TWI527327B

TWI527327B - 滑環傳輸器、具有滑環傳輸器之風力發電設備及重新調節滑環傳輸器之方法

Info

Publication number: TWI527327B
Application number: TW102101517A
Authority: TW
Inventors: 亞弗列德比克曼
Original assignee: 渥班資產公司
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2016-03-21
Also published as: US20140375062A1; AR089733A1; AU2013211135B2; RU2014133718A; CA2860496A1; MX349934B; KR101791300B1; MX2014008222A; JP2015506564A; CN104054223A; ES2712810T3; US9356411B2; EP2805388A1; CN104054223B; DE102012200561A1; TW201342750A; DK2805388T3; BR112014016750A8; BR112014016750A2; EP2805388B1

Description

滑環傳輸器、具有滑環傳輸器之風力發電設備及重新調節滑環傳輸器之方法

本發明係關於一種滑環傳輸器及一種重新調節一滑環傳輸器之方法。本發明係進一步關於一種具有一滑環傳輸器之風力發電設備。

風力發電設備已普遍為吾人所知且圖1中展示一典型設備。由風驅動之空氣動力轉子在平常操作中相對於吊艙之固定部件旋轉。為將電能或電信號從固定部件交換至旋轉部件(即，轉子)，通常提供一滑環傳輸器。特定言之，可將能量傳輸至可調整轉子之轉子葉片之入射角之所謂之上下偏轉馬達。此外，例如，可將能量傳輸給一電動葉片加熱系統(若被提供)。

一特殊性適用於使用一外部激勵之同步發電機之無齒輪風力發電設備。就此等風力發電設備而言，藉由滑環載體或一分離滑環載體而傳輸用於產生發電機轉子部件中之一電磁場之一激勵器電流。在該案例中，必須傳輸可為數百kW之高功率電流。

特定言之，以下三種類型之滑環傳輸器已為吾人所知。最舊選項涉及導致一碳刷抵著一對應接觸環摩擦以將電信號(無論其為一資訊信號或一能量信號)從該碳刷傳輸至該接觸環，或反之亦然。此等碳刷已被廣泛接受且其等之性質已普遍為吾人所知。此等碳刷一般不貴，但需要定期替換。

一所謂之「金線滑環傳輸器」用於給出一改良。在該案例中，具有基本上突出之諸多金線之一板(如同一針床)在與該等金線電及機械地匹配之一對應滑環上被引導。特定言之，此給出以下優點：藉由選擇材料(藉由使用金)而達成具有一低級別磨損之一良好接觸性質。然而，隨著時間流逝，在其中亦可出現故障之對應滑環上之其內所產生之凹槽中(特定言之，在金層中)，沈積物出現在各自金線之位置處。滑環通常包括在接觸區域中具有一金層之黃銅或一類似金屬合金。可在凹槽中提供油以用於冷卻之目的及用於改良接觸。由於少量油及/或高度磨損或在一嚴重磨損條件中，金線抵著滑環摩擦且改變此處表面，然而，此難以偵測。因此，金線亦更快速地受損害且磨損。

提出一所謂之「多刷滑環傳輸器」作為一進一步改良。在該案例中，細如髮絲之諸多導線之至少一捆抵著一對應滑環運行。該等諸多細髮般導線之此等捆或束通常配置、固定及接觸於一電路板上，因此，此處通常僅參考包含上文所提及之導線捆或束之一電路板。因此，該電路板形成一電路板且因此為其摩擦所抵著之滑環之對等物。該電路板亦可被稱作刷子。無論實際採用之技術如何，該等術語基本上均適用。此處，基於可用很小力來使導線緊貼對應滑環之原理而發生基本上接觸且僅由諸多導線實現良好接觸。該導線捆類似於一刷子，使得術語「多刷」亦已在德語用法之對應技術領域中獲得認可。此一多刷技術可以相當穩健方式被處理且避免金線技術中所涉及之上文所描述沈積物及碳刷案例中之碳磨損。

金線系統之一問題尤其在於：除金線之外，對應滑環亦磨損。沈積物及缺陷出現於滑環上，此繼而導致金線之嚴重磨損。因此，在對應磨損之後，除具有金線之金線板之外，亦必須替換滑環，此較複雜、昂貴且因此非為吾人所欲。

德國專利及商標局搜尋與本申請案相關之最先進技術之以下優先申請案：DE 24 58 991 B2；DE 10 2007 060 985 A1；DE 694 14 687 T2；US 4 398 113 A及JP 2009-225578A。

因此，本發明之目的為解決上文所提及問題之至少一者。特定言之，本發明試圖提供一解決方案，其中若「金線」類型之滑環傳輸器(即，根據所描述之金線系統而建構之滑環傳輸器)對應地嚴重受損，則可儘可能容易及便宜地重新調節該等滑環傳輸器。本發明至少試圖提供一種替代組態。

根據本發明，提出一種如技術方案1之方法。此亦涉及考量僅替換複數個板之一者。亦可在一滑環傳輸器中提供複數個不同技術，諸如(例如)用於涉及一低電流(例如0.5安培至3安培)之信號傳輸之一金線技術及用於涉及高電流(例如5安培至500安培)之信號傳輸之一碳刷技術。因此，根據本發明，重新調節金線類型之一滑環傳輸器。無論如何，在重新調節之前，該滑環傳輸器一方面包含至少一滑環(特定言之，一金環)，且另一方面包含一金線電路板，該金線電路板具有金線作為抵著滑環傳輸器摩擦之金線刷。更明確言之，為重新調節該滑環傳輸器，尤其在已出現由重新調節必然導致之磨損之後，從該滑環傳輸器移除該金線板且使用一多刷板作為該金線板之一替換物。

更明確言之，應認識到，多刷技術之板可與金線技術之滑環一起使用。因此，可由一多刷板替換一磨損金線板，藉此可避免替換金線類型之滑環。藉由由該多刷板替換該金線板，可容易且便宜地重新調節至少起初完全為金線類型之滑環傳輸器。

較佳地，實現一滑環傳輸器之重新調節，其中金環已具有歸因於與金線板一起使用而出現之凹槽。此處，應認識到，若金線類型之一滑環具有凹槽，則多刷板亦適合於與該滑環一起使用。結果證明，多刷技術之板能夠適用於該滑環之接觸表面。特定言之，多刷技術之板亦可接合至該滑環中之該等凹槽中。因此，已因磨損而具有凹槽之該滑環無需被替換且其可保持於滑環傳輸器中。迄今，就涉及金線技術之一磨損滑環傳輸器而言，因為一新金線板(即金線)歸因於所描述之故障而快速磨損且因此急劇地縮短預期壽命，所以一般必須替換金線板及滑環。

較佳地，在交換中，以使得多刷板在滑環上摩擦且穿入至凹槽中並在凹槽中及凹槽外產生多刷板與涉及金線技術之滑環之間之電接觸之一方式裝配多刷板。因此，可進一步使用已具有相當可觀凹槽之金線類型之一滑環。

此外，提出一種滑環傳輸器，其包含涉及金線技術之一滑環，且特定言之，其包含一金環。此一金環對應地具有金成分以尤其在過渡至一電路板時增加導電性。因此，該滑環經調適以與一金線板一起使用。此外，該滑環傳輸器包含摩擦地接觸該金線技術滑環之一多刷板。因此，提出一種滑環傳輸器，其本質上由使用金線技術之一滑環與使用多刷技術之一板之一組合組成或其實質上具有該等元件。

有利地，滑環具有由一金線板產生之至少一凹槽。因此，所提出之滑環傳輸器為一解決方案，其中進一步使用否則將因一滑環傳輸器之部件之磨損條件而必須被替換之該滑環傳輸器之該等部件。特定言之，可避免或至少延遲金線滑環之替換。

此外，提出一種風力發電設備，其具有根據所描述實施例之至少一者之一滑環傳輸器。可由該滑環傳輸器將電信號從一吊艙之固定部件傳輸至一吊艙之旋轉部件(即，空氣動力轉子)。相應地，提出以使得該滑環傳輸器將電信號(無論其等為資訊信號及/或電力信號)從該吊艙之固定部件傳輸至空氣動力轉子之一方式使用該滑環傳輸器。取決於各自風力發電設備，必須藉由此一滑環傳輸器而傳輸複數個不同電信號。相應地，此一滑環傳輸器會較複雜且昂貴。此外，事實上，從固定部件至該風力發電設備之吊艙之旋轉部件之過渡區域中之該滑環傳輸器之配置(其表示該滑環傳輸器之一較佳位置)使該滑環傳輸器難以接達，因此，避免或至少延遲金線類型之一滑環之替換之所提出之解決方案提供一尤其有利效應。

在一進一步實施例中，提出將滑環傳輸器用在一無齒輪風力發電設備中。該風力發電設備之無齒輪性質與其整體結構以及整體發電機之所需電流有關。因此，對滑環傳輸器作出對應要求，接著，可在一定程度上共用特定優點。

較佳地，一額外激勵之同步電機用作為發電機。在該案例中，一激勵器電流亦必須被傳輸至該同步電機之轉子部件且因此必須藉由滑環傳輸器。有利地，尤其為該目的而提供根據實施例之至少一者而描述之一滑環傳輸器。特定言之，該滑環傳輸器必須適用於對應電流及對應電力之傳輸。一有利滑環傳輸器及具有此一有利滑環傳輸器之一風力發電設備處於一位置以藉由多刷板而將數百安培之區域中之電流傳輸至金線類型之滑環(特定言之，傳輸至金線類型之帶槽滑環)。例如，可涉及5安培至500安培。較佳地，該滑環傳輸器配置於全部或部分承載空氣動力轉子之一軸頸中或該軸頸處。特定言之，該軸頸在該設備之常規操作中沿風向面對一前尖端且該滑環傳輸器較佳地配置於該軸頸之該尖端中或該尖端處。因此，電信號可藉由該軸頸而從吊艙之固定部件傳輸至該滑環傳輸器且從固定部件傳輸至旋轉部件(即，空氣動力轉子)。取決於該風力發電設備之實際特定組態及大小，難以接達此一滑環傳輸器且此處可藉由前述實施例之一者之一滑環傳輸器之所描述重新調節及/或藉由根據對應所描述實施例之一者之一滑環傳輸器之使用而達成一減少維護之實施方案。此外，取決於該風力發電設備之實際特定組態，配置於該軸頸之該尖端中之一滑環傳輸器之元件之替換亦表示執行該操作之操作人員之一安全風險。因此，可藉由所提出之解決方案而避免或至少減少此等安全風險。

100‧‧‧風力發電設備

102‧‧‧塔架

104‧‧‧吊艙

106‧‧‧轉子

108‧‧‧轉子葉片

110‧‧‧旋轉器

200‧‧‧滑環傳輸器

202‧‧‧金線滑環

204‧‧‧金線電路板/金線板

206‧‧‧金線

212‧‧‧凹槽

300‧‧‧滑環傳輸器

302‧‧‧多刷滑環傳輸器

304‧‧‧多刷板

306‧‧‧導線/金屬絲

308‧‧‧導線束

400‧‧‧組合型滑環傳輸器

在下文中，藉由參考附圖之實施例而更詳細地描述本發明。

圖1展示一風力發電設備；圖2概略地展示金線類型之一滑環傳輸器；圖3概略地展示多刷類型之一滑環傳輸器；圖4展示具有金線類型之一滑環及多刷類型之一板之一滑環傳輸器；圖5概略地展示金線類型之一滑環傳輸器之一金線板與一滑環之間之一過渡區域之一放大圖；及圖6概略地展示多刷類型之一板至金線類型之一具有凹槽之滑環之過渡之一放大圖。

在下文中，相同元件符號可標示類似但非相同之元件以強調該等元件之功能關係。

圖1展示包括一塔架102及一吊艙104之一風力發電設備100。具有三個轉子葉片108及一旋轉器110之一轉子106配置於吊艙104處。在操作中，風導致轉子106旋轉且轉子106藉此驅動吊艙104中之一發電機。

圖1展示使用一滑環傳輸器來將電信號從吊艙104之固定部件傳輸至轉子106(特定言之，即，旋轉器110)之一無齒輪風力發電設備100。所繪示之風力發電設備使用一外部激勵之同步發電機，對於該外部激勵之同步發電機，激勵器電流藉由該滑環傳輸器而從吊艙104之固定部件傳輸至旋轉器110。此外，所繪示之風力發電設備100具有入射角可調整之轉子葉片108。為調整該等轉子葉片108之入射角，用於調整目的及調整能量兩者之資訊藉由該滑環傳輸器而從吊艙104之固定部件傳輸至旋轉器110。應指出，參考吊艙104之固定部件用於意指無法相對於一旋轉軸而移動。應瞭解，可實現整個吊艙104之風能追蹤，所謂之方位調整，即，圍繞一垂直軸之旋轉。轉子106圍繞一實質上水平之軸相對於吊艙104之固定部件旋轉。在該案例中，風力發電設備100係水平軸風力發電設備類型之一者。

圖2展示具有一金線滑環202及一金線電路板204之涉及金線技術或金線類型之一滑環傳輸器200。金線板204具有各種金線206，圖2示意性展示二乘以四個。金線206亦電連接至板204，此由焊接點實現。金線206藉由金線板204而緊貼金線滑環202且藉此產生電接觸。

圖2展示處於延長使用之後之一條件且因此處於涉及一定量之磨損之一條件之滑環傳輸器200。為此，已存在已由一些金線206導致之凹槽212。為繪示之目的，此處展示三個凹槽212，相應地，更明確言之，從圖2之左側起，第二、第四及第五金線已各導致一各自相當深之凹槽。相應地，第一及第三金線206尚未導致任何凹槽。事實上，與金線滑環電接觸之全部金線通常會在某一操作時段之後留下一凹槽。然而，應注意，該等凹槽通常具有不同深度且相應地金線206在金線滑環202上留下一不規則輪廓(此處，藉由僅展示三個凹槽212而加以繪示)。

若此時由一新的金線板替換金線板204，則全部金線206將再次具有相同長度，使得將配置於一凹槽212之區域中之該等金線206不會與金線滑環202電接觸。因此，選擇性替換一金線板204至少完全有可能是不利的。

圖3展示涉及多刷技術之一滑環傳輸器300。此滑環傳輸器300包含其上運行一多刷板304之一多刷滑環302。板304具有諸多個別導線或金屬絲206，其等以類似於一刷子之方式施加至滑環302且藉此導致無數個小接觸點，使得全部電流可完全藉由諸多小導線或金屬絲306 而從滑環302傳輸或傳輸至滑環302。金屬絲306被捆扎成束308。

由於配置成一刷狀組態之諸多小導線或金屬絲306，所以此基本上不會給各導線306提供一清晰可界定之接觸點，此係因為該等導線未因該目的而被足夠剛性地配置。相應地，甚至在一延長操作時段內，不會如使用金線技術之滑環傳輸器及如圖2中所展示般地出現凹槽。事實上，此時，多刷類型之滑環傳輸器較佳地為使用金線系統之滑環傳輸器。

圖4展示作為一所提出之解決方案之一組合型滑環傳輸器400。舉例而言，此組合型滑環傳輸器400具有一金線滑環202(如圖2中所展示)，且該組合型滑環傳輸器400與多刷類型之一板304(如圖3中所展示)一起操作。諸多導線或金屬絲306基本上輕輕地緊貼金線滑環202且個別適用於表面並因此亦適用於凹槽212。因此，已證明在磨損之後由一多刷板304(圖3中所展示)替換金線板204係有利的。然而，特定言之，只要可給滑環之各凹槽或複數個凹槽提供一導線束，則一刷子專門適用於金線類型之滑環。

圖5展示用於繪示金線206與金線滑環202之間之接觸之一放大概略圖。據此，從圖5中之左側觀看，圖中展示第二、第四及第五金線206長於第一及第三金線206。相應地，第一及第三金線206可被更嚴重磨損，而其他三個金線(第二、第四及第五)已導致凹槽形成於金線滑環中。已逐漸形成該等凹槽212且同時已出現金線206之磨損，使得凹槽212及金線206兩者彼此匹配。因此，就圖5中所展示之條件而言，僅由具有金線(其等各具有相同長度)之一新板替換金線206(即，金線板)係不利的。

因此，應認識到，起初適用於一對應滑環302之多刷類型之板304(如圖3中所展示)適用於所產生之輪廓，特定言之，適用於金線滑環202之凹槽212。此展示於圖6之放大簡化圖中。相應地，僅部分展示於圖6中之板304與其諸多小導線或金屬絲306匹配，特定言之，至凹槽212。由彎曲成不同角(其因此處所使用之透視圖而無法在圖6之視圖中看見)之細金屬絲306實現該調適。再者，雖然為使圖式清楚而未展示截面影線，但圖5及圖6兩者基本上展示穿過金線滑環202之一截面圖。