CN103562589A - 制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动器，具体而言是一种用于风力发电设备的制动器，所述制动器具有应变传感器（50），所述应变传感器安装到所述制动器的制动钳（10）上并且适用于提供多值数字输出信号。

Description

制动器

技术领域

本发明涉及一种制动器，具体而言涉及一种用于风力发电设备的制动器。具体而言，本发明涉及一种具有一组制动蹄以及用于所述制动蹄的驱动机构的制动器。

背景技术

在风力发电设备中，这种制动器可以用于，例如，当负载突然被消除时，对风力发电设备的转子进行制动并且使其停止。所述制动器也可以用作固持制动器，例如，用于维护所述发电设备。然而根据需要，这种制动器也可以用作所谓的方位制动器，所述方位制动器使风力发电设备的吊舱保持在与各自的风向对齐的位置中。要求此类制动器，或者用于类似的大型组件的制动器能吸收大量的动能。

发明内容

本发明的一个目标在于提供一种制动器，具体而言是提供一种用于风力发电设备的制动器，所述制动器能够对制动过程进行更好的控制。

根据本发明，这一目标是根据以下特征实现的，即制动器包括应变传感器，所述应变传感器安装在制动器的制动钳上并且适用于提供多值数字输出信号。

术语“多值信号”被理解成表示可以采用比二进制信号更多的值的信号。例如，应变传感器可以适用于提供一种能够采用多个不同数值的输送信号。

因此，根据本发明，应变传感器可以在制动器张紧的同时检测到制动钳的最小变形，这种变形能够用于推断压力，因此在已知制动器转子以及制动盘的摩擦系数时，可以用于推断制动力。例如，输出信号可以用于控制所述制动器。尤其有利的是数字输出信号允许与应变传感器进行不受干扰的通信。

从属权利要求中指明了本发明的有用细节和其他发展。

根据本发明的一项有利的进一步发展，所述制动器包括温度补偿装置，所述装置布置用于对输出信号的温度依赖性进行补偿，尤其是输出内容对制动钳的取决于温度的变形的依赖性。在风力发电设备中，制动器暴露在较大的温度变化下，例如，这种变化可能由风力发电设备的吊舱中变化的太阳辐射引起。因此，提供了一种制动器，这种制动器允许对实际的压力进行更为精确的确定，从而能够对实际的制动力进行更为精确的确定。

根据本发明的另一个进一步发展，此发展也可以与先前提到的进一步发展结合起来，提供了一种制动系统，所述制动系统具有多个所描述类型的制动器，其中所述系统允许为对应的制动器设定对应的设定点制动力，并且其中所述制动系统包括故障补偿装置，所述故障补偿装置布置用于在制动器产生误差或者制动器未能达到设定点制动力的情况下，为所述制动器中的至少一个其他制动器设定一个增大的设定点制动力。所述设定点制动力确定了设定点压力。代替间接地通过设定点制动力来限定设定点压力，它还能够直接设定所述设定点压力。例如，基于制动器的应变传感器的数字输出信号可以检测到达到制动器的设定点制动力时的不足。因此，提供了一种具有增大的安全性和可靠性的制动系统。这种制动系统对于难以接近进行维修工作的发电设备而言是尤其有利的，例如，远离海岸的风力发电设备，因此此类发电设备尤其能够从制动系统的增强的可用性中获得益处。

在一项优选实施例中，所述制动钳得到支撑以进行浮动，并且包围制动器转子的边缘并且包括固定的制动蹄和可移动的制动蹄，其中所述制动器进一步包括用于所述可移动制动蹄的驱动器，具体而言是主轴驱动器。优选地，所述制动器包括驱动源以及将所述驱动源连接到所述驱动器的齿轮机构。优选地，所述驱动源是对蜗杆进行驱动的马达，并且所述主轴驱动器包括在其外侧形成蜗轮的螺母，其中所述螺母与所述蜗杆一起形成了蜗杆驱动器。

附图说明

现在将结合附图来描述实施例实例，其中：

图1示出了根据本发明的制动器的截面图；

图2示出了所述制动器的透视图；

图3示出了所述制动器的控制件的示意图；以及

图4示出了具有四个制动器的制动系统的方框图。

具体实施方式

图1中所示的制动器100具有制动钳10，所述制动钳借助于凸缘连接件12而连接到主轴驱动器16的驱动器外壳14。主轴驱动器16具有主轴18，正如驱动器外壳14一样，图1中以截面形式示出了主轴。

在图1中不可见的主轴18的端部连接到制动蹄20（图2），所述制动蹄被固持在制动钳10中，使得所述制动蹄在主轴18的轴向上是可移动的并且与牢固地固持在制动钳上的另一个制动蹄22相对。如图2所示，制动钳10包围着在图2中仅局部地用虚线示出的鼓形制动器转子24的边缘。制动蹄20、22设置在制动器转子24的相对侧上。制动钳10得到支撑，从而相对于制动器转子24而浮动，使得当借助于主轴驱动器16而将轴向力施加在可移动的制动蹄20上时，这两个制动蹄20和22会从相对侧均匀地按压制动器转子24。

如图1中可见，主轴18被固持成经由辊体26与螺母28的内螺纹相啮合。主轴18、辊体26以及螺母28形成了所谓的行星型辊主轴驱动器，其中辊体26像行星齿轮中的行星一样沿着主轴18和螺母28滚动。辊体26中的每一者在其外围上都具有一系列周向延伸的环形肋片，这些肋片以某一节距进行布置，该节距对应于螺母28的内螺纹的节距和主轴18的外螺纹的节距，使得所述辊体可以与所述内螺纹和所述外螺纹啮合，并且因此在螺母28相对于主轴旋转时所述辊体能够将轴向力从螺母28传输到主轴18。这些行星型辊体26使得摩擦阻力显著减小。

如图1进一步示出，螺母28在其外围上具有齿轮，该齿轮与可旋转地支撑在驱动器外壳14中的蜗杆30相啮合。因此，螺母28和蜗杆30一起形成蜗杆驱动器，其中螺母28充当蜗轮。

蜗杆30由马达32（例如电动马达）来驱动，所述马达以凸缘方式连接到驱动器外壳14，使得其输出轴34与蜗杆30共轴。联轴器36对蜗杆30进行锁定，以使蜗杆与输出轴34共同旋转。根据图1，制动钳10与驱动器外壳14之间的凸缘连接由螺栓38形成。

为了使主轴驱动器16能够将轴向力施加在可移动制动蹄20（图2）上，主轴18必须得到支撑，以相对于驱动器外壳14是不可旋转的，但是在轴向上是可滑动的。在图2中所示的实例中，主轴18与驱动器外壳14之间的不可旋转连接是由轴承支架40形成的，所述轴承支架被固定在主轴18中从驱动器外壳14中突出的一端上。轴承支架40借助于螺栓42而固定在轴承块44上，所述轴承块由橡胶弹性材料制成并且它本身借助于螺栓46而固定在驱动器外壳14的底部凸缘48上。

当要对制动器转子24进行制动时，蜗杆30由马达32驱动，并且螺母28相对于主轴18旋转。蜗杆驱动器引起了相当大的减速，从而使得甚至小尺寸的马达32都能够将高转矩施加在螺母28上。

由于轴承支架40阻止主轴18发生旋转，因此螺母28的旋转会转化成主轴18的轴向运动，使得可移动的制动蹄20被按压在制动器转子24上。一旦这两个制动蹄20、22从相对侧啮合制动器转子24，阻止主轴18发生轴向运动的力便会突然增大。用于防止主轴18旋转所需的转矩也相应地增大。

轴承块44的回弹性使得轴承支架40在某种程度上会跟随主轴的轴向运动，使得尽管主轴与轴承支架之间的摩擦增加，制动蹄也可以被紧紧地按压在制动器转子24上。轴承块44可以由纤维强化材料制成并且由此可以经配置使得它在轴向上是有弹力的，但在旋转方向上是非常刚硬的，这样在周向上作用的力可以几乎不扭曲地经由螺栓42、46从轴承支架40传输到底部凸缘48上，并且因此，主轴的旋转被有效地阻止。

图3示意性地示出了制动器100的截面的局部视图。图中示出了得到可移动支撑的制动蹄20，所述制动蹄设置在主轴18的一端，并且制动蹄22牢固地固持在制动钳10处。应变传感器50安装在基本上呈C形地连接制动蹄20、22的制动钳10的一部分上。

应变传感器50适用于检测某一方向上的线性应变，例如，应变传感器的纵向方向上的线性应变。应变传感器经布置使得它对在锁定制动器时发生的制动钳的变形比较敏感。具体而言，所述应变传感器安装在制动钳的一部分上，该部分在制动器的力生成阶段经受应变。例如，在制动钳的背部的所示布局中，随着制动器钳通过闭合制动蹄20、22而接收对压力的反作用力，应变传感器在其纵向方向上受到压缩。应变传感器的适当位置可以，例如，由数值模拟来确定。

应变传感器50包括一体式应变仪条带装置52，所述装置适用于检测应变传感器50的两个安装部分54之间的应变。例如，这种具有一体式测量放大器和CAN总线接口56的应变传感器可以从德国弗里德贝格（Friedberg）的堡盟（Baumer）公司购得，并且被称作应变链路（“Dehntrafo”）。应变传感器50包括横向补偿单元，该横向补偿单元允许纵向方向上的应变能够独立于横向方向上的任何应变而得到确定。

经由CAN总线接口56，应变传感器50提供了多值数字输出信号，所述信号取决于制动钳10的变形。如同上文所述，这种变形取决于制动器施加的压力。因此，应变传感器对取决于压力的制动力进行间接测量。例如，应变传感器50的输出信号可以直接对应变传感器50的纵向方向上的应变状况进行表征。

所述制动器进一步包括连接到驱动器的用于可移动制动蹄20的控制件60。具体而言，控制件60以马达32的形式连接到驱动源。

另外，控制件60经由接口58连接到应变传感器50。例如，控制件60可以适用于基于应变传感器50的输出信号来确定实际的制动力。

另外，制动器100包括用于检测可移动制动蹄20的位置的位置开关62。具体而言，所述位置开关是设置在制动钳10上或者可移动制动蹄20上的限制开关，使得当制动蹄20离开端位置时，切换操作得到触发。

切换操作触发了针对应变传感器50的输出信号的温度补偿操作。例如，所述温度补偿操作可以包括使所述应变传感器50归零，或者由其组成。如果，由于制动钳10的温度相关的变形，当制动器仍然处于其脱离状态下时，应变传感器50检测到延伸或者压缩，那么这部分检测到的应变可以通过将应变传感器50归零得到补偿。随后，在制动器张紧的过程中，应变传感器的输出信号基本上通过制动器施加的制动力（实际的制动力）来确定。在所示的实例中，应变传感器50的归零由控制件60来控制，所述控制件连接到位置开关62。然而，位置开关62也可以直接连接到应变传感器50。因此，位置开关62以及应变传感器50和/或控制件60形成了温度补偿装置，所述温度补偿装置适用于补偿输出信号对制动钳10的取决于温度的变形的依赖性。

作为应变传感器50的归零的替代，温度补偿可以由温度补偿操作来执行，所述操作包括在控制件60的存储器64中保存应变传感器50的输出信号的电流值。随后，在制动器的闭合期间，可以使用保存的输出信号的初始值来校正应变传感器的对应电流输出信号，其表征了制动钳10在离开制动器的脱离位置移动时的应变状况，这由位置开关来信号感应。

控制件60适用于取决于应变传感器50的输出信号的电流值并且取决于设定点制动力来控制制动器的闭合。马达32由控制件60来控制，使得在制动器闭合时达到了钳子10的应变，该应变对应于设定点制动力。例如，控制件60可以适用于闭合所述制动器，从而能够达到设定点制动力。

制动器100的设定点制动力能够被设定。例如，控制件60可以包括通信接口66，通过所述通信接口可以对设定点制动力进行设定。

多个所述类型的制动器100可以进行连接以形成制动系统，例如，通过通信接口66连接到较高级别的控制件70。例如，制动器100可以布置在制动器转子24的不同的圆周位置上。

图4示出了连接到制动系统的四个制动器100上的较高级别的控制件70。控制件70适用于对制动器100的联合制动操作进行触发和/或控制。具体而言，控制件70形成了一种故障补偿装置，其适用于在达到制动器的设定点制动力时产生误差或不足的情况下，为剩余的制动器设定增大的制动力。出于此目的，控制件60适用于经由通信接口66提供实际的制动力以及/或者误差信号。代替实际的制动力，也可以提供实际的压力。例如，通信接口66可以是CAN总线接口。当故障补偿装置接收制动器100的误差信号时，或者当控制件70检测到未达到制动器100的设定点制动力或者设定点压力时，此制动器的故障或者局部故障可以由增大的设定点制动力进行补偿，并且因此由剩余制动器的设定点压力进行补偿。因此，即使是在制动器发生故障或者发生局部故障的情况下，也能够实现风力发电设备的转子的安全制动。

所述故障补偿装置也可以由控制件60形成，例如，通过通信接口66彼此连接的控制件60。例如，制动器的每个控制件60都适用于在达到另一制动器的设定点制动力时检测到误差或者不足的情况下，针对对应的制动器设定增大的设定点制动力。

例如，控制件60可以允许对标准设定点制动力的值以及对增大的设定点制动力的值进行重新设定。或者，所述故障补偿装置也可以适用于取决于设定点总制动力以及可用制动器的数目为制动器中的至少一个其他制动器设定增大的设定点制动力的值。例如，较高级别的控制件70或者相互连接的控制件60可以适用于取决于设定点总制动力为对应的制动器设定所述设定点制动力。

在此处所示的实例中，制动器转子24是圆柱形鼓，它的旋转轴垂直于主轴18的轴线延伸并且它的边缘被对应的制动钳10包围。相应地，制动蹄20和22配置成分别与制动器转子24的内表面和外表面的曲率相匹配。

在另一项实施例中，制动器转子也可以是平坦的制动盘。

Claims (9)

1.一种制动器，具体而言是一种用于风力发电设备的制动器，所述制动器包括应变传感器（50），所述应变传感器安装到所述制动器的制动钳（10）上并且适用于提供多值数字输出信号。

2.根据权利要求1所述的制动器，其中所述应变传感器（50）包括通信接口，例如，CAN总线接口。

3.根据权利要求1或2所述的制动器，其中所述应变传感器（50）安装在连接相对的制动蹄（20；22）的所述制动钳（10）的一部分上。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的制动器，其中所述输出信号取决于所述制动钳（10）的变形，所述变形取决于由所述制动器施加的压力。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的制动器，其包括温度补偿装置（62、60、50），所述温度补偿装置适用于对所述输出信号的温度依赖性进行补偿，具体而言是所述输出信号对所述制动钳（10）的取决于温度的变形的依赖性。

6.根据权利要求5所述的制动器，其中所述温度补偿装置（62、60、50）包括位置开关（62），所述位置开关用于在所述制动器离开脱离位置时触发温度补偿操作。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的制动器，其包括控制件（60），所述控制件适用于取决于所述应变传感器（50）的所述输出信号的电流值并且取决于设定点压力来控制所述制动器的闭合。

8.根据权利要求7所述的制动器，其中所述控制件（60）针对所述制动器的至少一个可移动制动蹄（20）连接到驱动器（32）。

9.一种制动系统，其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的多个制动器，其中每个对应的制动器都允许设定对应的设定点制动力，所述系统进一步包括故障补偿装置（70），所述装置适用于在制动器达到设定点制动力时产生误差或者不足的情况下，为至少一个其他制动器设定增大的设定点制动力。

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