專利名稱：用于提供可變機械制動扭矩的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中描述的主題大體涉及風(fēng)力渦輪，并且更具體地涉及用于向風(fēng)力渦輪的制動 盤提供可變機械制動扭矩的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
因為是環(huán)保的并且相對便宜的替代能源，風(fēng)力渦輪接收增加的注意。隨著對替代 能源的興趣增長，做出相當(dāng)大的努力以開發(fā)可靠的并且效率高的風(fēng)力渦輪。至少一些風(fēng)力渦輪包括經(jīng)由轉(zhuǎn)子聯(lián)接到傳動系的多個轉(zhuǎn)子葉片。一些傳動系包括 有助于增大和/或減小轉(zhuǎn)子的扭矩的變速箱。一些變速箱包括有助于減小轉(zhuǎn)子的速度的制 動系統(tǒng)。更具體地，制動鉗(brake caliper)相對聯(lián)接到轉(zhuǎn)子的制動盤的至少一側(cè)施加力， 從而形成摩擦并且使制動盤減速和/或停止。代表制動系統(tǒng)的功率的制動扭矩可通過將由 制動鉗施加的力乘以從施加的力的點到輪轂中心的距離來進行計算。至少一些已知的機械制動系統(tǒng)能夠施加僅僅一個大的恒定制動扭矩到制動盤上。 大的恒定制動扭矩的重復(fù)的和/或長期的應(yīng)用可損害轉(zhuǎn)子和/或變速箱，從而最終影響轉(zhuǎn) 子、變速箱和/或傳動系的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，提供方法用于控制用于風(fēng)力渦輪的傳動系的旋轉(zhuǎn)速度。傳動系聯(lián) 接到轉(zhuǎn)子軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸。機械制動器以操作的方式聯(lián)接到傳動系。機械制動器包括制 動鉗和聯(lián)接到傳動系的制動盤。促動制動鉗以在制動盤上施加制動力。制動力產(chǎn)生由制動 系統(tǒng)施加的制動扭矩。檢測風(fēng)力渦輪的參數(shù)?；趨?shù)確定操作命令?；诓僮髅羁刂?機械制動器。操作命令選擇性地調(diào)節(jié)由制動系統(tǒng)施加的制動扭矩。在另一個方面中，提供制動系統(tǒng)用于控制用于風(fēng)力渦輪的傳動系的旋轉(zhuǎn)速度。傳 動系聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸。制動系統(tǒng)包括以操作的方式聯(lián)接到傳動系的機械制動 器。機械制動器包括制動鉗和聯(lián)接到傳動系的制動盤。傳感器構(gòu)造成檢測風(fēng)力渦輪的參數(shù)。 控制器構(gòu)造成促動制動鉗以在制動盤上施加制動力?？刂破鳂?gòu)造成基于參數(shù)控制機械制動 器以選擇性地調(diào)節(jié)由制動力產(chǎn)生的制動扭矩。在又一個方面中，提供風(fēng)力渦輪。風(fēng)力渦輪包括轉(zhuǎn)子、傳動系以及將轉(zhuǎn)子聯(lián)接到傳 動系的轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)力渦輪還包括發(fā)電機和將發(fā)電機聯(lián)接到傳動系的發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸。機械制 動器以操作的方式聯(lián)接到傳動系。機械制動器包括制動鉗和聯(lián)接到傳動系的制動盤。傳感 器構(gòu)造成檢測風(fēng)力渦輪的參數(shù)。控制器構(gòu)造成控制傳動系的旋轉(zhuǎn)速度。控制器構(gòu)造成促動 制動鉗以在制動盤上施加制動力。控制器構(gòu)造成基于參數(shù)控制機械制動器以選擇性地調(diào)節(jié) 由制動力產(chǎn)生的制動扭矩。


圖1是示例性風(fēng)力渦輪的透視圖2是適合用于圖1中示出的風(fēng)力渦輪的示例性機艙的透視局部橫截面圖；以及圖3是圖1中示出的風(fēng)力渦輪的示意圖；以及圖4是用于操作圖1中示出的風(fēng)力渦輪的示例性方法；以及圖5-7示出在圖4中示出的方法實施期間風(fēng)力渦輪的操作特征。部件列表10風(fēng)力渦輪12 塔架14支撐表面16 機艙18 轉(zhuǎn)子20 輪轂22旋轉(zhuǎn)軸線24轉(zhuǎn)子葉片26 風(fēng)向28變槳軸線30控制器32偏航軸線34發(fā)電機36轉(zhuǎn)子軸38發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸40傳動系42變速箱44低速側(cè)46高速側(cè)52制動系統(tǒng)54制動盤56制動鉗58 第一閥60 第二閥62傳感器64功率傳感器66制動傳感器68轉(zhuǎn)子軸傳感器70發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸傳感器72角度傳感器74偏航傳感器76頻率傳感器78風(fēng)速計80氣壓傳感器
82溫度傳感器84相對濕度傳感器86 總線88處理器90隨機存取存儲器92存儲裝置94只讀存儲器(ROM)96輸入/輸出裝置98傳感器接口100示例性方法102將制動系統(tǒng)聯(lián)接到傳動系104促動制動鉗以施加制動力106檢測風(fēng)力渦輪的參數(shù)
108將參數(shù)通信到控制器110確定用于制動系統(tǒng)的操作命令112將操作命令通信到制動系統(tǒng)114基于操作命令控制制動系統(tǒng)116形成參數(shù)矩陣204在時間段中206制動扭矩208發(fā)電機扭矩210主軸扭矩212 第一時間214 第二時間
具體實施例方式本文中描述的方法和系統(tǒng)提供制動系統(tǒng)，其包括制動盤和制動鉗，以及聯(lián)接到制 動系統(tǒng)的控制器?？刂破鳂?gòu)造成控制制動系統(tǒng)以施加可變制動扭矩以減小在傳動系上的負 載。更具體地，控制器接收參數(shù)并且基于接收的參數(shù)促動制動鉗以使制動盤的旋轉(zhuǎn)減速和/ 或停止。通過調(diào)節(jié)由制動鉗施加的力、由制動鉗施加的力的角度和從施加的力的點到制動 盤的輪轂的距離中的至少一個來控制制動扭矩。如本文中所使用的，術(shù)語“葉片”意圖為表示當(dāng)相對于周圍的流體運動時提供反作 用力的任何裝置。如本文中所使用的，術(shù)語“風(fēng)力渦輪”意圖為表示從風(fēng)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能并且 更具體地將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機械能的任何裝置。圖1是示例性風(fēng)力渦輪10的透視圖。在示例性實施例中，風(fēng)力渦輪10從風(fēng)能產(chǎn) 生電功率。風(fēng)力渦輪10具有適合于風(fēng)力渦輪10如本文中所描述地起作用的傾斜角。在示 例性實施例中，風(fēng)力渦輪10是大致水平的風(fēng)力渦輪。在示例性實施例中，風(fēng)力渦輪10包括從支撐表面14延伸的塔架12、安裝在塔架 12上的機艙16以及聯(lián)接到機艙16的轉(zhuǎn)子18。塔架12是由適合材料制成的適合類型的塔架。在示例性實施例中，塔架12由管狀鋼制成，使得在支撐表面14與機艙16之間限定空 腔(未在圖1中示出)。塔架12具有適合于使風(fēng)力渦輪10能夠如本文中所描述地起作用 的高度。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子18包括可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線22旋轉(zhuǎn)的輪轂20和聯(lián)接到輪轂 20并且從輪轂20向外延伸的至少一個轉(zhuǎn)子葉片24。轉(zhuǎn)子18包括適合于使風(fēng)力渦輪10能 夠如本文中所描述地起作用的多個轉(zhuǎn)子葉片24。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子18包括三個轉(zhuǎn)子 葉片24。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子葉片24圍繞輪轂20隔開以有助于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子18，從而將 來自風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為可使用的機械能，并且隨后轉(zhuǎn)化為電能。每個轉(zhuǎn)子葉片24具有適合于使風(fēng)力渦輪10能夠如本文中所描述地起作用的長 度、形狀、構(gòu)造和/或定向。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子葉片24具有從大約0.5米(m)到大約 91m范圍的長度。替代地，葉片長度的其它非限制性示例包括IOm或更小、20m、37m或大于 91m的長度。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子18通常逆風(fēng)和/或順風(fēng)地面向以利用風(fēng)能。更具體 地，在示例性實施例中，當(dāng)風(fēng)從方向26沖擊轉(zhuǎn)子葉片24時，轉(zhuǎn)子18圍繞旋轉(zhuǎn)軸線22旋轉(zhuǎn)。在示例性實施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片24旋轉(zhuǎn)并且受到離心力時，轉(zhuǎn)子葉片24還受到各 種力和力矩。因此，轉(zhuǎn)子葉片24可從中性位置或非偏轉(zhuǎn)位置偏轉(zhuǎn)和/或旋轉(zhuǎn)到偏轉(zhuǎn)位置。 轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角，即確定轉(zhuǎn)子葉片24相對于風(fēng)的方向26的投影(perspective)的角 度，可圍繞各自的變槳軸線28旋轉(zhuǎn)以控制由風(fēng)力渦輪10產(chǎn)生的功率。在示例性實施例中， 使用控制器30控制每個轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角。在示例性實施例中，控制器30示出為在機艙16內(nèi)居中。替代地，控制器30可以 是在支撐表面14上和/或在遠程控制中心處的遍及風(fēng)力渦輪10的分布式系統(tǒng)。在示例性 實施例中，控制器30以通信的方式聯(lián)接到風(fēng)力渦輪10的多個構(gòu)件用于通常監(jiān)測和控制風(fēng) 力渦輪10的操作。例如，在示例性實施例中，當(dāng)方向26改變時，可圍繞偏航軸線32控制機 艙16的偏航方向以相對于方向26定位轉(zhuǎn)子葉片24。而且，控制器30可用于監(jiān)測和控制整 個系統(tǒng)，非限制性地包括變槳和速度調(diào)節(jié)、高速軸和偏航制動應(yīng)用、偏航和泵馬達應(yīng)用，和/ 或故障監(jiān)測。替代的分布式或集中式控制架構(gòu)可用于某些實施例。以下另外詳細描述控制 器30 ο現(xiàn)在參考圖2，風(fēng)力渦輪10包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子18的發(fā)電機34用于從由轉(zhuǎn)子18產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)能產(chǎn)生電功率。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子18包括轉(zhuǎn)子軸36，其聯(lián)接到輪轂20用于與 輪轂20 —起旋轉(zhuǎn)。在示例性實施例中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38通過傳動系40可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn) 子軸36，傳動系40包括具有可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸36的低速側(cè)44和可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電 機轉(zhuǎn)子軸38的高速側(cè)46的變速箱42?，F(xiàn)在參考圖3，變速箱42包括有助于使轉(zhuǎn)子18和/或發(fā)電機34的旋轉(zhuǎn)減速和/ 或停止的制動系統(tǒng)52。在示例性實施例中，制動系統(tǒng)52是機械制動器并且包括制動盤54 和聯(lián)接到制動盤54的至少一個制動鉗56。制動鉗56構(gòu)造成接收制動盤54的至少部分。 制動系統(tǒng)52可包括任何適合的制動系統(tǒng)，非限制性地包括機械制動系統(tǒng)、液壓制動系統(tǒng)、 氣動制動系統(tǒng)和電磁制動系統(tǒng)。在示例性實施例中，制動鉗56適合地聯(lián)接到第一閥58和第二閥60。在示例性實 施例中，第一閥58和第二閥60以串聯(lián)布置聯(lián)接。在示例性實施例中，第一閥58與第二閥 60協(xié)作，使得第一閥58具有制動鉗56的粗控制而第二閥60具有制動鉗56的精控制。例如，第一閥58可用于制動系統(tǒng)52中的大體的或粗略的變化，而第二閥60可用于制動系統(tǒng) 52中的精微的或細致的變化。在示例性實施例中，控制器30以操作的方式聯(lián)接到第一閥 58和第二閥60用于操作第一閥58和/或第二閥60。在特定實施例中，控制器30構(gòu)造成 獨立控制第一閥58和/或第二閥60。在示例性實施例中，第一閥58和第二閥60是液壓 閥。替代地，第一閥58和第二閥60可包括任何適合的閥，非限制性地包括機械閥、氣動閥 和/或電磁閥。風(fēng)力渦輪10包括聯(lián)接到風(fēng)力渦輪10的一個或更多個構(gòu)件和/或電負載的多個傳 感器62用于測量這種構(gòu)件的參數(shù)和/或測量其它環(huán)境條件。傳感器62可非限制性地包括 一個或更多個傳感器，其構(gòu)造成測量任何環(huán)境條件、任何風(fēng)力渦輪構(gòu)件的任何操作參數(shù)、位 移、偏航、變槳、力矩、應(yīng)變、應(yīng)力、扭曲、損傷、失效、轉(zhuǎn)子扭矩、轉(zhuǎn)子速度、電負載中的異常和 /或供應(yīng)到風(fēng)力渦輪10的任何構(gòu)件的功率的異常。傳感器62可以以操作的方式在其任何 位置處聯(lián)接到風(fēng)力渦輪10的任何構(gòu)件和/或電負載用于測量它的任何參數(shù)，不管這些構(gòu) 件、位置和/或參數(shù)是否在本文中描述和/或示出，并且可用于導(dǎo)出其它測量值，例如粘度， 如本領(lǐng)域中所已知的。在示例性實施例中，每個傳感器62以電子數(shù)據(jù)通信的方式聯(lián)接到控 制器30用于將一個或更多個適合的信號傳輸?shù)娇刂破?0用于處理和/或從控制器30接 收適合的信號。在示例性實施例中，傳感器62包括任何適合的傳感器或傳感器的組合，非限制性 地包括以下傳感器以操作的方式聯(lián)接到發(fā)電機34用于檢測發(fā)電機34的電功率輸出的功 率傳感器64 ；以操作的方式聯(lián)接到制動系統(tǒng)52用于檢測由制動系統(tǒng)52施加的制動扭矩的 制動傳感器66 ；以操作的方式聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸36用于檢測轉(zhuǎn)子軸36的旋轉(zhuǎn)速度和/或轉(zhuǎn)子 軸36的扭矩的轉(zhuǎn)子軸傳感器68 ；以操作的方式聯(lián)接到發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38用于檢測發(fā)電機轉(zhuǎn) 子軸38的旋轉(zhuǎn)速度和/或發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38的扭矩的發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸傳感器70 ；以操作的方 式聯(lián)接到對應(yīng)轉(zhuǎn)子葉片24用于檢測對應(yīng)轉(zhuǎn)子葉片24相對于風(fēng)向26和/或相對于輪轂20 的槳距角的至少一個角度傳感器72 ；以操作的方式聯(lián)接到在風(fēng)力渦輪10內(nèi)或遠離風(fēng)力渦 輪10的適合位置(諸如機艙16)用于檢測機艙16的偏航定向的偏航傳感器74 ；以操作的 方式聯(lián)接到傳動系40用于檢測傳動系40的頻率和/或本征頻率的頻率傳感器76 ；以操作 的方式聯(lián)接到風(fēng)力渦輪10內(nèi)或遠離風(fēng)力渦輪10的適合位置(諸如機艙16)用于檢測多個 風(fēng)力狀態(tài)(非限制性地包括風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)切變、風(fēng)梯度和紊流強度)的風(fēng)速計78;以操作 的方式聯(lián)接到在風(fēng)力渦輪10內(nèi)或遠離風(fēng)力渦輪10的適合位置(諸如機艙16)用于檢測環(huán) 境氣壓的氣壓傳感器80 ；以操作的方式聯(lián)接到在風(fēng)力渦輪10內(nèi)或遠離風(fēng)力渦輪10的適合 位置(諸如機艙16)用于檢測環(huán)境氣溫的溫度傳感器82 ；以及以操作的方式聯(lián)接到機艙16 用于檢測環(huán)境空氣濕度的相對濕度傳感器84。在示例性實施例中，功率傳感器64可非限制性地包括霍爾效應(yīng)電流換能器(CT) 和/或電容性電壓換能器(CVT)。而且，在示例性實施例中，制動傳感器66、轉(zhuǎn)子軸傳感器 68和發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸傳感器70每個可非限制性地包括光編碼器、數(shù)字式近程傳感器、壓電式 換能器、應(yīng)變儀和/或轉(zhuǎn)速計。另外，在示例性實施例中，角度傳感器72和偏航傳感器74 可包括光編碼器。在示例性實施例中，控制器30包括總線86或其它通信裝置以在控制器30的各種 構(gòu)件之間通信。在示例性實施例中，控制器30包括聯(lián)接到總線86的至少一個處理器88以
8處理信息，信息包括來自傳感器62和/或一個或更多個其它傳感器的信息。另外，本文中 描述的其它構(gòu)件可包括處理器。在示例性實施例中，處理器88構(gòu)造成執(zhí)行本文中描述的方 法和/或步驟。如本文中所使用的，術(shù)語“處理器”不限制于在本領(lǐng)域中稱為計算機的集成 電路，而廣泛地涉及控制器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電 路和其它可編程電路，并且在本文中這些術(shù)語可互換使用。應(yīng)理解的是，處理器和/或控制 器還可包括存儲器、輸入通道和/或輸出通道。在示例性實施例中，控制器30還包括至少一個隨機存取存儲器(RAM) 90和/或其 它存儲裝置92。RAM90和存儲裝置92聯(lián)接到總線86以存儲和傳遞信息和指令以由處理 器88執(zhí)行。RAM90和/或存儲裝置92也可用于在指令由處理器88執(zhí)行期間存儲臨時變 量或其它中間信息。在示例性實施例中，控制器30還包括聯(lián)接到總線86以存儲和提供靜 態(tài)(即，非變)信息和指令到處理器88的至少一個只讀存儲器(ROM) 94和/或其它靜態(tài)存 儲裝置。在本文中描述的實施例中，存儲器可非限制性地包括諸如RAM的計算機可讀介質(zhì) 和諸如閃速存儲器的計算機可讀非易失性介質(zhì)。替代地，也可使用軟盤、光盤-只讀存儲器 (CD-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數(shù)字多功能盤(DVD)。在示例性實施例中，控制器30還包括至少一個輸入/輸出裝置96，其有助于提供 輸入數(shù)據(jù)到控制器30和/或提供諸如但不限制于制動控制輸出的輸出。經(jīng)由提供對一個 或更多個電子可存取介質(zhì)和其它構(gòu)件的存取的有線或無線的遠程連接，指令可從諸如但不 限制于磁盤、只讀存儲器(ROM)集成電路、CD-ROM和/或DVD的存儲裝置提供至存儲器。在 本文中描述的實施例中，輸入通道可非限制性地包括與操作員接口相關(guān)的傳感器和/或計 算機外圍設(shè)備，諸如鼠標和/或鍵盤。另外，在示例性實施例中，輸出通道可非限制性地包 括控制裝置、操作員接口監(jiān)控器和/或顯示器。在某些實施例中，可使用硬接線電路代替軟 件指令或與軟件指令進行組合。因此，指令的序列的執(zhí)行不限制于硬件電路與軟件指令的 任何特定組合，不管本文中是否描述和/或示出。在示例性實施例中，控制器30還包括至 少一個傳感器接口 98，其允許控制器30與傳感器62和/或一個或更多個其它傳感器通信。 傳感器接口 98包括例如，一個或更多模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其將模擬信號轉(zhuǎn)換成可由處理器88 使用的數(shù)字信號。本文中描述的處理器處理從多個電氣和電子裝置傳輸?shù)男畔ⅲ姎夂碗娮友b置可 非限制性地包括傳感器、促動器、壓縮機、控制系統(tǒng)和/或監(jiān)測裝置。這種處理器可物理地 定位在例如控制系統(tǒng)、傳感器、監(jiān)測裝置、臺式計算機、便攜式計算機、PLC室和/或分布式 控制系統(tǒng)(DCS)室中。RAM和存儲裝置存儲和傳遞信息和指令以由(多個)處理器執(zhí)行。RAM 和存儲裝置也可用于在指令由(多個)處理器執(zhí)行期間存儲和提供臨時變量、靜態(tài)(即，非 變)信息和指令或其它中間信息到處理器。執(zhí)行的指令可非限制性地包括制動系統(tǒng)控制命 令。指令的序列的執(zhí)行不限制于硬件電路與軟件指令的任何特定組合。圖4是示出用于控制傳動系40的旋轉(zhuǎn)速度的示例性方法100的流程圖。在示例 性實施例中，方法100包括將制動系統(tǒng)52以操作的方式聯(lián)接102到傳動系40。制動系統(tǒng) 52包括制動鉗56和聯(lián)接到傳動系40的制動盤54。在示例性實施例中，制動系統(tǒng)52，并且更具體地制動鉗56被促動104以在制動盤 54上施加制動力。更具體地，在示例性實施例中，制動鉗56在制動盤54上施加制動力以施 加制動扭矩。
當(dāng)應(yīng)用制動系統(tǒng)52時，至少一個傳感器62檢測106風(fēng)力渦輪10的參數(shù)，非限制 性地包括制動扭矩、軸參數(shù)、風(fēng)力渦輪參數(shù)和周圍環(huán)境參數(shù)。例如，軸參數(shù)非限制性地包括 轉(zhuǎn)子軸36的旋轉(zhuǎn)速度、轉(zhuǎn)子軸36的扭矩、發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38的旋轉(zhuǎn)速度以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸 38的扭矩的任何適合的組合。而且，風(fēng)力渦輪參數(shù)非限制性地包括事件通知、轉(zhuǎn)子葉片24 的槳距角、機艙16的定向以及傳動系40的頻率和/或本征頻率的任何適合的組合。另外， 周圍環(huán)境參數(shù)非限制性地包括風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)切變、風(fēng)梯度、紊流強度、環(huán)境氣壓、環(huán)境氣溫 以及環(huán)境空氣濕度的任何適合的組合。在示例性實施例中，參數(shù)以連續(xù)的和動態(tài)的方式經(jīng) 由至少一個算法進行檢測106并且靜態(tài)地電子存儲在維持在控制器30內(nèi)的表格(未示出) 內(nèi)。在示例性實施例中，傳感器62與控制器30對參數(shù)進行通信108并且更具體地將 指示檢測的參數(shù)的信號傳輸?shù)娇刂破?0。然后控制器30基于通信108確定110用于制動 系統(tǒng)52以及更具體地第一閥58和第二閥60的操作命令。更具體地，在示例性實施例中， 控制器30基于通信108確定110用于制動系統(tǒng)52的粗控制的第一操作命令和/或用于制 動系統(tǒng)52的精控制的第二操作命令。控制器30可基于風(fēng)力渦輪10的操作變化控制制動 鉗56以增大或減小制動扭矩。例如，控制器30可包括控制濾波器(control filter)或陷 波濾波器(未示出)，其有助于確定110用于調(diào)節(jié)由制動鉗56施加的力、由制動鉗56施加 的力的角度和從施加的力的點到制動盤54的輪轂的距離中的至少一個的操作命令。陷波 濾波器可具有非限制性地包括制動扭矩、軸參數(shù)、風(fēng)力渦輪參數(shù)和周圍環(huán)境參數(shù)的任何適 合的輸入。在示例性實施例中，控制器30確定110用于制動系統(tǒng)52的操作命令，使得轉(zhuǎn)子軸 36和/或發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38的旋轉(zhuǎn)速度減小。額外地或替代地，控制器30確定110用于制 動系統(tǒng)52的操作命令，使得當(dāng)風(fēng)力渦輪10產(chǎn)生功率時由制動系統(tǒng)52施加的制動扭矩減 小。更具體地，在示例性實施例中，控制器30確定110操作命令，使得制動系統(tǒng)52在制動 鉗56施加力到制動盤54上的時間中施加可變制動扭矩，而不使傳動系40擔(dān)負大于減小轉(zhuǎn) 子軸36和/或發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38的旋轉(zhuǎn)速度所需要的力。在示例性實施例中，操作命令以連續(xù)的和動態(tài)的方式經(jīng)由至少一個算法被確定 110并且靜態(tài)地電子存儲在維持在控制器30內(nèi)的表格(未示出)內(nèi)。替代地，可使用至少 一個算法動態(tài)地確定110這種操作命令。在示例性實施例中，控制器30與制動系統(tǒng)52對操作命令進行通信112，并且更具 體地，將操作命令傳輸?shù)街苿酉到y(tǒng)52。在特定實施例中，控制器30將第一操作命令通信112 到第一閥58，和/或控制器30將第二操作命令通信112到第二閥60。在示例性實施例中， 控制器30基于操作命令控制114制動系統(tǒng)52以控制由制動力產(chǎn)生的制動扭矩。更具體地， 在示例性實施例中，通過調(diào)節(jié)由制動鉗56施加的力、由制動鉗56施加的力的角度和從施加 的力的點到制動盤54的輪轂的距離中的至少一個來控制制動扭矩。更具體地，在示例性實 施例中，基于第一和第二操作命令分別控制114或促動第一閥58和/或第二閥60以施加 制動扭矩并且使制動盤54的旋轉(zhuǎn)減速和/或停止。在示例性實施例中，以連續(xù)的、動態(tài)的和/或迭代的方式實施方法100。例如，可確 定操作命令的初始設(shè)置用于檢測的參數(shù)的初始設(shè)置，并且可確定操作命令的后續(xù)設(shè)置用于 檢測的參數(shù)的后續(xù)設(shè)置。
在示例性實施例中，控制器30可形成116參數(shù)矩陣，其包括與各種檢測106相關(guān) 的多個足跡(footprint)。更具體地，在示例性實施例中，控制器30可存儲用于數(shù)據(jù)庫中的 多個檢測的多個操作命令并且基于與制動系統(tǒng)52相關(guān)的多個存儲的操作命令和/或其它 數(shù)據(jù)校準和/或確定用于制動系統(tǒng)52的后續(xù)操作命令。例如，控制器30可形成116參數(shù)矩陣，其包括將檢測的第一組合與第一操作命令 相聯(lián)系的第一足跡。當(dāng)控制器30接收包括類似于那些檢測的第一組合的檢測的第二組合 的第二足跡時，控制器30可使用第一操作命令操作制動系統(tǒng)52和/或基于第一與第二足 跡的比較校準制動系統(tǒng)52的操作。圖5-7是示出在方法100的實施期間風(fēng)力渦輪10的操作特征的示例性圖表。在 示例性實施例中，圖5示出在時間段204中由制動系統(tǒng)52施加的制動扭矩206。在示例性 實施例中，在第一時間212應(yīng)用制動系統(tǒng)52以減小轉(zhuǎn)子軸36和/或發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38的旋 轉(zhuǎn)速度。更具體地，在示例性實施例中，制動鉗56在第一時間212施加力到制動盤54上以 減慢制動盤54的旋轉(zhuǎn)，由此減小轉(zhuǎn)子軸36和/或發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38的旋轉(zhuǎn)速度。在示例性 實施例中，在第一時間212之后制動扭矩206增大直到在第二時間214施加最大制動扭矩。 更具體地，在示例性實施例中，制動扭矩206在第一時間212與第二時間214之間具有大的 正斜率。替代地，制動扭矩206在第一時間212與第二時間214之間可具有小的正斜率。在示例性實施例中，制動系統(tǒng)52，并且更具體地制動鉗56基于檢測的參數(shù)被控制 以減小由制動鉗56施加的力，使得該力不使傳動系40擔(dān)負大于減小轉(zhuǎn)子軸36和/或發(fā)電 機轉(zhuǎn)子軸38的旋轉(zhuǎn)速度所需要的力。在示例性實施例中，制動系統(tǒng)52，并且更具體地制動 鉗56被控制以在第二時間214之后減小制動扭矩206。更具體地，在示例性實施例中，制動 扭矩206在第二時間214之后具有小的負斜率。替代地，制動扭矩206在第二時間214之 后可具有大的負斜率。圖6示出在時間段204中由轉(zhuǎn)子軸36施加的扭矩208。圖7示出在時間段204中 由發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸38施加的扭矩210。如圖5-7所示，在制動扭矩206與發(fā)電機扭矩208和 /或主軸扭矩210之間存在關(guān)系。更具體地，在示例性實施例中，當(dāng)在第一時間212應(yīng)用制 動系統(tǒng)52時，發(fā)電機扭矩208和/或主軸扭矩210中斷。而且，在示例性實施例中，當(dāng)制動 扭矩206在第二時間214之后減小時，發(fā)電機扭矩208和/或主軸扭矩210減小。施加更 小的發(fā)電機扭矩208和/或主軸扭矩210在傳動系40、變速箱42和/或渦輪10上形成更 小的應(yīng)變和/或應(yīng)力，由此增加傳動系40、變速箱42和/或風(fēng)力渦輪10的使用壽命。本文中描述的方法和系統(tǒng)提供機械制動系統(tǒng)，其包括制動鉗和制動盤，以及聯(lián)接 到制動系統(tǒng)的控制器?？刂浦苿酉到y(tǒng)以施加可變制動扭矩以減小在傳動系上的負載。更具 體地，在制動鉗施加力到制動盤上的時間段中，可變制動扭矩減小。通過在應(yīng)用制動系統(tǒng)的 時間段中減小制動扭矩，減小發(fā)電機扭矩和/或主軸扭矩，由此增加傳動系、變速箱和/或 風(fēng)力渦輪的使用壽命。本文中描述的方法、系統(tǒng)和計算機的技術(shù)效果包括以下中的至少一個(a)接收 應(yīng)用機械制動器的信號；(b)從傳感器檢測參數(shù)；和(c)基于由傳感器檢測的參數(shù)控制機械 制動器以調(diào)節(jié)制動扭矩。以上詳細描述制動系統(tǒng)和用于操作制動系統(tǒng)的方法的示例性實施例。方法和系統(tǒng) 不限制于本文中描述的特定實施例，而相反，可獨立于和分離于本文中描述的其它構(gòu)件和/或步驟來利用系統(tǒng)的構(gòu)件和方法的步驟。例如，本文中描述的方法和系統(tǒng)可具有其它工業(yè) 和/或消費者應(yīng)用并且不限制于與如本文中所描述的風(fēng)力渦輪一起實踐。相反，可結(jié)合許 多其它工業(yè)來實施和利用本文中描述的一個或更多個實施例。如本文中所使用的，以單數(shù)引用的和以“一”進行的元件或步驟應(yīng)理解為不排除復(fù) 數(shù)個所述元件或步驟，除非明確地說明這種排除。另外，參考“一個實施例”不意圖解釋為排 除也包括引用的特征的附加實施例的存在。而且，除非明確地相反說明，“包括”、“包含”或 “具有”具有特定性質(zhì)的元件或多個元件的實施例可包括不具有該性質(zhì)的附加的這種元件。該文字描述使用示例以公開本發(fā)明，包括最佳實施方式，并且也使本領(lǐng)域技術(shù)人 員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā) 明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其 它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括具有與權(quán)利要 求的字面語言無實質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制動系統(tǒng)(52)，其用于控制用于風(fēng)力渦輪(10)的傳動系(40)的旋轉(zhuǎn)速度，所 述傳動系聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸(36)和發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸(38)，所述制動系統(tǒng)包括機械制動器，其以操作的方式聯(lián)接到所述傳動系，所述機械制動器包括制動鉗(56)和 聯(lián)接到所述傳動系的制動盤(54)；傳感器(68)，其構(gòu)造成檢測所述風(fēng)力渦輪的參數(shù)；和控制器(30)，其構(gòu)造成促動所述制動鉗以在所述制動盤上施加制動力，所述控制器 構(gòu)造成基于所述參數(shù)控制所述機械制動器以選擇性地調(diào)節(jié)由所述制動力產(chǎn)生的制動扭矩 (206)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動系統(tǒng)(52)，其特征在于，所述傳感器(68)構(gòu)造成連續(xù)地 檢測所述風(fēng)力渦輪(10)的動態(tài)參數(shù)，并且所述控制器(30)構(gòu)造成基于所述動態(tài)參數(shù)連續(xù) 地控制所述機械制動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動系統(tǒng)(52)，其特征在于，還包括第一閥(58)和第二閥 (60)，其每個聯(lián)接到所述機械制動器，其中，所述控制器(30)構(gòu)造成基于所述參數(shù)促動所 述第一閥和所述第二閥中的一個以控制所述機械制動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動系統(tǒng)(52)，其特征在于，所述控制器(30)構(gòu)造成基于所 述參數(shù)確定操作命令，并且基于所述操作命令控制所述機械制動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制動系統(tǒng)(52)，其特征在于，所述控制器(30)構(gòu)造成確定 用于所述制動系統(tǒng)(52)的粗控制的第一操作命令和用于所述制動系統(tǒng)的精控制的第二操 作命令，并且基于所述第一操作命令和所述第二操作命令中的至少一個控制所述機械制動ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動系統(tǒng)(52)，其特征在于，所述機械制動器構(gòu)造成產(chǎn)生初 始制動扭矩(206)，并且所述控制器(30)構(gòu)造成控制所述機械制動器以產(chǎn)生小于所述初始 制動扭矩的后續(xù)制動扭矩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動系統(tǒng)(52)，其特征在于，所述參數(shù)包括軸參數(shù)、風(fēng)力渦輪 參數(shù)和周圍環(huán)境參數(shù)中的至少一個。
8.一種風(fēng)力渦輪(10)，包括轉(zhuǎn)子(18)；傳動系(40)；轉(zhuǎn)子軸(36)，其將所述轉(zhuǎn)子聯(lián)接到所述傳動系；發(fā)電機(34)；發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸(38)，其將所述發(fā)電機聯(lián)接到所述傳動系；機械制動器，其以操作的方式聯(lián)接到所述傳動系，所述機械制動器包括制動鉗(56)和 聯(lián)接到所述傳動系的制動盤(54)；傳感器(68)，其構(gòu)造成檢測所述風(fēng)力渦輪的參數(shù)；和控制器(30)，其構(gòu)造成控制所述傳動系的旋轉(zhuǎn)速度，所述控制器構(gòu)造成促動所述制動 鉗以在所述制動盤上施加制動力，所述控制器構(gòu)造成基于所述參數(shù)控制所述機械制動器以 選擇性地調(diào)節(jié)由所述制動力產(chǎn)生的制動扭矩(206)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪(10)，其特征在于，所述傳感器(68)構(gòu)造成連續(xù)地 檢測所述風(fēng)力渦輪(10)的動態(tài)參數(shù)，并且所述控制器(30)構(gòu)造成基于所述動態(tài)參數(shù)連續(xù)地控制所述機械制動器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪(10)，其特征在于，還包括第一閥(58)和第二閥 (60)，其每個聯(lián)接到所述機械制動器，其中，所述控制器(30)構(gòu)造成基于所述參數(shù)促動所 述第一閥和所述第二閥中的一個以控制所述機械制動器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于提供可變機械制動扭矩的方法和系統(tǒng)。提供用于控制用于風(fēng)力渦輪(10)的傳動系(40)的旋轉(zhuǎn)速度的制動系統(tǒng)(52)。傳動系聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸(36)和發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸(38)。制動系統(tǒng)包括以操作的方式聯(lián)接到傳動系的機械制動器，機械制動器包括制動鉗(56)和聯(lián)接到傳動系的制動盤(54)，傳感器(68)構(gòu)造成檢測風(fēng)力渦輪的參數(shù)，并且控制器(30)構(gòu)造成促動制動鉗以在制動盤上施加制動力，控制器構(gòu)造成基于參數(shù)控制機械制動器以選擇性地調(diào)節(jié)由制動力產(chǎn)生的制動扭矩(206)。
文檔編號F16D55/224GK102116260SQ20101062465
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者A·布雷克斯 申請人:通用電氣公司