CN102192085A

CN102192085A - 冗余的变桨系统

Info

Publication number: CN102192085A
Application number: CN2011100573245A
Authority: CN
Inventors: 法比奥·伯托洛蒂; 赫尔曼·凯斯特曼; 詹斯·范谢尔维
Original assignee: SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Current assignee: SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: EP2545275A2; KR101487697B1; ES2602738T3; WO2011110429A2; US9422919B2; WO2011110429A3; US20120321473A1; CN202250607U; KR20130016260A; EP2545275B1; CN102192085B

Abstract

本发明涉及一种用于风力发电设备(1)的变桨系统，包括至少一个配属于设备的每个转子叶片的、电驱动的变桨驱动器(18，19)，该变桨驱动器带有至少一个设置在设备(1)的旋转部分中的、用于调整叶片的电动机(M)和配属于电动机(M)的功率和控制单元，该功率和控制单元带有用于从功率和控制单元向电动机(M)以及从电动机向功率和控制单元传输电能数据和控制数据的连接导线(520)，其中，连接导线(520)经由布置在旋转部分和轴向连接的固定区域之间的连接位置上的导电滑环(Se1)导引，其中，系统具有与所述第一导电滑环(Se1)机械和电分开工作的另一导电滑环(Se2)，该另一导电滑环与功率和控制单元和所述电动机(M)连接或者能够连接，以便在第一导电滑环(Se1)失效时保持电能数据和控制数据的可靠传递。

Description

冗余的变桨系统

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电设备的变桨系统，包括至少一个配属于设备的每个转子叶片的、电驱动的变桨驱动器，该变桨驱动器带有至少一个设置在设备的旋转部分中的、用于调整叶片的电动机和配属于电动机的功率和控制单元，该功率和控制单元带有用于从功率和控制单元向电动机(或反之)传输电能数据和控制数据的连接导线，其中，连接导线经由布置在旋转的部分和轴向连接的固定区域之间的连接位置上的导电滑环导引。

背景技术

现代风力发电设备包括可转动地支承在转子上的转子叶片，所述转子叶片可以通过单独改变叶片角改变风相对于每个转子叶片的迎角(变桨系统)。除了能量有效地调整转子叶片以最佳地将动能转化为电能，这种变桨系统还具有安全功能，因为立即将转子叶片调整到停止位置或顺桨位置(Fahnenstellung；此时桨距角为90°)使得能够避免转子不允许的旋转运动或者不允许地超过整个设备的强度值。因此，在具有强风的极端天气情况下，变桨系统是设备最快起作用的制动器。出于该原因，对变桨系统的可靠性提出了高要求。按照国家或私人监察组织关于风力发电设备安全性的相关规定和指南，风力发电设备即便在变桨系统的部件失效或部分失效时也必须保证可用。

在带有三个转子叶片和为每个转子叶片单独配置有变桨系统的风力发电设备中，在一个变桨系统失效时，另外两个变桨系统能够保证足够的冗余度。然而，问题是在仅有两个转子叶片的情况下，如果其中一个变桨系统失效，则还仅有另一个变桨系统必须满足安全功能。这对于冗余度而言认为是不足够的。

DE 60311896T2记载了一种带有至少两个变流器的、冗余的变桨系统，所述变流器设计为用于控制变桨系统的功率控制单元。每个驱动器分别仅配设有一个变流器。在一个变桨系统失效时，通过开关装置使第二变流器工作。

DE 10116011A1记载了一种带有冗余的变桨系统的风力发电设备。该系统具有多于一个的、用于转子叶片的驱动器(电动机)，其中，在一个驱动器失效时可以通过开关装置接通第二驱动器。

变桨系统最敏感的部件之一是所谓的导电滑环或滑环装置或旋转接头，在所述导电滑环或滑环装置或旋转接头中，电能数据和控制数据从设备旋转的部分传输到固定的部分以及从固定的部分传输到旋转的部分。

在风力发电设备中用于传输电流的导电滑环例如在DE 20116756U1中公开。已知的装置由两部分式的环形壳体组成，在所述环形壳体内支承有一个或多个组装的、反复张开并且可径向转动的绝缘壳体，所述绝缘壳体相互嵌接并且相对彼此绝缘。在绝缘壳体中还支承有两个可相对彼此转动的滑环。两个绝缘壳体与弹簧一起支承在用作支承轴的内套筒上并且轴向锁止在该环形壳体的外套筒中。所述用于支承的环形壳体的两个套筒能够沿轴向移动并锁止以及转动360°。在此，绝缘壳体与滑环和用于承载的环形壳体的两个套筒之间的弹簧可拆卸地、并且轴向弹性地被挤压在一起。

导电滑环或滑环装置通常承受非常强的电负荷和机械应力。在这种部件失效或故障时，变桨系统的安全功能不起作用，尤其是对于系统设置在设备的旋转部分中的那部分不起作用。这涉及驱动电动机和变流器设置在旋转部分中的那部分。

DE 19752241C2记载了一种用于在汽车的汽车电路中为用电器供电的发电机。该发电机具有一个用于交流电的双线定子绕组，两个电流分离的定子绕组和一个带有调节器的励磁绕组。与第一调节器并联地配设有另一调节器的励磁绕组通过分别一个自有的电刷对由相互独立工作的滑环供电。

发明内容

用于风力发电设备的冗余变桨系统的现有技术在导电滑环或滑环单元失效方面没有提供足够的功能可靠性。因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种冗余的变桨系统，该变桨系统也能关于导电滑环的故障提供足够的系统功能安全性。

因此，按照本发明创造一种用于风力发电设备的变桨系统，包括至少一个配属于设备的每个转子叶片的电驱动的变桨驱动器，该变桨驱动器带有至少一个设置在设备的旋转部分中的、用于调整叶片的电动机和一个配属于电动机的功率和控制单元，该功率和控制单元带有用于从功率和控制单元向电动机和从电动机向功率和控制单元传输电能和控制数据的连接导线，其中，所述导线经由一个设置在旋转部分和轴向连接的固定区域之间的连接位置上的第一导电滑环导引，并且其中，所述系统具有与第一导电滑环在机械和电方面分开工作的另一导电滑环，该另一导电滑环与功率和控制单元和电动机连接或者可连接，以便在第一导电滑环失效时保持可靠的电能和控制数据的传输。

旋转的部分尤其通过风力发电设备的转子和/或转子轴形成。固定的区域，在此也称为定子例如通过风力发电设备的机器间和/或机器支架形成。旋转的部分尤其可转动地支承在固定的区域中或者之上。

本发明的构思在于，系统的冗余度也扩展到作为变桨系统最敏感的部件的导电滑环上。因此，冗余度不仅扩展到变桨系统的旋转部分上，而且也扩展到设置在定子上的其它部件上。按照现有技术，为此需要其它冗余的部件。

按本发明的冗余变桨系统相应具有在机械和电方面与第一导电滑环分开工作的另一导电滑环，该另一导电滑环与功率和控制单元和电动机连接。因此，在第一导电滑环失效时，通过第二导电滑环保持电能和控制数据可靠的传输。因此，所述设备首次可以继续运行，其中，功能损坏的导电滑环可以在风力发电设备的下一个维修周期中被更换或者再次修好。

也保证了设备可靠地断开，因为通过两个导电滑环在任何时候都确保了从驱动器到功率和控制单元的电能流和控制流。因此也确保能够开始紧急切断过程，即，可以通过驱动器调整与该驱动器耦连的转子叶片到顺桨位置或停止位置。

在一种有利的设计中规定，电动机和功率和控制单元之间的连接导线通过机械和电分离的导线套管实现导引。这尤其在两个导电滑环的范围内是有利的。通过这种布置确保在一根导线套管中由于火或热造成的电短路或机械损坏不影响另一根导线套管。

两个导电滑环一方面可以在空间上相互平行或者相互间隔地同轴布置，或者可选地在轴向依次成一排并且相互间隔地布置，其中，在这种布置中，第一导电滑环设置在旋转部分朝向转子叶片的端侧区域中，而第二导电滑环设置在与之相对的另一端侧。

然而，在一种优选的布置中，由于机器间中狭窄的位置关系有利的是，两个导电滑环沿轴向前后相邻地布置。然后，这两个导电滑环可以有利地由一个公共的壳体包围。该壳体这样构造，即，该壳体能防脏污和湿气地密封。

两个冗余的导电滑环通常设计为两个结构相同的滑环单元，其中，每个单元包括一个单独壳体，滑环和可压紧在滑环上的、用于传输电能和控制数据的接触刷或电刷。

一个或两个滑环单元的接触刷作用在滑环上的压紧力可以有利地通过压力减小装置可调。所使用的压力减小装置包括磁/电磁的装置，该装置在电能信号和/或控制信号缺失时产生形成接触或中断接触的压紧力。因此，一旦磁体或磁性装置被激活，滑环处于“待命-模式”的类型。接触刷例如通过磁力从接触位置运动走，以便减小接触刷和滑环之间的压力。通过减小直至解除接触压力，滑环单元的寿命得以延长。然而，在压力减小的情况下，滑环不再能够传输全部的电流。

在正常工作时，在压力减小时分别仅一个滑环单元去激活或无效。在此，另一个滑环单元完全激活。此外，出于安全原因有利的是，这样设计磁或电磁的装置，使得在电压或者磁化强度下降时通过例如形式为复位弹簧的复位装置将接触刷压回到完整的压力。

为了保证冗余的连接导线，第一导电滑环有利地支承在第一套筒上，而第二导电滑环支承在第二套筒上，其中，第二套筒与第一套筒同轴地布置，第一导电滑环的导线入口和导线出口构造在由于两个套筒直径差形成的、径向延伸的外部环形腔中，而另一个导线入口和出口设置在插入和/或内侧的套筒的径向内腔中。

为了进一步提高系统的冗余度，变流器可以有利地具有不间断的电压供应和电流供应电源(USV)。这种装置例如由US 6921985B2公开。

作为用作驱动器的电动机可考虑直流电动机，交流电动机以及三相交流电动机。

在第一种有利的布置中，在风力发电设备的旋转部分中仅设置变桨驱动的电动机，而所属的功率和控制单元以及其它部件设置在固定的区域中，其中，通过开关装置使所述的功率和控制单元与两个导电滑环之一连接。在固定的区域中可以有利地设置变流器配属于电动机的部件以及与独立的电源(电池、电容器)连接的紧急供电装置，该紧急供电装置在功率和控制单元故障的情况下，尤其是在功率和控制单元的电流馈送中断时，通过冗余的滑环单元保持供电。

在使用直流电动机时需要两个用于导引直流电的连接导线，这同样适用于交流电。在三相交流电动机时需要三根连接导线。

变桨系统优选包括一个或至少一个变流器，该变流器具有或形成功率和控制单元。功率和控制单元例如构造为变流器。

按照本发明的一种扩展设计，变桨系统包括多个变流器，所述各变流器分别具有或形成一个功率和控制单元。功率和控制单元例如分别构造为变流器。

所述各变流器作为部件尤其包括一个整流器，一个功率控制单元并优选还包括其它部件。所述变流器或每个变流器有利地配设有紧急供电装置和/或与该紧急供电装置电连接。

在一种可选的设计中，变流器的部件既布置在旋转的部分中也布置在固定的区域中。在变流器这样“分开”布置时，变流器的功率控制单元直接设置电动机上，也就是设置在旋转的部分中，反之，整流器和变流器的其它部件以及紧急供电装置设置在固定的区域中。这种布置尤其在直流电动机作为驱动器时是有利的。因此，连接导线和滑环单元的数量可以设计得最小。一个电动机分别仅需要两根导线。此外，分开布置也可以在相应地适配变流器或整流器时应用在交流或三相交流电动机中。

为了进一步提高系统的冗余度，每个功率和控制单元可以有利地配置至少一个另外的功率和控制单元，该另外的功率和控制单元在第一功率和控制单元失效时可受开关控制地与第一功率和控制单元的所属电动机连接。因此，例如可以在三个电动机时设置三个功率和控制单元，其连接导线经由第一导电滑环导引，并且设置另外三个独立工作的功率和控制单元，其连接导线经由第二导电滑环导引并且可受开关控制地与三个电动机中的每个连接。功率和控制单元优选分别设计为变流器。

按照一种扩展设计，风力发电设备具有多个，尤其是两个或三个转子叶片。在这种情况下，按本发明的变桨系统优选包括多个电驱动的变桨驱动器，所述变桨驱动器尤其配属于分别一个转子叶片。每个变桨驱动器有利地具有至少一个设置在设备的旋转部分中的、用于调节叶片的电动机和配属于该电动机的功率和控制单元，该功率和控制单元带有用于从功率和控制单元向电动机和从电动机向功率和控制单元传输电能和控制数据的连接导线。各个变桨驱动器的连接导线经由(第一)导电滑环导引。另外，另一导电滑环与各个功率和控制单元和各个电动机连接或可连接，以便在第一导电滑环失效时保持各个变桨驱动器的电能和控制数据的可靠传输。

本发明还涉及一种带有至少两个转子叶片和按本发明的变桨系统的风力发电设备。该变桨系统可以按所有描述的构造进一步扩展设计。

附图说明

以下在附图中示出了本发明的多个实施例。

图1a至1e以示意图示出了本发明的各种实施形式；

图2以纵向剖面图示出了没有压力减小装置的两个滑环单元的第一种构造；

图3以纵向剖面图示出了带有一个处于未操纵状态的、磁性操纵式压力减小装置的两个滑环单元的第二种构造，

图4示出了在压力减小装置操纵状态下的、按图3的装置，

图5示出了带有按本发明的变桨系统的风力发电设备的示意图，

图6示出了变流器的示意图。

具体实施方式

由图1a可见按本发明的第一种实施形式的变桨系统的变桨驱动器，其中，与转子叶片B1机械耦连的电动机M可通过一个由开关S和第一导电滑环Se1组成的第一串联电路与一个变流器电连接。电动机M还可通过一个由开关和第二导电滑环Se2组成的第二串联电路与该变流器电连接，其中，第二串联电路与第一串联电路并联。因此，电动机M可以借助于开关选择通过第一导电滑环Se1或通过第二导电滑环Se2与变流器电连接。导电滑环Se1和Se2优选分别设计为滑环单元。导电滑环尤其形成滑环装置。

如果一个导电滑环损坏，电动机M可通过另一个导电滑环与变流器电连接。

导电滑环限定变桨驱动器的机械分离位置，因此电动机M和开关设置在风力发电设备的旋转部分中，而变流器设置在风力发电设备的固定区域中，例如设置在机器间内。转子叶片B1可借助于电动机M绕转子叶片的叶片轴线旋转。

由图1b可见按本发明的第二种实施形式的变桨系统的变桨驱动器，其中，与转子叶片B1机械耦连的电动机M可通过一个设计为转换开关的开关S选择与第一导电滑环Se1或与第二导电滑环Se2电连接。第一导电滑环Se1与第一变流器UmI电连接，而第二导电滑环与第二变流器UmII电连接。因此，电动机M可以借助于开关S选择通过第一导电滑环Se1与第一变流器UmI电连接或者通过第二导电滑环Se2与第二变流器UmII电连接。导电滑环Se1和Se2优选分别设计为滑环单元。导电滑环尤其形成滑环装置。

如果一个导电滑环损坏，电动机M通过另一个导电滑环与配属于该另一个导电滑环的变流器电连接。如果一个变流器损坏，电动机M可通过配属于另一个变流器的导电滑环与另一个变流器电连接。转子叶片B1可借助于电动机M绕转子叶片的叶片轴线旋转。

由图1c可见按本发明的第三种实施形式的变桨系统，其中，两个电动机M1和M2分别与转子叶片B11和B12机械耦连。在此，每个转子叶片可借助于相应的电动机绕配属于相应的转子叶片的叶片轴线转动。另外，设置有两个导电滑环Se1和Se2以及两个变流器UmI和UmII，其中，各个电动机可通过各个导电滑环与各变流器电连接。电动机M1和变流器UmI相互配置。另外，电动机M2和变流器UmII相互配置。导电滑环Se1和Se2优选分别设计为滑环单元。导电滑环尤其形成滑环装置。

如果一个导电滑环损坏，各电动机可通过另一个导电滑环与分别配设的变流器电连接。如果一个变流器损坏，各个电动机可通过各导电滑环与另一个变流器电连接。为了选择要使用的导电滑环和/或要使用的变流器，尤其设置恰当的开关元件。

由图1d可见按本发明的第四种实施形式的变桨系统，其中，两个电动机M1和M2分别与转子叶片B11和B12机械耦连。在此，各个转子叶片可借助于各自的电动机绕配属于相应的转子叶片的叶片轴线转动。另外设置有两个导电滑环Se1和Se2以及三个变流器UmI，UmII和UmIII，其中，各电动机可通过各个导电滑环与各个变流器电连接。电动机M1和变流器UmI相互对应配置。另外，电动机M2和变流器UmII相互对应配置。变流器UmIII设计用于备用。导电滑环Se1和Se2优选分别设计为滑环单元。导电滑环尤其形成滑环装置。

如果一个导电滑环损坏，各个电动机可通过另一个导电滑环与分别配设的变流器电连接。如果一个配属于电动机的变流器损坏，该电动机可通过各个导电滑环与设计备用的变流器UmIII电连接。如果两个变流器损坏，各电动机可通过各个导电滑环与第三变流器电连接。为了选择要使用的导电滑环和/或要使用的变流器，尤其设置恰当的开关元件。

由图1e可见按本发明的第五种实施形式的变桨系统，其中设置有三个电动机M1，M2和M3，所述电动机尤其分别与一个转子叶片机械耦连。各个转子叶片优选可借助于相应的电动机绕配属于相应转子叶片的叶片轴线转动。还设置有两个导电滑环Se1和Se2以及三个变流器UmI，UmII和UmIII，其中，各个电动机可通过各个导电滑环与各个变流器电连接。电动机M1和变流器UmI相互对应配置。另外，电动机M2和变流器UmII相互对应配置。最后，电动机M3和变流器UmIII相互对应配置。导电滑环Se1和Se2优选分别设计为滑环单元。所述导电滑环尤其形成滑环装置。

如果一个导电滑环损坏，各电动机可通过另一个导电滑环与分别配设的变流器电连接。如果一个变流器损坏，对应于该变流器的电动机可通过各个导电滑环与另一个变流器电连接。如果两个变流器损坏，与这两个变流器对应的电动机可通过各个导电滑环与第三变流器电连接。为了选择要使用的导电滑环和/或要使用的变流器，尤其设置恰当的开关元件。

图2在纵向截面图中示出了包括两个滑环单元Se1和Se2的滑环装置20的第一种设计构造，该滑环装置可以形成由图1a至1e可见的各个导电滑环对或者滑环装置。滑环装置20由防护类型为IP-67的外壳100包围，该外壳设计用于防水和防脏污。滑环单元Se1包括带有壳体210的固定部分200，而滑环单元Se2包括带有壳体310的固定部分300。在壳体210和310之间设计有空隙110，分隔壁730设置在该间隙中，所述分隔壁尤其用于使得没有灰尘颗粒能够从滑环单元Se1和Se2掉入壳体100中。此外，分隔壁730防止这些颗粒从壳体210进入相邻壳体310以及防止这些颗粒从相邻壳体310进入壳体210。

固定部分200包括接触刷250，该接触刷在滑环500上导引并且与该滑环电接触。滑环500形成第一滑环单元Se1的旋转部分。滑环500的连接导线520通过外导线套管700导引，该外导线套管设计为第一套筒的形式并且设计用于滑环500的所有连接导线。在这种意义上，连接导线520代表滑环500的连接导线。该导线套管700在机械和电方面与一个内部的导线套管720分开。另外，滑环单元Se1和Se2相对风力发电设备的转子(未在图2中示出)具有不同的间距。套管700中的电短路或不允许的受热或者火灾不会损坏另一套管720中的导线。

固定部分300包括接触刷350，该接触刷从固定部分300向滑环600延伸，并且与该滑环电接触。滑环600形成滑环单元Se2的旋转部分。滑环单元600的连接导线620穿过内部的导线套管720被导引，该内部的导线套管设计为与外部的导线套管700同轴布置的套筒的形式。

图3和图4示出了滑环装置20的第二种设计构造，这些设计构造是图2可见的设计构造的一种变型，其中区别仅仅涉及第二滑环单元Se2的固定部分300，该固定部分额外包括一个磁操纵的压力减小装置22。

接触刷350通过一个触排355相互机械连接，其中，固定部分300额外具有两个电磁体360和360`，通过所述电磁体可以吸引所述触排355。在激活磁体(见图4)时，触排355被向上吸引，因此接触刷350和滑环600之间的压力被降低。在压力减小的情况下，尽管滑环上的接触电阻增大，但是摩擦力减小，因此通过减小压力可以延长滑环600和接触刷350的寿命。因此，在相应设计的磁体情形下，滑环在磁体激活时处于“待命-模式”。

在正常的工作模式中，第二滑环单元Se2在压力减小时不激活。出于安全原因，形式为螺旋弹簧362的复位装置在电压或磁化强度下降时将触排355压回到最大压紧力。因此，一旦第一滑环单元Se1失效，第二滑环单元Se2被完全激活。

关于滑环装置的第二种设计构造的其它描述请参考关于滑环装置的第一种设计构造的描述。

图5在示意图中示出了风力发电设备1，其包括竖立在基础2上的塔3，在塔背离基础2的端部设置有机器间4。该机器间4具有机器支架5，转子6可绕转子轴线7转动地支承在该机器支架上，该转子包括转子轮毂8和多个与该转子轮毂连接的转子叶片9和10，所述转子叶片分别绕叶片轴线11或12可转动地支承在转子轮毂8上。转子叶片9和10沿其叶片轴线11和12的方向从所述转子轮毂8延伸出，其中，所述叶片轴线11和12横向于所述转子轴线7延伸。转子6通过风13绕转子轴线7转动并且包括一个转子轴14，该转子轴在中间连接有变速器15的情况下与发电机16耦连，该发电机16由所述转子6驱动。发电机16产生电能并且将电能馈送至电网17中。转子叶片9和10可分别通过一个变桨驱动器18或19绕其各自的叶片轴线相对转子轮毂8转动。另外，转子6可以包括第三转子叶片，该第三转子叶片可绕横向于转子轴线7延伸的叶片轴线转动地支承在转子轮毂8上，并且该第三转子叶片沿着该叶片轴线的方向从转子轮毂8延伸出，以及可借助于一个变桨驱动器相对于该转子轮毂8绕叶片轴线转动。转子叶片环绕所述转子轴线7均匀地分散布置，因此，在两个转子叶片时，两个相邻的叶片轴线围成180°的角度，在三个转子叶片时，两个相邻的叶片轴线分别围成120°的角度。每个变桨驱动器包括至少一个变流器和一个电动机，该电动机通过与转子轴14机械耦连的滑环装置20与相应的变流器电连接，该变流器设置在机器间4的控制装置21中。在图5中示意示出了变桨驱动器18和19的电动机M1和M2。

例如每个变桨驱动器通过一个由图1a和1b所示的变桨驱动器形成。但是作为替代，变桨驱动器也可以形成按图1c至1e的变桨系统。滑环装置20尤其包括按图1a至1e的导电滑环，并优选形成按图2或图3和4所示的滑环装置。

由图6可见变流器23的示意图，通过该变流器可以形成按图1a至1e的各个变流器和/或在图5的描述中提及的各个变流器。变流器23包括整流器24和连接在整流器后面的功率控制单元25，在该功率控制单元后面连接有电动机M，并且所述功率控制单元25被一个控制器26控制。整流器24和功率控制单元25通过一个直流中间电路27相互电连接，该直流中间电路包括中间电路电容器28。另外，紧急供电装置29与中间电路27电连接。整流器24借助于例如源自电网的供电装置30被供应单相或多相的交流电，整流器将交流电转换为直流电并且将直流电输送到中间电路27。功率控制单元25接收来自中间电路27的直流电并且将该直流电根据控制器26的控制要么转换为单相或多相的交流电，要么转换为脉冲式的直流电，并且将这种转换后的电流输送到电动机M。是否由功率控制单元25发出单相或多相的交流电或者脉冲式的直流电取决于电动机M是单相或多相的交流电动机还是直流电动机。

变流器23尤其安装在按图5的风力发电设备1中。变流器23例如设置在机器间4中。按照一种替代方案，整流器24设置在机器间4中，而功率控制单元25设置在转子6中。在这种情况下，中间电路27通过滑环装置20导引。控制器26可以设置在机器间4或者转子6中。这也相应适用于紧急供电装置29。

附图标记清单

1风力发电设备

2基础

3塔

4机器间

5机器支架

6转子

7转子轴线

8转子轮毂

9转子叶片

10转子叶片

11叶片轴线

12叶片轴线

13风

14转子轴

15变速器

16发电机

17电网

18变桨驱动器

19变桨驱动器

20滑环装置

21控制装置

22压力减小装置

23变流器

24变流器的整流器

25变流器的功率控制单元

26变流器的控制器

27变流器的中间电路

28中间电路电容器

29紧急供电装置

100滑环装置的外壳

110滑环单元之间的间隙

200第一滑环单元的固定部分

210第一滑环单元的壳体

250第一滑环单元的接触刷

300第二滑环单元的固定部分

310第二滑环的壳体

350第二滑环的接触刷

500第一滑环单元的滑环

520第一滑环单元的连接导线

600第二滑环单元的滑环

620第二滑环的连接导线

700外部的导线套管

720内部的导线套管

730滑环单元之间的分隔壁

M电动机

S开关

Se1第一滑环单元

Se2第二滑环单元

B1，B11，B12叶片

Um，UmI，UmII，UmIII变流器

Claims

1.一种用于风力发电设备(1)的变桨系统，包括至少一个配属于所述设备的每个转子叶片的、电驱动的变桨驱动器(18，19)，该变桨驱动器带有至少一个设置在所述设备(1)的旋转部分中的、用于调整叶片的电动机(M)和配属于所述电动机(M)的功率和控制单元，该功率和控制单元带有用于从所述功率和控制单元向所述电动机(M)以及从所述电动机向所述功率和控制单元传输电能数据和控制数据的连接导线(520)，其中，所述连接导线(520)经由一个布置在所述旋转部分和轴向连接的固定区域之间的连接位置上的导电滑环(Se1)导引，其特征在于，所述系统具有与所述第一导电滑环(Se1)在机械和电方面分开工作的另一导电滑环(Se2)，该另一导电滑环与所述功率和控制单元和所述电动机(M)连接或者能够连接，以便在所述第一导电滑环(Se1)失效时保持电能数据和控制数据的可靠传递。

2.如权利要求1所述的变桨系统，其特征在于，所述电动机(M)和所述功率和控制单元之间的连接导线(520，620)通过在机械和电方面分隔开的导线套管(700，720)实现导引和连接。

3.如权利要求1或2所述的变桨系统，其特征在于，所述两个导电滑环(Se1，Se2)平行地并排布置或者间隔一定间距地同轴布置。

4.如权利要求1或2所述的变桨系统，其特征在于，所述两个导电滑环(Se1，Se2)在轴向前后相继地布置成一排并且相互间隔，其中，所述第一导电滑环(Se1)设置在所述旋转部分朝向所述转子叶片(18)的端侧区域中，而所述第二导电滑环(Se2)设置在与之相对的另一端侧上。

5.如权利要求1或2所述的变桨系统，其特征在于，所述两个导电滑环(Se1，Se2)在轴向前后相继地相邻地布置，并且由一个公共的壳体(100)包围。

6.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，每个导电滑环(Se1，Se2)分别包括一个滑环单元，该滑环单元由单个壳体(210，310)、滑环(500，600)和能压靠在所述滑环上的、用于传输电能和控制数据的接触刷(250，350)组成。

7.如权利要求6所述的变桨系统，其特征在于，一个或两个滑环单元(Se1，Se2)的所述接触刷(250，350)在所述滑环(500，600)上的压紧力能通过压力减小装置(22)调节。

8.如权利要求7所述的变桨系统，其特征在于，所述压力减小装置(22)包括磁/电磁的装置，该磁/电磁的装置在电能和/或控制信号缺失时实现形成电接触或断开电接触的压紧力。

9.如权利要求8所述的变桨系统，其特征在于，这样设计所述磁/电磁的装置，使得在所述电动机(M)和所述功率和控制单元之间的连接导线中的电压和磁化强度下降时产生使所述接触刷建立电接触的压紧力。

10.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，所述第一导电滑环(Se1)支承在第一套筒上，而所述第二导电滑环(Se2)支承在另一套筒上，其中，所述另一套筒与所述第一套筒同轴地布置，所述第一导电滑环(Se1)的导线入口和出口在由于所述两个套筒的直径差形成的、径向延伸的外部的环形腔实现，而另一个导线入口或出口在插套在内的所述另一套筒的径向内腔中实现。

11.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，所述功率和控制单元具有一不间断的电压和电流电源(USV)。

12.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，所述变桨驱动器(18，19)在所述旋转部分中仅具有电动机(M)，而所属的功率和控制单元以及驱动器的其它部件设置在固定的区域(4)中，其中，通过开关装置(S)使所属的功率和控制单元与两个导电滑环(Se1，Se2)中的一个连接。

13.如权利要求12所述的变桨系统，其特征在于，所述功率和控制单元的所属部件包括与独立的电源连接的紧急供电装置。

14.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，该变桨系统包括具有或形成所述功率和控制单元的变流器。

15.如权利要求14所述的变桨系统，其特征在于，所述变流器作为部件包括整流器、功率控制单元和其它部件。

16.如权利要求15所述的变桨系统，其特征在于，所述变流器的部件既设置在所述旋转部分中也设置在固定的区域(4)中，其中，所述功率控制单元直接设置在所述电动机(M)上，而所述整流器以及紧急供电装置设置在固定的区域中。

17.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，每个功率和控制单元配设有至少一个另一功率和控制单元，该另一功率和控制单元在所述第一功率和控制单元失效时可受开关控制地与所述第一功率和控制单元的所属电动机(M)连接。

18.如前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统，其特征在于，在三个电动机时设置三个功率和控制单元和另外三个独立工作的功率和控制单元，所述三个功率和控制单元的连接导线经由第一导电滑环(Se1)导引，所述另外三个功率和控制单元的连接导线经由第二导电滑环(Se2)导引并且可受开关控制地与所述三个电动机中的每个连接。

19.如权利要求17或18所述的变桨系统，其特征在于，所述功率和控制单元分别设计为变流器。

20.一种风力发电设备，带有至少两个转子叶片和按前列权利要求中的一项或多项所述的变桨系统。