專利名稱：風(fēng)能設(shè)備和用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的驅(qū)動裝置的制作方法
風(fēng)能設(shè)備和用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的驅(qū)動裝置
背景技術(shù)：
風(fēng)能設(shè)備借助于轉(zhuǎn)子將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為電能，以便將所述電能例如饋入電能傳輸網(wǎng)絡(luò)中。風(fēng)流的運(yùn)動能量作用在轉(zhuǎn)子葉片上，所述轉(zhuǎn)子葉片安裝在轉(zhuǎn)子輪轂上，并且在風(fēng)流中處于轉(zhuǎn)動運(yùn)動中。所述轉(zhuǎn)動運(yùn)動直接或借助于傳動裝置傳遞到發(fā)電機(jī)上，所述發(fā)電機(jī)將運(yùn)動能量轉(zhuǎn)換為電能。在傳統(tǒng)的風(fēng)能設(shè)備中，包括發(fā)電機(jī)的傳動系設(shè)置在安裝在塔上的吊艙內(nèi)。風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片具有導(dǎo)致壓力差的流體動力的輪廓，所述壓力差由于在轉(zhuǎn)子葉片的吸入側(cè)和壓力側(cè)之間的流動速度差而導(dǎo)致。從所述壓力差中產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子上的扭矩，所述扭矩影響所述轉(zhuǎn)子的速度。風(fēng)能設(shè)備主要具有水平的旋轉(zhuǎn)軸線。在這種類型的風(fēng)能設(shè)備中，通常情況下借助于伺服電動機(jī)進(jìn)行吊艙的風(fēng)向跟蹤。在此，通過方位軸承與塔連接的吊艙圍繞所述塔的軸線轉(zhuǎn)動。具有三個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子相對于單葉式、雙葉式或四葉式轉(zhuǎn)子被普遍接受，因?yàn)槿~式轉(zhuǎn)子能夠在振動技術(shù)上簡單地控制。在具有偶數(shù)個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子中，通過偏移 180°的相對置的轉(zhuǎn)子葉片增強(qiáng)了由于滑流效應(yīng)作用在轉(zhuǎn)子葉片上的傾覆力，由此獲得在機(jī)械和材料上的提高的要求。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子葉片上的氣流相互影響，所以具有五個或七個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子導(dǎo)致能夠以數(shù)學(xué)的方式相對復(fù)雜地說明的空氣動力狀態(tài)。此外，這種類型的轉(zhuǎn)子不能實(shí)現(xiàn)性能增加，所述性能增加相對于具有三個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子在經(jīng)濟(jì)關(guān)系上導(dǎo)致額外耗費(fèi)。風(fēng)能設(shè)備常常具有用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的變槳驅(qū)動系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)子葉片的沖角調(diào)節(jié)改變在轉(zhuǎn)子葉片的吸入側(cè)和壓力側(cè)之間的流動速度差。所述流動速度差又影響作用在轉(zhuǎn)子上的扭矩和轉(zhuǎn)子速度。在傳統(tǒng)的風(fēng)能設(shè)備中，轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)通過液壓操作的汽缸或者通過電動機(jī)或傳動電動機(jī)進(jìn)行。在電動機(jī)驅(qū)動的調(diào)節(jié)裝置中，從動小齒輪與齒環(huán)嚙合，所述齒環(huán)圍繞轉(zhuǎn)子葉片，并且與所述轉(zhuǎn)子葉片在軸承環(huán)的區(qū)域中連接。從WO 2005/019642中已知一種變槳驅(qū)動系統(tǒng)，所述變槳驅(qū)動系統(tǒng)具有無傳動裝置的直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子和定子同心地相互插入地設(shè)置在一個平面中。但是，所述變槳驅(qū)動系統(tǒng)具有的缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子和定子在它們的尺寸方面必須適配于相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片。這很大地限定了從WO 2005/019642中已知的變槳驅(qū)動系統(tǒng)的用于不同的轉(zhuǎn)子葉片尺寸的可使用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于的目的是，提供一種風(fēng)能設(shè)備，所述風(fēng)能設(shè)備的變槳驅(qū)動系統(tǒng)可用于不同的轉(zhuǎn)子葉片尺寸，并且可實(shí)現(xiàn)快速的、精確的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)，以及提供對此合適的系統(tǒng)部件。根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過具有在權(quán)利要求1中說明的特征的風(fēng)能設(shè)備和通過具有在權(quán)利要求11中說明的特征的驅(qū)動裝置得以實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中說明了本發(fā)明的有利的改進(jìn)形式。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括安裝在吊艙上的轉(zhuǎn)子輪轂和多個轉(zhuǎn)子葉片。發(fā)電機(jī)與所述轉(zhuǎn)子連接。此外，分別設(shè)有用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)為直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電動驅(qū)動裝置，所述電動驅(qū)動裝置與轉(zhuǎn)子葉片軸承同心地設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪轂上，并且包括永磁勵磁的同步電動機(jī)。同步電動機(jī)的定子包括安裝在轉(zhuǎn)子輪轂上的線圈體。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置成與定子具有軸向距離，以用于形成軸向延伸的空氣隙。此外，所述轉(zhuǎn)子在與轉(zhuǎn)子葉柄連接的支撐板上具有永磁結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的變槳驅(qū)動系統(tǒng)相比，通過使用具有永磁勵磁的同步電動機(jī)的直接驅(qū)動系統(tǒng)和通過節(jié)省維護(hù)所需的機(jī)械部件，根據(jù)本發(fā)明達(dá)到無磨損的、更精確的和更動態(tài)的單獨(dú)葉片調(diào)節(jié)。同步電動機(jī)的單層式結(jié)構(gòu)類型的一個實(shí)施形式可實(shí)現(xiàn)所述同步電動機(jī)用于多個轉(zhuǎn)子葉片尺寸以及簡單地安裝，因?yàn)槟軌蚍珠_操作轉(zhuǎn)子和定子。當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子分別被分成共同形成轉(zhuǎn)子或定子的扇形組件時，能夠?qū)崿F(xiàn)安裝的進(jìn)一步簡化。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進(jìn)形式，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子設(shè)置在分開的平面中，并且包圍轉(zhuǎn)子葉片軸承。這可實(shí)現(xiàn)變槳驅(qū)動系統(tǒng)的特別節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)。此外，同步電動機(jī)例如能夠構(gòu)成為扇形電動機(jī)，并且永磁結(jié)構(gòu)能夠包括分段地設(shè)置在支撐板上的永磁鐵，所述永磁鐵與線圈體的分段地設(shè)置的線圈配合。這可通過使用多個同類的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)變槳驅(qū)動系統(tǒng)的低成本的制造。為了保持所述轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)節(jié)，根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施形式，轉(zhuǎn)子葉片能夠借助于楔形機(jī)構(gòu)鎖定，所述楔形機(jī)構(gòu)包括可借助于第一和第二楔形體操作的摩擦體。在此，第一和第二楔形體分別具有相互作用的支承面。此外，設(shè)有與轉(zhuǎn)子葉片連接的并且能夠與所述轉(zhuǎn)子葉片一起圍繞所述轉(zhuǎn)子葉片的軸線轉(zhuǎn)動的鎖定元件。在第一和第二楔形體之間相對運(yùn)動的情況下，摩擦體在鎖定元件上施加壓緊力。借助于楔形機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)子葉片能夠在其調(diào)節(jié)時簡單和安全地鎖定。代替楔形機(jī)構(gòu)，可借助于圓錐形的、可電磁解鎖的定位螺栓固定在安全的90°位置上。


下面借助于附圖且借助實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖中示出圖1示出具有根據(jù)本發(fā)明的變槳驅(qū)動系統(tǒng)的風(fēng)能設(shè)備的示意圖；圖2示出根據(jù)圖1的風(fēng)能設(shè)備的變槳驅(qū)動系統(tǒng)的細(xì)節(jié)視圖；圖3示出根據(jù)圖2的變槳驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子的細(xì)節(jié)視圖；圖4示出根據(jù)圖2的變槳驅(qū)動系統(tǒng)的定子的細(xì)節(jié)視圖；圖5示出根據(jù)圖3和4的定子的部段和轉(zhuǎn)子的部段的立體視圖；圖6示出用于根據(jù)圖2的變槳驅(qū)動系統(tǒng)的鎖定裝置的細(xì)節(jié)視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出的風(fēng)能設(shè)備具有轉(zhuǎn)子1，所述轉(zhuǎn)子包括安裝在吊艙2上的轉(zhuǎn)子輪轂 11和多個轉(zhuǎn)子葉片12，所述轉(zhuǎn)子葉片能夠分別借助于一個單獨(dú)的變槳系統(tǒng)13調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)3的電樞32能夠與轉(zhuǎn)子輪轂11 一起轉(zhuǎn)動，并且集成在所述轉(zhuǎn)子輪轂中。轉(zhuǎn)子軸承14連接在發(fā)電機(jī)3的定子31上。
此外，在圖1中示出的風(fēng)能設(shè)備具有能量傳輸裝置4，所述能量傳輸裝置包括與轉(zhuǎn)子軸承14同心地設(shè)置的用于為設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪轂11中的變槳系統(tǒng)13供電的旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器的環(huán)形的主要部件41通過轉(zhuǎn)子軸承14與吊艙2連接。主要部件41和轉(zhuǎn)子軸承 14能夠組合為一個集成的系統(tǒng)部件。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器包括與轉(zhuǎn)子輪轂11連接的并且能夠與所述轉(zhuǎn)子輪轂一起轉(zhuǎn)動的環(huán)形的次要部件42。所述次要部件42與發(fā)電機(jī)3的電樞繞組相鄰地且與所述電樞繞組同心地設(shè)置。為了從低頻的供電電壓產(chǎn)生高頻的勵磁電壓，設(shè)有第一變頻器43，所述第一變頻器連接在主要部件43和在圖1中未詳細(xì)示出的供電電壓源之間。此外，能量傳輸裝置4包括用于從高頻的變換的勵磁電壓產(chǎn)生低頻的負(fù)載電壓的第二變頻器44。第二變頻器44連接在次要部件42和變槳系統(tǒng)13之間。代替第二變頻器可設(shè)有用于從高頻的變換的勵磁電壓產(chǎn)生直流電壓的整流器，所述整流器連接在次要部件和在轉(zhuǎn)子輪轂中的耗電負(fù)載之間。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器是連接轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的傳動裝置的組成部分，并且在轉(zhuǎn)子側(cè)的傳動軸端上通過導(dǎo)電的插塞連接提供高頻的交流電壓。在圖1中示出的風(fēng)能設(shè)備的旋轉(zhuǎn)變壓器的主要部件41和次要部件42軸向間隔地設(shè)置在分開的平面中，并且具有基本上相同的直徑。旋轉(zhuǎn)變壓器的空氣隙在主要部件41和次要部件42之間軸向延伸，在所述空氣隙中通過勵磁電壓產(chǎn)生高頻的電磁場。原則上，主要部件和次要部件也能夠相互同心地設(shè)置在共同的平面中，并且旋轉(zhuǎn)變壓器的空氣隙能夠在主要部件和次要部件之間徑向延伸。來自變槳系統(tǒng)13的和發(fā)向變槳系統(tǒng)13的控制信號和狀態(tài)信號也能夠通過旋轉(zhuǎn)變壓器傳輸。對此替代的是，控制信號和狀態(tài)信號還能夠通過無線局域網(wǎng)(WLAN)連接或另一合適的無線連接傳輸。根據(jù)設(shè)計(jì)為電動的直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)的變槳系統(tǒng)13在圖2中的細(xì)節(jié)視圖，設(shè)有永磁勵磁的同步電動機(jī)131，所述同步電動機(jī)與轉(zhuǎn)子葉片軸承121同心地設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪轂11上。 同步電動機(jī)131的定子132包括可安裝在轉(zhuǎn)子輪轂11的環(huán)111上的線圈體。同步電動機(jī) 131的轉(zhuǎn)子133設(shè)置成與定子132具有軸向距離，以用于形成軸向延伸的空氣隙，并且所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子在與轉(zhuǎn)子葉柄122連接的支撐環(huán)123上具有永磁結(jié)構(gòu)。同步電動機(jī)131 的轉(zhuǎn)子133和定子132設(shè)置在分開的平面中，并且包圍轉(zhuǎn)子葉片軸承121。借助在圖3和4中的細(xì)節(jié)視圖可見，同步電動機(jī)131構(gòu)成為扇形電動機(jī)(也見圖 5)。永磁結(jié)構(gòu)包括分段地在支撐環(huán)123上圍繞轉(zhuǎn)子葉片軸承121設(shè)置的的永磁鐵135，所述永磁鐵與線圈體132的分段地設(shè)置的線圈134配合。為了固定轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)節(jié)裝置，設(shè)有在圖6中示出的鎖定裝置5。鎖定裝置5包括能夠借助于第一楔形體51和第二楔形體52操作的摩擦體53。第一楔形體51和第二楔形體52分別具有相互作用的支承面511、521。此外，鎖定裝置包括與轉(zhuǎn)子葉片連接的并且能夠與所述轉(zhuǎn)子葉片一起圍繞所述轉(zhuǎn)子葉片的軸線轉(zhuǎn)動的鎖定元件M，所述鎖定元件例如能夠模制在支撐環(huán)123上或集成在所述支撐環(huán)中。當(dāng)兩個楔形體彼此相向地運(yùn)動時或當(dāng)一個楔形體朝向另一楔形體移動并且另一楔形體固定時，摩擦體53在鎖定元件M上施加壓緊力。本發(fā)明的應(yīng)用不局限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能設(shè)備，具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括安裝在吊艙上的轉(zhuǎn)子輪轂和多個轉(zhuǎn)子葉片；與所述轉(zhuǎn)子連接的發(fā)電機(jī)；分別用于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)為直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電動驅(qū)動裝置，所述電動驅(qū)動裝置與轉(zhuǎn)子葉片軸承同心地設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子輪轂上，并且包括永磁勵磁的同步電動機(jī)；所述同步電動機(jī)的定子包括安裝在所述轉(zhuǎn)子輪轂上的線圈體；并且所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置成與所述定子具有軸向距離，以用于形成軸向延伸的空氣隙，并且所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子在與轉(zhuǎn)子葉柄連接的支撐板上具有永磁結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子設(shè)置在分開的平面中，并且包圍所述轉(zhuǎn)子葉片軸承。
3.如權(quán)利要求1或2之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，所述同步電動機(jī)構(gòu)成為扇形電動機(jī)， 并且其中所述永磁結(jié)構(gòu)包括分段地設(shè)置在所述支撐板上的永磁鐵，所述永磁鐵與所述線圈體的分段地設(shè)置的線圈配合。
4.如權(quán)利要求1到3之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，為了保持所述轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)子葉片能夠借助于楔形機(jī)構(gòu)鎖定，所述楔形機(jī)構(gòu)包括能夠借助于第一和第二楔形體操作的摩擦體，并且其中，第一和第二楔形體分別具有彼此相互作用的支承面，并且其中，設(shè)有與所述轉(zhuǎn)子葉片連接的并且能夠與所述轉(zhuǎn)子葉片一起圍繞所述轉(zhuǎn)子葉片的軸線轉(zhuǎn)動的鎖定元件，并且其中，在所述第一和第二楔形體之間相對運(yùn)動的情況下，所述摩擦體在所述鎖定元件上施加壓緊力。
5.如權(quán)利要求1到4之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，設(shè)有與轉(zhuǎn)子軸承同心地設(shè)置的旋轉(zhuǎn)變壓器，其用于為用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的驅(qū)動裝置供電，并且其中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括與所述吊艙連接的主要部件，并且其中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子輪轂中的并且能夠與所述轉(zhuǎn)子輪轂一起轉(zhuǎn)動的次要部件，并且其中，設(shè)有用于從低頻的供電電壓產(chǎn)生高頻的勵磁電壓的第一變頻器，所述第一變頻器連接在所述主要部件和供電電壓源之間，并且其中，設(shè)有用于從高頻的變換的勵磁電壓產(chǎn)生低頻的負(fù)載電壓的第二變頻器，所述第二變頻器連接在所述次要部件和在所述轉(zhuǎn)子輪轂中的耗電負(fù)載之間。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，所述發(fā)電機(jī)的電樞能夠與所述轉(zhuǎn)子輪轂一起轉(zhuǎn)動。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，電樞繞組連接在所述旋轉(zhuǎn)變壓器的所述次要部件上。
8.如權(quán)利要求5到7之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，主要部件和次要部件相互同心地設(shè)置在共同的平面中，并且其中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的空氣隙在主要部件和次要部件之間徑向延伸。
9.如權(quán)利要求5到7之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，主要部件和次要部件軸向偏移地設(shè)置在分開的平面中，并且其中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的空氣隙在主要部件和次要部件之間軸向延伸。
10.如權(quán)利要求5到9之一所述的風(fēng)能設(shè)備，其中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器集成在所述轉(zhuǎn)子軸承中。
11.一種用于調(diào)節(jié)風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的驅(qū)動裝置，具有永磁勵磁的同步電動機(jī)，所述永磁同步電動機(jī)與轉(zhuǎn)子葉片軸承同心地設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪轂上；并且所述同步電動機(jī)的定子包括能夠安裝在所述轉(zhuǎn)子輪轂上的線圈體；并且所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置成與所述定子具有軸向距離，以用于形成軸向延伸的空氣隙，并且所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子在與轉(zhuǎn)子葉柄連接的支撐板上具有永磁結(jié)構(gòu)， 其中，所述驅(qū)動裝置設(shè)計(jì)為電動的直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能設(shè)備，其具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括安裝在吊艙上的轉(zhuǎn)子輪轂和多個轉(zhuǎn)子葉片。發(fā)電機(jī)與所述轉(zhuǎn)子連接。此外，分別設(shè)有用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)成直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電動驅(qū)動裝置，所述電動驅(qū)動裝置與轉(zhuǎn)子葉片軸承同心地設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子輪轂上，并且包括永磁同步電動機(jī)。所述同步電動機(jī)的定子包括安裝在所述轉(zhuǎn)子輪轂上的線圈體。所述同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置成與定子具有軸向距離，以用于形成軸向延伸的空氣隙。此外，所述轉(zhuǎn)子在與轉(zhuǎn)子葉柄連接的支撐板上具有永磁結(jié)構(gòu)。
文檔編號F03D7/02GK102395781SQ201080016946
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者沃爾克·克賴德勒, 羅爾夫-于爾根·施泰尼根韋格 申請人:溫納吉股份公司, 西門子公司