CN109563810A - 用于风能设备的机器房和转子以及方法 - Google Patents

用于风能设备的机器房和转子以及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风能设备(100)的机器房(105)、一种用于风能设备的转子(106)、一种风能设备以及无行星传动机构的电伺服驱动器的应用、一种用于机器房的风向跟踪的方法以及一种用于转子的转子叶片(108)的转子叶片调节的方法。本发明尤其涉及一种用于风能设备(100)的机器房(105)，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述机器房具有用于所述机器房的风向跟踪的至少一个方位驱动器(220，230，300，401)，所述方位驱动器构造为无行星传动机构的电伺服驱动器。

Description

用于风能设备的机器房和转子以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于风能设备的机器房、一种用于风能设备的转子、一种风能设备以及无行星传动机构的电伺服驱动器的应用、一种用于机器房的风向跟踪的方法以及一种用于转子的转子叶片的转子叶片调节的方法。
背景技术
风能设备将风的能量转换成电能。风能设备的占统治地位的结构形态是具有水平转子轴以及运行中的向风侧上的转子的三叶片式风能设备，所述风能设备的机器房设置在塔上并且主动地跟踪风向。机器房根据风向的所述主动跟踪通常通过方位驱动器实现。此外，风能设备的转子叶片优选可以围绕其纵轴线通过如下方式旋转：所述转子叶片能够旋转地支承并且可以通过所谓的桨距驱动器旋转。通过所述旋转，可以相对于当前存在的风向改变转子叶片的迎角并且因此主动地控制转子叶片的输出。借助迎角，可以决定性地影响风能设备的转速。
为了改善风能设备的有效功率和成本，可看到如下趋势：设备具有越来越大的结构形态和/或越来越高的额定功率。更大的结构形态尤其涉及转子直径和/或涉及风能设备的毂高度。由于尤其转子的更大的尺寸，与更小的结构形态相比通常出现更大的力。所述更大的力例如作用于风能设备的传动系统。由于更高负荷的传动系统，传动系统的部件一般更大和/或更坚固地实施。从中一般导致：风能设备的传动系统部件的大部分具有非常大的重量和/或大的空间需求。从中导致例如吊舱和/或机器房的相应大的尺寸并且也以大的重力加载风能设备的承载部件。
除了所述大的静态力之外还应确定：作用于风能设备和/或风能设备的各个部件的动态力同样可以尤其随风能设备的更大的结构形态和/或更高的额定功率而增加。由于越来越大的静态和动态力，越来越大地设计风能设备的多个部件的尺寸，以便确保功能性和可靠性。由此，一方面产生更高的成本，但是不能够估计的损伤的风险也提高。此外，风能设备的这种大的部件的安装和保养比在更小的风能设备的情况下与明显更高的耗费相联系。存在的设备以及用于运行这种设备的方法尽管提供不同的优点，然而期望其他的改善。
德国专利商标局已经在相对于当前申请的优先权申请中检索到以下现有技术：DE199 20 504 C2、DE 10 2008 013 864 B4、DE 10 2013 206 878 A1、DE 10 2013 207 322A1、DE 20 2007 009 660 U1、DE 20 2008 010 748 U1、EP 1 650 431 B1、EP 2 915 999A1。
发明内容
因此，本发明的目的是，提出一种解决方案，所述解决方案避免或消除所提到的缺点中的一个或多个。本发明的目的尤其是，提出一种解决方案，所述解决方案提供风能设备的重量优化和/或空间优化的结构形态。此外，本发明的目的是，提出一种解决方案，所述解决方案能够实现风能设备的改善的安装和/或保养。此外，本发明的目的是，提出一种解决方案，所述解决方案能够实现成本更有利地提供风能设备。
根据本发明的第一方面，所述目的通过用于风能设备、尤其具有大于3000kW的额定功率的风能设备的机器房来解决，所述机器房具有使用用于机器房的风向跟踪的至少一个方位驱动器，所述方位驱动器构造为无行星传动机构的电伺服驱动器。
当前，风能设备尤其理解为水平轴线风能设备，所述水平轴线风能设备尤其特征在于，转子在运行中掠过基本上垂直于地表面定向的面，并且所述转子具有基本上具有水平定向的转子轴线。这种风能设备也描述为水平轴线-风能设备。此外，风能设备尤其理解为具有大于500kW、和/或大于1000kW、和/或大于1500kW、和/或大于2000kW、和/或大于2500kW、和/或大于3000kW、和/或大于3500kW、和/或大于4000kW、和/或大于4500kW、和/或大于5000kW、和/或大于5500kW、和/或大于6000kW的额定功率的风能设备。
机器房在运行中优选地设置在风能设备塔的塔顶端部处。塔的塔顶端部是塔的如下端部：所述端部在运行中背向塔的基部。机器房自身优选地包括转子轴、转子轴制动器、机器承载件、发电机和/或必要时传动机构以及耦联器。传动机构和所属的耦联器通常仅仅在不具有直接驱动的风能设备中设置，使得设置有传动比。此外，机器房可以具有方位驱动器的部件，其中，例如马达和/或一个、两个或更多个传动级可以设置在机器房内部。
机器房优选地设置在塔上，使得机器房能够围绕轴线旋转。此外，优选地，机器房设置成，使所述机器房可以围绕塔的基本上垂直的纵轴线或平行于所述纵轴线的轴线旋转，使得机器房可以在基本上水平的平面中旋转。为了所述目的，机器房通常在塔的塔顶端部借助滚动轴承和/或滑动轴承支承。此外，塔在塔顶端部通常具有旋转轮缘，所述旋转轮缘通常构造为具有内齿部和/或外齿的圆形的元件。方位驱动器通常借助小齿轮作用在所述旋转轮缘处，使得通过小齿轮的旋转在所述旋转轮缘处能够实现机器房围绕塔的轴线的旋转。
此外，本发明以如下认知为基础：力争达到的更高的额定功率以及风能设备的大多由此得出的更大的结构形态导致：方位驱动器同样需要更大的结构尺寸或更多数量的方位驱动器，以便可以相应于需求使更大的负荷运动。因此，方位驱动器的更大的结构尺寸导致进一步的空间需求。方位驱动器的尺寸尤其也影响机器房的结构尺寸。然而，方位驱动器由功能视角设计成，使得所述方位驱动器可以使塔上的多吨重的机器房旋转。这尤其导致方位驱动器自身具有大的重量并且呈现大的结构形态。方位驱动器例如可以呈现沿着旋转轴线1.3米的延伸。尽管通过结构尺度已经可以实现所述延伸的减小，对于减小所述延伸的其他潜能借助传统行星传动机构似乎不或仅仅以高的耗费存在。
此外，根据本发明的解决方案能够实现：减小方位驱动器的重量和尺寸——并且借此也减小机器房的重量和尺寸。此外，本发明以如下认知为基础：方位驱动器中的现今使用的行星传动机构经常不满足上述需求。尽管尤其在大的风能设备的情况下至今占主要份额地使用行星传动机构，然而可以通过找出替选方案实现多个优点。
这根据本发明通过如下方式实现：将无行星传动机构的电伺服驱动器用于风能设备的至少一个方位驱动器。
方位驱动器一般包括马达、传动机构和小齿轮，所述小齿轮啮合到塔的塔顶端部处的齿部中、尤其旋转轮缘中。传动机构尤其用于将马达的输出运动转换成具有小的转速和大的转矩的运动，借助所述运动驱动小齿轮。基于行星传动机构的传动级的最大的传动比，优选多个行星传动机构依次连接，以便实现用于方位驱动器的传动机构。优选地，设置三个或更多个行星传动级，以便实现所需的传动比。
行星传动机构、也称为周转轮传动机构理解为如下传动机构：所述传动机构优选地具有至少一个驱动轴和输出轴以及周转轴线。行星齿轮传动机构通常具有居中设置的太阳轮以及径向地相对于太阳轮间隔开的并且同轴设置的齿圈。此外，齿圈优选地具有内齿部。太阳轮与齿圈之间的径向间距借助优选地设有外齿的至少一个周转轮通过如下方式跨接：所述周转轮在太阳轮和齿圈处在齿啮合期间实施滑动运动和/或滚动运动。至少一个周转轮通常设置在周转轴线处。行星传动机构尤其特征在于，所述行星齿轮传动机构具有驱动轴和输出轴，其中，驱动轴和输出轴通过至少一个周转的周转轮彼此耦联。替选地，行星传动机构也可以具有不具有齿部的传输元件。原则上，在行星传动机构的意义上例如也可以通过粘合力实现力的传输。
此外，为了提供更紧凑的方位驱动器，因此设置无行星传动机构的电伺服驱动器。此外，在许多风能设备中设置有特定地设置用于方位驱动器的方位单元。方位单元优选地构造为轴部段并且设置在塔与机器房之间。通常，方位单元是机器房的一部分并且优选地抗扭地与所述机器房连接。必要时通过无行星传动机构的电伺服驱动器不再或仅仅以减小的结构形式需要这种方位单元。
此外，无行星传动机构的电伺服驱动器能够实现每个传动级非常大的传动比，例如在250至350的范围中或在10至100的范围中，使得无行星传动机构的电伺服驱动器需要更少数量的传动级。因此，可以减小结构尺寸，因为用于这种应用的行星传动机构通常实现4至8或4至10的最大传动比。通过使用无行星传动机构的电伺服驱动器，可以以大于20％降低传动机构的尤其正交于旋转轴线的延伸。因此，可以明显地减小大于155cm、和/或大于185cm、和/或大于221cm的现今的结构长度。
通过具有非行星传动机构的无行星传动机构的电伺服驱动器，可以在方位驱动器中实现更大的功率密度、和/或更大的负荷能力、和/或更大的抗扭强度、和/或更大的负荷能力。此外，可以提供具有更小的间隙的传动机构并且所述传动机构还适用于传输大转矩。此外，无行星传动机构的电伺服驱动器能够实现在设计和优化结构上的部件的情况下的更大的灵活性。此外，无行星传动机构的电伺服驱动器通常具有更小的重量，使得所述无行星传动机构的电伺服驱动器在安装和/或保养的情况下更简单地处理。此外，在需要的情况下在第一传动级中或之前可设置马达制动器，使得可以进一步降低空间需求。此外，必要时可以降低所需的方位驱动器的数量。
在机器房的一个优选的实施变型方案中提出，至少一个方位驱动器设置在机器房的机器承载件处。通过将至少一个方位驱动器设置在机器房的机器承载件处，优选地确保：至少一个方位驱动器不设置在塔顶中或仅仅小部分地设置在塔顶中。因此，尤其，不需要或仅仅以减小的结构形态需要基本上设置用于方位驱动器的设置的方位单元。所述设置尤其应理解如下：所述至少一个方位驱动器基本上不设置在塔内部，其中，然而，方位驱动器的各个部件可以伸入到塔中。这例如可以通过将旋转轮缘设置在塔内部来引起，因为在这种情况下，属于方位驱动器的小齿轮可以伸入到塔中。然而，驱动器自身以及方位驱动器的其他部件的大部分优选地设置在机器房内部并且因此不设置在塔内部。
根据机器房的另一特别优选的实施变型方案提出，至少一个方位驱动器部分地或完全地设置在机器房的机器承载件的空腔内部。机器承载件可以构造为管形元件。所述机器承载件优选地具有构造为开口的两个入口，所述入口的穿透方向优选地不平行地设置。更确切地说，所述开口的穿透方向可以基本上彼此正交地设置。
通过所述设置确保：机器承载件可以借助第一开口能够旋转地设置在塔处并且因此所述机器承载件在安装的状态中具有第一开口的垂直穿透方向。此外，这种机器承载件具有第二开口，所述第二开口具有正交于第一开口的穿透方向的穿透方向，使得在运行中，所述穿透方向水平地定向。水平定向的转子轴可以同轴地设置在机器承载件的具有第二开口的部段处。这种机器承载件通常是紧凑的构件，其中，存在的具有行星传动机构的电伺服驱动器通常具有过大的结构形态，以致不能设置在这种机器承载件中。通过构成至少一个方位驱动器的无行星传动机构的电伺服驱动器，现在存在在如此构造的机器承载件内部使用方位驱动器的可能性。通过将方位驱动器设置在机器承载件的空腔内部，在机器承载件的周围中节省空间，所述空间要么可以用于风能设备的其他部件要么可以用于减小吊舱。
根据机器房的另一特别优选的实施变型方案提出，机器承载件的空腔构造为用于至少一个方位驱动器的壳体。通过将至少一个方位驱动器设置在机器承载件的空腔内部，现在存在如下可能性：方位驱动器自身不具有壳体，因为通过将方位驱动器设置在机器承载件的空腔内部，可以确保尽量屏蔽周围干扰元件。由此，可以节省重量并且也减小方位驱动器的结构尺寸。
根据机器房的另一实施变型方案提出，至少一个方位驱动器的无行星传动机构的电伺服驱动器包括如下传动机构：所述传动机构具有一个传动级或具有两个传动级。通常，普遍使用的行星传动机构具有多个传动级，以便通过存在的传动比将通常高的马达转速转换成低的小齿轮转速。方位驱动器中的马达转速例如可以处于每分钟900至3600转之间的范围中。吊舱的转速通常是每秒钟仅仅0.25至1弧度。方位驱动器的输出小齿轮相对于风能设备的旋转轮缘的传动比例如可以处于9至13之间或也处于9至15之间，其中，此外，所述传动比通常根据额定功率和/或转子的大小或直径设计。
通过设置无行星传动机构的电伺服驱动器以及因此不是或不包括行星传动机构的非行星传动机构的从中后续的设置，所需的传动级的数量可以降低到一个传动级或降低到两个传动级。通过传动级的这种降低，除了明显的重量节省之外，还降低传动机构的易磨损性。此外，每个传动级通常又导致传动机构的间隙，所述间隙负面地作用于传动机构的有效功率以及使用寿命，使得借助根据本发明的无行星传动机构的电伺服驱动器也改善易受干扰性。
根据机器房的另一特别优选的实施变型方案提出，传动机构构造为齿销传动机构，所述齿销传动机构具有优选多个能够运动的齿销和/或还优选地具有驱动元件，所述驱动元件构造为具有一个、两个或更多个凸起的轮廓盘。尤其优选的是，齿销传动机构具有固定齿圈、在固定齿圈内部的能够旋转的齿圈以及在所述能够旋转的齿圈内部的非圆形的轮廓盘，所述固定齿圈、能够旋转的齿圈以及轮廓盘优选地同轴地设置。此外，轮廓盘优选地能够由马达驱动。此外，能够旋转的齿圈具有一个、两个或更多个齿销，所述齿销可以在切向方向上将力传输到能够旋转的齿圈上。
根据机器房的另一优选的实施变型方案提出，传动机构具有驱动轴和输出轴，其中，通过平移运动的齿销实现由驱动轴至输出轴的力传输，所述齿销的平移方向优选地相对于所述驱动轴和/或输出轴径向定向。
优选地，马达旋转地驱动轮廓盘，其中，在轮廓盘的外圆周面处在径向定向上设置齿销。此外，齿销在圆周方向上、即在切向方向上与能够旋转的齿圈连接，其中，轮廓盘同轴地设置在所述齿圈内部。能够旋转的齿圈又在具有内齿部的固定齿圈中同轴地设置，而不具有与所述固定齿圈的直接接触。间接地通过齿销实现能够旋转的齿圈与固定齿圈之间的接触。通过在径向方向上由非圆形的轮廓盘引起接连地移动齿销并且通过齿销的相应的设置并且通过在固定齿圈中构造齿部，可以在固定齿圈内部尤其通过切向力驱动能够旋转的齿圈。切向力由齿销传输到能够旋转的齿圈上，其中，作用于齿销的切向力又通过剪力产生。剪力通过齿销不居中地啮合到固定齿圈的齿槽中而产生。因此，可以实现无行星传动机构的伺服驱动器的第一传动级。通过能够旋转的齿圈与另一、优选地处于内部的轮廓盘的耦联，可以实现另一传动级，所述轮廓盘又通过齿销驱动固定齿圈内部的能够旋转的齿圈。
根据机器房的另一特别优选的实施变型方案提出，传动机构的每个传动级具有10至100的传动比。尤其优选的是，具有20至90、和/或30至80、和/或40至70、和/或80至100、和/或10至30、和/或10至20、和/或10至15、和/或15至30、和/或15至20的传动比。
根据机器房的另一特别优选的实施变型方案提出，无行星传动机构的电伺服驱动器具有制动器，所述制动器优选地设置在传动机构的固定齿圈处并且构造用于使传动机构的轴加速。对应于制动器的制动盘优选地设置在无行星传动机构的电伺服驱动器的轴处，其中，设置在马达与第一传动级之间是特别优选的。所述加速优选地负地构造，使得制动器能够使传动机构的轴的转速减慢。制动器尤其构造为定位制动器，以便在非常小的偏航角偏差的情况下在风中保持吊舱。偏航角偏差尤其是当前风向与吊舱当前定向到的风向之间的差。对于固定的偏航角偏差、例如正/负10度，吊舱相对于塔优选地由定位制动器止动并且不连续地跟踪风。
根据本发明的另一方面，开始提到的目的通过一种用于风能设备、尤其具有大于3000kW的额定功率的风能设备的转子解决，所述转子具有转子毂以及至少一个转子叶片，具有使用用于转子叶片调节的至少一个桨距驱动器，其中，至少一个桨距驱动器构造为无行星传动机构的电伺服驱动器，这种转子尤其构造用于如下风能设备：所述风能设备具有大于500kW、和/或大于1000kW、和/或大于1500kW、和/或大于2000kW、和/或大于2500kW、和/或大于3000kW、和/或大于3500kW、和/或大于4000kW、和/或大于4500kW、和/或大于5000kW、和/或大于5500kW、和/或大于6000kW的额定功率。
转子包括转子毂，所述转子毂设置成且构造成，在所述转子毂处可以设置一个、两个或更多个转子叶片。特别优选的是：在转子毂处设置三个转子叶片。此外，转子具有用于转子叶片调节的至少一个桨距驱动器。桨距驱动器优选地设置成且构造成，对设置在转子毂处的一个、两个或更多个转子叶片围绕相应的转子叶片的纵轴线进行调节。尤其优选的是，对于每个转子叶片设置有用于转子叶片调节的一个、两个或更多个独立的桨距驱动器。桨距驱动器根据本发明构造为无行星传动机构的电伺服驱动器，使得桨距驱动器包括具有传动机构的伺服驱动器，其中，所述传动机构构造为非行星传动机构并且因此不是或不包括行星传动机构。对于定义行星传动机构，参照本发明的第一方面的先前进行的描述。
此外，本发明以如下认知为基础：构件重量和/或组件重量的降低带来多个优点。转子通常是风能设备的运动部件并且因此是运动质量。通常，在技术设备中的目标是：减小运动质量，因为运动质量一方面引起通常需要补偿的振动，另一方面又将力传输到其他运动和/或不运动的构件上。尤其通过加速将比由其他不运动的构件传输的力更大的力通过运动质量传输到其他构件上。因此，各个部件的尽可能紧凑的结构形态是优选的。通过将具有比常用的伺服驱动器明显更小的结构尺寸的无行星传动机构的电伺服驱动器设置为桨距驱动器，可以更小地构成桨距驱动器自身和/或转子毂，使得必要时可以更小地构成整个吊舱。
通过具有非行星传动机构的无行星传动机构的电伺服驱动器，可以在桨距驱动器中实现更大的功率密度、和/或更大的负荷能力、和/或更大的抗扭强度、和/或更大的负荷能力。此外，可以提供具有更小的间隙的传动机构，并且此外，具有更小的间隙的传动机构适用于传输更大的转矩。此外，无行星传动机构的电伺服驱动器能够实现在设计和优化结构上的部件的情况下的更大的灵活性。此外，无行星传动机构的电伺服驱动器通常具有更小的重量，使得所述无行星传动机构的电伺服驱动器在安装和/或保养的情况下更简单地处理。此外，在需要的情况下在第一传动级中或之前可设置马达制动器，使得可以进一步降低空间需求。此外，必要时降低每叶片的桨距驱动器的数量，因为桨距驱动器现在具有更大的功率密度。这尤其在大的转子叶片的情况下是重要的。通过所述降低，不仅降低结构上的耗费，而且可以降低成本。此外，这种桨距驱动器可以通过如下方式扩展技术可行性的界限：通过这种功率强的桨距驱动器也才能够实现更大的转子叶片。
根据转子的一个优选的实施变型方案提出，无行星传动机构的电伺服驱动包括具有传动级的传动机构。用于转子叶片调节的电伺服驱动器的传统的传动机构、尤其行星齿轮传动机构通常具有两个或更多个传动级，以便提供由马达至小齿轮的所需的传动比。然而，通过根据本发明的无行星传动机构的电伺服驱动器可以借助单个的传动级提供所需的传动比，使得待使用的传动机构具有更紧凑的尺寸和更小的重量。此外，具有更小的传动级数量的传动机构的特征在于更小的磨损并且尤其在于更小的间隙，使得在此可以实现其他优点。
桨距驱动器中的马达的转速例如可以处于每分钟900至3600转的范围中。转子叶片的转速或调节速度通常优选地是每秒钟2至6弧度，但是也例如可以是直至每秒钟12弧度，例如在紧急情况下可以是直至每秒钟12弧度。桨距驱动器的输出小齿轮相对于风能设备的旋转轮缘的传动比例如可以处于180至250之间，其中，所述传动比通常此外根据额定功率和/或转子的尺寸或直径设计。
根据转子的另一优选的实施变型方案提出，传动机构的每个传动级具有10至250的传动比。尤其优选的是，具有20至200、和/或30至150、和/或40至120、和/或150至250、和/或100至250和/或10至30、和/或10至20、和/或10至15、和/或15至30、和/或15至20的传动比。
根据转子的另一特别优选的实施变型方案设置，无行星传动机构的电伺服驱动器包括制动器，所述制动器优选地设置在传动机构的固定齿圈处和/或构造用于使传动机构的轴加速。
根据转子的另一特别优选的实施变型方案设置，传动机构构造为齿销传动机构，所述齿销传动机构具有优选地多个能够运动的齿销和/或还优选地具有驱动元件，所述驱动元件构造为具有一个、两个或更多个凸起的轮廓盘。尤其优选的是，齿销传动机构具有固定齿圈、在固定齿圈内部的能够旋转的齿圈以及在所述能够旋转的齿圈内部的非圆形的轮廓盘，所述固定齿圈、能够旋转的齿圈以及轮廓盘优选地同轴地设置。此外，轮廓盘优选地能够由马达驱动。此外，能够旋转的齿圈具有一个、两个或更多个齿销，所述齿销可以在切向方向上将力传输到能够旋转的齿圈上。
根据转子的另一特别优选的实施变型方案设置，传动机构具有驱动轴和输出轴，其中，通过能够平移运动的齿销实现由驱动轴至输出轴的力传输，所述齿销的平移方向优选地关于驱动轴和/或输出轴径向定向。齿销优选地设置成，使得所述齿销能够由轮廓盘在径向方向上驱动，在圆周方向上与能够旋转的齿圈耦联并且此外设置成，所述齿销可以借助啮合端部啮合到固定齿圈的内齿部中。
对于转子以及其可能的进一步构造、尤其无行星传动机构的电伺服驱动器的其他优点、实施变型方案和实施细节，也参照对于机器房、尤其无行星传动机构的电伺服驱动器的相应的特征和进一步构造的先前进行的描述。
根据本发明的另一方面，开始提到的目的通过风能设备、尤其具有大于3000kW的额定功率的风能设备解决，所述风能设备具有塔以及设置在塔的上端部处的机器房以及转子，其中，机器房是根据在以上实施的实施变型方案中的至少一个的机器房和/或转子是根据在以上实施的实施变型方案中的至少一个的转子。这种风能设备的特征在于，桨距驱动器和/或方位驱动器具有紧凑的结构形态。由此，例如可以更紧凑地设计转子毂和/或机器承载件和/或塔顶和/或吊舱。此外，可以改善地设计或设置包围部件。
通过桨距驱动器中和/或方位驱动器中的减小的数量的传动级，根据本发明的风能设备还可以通过减小的易受干扰性而突出。此外，风能设备的安装和保养简化。此外，可以通过所阐述的具有非行星传动机构的无行星传动机构的电伺服驱动器实现桨距驱动器和/或方位驱动器中的更大的功率密度、和/或更大的负荷能力、和/或更大的抗扭强度。此外，可以提供具有更小的间隙的传动机构并且所述传动机构还适用于传输大转矩。
根据本发明的另一方面，开始提到的目的通过无行星传动机构的电伺服驱动器作为桨距驱动器和/或作为方位驱动器的应用来解决，所述无行星传动机构的电伺服驱动器尤其具有齿销传动机构，所述桨距驱动器用于风能设备的转子的转子叶片的转子叶片调节，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述方位驱动器用于风能设备的机器房的风向跟踪，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备。
根据本发明的另一方面，开始提到的目的通过一种用于风能设备的机器房的风向跟踪的方法来解决，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述方法包括：提供根据先前描述的实施变型方案中的至少一个的机器房，操控至少一个无行星传动机构的电伺服驱动器，驱动小齿轮并且使机器房围绕机器房的优选地垂直的旋转轴线旋转。
根据本发明的另一方面，开始提到的目的通过一种用于风能设备的转子的转子叶片的转子叶片调节的方法来解决，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述方法包括：提供根据先前描述的实施变型方案中的至少一个的转子，操控至少一个无行星传动机构的电伺服驱动器，驱动小齿轮并且使转子叶片围绕纵轴线旋转。
根据本发明的方法以及其可能的进一步构造具有如下特征或方法步骤：所述特征或方法步骤使所述方法尤其适用于：用于根据本发明的机器房和/或根据本发明的转子以及其相应的进一步构造。对于所述另外的方面以及其可能的进一步构造的其他优点、实施变型方案和实施细节，也参照对于机器房和/或转子的相应的特征和进一步构造的先前进行的描述。
附图说明
本发明的优选的实施方式示例性地根据附图阐述。附图示出：
图1：风能设备的示意性视图；
图2：在现有技术中已知的风能设备的局部的示意性的剖开的三维视图；
图3a：具有在现有技术中已知的方位驱动器的方位单元的一部分的示意性的、截开的二维视图；
图3b：根据本发明具有无行星传动机构的电方位驱动器的方位单元的一部分的示例性的实施方式的示意性的、截开的二维视图；
图4：无行星传动机构的电伺服驱动器的示例性的实施方式的截开的侧视图；
图5：机器承载件的示例性的实施方式的示意性的、二维截面示图。
具体实施方式
在图中，相同的或基本上功能相同的或功能相似的元件以相同的附图标记描述。图1示出风能设备的示例性的实施方式的示意性的视图。图1尤其示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104处设置有转子106，所述转子具有转子叶片108和导流罩110。转子106在运行中通过风置于旋转运动并且由此驱动吊舱104处的发电机。根据图1的风能设备100优选地具有根据本发明的机器房和/或根据本发明的转子。
图2示出在现有技术中已知的风能设备的局部的示意性的剖开的三维视图。图2尤其示出具有机器房105的吊舱104，其中，在吊舱104处设置有转子106。转子106总体上具有三个转子叶片108，这些转子叶片设置在转子毂112处。转子叶片当前能够围绕纵轴线转动地设置。转子叶片围绕其纵轴线的旋转能够借助桨距驱动器实现。在与转子毂112抗扭地连接的轴颈处设置有发电机114，其中，尤其发电机转子1142抗扭地与轴连接。发电机定子1141构造为环，其中，发电机转子1142在发电机定子1141内部同轴地旋转。具有转子106的吊舱104能够旋转地设置在塔102上。在塔102与吊舱104之间设置有方位单元130，所述方位单元作为管形元件设置在吊舱104的面向塔102的区域处。优选地，方位单元130在吊舱104处并且还优选地在机器承载件处抗扭地设置并且因此还优选地是机器房105的组成部分。此外，方位单元130具有中轴线，所述中轴线在风能设备的运行状态中基本上与塔102的中轴线同轴地设置。
为了使吊舱104在塔102上在基本上水平的平面中旋转，此外，在方位单元130内部并且在机器房105内部设置有第一方位驱动器131、第二方位驱动器132以及第三方位驱动器133，它们构造用于使具有方位单元130和转子106的吊舱104在基本上水平的平面中相对于塔102旋转。为此，每方位驱动器131、132、133使外齿的小齿轮啮合到内齿部的旋转齿圈中，所述旋转齿圈抗扭地设置在塔102处。此外，方位单元130在塔102的纵向上的高度由方位驱动器131、132、133的结构高度影响。方位驱动器131、132、133的结构高度越高，则方位单元130的高度通常也越高。尤其在图2中可看到，在现有技术中使用的方位驱动器131、132、133具有需要大的方位单元130的结构高度，因为这种大的方位驱动器131、132、133的设置在紧凑的机器承载件和/或紧凑的吊舱104内部不能够实现或仅能够以明显的缺点实现。
方位单元130属于风能设备的运动构件。因此，期望的是尽可能小的结构尺寸，以便减小运动质量，使得此外由伺服电机尽可能小地实现待施加的力。此外，用于设计方位单元130的结构上的耗费是大的，使得经常力争达到：减小或废弃方位单元130。这尤其适用于具有大于500kW、和/或大于1000kW、和/或大于1500kW、和/或大于2000kW、和/或大于2500kW、和/或大于3000kW、和/或大于3500kW、和/或大于4000kW、和/或大于4500kW、和/或大于5000kW、和/或大于5500kW、和/或大于6000kW的额定功率的更大的风能设备。此外，在图2中可看到桨距驱动器120的同样大的结构高度，使得桨距驱动器120类似于方位驱动器131、132、133具有显著的空间需求。
图3a示出具有在现有技术中已知的方位驱动器的方位单元的一部分的示意性的、截开的二维视图。相反，图3b示出具有根据本发明的无行星传动机构的电方位驱动器的呈现的情况。在根据本发明的具有根据图3b的方位单元的机器房中相对于在具有根据图3a的方位单元的机器房中对于具有相同额定功率的风能设备的明显更小的空间需求是直接明显的。
根据现有技术在图3a中的方位单元400'设置且构造用于，使机器承载件480在水平平面中相对于塔旋转，所述塔的壁490部分地示出。机器承载件480借助方位单元400'能够旋转地支承在塔上，其中，当前，所述支承借助双排的滚珠轴承450实现。此外，在塔壁490处抗扭地固定的滚动轴承部分具有内齿部4501。
根据本发明在图3b中的方位单元400抗扭地与机器承载件480连接。方位驱动器401设置在方位单元400内部，使得方位驱动器401的小齿轮460啮合到滚动轴承450的与塔壁490固定的部分的内齿部472中。小齿轮460由马达410驱动，其中，在马达410与小齿轮460之间仅设置有第一传动级430和第二传动级440，使得马达410的高的转速借助小齿轮460的大的转矩转换成低的转速。此外，方位单元400具有马达制动器420，所述马达制动器设置且构造用于使第一传动级430与马达410之间的制动盘422制动。由此，又与例如图3a中的在现有技术中已知的设置相比降低空间需求以及结构耗费和安装耗费。
相反，图3a示出在现有技术中已知的方位单元的示意性的截开的二维视图。根据现有技术的方位单元400'的方位驱动器401'尤其并且与在图3b中示出的方位单元400相比不同在于：所述方位驱动器总体上在马达410与输出小齿轮460之间具有四个传动级。所述传动级在现有技术中尤其构造为行星传动机构。此外，方位驱动器401'具有集成的制动器，所述制动器包括制动盘422'和制动器420'，其中，制动盘422'和制动器420'设置在马达410的背向传动机构的侧处。
除了小的空间需求、结构耗费和安装耗费，根据本发明的解决方案还能够实现：设置更小数量的能够运动的元件，使得也可以降低易受干扰性和/或保养耗费。
图4示出如其例如可以如在图3b中使用的装配情况中的无行星传动机构的电伺服驱动的示例性的实施方式的截开的侧视图。如也在图4中可看出，实现伺服电机的特别紧凑的结构，使得作为桨距驱动器和/或方位驱动器使用恰好也在具有大的额定功率的设备的情况下是优选的。
在图4中示出的无行星传动机构的电伺服驱动器300基本上包括传动机构305、马达310、小齿轮360。马达310旋转地围绕旋转轴线D驱动第一轮廓盘334。第一轮廓盘334正交于旋转轴线D具有非圆形的横截面，其中，能够实现椭圆形的横截面或凸轮横截面。在第一轮廓盘334的径向圆周面处，设置有多个齿销332。齿销具有基本上平行于关于旋转轴线D的径向方向设置的纵轴线。在齿销332的背向旋转轴线的端部处，所述齿销具有变细的几何结构，所述几何结构构造且设置用于啮合到内齿部中并且在那里引起圆周方向上的剪力。齿销332尤其在所述端部处具有如其具有传动机构的齿轮的齿的几何结构。齿销332设置成，所述齿销可以实施仅仅平移运动，其中，所述平移运动基本上平行于旋转轴线D的径向方向定向。在轮廓盘334的切向方向上，齿销332不抗扭地与第一轮廓盘334连接，使得轮廓盘在齿销332中优选仅可以引起平移运动。此外，齿销332优选地能够在径向方向上运动地设置在第一齿圈336处。在切向方向上，齿销332相反优选地与第一齿圈336固定地连接，尤其抗扭地连接。除了第一轮廓盘334和第一齿圈336之外，与它们同轴地设置有固定齿圈350，所述固定齿圈尤其相对于第一轮廓盘334和第一齿圈336位置固定地设置。
在第一轮廓盘334的径向方向上并且朝向齿销332的平移运动方向，固定齿圈350具有第一内齿部352。固定齿圈350的第一内齿部352尤其特征在于，所述第一内齿部具有如下齿距：所述齿距是齿销332的齿距的非整数倍数。齿距优选地由两个相邻齿的齿顶至齿顶测得。在此，非整数倍数尤其意味着，由两个间距构成的商不是整数数目、如1、2或3。然而，非整数倍数也可以意味着小于1的数目、例如0.8。通过第一轮廓盘334、齿销332、第一齿圈336以及第一齿部352在固定齿圈350中的所述设置，只要马达310旋转地驱动非圆形的轮廓盘334，则齿圈336围绕旋转轴线D旋转。这尤其通过将至少一个齿销332啮合到第一齿部352中实现，其中，通过先前阐述的齿距，齿销332不精确居中地啮合在第一齿部352的齿间空间中。由此产生剪力，所述剪力通过齿销332与第一齿圈336的在切向方向上抗扭的连接由齿销332传输到齿圈336上。因此，第一轮廓盘334和第一齿圈336与齿销332联合是传动机构305的第一传动级330。
为了实现传动机构305的更大的传动比，设置有第二传动级340。第二传动级340包括第二轮廓盘344，所述第二轮廓盘由第一齿圈336驱动。类似于第一传动级330，第二轮廓盘344将旋转运动传输成齿销342的平移运动，所述齿销通过固定齿圈350中的第二齿部354以及齿销342与第二齿圈346在切向方向上抗扭的连接实现传动比。第二齿圈346抗扭地与小齿轮360连接，使得可以实现由马达310直至小齿轮360的高的传动比。
当前，此外，设置有制动器320，其可以借助制动盘322实现加速。制动盘322设置在如下区域中：所述区域设置在马达310与第一轮廓盘334之间。制动盘322抗扭地设置在在此设置的轴处。制动器320优选地设置在固定齿圈350处，使得制动器320可以作用到制动盘322上并且所述制动盘因此可以加速。在此，尤其设置负的加速度，使得制动盘322的转速通过制动器320减少。
图5示出具有安装在其处的无行星齿轮传动机构的方位驱动器的机器承载件的一个示例性的实施方式的示意性的二维截面示图。机器承载件200具有管形的几何结构，所述管形的几何结构由壁204包围。机器承载件200具有两个大的进入开口，其中，第一进入开口201在运行中设置且构造在塔法兰处并且第二进入开口202设置且构造用于容纳旋转组件。塔法兰处的第一进入开口的第一穿透方向在运行中具有垂直定向，所述垂直定向在运行中基本上平行于塔的纵轴线定向。机器承载件200的第二进入开口202具有第二穿透方向，所述第二穿透方向正交于第一穿透方向定向。
在根据图5的机器承载件处，设置有无行星齿轮传动机构的电方位驱动器220、230。第一方位驱动器220和第二方位驱动器230在第一进入开口的区域中设置在向内伸入的机器承载件法兰208处。在此，在图4中设有附图标记350的固定齿圈抗扭地设置在机器承载件法兰208的开口内部。方位驱动器220、230的旋转轴线平行于塔轴线或平行于机器承载件的第一进入开口的面向塔的进入方向定向。风能设备的塔在面向机器承载件的塔顶端部处具有径向上设有内齿部的塔法兰118。方位驱动器220、230和径向上设有内齿部的塔法兰118设置成，使得方位驱动器220、230的小齿轮226、236啮合到径向上设有内齿部的塔法兰118的齿部中。
通过这种紧凑的方位驱动器或桨距驱动器，可以提供特别有利的风能设备。一方面，方位驱动器可以装配在如例如在图5中示出的紧凑的机器承载件中，使得方位驱动器不再需要自身的壳体和/或将用于包围机器承载件的区域中的其他部件的空间释放。此外，由此，吊舱或机器房的重量减小。此外，当如在图5中示出，方位驱动器直接集成在机器承载件中时，可以通过根据本发明使用的无行星齿轮传动机构的伺服驱动器的更小的结构尺寸明显更紧凑地实施或甚至完全省去风能设备的方位单元。此外，必要时可以主要舍弃方位单元，因为方位驱动器设置在机器承载件处。
尤其通过使用桨距驱动器中的这种紧凑的伺服驱动器可以减小转子中的旋转质量的重量，使得可以实现机械领域中的其他优点，其中，尤其可以实现在动态负荷方面的优点。此外，优点是：无行星齿轮传动机构的伺服驱动可以具有无磨损的和更高的效率，使得可以提升风能设备的保养强度和有效功率，对此，此外，可以产生保护资源的能量并且还可以降低风能设备的成本并且因此也可以降低能量生产。
附图标记
100 风能设备
102 塔
104 吊舱
105 机器房
106 转子
108 转子叶片
110 导流罩
112 转子毂
114 发电机
118 径向、设有内齿部的塔法兰
120 桨距驱动器
130 方位单元
131 第一方位驱动器
132 第二方位驱动器
133 第三方位驱动器
200 机器承载件
201 第一进入开口
202 第二进入开口
204 壁部
208 机器承载件法兰
220 无行星传动机构的第一电伺服驱动器
222 第一桨距调节单元的马达
224 传动机构
226 小齿轮
230 无行星传动机构的第二电伺服驱动器
232 第二桨距调节单元的马达
234 传动机构
236 小齿轮
300 无行星传动机构的电伺服驱动器
305 传动机构
310 马达
320 制动器
322 制动盘
330 第一传动级
332 齿销
334 第一轮廓盘
336 第一齿圈
340 第二传动级
342 齿销
344 第二轮廓盘
346 第二齿圈
350 固定齿圈
352 固定齿圈的第一内齿部
354 固定齿圈的第二内齿部
360 输出小齿轮
400、400' 方位单元
401、401' 方位驱动器
410 马达
420、420' 制动器
422、422' 制动盘
430 第一传动级
440 第二传动级
450 滚动轴承
460 输出小齿轮
470 方位轴承
472 齿部
480 机器承载件
490 塔壁部
1141 发电机定子
1142 发电机转子
4501 滚动轴承的齿部
D 旋转轴线

Claims (15)

1.一种用于风能设备(100)的机器房(105)，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述机器房具有
-用于所述机器房的风向跟踪的至少一个方位驱动器(220，230，300，401)，所述方位驱动器构造为无行星传动机构的电伺服驱动器。
2.根据前一项权利要求所述的机器房(105)，其中，所述至少一个方位驱动器(220，230，300，401)设置在所述机器房的机器承载件(200，480)处。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的机器房(105)，其特征在于，所述至少一个方位驱动器(220，230，300，401)部分地或完全地设置在所述机器房的机器承载件(200，480)的空腔内部。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的机器房(105)，其特征在于，所述机器承载件(200，480)的空腔构造为用于所述至少一个方位驱动器(220，230，300，401)的壳体。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的机器房(105)，其特征在于，所述至少一个方位驱动器(220，230，300，401)的无行星传动机构的电伺服驱动器包括传动机构，所述传动机构具有一个传动级(430，440)或具有两个传动级。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的机器房(105)，其特征在于，所述传动机构构造为齿销传动机构(305)，所述齿销传动机构具有优选多个能够运动的齿销(332，342)和/或还优选地具有驱动元件，所述驱动元件构造为具有一个、两个或更多个凸起的轮廓盘(334，344)，和/或
其特征在于，所述传动机构(105)具有驱动轴和输出轴，其中，借助平移运动的齿销(332，342)实现由所述驱动轴至所述输出轴的力传输，所述齿销的平移方向相对于所述驱动轴和/或输出轴优选径向定向，和/或
其特征在于，所述传动机构(305)对于每个传动级(430，440)具有10至100的传动比。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的机器房(105)，其特征在于，无行星传动机构的所述电伺服驱动器包括制动器(320，420)，所述制动器优选地设置在所述传动机构(305)的固定齿圈(350)处和/或构造用于，使所述传动机构的轴加速。
8.一种用于风能设备(100)的转子(106)，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述转子具有转子毂(112)以及至少一个转子叶片(108)，所述转子具有用于转子叶片调节的至少一个桨距驱动器(120)，其中，所述至少一个桨距驱动器构造为无行星传动机构的电伺服驱动器。
9.根据前一项权利要求所述的转子(106)，其特征在于，无行星传动机构的所述电伺服驱动器包括传动机构，所述传动机构具有传动级(430，440)。
10.根据前两项权利要求中至少一项所述的转子(106)，其特征在于，所述传动机构对于每个传动级(430，440)具有10至250、尤其150至250的传动比，和/或其特征在于，无行星传动机构的所述电伺服驱动器包括制动器(320，420)、尤其定位制动器，所述制动器优选地设置在所述传动机构(305)的固定齿圈(350)处和/或构造用于，使所述传动机构的轴加速，和/或
其特征在于，所述传动机构构造为齿销传动机构(305)，所述齿销传动机构具有优选多个能够运动的齿销(332，342)和/或还优选地具有驱动元件，所述驱动元件构造为具有一个、两个或更多个凸起的轮廓盘(334，344)。
11.根据前述权利要求8至10中至少一项所述的转子(106)，其特征在于，所述传动机构(305)具有驱动轴和输出轴，其中，通过平移运动的齿销(332，342)实现由所述驱动轴至所述输出轴的力传输，所述齿销的平移方向相对于所述驱动轴和/或输出轴优选径向定向。
12.一种风能设备(100)、尤其具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述风能设备具有塔(102)以及设置在所述塔的上端部处的机器房(105)以及转子(106)，其中，所述机器房是根据权利要求1至7中至少一项所述的机器房，和/或所述转子是根据权利要求8至11中至少一项所述的转子。
13.无行星传动机构的电伺服驱动器作为桨距驱动器(120)和/或作为方位驱动器(220，230，300，401)的应用，所述电伺服驱动器尤其具有齿销传动机构(305)，所述桨距驱动器用于风能设备(100)的转子(106)的转子叶片(108)的转子叶片调节，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述方位驱动器用于风能设备的机器房(105)的风向跟踪，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备。
14.一种用于风能设备(100)的机器房(105)的风向跟踪的方法，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述方法包括：
-提供根据权利要求1至7中至少一项所述的机器房；
-操控至少一个无行星传动机构的所述电伺服驱动器；
-驱动小齿轮(226，236，360，460)并且使所述机器房围绕所述机器房的旋转轴线旋转。
15.一种用于风能设备(100)的转子(106)的转子叶片(108)的转子叶片调节的方法，所述风能设备尤其是具有大于3000kW的额定功率的风能设备，所述方法包括：
-提供根据权利要求8至11中至少一项所述的转子(106)；
-操控至少一个无行星传动机构的电伺服驱动器；
-驱动小齿轮(226，236，360，460)；和
-使转子叶片围绕纵轴线旋转。
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