風(fēng)輪機(jī)輪轂的供電結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)輪機(jī)，其包括用于將電力從機(jī)艙供給至轉(zhuǎn)子的供電結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)電工業(yè)中，存在制造尺寸增大的風(fēng)輪機(jī)的趨勢(shì)，由此也增加了風(fēng)輪機(jī)各個(gè)部分的尺寸。傳統(tǒng)地，當(dāng)轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地連接至機(jī)艙時(shí)，通過(guò)使用滑環(huán)將電力從機(jī)艙傳遞至轉(zhuǎn)子。因而，滑環(huán)能夠用于將電力從靜止的機(jī)艙傳遞至旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。由于風(fēng)輪機(jī)的增大尺寸，滑環(huán)需要具有相當(dāng)大的尺寸。
[0003]此外，滑環(huán)會(huì)受到嚴(yán)重磨損，因而會(huì)需要定期維修或者甚至更換。而且，滑環(huán)無(wú)法始終提供用于高電力電流傳輸?shù)某浞至己媒佑|。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施例的目的是提供一種風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有用于將電力從機(jī)艙供給至轉(zhuǎn)子的改進(jìn)的供電結(jié)構(gòu)。
[0005]根據(jù)第一方案，本發(fā)明提供了一種風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)包括:機(jī)艙；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括附接至輪轂的至少一個(gè)葉片，所述轉(zhuǎn)子繞著旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地連接至所述機(jī)艙；以及供電結(jié)構(gòu)，該供電結(jié)構(gòu)用于將電力從所述機(jī)艙供給至所述轉(zhuǎn)子，其中，所述供電結(jié)構(gòu)包括具有連接模式和斷開(kāi)模式的開(kāi)關(guān)，在所述連接模式中所述機(jī)艙和所述轉(zhuǎn)子電連接，在所述斷開(kāi)模式中所述機(jī)艙和所述轉(zhuǎn)子電斷開(kāi)，并且其中，所述開(kāi)關(guān)適于在所述轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)從所述斷開(kāi)模式改變至所述連接模式。
[0006]在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)“風(fēng)輪機(jī)”應(yīng)該解釋為指代一種裝置，該裝置能夠?qū)L(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，優(yōu)選供給至電力網(wǎng)。至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片從風(fēng)中提取能量，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接經(jīng)由定子部分和轉(zhuǎn)子部分或者經(jīng)由驅(qū)動(dòng)鏈(例如包括主軸、齒輪系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的輸入軸)傳遞至發(fā)電機(jī)。
[0007]轉(zhuǎn)子包括至少一個(gè)附接至輪轂的風(fēng)輪機(jī)葉片。當(dāng)至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片從風(fēng)中提取能量時(shí)輪轂旋轉(zhuǎn)。在風(fēng)輪機(jī)是一種包括用于將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)鏈的情況下，輪轂可以有利地以這種方式連接至主軸，所述方式為將輪轂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的輪轂中，經(jīng)由輪轂上的主軸凸緣和主軸上對(duì)應(yīng)的凸緣，主軸可以連接至輪轂。類似地，所述至少一個(gè)葉片可以經(jīng)由葉片凸緣和風(fēng)輪機(jī)葉片上的對(duì)應(yīng)凸緣連接至輪轂，優(yōu)選經(jīng)由變槳軸承連接至輪轂。
[0008]轉(zhuǎn)子繞著旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地連接至機(jī)艙。機(jī)艙可以收納將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能所必須的部件和系統(tǒng)。部件的范圍從重型發(fā)電機(jī)、變速箱、制動(dòng)器以及變壓器到小的電子部件。
[0009]通過(guò)提供具有用于機(jī)艙和轉(zhuǎn)子之間的電連接的連接和斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)的供電結(jié)構(gòu)，能夠減小用于將電力從機(jī)艙供給至轉(zhuǎn)子的供電結(jié)構(gòu)的磨損，因?yàn)槟軌騼H當(dāng)需要時(shí)建立電連接。
[0010]此外，磨損甚至可以降得更低，因?yàn)楫?dāng)在轉(zhuǎn)子中不需要電力時(shí)能夠中斷電接觸。
[0011]在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)“將電力從機(jī)艙供給至轉(zhuǎn)子”應(yīng)該解釋為意味著將電力從機(jī)艙供給至轉(zhuǎn)子或者轉(zhuǎn)子中包括的元件，或者至少跟隨轉(zhuǎn)子(諸如葉片、輪轂等)的旋轉(zhuǎn)。
[0012]風(fēng)輪機(jī)可以包括適于檢測(cè)轉(zhuǎn)子何時(shí)不旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)傳感器形成開(kāi)關(guān)的一部分。該傳感器可以形成發(fā)電機(jī)的一部分或者簡(jiǎn)單地由發(fā)電機(jī)構(gòu)成，即當(dāng)風(fēng)輪機(jī)不生產(chǎn)電能時(shí)，轉(zhuǎn)子可以被認(rèn)為是“不旋轉(zhuǎn)”。
[0013]由于每當(dāng)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)不必要建立從機(jī)艙至轉(zhuǎn)子的電連接，所以從斷開(kāi)模式至連接模式的改變可以以轉(zhuǎn)子中的電力需求為條件，即風(fēng)輪機(jī)可以適于檢測(cè)轉(zhuǎn)子中電力的需求并且基于檢測(cè)到的需求而從斷開(kāi)模式改變至連接模式。
[0014]作為一個(gè)例子，轉(zhuǎn)子中的電力需求可以是對(duì)用于至少一個(gè)葉片進(jìn)行除冰的電力需求，對(duì)用于加熱輪轂的電力需求，對(duì)用于照明輪轂的電力需求，對(duì)用于維修需要的電力需求等。電力還可以用于其他目的。
[0015]風(fēng)輪機(jī)可以包括檢測(cè)結(jié)構(gòu)以檢測(cè)對(duì)電力的需求。檢測(cè)結(jié)構(gòu)可以具體地與除冰結(jié)構(gòu)通信以當(dāng)除冰結(jié)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)改變至連接模式。
[0016]開(kāi)關(guān)的模式的改變可以由控制結(jié)構(gòu)控制，例如由電子處理器控制。該控制結(jié)構(gòu)可以從旋轉(zhuǎn)傳感器以及從一個(gè)或多個(gè)電力需求傳感器接收輸入。電力需求傳感器可以包括例如溫度傳感器、光傳感器等。此外，模式的改變可以通過(guò)人工干預(yù)開(kāi)啟。
[0017]因而，從斷開(kāi)模式至連接模式的改變可以自動(dòng)執(zhí)行，例如基于指示轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)的信號(hào)，或者基于既指示轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)同時(shí)又指示存在電力需求的信號(hào)。應(yīng)該理解的是，從斷開(kāi)模式改變之前還需要滿足其他參數(shù)。
[0018]在可替換實(shí)施例中，從斷開(kāi)模式至連接模式的改變被人工地執(zhí)行，或者至少通過(guò)人工干預(yù)。
[0019]為了建立機(jī)艙和轉(zhuǎn)子之間的電連接，開(kāi)關(guān)可以包括傳輸接觸面和接收接觸面。接收接觸面可以跟隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而使得接觸面能相對(duì)于彼此移動(dòng)地旋轉(zhuǎn)。因而，在斷開(kāi)模式中，接收接觸面可以與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)，接收接觸面也不旋轉(zhuǎn)，由此開(kāi)關(guān)可以從斷開(kāi)模式改變至連接模式。
[0020]接觸面在接觸切換方向上是可相對(duì)于彼此移動(dòng)的，由此這些面接觸或者不接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，僅一個(gè)面是可移動(dòng)的。作為例子，這可以通過(guò)將接收接觸面剛性地附接至轉(zhuǎn)子以及通過(guò)將傳輸接觸面可移動(dòng)地附接至機(jī)艙而實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，兩個(gè)接觸面都可以在接觸切換方向上可移動(dòng)地附接。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，接觸切換方向從旋轉(zhuǎn)軸線徑向向外，而在另一實(shí)施例中，接觸切換方向軸向地沿著旋轉(zhuǎn)軸線。但是，應(yīng)該理解的是，其他方向也可以適用，這取決于例如接觸面的尺寸和形狀和/或接觸面的位置。
[0022]為了能夠相對(duì)于彼此移動(dòng)接觸面，通過(guò)電動(dòng)致動(dòng)器或者彈簧，至少一個(gè)接觸面可以在接觸切換方向上是可移動(dòng)的。即至少一個(gè)接觸面例如通過(guò)線性致動(dòng)器、電磁致動(dòng)器、壓電致動(dòng)器或者通過(guò)彈簧的釋放而可以移動(dòng)，由此轉(zhuǎn)子和機(jī)艙可以電連接。
[0023]至少一個(gè)接觸面可以是環(huán)形面，所述環(huán)形面形成繞著旋轉(zhuǎn)軸線周向延伸的環(huán)狀元件。從而可以實(shí)現(xiàn)的是，由于另一接觸面可以沿著環(huán)形面的整個(gè)圓周連接時(shí)，機(jī)艙和轉(zhuǎn)子可以在所述至少一個(gè)葉片的任意位置實(shí)現(xiàn)電連接。作為例子，接收面可以形成繞著旋轉(zhuǎn)軸線周向延伸的環(huán)形面。當(dāng)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以具有較小尺寸的傳輸面可以與接收面彼此接觸。
[0024]環(huán)形面可以位于輪轂中或者輪轂處。作為替換，環(huán)形面可以位于機(jī)艙中，例如周向地繞著主軸線。因而，環(huán)形面可以布置在主軸上，例如與旋轉(zhuǎn)接頭(諸如液壓接頭)組合。此外，環(huán)形面可以布置成與布置為例如用于低電力需要的滑環(huán)組合。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)形面從旋轉(zhuǎn)軸線徑向向外，由此通過(guò)在從旋轉(zhuǎn)軸線徑向向外的接觸切換方向上移動(dòng)至少一個(gè)面，例如通過(guò)使一個(gè)接觸面相對(duì)于另一接觸面徑向膨脹或者收縮，傳輸面和接收面可以彼此接觸。
[0026]在可替換實(shí)施例中，環(huán)形面軸向地沿著旋轉(zhuǎn)軸線，由此通過(guò)在軸線向沿著旋轉(zhuǎn)軸線的接觸切換方向上移動(dòng)至少一個(gè)面，可以使傳輸面和接收面彼此接觸。
[0027]至少一個(gè)接觸面可以形成繞著旋轉(zhuǎn)軸線的圓的至少一段。所述圓的該至少一段可以適于接觸上述環(huán)形面。但是，作為其替換，所述至少一段可以適于接觸也不沿著旋轉(zhuǎn)軸線的全周延伸的另一接觸面。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)的數(shù)量等于風(fēng)輪機(jī)葉片的數(shù)量。但是應(yīng)該理解的是，可以需要更少的數(shù)量，諸如僅一個(gè)開(kāi)關(guān)。接收接觸面和傳輸接觸面的數(shù)量不需要相等。開(kāi)關(guān)的數(shù)量還可以等于相位、零線以及接地器的數(shù)量。典型地，一至三個(gè)相位以及一個(gè)零線以及一個(gè)接地器，即總共三至五個(gè)開(kāi)關(guān)。
[0029]為了利于建立接觸面之間的電連接，至少一個(gè)接觸面可以形成另一接觸面的軌道以利于引導(dǎo)相對(duì)移動(dòng)。作為例子，接觸面中的一個(gè)可以具有漏斗狀的形狀，從而提供對(duì)另一接觸面的引導(dǎo)。
[0030]為了利于接觸面的電連接，接觸面可以形成匹配表面印痕。S卩，一個(gè)接觸面的形狀可以匹配另一接觸面的形狀。作為例子，接觸面可以都是波狀，使得一個(gè)接觸面的峰部匹配另一接觸面的槽部，反之亦然。在另一實(shí)施例中，形成在一個(gè)接觸面上的一個(gè)或多個(gè)凹進(jìn)可以匹配形成在另一接觸面上的一個(gè)或多個(gè)突起。在又一可替換實(shí)施例中，一個(gè)接觸面可以具有帶齒的叉狀形狀，該齒裝配到形成在另一接觸面中的軌道中。許多其他匹配表面印痕也可以是適用的。
[0031]通過(guò)對(duì)接觸面設(shè)定形狀使得它們形成匹配表面印痕，一個(gè)接觸面可以同時(shí)提供對(duì)另一接觸面的引導(dǎo)，從而利于建立接觸面之間的電連接。
[0032]為了確保轉(zhuǎn)子停止使得開(kāi)關(guān)能夠被連接從而建立機(jī)艙和轉(zhuǎn)子之間的電連接，風(fēng)輪機(jī)可以包括負(fù)責(zé)在需要的位置停止轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的控制單元?？刂茊卧梢曰谝韵滦畔?lái)控制轉(zhuǎn)子的制動(dòng)從而允許轉(zhuǎn)子的自動(dòng)止停，該信息例如是有關(guān)轉(zhuǎn)子的位置，因而有關(guān)開(kāi)關(guān)的位置，有關(guān)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和/或轉(zhuǎn)子的減速的信息。
[0033]為了限制當(dāng)在從斷開(kāi)模式改變至連接模式之前停止轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)接觸面相對(duì)于彼此精確定位的要求，接觸面具有不同的尺寸則是有利的。因而，較小的一個(gè)接觸面可以在大面積上接觸較大的一個(gè)連接接觸面，從而限制定位要求。
[0034]當(dāng)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器可以核查開(kāi)關(guān)是否準(zhǔn)備就緒進(jìn)行連接，例如通過(guò)核查傳輸接觸面和接收接觸面相對(duì)于彼此的位置是否在預(yù)定可接受范圍內(nèi)。如果被核實(shí)，則開(kāi)關(guān)可以從斷開(kāi)模式改變至連接模式。
[0035]供電結(jié)構(gòu)可以適于供給范圍為10_200kW的電力。尤其，與對(duì)至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片除冰相關(guān)的電力需求會(huì)需要高電力供給，然而，例如照明需求以及例如在輪轂中進(jìn)行維修的電力需求可以是較低的。
[0036]開(kāi)關(guān)可以適于基于轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)而從連接模式改變至斷開(kāi)模式。即當(dāng)轉(zhuǎn)子在靜止期之后開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)可以以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度從連接模式自動(dòng)改變至斷開(kāi)模式。當(dāng)從連接模式自動(dòng)發(fā)生切換時(shí)，這還可以提供供電結(jié)構(gòu)的安全規(guī)程。但是，應(yīng)該理解的是，從連接模式至斷開(kāi)模式的改變還可以人工啟動(dòng)，或者通過(guò)使用其他信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)，諸如指示轉(zhuǎn)子中或者轉(zhuǎn)子中(例如在輪轂中或者至少在一個(gè)葉片中)包括的元件不再存在電力需求的信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0037]現(xiàn)在將參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0038]圖1圖示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的部件，其中一個(gè)接觸面是環(huán)形面；
[0039]圖2圖示了本發(fā)明的替換實(shí)施例的部件，其中一個(gè)接觸面形成圓的至少一段；以及
[0040]圖3圖示了本發(fā)明的第三實(shí)施例的部件，其中兩個(gè)接