CN103452758B - 风力涡轮机的制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力涡轮机（1）的制动系统（21），其包括转子组件和定子组件。定子组件包括制动盘（15）并且转子组件包括可操作地构造成摩擦地接合所述制动盘（15）的至少一部分的至少一个摩擦构件（27）。

Description

风力涡轮机的制动系统
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的制动系统并且涉及风力涡轮机。
背景技术
在空气动力学制动器失效的情况下机械制动器能够用作备用制动器。当风力涡轮机的部件失效并且必须立即停止风力涡轮机时该机械制动器能够用作紧急制动器。此外，其能够用作停机制动器以便定位且保持风力涡轮机叶片处于特定位置并且还用作确保风力涡轮机被维护时不发生运动的器件。
在直接驱动风力涡轮机的常见设置中，机舱和基架被安装到风力涡轮机的塔。发电机位于具有叶片和机舱的毂与基架之间。发电机的定子被安装到定子基架，其包括中空定子轴、前板和背板。具有线圈的分段定子被安装到前板和背板。装备有永磁体的转子围绕定子并且可旋转地安装到轴承。轴承位于定子轴的毂侧。
常见的做法是将制动盘附接在直接驱动风力涡轮机的发电机的机舱侧上（即，附接至转子）。在这种设置中，制动钳被附接到风力涡轮机的静止部分，即基架、发电机定子或机舱。
在涉及外部转子构造的文献EP 2 333 325 Al和EP 1 925 820 B1中以及在涉及内部转子构造的文献US 2009/0026771 A1和US 2005/0230979 A1中公开了现有技术。
发明内容
本发明的目标是提供用于风力涡轮机的有利制动系统以及有利的风力涡轮机。
本发明的风力涡轮机的制动系统包括转子组件和定子组件。定子组件包括制动盘并且转子组件包括至少一个摩擦构件，所述摩擦构件可操作地构造成摩擦地接合制动盘的至少一部分。转子组件可以例如包括至少一个制动钳和/或至少一个制动片。
本发明的核心是制动系统，例如用于直接驱动风力涡轮机的制动系统，其中例如制动钳和制动片被安装到风力涡轮机的可旋转毂。对应的制动盘能够被安装到主轴承的静止部分或是其一部分，例如将钳安装在毂上并且使用轴承内环上的加强环作为制动盘。
将制动钳放置于转子组件，例如在毂内，允许有助于用于制动系统的变桨系统的液压系统和液压蓄能器。因此，减少了风力涡轮机的复杂性。液压蓄能器允许增加制动系统的可靠性。
有利地，本发明的制动系统能够包括液压系统，其被安装到转子组件，例如被安装到毂。液压系统能够包括液压泵和/或蓄能器。液压泵能够可连接到电源，例如经由滑动环/集电环连接。此外，液压系统能够包括将泵与蓄能器连接的管。
优选地，制动系统被构造成在液压系统中存在压力损失的情况下使得摩擦构件接合制动盘。这能够借助于弹簧系统来实现。
本发明的风力涡轮机包括如上所述的制动系统。风力涡轮机可以包括毂。优选地，摩擦构件和/或液压系统被安装到毂。例如，保持多个制动片的制动钳被直接安装到毂。有利地，摩擦构件和/或液压系统能够被置于毂的内部。
大体而言，风力涡轮机包括具有静止部分的主轴承。优选地，静止部分包括制动盘。制动盘能够被安装到主轴承的静止部分或能够是其一部分。
风力涡轮机进一步包括旋转轴线。转子组件能够包括外部部分，其被置于定子组件的径向外部，这意味着发电机具有外部转子构造。替代性地，定子组件能够包括外部部分，其被置于转子组件的径向外部，这意味着发电机具有内部转子构造。
此外，风力涡轮机能够是直接驱动风力涡轮机。风力涡轮机可以包括具有毂侧和机舱侧的发电机。发电机的毂侧定位成靠近毂或面朝毂。机舱侧是具有距毂最大距离的发电机的相对侧。优选地，制动系统位于毂侧。
风力涡轮机可以进一步包括具有包括加强环的静止部分的轴承。制动盘能够由加强环形成。使用加强环作为制动盘减少了部件数量、系统复杂性和材料成本。加强环给轴承提供了结构刚性并且将其保持成环形或圆形形状。因此，避免了轴承上的磨损。这种设计允许在机舱侧上转子的更有目的的维修设计。例如在不存在制动盘的情况下使得容易地通达被装载到发电机内的永磁体。此外，可能的是将诸如环或辐条的加强装置安装到机舱侧上的转子而不限制于制动器功能。
此外，风力涡轮机能够包括液压系统，其被连接到制动系统和变桨系统。例如，液压管能够将制动系统和变桨系统连接于蓄能器。如上所述，蓄能器可以是也能够成为制动系统的一部分的蓄能器。
通过将液压系统连接到制动系统和变桨系统，避免了具有在毂内旋转的变桨系统和带有被静止安装到基架的制动片的制动钳的复杂液压系统。带有液压泵的液压系统、蓄能器、变桨系统和制动系统被紧密地放置在一起。液压系统部件之间的管保持非常短。因为所有部件均位于毂内部，所以液压系统部件相对于彼此不存在过度运动。虽然旋转，但是仅有一个参照系。
本发明的附加优点在于通过中空定子轴容易地通达到毂和液压系统。
制动钳能够被置于毂内。将制动钳放置在毂内允许有助于用于制动系统的变桨系统的液压系统和液压蓄能器。因此，减少了风力涡轮机的复杂性。此外，来自制动器的扭矩不作用在发电机结构上，因为制动系统位于毂内。因此，可以实现较小刚性的发电机设计。节省了发电机并且减少了结构的材料失效和损坏。
附图说明
结合附图从实施例的下述描述中将显而易见到本发明的进一步特征、特性和优点。实施例不限制由所附权利要求所确定的本发明的范围。所有所述的特征作为单独的特征或彼此任意组合时均是有利的。
图1示意性示出了风力涡轮机。
图2示意性示出了具有液压系统的直接驱动风力涡轮机的顶部区段，其包括被置于毂内的变桨系统、制动系统、蓄能器和泵。
图3示意性示出了轴承区域内制动系统的截面图部分。
图4示意性示出了从毂观察的本发明制动系统的另一变型的一段。
图5以沿V-V的截面图示意性示出了图4的本发明制动系统的变型的一段。
具体实施方式
现在将参考图1至图5描述本发明的实施例。
图1示意性示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔2、机舱3和毂4。机舱3位于塔2的顶部上。毂4包括多个风力涡轮机叶片5。毂4被安装到机舱3。此外，毂4被枢转地安装以便其能够绕旋转轴线9旋转。发电机6位于机舱3的内部。发电机包括面向毂4的毂侧19和定位成与毂4相对的机舱侧。风力涡轮机1是直接驱动风力涡轮机。
图2示意性示出了风力涡轮机1的顶部区段，其具有基架7和发电机6，该发电机6带有径向内侧的定子10和径向外侧的转子8。前板24和背板25连接到中空定子轴14。定子10被安装到前板24和背板25。
定子10借助于前板24和背板25被连接到中空定子轴14。
轴承11被安装在风力涡轮机1的毂侧19。轴承11包括旋转部分12和静止部分13。毂4和转子8被连接到轴承11的旋转部分12，并且轴承11的静止部分13被连接到中空定子轴14。轴承11的静止部分13位于所述轴承的内圆周部分上，并且由用作制动盘15的加强环组成。
本发明的制动系统是风力涡轮机1的液压系统16的一部分，或者被连接到风力涡轮机1的液压系统16。液压系统16被安装到且位于毂4的内侧。液压系统16包括液压泵17、蓄能器18、制动系统21和变桨系统22。液压泵17经由滑动环被连接到电源23。
保持多个制动片27的制动钳26被直接连接到毂4。当产生动力并且转子8转动时，液压系统16随毂4旋转。液压变桨系统22允许改变桨距角并且改变或调节叶片5相对于叶片翼型上的气流的攻角。每个叶片5通过被安装在毂4内的两个液压缸28来俯仰/变桨。液压变桨系统22也允许空气动力学制动，使得叶片变桨90°，使得叶片变桨成迎风，或者导致失速。
液压蓄能器18用作能量存储器并且给变桨系统22和制动系统21提供动力，即使当例如液压泵17失效时仍是如此。因此，即使发生故障，制动系统21也能够使得风力涡轮机1停止。此外，变桨系统22的功能性被固定并维持在液压泵故障之后作出反应所必须的一段时间。因此，即使在故障情况下，叶片5仍能够变桨到“安全”位置，在此能够避免例如由于超速所造成的对风力涡轮机及其部件（例如发电机6、叶片5或毂4）的损坏。
管29连接液压泵17和蓄能器18。进一步的液压管30将制动系统21和变桨系统22连接于蓄能器18。为了额外的安全性，制动系统21能够被设计成在压力损失的情况下使得制动片27接合制动盘15。变桨系统22能够具有安全功能，其中当液压压力降低到下限之下时叶片变桨到它们用作空气制动器的位置。
图3示意性示出了轴承11区域内制动系统的截面图部分。轴承11由旋转外环12和静止内环13组成。两组滚子32被分别设置在第一和第二滚子轨道内。第一和第二滚子轨道以一定角度设置并且在轴承11的中间区段会合。用作给轴承11提供额外硬度的器件的制动盘15使用螺栓31被安装在轴承11的静止部分13的毂侧19。制动盘15突入到轴承11的内圆周上的中空空间内。
毂4被螺栓连接到轴承11的旋转部分12并且包括在毂4的发电机侧34上的界面33，制动钳26安装于该界面33。U形制动钳26包绕制动盘15，其中没有被进一步示出的制动片27位于制动钳26和制动盘15之间的空间内。制动片27借助于液压压力运动。当液压压力将降低时弹簧系统驱动制动盘15上的制动片27并且因此接合制动器并避免风力涡轮机1的旋转部分12相对于静止部分13的运动。
图4示意性示出了从毂观察的本发明制动系统的另一变型的一段。图5以沿V-V的截面图示意性示出了图4的本发明制动系统的变型的一段。毂4和转子8被安装到轴承11的旋转部分12。制动盘15被安装到连接于定子轴14的轴承11的静止部分13。多个托架35被螺栓连接到毂4。钳26和制动片27被连接到托架35。在这种实施例中，制动盘15仅提供较小的加强/加劲。主要由毂4的发电机侧34上的卡圈结构提供加强。在图5中，毂4包括沿轴向方向具有增加的厚度的刚硬部分36。各个部分由螺栓31彼此连接。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机（1）的制动系统（21），所述制动系统包括转子组件和定子组件，
其特征在于
所述定子组件包括制动盘（15）并且所述转子组件包括可操作地构造成摩擦地接合所述制动盘（15）的至少一部分的至少一个摩擦构件；
所述制动系统（21）包括被安装到所述转子组件的液压系统（16）。
2.如权利要求1所述的制动系统（21），其特征在于
所述转子组件包括至少一个制动钳（26）和/或至少一个制动片（27）。
3.如权利要求1所述的制动系统（21），其特征在于
所述液压系统（16）包括液压泵（17）和/或蓄能器（18）。
4.如权利要求1所述的制动系统（21），其特征在于
所述制动系统被构造成在所述液压系统（16）中存在压力损失的情况下使得所述摩擦构件接合所述制动盘（15）。
5.如权利要求3所述的制动系统（21），其特征在于
所述制动系统被构造成在所述液压系统（16）中存在压力损失的情况下使得所述摩擦构件接合所述制动盘（15）。
6.一种风力涡轮机（1），其特征在于
该风力涡轮机包括如权利要求1-5中任一项所述的制动系统（21）。
7.如权利要求6所述的风力涡轮机（1），其特征在于
该风力涡轮机包括毂（4）和所述摩擦构件并且/或者液压系统（16）被安装到所述毂（4）。
8.如权利要求6所述的风力涡轮机（1），其特征在于
该风力涡轮机包括具有静止部分（12）的轴承（11），所述静止部分（12）包括所述制动盘（15）。
9.如权利要求7所述的风力涡轮机（1），其特征在于
该风力涡轮机包括具有静止部分（12）的轴承（11），所述静止部分（12）包括所述制动盘（15）。
10.如权利要求6-9中任一项所述的风力涡轮机（1），其特征在于
所述风力涡轮机（1）包括旋转轴线（9）并且所述转子组件包括位于所述定子组件的径向外部的外部部分或者所述定子组件包括位于所述转子组件的径向外部的外部部分。
11.如权利要求6-9中任一项所述的风力涡轮机（1），其特征在于
所述风力涡轮机（1）是直接驱动风力涡轮机。
12.如权利要求6-9中任一项所述的风力涡轮机（1），其特征在于
所述风力涡轮机（1）包括具有毂侧（19）的发电机（6）并且所述制动系统（21）位于所述毂侧（19）。
13.如权利要求6-9中任一项所述的风力涡轮机（1），其特征在于
所述风力涡轮机（1）包括具有包括加强环的静止部分（13）的轴承（11），并且所述制动盘（15）由所述加强环形成。
14.如权利要求6-9中任一项所述的风力涡轮机（1），其特征在于
所述风力涡轮机（1）包括被连接到所述制动系统（21）和变桨系统（22）的液压系统（16）。
15.如权利要求7或9所述的风力涡轮机（1），其特征在于
所述制动钳（26）被置于所述毂（4）内。
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