CN102330639A - 用于风力发电设备的叶片变桨驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力发电设备的叶片变桨驱动器，其带有至少一个具有电动机壳体(19)的电动机(18)，该电动机(18)与变流器(26)导电地并且与风轮叶片(9)机械地耦连，该风轮叶片(9)可借助电动机(18)绕叶片轴线(11)旋转，其中，借助变流器(26)控制或调节电动机(18)，并且其中，电动机(18)和变流器(26)组成一个结构单元。

Description

用于风力发电设备的叶片变桨驱动器

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电设备的叶片变桨驱动器，其带有至少一个具有电动机壳体的电动机，该电动机与变流器导电地并且与风轮叶片机械地耦连，该风轮叶片可借助电动机绕叶片轴线旋转，其中，借助变流器控制或调节电动机。

背景技术

一种这样的驱动器例如由DE 103 38 127 B4已知。

在风力发电设备中使用带有电动机和变流器的叶片变桨驱动器(叶片角度调节驱动器)作为叶片变桨系统(叶片角度调节驱动系统)来调节风轮叶片的叶片位置。在此，叶片变桨驱动器既可以基于直流电又可以基于交流电设计。基于直流电的叶片变桨驱动器尤其包括直流变流器和直流电动机，例如形式为串励电机、并励电机或复励电机。基于交流电的叶片变桨驱动器尤其包括一个带或不带矢量定向的调节装置的变频器和一个三相交流电机，例如形式为异步电机或同步电机。可选地，基于交流电的叶片变桨驱动器包括一个伺服变频器和一个同步电机或也包括经过整流的直流电机。所使用的变流器被装入轴向机柜(Achsschrank)中，叶片变桨驱动器的其它部件也安装在其中。变流器与配属电动机的连接通过轴向机柜中的电缆线路以及轴向机柜外的插头和导线进行。对于在变流器中实现的、用于调节电动机轴的位置和转速以及用于评估电动机温度的调整回路，各实测值由安装在电动机上的部件提供，它们例如包括绝对角度编码器(例如普通集成编码器)、正弦-余弦信号发生器(Sinus-Cosinus-Geber)、测速发电机、温度探头(Temperaturfühler)和/或其它组件。所述部件通过电缆线路和插头连接到轴向机柜，并且通过轴向机柜内的电缆线路连接到变流器。

为调节电动机所需的实测值受到干扰，因此由这些部件形成实测值的速率不能被利用和/或实测值本身可能变化。由此需要附加的耗费来抑制干扰和进行外部的避雷保护。机柜内电缆线路的线路安排导致产生可能影响实测值信号传输的干扰影响，因此连接到电动机的导线(包括功率电缆和实测值电缆)屏蔽地设计。

此外，需要在轴向机柜中为变流器设置足够大的安装空间，其中，机柜可供使用的安装空间非常有限。

变流器在轴向机柜中产生必须导出的附加损耗功率。此外，轴向机柜中其它部件的损耗功率导致电子部件的环境温度在不利的情况下可能非常高(例如到80℃)。

发明内容

由此出发，本发明所要解决的技术问题在于，减小本文开头所述类型的叶片变桨驱动器对于轴向机柜的空间需求并且减少电缆线路的耗费。优选还应该减小安装在电动机上的部件对信号导线的干扰影响。

该技术问题按本发明通过一种用于风力发电设备的叶片变桨驱动器解决，其带有至少一个具有电动机壳体的电动机，该电动机与变流器(例如变频器)导电地并且与风轮叶片机械地耦连，该风轮叶片可借助电动机绕叶片轴线旋转，其中，借助变流器控制或调节电动机，并且其中，电动机和变流器组成一个结构单元。

由于电动机和变流器构成一个优选是紧凑的结构单元，所以可以将轴向机柜设计得更小或者甚至取消该轴向机柜，从而在风轮轮毂中需要更少的安装空间。因为多条通常在轴向机柜和电动机之间延伸的电导线现在可以布设在所述结构单元之内或之上，所以可减少用于避雷保护措施和电缆屏蔽的耗费。此外，可将电动机和变流器之间的电缆线路保持得较短。安装在电动机上的部件对信号导线的干扰影响可以被显著减小，这提高了叶片变桨驱动器的功能安全性。通过减小安装空间需求和电缆线路耗费以及通过缩小甚至取消轴向机柜，可以明显减少运转耗费和制造成本。

按照本发明第一种可选方案，变流器布置并且尤其是固定在电动机壳体中。变流器所需的安装空间例如可由此提供，即增大电动机体积和/或沿轴向延长电动机。为此尤其是增大电动机壳体的容积和/或沿轴向延长电动机壳体。变流器可以在一个变流器壳体中或不用附加壳体地布置在电动机壳体中。

按照第二种可选方案，变流器布置并且尤其是固定在一个固定于电动机壳体上的变流器壳体中。变流器壳体优选构成所述结构单元的一部分。变流器壳体优选与电动机壳体直接连接或在中间连接有与电动机壳体固定相连的通风机壳体的情况下与电动机壳体连接。按照本发明的一种可能的设计方案，变流器壳体与电动机壳体的连接在中间不连接被动冷却体的情况下进行。但变流器壳体与电动机壳体的连接也可以在中间连接被动冷却体的情况下进行。

变流器壳体可以安装在电动机壳体上并且尤其沿电动机壳体纵轴线的方向延伸。变流器壳体例如安装在电动机壳体的外周表面上。可选地，变流器壳体可以横向于电动机壳体纵轴线或电动机轴线布置并且尤其横向于电动机壳体纵轴线延伸。变流器壳体例如布置在电动机壳体的端侧区域之上或之内，并且支承安装在例如电动机壳体端侧壁的区域之上或之内。

电动机优选包括一个可绕电动机轴线旋转地支承在电动机壳体上的电动机轴，该电动机轴优选在中间连接传动装置的情况下尤其与风轮叶片机械地耦连。电动机轴优选可借助电动机绕电动机轴线旋转。电动机轴尤其沿轴向延伸，其中，横向或垂直于轴向延伸的方向尤其称为径向。电动机壳体的纵轴线优选沿轴向延伸。尤其是电动机壳体的纵轴线与电动机轴线重合。电动机壳体优选沿轴向在两侧由端侧壁封闭，其中，端侧壁优选由轴承端盖构成。电动机轴尤其可绕电动机轴线旋转地支承在电动机壳体的两个端侧壁上，并且优选贯穿两个或一个端侧壁。

电动机可以设计为直流电机或三相交流电机。直流电机尤其构成例如作为串励电机、并励电机或复励电机运行的直流电动机。三相交流电机优选设计为异步电机或同步电机或经过整流的直流电机。

按照本发明的一种扩展设计，设有一个冷却电动机和变流器的冷却装置，该冷却装置尤其构成所述结构单元的一部分并且例如设置在该结构单元之上或之内。由此可以取消用于电动机和变流器的单独的冷却装置，从而可以减少制造成本。冷却装置优选是主动冷却装置。该冷却装置尤其包括至少一个通风机，该通风机产生冷却电动机和变流器的冷却空气流。优选这样驱动通风机，使得冷却空气流首先冷却变流器，然后冷却电动机。由此可以考虑到设置在变流器中的半导体构件通常比电动机对温度更加敏感。但冷却空气流也可以首先冷却电动机，然后冷却变流器，或者该冷却空气流同时冷却变流器和电动机。

冷却装置优选包括其中布置有通风机的通风机壳体。通风机壳体优选构成所述结构单元的一部分。

按照本发明的一种扩展设计，通风机具有通风机叶轮，该通风机叶轮优选支承通风机叶片。通风机叶轮尤其可绕通风机轴线旋转地支承在电动机壳体之内或之上、通风机壳体之内或之上或者变流器壳体之内或之上。

通风机可以布置在电动机轴线的轴向延长线上。通风机例如布置在电动机的端侧区域之上或之内，尤其是电动机壳体的端侧壁区域之上或之内。通风机优选布置在电动机和变流器之间。由此可以实现特别细长的结构。此外，通风机可以横向于电动机轴线和/或电动机壳体布置。在此，产生的冷却空气流可以经过一个或多个转向元件既冷却电动机又冷却变流器和/或变流器壳体。通风机例如与电动机壳体在径向上间隔一定距离地布置。

按照第一种可选方案，通风机轴线平行于电动机轴线延伸或者与电动机轴线重合。按照第二种可选方案，通风机轴线横向于或倾斜于电动机轴线延伸。

通风机壳体可以布置在电动机轴线的轴向延长线上。通风机壳体例如布置在电动机的端侧区域之上或之内，尤其是电动机壳体的端侧壁区域之上或之内。通风机壳体优选布置在电动机壳体和变流器壳体之间。此外，通风机壳体可以完全地或部分地横向于电动机轴线和/或电动机壳体布置。通风机壳体或其一部分例如沿径向远离电动机壳体延伸。

按照本发明的一种扩展设计，电动机壳体完全地或部分地布置在通风机壳体之内。通风机壳体优选构成或包括一条沿轴向延伸的管道，电动机壳体布置在该管道中。电动机壳体尤其沿轴向从该管道中伸出。由此可以沿着电动机壳体在轴向上导引冷却空气流。按照本发明的一种设计方案，通风机壳体包括一个通入所述管道并且沿径向延伸的第二管道，在该第二管道中尤其布置有通风机。

电动机优选包括至少一个暴露在冷却空气流中的冷却体。冷却体尤其具有由冷却空气流冷却的散热片。为此，冷却空气流可以穿过或经由散热片流动。冷却空气流尤其沿着散热片，优选沿轴向流动。散热片优选设置在电动机壳体上，优选在电动机壳体的外周上。变流器优选包括至少一个暴露在冷却空气流中的冷却体。该冷却体优选具有由冷却空气流冷却的散热片。冷却空气流例如穿过或经由变流器的散热片流动。冷却空气流尤其沿着变流器的散热片，优选沿轴向或径向流动。变流器的散热片优选设置在变流器壳体之上或之内、通风机壳体之上或之内和/或电动机壳体之上或之内。按照本发明的一种扩展设计，设有一个或多个转向元件，借助这些转向元件将冷却空气流输送给电动机的冷却体和/或变流器的冷却体。

按照第一种变型方案，借助电动机轴驱动通风机。因此，通风机叶轮优选借助电动机轴绕通风机轴线旋转。这种变型方案的优点是通风机不需要单独的驱动器。通风机叶轮优选抗扭转地与电动机轴连接。通风机叶轮尤其支承安装在电动机轴或电动机轴的凸起上。通风机轴线优选与电动机轴线重合。

按照第二种变型方案，通风机借助一个单独的通风机驱动器驱动。通风机驱动器优选包括一个驱动通风机的通风机电机。因此，通风机叶轮优选借助通风机驱动器，尤其借助通风机电机绕通风机轴线旋转。这种单独驱动的通风机也称为外力通风式通风机(Fremdlüfter)，其优点是可以与电动机转速无关地调节冷却空气流。这尤其在电动机经常以较小的转速运行时是有利的。

按照本发明的一种扩展设计，变流器包括一个输入级和一个连接在该输入级之后的输出级，该输出级在输出侧与电动机导电地耦连。输入级优选是进行整流的输入级，例如是一个整流器。此外，输入级可设计为适用于单相或多相的输入电流。输入电流尤其是单相或多相的交流电流，并且优选由交流电源提供，因此输入级优选在输入侧与交流电源耦连，其优选是单相或多相的交流电源。交流电源可通过电网提供。输入级优选包括整流构件，例如二极管和/或晶闸管。但所述构件也可以包括晶体管，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。输入级可以设计为无源控制式整流器或可有源控制的整流器。

输出级尤其将优选构成电动机运行电流的输出电流输出给电动机。输出电流可以是直流电流，例如形式为脉冲信号或脉冲波调制信号。可选地，输出电流可以是单相或多相的交流电流，因此输出级优选设计为逆变器。输出级优选构成晶体管输出级，因此其包括晶体管，优选是绝缘栅双极晶体管。

输入级尤其通过一个直流中间电路与晶体管输出级导电地耦连。直流中间电路优选包括至少一个中间电路电容器。该中间电路优选还尤其通过一个或多个(例如包括一个或多个二极管或由这些二极管构成的)连接元件与一个备用电源系统(Backup-System)导电地连接，该备用电源系统例如包括一个或多个蓄电池和/或电容器(如超级电容)，从而确保在输入级的电源出现故障时电动机也能运行。

按照本发明的一种扩展设计，设有控制变流器的变流器控制设备，其中，该变流器控制设备尤其构成所述结构单元的一部分并且优选与该结构单元固定连接。变流器控制设备例如布置在变流器壳体和/或电动机壳体中。按照一种可选方案，变流器控制设备布置在单独的控制设备壳体中并且尤其固定在其中，该控制设备壳体优选与电动机壳体和/或通风机壳体和/或变流器壳体固定连接。控制设备壳体优选构成所述结构单元的一部分。变流器控制设备优选配属于变流器。

变流器控制设备尤其与输出级导电地连接并且控制该输出级。此外，只要输入级设计为可控的，变流器控制设备可以与输入级导电地连接并且控制该输入级。变流器控制设备优选包括至少一个调节电动机的至少一个运行参数的调节装置，所述至少一个运行参数例如包括电动机轴的角位置、电动机轴的转速和/或电动机的运行电流。因此，变流器控制设备优选与至少一个设置在电动机上并且测量所述至少一个电动机运行参数的传感器导电地耦连。该至少一个传感器有利地包括或构成一个位置传感器，借助该位置传感器可以检测到电动机轴相对于电动机壳体的位置和/或电动机轴相对于电动机壳体的位置变化。在此，所述位置尤其描述电动机轴相对电动机壳体绕电动机轴线的扭转(旋转位置或角位置)。位置传感器例如包括或构成一个绝对的角度编码器、一个增量传感器(Inkrementalgeber)或一个分解器(Resolver)。优选借助位置传感器也可以检测电动机轴的转速。按照本发明的一种设计方案，所述至少一个传感器包括或构成一个用于检测电动机轴转速的转速计。可以作为位置传感器和/或一个或多个其它传感器的补充或替代设置转速计。因此，所述至少一个传感器优选包括绝对角度编码器或增量传感器或分解器和/或必要时附加地包括转速计，例如正弦-余弦信号发生器、测速发电机或分解器。优选可以借助所述至少一个传感器，尤其借助位置传感器检测当前旋转位置的变化或电动机轴的角位置并且形成相应的、优选形式为实测值信号的实测值。

按照本发明的一种扩展设计，变流器控制设备包括一个调节电动机轴角位置的位置调节装置。由位置传感器，尤其由绝对角度编码器、增量传感器或分解器为位置调节装置提供电动机轴当前的角位置(角位置实测值)。变流器控制设备优选包括一个调节电动机轴转速的转速调节装置。由转速计和/或位置传感器为转速调节装置提供电动机轴当前的转速。

变流器控制设备优选包括至少一个监测电动机温度的温度监测装置。因此，变流器控制设备优选与至少一个设置在电动机上并且测量电动机温度的温度传感器导电地耦连。由温度传感器为温度监测装置提供当前的电动机温度(温度实测值)。

按照本发明的一种设计方案，设有一个与变流器和/或变流器控制设备耦连并且优选与所述结构单元间隔地布置的控制装置，借助该控制装置控制变流器和/或变流器控制设备。所述控制装置例如是上级的叶片变桨系统的和/或上级的风力发电设备控制装置的一部分。在此，叶片变桨系统优选理解为这样一种系统，其包括多个叶片变桨驱动器，多个风轮叶片可借助这些叶片变桨驱动器绕其叶片轴线旋转。为此，每个叶片变桨驱动器优选与各自的风轮叶片机械地耦连。这些叶片变桨驱动器尤其由按本发明的叶片变桨驱动器构成并且优选相同地构造。

所述结构单元尤其固定在风力发电设备的一个包括风轮叶片的风轮之上或之内，该风轮优选通过风的作用绕风轮轴线旋转。所述结构单元优选支承安装在风轮的风轮轮毂之上或之内，风轮叶片可绕叶片轴线旋转地支承在该风轮轮毂上，叶片轴线优选横向于或基本上横向于风轮轴线延伸。

按照本发明的一种设计方案，变流器集成在电动机之内或之上。电动机和变流器尤其构成一个单元。因此，变流器的集成通过装入电动机中或通过安装在电动机上实现。变流器所需的安装空间例如通过扩大电动机体积、通过沿轴向延长电动机或沿轴向在电动机上安装变流器壳体或通过沿径向在电动机上安装变流器壳体实现。优选通过利用现有的电动机冷却装置由此进行变流器的冷却，即，冷却空气流尤其首先穿过或经由相应构造的变流器散热片并且接着穿过或经由电动机散热片导引。在此，尤其这样设计空气的导引，从而实现最佳的冷却效果。通风机优选设计为外力通风式通风机。但视所需的电动机转速调节范围而定，通风机也可以设计为自通风式通风机(Eigenlüfter)，尤其形式为布置在电动机轴上的通风机叶片。通过利用现有的电动机冷却装置可以节省构造空间和成本。按本发明的驱动器尤其用于风力发电设备中，优选作为带有直流电动机(串励电机、并励电机或复励电机)、三相交流电机(异步电机或同步电机)或经过整流的直流电机的叶片变桨驱动器。

本发明尤其具有以下优点：

-可以显著减小/防止实际信号的干扰影响，从而实现了叶片变桨系统更高的功能安全性。

-可以减少避雷保护措施。

-风轮轮毂中的轴向机柜可以设计得更小或完全取消，从而缩小了风轮轮毂中所需的安装空间。

-可以显著简化布线。

-可以减少运行耗费。

-可以减少叶片变桨系统的制造成本。

本发明还涉及一种风力发电设备，其带有一个通过风的作用可绕风轮轴线旋转的、包括一个风轮轮毂和多个支承在风轮轮毂上的风轮叶片的风轮，风轮叶片分别沿一条横向于或基本上横向于风轮轴线延伸的叶片轴线的方向从风轮轮毂处延伸出去，该风力发电设备还带有至少一个叶片变桨驱动器，其包括至少一个具有电动机壳体的电动机，该电动机与变流器导电地并且与风轮叶片之一机械地耦连，风轮叶片可借助电动机绕其叶片轴线旋转，借助变流器控制和/或调节电动机，其中，电动机和变流器组合为一个结构单元。叶片变桨驱动器尤其是一个按本发明的叶片变桨驱动器，并且可以按照所有与此关联地进行阐述的设计方案扩展设计。

附图说明

以下参照附图借助优选实施形式阐述本发明。在附图中：

图1是带有按本发明的叶片变桨驱动器的风力发电设备的示意图；

图2是按本发明第一种实施形式的叶片变桨驱动器之一的立体图；

图3是剖切按图2的叶片变桨驱动器的纵剖面；

图4是剖切按图2的叶片变桨驱动器的纵剖面，其中，该图相对于图3绕电动机轴线旋转了90°；

图5是按图2的叶片变桨驱动器的示意电路图；

图6是按本发明第二种实施形式的叶片变桨驱动器的示意图；

图7是按本发明第三种实施形式的叶片变桨驱动器的示意图；

图8是按本发明第四种实施形式的叶片变桨驱动器的示意图。

具体实施方式

图1示出了风力发电设备1，其中，竖立在地基2上的塔筒3在其远离地基2的一端与机舱4连接。机舱4包括机架5，风轮6可绕风轮轴线7旋转地支承在机架5上，风轮6具有风轮轮毂8和与风轮轮毂连接的风轮叶片9和10，这两个风轮叶片分别可绕其叶片轴线11或12相对于风轮轮毂8旋转。每个风轮叶片9和10分别与一个叶片变桨驱动器13或14机械地耦连，各风轮叶片可借助该叶片变桨驱动器绕配属的叶片轴线旋转。风轮6与一个布置在机舱4内并且固定在机架5上的发电机16机械地耦连。风轮6通过风15的作用绕其风轮轴线7旋转，其中，风轮6的旋转能量有一大部分借助发电机16转化为电能。为了使风力发电设备1受控地运行，设有风力发电设备控制装置17，该风力发电设备控制装置还控制叶片变桨驱动器13和14。

图2以立体图示出了叶片变桨驱动器13，其包括一个带有电动机壳体19的电动机18，在电动机壳体19上固定有通风机壳体20。在通风机壳体20上固定有变流器壳体21，因此通风机壳体20沿轴向22布置在电动机壳体19和变流器壳体21之间。电动机18包括电动机轴23，其可相对于电动机壳体19绕一条沿轴向22延伸的电动机轴线24旋转。电动机轴23与风轮叶片9机械地耦连，而电动机壳体19借助固定凸缘25固定在风轮轮毂8上。在变流器壳体21中布置有变流器26(参见图6)，因此电动机18和变流器26组合为一个结构单元。电动机壳体19包括多个用于冷却电动机18的散热片27。

图3示出剖切叶片变桨驱动器13的纵剖面，因此可以看到布置在通风机壳体20内的通风机28，借助电动机轴23驱动该通风机28。通风机28产生从外部进入变流器壳体21并且流经该变流器壳体的冷却空气流29。在此，冷却空气流29沿着变流器26布置在变流器壳体21中的散热片31流动，以使该变流器被冷却。然后冷却空气流29经由变流器壳体21与通风机壳体20之间导流的连接部分70进入通风机壳体20，该通风机壳体20相对于冷却空气流29与变流器壳体导流地连接。冷却空气流29在通风机壳体20中借助导流壁30径向向外导引，在散热片27的区域中流出通风机壳体20并且在电动机壳体19外部在轴向22上沿着电动机18的散热片27流动，以使该电动机18被冷却。因此冷却空气流29既冷却变流器26又冷却电动机18。在此，径向理解为横向于轴向22的方向。

为了使冷却空气流29进入变流器壳体21，在该变流器壳体中设有一个或多个开口32，并且为了使冷却空气流29流出通风机壳体20，在该通风机壳体中设有一个或多个开口33。因为通风机28由电动机轴23驱动，所以冷却空气流29的流动方向与电动机轴23的旋转方向有关。按照图3，电动机轴23沿箭头60的方向绕电动机轴线24旋转，因此通过使电动机轴23的旋转方向反转可以致使冷却空气流29反向流动。

电动机壳体19包括两个轴承端盖53和54，借助这两个轴承端盖沿轴向在两侧封闭电动机壳体19，其中，电动机轴23可绕电动机轴线24旋转地支承在轴承端盖53和54中。按照这种实施形式，轴承端盖54同时还构成导流壁30。

通风机28包括一个带有通风机叶片35的通风机叶轮34，其中，通风机叶轮34抗扭转地与电动机轴23连接。通风机叶轮34还包括一个同样用于沿径向导引冷却空气流29的导流壁36。

电动机18具有一个与电动机壳体19刚性连接的定子37以及一个可以相对于该定子绕电动机轴线24旋转并且包括电动机轴23的转子38。定子37和转子38分别带有仅示意性示出的绕组39或40。

图4示出了剖切叶片变桨驱动器13的纵剖面图，其相对于图3的视图绕电动机轴线旋转了90°。在由电动机壳体19、通风机壳体20和变流器壳体21构成的壳体装置上支承有一个固定在其上的控制设备壳体55，其中布置并且固定有一个与变流器26导电地连接的、控制该变流器26的变流器控制设备46。

图5示出变流器26的示意电路图，该变流器具有输入级41和晶体管输出级42，该晶体管输出级通过一个包括电容器56的直流中间电路43与输入级41导电地连接。借助交流电源44将多相交流电流输送给输入级41，该交流电流被作为整流器工作的输入级41整流并且作为直流电流输送到直流中间电路43。由直流中间电路43供电的输出级42包括由变流器控制设备46控制的晶体管45，因此借助受控的晶体管45为电动机18提供工作电流47。

变流器控制设备46包括转速调节装置49、位置调节装置57和温度监测装置50，其中，转速调节装置49与转速计51、位置调节装置57与位置传感器58(例如形式为绝对角度编码器)并且温度监测装置50与温度传感器52导电地连接。转速计51、位置传感器58和温度传感器52布置在电动机18上，其中，转速计51测量电动机轴23的转速，位置传感器58测量电动机轴23的角位置并且温度传感器52测量电动机18的温度。测得的参数被作为实测值提供给各调节或监测装置。此外，借助位置传感器58还可以在测量角位置之外附加地测量转速。在这种情况下可以取消转速计。

变流器控制设备46还与一个控制该变流器控制设备46的外部控制装置48导电地连接。例如可以借助控制装置48为调节装置57提供额定值。外部控制装置48优选由风力发电设备控制装置17构成。

图6示出了按本发明第二种实施形式的叶片变桨驱动器13的示意图，其中，与第一种实施形式相同或相似的特征用与在第一种实施形式中相同的附图标记表示。与第一种实施形式的区别在于，通风机叶轮未与电动机轴23连接，而是通过布置并且固定在通风机壳体20中的单独的通风机电动机59驱动。此外，变流器控制设备46布置在变流器壳体21中，因此变流器控制设备46不需要单独的控制设备壳体。除去这些区别，第二种实施形式的结构与第一种实施形式相同，因此对于第二种实施形式的进一步说明可参照对第一种实施形式的说明。

图7示出了按本发明第三种实施形式的叶片变桨驱动器13的示意图，其中，与第一种实施形式相同或相似的特征用与在第一种实施形式中相同的附图标记表示。与第一种实施形式的区别在于，电动机18及其散热片27布置在一个由通风机壳体20构成的并且沿轴向22延伸的管道61中，电动机18沿轴向延伸出该管道61。此外，变流器壳体21安装在电动机壳体19上并且在中间连接冷却体62的情况下与该电动机壳体19连接，冷却体62配属于变流器26并且优选与电动机壳体19或变流器壳体21构成一个材料单元。因此，变流器壳体21在中间连接冷却体62在电动机壳体19的外周表面64上的情况下予以固定。通风机28布置在电动机壳体19的一个端侧上并且由电动机轴23驱动，其中，在通风机壳体20中设有切口63，冷却体62延伸穿过该切口。此外在通风机壳体20的端侧设有开口65，冷却空气流29可以通过该开口从外部环境进入通风机壳体20中。因为通风机28由电动机轴23驱动，所以电动机轴23旋转方向的反转使得冷却空气流29反向流动。

由于电动机18的散热片27布置在管状的通风机壳体20中，所以冷却空气流29被强制地在轴向22上沿着散热片27导引并且不会沿径向偏移。此外，支承安装在电动机壳体19上的冷却体62由冷却空气流29冷却，因此通过冷却空气流29对变流器26和/或变流器壳体21以及电动机18和/或电动机壳体19同时进行冷却。在变流器壳体21背离电动机18的一侧上设有散热片66，它们附加地有助于冷却变流器26。此外，变流器控制设备46布置在变流器壳体21中。

按照第三种实施形式的一种扩展设计，带有第二变流器的第二变流器壳体可以在中间连接第二冷却体的情况下与电动机壳体19连接，因此变流器是有盈余的。这种盈余尤其在变流器之一损坏而不能立即更换时是有利的。这两个变流器壳体优选相对于电动机轴线24沿直径相对置地布置。

对第三种实施形式的进一步说明可参照对前述实施形式的说明。

图8示出了按本发明第四种实施形式的叶片变桨驱动器13的示意图，其中，与第一种实施形式相同或相似的特征用与在第一种实施形式中相同的附图标记表示。与第一种实施形式的区别在于，电动机18及其散热片27布置在一个由通风机壳体20构成的并且沿轴向22延伸的管道61中，电动机18沿轴向延伸出该管道61。变流器壳体21布置在电动机18的一个端侧上、沿径向延伸并且尤其固定在电动机壳体19的轴承端盖54上。通风机壳体20包括一个沿径向延伸并且通入管道61中的管道67，其中布置有通风机28，该通风机28具有单独的通风机电动机59，通风机叶轮34借助该通风机电动机绕一条横向于轴向22延伸的通风机轴线68旋转。因此通风机28横向于电动机壳体19布置。在通风机壳体20中设有切口63，变流器26的一个尤其配设有散热片31的冷却体62穿过该切口伸入管道67中。此外，在管道67的端侧设有开口65，冷却空气流29可以穿过该开口从外部环境进入通风机壳体20中。在通风机壳体20中布置有转向元件69，借助该转向元件将尤其沿径向流入电动机壳体19的冷却空气流29转入轴向22流动。转向元件69在此构成了变流器壳体21的一部分，但可选地，转向元件69也可以设置在电动机壳体19或通风机壳体20上。此外可以设置附加的转向元件。

由于电动机18的散热片27布置在通风机壳体20中，所以冷却空气流29被强制地在轴向22上沿着散热片27导引并且不会沿径向偏移。此外，冷却体62由冷却空气流29冷却。在变流器壳体21背离电动机18的一侧上设有散热片66，它们附加地有助于冷却变流器26。设置在电动机轴23上的转速计51(和/或位置传感器58)布置在变流器壳体21中。此外，变流器控制设备46设置在变流器壳体21中。

第四种实施形式的结构在轴向上相对较短。通过将转速计51(和/或位置传感器58)布置在变流器壳体21中减少了布线的耗费。用于布置在变流器壳体21中的电子构件(尤其是晶体管)的冷却元件可以设计得更长，使得它们可以更好地被冷却。此外，这些构件和/或冷却元件可以与电动机18相隔更大距离地布置。

对第四种实施形式的进一步说明参照对前述实施形式的说明。

附图标记清单

1风力发电设备

2地基

3塔筒

4机舱

5机架

6风轮

7风轮轴线

8风轮轮毂

9风轮叶片

10风轮叶片

11叶片轴线

12叶片轴线

13叶片变桨驱动器

14叶片变桨驱动器

15风

16发电机

17风力发电设备控制装置

18电动机

19电动机壳体

20通风机壳体

21变流器壳体

22轴向

23电动机轴

24电动机轴线

25固定凸缘

26变流器

27电动机的散热片

28通风机

29冷却空气流

30导流壁

31变流器的散热片

32变流器壳体的开口

33通风机壳体的开口

34通风机的通风机叶轮

35通风机的通风机叶片

36导流壁

37电动机的定子

38电动机的转子

39定子的绕组

40转子的绕组

41变流器的输入级

42变流器的输出级

43变流器的直流中间电路

44交流电源

45输出级的晶体管

46变流器控制设备

47电动机的工作电流

48控制装置

49转速调节装置

50温度监测装置

51转速计

52温度传感器

53轴承端盖

54轴承端盖

55控制设备壳体

56中间电路电容器

57位置调节装置

58位置传感器/角度编码器

59通风机电动机

60电动机轴的旋转方向

61通风机壳体的管道

62变流器的冷却体

63通风机壳体内的切口

64电动机壳体的外周表面

65通风机壳体中的开口

66变流器的散热片

67通风机壳体的管道

68通风机轴线

69用于冷却空气流的转向元件

70导流连接部分

Claims (25)

1.一种用于风力发电设备的叶片变桨驱动器，其带有至少一个具有电动机壳体(19)的电动机(18)，该电动机(18)与变流器(26)导电地并且与风轮叶片(9)机械地耦连，该风轮叶片(9)可借助所述电动机(18)绕叶片轴线(11)旋转，其中，借助所述变流器(26)控制或调节所述电动机(18)，其特征在于，所述电动机(18)和所述变流器(26)组成一个结构单元。

2.按权利要求1所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器(26)布置在所述电动机壳体(19)中。

3.按权利要求1所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器(26)布置在一个固定在所述电动机壳体(19)上的变流器壳体(21)中，该变流器壳体(21)构成所述结构单元的一部分。

4.按权利要求3所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器壳体(21)安装在所述电动机壳体(19)上。

5.按权利要求3所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器壳体(21)横向于所述电动机壳体(19)的纵轴线布置在该电动机壳体(19)的一个端侧上。

6.按权利要求1至5之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，设有一个冷却所述电动机(18)和所述变流器(26)的冷却装置，该冷却装置构成所述结构单元的一部分。

7.按权利要求6所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述冷却装置包括至少一个通风机(28)，该通风机(28)产生冷却所述电动机(18)和所述变流器(26)的冷却空气流(29)。

8.按权利要求7所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，这样驱动所述通风机(28)，使得所述冷却空气流(29)首先冷却所述变流器(26)，然后冷却所述电动机(18)。

9.按权利要求7所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述冷却空气流(29)同时冷却所述变流器(26)和所述电动机(18)。

10.按权利要求7至9之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述电动机(18)和所述变流器(26)分别包括至少一个暴露在所述冷却空气流(29)中的冷却体(27，31)。

11.按权利要求7至10之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述通风机(28)布置在所述电动机(18)和所述变流器(26)之间。

12.按权利要求7至11之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述通风机(28)布置在所述电动机(18)的一个端侧区域之上或之内。

13.按权利要求7至12之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述冷却装置包括一个其中布置有所述通风机(28)的通风机壳体(20)。

14.按权利要求7至13之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述电动机(18)包括一个可绕电动机轴线(24)旋转地支承在所述电动机壳体(19)上并且与所述风轮叶片(9)机械地耦连的电动机轴(23)，借助该电动机轴(23)驱动所述通风机(28)。

15.按权利要求14所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述通风机(28)横向于所述电动机轴线(24)布置。

16.按权利要求7至15之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，借助一个单独的通风机驱动器(59)驱动所述通风机(28)。

17.按权利要求1至16之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，设有一个与所述变流器(26)导电地耦连的、控制该变流器(26)的变流器控制设备(46)，其中，该变流器控制设备(46)是所述结构单元的一部分。

18.按权利要求17所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，设有一个与所述变流器控制设备(46)耦连并且与所述结构单元间隔地布置的控制装置(48)，借助该控制装置(48)控制所述变流器控制设备(46)。

19.按权利要求17或18所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器控制设备(46)布置在所述变流器壳体(21)中或布置在一个与所述电动机壳体(19)固定连接的控制设备壳体(55)中，该控制设备壳体(55)是所述结构单元的一部分。

20.按权利要求17至19之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器控制设备(46)包括至少一个调节所述电动机(18)的至少一个运行参数的调节装置(49)，其中，所述变流器控制设备(46)与至少一个设置在所述电动机(18)上并且测量所述至少一个运行参数的传感器(51)导电地耦连。

21.按权利要求1至20之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述变流器(26)包括一个进行整流的输入级(41)和一个连接在该输入级之后的晶体管输出级(42)，该晶体管输出级(42)在输出侧与所述电动机(18)导电地耦连。

22.按权利要求21所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述输入级(41)通过一个包括至少一个电容器(56)的直流中间电路(43)与所述晶体管输出级(42)导电地耦连。

23.按权利要求21或22所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述输入级(41)在输入侧与交流电源(44)导电地耦连。

24.按权利要求1至23之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述电动机(18)设计为直流电机或三相交流电机。

25.按权利要求1至24之一所述的叶片变桨驱动器，其特征在于，所述结构单元固定在所述风力发电设备(1)的包括所述风轮叶片(9)的风轮(6)之上或之内。

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