書で用いる場合、ロータ面（ロータ・ブレードが位置する）と垂直方向との間の角度であると理解しなければならない。ロータ面は、ロータ・ブレードの実際の３次元配置の理想化した２次元表現と理解しても良い。特に、ロータ・ブレードは必ずしも単一面内には配置されておらず、円錐状の体積を画定していても良い。この場合、ロータ面は、円錐の軸方向に延びる部分の中に配置される。
【００１９】
典型的には、本明細書において用語「水平方向」とともに示す面または線は、地球の中心を通って延びる線に少なくとも局所的に垂直な面または線であると理解しなければならない。たとえば、水平面は重力の方向に垂直である。垂直方向は実質的に水平方向に直角である。
【００２０】
図２を参照して、本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムについて説明する。
【００２１】
図２は、本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムに対する傾斜調整システムの概略図である。図２に示す傾斜調整システムは、第１の軸受１７０（下部ヨー軸受１７０とも言われる）を備えている。さらに、傾斜調整システムは、下部ヨー軸受１７０の最上部に配置されたアダプタ１７５を備えている。アダプタの最上部には、第２の軸受１８０が配置されている。第２の軸受１８０は上部ヨー軸受１８０と言うこともできる。アダプタ１７５はテーパになっていて、アダプタ１７５が２つの傾斜面を有し、一方の表面は第１の軸受１７０に接続され、第２の表面は第２の軸受１８０に接続されるようになっている。
【００２２】
第２のヨー軸受を、わずかな傾斜角で第１および下部ヨー軸受に加えることによって、風況が変化する間の傾斜角の調整が可能になっている。本明細書で説明する実施形態によれば、２つの軸受間に位置するアダプタが提供されている。アダプタはテーパになっていて、２つの軸受がわずかな傾斜角で配置されるようになっている。本明細書において、用語「わずかな傾斜」または用語「テーパになっている」には、アダプタの２つの表面間の角度が０．１°〜１５．０°であることが含まれる。他の実施形態によれば、最大角は５．０°または１０．０°である。実施形態によれば、最大角は３．０°〜８．０°である。本明細書で説明するさらなる実施形態においては、２つの軸受が、風力エネルギー・システムのナセルとシャフトとの間に配置されている。用語「接続される」は、本明細書で用いる場合、部品の直接接続または何らかの間接的な連結（たとえば、付加的なアダプタまたは他の部品、たとえばワッシャなど）を指す。直接接続には、ネジ、ボルト、または溶接継手が含まれていても良い。
【００２３】
本明細書で説明する典型的な実施形態には、少なくとも２つの軸受と、軸受間の少なくとも１つのテーパ・アダプタとが含まれている。２つのテーパ・アダプタを１つの軸受によって接続したものが含まれる実施形態によって、ナセルのロール角を一定に保ちながら傾斜角を調整する可能性が得られる。ナセルのロール角は、水平面の周りの角度として理解される。本明細書で説明する典型的な実施形態は、アダプタを軸受に一体化すること、または軸受を傾斜位置に取り付けることが含まれている。アダプタとの一体型軸受も、軸受またはアダプタに言及する際に包含される。
【００２４】
典型的な実施形態においては、３つのヨー軸受と２つのテーパ・アダプタとが交互に位置する構成を用いて、ナセルのヨー角度、ロール角、および傾斜角を調整する。当然のことながら、アダプタは２つの軸受間に取り付けられ、中央の軸受は２つのアダプタ間に取り付けられている。これらの実施形態（図１２を参照して後により詳細に説明する）では、角度を水平方向に変えることもできる。より詳細には、傾斜角度を、０°と最大で２つのテーパ・アダプタのテーパ角の合計の角度との間で、変えることができる。
【００２５】
ナセル１２０は第２の軸受１８０に接続されている。ナセル１２０に取り付けられたハブ１３０は回転軸１９０の周りに回転可能である。回転軸１９０の傾斜角は調整することができる。実際には、回転軸１９０の傾斜角は、第１の軸受１７０および第２の軸受１８０の角度位置（すなわち、ナセル１２０に対するアダプタ１７５の相対位置）によって決まる。
【００２６】
本明細書で説明する実施形態においては、第１または下部軸受が、風力エネルギー・システムのタワー上に取り付けられている。テーパ・アダプタが第１の軸受の最上部に配置され、第２の軸受または上部ヨー軸受がテーパ・アダプタの最上部に配置されている。ナセルは第２の軸受に取り付けられている。ナセルに取り付けられたハブの回転軸の傾斜角は、第２の軸受を回転させることによって、調整することができる。しかし、第２の軸受を回転させると、傾斜角およびヨー角度の両方が変更されることに注意されたい。そのため、ヨー角度を調整するために第１の軸受が設けられている。第１の軸受と第２の軸受とを反対方向に回転させることによって、アダプタのみが回転し、ヨー角度を一定に保ちながら傾斜角のみを変えることができる。
【００２７】
本明細書で説明する実施形態では典型的に、より高いレベルのエネルギー利用が、比較的低いコスト影響で実現される。正確には、エネルギー収量を最大で数パーセント上昇させることができる。特に吹上げ条件の場合には、本明細書で説明する実施形態によって、より高い風力エネルギー収量が示される。本明細書で説明する典型的な実施形態の第１の軸受と第２の軸受との少なくとも一方を、滑り軸受として配置する。滑り軸受によって、軸受および他の部品にかかる力を小さくするための閾値が与えられる。軸受におけるトルクが閾値を超えると、軸受は滑り始まるため、前記力が小さくなる。ヨー軸受は、ころ軸受、滑り軸受、または両方の組み合わせとすることができる。典型的な実施形態では、直接駆動発生器またはギアボックス機構を用いる。
【００２８】
用語「吹上げ」は、本明細書で説明したように、典型的には、水平面に対して上方に送られる流れを意味する。
【００２９】
典型的な実施形態においては、最大傾斜角は風速に対して選択する。低風速（たとえば、風速として約０．１〜１０．０ｍ／ｓ）では、より高い負の最大傾斜角が許容され、より高風速（たとえば、風速として２０．０〜２５．０ｍ／ｓ、約３０．０ｍ／ｓ以下）では、最大傾斜角を小さくして、ロータ・ブレードとタワーとの間の隙間を大きくする。低風速と高風速との間の範囲（たとえば、１０．０ｍ／ｓ〜２０．０ｍ／ｓの範囲）では、移行的方策を行なっても良い。移行的方策の例では、傾斜角は、風速の実際の値だけでなく、風速の履歴によっても決まっても良い。その結果、ヒステリシス式制御を移行的状況において実施する。用語負の傾斜角は、ハブが下方を向く傾斜角を指す。一般的に、用語「最大傾斜角」は、ロータ・ブレードとタワーとの間の最低限必要な静的間隔を示す動作状態を指す。この最低限必要な静的間隔は、動的な風負荷に起因する風況によって決まる。本明細書で説明するさらなる実施形態においては、最大傾斜角をある特定の値、たとえば、水平角に対する最大値として３°〜１２°、典型的には４°〜１０°、より典型的には５°〜８°に設定する。
【００３０】
図３に、本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムを示す。図３は、風力エネルギー・システム１００の幾何学的配置の単純化した図面である。さらに図３には、風速表示器２００および風向表示器２１０も示す。典型的な実施形態においては、これらの部品を用いて、風速値または風向値をコントローラに供給する。コントローラは、軸受を制御し、傾斜角および他の角度たとえばヨー角度を調整する。
【００３１】
典型的な実施形態には、ナセルに直接取り付けられた風速表示器と風向表示器とが含まれる。さらなる実施形態には、付加的な外部風速表示器または風向表示器が含まれる。これらの外部表示器は、遠隔サイト（たとえば、風力エネルギー・システムのタワーから５０メートル以上離れている）に配置することができる。さらなる実施形態には、風力エネルギー・システムのタワーに取り付けられた表示器が含まれる。典型的な実施形態には、風速および風向を決めるための表示器が含まれる。吹上げを、風向表示器を用いて測定することもできるし、風力エネルギー・システムが配置されるサイトにおける典型的な条件から計算することもできる。典型的な実施形態において用いるさらなる技術は、ブレードが回転するときにブレードにかかる負荷を分析して吹上げを検出することである。典型的な実施形態では、このデータを用いて最適な傾斜角および最適なヨー角度を決めて、風力エネルギー・システムの収量を向上させる。風向測定値を用いて、最も適切な傾斜角を検出することができる。
【００３２】
図３には、本明細書で説明する典型的な実施形態のいくつかの角度を示す。ロータ・ブレード１４０は、ハブの中心の周りの回転平面から傾いている。円錐角２２０は、典型的には０．１°〜１３°、より典型的には０．５°〜１２．０°、さらにより典型的には１．５°〜７．０°である。また、図３には吹上角２３０を示す。また、図３には傾斜角２４０を示す、吹上角２３０と傾斜角２４０との合計はズレ角度２５０に等しい。図３では、風向は矢印２６０で示していることに注意されたい。
【００３３】
図４および５に、図１に示す実施形態のヨー軸受１７０および１８０の２つの異なる角度位置を例示する。図４および５では、ナセルと風力エネルギー・システムのハブが取り付けられているシャフトとが図４および５から省かれている。これらの図は、図１に示す風力エネルギー・システムおよび図２に示す傾斜調整システムの断面図と考えることができる。
【００３４】
図４および５では、台板３００が第２または上部ヨー軸受１８０の最上部に配置されているのが分かる。さらに、下部の第１の軸受１７０に対する２つの軸受駆動部３１０と、上部の第２の軸受１８０に対する２つの上部の軸受駆動部３２０とを示す。軸受駆動部３１０、３２０を用いて、軸受１７０および１８０の角度位置を調整する。軸受１７０および１８０の位置を調整することによって、傾斜調整システムのヨー角度２６５と傾斜角２４０とを変更することができる。
【００３５】
典型的な実施形態では、軸受当たり２つの軸受駆動部を用いる。本明細書で説明する他の典型的な実施形態では、軸受当たり４つまたは１つだけの軸受駆動部を用いる。軸受駆動部を多くすれば、軸受の位置決めをより強力にすることができる。軸受駆動部を少なくするか１つの軸受駆動部だけであれば、エネルギー消費量が小さくなる。本明細書で説明する実施形態では典型的に、台板を用いる。本明細書で説明する実施形態によるさらなる風力エネルギー・システムでは、立体骨組または他の骨組を主骨組として用いる。
【００３６】
図６〜９に、本明細書で説明する実施形態によるグースネック型風力エネルギー・システム１００を示す。グースネック型風力エネルギー・システム１００は、第１の軸受１７０が取り付けられたグースネック４００を備えている。
【００３７】
図６および７に示す実施形態においては、アダプタ１７５が第１の軸受１７０に取り付けられている。アダプタ１７５によって、発電機４２０が取り付けられたギアボックス４１０が支持されている。ギアボックス４１０は、アダプタ１７５の壁にフレキシブル・マウント４３０によって取り付けられている。さらに、第２の軸受１８０がアダプタ１７５に取り付けられている。また、付加的な軸受４４０がアダプタ１７５に取り付けられている。第２の軸受１８０と付加的な軸受４４０とによって、シャフト４５０が支持されている。ハブ１３０は、シャフト４５０に取り付けられている（図６および７には示さず）。やはり、シャフト４５０とハブとは、回転軸１９０の周りに回転可能である。アダプタ１７５はテーパになっていて、軸受１７０および１８０の回転軸が傾斜するようになっている。
【００３８】
本明細書で説明する典型的な実施形態においては、第１の軸受がグースネック型ナセルに取り付けられていて、テーパ・アダプタが第１の軸受に取り付けられている。アダプタの壁の内側には、ギアボックスが、単純なフレキシブル・マウントによって取り付けられている。ギアボックスは、本明細書で説明する他の実施形態においては、支柱によって取り付けられている。支柱またはフレキシブル・マウントは、シャフトのトルク力を受けることを注意されたい。第１の軸受を回転させることによって、シャフトの傾斜角を、フレキシブル・マウントにかかる負荷に影響を与えることなく、調整することができる。第２の軸受はシャフトに対する主の軸受として用いられている。典型的なグースネック型実施形態には、ヨー角度を変えるためにグースネックの下方にヨー軸受が含まれている。グースネック型実施形態のヨー軸受は、第１および第２の軸受に対して付加的なものである。
【００３９】
本明細書で説明するさらなる実施形態においては、ギアボックスはグースネックに取り付けられていて、伸縮継手がシャフトに接続されている。ギアボックス入力シャフトが伸縮継手に接続されている。したがって、トルクがシャフトから伸縮継手に移され、そこからギアボックス入力シャフトに移されて、ギアボックスに伝達される。ギアボックスをグースネックに取り付けることによって、第１の軸受が回転したときにギアボックスは回転しない。したがって、この実施形態によって、オイル戻りラインの位置が同じに保たれるので、オイル戻りラインの取り扱いが容易になる。さらに、トルクを、グースネックに直接伝達することができ、第１の軸受上に伝達する必要がない。
【００４０】
図７では、図６の風力エネルギー・システムの別の位置を示している。第１の軸受１７０を約１８０°回転させて、回転軸１９０の傾斜角がその最初の傾斜角と比べて異なるようになっている。さらに、第１の軸受１７０の中間位置を傾斜角の調整用に用いることができる。第１の軸受１７０の回転を用いて、実際の風流入角度に対する傾斜角を調整することができる。実際の風流入角度は、長時間に渡って安定であるわけではない。
【００４１】
図８および９に、本明細書で説明する実施形態による別の配置を示す。ギアボックスは典型的に、調整可能な支持部材を介してグースネックに取り付けられている。調整可能な支持部材は図８の油圧シリンダ４７０である。図８に示す実施形態の第１の軸受１７０を回転させると、ギアボックス４１０がその垂直位置を変える。しかしギアボックス４１０は、ハブの回転軸に対するその角度位置を保たなければならないため、この角度位置を保つために油圧シリンダ４７０が必要である。第１の軸受１７０を回転させるときに、油圧シリンダ４７０を作動させてギアボックス４１０の位置を調整しなければならない。
【００４２】
図８に示す実施形態においては、オイル戻りライン８１０はギアボックス４１０の真下に留まる。さらに、軸受摩擦トルクのみを第１の軸受１７０によって伝達しなければならない。第１の軸受１７０によって伝達されるトルクは、軸受駆動部（図６〜９には示さず）に作用することに注意されたい。したがって、選択した軸受に対する伝達トルクは小さいことが望ましい。再び、図８および９に示す第１の軸受１７０は位置が異なるため、回転軸１９０の傾斜角が異なり、ギアボックス４１０の位置が異なっている。
【００４３】
本明細書で説明する典型的な実施形態によれば、油圧シリンダをトルク・アームとして用いる。本明細書で説明するさらなる実施形態においては、電動モータを用いてギアボックスの垂直位置を変える。
【００４４】
図６〜９に示す実施形態に関して、傾斜軸を傾けるためのメカニズムは、ある程度の角変位を傾斜軸の周りに起こすことができる伸縮継手とすることもできることに注意されたい。このような伸縮継手は、油圧技術または電気によって駆動することができる。典型的な実施形態においては、トルク・アームはリンク機構タイプである。油圧シリンダは、動作が良好で、エネルギー消費が小さく、それほど多くのスペースを必要としない。
【００４５】
図１０に、図８および９のトルク・アーム４７０を概略的な断面図で示す。またギアボックス４１０を断面図で示す。ギアボックス４１０は２つのトルク・アーム４７０に取り付けられている。トルク・アーム４７０は油圧シリンダであり、均圧線４８０によって接続されている。均圧線４８０によって、ギアボックス４１０の回転を抑えることができる。この結果、トルク・アーム４７０が取り付けられているグースネック４００の壁に対する力が小さくなる。
【００４６】
本明細書で説明する典型的な実施形態によれば、トルク・アームは、均圧線によって接続された油圧シリンダである。この機構によって、支持壁に対する最大力が小さくなる。本明細書で説明するさらなる実施形態においては、バネをトルク・アームとして用いる。バネは、メンテナンスを必要とせず、また最大力が小さい。さらなる典型的なグースネック型実施形態においては、第２の軸受およびギアボックス支持部材を適切に配置することによって、支持部材の長さを調整する必要がなくなる場合がある。
【００４７】
以下、本明細書で説明する実施形態による典型的な方法について開示する。一般的に、風速表示器および風向表示器を用いて、設定傾斜角および設定ヨー角度を決める。タービン風力測定、または他のセンサの組み合わせによって、実際の条件下での吹上角を決める働きをしても良い。設定傾斜角の計算は、測定した風速値に従って、コントローラを用いることによって行なう。その結果、典型的な現地条件を考慮して、風の吹上角を推定することができる。現地条件は、異なる風向および異なる風速値に対して異なる吹上角を与える表中に記憶することができる。最後に、計算した設定傾斜角が、風速に応じて計算した最大傾斜角よりも小さいか否かを判定するためのチェックを行なう。比較的高風速では（たとえば、風速として、２０．０〜２５．０ｍ／ｓ、約３０．０ｍ／ｓ以下では）、安全上の制約があるために、小さい傾斜角のみが存在するか、または全く存在しない可能性がある。ロータ・ブレードと風力エネルギー・システムのタワーとが接触することは回避しなければならない。したがって、最大傾斜角は風速によって決まる。さらに加えて、測定した風向値（風向表示器によって測定する）を考慮して設定ヨー角度を決める。
【００４８】
図１１に、どの傾斜角シータθ（本明細書で説明する他の図において参照番号２４０）が、風速度Ｖ＿ｗｉｎｄ１２１に応じて許容されるかを示す。上述の許容される傾斜角は、図１１に示す曲線１２２である。風速が増したら、傾斜角を増加させなければならず、またハブの回転軸を上方に向けて、ロータ・ブレードとタワーとが接触するのを防止しなければならない。本明細書において、傾斜角とともに用いる表現「増加させる」、「より高い」、または他の比較可能な表現は、必ずしも傾斜角の数値減少または数値増加を意味するものではない。たとえば、傾斜角を、ハブがわずかに上方を向く位置に変更することも、表現「傾斜角を増加させる」に含まれる。一態様は、タワーとロータ・ブレードとの間に十分な隙間を設けることである。
【００４９】
設定ヨー角度と設定傾斜角とを決めた後、コントローラは、第１および第２の軸受を作動させて、ナセルを風力タービンの動作に最適な方向に位置付ける。これは、第１の軸受と第２の軸受との少なくとも一方を回転させて、テーパ・アダプタが正確な角度位置に設定されるようにすることによって、行なわれる。当然のことながら、図６〜９によるさらなる実施形態も、コントローラを用いて位置付けることができる。しかし当然のことながら、これらの実施形態の場合、傾斜角を、単に第１の軸受を回転させるだけで（ヨー角度に影響を与えることなく）直接変更することができる。
【００５０】
図１２は、本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムの傾斜調整システムの概略図である。図１２に示す傾斜調整システムは、第１の軸受または下部ヨー軸受１７０を備えている。傾斜調整システムではさらに、下部ヨー軸受１７０の最上部に配置されたアダプタ１７５を備えている。アダプタ１７５は第１のテーパ・アダプタ１７５とも言われる。中央のヨー軸受５００が、第１のテーパ・アダプタ１７５の最上部に配置され、その上に第２のテーパ・アダプタ５１０が配置されている。第２のテーパ・アダプタ５１０の最上部には、上部ヨー軸受１８０が配置されていて、軸受とテーパ・アダプタとを交互の順番で積み重ねたものが与えられるようになっている。
【００５１】
本明細書で説明する実施形態による風力エネルギー・システムとして、３つの軸受と２つのアダプタとを積み重ねた順番で有するシステムにより、ナセルのヨー角度、ロール角、および傾斜角の調整を互いに独立に行なうことができる。さらなる典型的な実施形態は、傾斜角の調整を可能にするために、互いに傾斜した軸受の組み合わせと軸受間のテーパ・アダプタとを含んでいる。軸受およびアダプタを、ナセルとタワーとの間またはナセルとシャフトとの間に配置することができる。ナセル下の傾斜した軸受とさらなる垂直方向の軸受との組み合わせおよびシャフトを支持するアダプタも可能である。
【００５２】
図１３および１４に、本明細書で説明する実施形態によるさらなる２つの配置を示す。両実施形態は、キング・ピン・タービンの一部であり、ロータと駆動列の一部とはキング・ピンの周りに回転する。キング・ピンは典型的に、２つの部分からなる可動接続部である。典型的には、キング・ピンは、風力エネルギー・システムの発電機を取り付けても良いピンである。
【００５３】
図１３には、本明細書で説明する実施形態による傾斜調整システムを示す。図示した実施形態では、キング・ピン５５０が用いられ、その上に中空のシャフト４５０が第２の軸受１８０によって取り付けられている。図１３および１４に関連して、語句「シャフト」はドライブシャフト（中空であっても良い）の意味で用いられる。シャフト４５０およびハブ１３０は、回転軸１９０の周りに回転する。回転軸１９０は、キング・ピン５５０の長手軸に平行である。さらに、テーパ・アダプタ１７５が、キング・ピン５５０と一体的に形成されている。テーパ・アダプタ１７５は、一体形成のキング・ピン５５０とともに、水平軸の周りに回転可能である。テーパ・アダプタ１７５は、キング・ピン５５０と一体になった傾斜したアダプタと言うこともできる。傾斜した回転軸が、キング・ピン５５０とともに一体型のテーパ・アダプタ１７５によって形成される。図１３および１４では、傾斜した回転軸を回転軸１９０として示す。回転軸の軸は、能動型の傾斜軸受（すなわち第１の軸受１７０）に対して非垂直である。第１の軸受１７０を用いて、テーパ・アダプタ１７５および一体的に形成されたキング・ピンを水平軸の周りに回転させる。一体的に形成されたテーパ・アダプタ１７５のテーパ形状とキング・ピン５５０とにより、ハブ１３０の回転１９０の軸が、第１の軸受１７０の回転により傾く。したがって、図１３に示す実施形態においては、第１の軸受を傾斜軸受と解釈することができる。第２の軸受１８０をシャフト軸受と言うことができる。なお、図１３に示す実施形態では、シャフト４５０から遠隔発電機への動力伝達を行なうために、ポンプ５６０による静圧駆動を用いていることに注意されたい。
【００５４】
図１４には、本明細書で説明する実施形態による別の傾斜調整システムを示す。図示した実施形態では、キング・ピン５５０が用いられ、その上に中空のシャフト４５０が第２の軸受１８０によって取り付けられている。したがって、図１４に示す実施形態は、図１３に示したものに類似している。しかし、図１４に示す実施形態は、直接駆動発生器とともに用いることに適している。ロータをシャフト４５０に取り付けることができる。ステータがシャフト４５０に対して同心円状に位置するであろう。
【００５５】
本明細書で説明する実施形態によれば、風力エネルギー・システムとキング・ピン配置を伴う傾斜調整システムとを用いて、コンパクトな風力エネルギー・システムを構築することができる。静圧駆動または直接駆動によっても、コンパクトなシステムが提供される。グースネック型構成を用いて、タワーとブレードとの間の隙間を大きくすることができ、その結果、傾斜角を選ぶ際の自由度が高まる。傾斜角を、本明細書で説明する種々の実施形態を用いて変更することができる。典型的な動力伝達では、静圧駆動、動圧駆動、ギアボックス駆動、または直接駆動を用いる。他の駆動システムを、本明細書で説明する実施形態と組み合わせることもできる。
【００５６】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明を種々の特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明は請求項の趣旨および範囲内の変更を用いて実施することができる。特に、前述した実施形態の相互に非排他的な特徴を互いに組み合わせても良い。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定められるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有するか、または請求項の文字通りの言葉使いとの差が非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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