(57)【要約】  本発明は、ギアレス風力発電設備（１００）のステータ（１３２）を測定する測定システム（２００）および関連する測定方法（３００）に関し、測定システム（２００）は、エアギャップ測定ユニット（２１０）および位置決定ユニット（２２０）を有している。エアギャップ測定ユニット（２１０）は、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有し、保持装置（２１２）は、風力発電設備（１００）のロータ（１３４）上にエアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するように設定されている。距離センサ（２１４）は、ステータ（１３２）とロータ（１３４）との間のエアギャップ（１５４）の範囲を示す信号を提供するように設定されている。位置決定ユニット（２２０）は、風力発電設備（１００）のロータ（１３４）上に搭載され、ロータ（１３４）の回転中に、複数の回転位置において、距離センサ（２１４）からの信号を捕獲するように設定されている。測定システム（２００）および関連する測定方法（３００）は、簡単な方法でステータを測定することを可能にする。【選択図】図３
2020513541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギアレス風力発電設備（１００）のステータ（１３２）を測定する測定システム（２００）であって、前記測定システム（１００）は、エアギャップ測定ユニット（２１０）および位置決定ユニット（２２０）を有し、
前記エアギャップ測定ユニット（２１０）は、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有し、前記保持装置（２１２）は、前記風力発電設備（１００）のロータ（１３２）上に前記エアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するように設定され、
前記距離センサ（２１４）は、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間のエアギャップの範囲を示す信号を提供するように設定され、
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記風力発電設備（１００）の前記ロータ（１３４）上に搭載され、前記ロータ（１３４）の回転方向において前記位置決定ユニット（２２０）の位置を示す信号を提供するように設定され、
前記測定システム（１００）は、前記ロータ（１３４）の回転中に、複数の回転位置において、前記距離センサ（２１４）および前記位置決定ユニット（２２０）からの信号を捕獲するように設定されている、
測定システム（２００）。
【請求項２】
前記保持装置（２１２）は、磁気フィルムを有し、前記エアギャップ測定ユニット（２１０）は、前記エアギャップ（１５４）、特に、前記ロータ（１３２）の磁極片に搭載されるように設定されている、
請求項１に記載の測定システム（２００）。
【請求項３】
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記ロータ（１３２）の各決定された角度変化のための信号を提供するように設定されたジャイロスコープまたはインクリメンタルエンコーダ（２２２）を有している、
請求項１に記載の測定システム（２００）。
【請求項４】
前記インクリメンタルエンコーダ（２２２）は、１回転当たり少なくとも１００つの位置の分解能を有している、
請求項２に記載の測定システム（２００）。
【請求項５】
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記インクリメンタルエンコーダ（２２２）を参照するための参照ユニット（２２４）を有している、
請求項２または３に記載の測定システム（２００）。
【請求項６】
ハウジングを有し、前記ハウジングは、前記位置決定ユニット（２２０）を備え、前記風力発電設備（１００）のスピナキャップ用の支柱に設定されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項７】
前記位置決定ユニット（２２０）は、無線通信モジュール（２２６）、特に、ＷＬＡＮモジュールを有している、
請求項１から６のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項８】
前記距離センサ（２１４）は、取り付けられた状態において前記ステータ（１３２）の内側をスキャンするように設定されたセンシングプレートおよび／または容量性フラットセンサを有している、
請求項１から７のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項９】
前記距離センサ（２１４）は、０．５ｍｍ以上の測定精度を可能にする、
請求項１から８のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１０】
前記距離センサ（２１４）は、アナログ走査信号を提供し、前記位置決定ユニット（２２０）は、前記アナログ走査信号をデジタル化するように設定されたアナログ／デジタル変換器を有している、
請求項１から９のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１１】
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記位置決定ユニット（２２０）が前記グリッド電圧に直接的に接続されるように、変圧器を有している、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１２】
前記測定システム（２００）は、第１および第２エアギャップ測定ユニット（２１０）を有しており、前記第１エアギャップ測定ユニット（２１０）は、前記軸方向において、前記ロータ（１３４）の前に搭載されるように設定されており、前記第２エアギャップ測定ユニットは、前記軸方向において、前記ロータの後ろに搭載されるように設定されている、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１３】
ギアレス風力発電設備のステータの測定を行う測定方法（３００）であって、
前記風力発電設備（１００）のロータ（１３４）上に、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有するエアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するステップ（３０２）、
前記風力発電設備（１００）の前記ロータ（１３４）上に、位置決定ユニット（２２０）を搭載するステップ（３０４）、および、
前記距離センサ（２１４）から、前記複数の回転位置における前記ロータ（１３４）の回転中に、前記位置決定ユニット（２２０）によって、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間のエアギャップ（１５４）の範囲を示す信号を捕獲するステップ（３１２）、
を備えている測定方法（３００）。
【請求項１４】
前記距離センサ（２１４）からの前記信号は、インクリメンタルエンコーダ（２２２）によって示されるそれぞれの測定位置に対して捕獲される、
請求項１３に記載の測定方法（３００）。
【請求項１５】
前記位置決定ユニット（２２０）をグリッド電圧に接続するステップ（３０６）、
前記距離センサ（２１４）を較正するステップ（３０８）、
回転中の絶対的な位置決定のために、前記インクリメンタルエンコーダ（２２２）を参照するステップ（３１０）、および、
捕獲された前記信号をＷＬＡＮによって送信するステップ（３１４）、
のうちの少なくとも１つも備えている、
請求項１３または１４に記載の測定方法（３００）。
【請求項１６】
ギアレス風力発電設備のロータ（１３４）の測定を行う測定方法（４００）であって、
前記風力発電設備（１００）のステータ（１３２）上に、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有するエアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するステップ（４０２）、
前記距離センサ（２１４）から、前記複数の回転位置における前記ロータ（１３４）の回転中に、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間のエアギャップ（１５４）の範囲を示す信号を捕獲するステップ（４０４）、
前記距離センサ（２１４）からの信号から前記ロータ（１３４）の磁極片間の接合部を決定するステップ（４０６）、
決定された接合部の各２つの隣接する接合部間の各磁極片について、特に、前記距離センサ（２１４）からの信号の最小値として、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間の距離の値を決定するステップ（４０８）、および、
前記各磁極片について決定された前記距離の値に基づいて、前記ロータ（１３４）の真円度を評価するステップ（４１０）、
を備えている測定方法（４００）。
【請求項１７】
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の測定方法（３００）を実行し、
前記エアギャップ（１５４）の異なる値が測定された位置において、前記ステータ（１３２）および／または前記ロータ（１３４）を調整も行う、
風力発電設備（１００）の組立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定システムおよびギアレス風力発電設備のステータを測定するための測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ギアレス風力発電設備では、風力発電設備の発電機は、空力ロータに接続されたロータブレードの回転を介して、直接的かつトランスミッションなしで動かされるロータを備えている。ある設計は、ロータがステータの内側で回転するように、内部ロータの形態であってもよい。この設計では、ロータは、しばしば端面において、すなわち、通常運転中に実質的に風に向く側からステータに挿入される。
【０００３】
ロータとステータとの間には、可能であれば、ロータまたはステータの周囲に渡って一様な厚さ、すなわち、発電機軸周りの径方向の範囲を有する隙間がある。
この目的のために、ステータはできるだけ円形でその中にロータを嵌め込むことができる内面を提供する必要がある。ステータの真円度を確保するために、風力発電設備を組み立てるときに風力発電設備を多くのロータ位置に移動させて停止させる複雑な方法がこれまで必要とされてきた。これらのロータ位置の各々において、ロータの固定基準点とそれぞれのロータ位置に対応するロータの可変点との間の距離が手動で決定される。手動で決定するために、エンジニアは、設置が停止されなくてはならないロータハブに乗り込む。エンジニアが測定後にロータハブの領域を離れた後、ロータを次の測定位置に移動させて再び測定することができる。
【０００４】
既知の方法は、複数の欠点を有する。例えば、エンジニアがロータハブまたは発電機のスピナに面する側に複数回到達しなければならないため、風力発電設備を頻繁に始動および停止させなければならないことは不利であって、かつ時間がかかる。特定の測定値を割り当てることができるステータの円周方向の位置を決定する可能な方法もない。最後に、ステータの設定または調整の効果を直接的かつ即座に測定することは不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような背景に対して、本発明の目的は、これら既知の問題の少なくともいくつかを解決しそして不利益を回避する測定システムおよび関連する測定方法を提供することであった。特に、簡単な方法でステータを測定することを可能にする測定システムおよび関連する測定方法を提供することが目的であった。
本発明は、ギアレス風力発電設備のステータを測定するための測定システムを提案する。測定システムは、エアギャップ測定ユニットと位置決定ユニットとを有する。エアギャップ測定ユニットは、保持装置と距離センサとを有する。保持装置は、エアギャップ測定ユニットを風力発電装置のロータに取り付けるように設定されている。距離センサは、ステータとロータとの間のエアギャップの範囲を示す信号を供給するように設定されている。位置決定ユニットは、風力発電設備のロータに取り付けられ、ロータの回転方向における位置決定ユニットの位置を示す信号を提供するように設定されている。測定システムは、複数の回転位置でのロータの回転中に、距離センサからおよび位置決定ユニットからの信号を捕捉するように設定されている。
【０００６】
よって、本発明に係る測定システムは、測定の開始前に風力発電設備に取り付けられ、ロータの回転中にエアギャップを捕捉するように設定されている。これは、円周方向の複数の位置でロータを停止させ、次いで、手動でエアギャップを捕捉または測定する必要性を省く。これは、エアギャップ測定ユニットおよび位置決定ユニットがロータに取り付けられているため、それらがロータと共に回転するという事実によって可能になる。
【０００７】
エアギャップ測定ユニットと同様に、位置決定ユニットがロータに取り付けられ、したがってロータと共に回転するという結果として、エアギャップ測定ユニットを位置決定ユニットに容易に接続することができる。特に、位置決定ユニットとエアギャップ測定ユニットとの間の接続ケーブルのねじれ等は、ロータの回転に起因するものではない。
エアギャップは、ロータ側の磁極片とステータ側のステータリングとの間に形成されることが好ましい。風力発電設備または発電機の他の構成では、エアギャップは、ステータ側およびロータ側の他の要素間にも形成されてもよい。
【０００８】
本発明に係る測定システムは、エアギャップ測定ユニットおよび位置決定ユニットがロータに可逆的に取り付けられるという事実によって、携帯可能で再使用可能であることが好ましい。
保持装置はまた、風力発電装置のステータに測定ユニットを交互に取り付けるように設定されることが好ましい。この位置でも、距離センサは、エアギャップの範囲を示す信号を供給するように設定されている。したがって、ロータの回転中に、評価ユニットは、ステータの固定位置とロータの異なる位置との間の距離を捉えることができ、ロータの同心度測定を実行することができる。したがって、本発明に係る測定システムは、ステータを測定するためとロータの同心度を測定するための両方に適している。ロータの同心度測定の場合も、エアギャップを手動で捕捉できるようにするために、ロータを複数の位置で停止させる必要はない。
【０００９】
したがって、この実施形態では、距離センサは、ステータと好ましくはロータ側の磁極片との間の距離を表す信号を提供することができる。２つの隣接する磁極片の間の中間空間においてより大きな距離を検出することができ、その結果、距離の時間的プロファイルを評価することによってロータの異なる磁極片を識別することができる。一実施形態では、ロータの磁極片の数は、回転方向におけるロータの相対位置は、距離センサからの測定信号に基づいて磁極片を計数することにより可能であるという結果を用いて、測定システムに対して指定されることが好ましい。したがって、この実施形態では、ロータ位置は、磁極片を数えることによって決定することができるため、ロータに取り付けられた位置決定ユニットは、必ずしも必要ではないことが好ましい。ロータの同心度は、各磁極片に対する最小の距離を使用して決定されることが好ましい。しかしながら、他の実施形態では、ロータの同心度は、最小値とは異なる値、例えば、平均値を用いて測定することもできる。例えば、ＥｎｅｒｃｏｎＥ−１１５の設置の場合、ロータは回転方向に９６個の磁極片を有する。他の風力発電設備について、他の数の磁極片も知られている。
【００１０】
保持装置は、磁性フィルムを備え、エアギャップ測定ユニットは、エアギャップ内、特に、ロータの磁極片上に装着されるように設定される。磁性フィルムは、エアギャップ測定ユニットが可逆的に取り付け可能であって、複数の用途に再使用可能であることを可能にする。
一実施形態では、磁性フィルムは、約０．３ｍｍの厚さを有するが、他の実施形態では異なるように設計することもでき、その場合、ロータ上のエアギャップ測定ユニットの保持が保証される。
【００１１】
位置決定ユニットは、ロータの位置を示す信号を供給するように設定されたジャイロスコープを有することが好ましい。ジャイロスコープ信号は、高いサンプリングレートで捕捉することができ、したがって、高い分解能を保証することができる。その場合、位置決定ユニットのサンプリングレートは、エアギャップ測定ユニットのサンプリングレートに対応することが好ましく、対応するエアギャップおよび位置の値を取り込むことができる。
【００１２】
位置決定ユニットは、代替的または追加的に、決定されたロータの角度変化ごとに信号を提供するように設定されたインクリメンタルエンコーダを有することが好ましい。したがって、位置決定ユニットは、インクリメンタルエンコーダによって示されるロータの決定された角度変化ごとに距離センサからの信号を捕捉するように設定されることが好ましい。
【００１３】
インクリメンタルエンコーダは、１回転当たり少なくとも１００つの位置の分解能を有することが好ましい。インクリメンタルエンコーダの分解能は既知であって、個々の位置は互いに等しい距離にあることが好ましく、その結果、個々の測定点の位置を容易に決定することができる。高解像度は、捕捉された距離値を有利で正確な方法で見つけることを可能にする。したがって、完全な回転が終了したときに、それは同様に有利に知られており、測定はさらなる回転によって容易に繰り返すことができる。
【００１４】
位置決定ユニットは、インクリメンタルエンコーダを参照する参照ユニットを有していることが好ましい。参照の結果として、２つの測定点間のインクリメンタルエンコーダによって知られている相対位置だけでなく、絶対位置も可能である。例えば、参照ユニットは、１２時の位置が識別される振り子を含んでいてもよい。言い換えれば、エアギャップ測定ユニットは、例えば、１２時の位置、すなわち垂直方向において最も高いロータの位置に取り付けられ、インクリメンタルエンコーダは、参照ユニットが同様に１２時の位置の値に対応する方法で参照される。他の実施形態では、１２時の位置に対応しない他の基準値も、当然同様に可能である。
【００１５】
１つの例示的な実施形態では、参照ユニットは、参照ユニットが１２時の位置にあるとすぐにランプ、例えば、ＬＥＤが光を発するように設定された振り子を含んでいる。したがって、この実施形態では、参照ユニットに属するＬＥＤが発光するまで、インクリメンタルエンコーダを調整、例えば、回転させることができる。したがって、単純な参照が可能である。他の実施形態では、インクリメンタルエンコーダを参照する他の方法も当然可能である。
【００１６】
保持装置は、ロータの前方の端面に取り付けられるように設定されることが好ましい。穴は、通常、ロータの前の端面に存在し、例えば、ねじをエアプレートから解放することができ、保持装置を同じねじを使用して取り付けることさえできる。これにより、エアギャップ測定ユニットを簡単に取り付けることができる。他の実施形態では、保持装置は、測定システムが複数の測定ユニットを有する場合には、代替的にまたは追加的に、端面とは反対側のロータの側に取り付けることもできる。
【００１７】
測定システムは、ハウジングを有していることが好ましい。ハウジングは、位置決定ユニットを備えており、風力発電設備のスピナキャップ用の支柱に取り付けられるように設定されている。スピナキャップ用の支柱は、風力発電設備内に常に存在しており、ハウジングおよびしたがって位置決定ユニットは、追加の支出なしで取り付けが可能である。例えば、ハウジングは、単純なケーブルタイまたは同様の固定手段によって支柱に一時的に取り付け可能である。
【００１８】
一実施形態では、ハウジングは、マグネット、特に永久磁石を備えており、ハウジングは、マグネットによってロータのマグネット部分に着脱可能に取付けられていてもよい。
一実施形態では、位置決定ユニットおよびエアギャップ測定ユニットは、例えば、ロータの端面に設けられた共通のハウジングに配置されていてもよい。
位置決定ユニットは、無線通信モジュール、特に、ＷＬＡＮモジュールを有していることが好ましい。無線通信モジュールは、この目的のためにケーブルを敷設する必要がなく、例えば、風力発電設備の機械室内でコンピュータへの簡単な接続を確立することを可能にする。従って、付随的に回転しないコンピュータを用いて測定を容易に分析し評価することができる。したがって、換言すれば、エンジニアがロータハブの領域に立ち会い、それに関連して設備を停止する必要がないため、ステータの調整および適合は、ロータの回転中および測定結果の記録中に既に行われてもよい。
【００１９】
距離センサは、装着状態において、ステータの内側を走査するように設定された検知プレートを有することが好ましい。特に、検知プレートは、内側からステータ積層コア上に載るように配置されている。距離を決定するのに適している他の種類の測定装置、例えば、レーザ式測定装置のような光学的測定装置も、検知プレートの代わり又はそれに加えて使用される。距離センサも同様に外部ロータに適用され、その場合、距離センサは、回転するロータから始まるステータの外側を走査することが好ましい。
【００２０】
代替的または追加的に、距離センサは、容量性フラットセンサを有する。容量性フラットセンサは、特に、エアギャップ内に直接取り付けられ、エアギャップの厚さを示す信号を提供するように設定されている。
距離センサは、０．５ｍｍ以上の測定精度を可能にすることが好ましい。例えば、直径が４μｍを超えるにもかかわらず、エアギャップの厚さはわずか数ｍｍである。この範囲での変動はすでに大きな影響を与える可能性があるため、これは、そのような精度を必要とする。
【００２１】
距離センサは、アナログ走査信号を提供し、位置決定ユニットは、走査信号をデジタル化するように設定されたアナログ／デジタル変換器を有している。これにより、エアギャップ測定ユニットの構成を簡素化することができる。あるいは、他の実施形態では、エアギャップ測定ユニットは、デジタル距離センサを直接有していてもよい。
位置決定ユニットがグリッド電圧に直接接続されることができるように、位置決定ユニットは変圧器を有することが好ましい。したがって、特に、位置決定ユニットまたは測定システム全体を既存の供給グリッドに接続できるようにすることができ、そのために広い利用可能性が問題なく保証される。例えば、２２０Ｖソケットは、ドイツの市場でも見られ、他の市場にも同様に適用され、そして簡単な接続を可能にする。位置決定ユニットは、特に好ましくは、位置決定ユニット全体に２４Ｖの出力電圧を供給する第１変圧器と、代替的にあるいは付加的に、距離センサに５Ｖの出力電圧を供給する第２変圧器とを有する。
【００２２】
測定システムは、好ましくは、第１および第２エアギャップ測定ユニットを有し、第１エアギャップ測定ユニットは、ロータの軸方向前方に装着するように設定され、第２エアギャップ測定ユニットは、ロータの軸方向後方に装着するように設定される。このような測定システムは、測定システムの測定に基づいて、前部と後部の両方で軸方向にステータを整列させることを可能にする。従って、ロータ面内での位置合わせに加えて、ロータ面に対する傾斜も検出することができる。言い換えれば、第１エアギャップ測定ユニットは、スピナ側に取り付けられ、第２エアギャップユニットは、ロータの同じ磁極片上の機械キャビン側に取り付けられるのが好ましい。
【００２３】
構成はそれぞれ好ましい実施形態として互いに独立して記載されているが、測定システムの特に有利な設計は、好ましいとして記載された実施形態のうちの２つ以上を組み合わせることによってもたらされる。
さらなる態様は、ギアレス風力発電設備のステータを測定するための測定方法を提供する。測定方法は、以下の工程を含む。
（ｉ）風力発電装置のロータに、保持装置と距離センサとを有するエアギャップ測定ユニットを取り付ける。
（ｉｉ）風力発電設備のロータに位置決定ユニットを取り付ける。
（ｉｉｉ）複数の回転位置でのロータの回転中に位置決定ユニットによって、ステータとロータとの間のエアギャップの範囲を示す距離センサからの信号を捕捉する。
【００２４】
本発明による測定方法は、好ましくは本発明による測定システムを使用して実施され、特に、測定システムに関して記載された利点を達成するために適している。測定システムについて記載された全ての有利な構成は、同じ形態で測定方法にも適用することができる。
距離センサからの信号は、インクリメンタルエンコーダによって示される各測定位置に対して捕捉されることが好ましい。したがって、ステータの全周にわたるエアギャップの変化の合成画像が得られる。例えば、インクリメンタルエンコーダからの値および距離センサからの関連する値は、リストとして記憶され、次に適切なソフトウェア、例えば、スプレッドシートによって処理される。さらに、距離センサからの値は、スパイダーチャートで表すこともでき、円形配置は回転方向に対応することが好ましい。これにより、ステータの真円度、およびステータが真円ではなく再調整されるべきステータの領域を、グラフィカルにシンプル、かつ直感的な方法で表すことができる。
【００２５】
方法は、位置決定ユニットをグリッド電圧に接続することを含むことが好ましい。方法は、代替的にまたは付加的に、距離センサの較正を含むことが好ましい。
この方法は、回転中の絶対位置決定のためにインクリメンタルエンコーダを参照することを含むことが好ましい。よって、インクリメンタルエンコーダによって示される相対位置変化に加えて、絶対位置も確実に捕捉される。
【００２６】
方法は、捕捉された信号をＷＬＡＮによって送信することを含むことが好ましい。これにより、風力発電設備の非回転部分において、エンジニアがデータを容易に評価することが可能になる。さらに、この目的のために、風力発電設備の回転部分から回転に関して固定されている部分までケーブルを敷設する必要がない。ＷＬＡＮは、可用性とコストの面で特に適している。しかしながら、他の無線伝送プロトコルも、当然、ＷＬＡＮの代替として同様に実施することができる。
【００２７】
別の側面は、ギアレス風力発電設備のロータを測定する測定方法を提供し、測定方法は、以下のステップを備えている。保持装置と距離センサとを有するエアギャップ測定ユニットを風力発電装置のロータに取り付ける。複数の回転位置でのロータの回転中に、ステータとロータとの間のエアギャップの範囲を示す距離センサからの信号を捕捉する。距離センサからの信号からロータの磁極片間の接合部を決定する。特に、距離センサからの信号の最小値として、決定された接合部の各２つの隣接する接合部間の各磁極片についてステータとロータとの間の距離値を決定する。各磁極片について決定された距離値に基づいてロータの真円度を評価する。
【００２８】
この側面では、測定方法は、位置を測定信号から導き出すことができる磁極片に基づいて既に決定することができるため、ロータに取り付けられた位置決定ユニットを任意に有することができる。よって、ロータと共に回転する部品が必要とされないため、測定方法を実行するために複雑なケーブルルーティングまたは回転部品と非回転部品との間の接続も不要である。
【００２９】
２つのエアギャップ測定ユニットは、ステータの両軸側、すなわち、ハウジング側およびハブ側に、取付けられることが好ましい。したがって、ハウジング側の距離センサとハブ側の距離センサとの間の偏差が、発電機軸に対するロータの傾斜を補正するために使用されてもよい。しかしながら、測定方法は、ハウジング側またはハブ側のいずれかに取り付けられた１つのエアギャップ測定ユニット、または３つ以上のエアギャップ測定ユニットを用いても当然に実行可能である。
【００３０】
別の態様は、本発明に係る測定方法を実行することと、異なる値のエアギャップが測定された位置でステータおよび／またはロータを調整することとを含む、風力発電設備を組み立てるための方法を提供する。ステータまたはロータを取り付けるときに生じる非円形領域は、これによって、特に、簡単な方法でかつほとんど労力をかけずに修正することができる。
【００３１】
さらなる有利な構成および本実施形態は、添付の図面を参照して以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】風力発電設備を概略的に示す図。
【図２】風力発電所を概略的に示す図。
【図３】図１に示す風力発電設備の発電機を概略的に示す図。
【図４】本発明に係る測定システムの例示的な実施形態を概略的に示す図。
【図５】本発明に係る測定方法の例示的なフローチャートを示す図。
【図６】本発明に係る測定方法の別の例示的なフローチャートを示す図。
【図７】距離センサの例示的な実施形態を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、風力発電設備１００の概略図を示す。風力発電設備１００は、タワー１０２と、タワー１０２上のナセル１０４を有している。３つのロータブレード１０８を有する空力ロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。空力ロータ１０６は、風力発電設備の運転時に、風によって回転運動され、それにより、空力ロータ１０６に直接接続された発電機の電気力学ロータも回転させる。発電機は、ナセル１０４内に配置され、電気エネルギーを発生させる。
【００３４】
図２は、例として、同一であってもよいし異なっていてもよい３つの風力発電設備１００を有する風力発電所１１２を示す。よって、３つの風力発電設備１００は、基本的に、風力発電所１１２における任意の数の風力発電設備を表す。風力発電設備１００は、電気発電所ネットワーク１１４を介して、それらの電力、すなわち、特に生成された電流を提供する。この場合、個々の風力発電設備１００からそれぞれ生成された電流または電力が加算され、通常、変圧器１１６が設けられ、次にそれを、一般にＰＣＣとも呼ばれる給電ポイント１１８で供給グリッド１２０に供給するために発電所内の電圧を昇圧する。図２は、たとえコントローラが自然に存在していても、例えば、コントローラを示さない風力発電所１１２の簡略図にすぎない。発電所ネットワーク１１４はまた、例えば、各風力発電設備１００の出力にも存在する変圧器によって、他の例示的な実施形態を１つだけ挙げることによって、異なるように構成することもできる。
【００３５】
図３は、発電機１３０の側面を概略的に示す。後者は、ステータ１３２と、後者に対して回転可能に取り付けられた電気力学的ロータ１３４とを有し、ステータ１３２によって、車軸ジャーナル１３６を介して機械支持部１３８に固定されている。ステータ１３２は、ステータキャリア１４０と、発電機１３０のステータ磁極を形成しステータリング１４４を介してステータキャリア１４０に固定されたステータ積層コア１４２とを有している。電気力学的ロータ１３４は、ロータ磁極を形成し、ロータキャリア１４８および車軸ジャーナル１３６上の軸受け１５０を介して回転軸１５２を中心に回転可能に取り付けられたロータ磁極片１４６を有している。数ミリメートル、特に、６ｍｍ未満の厚さであるが、数メートル、特に、４ｍを超える直径を有する狭いエアギャップ１５４だけが、ステータ積層コア１４２とロータ磁極片１４６とを隔てている。ステータ積層コア１４２およびロータ磁極片１４６は、それぞれリングを形成し、共に環状でもあり、その結果、発電機１３０は、リング発電機である。意図したように、発電機１３０の電気力学的ロータ１３４は、ロータブレード１５８の始まりが示されている空気力学的ロータのロータハブ１５６と一緒に回転する。
【００３６】
図４は、図３に示されているように、発電機１３０のステータ１３２を測定するための、本発明に係る測定システム２００の例示的な実施形態を概略的に示す。図４は、図３に前から示されているステータ、より正確には、ステータ積層コア１４２およびロータ磁極片１４６の上部のセクションを示す。図を簡素化する目的のために、図３に示された別のエレメントは省略されている。
【００３７】
測定システム２００は、エアギャップ測定ユニット２１０および位置決定ユニット２２０を有している。
エアギャップユニット２１０は、ロータに取り付けられ、距離センサ２１４を保持するために同時に設定される保持装置２１２を備えている。保持装置２１２は、例えば、２つのねじによって、ロータ１３４（図３参照）の端面上のエアプレートに取り付けられる。エアプレート（図示せず）は、エアギャップ測定ユニット２１０が取り付けられる一例に過ぎないことは当然である。エアプレートの利点は、それが通常、風力発電設備内に既に存在し、また保持装置を取り付けるのに適した利用可能な穴を保持することである。この例示的な実施形態では、距離センサ２１４は、保持板を有し、アナログ方式で、ステータ積層コア１４２とロータ磁極片１４６との間の距離を決定する。エアギャップ１５４の範囲を示す信号は、距離センサ２１４から位置決定ユニット２２０に送信される。この例示的な実施形態では、測定信号を送信する目的でケーブルが用意されているが、他の例示的実施形態では、測定信号は無線で送信することもでき、またはエアギャップ測定ユニット２１０は、位置決定ユニット２２０と一体のユニットの形態であってもよい。
【００３８】
この例示的な実施形態では、位置決定ユニット２２０は、インクリメンタルエンコーダ２２２、参照ユニット２２４および無線通信モジュール２２６を有している。この場合には、位置決定ユニット２２０は、エアギャップ測定ユニット２１０の近くに、同様にロータと共に取り付けられたハウジング内のボックスとして示されている。したがって、エアギャップ測定ユニット２１０および位置決定ユニット２２０は、ロータ磁極片１４６がステータ積層コア１４２に対して回転する時に回転する。言い換えると、ステータ積層コア１４２は、エアギャップ測定ユニット２１０および位置決定ユニット２２０に対して回転する。
【００３９】
インクリメンタルエンコーダ２２２は、位置決定ユニット２２０の位置を示すように設定されている。特に、インクリメンタルエンコーダ２２２は、特定の角度範囲にわたる位置変化を示すように設定されている。インクリメンタルエンコーダ２２２の分解能は、好ましくは１回転当たり少なくとも１００つの位置である。よって、十分な測定分解能が提供され、全回転にわたるステータ１３２の位置決めを確実にする。
【００４０】
参照ユニット２２４は、インクリメンタルエンコーダ２２２の絶対位置を示す目的で設けられている。図４は、インクリメンタルエンコーダ２２２が１２時の位置にあるとき、すなわち、垂直上方にあるときはいつでも光を放射する参照ユニット２２４の表示を示す。例えば、参照ユニット２２４は、目的のために振り子（図示せず）を含んでいてもよく、図４に示される参照ユニット２２４のランプは、その位置が１２時の位置に対応するとき、すなわち、振り子が垂直に下向きの時、光を照射する。インクリメンタルエンコーダ２２２は、参照ユニット２２４のランプが光を照射するまで、一方向において回転させられるように、すなわち参照されることが好ましい。インクリメンタルエンコーダ２２２が１２時の位置で参照されるとき、インクリメンタルエンコーダ２２２の間隔は一定であり、各回転に対する測定位置の数も分かっているので、それらは同じ絶対基準点を含んでいるので、異なる日々にわたって、異なる風力発電設備の間でさえ、複数の測定値を互いに比較することが可能である。
【００４１】
無線通信モジュール２２６は、風力発電設備１００の機械室におけるコンピュータへの、ＷＬＡＮ接続または無線通信接続を可能とするＷＬＡＮモジュールであることが好ましい。したがって、ステータ１３２またはステータ積層コア１４２を調整するエンジニアは、無線通信モジュール２２６によって回転するロータの外側のエアギャップ１５４に関するデータを受信することができ、前記データを評価することができ、例えば、ステータ１３２を調整することにより、したがって前記データに反応することができる。データの無線伝送は、ケーブルがねじれる危険性を伴うケーブルをロータの内部から外部に引き回す必要がないことを意味する。
【００４２】
図４は、例えば、位置決定ユニット２２０のさらなる要素、すなわち無線通信モジュール２２６を含む計算ユニット、例えば、センサ２１４がアナログセンサである場合にセンサ２１４からの走査信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、グリッド電圧を位置決定ユニット２２０が必要とする電圧またはエアギャップ測定ユニット２１０が必要とする電圧に変換する少なくとも１つの電源ユニットとを明示的に示していない。位置決定ユニット２２０はまた、距離センサ２１４を較正するために使用され、当業者に知られている較正装置を有していてもよい。
【００４３】
この例示的な実施形態では、位置決定ユニット２２０は、スピナキャップを取り付けるために設けられた支柱に４つのケーブルタイによって取り付けられている。支柱はすでに風力発電設備１００内に既に存在しており、それによってアセンブリの支出が低く抑えられる。ケーブルタイによる嵌合も同様に、位置決定ユニット２２０を迅速に分解することを可能にする。
【００４４】
図５は、風力発電設備１００のステータ１３２を測定するための本発明による測定方法３００のフローチャートを概略的にかつ一例として示す。測定方法３００は、保持装置２１２および距離センサ２１４を有するエアギャップ測定ユニット２１０を、風力発電設備１００のロータ１３４に取り付けるステップ３０２を含む。ステップ３０２の取り付けは、風力発電装置１００が停止している間に行われることが好ましく、その結果、ロータ１３４は回転することができない。取り付けは、端面において、すなわち、一般的に風に向いている風力発電設備の側からも行われることが好ましい。
【００４５】
ステップ３０４では、位置決定ユニット２２０は、風力発電設備のロータ１３４に取り付けられる。例えば、位置決定ユニット２２０は、それには限定されないが、ケーブルタイによってロータ１３４内に既に存在する支柱に取り付けられる。
ステップ３０６では、位置決定ユニット２２０は、グリッド電圧に接続される。グリッド電圧は、典型的には、すでに風力発電設備１００において有効であって、したがって、位置決定ユニット２２０は、容易に接続される。
【００４６】
ステップ３０８では、距離センサ２１４が較正される。例えば、較正ステップは、距離センサ２１４のアナログ走査値を示す位置決定ユニット２２０における表示が、示された測定値が距離に対応するように、距離センサ２１４によって生成される電圧を変化させるように使用されるように実行される。これは一例に過ぎず、例として記載された方法の代わりに、さらに可能な較正方法を使用することができる。
【００４７】
ステップ３１０では、インクリメンタルエンコーダ２２２は、回転中の絶対位置決定のために参照される。参照は、参照ユニット２２４を使用して実行されるのが好ましい。参照の結果として、例えば、異なる年に、そしてまた異なる風力発電設備の間でも実行される複数の測定にわたって、同等の測定が可能である。
ステップ３１２は、ロータ１３４の回転中に複数の回転位置において、位置決定ユニット２２０を用いて、ステータ１３２とロータ１３４との間のエアギャップ１５４の範囲を示す距離センサ２１４からの信号の実際の捕捉に関する。距離センサ２１４からの信号は、ロータ１３４がステータ１３２の周りを回転する間に捕捉される。個々の測定を実行するためにロータ１３４を停止させる必要はなく、測定は、追加の費用をかけることなく所望の頻度で繰り返される。
【００４８】
ステップ３１４では、ステップ３１２において捕獲された信号が、ＷＬＡＮまたはもう１つの無線伝送プロトコルによって送信される。よって、ロータの外側、特に、機械室の非回転領域において、信号を容易に評価することができる。したがって、エンジニアは、捕獲された信号をほぼリアルタイムで評価することができ、ステータ１３２を適合させることができる。
【００４９】
図６は、風力発電設備１００のロータ１３４を測定するための、本発明に係る測定方法４００のフローチャートを概略的、かつ例として示す。測定方法４００は、風力発電設備１００のステータ１３２上に、保持装置２１２および距離センサ２１４を有するエアギャップ測定ユニット２１０を取り付けるステップ４０２を備えている。ステップ３０２における取り付けは、風力発電設備１００が停止しており、その結果、ロータ１３４が回転できない間に実行されることが好ましい。取り付けは、端面において、すなわち、一般的に風に向いている風力発電設備の側からも行われることが好ましい。代替的または付加的に、特に、付加的に、取り付けは、ハウジング側、すなわち、ロータ側、あるいは風とは反対側の発電機の側でも行われる。
【００５０】
ステップ４０４では、ステータ１３２とロータ１３４との間のエアギャップ１５４の範囲を示す距離センサ２１４からの信号は、ロータ１３４の回転中に、複数の回転位置で捕捉される。
ステップ４０６では、ロータ１３４の磁極片の間の接合は、距離センサ２１４からの信号から決定される。捕獲された距離は、２つの磁極片の間の接合において、磁極片の領域よりもかなり大きい値に到達し、これにより、接合を決定することができる。
【００５１】
ステップ４０８では、ステータ１３２とロータ１３４との間の距離の値は、決定された接合部の２つの隣接する接合部のそれぞれの間のそれぞれの磁極片に対して決定される。特に、距離センサ２１４からの信号の最小値は、たとえ他の方法、例えば、平均値の決定も可能であるとしても、この目的のために使用される。
ステップ４１０では、ロータ１３４の真円度は、各磁極片に対して決定された距離の値に基づいて評価される。真円度が決定されない場合には、おそらく適合が実行される必要がある。
【００５２】
上記ステップは、図５および図６において、特定の順序で示されているが、これは必要な時間的順序を意味するのではなく、むしろ少数の、複数のまたはすべてのステップを異なる順序でまたは同時に実行されてもよい。
例示的な実施形態では、風力発電設備は内部ロータとして示されているが、本発明に係る測定システムおよび測定方法は、同様に、有利には外部ロータと共に使用されてもよい。
【００５３】
図７は、距離センサ２１４の例示的な実施形態を概略的かつ例として示す。この例示的な実施形態では、距離センサ２１４が、例えば、エアギャップ内に簡単に挿入することを可能とするために、その２つの側のうちの１つにおいて、好ましくは自己接着性であるフィルム７１０の形態である。典型的なフィルムの厚さは、０．１ｍｍの範囲内であるが、より厚いあるいは薄いフィルムであってもよい。
【００５４】
フィルム７１０は、その前側において、スパイラル導体トラック７２０を有し、その後ろ側において、別のスパイラル導体トラック７３０を有している。導体トラック７３０のスパイラルの方向は、スパイラル７２０とは反対であることが好ましい。他の例示的な実施形態では、スパイラル７２０および／またはスパイラル７３０は、好ましくは、エアギャップ内の全てのステータの歯幅を覆うために、長方形または多の形状を有していてもよい。
【００５５】
スパイラル７２０およびスパイラル７３０は、例えば、はんだ付けポイントを有する穴の形態である接続部７４０によって、フィルム７１０のほぼ中央で接続されている。したがって、距離センサ２１４は、第１スパイラル７２０に接続されている接続ライン７２２と、第２スパイラル７３０に接続されている第２接続ライン７３２とを介して、接続される。
【００５６】
上述したように、図７に示される距離センサ２１４は、ロータを測定するためにステータに接着剤で接着されるだけでなく、ステータの真円度を測定するためにロータに接着剤で接着されてもよい。いずれの場合も、ステータに２つ、ロータに２つ、そのうちの１つはそれぞれスピナ側にあり、そのうちの１つは機械室側にあり、センサが不正確さと円錐性を測定する、全体としてこのタイプの４つの距離センサ２１４が使用されることが好ましい。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月10日(2019.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギアレス風力発電設備（１００）のステータ（１３２）を測定する測定システム（２００）であって、前記測定システム（２００）は、エアギャップ測定ユニット（２１０）および位置決定ユニット（２２０）を有し、
前記エアギャップ測定ユニット（２１０）は、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有し、前記保持装置（２１２）は、前記風力発電設備（１００）のロータ（１３４）上に前記エアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するように設定され、
前記距離センサ（２１４）は、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間のエアギャップの範囲を示す信号を提供するように設定され、
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記風力発電設備（１００）の前記ロータ（１３４）上に搭載され、前記ロータ（１３４）の回転方向において前記位置決定ユニット（２２０）の位置を示す信号を提供するように設定され、
前記測定システム（２００）は、前記ロータ（１３４）の回転中に、複数の回転位置において、前記距離センサ（２１４）および前記位置決定ユニット（２２０）からの信号を捕獲するように設定されている、
測定システム（２００）。
【請求項２】
前記保持装置（２１２）は、磁気フィルムを有し、前記エアギャップ測定ユニット（２１０）は、前記エアギャップ（１５４）に搭載されるように設定されている、
請求項１に記載の測定システム（２００）。
【請求項３】
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記ロータ（１３４）の各決定された角度変化のための信号を提供するように設定されたジャイロスコープまたはインクリメンタルエンコーダ（２２２）を有している、
請求項１に記載の測定システム（２００）。
【請求項４】
前記インクリメンタルエンコーダ（２２２）は、１回転当たり少なくとも１００つの位置の分解能を有している、
請求項２に記載の測定システム（２００）。
【請求項５】
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記インクリメンタルエンコーダ（２２２）を参照するための参照ユニット（２２４）を有している、
請求項３または４に記載の測定システム（２００）。
【請求項６】
ハウジングを有し、前記ハウジングは、前記位置決定ユニット（２２０）を備え、前記風力発電設備（１００）のスピナキャップ用の支柱に設定されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項７】
前記位置決定ユニット（２２０）は、無線通信モジュール（２２６）を有している、
請求項１から６のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項８】
前記距離センサ（２１４）は、取り付けられた状態において前記ステータ（１３２）の内側をスキャンするように設定されたセンシングプレートおよび／または容量性フラットセンサを有している、
請求項１から７のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項９】
前記距離センサ（２１４）は、０．５ｍｍ以上の測定精度を可能にする、
請求項１から８のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１０】
前記距離センサ（２１４）は、アナログ走査信号を提供し、前記位置決定ユニット（２２０）は、前記アナログ走査信号をデジタル化するように設定されたアナログ／デジタル変換器を有している、
請求項１から９のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１１】
前記位置決定ユニット（２２０）は、前記位置決定ユニット（２２０）が前記グリッド電圧に直接的に接続されるように、変圧器を有している、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１２】
前記測定システム（２００）は、第１および第２エアギャップ測定ユニット（２１０）を有しており、前記第１エアギャップ測定ユニット（２１０）は、前記軸方向において、前記ロータ（１３４）の前に搭載されるように設定されており、前記第２エアギャップ測定ユニットは、前記軸方向において、前記ロータの後ろに搭載されるように設定されている、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の測定システム（２００）。
【請求項１３】
ギアレス風力発電設備のステータの測定を行う測定方法（３００）であって、
前記風力発電設備（１００）のロータ（１３４）上に、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有するエアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するステップ（３０２）、
前記風力発電設備（１００）の前記ロータ（１３４）上に、位置決定ユニット（２２０）を搭載するステップ（３０４）、および、
前記距離センサ（２１４）から、前記複数の回転位置における前記ロータ（１３４）の回転中に、前記位置決定ユニット（２２０）によって、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間のエアギャップ（１５４）の範囲を示す信号を捕獲するステップ（３１２）、
を備えている測定方法（３００）。
【請求項１４】
前記距離センサ（２１４）からの前記信号は、インクリメンタルエンコーダ（２２２）によって示されるそれぞれの測定位置に対して捕獲される、
請求項１３に記載の測定方法（３００）。
【請求項１５】
前記位置決定ユニット（２２０）をグリッド電圧に接続するステップ（３０６）、
前記距離センサ（２１４）を較正するステップ（３０８）、
回転中の絶対的な位置決定のために、前記インクリメンタルエンコーダ（２２２）を参照するステップ（３１０）、および、
捕獲された前記信号をＷＬＡＮによって送信するステップ（３１４）、
のうちの少なくとも１つも備えている、
請求項１３または１４に記載の測定方法（３００）。
【請求項１６】
ギアレス風力発電設備のロータ（１３４）の測定を行う測定方法（４００）であって、
前記風力発電設備（１００）のステータ（１３２）上に、保持装置（２１２）および距離センサ（２１４）を有するエアギャップ測定ユニット（２１０）を搭載するステップ（４０２）、
前記距離センサ（２１４）から、前記複数の回転位置における前記ロータ（１３４）の回転中に、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間のエアギャップ（１５４）の範囲を示す信号を捕獲するステップ（４０４）、
前記距離センサ（２１４）からの信号から前記ロータ（１３４）の磁極片間の接合部を決定するステップ（４０６）、
決定された接合部の各２つの隣接する接合部間の各磁極片について、前記ステータ（１３２）と前記ロータ（１３４）との間の距離の値を決定するステップ（４０８）、および、
前記各磁極片について決定された前記距離の値に基づいて、前記ロータ（１３４）の真円度を評価するステップ（４１０）、
を備えている測定方法（４００）。
【請求項１７】
請求項１２から１６のいずれか１項に記載の測定方法（３００）を実行し、
前記エアギャップ（１５４）の異なる値が測定された位置において、前記ステータ（１３２）および／または前記ロータ（１３４）を調整も行う、
風力発電設備（１００）の組立て方法。
【国際調査報告】
2020513541.tif 000010
2020513541.tif 000011
2020513541.tif 000012
2020513541.tif 000013
2020513541.tif 000014
2020513541.tif 000015