CN103998776B - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电装置，具有‑围绕转子轴线旋绕的转子，‑转子叶片，这些转子叶片汇聚到中央的转子轮毂中并且设计成可调节的，‑变速器，该变速器在驱动侧至少间接地与转子连接，并且在输出侧至少间接地与发电机连接，‑用于调节能量的供应管线，该供应管线穿过变速器引导，并进入到转子轮毂中。本发明的特征在于，‑变速器包括至少一个带有固定的行星支架的行星轮，以及‑用于调节能量的供应管线穿过固定的行星支架和围绕转子轴线中央地布置的供应通道延伸。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置。

背景技术

风力发电装置已经由现有技术所公开。这样的风力发电装置典型地具有由风驱动的转子，该转子围绕转子轴线旋转。为了确保风力发电装置可调节性，汇聚到中央的转子轮毂中的转子叶片被设计成可调节的。转子叶片能够围绕典型地垂直于转子轴的纵向轴线旋转，从而使得各个转子叶片的轮廓能够匹配于需要的功率比和/或当前的风速。为此，在转子轮毂的区域中公开了一种利用转子旋转的调节装置，其必须被供给调节能量，从而能够调节转子叶片。调节装置多数设计成液压的或者电动的。因此，将电功率或者处于压力下的液压工作介质输送到转子轮毂的区域中是必要的。为了能够实现该目的，典型的是，一个中心管作为用于调节能量的管线或者传送调节能量的管道部件围绕转子轴布置或者突入到转子中。典型的是，这种管与转子可转动地连接并且穿引通过在功率方向上布置在转子下游的变速器。通过回转接头，调节能量从固定的构造输送到管道的区域中并且从那里输送到在转子轮毂中的调节装置中。在这种构造中必须如此地设计变速器，即通过圆柱齿轮级或者类似物实现驱动轴的偏置，因为由于中心地围绕旋转轴导向的管道和其穿引通过变速器的原因，在该区域中不可能有传递功率的组件。通过这种类似的圆柱齿轮级，变速器的主轴典型地平行于转子轴错开布置，从而能够确保将调节能量输送给用于转子叶片的调节装置。这是相对复杂的并且增加了在风力发电装置的承载转子的机舱的区域中的必要的结构空间。

发明内容

本发明的目的在于避免上述缺点，并且提出一种用于风力发电装置的紧凑的构造，其允许变速器的所有重要部件相对于转子轴线同轴地布置并且此外在回转接头中仍然允许圆周速度。

在根据本发明的风力发电装置中提出，变速器包括至少一个带有固定的行星支架的行星轮，以及用于调节能量的供应管线穿过固定的行星支架和围绕转子轴线中央地布置的供应通道延伸。在变速器中的至少一个行星组(其中行星支架是固定的，也就是不能围绕转子轴线旋转)的应用实现了变速器围绕转子轴线的同轴构造并且允许用于调节能量的供应管线从不旋转的区域穿引通过固定的行星支架和与之连接的中央的供应通道进入到转子轮毂中。该布置因此使得输出轴不再错位布置并且在结构空间方面能够以最小的成本来实现。

在此，在根据本发明的风力发电装置的一个特别有利的和优选的改进方案中提出，供应通道设计成固定的。在考虑到将调节能量输送到转子轮毂的方面来看，这种直接与固定的行星支架连接的、在转子的空心输出轴中延伸的供应通道是理想的。通过固定的行星支架和供应通道，能量能够直接地或者通过在其中延伸的管线输送到转子轮毂的区域中。

在一个特别有利的和优选的改进方案中进一步提出，用于将调节能量从供应通道的区域中继续传递到用于转子叶片的、利用转子旋转的调节装置的回转接头布置在转子轮毂的区域中。这种在转子轮毂中的回转结构能够特别简单和高效地实现，因为转子轮毂以相对较小的转速旋转并且因此回转接头在其区域中相应轻巧地和较少磨损地实现。此外，同样必须进行维护的回转接头直接地位于转子轮毂中并进而如调节装置一样位于该区域中。因此能够与调节装置共同地简单和容易地实现维护。在空心轴和变速器的内部中延伸的供应通道的其他区域对于维修目的而言必须是不能触及的。由此能够减少在维护的情况中在变速器上的拆卸工作。

在根据本发明的风力发电装置的另外有利的设计方案中进一步提出，在转子和至少一个行星轮之间，至少一个另外的变速级同轴地布置在转子轴上。这种进一步任选的变速级，这反过来又可以形成为一个行星齿轮级，允许较小的转子转数相应地转换到变速器的输出轴所要求的相对高的转数，该输出轴至少间接地驱动发电机。通过分配出多个变速级，各个变速级的负荷被降低并且必须的传动比的尺寸被减小。

此外，在根据本发明的风力发电装置的一个另外的非常有利的设计方案中提出，在变速器和发电机之间布置有带有至少一个用于转数调整的流体动力循环的可调转数变速器。在其优选的改进方案中，该可调转数变速器尤其设计成与旋转轴线同轴。这样的可调转数变速器在风力发电领域中早就是已知的了并且尤其在德国专利文献DE 103 14 757B3中详细地描述。其功能基本上是，将通过流动的风能经过转子提供的变化的输入转数转化为用于电动机的恒定的输出转数。由此，直接与供电网络连接的同步电机能够应用作为与该可调转数变速器直接耦合连接的电动机。成本高昂的电转换器或者类似装置就可以在该特别有利的构造中被放弃。

附图说明

图中示出：

图1示出了第一可能实施例中与本发明的风力发电装置相关的部分；

图2示出了图1示出中的相应部分的第二实施例；

图3示出了图1示出中的相应部分的第三实施例；

图4示出了根据本发明的风力发电装置上的发电机的可能连接的原理图。

具体实施方式

在图1的视图中可以看到风力发电装置1的与本发明相关的部分。该部分基本上由围绕转子轴线3旋转的转子2构成。该转子2由多个转子叶片4构成，在此仅仅在该部分中原理性地示出了其中的一个。这些转子叶片4汇聚到中央的转子轮毂5中。转子叶片4能够围绕自身的纵向轴线6调整，该纵向轴线通常，但是不是必须，垂直于旋转轴线3，如其通过以7标示的箭头原理性地示出。对转子叶片4的调节已由现有技术公开。该调节典型地由转子轮毂5的内部通过调节装置8实现，该调节装置再次仅以盒子示出。然而，该调节装置8的构造以由现有技术公开。

为了运行调节装置8，调节能量必须被输送到转子轮毂5的区域中。这在示出的构造中通过固定的中心供应通道9实现，该供应通道围绕转子轴线3以及转子2的旋转轴线布置。通过以参考标号10示出的、在供应通道9的转子轮毂侧的端部上的回转接头，该调节能量被输送给调节装置8。在此，回转接头10与调节装置8和转子轮毂5共同围绕供应通道9旋转。在此，回转接头10能够如所示的那样在外面围绕供应通道9地布置，或者作为所谓的内转子实现在供应通道9的内部。调节装置8不仅可以设计成液压调节装置也可以设计成电调节装置。视对于操作调节装置8所必须的是否是电能或者压力能而定，通过供应管道9也许还有在其中延伸的管道部件输送电功率或者油压。

在转子2旋转时产生的功率通过转子2的设计成空心轴的输出轴11输出到变速器12的区域中。供应通道9例如可以布置在输出轴11中或者输出轴11可以布置在供应管道9上。在变速器12中，转子2的相对较小的转数被典型地转换成较高的转数。

在此示出的实施例中，变速器12在此构造为具有至少一个行星轮13。该行星轮13设计为使得空心轮14与转子2的输出轴11可转动地连接。通过在此仅仅能够识别出一个的行星齿轮15，功率给传送到太阳轮16上。该太阳轮16又与变速器12的输出轴17直接连接。当然，行星轮13的刚好相反的构造也是可以考虑的。行星齿轮15保持在行星支架或者行星齿轮支架18中。其特殊性在于，该行星齿轮支架18设计为可转动的。其相对于例如风力发电装置1的机舱固定并且不与之一同旋转。该固定的并且不旋转的行星支架18在其面对转子2的一侧与供应通道9的一个端部固定连接并且具有用于供应调节能量的回转接头19。该回转接头19与供应通道9的内部连接。通过将行星支架18设计成固定的，将回转接头19连接至用于提供必需的调节能量的固定的装置，例如电能量调节装置或者提供液压压力的泵就能够简单和高效地实现，而不会由此损坏变速器12的旋转部件。变速器12因此可以相对于转子轴线3同轴地布置在转子轴线3上。由此产生一种构造，其避免了所有的轴向错置并且实现了总体上的同轴布置。该构造允许被实现得相应地紧凑和高效。

除了在图1中示出的实施例之外，当然还可以考虑变体方案。在图2的视图中，例如可以看到一个变体方案，其基本上如图1中所描述的风力发电装置1一样地构造。唯一的区别在于，在转子2和带有固定的行星支架18的行星组13之间布置有附加的变速级20。在图2的附图中，该变速级20利用虚线圈出。其在此处示出的实施例中设计成具有固定的空心轮21的行星轮。行星齿轮22利用转子2的输出轴11旋转。通过太阳轮23驱动行星组13的空心轮14。在图2中描述的构造与图1中描述的构造仅仅通过设计为较长的供应通道9来区分，该供应通道延伸穿过附加的变速级20。

在图3的视图中示出了一个另外可能的设计方案。在此也示出了变速级20，并且通过虚线圈出。其并不一定是必需的，而尤其是在此可以作为一个可选的补充。相对于图2中示出的构造，区别在于行星轮13的行星齿轮15的区域。如已经在图1和3中的构造那样，行星齿轮15与行星轮13的空心轮14咬合。然而，行星齿轮15并不直接与输出轴17上的太阳轮16咬合，而是驱动与之可转动地连接的第二行星齿轮24，其与太阳轮16咬合。行星组13的行星齿轮15，24设计成所谓的阶梯行星齿轮。由此，再次获得了结构上非常简单和紧凑的可能性，其能在结构上匹配于传动比。

通过至今描述的风力发电装置1的构造的输出轴17能够驱动以理想的方式相对于转子轴线3同轴地布置的发电机。该发电机尤其能够直接地由输出轴17驱动。产生的电功率能够通过适当的转换器转换到必需的电网频率和电压并输送到电网中。一个相应的替代方案在图4中示出。替代发电机与输出轴17的直接耦合连接，在此示出，发电机25通过可调转数变速器26与输出轴17耦合连接。在图4中，由转子2和变速器12构成的构造与图1中示出的类似。为了简化视图，在此仅仅在此标示参考标号2，12和17。在类似于图1中示出的所有其他的参考标号都被忽略。

变速器12的输出轴17与可调转数变速器26的输入轴27-例如固定地-连接。其输出轴28直接地驱动发电机25。在风力发电装置中的可调转数变速器已经由德国专利文献DE103 14 757 B3中公开。其基本上有用于功率分流和合并输送的叠加变速器29构成。此外，由行星轮30以及液压循环回路31构成，该液压循环回路在在此示出的实施例中应该设计成液压转换器。在此，通过箭头示出了在通过输出轴17进行驱动时的功率方向。在具有液压转换器的在此示出的构造的情况中，液压转换器的泵通过该功率支路32来一同驱动。通过转换器的涡轮，功率通过行星变速器30向回输送并且通过叠加变速器29与由输出轴17或者可调功率的变速器26的输出轴27收集的功率叠加。通过液力回路31的影响，尤其是通过调节在此示意性地示出的液压转换器的导轮，向回输送的并且叠加与中心的功率支路32的功率在转矩和转数方面受到影响，由此能够简单、快速和精确地调节可调功率的变速器26的输出28。由此，发电机25能够设计为直接与电网33耦合连接的同步发电机。在电转换和产生的电功率的匹配方面的成本由此降低。由此获得巨大的成本方面的优点。

Claims (11)

1.一种风力发电装置(1)，具有

1.1围绕转子轴线(3)旋转的转子(2)，

1.2转子叶片(4)，所述转子叶片汇聚到中央的转子轮毂(5)中并且设计成可调节的，

1.3变速器(12)，所述变速器在驱动侧至少间接地与所述转子(2)连接并且在输出侧至少间接地与发电机(25)连接，

1.4用于调节能量的供应管线，所述供应管线穿过所述变速器(12)引导，并且引导到所述转子轮毂(5)中，

1.5变速器(12)包括至少一个带有固定的行星支架(18)的行星轮(13)，以及

1.6用于调节能量的所述供应管线穿过固定的所述行星支架(18)和围绕所述转子轴线(3)中央地布置的供应通道(9)延伸。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置(1)，其特征在于，所述至少一个行星轮(13)设计为与所述转子轴线(3)同轴。

3.根据权利要求2所述的风力发电装置(1)，其特征在于，所述供应通道(9)设计成固定的。

4.根据权利要求3所述的风力发电装置(1)，其特征在于，用于将所述调节能量从所述供应通道(9)的区域中继续传递到用于所述转子叶片(4)的、利用所述转子(2)旋转的调节装置的回转接头(10)布置在所述转子轮毂(5)的区域中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力发电装置(1)，其特征在于，所述调节能量通过电导线作为电调节能量输送。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的风力发电装置(1)，其特征在于，所述调节能量通过液压管线作为液压调节能量来输送。

7.根据权利要求3所述的风力发电装置(1)，其特征在于，在所述转子(2)和所述至少一个行星轮(13)之间，至少一个变速级(20)同轴地布置在所述转子轴线(3)上。

8.根据权利要求3所述的风力发电装置(1)，其特征在于，与可转动的所述行星支架(18)连接的行星齿轮(15，24)设计为阶梯行星齿轮。

9.根据权利要求7所述的风力发电装置(1)，其特征在于，与可转动的所述行星支架(18)连接的行星齿轮(15，24)设计为阶梯行星齿轮。

10.根据权利要求9所述的风力发电装置(1)，其特征在于，所述发电机(25)同轴地相对于所述转子轴线(3)与所述变速器(12)的输出装置(17)连接。

11.根据权利要求1至4和7至10中任一项所述的风力发电装置(1)，其特征在于，在所述变速器(12)和所述发电机(25)之间设置有用于调节转速的、带有液力循环回路(31)的可调转速变速器(26)。