專利名稱：風能設備和用于風能設備的能量傳輸裝置的制作方法
風能設備和用于風能設備的能量傳輸裝置風能設備用來借助于轉(zhuǎn)子將風的動能轉(zhuǎn)換成電能，以便例如將電能饋入到輸電網(wǎng)中。風流的動能作用到轉(zhuǎn)子葉片，這些轉(zhuǎn)子葉片安裝在轉(zhuǎn)子輪轂上并且在風流情況下被置于旋轉(zhuǎn)運動中。旋轉(zhuǎn)運動直接地或借助于傳動裝置傳輸?shù)桨l(fā)電機上，該發(fā)電機將動能轉(zhuǎn)換成電能。包括發(fā)電機的傳動系在傳統(tǒng)的風能設備中設置在安裝在塔上的吊艙中。風能設備的轉(zhuǎn)子葉片具有氣動輪廓，該氣動輪廓引起壓力差，該壓力差取決于在轉(zhuǎn)子葉片的抽吸側(cè)和壓力側(cè)之間的流速差。該壓力差引起作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動力矩，該轉(zhuǎn)動力矩影響轉(zhuǎn)子的速度。風能設備主要具有水平轉(zhuǎn)軸。在這種風能設備中，借助于伺服電機進行通常的吊艙的風向追蹤。在此，通過方位軸承與塔連接的吊艙圍繞其軸旋轉(zhuǎn)。相對于單葉片、雙葉片或四葉片的轉(zhuǎn)子，具有3個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子更通用，因為三葉轉(zhuǎn)子可以在振動技術上簡單地控制。在具有偶數(shù)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子情況下，由于滑流效應而作用于轉(zhuǎn)子葉片的傾斜力通過錯移180°的對置的轉(zhuǎn)子葉片被加強，由此形成更高的力學和材料上的要求。具有5或7個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子導致如下氣動狀態(tài)，這些氣動狀態(tài)會在數(shù)學上相對復雜地描述，因為在轉(zhuǎn)子葉片上的氣流相互影響。此外，這種轉(zhuǎn)子不實現(xiàn)增產(chǎn)， 該增產(chǎn)與相對于具有3個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子的額外開銷有經(jīng)濟學上的關系。通常，風能設備具有用于轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整的槳距驅(qū)動系統(tǒng)。通過轉(zhuǎn)子葉片的迎角調(diào)整改變在轉(zhuǎn)子葉片的抽吸側(cè)和壓力測之間的流速差。這又影響到作用到轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)力矩和轉(zhuǎn)子速度。槳距驅(qū)動和控制系統(tǒng)的工作需要電能，該電能在傳統(tǒng)的風能設備中通過集電環(huán)從吊艙傳輸?shù)皆O置在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載上。通過集電環(huán)還反復地傳輸用于槳距驅(qū)動或控制系統(tǒng)的狀態(tài)信號和控制信號。集電環(huán)遭受機械磨損并且是風能設備中的并不重要的潛在干擾源。本發(fā)明基于如下任務，提出一種風能設備，其槳距驅(qū)動和控制系統(tǒng)相對于外部環(huán)境條件可靠而魯棒性地被供電，并且為此提出了一種合適的系統(tǒng)部件。根據(jù)本發(fā)明，該任務通過具有在權(quán)利要求1中所說明的特征的風能設備和通過具有在權(quán)利要求11中所說明的特征的電能傳輸裝置來實現(xiàn)。本發(fā)明有利的改進方案在從屬權(quán)利要求中說明。根據(jù)本發(fā)明的風能設備具有轉(zhuǎn)子，其包括安置在吊艙上的轉(zhuǎn)子輪轂和多個可以分別借助于電驅(qū)動裝置調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片。發(fā)電機與轉(zhuǎn)子連接。與轉(zhuǎn)子軸承同心地設置有旋轉(zhuǎn)變壓器，該旋轉(zhuǎn)變壓器設置用于多個設置在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載的能量供給。旋轉(zhuǎn)變壓器的一級部分與吊艙連接。旋轉(zhuǎn)變壓器的二級部分設置在轉(zhuǎn)子輪轂中并且可以隨著其旋轉(zhuǎn)。 此外，風能設備包括用于從低頻供給電壓中產(chǎn)生高頻激勵電壓的第一變頻器，該變頻器連接在一級部分和供給電壓源之間。此外，設置有用于從變壓過的高頻激勵電壓中產(chǎn)生低頻的負載電壓的第二變頻器，該第二變頻器連接在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載與二級部分之間。代替第二變頻器，可以設置用于從變壓過的高頻激勵電壓中產(chǎn)生直流電壓的整流器，該整流器連接在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載與二級部分之間。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器可以是將轉(zhuǎn)子與發(fā)電機連接的傳動裝置的組成部分，并且在轉(zhuǎn)子側(cè)的驅(qū)動軸端部通過電插接裝置提供高頻交流電壓。根據(jù)本發(fā)明的風能設備能夠?qū)崿F(xiàn)工作安全地并且不經(jīng)受維護限制地為設置在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載供給電能。這尤其對于離岸風能設備具有重要意義。根據(jù)本發(fā)明的風能設備尤其由于用于轉(zhuǎn)動變壓器的高頻激勵電壓的使用而相對于通過風力施加在轉(zhuǎn)子和吊艙上的彎曲力矩是魯棒性的，而沒有對于在一級部分和二級部分之間的氣隙寬度的變化的不利影響。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器實現(xiàn)用于驅(qū)動至少3個槳距驅(qū)動和控制系統(tǒng)的足夠大的持續(xù)功率的傳輸。相應地，本發(fā)明有利的改進方案是可以隨著轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機的電樞，并且電樞繞組連接到旋轉(zhuǎn)變壓器的二級部分上。這能夠?qū)崿F(xiàn)風能設備緊湊且低成本的實施形式。旋轉(zhuǎn)變壓器可以根據(jù)另一有利的擴展方案集成到轉(zhuǎn)子軸承中，并且轉(zhuǎn)子軸承可以集成到將轉(zhuǎn)子和發(fā)電機連接的傳動裝置的驅(qū)動側(cè)的軸承中。轉(zhuǎn)子、傳動裝置、軸承以及旋轉(zhuǎn)變壓器可以以這種方式有效地彼此協(xié)調(diào)并且可以實現(xiàn)節(jié)省位置的設備部件構(gòu)造。相應地，本發(fā)明優(yōu)選的改進方案具有超過25kHz的頻率的高頻激勵電壓。以這種方式，可以避免通過風能設備的工作帶給人的聲學干擾。下面借助附圖根據(jù)實施例詳細闡述本發(fā)明。其中

圖1示出了具有根據(jù)本發(fā)明的電能傳輸裝置的風能設備的第一變形方案，圖2示出了具有根據(jù)本發(fā)明的電能傳輸裝置的風能設備的第二變形方案，圖3示出了具有根據(jù)本發(fā)明的電能傳輸裝置的風能設備的第三變形方案，圖4示出了根據(jù)圖3的電能傳輸裝置的旋轉(zhuǎn)變壓器的一級部分和二級部分的橫截面圖。在圖1中示出的風能設備具有轉(zhuǎn)子1，該轉(zhuǎn)子包括安置在吊艙2上的轉(zhuǎn)子輪轂11 和多個轉(zhuǎn)子葉片12，這些葉片分別可以借助于單獨的槳距系統(tǒng)121來調(diào)整。轉(zhuǎn)子1通過傳動裝置5和離合器6與發(fā)電機3連接。此外，在圖1中所示出的風能設備具有電能傳輸裝置4，其包括與轉(zhuǎn)子軸承13同心地設置的旋轉(zhuǎn)變壓器用于設置在轉(zhuǎn)子輪轂11中的槳距系統(tǒng)121的能量供給。旋轉(zhuǎn)變壓器的環(huán)狀的一級部分41通過轉(zhuǎn)子軸承13與吊艙2連接。一級部分41和轉(zhuǎn)子軸承13可以組合成集成的系統(tǒng)部件。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器包括凸緣連接(angeflanschten)在轉(zhuǎn)子輪轂11上并且可以隨著該轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)的環(huán)形的二級部分42。為了從低頻供給電壓中產(chǎn)生高頻激勵電壓而設置有第一變頻器43，其連接在一級部分43和沒有在圖1中明確示出的供給電壓源之間。此外，電能傳輸裝置4包括用于從變壓過的高頻激勵電壓中產(chǎn)生低頻的負載電壓的第二變頻器44。替代第二變頻器，還可以設置用于產(chǎn)生直流電壓的整流器。第二變頻器44連接在二級部分42和槳距系統(tǒng)121之間。在圖1中所示出的風能設備的旋轉(zhuǎn)變壓器的一級部分41和二級部分42在軸向上間隔地設置在單獨的平面中，并且具有基本相同的直徑。旋轉(zhuǎn)變壓器的氣隙在一級部分41 和二級部分42之間軸向地延伸，通過激勵電壓在該氣隙中產(chǎn)生高頻電磁場。還可以通過旋轉(zhuǎn)變壓器傳輸來自和到槳距系統(tǒng)121中的控制信號和狀態(tài)信號。為此可代替的是，控制信號和狀態(tài)信號還可以通過WLAN連接或通過適合的其他無線電連接來傳輸。在圖2中所描述的風能設備中，不同于在圖1中示出的風能設備，發(fā)電機3的電樞 32可以隨著轉(zhuǎn)子輪轂11旋轉(zhuǎn)并且集成在該轉(zhuǎn)子輪轂中。在圖2中示出的風能設備的轉(zhuǎn)子軸承13連接到發(fā)電機3的定子31上。此外，旋轉(zhuǎn)變壓器的二級部分42與轉(zhuǎn)子繞組相鄰并且與其同心地設置。在圖3中示出的風能設備包括旋轉(zhuǎn)變壓器，其一級部分41和二級部分42不同于根據(jù)圖1的設置地彼此同心地設置在共同的平面中(還參見圖4)。旋轉(zhuǎn)變壓器的氣隙在一級部分41和二級部分42之間徑向地延伸，該一級部分和二級部分具有不同的直徑。旋轉(zhuǎn)變壓器和轉(zhuǎn)子軸承13有利地形成集成的系統(tǒng)部件。本發(fā)明的應用不局限于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種風能設備，具有-轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括安置在吊艙上的轉(zhuǎn)子輪轂和能夠分別借助于電驅(qū)動裝置調(diào)整的多個轉(zhuǎn)子葉片，-與所述轉(zhuǎn)子連接的發(fā)電機，-與轉(zhuǎn)子軸承同心地設置的旋轉(zhuǎn)變壓器，用于設置在所述轉(zhuǎn)子輪轂中的多個電負載的能量供給，-與所述吊艙連接的所述旋轉(zhuǎn)變壓器的一級部分，-設置在所述轉(zhuǎn)子輪轂中并且能夠隨著所述轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子變壓器的二級部分，-第一變頻器，用于從低頻供給電壓中產(chǎn)生高頻激勵電壓，所述第一變頻器連接在所述一級部分和供給電壓源之間，-第二變頻器，用于從變壓過的高頻激勵電壓中產(chǎn)生低頻的負載電壓，所述第二變頻器連接在所述轉(zhuǎn)子輪轂中的所述電負載和所述二級部分之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能設備，其中所述發(fā)電機的電樞能夠借助所述轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風能設備，其中轉(zhuǎn)子繞組連接到所述旋轉(zhuǎn)變壓器的所述二級部分上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的風能設備，其中所述一級部分和二級部分彼此同心地設置在共同的平面中，并且其中所述旋轉(zhuǎn)變壓器的氣隙在一級部分和二級部分之間徑向地延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的風能設備，其中所述一級部分和二級部分軸向錯移地設置在單獨的平面中，并且其中所述旋轉(zhuǎn)變壓器的氣隙在一級部分和二級部分之間軸向地延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的風能設備，其中所述旋轉(zhuǎn)變壓器集成到所述轉(zhuǎn)子軸承中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風能設備，其中所述轉(zhuǎn)子軸承集成到將所述轉(zhuǎn)子與所述發(fā)電機連接的傳動裝置的驅(qū)動側(cè)的軸承中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的風能設備，其中來自和/或到槳距驅(qū)動系統(tǒng)中的控制信號和/或狀態(tài)信號的傳輸通過所述旋轉(zhuǎn)變壓器進行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的風能設備，其中所述高頻激勵電壓具有在25kHz以上的頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的風能設備，其中代替第二變頻器設置有用于從變壓過的高頻激勵電壓中產(chǎn)生直流電壓的整流器，所述整流器連接在所述轉(zhuǎn)子輪轂中的所述電負載與所述二級部分之間。
11.一種用于風能設備的電能傳輸裝置，具有-與所述風能設備的轉(zhuǎn)子軸承同心地設置的旋轉(zhuǎn)變壓器，用于設置在轉(zhuǎn)子輪轂中的多個電負載的能量供給，-所述旋轉(zhuǎn)變壓器的能夠與吊艙連接的一級部分，-所述旋轉(zhuǎn)變壓器的設置在所述轉(zhuǎn)子輪轂中并且能夠隨著所述轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)的二級部分，-第一變頻器，用于從低頻供給電壓中產(chǎn)生高頻激勵電壓，所述第一變頻器能夠連接在所述一級部分和供給電壓源之間，-第二變頻器，用于從高頻的變壓過的激勵電壓中產(chǎn)生低頻的負載電壓，所述第二變頻器能夠連接在所述轉(zhuǎn)子輪轂中的所述電負載與所述二級部分之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有轉(zhuǎn)子的風能設備，該轉(zhuǎn)子包括安置在吊艙上的轉(zhuǎn)子輪轂和多個可以分別借助于電驅(qū)動裝置調(diào)整的轉(zhuǎn)子葉片。發(fā)電機與轉(zhuǎn)子連接。與轉(zhuǎn)子軸承同心地設置有旋轉(zhuǎn)變壓器，該旋轉(zhuǎn)變壓器設置用于對多個設置在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載的能量供給。旋轉(zhuǎn)變壓器的一級部分與吊艙連接。轉(zhuǎn)子變壓器的二級部分設置在轉(zhuǎn)子輪轂中并且可以隨著轉(zhuǎn)子輪轂旋轉(zhuǎn)。此外，風能設備包括用于從低頻供給電壓中產(chǎn)生高頻激勵電壓的第一變頻器，該第一變頻器連接在一級部分和供給電壓源之間。此外，設置用于從變壓過的高頻激勵電壓中產(chǎn)生低頻的負載電壓的第二變頻器，該第二變頻器連接在轉(zhuǎn)子輪轂中的電負載與二級部分之間。
文檔編號F03D7/02GK102395782SQ201080017075
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月26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