CN201794712U - 风力发电设备以及用于调节转子叶片的驱动装置 - Google Patents

风力发电设备以及用于调节转子叶片的驱动装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种风力发电设备以及用于调节转子叶片的驱动装置。所述风力发电设备具有转子，该转子包括支承在吊厢上的转子轮毂以及多个转子叶片。发电机与转子连接。此外，作为直接驱动装置构造的电驱动装置相应地用于调节转子叶片，该驱动装置与转子叶片轴承同中心地布置在转子轮毂上并且包括永久激励的同步马达。同步马达的定子包括装配在转子轮毂上的线圈体。同步马达的转子为了形成轴向延伸的气隙与定子轴向间隔开地进行布置。此外，所述转子在支撑板上具有永磁装置，该支撑板与转子叶片轴连接。

Description

风力发电设备以及用于调节转子叶片的驱动装置 
技术领域
本发明涉及一种风力发电设备以及用于调节转子叶片的驱动装置。 
背景技术
风力发电设备用于将风的动能借助于转子转换成电能，从而将该电能例如输入电能输送网。风流的动能作用在转子叶片上，所述转子叶片装配在转子轮毂上并且在风流中置于旋转运动中。该旋转运动直接地或者借助于传动装置传递到发电机上，该发电机将动能转换成电能。包括发电机的传动系在常规的风力发电设备中布置在装配在塔筒上的吊厢中。 
风力发电设备的转子叶片具有空气动力学的轮廓，该轮廓引起了压力差，该压力差通过转子叶片的吸入侧和压力侧之间的流速差形成。由该压力差引起了作用到转子上的扭矩，该扭矩影响了转子的速度。 
风力发电设备主要具有水平的旋转轴线。在这种风力发电设备中，通常借助于伺服马达实现吊厢的风向跟踪。在此，通过方位轴承与塔筒连接的吊厢围绕其轴线旋转。 
相对于单叶片、双叶片或者四叶片的转子，这里实施了具有3个转子叶片的转子，因为三叶片转子能够在振动技术上更加容易地进行控制。在具有偶数数目的转子叶片的转子中，在转子叶片上由于背风面效应引起的颠覆力会通过以180°错开的对置的转子叶片得到增强，由此产生了对机械装置和材料更高的要求。具有5个或7个转子叶片的转子会导致在数学方面描述得比较复杂的空气动力学的状态，因为转子叶片上的气流相互影响。此外，这种转子不会实现与相对于具有3个转子叶片的转子的额外费用在经济方面成比例的收益提高。 
风力发电设备通常具有用于调节转子叶片的桨距驱动系统。通过转子叶片的迎角调节改变转子叶片的吸入侧和压力侧之间的流速差。这又影响了作用到转子上的扭矩和转子速度。 
在常规的风力发电设备中，通过液压操作的缸或者通过电动马达 或者说变速马达来实现转子叶片调节。在用马达运行的调节中，输出小齿轮与齿圈啮合，该齿圈包围转子叶片并且与该转子叶片在轴承环的区域中进行连接。从WO 2005/019642中公开了一种桨距驱动系统，该桨距驱动系统具有无传动装置的直接驱动装置，该直接驱动装置的转子和定子相互同中心地布置在一个平面内。然而这种桨距驱动系统具有这样的缺点，即转子和定子在其尺寸方面必须配合相应的转子叶片。这明显限制了由WO 2005/019642公开的桨距驱动系统对于不同的转子叶片大小的可使用性。 
实用新型内容
本实用新型的任务是实现一种风力发电设备并且描述适合于此的系统组件，该风力发电设备的桨距驱动系统可以用于不同的转子叶片大小并且实现了快速精确的转子叶片调节。 
按本实用新型，该任务通过按本实用新型的风力发电设备以及按本实用新型的驱动装置得到解决。 
按本实用新型的风力发电设备具有转子，该转子包括支承在吊厢上的转子轮毂以及多个转子叶片。发电机与所述转子连接。此外，作为直接驱动装置构造的电驱动装置相应地用于调节转子叶片，该电驱动装置与转子叶片轴承同中心地布置在转子轮毂上并且包括永久激励的同步马达。该同步马达的定子包括装配在转子轮毂上的线圈体。该同步马达的转子为了形成轴向延伸的气隙与定子轴向间隔开地进行布置。此外，所述转子在支撑板上具有永磁装置，该支撑板与转子叶片轴连接。按本实用新型的用于调节风力发电设备的转子叶片的驱动装置具有永久激励的同步马达，该同步马达能够与转子叶片轴承同中心地布置在转子轮毂上，并且其定子包括能够装配在转子轮毂上的线圈体，并且其转子为了形成沿轴向延伸的气隙能够与定子轴向间隔开地进行布置并且在支撑板上具有永磁装置，该支撑板能够与转子叶片轴连接，其中将所述驱动装置构造成电直接驱动装置。 
按本实用新型通过使用具有永久激励的同步马达的直接驱动系统并且通过节省需要维修的机械组件，相对于常规的桨距驱动系统实现了无磨损的、更精确的并且更动态的单个叶片调节。同步马达以层结构实施实现了其对于许多转子叶片大小的使用以及简单的装配，因为可以单独地操作转子和定子。当转子和定子分别分成圆弓状的组件 时，可以进一步简化所述装配，所述组件共同形成了转子或者说定子。 
根据本实用新型的优选的改进方案，同步马达的转子和定子布置在分开的平面内并且包围转子叶片轴承。这实现了桨距驱动系统的特别节省空间的布置。此外，例如可以将同步马达构造成分段式马达(Segmentmotor)，并且永磁装置可以包括分段式地布置在支撑板上的永磁体，所述永磁体与线圈体的分段式布置的线圈共同作用。这实现了通过动用大量相同类型的部件来成本低廉地制造桨距驱动系统。 
为了维持其调节，转子叶片可以根据本实用新型的另一有利的设计方案借助于楔形机构进行锁定，该楔形机构包括能够借助于第一和第二楔形体操作的摩擦体。在此，该第一和第二楔形体分别具有相互作用的接触面。此外，设置了与转子叶片连接的并且可以随着该转子叶片围绕其轴线旋转的锁定元件。所述摩擦体在第一和第二楔形体之间相对运动时将压紧力施加到锁定元件上。借助于楔形机构能够将转子叶片简单并且可靠地锁定在其调节中。作为楔形机构的替代方案，能够借助于锥形的可用电磁方式解锁的定位栓将转子叶片固定在可靠的90°位置中。 
根据本实用新型的优选的改进方案，设置了与转子轴承同中心布置的旋转传送器用于向驱动装置提供能量来调节转子叶片，并且其中所述旋转传送器包括与吊厢连接的初级部件，并且其中所述旋转传送器包括布置在转子轮毂中的并且能够随着该转子轮毂旋转的次级部件，并且其中设置了第一变频器用于从低频的电源电压中产生高频的激励电压，该第一变频器连接在初级部件和电源之间，并且其中设置了第二变频器用于从转换的高频的激励电压中产生低频的负载电压，该第二变频器连接在次级部件和转子轮毂中的电负载之间。优选地转子绕组连接到旋转传送器的次级部件上。优选地所述旋转传送器集成到转子轴承中。 
附图说明
下面根据附图对本实用新型的实施例进行详细解释。其中： 
图1是具有按本实用新型的桨距驱动系统的风力发电设备的示意图， 
图2是按图1的风力发电设备的桨距驱动系统的细节图， 
图3是按图2的桨距驱动系统的转子的细节图， 
图4是按图2的桨距驱动系统的定子的细节图， 
图5是按图3和4的转子和定子的分段的透视图， 
图6是用于按图2的桨距驱动系统的锁定装置的细节图。 
具体实施方式
在图1中示出的风力发电设备具有转子1，该转子包括支承在吊厢2上的转子轮毂11以及多个转子叶片12，所述转子叶片能够分别借助于单独的桨距系统13进行调节。发电机3的转子32可以随着转子轮毂11旋转并且集成到转子轮毂中。转子轴承14连接到发电机3的定子31上。 
此外，在图1中示出的风力发电设备具有能量传递装置4，该能量传递装置包括与转子轴承14同中心布置的旋转传送器用于向布置在转子轮毂11中的桨距系统13提供能量。所述旋转传送器的环形的初级部件41通过转子轴承14与吊厢2连接。该初级部件41和转子轴承14能够联合成集成的系统组件。此外，所述旋转传送器包括与转子轮毂11连接的并且能够随着转子轮毂旋转的环形的次级部件42。该次级部件42与发电机3的转子绕组相邻地并且与之同中心地进行布置。 
为了从低频的电源电压中产生高频的激励电压，设置了第一变频器43，该第一变频器连接在初级部件43和图1中没有明确示出的电源之间。此外，该能量传递装置4包括第二变频器44用于从转换的高频的激励电压中产生低频的负载电压。该第二变频器44连接在次级部件42和桨距系统13之间。 
代替第二变频器可以设置整流器用于从转换的高频的激励电压中产生直流电压，该整流器连接在次级部件和转子轮毂中的电负载之间。此外，所述旋转传送器可以是将转子与发电机连接的传动装置的组成部分并且通过电插接连接向转子侧的传动轴端部提供高频的交流电压。 
在图1中示出的风力发电设备的旋转传送器的初级部件41和次级部件42沿轴向间隔开地布置在分开的平面内并且基本上具有相同的直径。所述旋转传送器的气隙沿轴向在初级部件41和次级部件42之间延伸，在该气隙中通过激励电压产生了高频的电磁场。原则上，初 级部件和次级部件也可以相互同中心地布置在共同的平面中，并且所述旋转传送器的气隙能够沿径向在初级部件和次级部件之间延伸。 
通过旋转传送器也可以将控制信号和状态信号从桨距系统13中传递出来并且也可以将其传递给桨距系统。作为其替代方案，也可以通过WLAN连接或者其它合适的无线电连接来传递控制信号和状态信号。 
根据图2中的构造成电直接驱动装置的桨距系统13的细节图设置了永久激励的同步马达131，该同步马达与转子叶片轴承121同中心地布置在转子轮毂11上。同步马达131的定子132包括能够装配在转子轮毂11的环111上的线圈体。该同步马达131的转子133为了形成轴向延伸的气隙与定子132轴向间隔开地进行布置，并且在支撑环123上具有永磁装置，该支撑环与转子叶片轴122连接。同步马达131的转子133和定子132布置在分开的平面内并且包围转子叶片轴承121。 
根据图3和4中的细节图可以看出，所述同步马达131构造成分段式马达(也参见图5)。所述永磁装置包括分段式地布置在围绕转子叶片轴承121的支撑环123上的永磁体135，所述永磁体与线圈体132的分段式布置的线圈134共同作用。 
为了固定对转子叶片的调节，设置了在图6中示出的锁定装置5。该锁定装置5包括能够借助于第一楔形体51和第二楔形体52操作的摩擦体53。所述第一楔形体51和第二楔形体52分别具有相互作用的接触面511、521。此外，所述锁定装置包括与转子叶片连接的并且可以随着转子叶片围绕其轴线旋转的锁定元件54，该锁定元件例如能够模制到支撑环123上或者集成到支撑环中。如果两个楔形体相对运动或者说如果一个楔形体朝着另一个楔形体的方向移动并且固定另一个楔形体，那么所述摩擦体53就将压紧力施加到锁定元件54上。 
本实用新型的应用不限制于上面的实施例。 

Claims (10)

1.风力发电设备，具有
-转子，该转子包括支承在吊厢上的转子轮毂以及多个转子叶片，
-与该转子连接的发电机，
其特征在于，
-相应构造成直接驱动装置的电驱动装置，该电驱动装置用于调节转子叶片，该电驱动装置与转子叶片轴承同中心地布置在转子轮毂上并且包括永久激励的同步马达，
-其定子包括装配在转子轮毂上的线圈体，以及
-其转子为了形成沿轴向延伸的气隙与定子轴向间隔开地进行布置并且在支撑板上具有永磁装置，该支撑板与转子叶片轴连接。
2.按权利要求1所述的风力发电设备，其中，所述同步马达的转子和定子布置在分开的平面内并且包围转子叶片轴承。
3.按权利要求1所述的风力发电设备，其中，所述同步马达构造成分段式马达，并且其中所述永磁装置包括分段式地布置在支撑板上的永磁体，所述永磁体与线圈体的分段式布置的线圈相互作用。
4.按权利要求1所述的风力发电设备，其中，转子叶片为了维持其调节能够借助于楔形机构进行锁定，该楔形机构包括能够借助于第一和第二楔形体操作的摩擦体，并且其中第一和第二楔形体分别具有相互作用的接触面，并且其中设置了与转子叶片连接的并且能够随着该转子叶片围绕其轴线旋转的锁定元件，并且其中所述摩擦体在第一和第二楔形体之间相对运动时将压紧力施加到锁定元件上。
5.按权利要求1所述的风力发电设备，其中，设置了与转子轴承同中心布置的旋转传送器用于向驱动装置提供能量来调节转子叶片，并且其中所述旋转传送器包括与吊厢连接的初级部件，并且其中所述旋转传送器包括布置在转子轮毂中的并且能够随着该转子轮毂旋转的次级部件，并且其中设置了第一变频器用于从低频的电源电压中产生高频的激励电压，该第一变频器连接在初级部件和电源之间，并且其中设置了第二变频器用于从转换的高频的激励电压中产生低频的负载电压，该第二变频器连接在次级部件和转子轮毂中的电负载 之间。
6.按权利要求5所述的风力发电设备，其中，转子绕组连接到旋转传送器的次级部件上。
7.按权利要求5所述的风力发电设备，其中，初级部件和次级部件相互同中心地布置在共同的平面内，并且其中所述旋转传送器的气隙在初级部件和次级部件之间沿径向延伸。
8.按权利要求5所述的风力发电设备，其中，初级部件和次级部件沿轴向间隔开地布置在分开的平面内，并且其中所述旋转传送器的气隙在初级部件和次级部件之间沿轴向延伸。
9.按权利要求5所述的风力发电设备，其中，所述旋转传送器集成到转子轴承中。
10.用于调节风力发电设备的转子叶片的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置具有
-永久激励的同步马达，该同步马达能够与转子叶片轴承同中心地布置在转子轮毂上，并且
-其定子包括能够装配在转子轮毂上的线圈体，并且
-其转子为了形成沿轴向延伸的气隙能够与定子轴向间隔开地进行布置并且在支撑板上具有永磁装置，该支撑板能够与转子叶片轴连接，
-其中将所述驱动装置构造成电直接驱动装置。 
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