風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置製造方法
2023-12-03 22:20:01
風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種能不依靠加熱器而使旋轉電機的軸承部升溫從而抑制軸承部的潤滑性能下降的風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置。實施方式的一個技術方案的風力發電系統具有旋轉電機和升溫控制部。升溫控制部使旋轉電機的繞組通電，以使旋轉電機的溫度上升。
【專利說明】風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置。
【背景技術】
[0002]現在已知的風力發電系統是通過風力使螺旋槳旋轉，由螺旋槳的旋轉來驅動旋轉電機從而進行發電。另外，在風力發電系統中，除了上述用於發電的旋轉電機以外，還具有例如用於改變螺旋槳各葉片的槳距角的旋轉電機、或用於使導流罩相對於塔體旋轉驅動的旋轉電機。
[0003]上述這樣的風力發電系統有時會設置於寒冷地區的室外。這時，在風力發電系統啟動時等，由於旋轉電機的軸承部的溫度因環境溫度而下降，潤滑脂的粘度增大，因此軸承部的潤滑性能下降，有可能不能順利地進行旋轉電機的旋轉。對此，提出了這樣一種技術:當環境溫度較低時，通過使用加熱器使軸承部升溫，來抑制軸承部的潤滑性能下降(例如，參照專利文獻I)。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2007-198167號公報
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題
[0008]然而，近年需要一種不依靠上述這樣的加熱器而使旋轉電機的軸承部升溫的技術。另外，所述技術並不限於上述的風力發電系統的旋轉電機，對設置於環境溫度較低的場所的旋轉電機，也需要這種技術。
[0009]實施方式的一個技術方案的目的是提供一種能夠不依靠加熱器而使旋轉電機的軸承部升溫，從而抑制軸承部的潤滑性能下降的風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置。
[0010]為解決技術問題的方法
[0011]實施方式的一個技術方案的風力發電系統具有旋轉電機和升溫控制部。升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電，以使所述旋轉電機的溫度上升。
[0012]發明效果
[0013]採用實施方式的一個技術方案，能夠不依靠加熱器而使旋轉電機的軸承部升溫，從而能夠抑制軸承部的潤滑性能下降。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是表示實施方式的風力發電系統的結構的框圖。
[0015]圖2是感應電機的示意性剖視圖。
[0016]圖3是同步電機的示意性剖視圖。
[0017]圖4是表示電力轉換部的結構例的圖。
[0018]圖5是表示圖4所示的雙向開關的結構例的圖。
[0019]圖6是表示當向同步電機供給交流電時，旋轉電機產生的旋轉轉矩的曲線圖。
[0020]圖7是示意性地表示整個風力發電系統的圖。
[0021]圖8是示意性地表示用於發電的旋轉電機或用於槳距角的旋轉電機等的結構的示意性側視圖。
[0022]圖9是示意性地表示用於導流罩的旋轉電機等的結構的示意性側視圖。
[0023]圖10是表示使旋轉電機的溫度上升的升溫動作的具體處理的流程圖。
[0024]附圖標記說明
[0025]1:風力發電系統
[0026]10:旋轉電機
[0027]1a:感應電機
[0028]1b:同步電機
[0029]11:框架
[0030]12:定子
[0031]12b:繞組
[0032]13:(感應電機的)轉子
[0033]14:旋轉軸
[0034]15:軸承部
[0035]16:(同步電機的)轉子
[0036]20:制動器
[0037]30:溫度傳感器
[0038]40:加熱器
[0039]50:旋轉電機的控制裝置
[0040]51:升溫控制部
[0041]52:交流指令部
[0042]53:直流指令部
[0043]54:制動部
[0044]55:判定部
[0045]56:加熱器控制部
[0046]60:電力轉換部
[0047]70:交流電源
[0048]80:塔體
[0049]81:導流罩
[0050]82:螺旋槳
[0051]83:風車
【具體實施方式】
[0052]下面參照附圖詳細說明本申請的風力發電系統、風力發電系統的控制方法、旋轉電機系統和旋轉電機的控制裝置的實施方式。另外，本發明並不限於下面所示的實施方式。
[0053][風力發電系統的結構]
[0054]圖1是表示實施方式的風力發電系統的結構的框圖。另外，為了容易理解說明，圖1中的風力發電系統的一部分結構未進行圖示。關於所述未圖示的結構，將參照圖7在後面敘述。
[0055]如圖1所示，實施方式的風力發電系統I具有旋轉電機10、制動器20、溫度傳感器30、加熱器40、旋轉電機的控制裝置50和電力轉換部60。
[0056]另外，如後面敘述的那樣，風力發電系統I中的旋轉電機10具有多個，各旋轉電機10根據用途不同而起到發電機或者電動機的功能。在圖1中，為了方便理解，以多個旋轉電機10中的一個旋轉電機10為例進行說明。因此，圖1中的旋轉電機10可以是發電機和電動機中的任一種，另外還可以是具有發電機和電動機這兩種功能的旋轉電機。
[0057]制動器20對旋轉電機10的旋轉進行制動。溫度傳感器30輸出表不旋轉電機10的溫度的信號。加熱器40對旋轉電機10加熱。電力轉換部60將來自交流電源70的電力進行轉換並輸出至旋轉電機10。
[0058]旋轉電機10的控制裝置50具有升溫控制部51、交流指令部52、直流指令部53、制動部54、判定部55和加熱器控制部56。
[0059]升溫控制部51使旋轉電機10的繞組(在圖1中未圖示)通電，以使旋轉電機10的溫度上升。通過旋轉電機10的溫度上升，例如能夠使旋轉電機10上所設置的軸承部(後面敘述)不依靠加熱器而升溫。由此，軸承部的潤滑脂的溫度上升，潤滑脂的粘度下降，從而能夠抑制軸承部的潤滑性能下降。
[0060]另外，當升溫控制部51使旋轉電機10的繞組通電時，交流指令部52對旋轉電機10供給交流電。當升溫控制部51使旋轉電機10的繞組通電時，直流指令部53對旋轉電機10供給直流電。制動部54對制動器20的動作進行控制。判定部55對旋轉電機10的溫度是否滿足規定的條件(後面敘述)進行判定。加熱器控制部56對加熱器40的動作進行控制。
[0061]下面，詳細說明關於上述的旋轉電機10及旋轉電機的控制裝置50等的各要素。
[0062][旋轉電機的結構]
[0063]旋轉電機10例如為鼠籠式感應電機。圖2是作為旋轉電機10的感應電機1a的示意性剖視圖。如圖2所示，感應電機1a具有框架11、定子12、轉子13、旋轉軸14和軸承部15。
[0064]框架11例如形成為具有內部空間Ila的筒狀，在內部空間Ila中配置有定子12和轉子13等。另外，框架11例如通過未圖示的支柱被固定在風力發電系統I的適當位置。
[0065]定子12被固定在框架11的內周。定子12具有定子鐵心12a和繞組12b。轉子13隔著空隙與該定子12的內周側面對配置。
[0066]轉子13具有轉子鐵心13a、轉子導條13b和端環13c。轉子鐵心13a例如形成圓筒狀，安裝於旋轉軸14的外周面。另外，在轉子鐵心13a的外周部附近埋設有多個轉子導條13b。轉子導條13b配置成兩端部從轉子鐵心13a露出，其露出部分通過端環13c來連結。
[0067]旋轉軸14通過固定於框架11的軸承部15以能夠旋轉的方式被軸支承。軸承部15被填充有未圖示的潤滑脂，通過潤滑脂來潤滑。另外，在上述中，感應電機1a是鼠籠式感應電機，然而並不限於此，例如也可以是繞線式感應電機。
[0068]並且，例如若交流指令部52向上述的旋轉電機10 (感應電機1a)的繞組12b供給交流電，定子12將產生旋轉磁場,通過旋轉磁場向轉子13提供感應電流。
[0069]通過該感應電流，能夠使旋轉電機10的旋轉軸14旋轉，然而此時例如由制動部54使制動器20 (在圖2中未圖示)動作，旋轉軸14呈靜止或者極低速的狀態，使轉差率S成為I或者比I稍微小的值。
[0070]這樣，在旋轉電機10中，應該用於使旋轉軸14旋轉的能量轉換為熱能，轉子13自行發熱。即，轉子13通過來自繞組12b的電磁感應而發熱。例如如圖2的箭頭A所示，轉子13所產生的熱通過熱傳導率較高的旋轉軸14傳遞至軸承部15，由此使軸承部15升溫。
[0071]另外，在上述中，由制動部54使旋轉電機10靜止或者極低速旋轉，然而優選使其靜止。相比使旋轉電機10極低速旋轉的情況，若使旋轉電機10靜止，將會使應該用於使旋轉軸14旋轉的能量更多地轉換為熱能，因此能夠使轉子13更進一步發熱。
[0072]另外，被供給交流電的定子12也因繞組電阻而發熱。如圖2的箭頭B所示，定子12所產生的熱通過熱傳導率較高的框架11傳遞至軸承部15，而使軸承部15升溫。
[0073]這樣，當由制動部54使旋轉電機10靜止或者極低速旋轉時,若交流指令部52向感應電機1a的繞組12b供給交流電，則轉子13和定子12雙方均發熱，因此能夠及早使旋轉電機10的軸承部15升溫。
[0074]另外，如果採用旋轉電機的一部分被加熱的結構，旋轉電機的各部位的熱膨脹量會產生差異，因此有可能會降低旋轉電機的壽命。然而，本實施方式中，由於框架11內所配置的轉子13和定子12發熱，因此能夠使包含軸承部15在內的整個旋轉電機10升溫。由此，旋轉電機10的各部位難以產生熱膨脹量差異，其結果，能夠抑制旋轉電機10的壽命下降。
[0075]在上述中，以旋轉電機10為感應電機1a的情況為例進行了說明，然而旋轉電機10並不限於此，例如也可以為同步電機。圖3是用於以旋轉電機10為同步電機1b的情況為例進行說明的、同步電機1b的示意性剖視圖。在圖3中，對於與感應電機1a大致相同的結構，標註同一附圖標記而省略其說明。
[0076]如圖3所示，同步電機1b的轉子16具有設置於旋轉軸14的外周面的圓筒狀的轉子鐵心16a與在轉子鐵心16a的外周側所埋設的多個永磁鐵16b。S卩，同步電機1b是IPM(Inter1r Permanent Magnet:內置式永磁)同步電機。另外，同步電機1b並不限於IPM式同步電機,例如也可以是SPM(Surface Permanent Magnet:貼面式永磁)同步電機。
[0077]例如交流指令部52向上述的旋轉電機10 (同步電機1b)的繞組12b供給交流電的同時，由制動部54使制動器20 (在圖3中未圖示)動作，使旋轉軸14成為靜止或者極低速的狀態。由此，定子12因繞組電阻而發熱。如圖3的箭頭C所示，定子12所產生的熱通過熱傳導率較高的框架11等傳遞至軸承部15，由此使軸承部15升溫。
[0078]另外，在上述中，使旋轉電機10的繞組12b中流動交流電，然而也可以由直流指令部53使其中流動直流電。即使繞組12b中流動直流電時，定子12也能夠因繞組電阻而發熱，定子12的熱通過箭頭B或箭頭C所示的路徑傳遞至軸承部15，而使軸承部15升溫。
[0079]另外，供給直流電時，定子12不產生旋轉磁場，轉子13和旋轉軸14也不產生旋轉轉矩，因此制動部54不是必須使制動器20動作而使旋轉軸14呈靜止等的狀態。
[0080]返回圖1的說明，制動器20連接於旋轉電機10的旋轉軸14，對旋轉軸14進行制動。作為制動器20可以使用電磁式或者液壓式的盤式制動器，然而不限於此，例如也可以使用圓筒式制動器等其他種類的制動器。
[0081]溫度傳感器30例如配置於旋轉電機10的附近,用於輸出表不旋轉電機10的溫度的信號。加熱器40例如安裝於旋轉電機10的框架11上，當通過加熱器控制部56使其通電時，對旋轉電機10加熱。作為加熱器40例如可以使用電加熱器。
[0082][電力轉換部的結構]
[0083]電力轉換部60在旋轉電機10與交流電源70之間進行雙向電力轉換。作為電力轉換部60例如可以使用矩陣變換器。關於所述電力轉換部60的結構例，使用圖4進行說明。圖4是表示電力轉換部60的結構例的圖。
[0084]電力轉換部60是包含配置於交流電源70的各相與旋轉電機10的各相之間的多個雙向開關Sru、Ssu、Stu、Srv> Ssv、Stv、Srw> Ssw、Stw(下面有時統稱為雙向開關Sw)的矩陣變換器。
[0085]雙向開關Sru、Ssu、Stu對交流電源70的R相、S相、T相與旋轉電機10的U相分別進行連接。雙向開關Srv、Ssv、Stv對交流電源70的R相、S相、T相與旋轉電機10的V相分別進行連接。雙向開關Srw、Ssw、Stw對交流電源70的R相、S相、T相與旋轉電機10的W相分別進行連接。
[0086]例如，如圖5所示，雙向開關Sw可以由二極體D1、D2與單向開關元件Swl、Sw2構成。圖5是表示圖4所示的雙向開關Sw的結構例的圖。單向開關元件Swl、Sw2例如是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金屬氧化物半導體場效應電晶體)或IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型電晶體)等半導體開關元件。
[0087]另外，雙向開關Sw並不限於圖5所示的結構。例如，雙向開關Sw也可以採用將單向開關元件與二極體的串聯連接體反向並聯連接的結構。另外，雙向開關Sw例如也可以採用將由反向阻斷式開關元件構成的單向開關元件相互反向並聯連接的結構。
[0088]這樣，由於電力轉換部60是矩陣變換器，相比現有的變頻器，不需高次諧波濾波器或電解電容器等，因此能夠簡化風力發電系統I的結構。另外，由於不需要電解電容器等，因此能夠實現風力發電系統I的小型化以及提高保養性能。
[0089][旋轉電機的控制裝置的結構]
[0090]返回圖1的說明，旋轉電機的控制裝置50的升溫控制部51通過轉矩控制使旋轉電機10的繞組12b通電。具體地說，例如升溫控制部51向交流指令部52和直流指令部53輸出用於指示旋轉電機10的旋轉轉矩的轉矩指令。另外，升溫控制部51向制動部54輸出使制動器20動作的動作指令。
[0091]另外，上述的轉矩指令例如設定成使旋轉電機10的旋轉轉矩成為規定值，具體地說，例如設定成比制動器20的制動轉矩還低的值。
[0092]由於升溫控制部51進行轉矩控制，使向旋轉電機10的繞組12b通電所產生的旋轉轉矩相比制動器20的制動轉矩還低，因此制動部54通過使制動器20動作，能夠容易地使旋轉電機10靜止或者極低速旋轉。由此，能夠切實使旋轉電機10的轉子13和定子12發熱。
[0093]另外，升溫控制部51通過轉矩控制使旋轉電機10的繞組12b通電，從而能夠避免由未圖示的異常判定部判定為旋轉電機10的旋轉異常的情況出現。即，例如假設在制動器動作的狀態下，當升溫控制部通過速度控制或位置控制使旋轉電機的繞組通電時，儘管處於通電的狀態，旋轉軸也不會達到被指令的速度或位置，因此有時異常判定部會判定為旋轉電機的旋轉異常。對此，在本實施方式中，由於升溫控制部51通過轉矩控制使旋轉電機10的繞組12b通電，因此即使在制動器20動作的狀態下，旋轉電機10也產生被指令的旋轉轉矩，從而能夠避免由異常判定部判定為旋轉電機10的旋轉異常的情況出現。
[0094]若從升溫控制部51輸出轉矩指令，則交流指令部52控制電力轉換部60的動作，以使其根據轉矩指令向旋轉電機10供給交流電。相比通直流電的情況，當這樣通交流電時，例如能夠減小對電力轉換部60的雙向開關Sw的開關元件的負擔。
[0095]若從升溫控制部51輸出轉矩指令，則直流指令部53控制電力轉換部60的動作，以使其根據轉矩指令供給直流電。
[0096]具體地說，例如交流指令部52和直流指令部53根據轉矩指令生成電壓指令，並且控制電力轉換部60的動作，以使其通過矩陣變換器的PWM控制方法向旋轉電機10輸出對應於電壓指令的電壓。
[0097]另外，對於風力發電系統I而言，能夠在向旋轉電機10供給交流電的交流模式與向旋轉電機10供給直流電的直流模式之間自由切換。具體地說，當選擇交流模式時，交流指令部52控制電力轉換部60的動作，另外當選擇直流模式時，直流指令部53控制電力轉換部60的動作。
[0098]上述的交流模式和直流模式的選擇是預先設定的，然而並不限於此。S卩，例如也可以由用戶通過未圖示的外部設備進行交流模式和直流模式的選擇。
[0099]制動部54連接於制動器20，若從升溫控制部51輸出動作指令，則對制動器20的動作進行控制，對旋轉電機10的旋轉軸14進行制動。如上所述,制動部54通過使制動器20進行動作而使旋轉電機10靜止或者極低速旋轉。在此,所謂極低速旋轉,意思是指達不到正常運轉的低速旋轉，相比正常運轉時的旋轉電機10的旋轉，以極其低的速度旋轉。
[0100]另外，在上述中，制動部54根據來自升溫控制部51的動作指令使制動器20動作，然而並不限於此，例如也可以根據旋轉軸14的旋轉狀態適當地使制動器20動作。
[0101]判定部55根據從溫度傳感器30輸出的信號對旋轉電機10的溫度進行檢測，並且判定所檢測出的旋轉電機10的溫度是否滿足規定的條件。具體地說，例如當旋轉電機10的溫度為較低值，並且是需要使軸承部15升溫的值時，判定部55判定為滿足規定的條件。
[0102]詳細而言，若旋轉電機10的溫度較低，則軸承部15的溫度也下降而潤滑脂的粘度增大。若潤滑脂的粘度增大，則軸承部15的潤滑性能有可能會下降。對此，當旋轉電機10的溫度較低時，使判定部55判定為滿足規定的條件並且判定為需要使軸承部15升溫。當判定部55判定為旋轉電機10的溫度滿足規定的條件時，向升溫控制部51輸出許可進行使旋轉電機10升溫的動作的升溫許可信號。
[0103]加熱器控制部56連接於加熱器40，對加熱器40的動作進行控制。加熱器控制部56還採用能夠檢測加熱器40有無斷線等故障的結構。加熱器控制部56當檢測出加熱器40的故障時，向升溫控制部51輸出故障信號。升溫控制部51接受來自判定部55的升溫許可信號和來自加熱器控制部56的故障信號，並使繞組12b通電，以使旋轉電機10的溫度上升。
[0104]在此,分別以向感應電機1a供給交流電、向同步電機1b供給交流電、向同步電機1b供給直流電的三種情況為例來分別說明其結構。
[0105][向感應電機供給交流電的情況]
[0106]在上述的實施方式中，如果旋轉電機10是感應電機10a，並且是向旋轉電機10供給交流電的結構時，升溫控制部51首先向制動部51輸出動作指令。若從升溫控制部51輸出動作指令，則制動部54使制動器20動作，使旋轉電機10呈靜止等的狀態。另外，升溫控制部51向交流指令部52輸出轉矩指令。交流指令部52接受轉矩指令，對電力轉換部60的動作進行控制，以使其根據轉矩指令向旋轉電機10供給交流電。
[0107][向同步電機供給交流電的情況]
[0108]另外，在上述的實施方式中，如果旋轉電機10是同步電機10b，並且是向旋轉電機10供給交流電的結構時，升溫控制部51向制動部51輸出動作指令。若輸出動作指令，則制動部54使制動器20動作，使旋轉電機10呈靜止等的狀態。另外，升溫控制部51向交流指令部52輸出轉矩指令。交流指令部52控制電力轉換部60的動作，以使其根據所輸出的轉矩指令向旋轉電機10供給交流電。
[0109]另夕卜，當向同步電機1b供給交流電時，同步電機1b將產生如圖6所示的正弦波的旋轉轉矩。圖6是表示當向同步電機1b供給交流電時，同步電機1b產生的旋轉轉矩的曲線圖。
[0110]同步電機1b因上述的正弦波的旋轉轉矩的轉矩脈動而產生振動。為了抑制該振動的產生，需要使定子12的旋轉磁場速度下降，使旋轉軸14也以低速旋轉。另外，還需要通過升溫控制部51進行通電控制，以使正弦波的旋轉轉矩不超過制動器20的制動轉矩，其結果，有可能使同步電機1b的溫度不能有效地上升。因此，如果旋轉電機10是同步電機1b時，優選從電力轉換部60向旋轉電機10供給直流電。
[0111]但是，假設例如電力轉換部是變頻器時，有可能電流集中於特定的開關元件而增大其負擔，從而成為電力轉換部的可靠性下降的主要原因。
[0112][向同步電機供給直流電的情況]
[0113]對此，本實施方式中，如果旋轉電機10是同步電機10b，並且是向旋轉電機10供給直流電的結構時，將矩陣變換器用作電力轉換部60。
[0114]具體地說，升溫控制部51向直流指令部53輸出轉矩指令。直流指令部53接受轉矩指令控制包含矩陣變換器在內的電力轉換部60的動作，使其根據轉矩指令向旋轉電機10供給直流電。
[0115]這樣，例如如圖4的箭頭所示，直流指令部53當生成從U相流入而從V相、W相流出的直流電時，只要使雙向開關Sru、ssu、stu適當地進行開關動作即可。因此，由於能夠避免電流集中於特定的開關元件，所以能夠減輕對開關元件的負擔，從而能夠抑制電力轉換部60的可靠性下降。
[0116][風力發電系統的旋轉電機的結構]
[0117]風力發電系統I根據用途不同而具有多個旋轉電機10。上述的使旋轉電機10的溫度上升的結構能夠分別適用於多個旋轉電機10。關於所適用的旋轉電機10，參照圖7及之後的圖進行說明。
[0118]圖7是示意性地表示整個風力發電系統I的圖。另外，在圖7及之後的圖中，為了簡化圖示，省略了溫度傳感器30和加熱器40等的圖示。
[0119]如圖7所示，風力發電系統I具有多個旋轉電機10、塔體80以及具有導流罩81和螺旋槳82的風車83。導流罩81以能自由旋轉的方式被支承於塔體80上。另外，螺旋槳82具有樞轂82a與分別安裝於樞轂82a的不同位置的多個(例如三個)葉片82b。多個葉片82b能夠改變槳距角。
[0120]具體地說，多個旋轉電機10是連接於螺旋槳82並且通過螺旋槳82的旋轉來發電的用於發電的旋轉電機101、改變葉片82b的槳距角的用於槳距角的旋轉電機102、使導流罩81旋轉的用於導流罩的旋轉電機103。
[0121]圖8是示意性地表示旋轉電機101、102等的結構的示意性側視圖。如圖8所示，旋轉電機101被收裝於導流罩81內，經螺旋槳軸84連接於螺旋槳82。另外，旋轉電機101和螺旋槳82連接成使旋轉軸14和螺旋槳軸84同軸。具體地說，旋轉電機101是發電機，也可以是能作為電動機而使用的旋轉電機。
[0122]另外，在導流罩81內，除了上述的旋轉電機101以外，還設有制動器201、增速器85。制動器201與圖1所示的制動器20相對應，對旋轉電機101的旋轉軸14和螺旋槳軸84進行制動。
[0123]增速器85連接於螺旋槳軸84，對螺旋槳82的旋轉進行增速並輸出至旋轉電機101。旋轉電機101將因被增速器85增速的旋轉而產生的動能轉換為電能而進行發電。
[0124]旋轉電機102被收裝於樞轂82a內，並且經旋轉軸14連接於葉片82b。這樣，葉片82b通過旋轉電機102的旋轉而旋轉，由此來改變葉片82b的槳距角。
[0125]另外，在圖8中，為了簡化圖示，僅表示了多個葉片82b中的一個葉片82b，並且僅表示了連接於所述葉片82b的旋轉電機102，但實際上對應於多個葉片82b的多個旋轉電機102被收裝於樞轂82a內。
[0126]在樞轂82a內，除了旋轉電機102以外還設有制動器202。制動器202也與圖1所示的制動器20相對應，對旋轉電機102的旋轉軸14進行制動。
[0127]返回圖7的說明，與旋轉電機101相同，旋轉電機103也配置於導流罩81內。圖9是示意性地表示旋轉電機103等的結構的示意性側視圖。如圖9所示,旋轉電機103固定於導流罩81的底板81a上，並且旋轉軸14以向塔體80 —側突出的方式配置。在旋轉電機103的旋轉軸14的前端安裝有第一齒輪90。
[0128]另外，在塔體80的與導流罩81接近的上端位置上固定有齒圈91，與第一齒輪90嚙合的第二齒輪91a形成在該齒圈91的內周側。另外，導流罩81經軸承部92以能夠旋轉的方式支承於齒圈91上。因此，若旋轉電機103旋轉，第一齒輪90隨著旋轉電機103的旋轉在與第二齒輪91a哨合的同時相對於第二齒輪91a進行相對變位，由此導流罩81相對於塔體80旋轉。
[0129]另外，在導流罩81的底板81a的塔體80—側配置有制動器203。制動器203與圖1所示的制動器20相對應，具體地說是盤式制動器。制動器203的主體部203a固定於導流罩81上，盤部203b固定於齒圈91上。因此，使制動器203動作，由主體部203a的襯墊部203c來夾住盤部203b，從而使導流罩81不能相對於塔體80旋轉。
[0130]另外，若使制動器203動作，導流罩81不能相對於塔體80旋轉，因此使第一齒輪90不能相對於第二齒輪91a進行相對變位，旋轉電機103的旋轉軸14被制動。由此也可以說由制動器203對旋轉電機103的旋轉軸14進行制動。
[0131]使旋轉電機101、102、103的溫度上升的結構可分別適用於上述的旋轉電機101、102,103ο
[0132][使旋轉電機的溫度上升的升溫動作]
[0133]接著，對使旋轉電機10的溫度上升的升溫動作的具體處理進行說明。圖10是表示該升溫動作的處理的流程圖。另外，通過旋轉電機的控制裝置50來執行圖10所示的處理。另外，圖10所示的處理在風力發電系統I的啟動時執行，然而並不限於此，例如也可以在風力發電系統I的通常運轉中的適當時刻進行。
[0134]首先，旋轉電機的控制裝置50的判定部55根據從溫度傳感器30輸出的信號對旋轉電機10的溫度進行檢測(步驟SI)。接著，判定部55對檢測出的旋轉電機10的溫度是否滿足規定的條件進行判定(步驟S2)。換言之，步驟S2的處理是用於判定軸承部15是否需要升溫的處理，具體地說，判定旋轉電機10的溫度是否不足第一規定溫度。
[0135]當判定為旋轉電機10的溫度在第一規定溫度以上時，即，當判定為旋轉電機10的溫度不滿足規定的條件而軸承部15不需要升溫時(步驟S2的判定結果為否)，直接結束處理。相反，當判定為旋轉電機10的溫度不足第一規定溫度，即，當判定為旋轉電機10的溫度滿足規定的條件，軸承部15需要升溫時(步驟S2的判定結果為是)，加熱器控制部56判定加熱器40是否處於故障狀態(步驟S3)。
[0136]當判定為加熱器40處於故障狀態時(步驟S3，是)，控制部54使制動器20動作，使旋轉電機10靜止或者極低速旋轉(步驟S4)。
[0137]接著，升溫控制部51從電力轉換部60對旋轉電機10的繞組12b通電(步驟S5)。另外，在步驟S5中，當選擇交流模式時，由交流指令部52從電力轉換部60向旋轉電機10供給交流電，當選擇直流模式時，由直流指令部53從電力轉換部60向旋轉電機10供給直流電。如上所述，通過上述的步驟S4和步驟S5的處理，能使旋轉電機10的溫度上升，從而使軸承部15升溫。
[0138]接著，判定部55根據從溫度傳感器30輸出的信號再對旋轉電機10的溫度進行檢測(步驟S6)。然後，判定部55對步驟S6所檢測出的溫度是否滿足規定的條件進行判定(步驟S7)。具體地說，在步驟S7中，判定旋轉電機10的溫度是否不足第二規定溫度，該第二規定溫度設定為與第一規定溫度相同的值或者比第一規定溫度還大的值。
[0139]當判定為旋轉電機10的溫度滿足規定的條件時，即，當判定為旋轉電機10的溫度不足第二規定溫度時(步驟S7的判定結果為是)，返回步驟S6的處理。相反，當判定為旋轉電機10的溫度變為不滿足規定的條件，即，當旋轉電機10的溫度到達第二規定溫度時(步驟S7的判定結果為否)，估計為軸承部15已被充分升溫，升溫控制部51停止向旋轉電機10的繞組12b的通電，制動部54解除通過制動器20實現的制動(步驟S8)。
[0140]這樣，當旋轉電機10的溫度處於規定的條件時，向旋轉電機10的繞組12b通電以使旋轉電機10的溫度上升，由此能在軸承部15在需要升溫的適當時刻向繞組12b通電，從而使軸承部15升溫。
[0141]另外，當加熱器40產生故障時，向旋轉電機10的繞組12b通電而使軸承部15升溫，因此即使在加熱器40產生故障時，也可以切實地使軸承部15升溫。
[0142]繼續說明圖10的流程圖，當判定為加熱器40不處於故障狀態時(步驟S3的判定結果為否)，加熱器控制部56使加熱器40通電而對旋轉電機10進行加熱(步驟S9)。由此，能使旋轉電機10的溫度上升，隨之能夠使軸承部15升溫。
[0143]接著，執行步驟S10、Sll的處理，然而步驟S10、Sll與上述的步驟S6、S7的處理相同，因此省略其說明。然後，當判定為旋轉電機10的溫度變為不滿足規定的條件時(步驟Sll的判定結果為否)，加熱器控制部56停止向加熱器40的通電(步驟S12)。
[0144]另外，在上述的步驟S7中，根據旋轉電機10的溫度來判定停止向旋轉電機10通電的時刻，然而並不限於此。即，也可以採用以下結構:根據步驟Si檢測出的旋轉電機10的溫度，估計例如旋轉電機10的溫度上升至第二規定溫度所需的時間，向旋轉電機10的繞組12b通電、或者向加熱器40通電，直至經過所估計的時間。
[0145]另外，在上述中，在加熱器40產生故障時向旋轉電機10通電，然而並不限於此。SP，也可以採用在旋轉電機10的溫度滿足規定的條件時，向旋轉電機10與加熱器40雙方進行通電的構成。具體地說，也可以在圖10的流程圖中，在去除步驟S3的同時，當在步驟S2中判定為旋轉電機10的溫度滿足規定的條件時，進行步驟S4和步驟S9的處理。由此，能夠及早使旋轉電機10的溫度上升，從而及早使軸承部15升溫。
[0146]另外，也可以採用去除加熱器40和加熱器控制部56，通過僅向旋轉電機10通電而使軸承部15升溫的構成。此時，在圖10的流程圖中，去除步驟S3、S9?S12的同時，當在步驟S2中判定為旋轉電機10的溫度滿足規定的條件時，進行步驟S4的處理。由此，通過去除加熱器40和加熱器控制部56，能夠簡化風力發電系統I的結構，並且由於無需對加熱器40進行保養，因此還能夠提高風力發電系統I的保養性能。
[0147]另外，當選擇直流模式向旋轉電機10 (同步電機1b)供給直流電時，定子12不產生旋轉磁場，轉子13和旋轉軸14也不產生旋轉轉矩。因此，當供給直流電時，也可以採用去除制動器20和制動部54的結構。此時，在圖10的流程圖中，去除步驟S4，當在步驟S3中判定為加熱器40處於故障狀態時，進行步驟S5的處理。這樣，通過去除制動器20和制動部54,能夠簡化風力發電系統I的結構。
[0148]如上所述，本實施方式的風力發電系統I具有旋轉電機10和升溫控制部51。升溫控制部51使旋轉電機10的繞組12b通電以使旋轉電機10的溫度上升。由此，能夠不依賴於加熱器40而使旋轉電機10的軸承部15升溫，能夠抑制軸承部15的潤滑性能下降。
[0149]另外，在上述的風力發電系統I中，採用了旋轉電機10被應用於風力發電的結構，然而旋轉電機10的用途並不限於風力發電。即，例如上述的旋轉電機10也能夠適用於水力發電系統或用於室外的泵等環境溫度較低的場所而設置的旋轉電機。此時，上述的旋轉電機10、制動器20、旋轉電機的控制裝置50等起到「旋轉電機系統」的功能。
[0150]另外，在風力發電系統I中，具有制動器20，然而並不限於此，只要能夠對旋轉軸14進行制動，任何類型的制動機構均可。即，例如也可以是如下制動機構:在旋轉軸14上貫穿設置孔，通過使鎖定銷嵌合於貫穿設置的孔中而對旋轉軸14進行制動。
[0151]另外，分別對應多個旋轉電機10而配置溫度傳感器30，然而並不限於此。S卩，例如可以在導流罩81內或者室外配置一個溫度傳感器，由判定部55判定由這一個溫度傳感器檢測出的導流罩81內的溫度或者室外的環境溫度是否滿足規定的條件。
[0152]另外，作為電力轉換部60的例子，例舉了矩陣變換器，然而並不限於此，例如也可以是變頻器。另外，在圖1中，例示了旋轉電機的控制裝置50與電力轉換部60分體設置的情況，然而也可以採用旋轉電機的控制裝置50與電力轉換部60形成一體的結構。
[0153]對於本領域的技術人員而言，還可以得出進一步的效果以及其他變形例。因而，本發明的範圍並不限於上面詳細說明的特定的、具有代表性的實施方式。所以在不脫離權利要求書及其等同物所定義的發明的總括性精神或者範圍內，可以進行各種變更。
【權利要求】
1.一種風力發電系統,其特徵在於,具有: 旋轉電機；以及 升溫控制部，其使所述旋轉電機的繞組通電，以使所述旋轉電機的溫度上升。
2.根據權利要求1所述的風力發電系統，其特徵在於， 還具有矩陣變換器，其包含配置在交流電源與所述旋轉電機之間的多個雙向開關，在所述升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電時，所述矩陣變換器向所述旋轉電機供電。
3.根據權利要求1或2所述的風力發電系統，其特徵在於， 還具有使所述旋轉電機靜止或者極低速旋轉的制動部， 在所述制動部使所述旋轉電機靜止或者極低速旋轉時，所述升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電。
4.根據權利要求3所述的風力發電系統，其特徵在於， 在所述制動部使所述旋轉電機靜止或者極低速旋轉時，所述升溫控制部通過轉矩控制使所述旋轉電機的繞組通電。
5.根據權利要求2所述的風力發電系統，其特徵在於， 還具有直流指令部，在所述升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電時，所述直流指令部利用所述矩陣變換器向所述旋轉電機供給直流電。
6.根據權利要求1?4中任一項所述的風力發電系統,其特徵在於， 所述旋轉電機是感應電機， 所述風力發電系統還具有交流指令部，在所述升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電時，所述交流指令部向所述旋轉電機供給交流電。
7.根據權利要求1?6中任一項所述的風力發電系統,其特徵在於， 還具有判定部，其對所述旋轉電機的溫度是否滿足規定的條件進行判定， 當由所述判定部判定為所述旋轉電機的溫度滿足所述規定的條件時，所述升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電。
8.根據權利要求1?7中任一項所述的風力發電系統，其特徵在於， 還具有安裝於所述旋轉電機上的加熱器。
9.根據權利要求8所述的風力發電系統，其特徵在於， 當所述加熱器產生故障時，所述升溫控制部使所述旋轉電機的繞組通電。
10.一種風力發電系統的控制方法,其特徵在於,包含: 對用於軸支承旋轉電機的旋轉軸的軸承部是否需要升溫進行判定的步驟；以及 使所述旋轉電機的繞組通電，以使所述旋轉電機的溫度上升的步驟。
11.一種旋轉電機系統，其特徵在於，具有: 旋轉電機；以及 升溫控制部，其使所述旋轉電機的繞組通電，以使所述旋轉電機的溫度上升。
12.—種旋轉電機的控制裝置，其特徵在於，具有: 升溫控制部，其使旋轉電機的繞組通電，以使所述旋轉電機的溫度上升。
【文檔編號】H02K11/00GK104518618SQ201410456957
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】大庭浩一, 宮本恭祐 申請人:株式會社安川電機