軸承和風力發電設備制造技術

用于調節風力發電設備的轉子葉片(220)的沖角的軸承(200)，按照一種實施例包括第一軸承圈(230)和第二軸承圈(240)，其中，所述第一軸承圈(230)和所述第二軸承圈(240)可以相對轉動，其中，作為直線電動機(100)的動子的第一軸承圈(230)包括由沿其周向的至少一部分彼此相鄰設置的多個(350)磁場源(110)，其中，所述磁場源(110)這樣設計，使得每兩個彼此相鄰設置的磁場源(110)產生具有交變極性的磁場，并且其中作為直線電動機(100)的定子的第二軸承圈(230)包括至少兩個沿其周向的至少一部分彼此相鄰設置的線圈(170)。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種軸承和一種風力發電設備。
技術介紹
在風力發電設備中，通過改變相應風力發電設備的轉子上的一個或多個轉子葉片的沖角而產生轉速，相應風力發電設備的轉子以該轉速進行轉動。在此，所述轉子葉片的沖角在此可能設定成會形成流動分離，接著流經的空氣對于轉子和轉子葉片的作用力會中斷，從而實現轉子的減速停轉。這個過程也稱為主動失速(active stall)。在此,沖角的改變理解為，轉子葉片沿其縱向軸線旋轉，用于使流經的空氣，也就是風或陣風作用在較小的作用面上。在風力發電設備中，通常已經合理地設計了改變轉子葉片沖角的可行方案，用于限定相關系統的輸出功率并且防止所述系統超負荷。為了控制風力發電設備的輸出功率，動葉片轉動時的角度典型地在幾度至25°之間或更大。反之在緊急情況中，所述轉子葉片通常以90°旋轉，用于如上述使轉子停止。在此，可以通過各種途徑改變動葉片的沖角。在輸出功率不足300kW(典型的數值在約IOOkW的范圍內)的小型風力發電設備中，常常應用機械系統，其中通過離心力引起沖角的改變。在輸出功率大約在300kW至500kW范圍內的中型風力發電設備中，應用液壓系統調節沖角。在典型的輸出功率大于500kW的大型風力發電設備中,應用電力系統調節沖角。用于控制轉子葉片的沖角的電力系統通常所產生的有利的效果是，可以精確地調節和控制風力發電機的輸出功率。此外，必要時還可以提升風力發電設備的部件的整體壽命，因為必要時可以避免達到負載峰值。電力系統相對液壓系統還具有的優點是，無需考慮液壓油滲漏的危險。輸出功率大于500kW的新型風力發電設備典型地配備電力系統，用于調節或控制轉子葉片的沖角，因為在風力發電設備具有多個動葉片的情況中，可以通過電動機單獨地調節各個動葉片的沖角。由此可以節省轉子殼體內部的結構空間。據此，常常使用雙列角接觸球軸承作為變槳軸承。在此，軸承圈之一設有輪齒，電驅動設備可以借助該輪齒與相應的軸承圈連接。在此通常將內圈與對應的轉子葉片抗扭地連接，因此所述內圈在其內側具有相應的輪齒。為了調節轉子葉片的沖角常常需要相對較大的扭矩。因此，電驅動裝置典型地具有一級或多級的行星齒輪箱或還具有蝸輪蝸桿傳動機構，蝸輪蝸桿傳動機構處于電動機和與相關滾動軸承環嚙合的小齒輪之間。但是，由于要維持的公差水平、在輪齒區域所要求和要保證的特性(如硬度和剛性)和其他方面的特性，對制造具有相應輪齒的軸承圈提出了更大的挑戰。因此，在如此大的軸承圈上制造相應輪齒的過程是一種典型的昂貴的制造過程。
技術實現思路
因此需要提供一種制造簡單的用于調節風力發電設備的轉子葉片的沖角的軸承。這種需求可以通過一種按照實施例的用于調節風力發電設備的轉子葉片的沖角的軸承滿足，這種軸承具有第一軸承圈和第二軸承圈，其中第一和第二軸承圈能夠相對旋轉，作為直線電動機的動子的第一軸承圈包括多個沿其周向的至少一部分彼此相鄰布置的磁場源，其中所述磁場源這樣設計，即，每兩個彼此相鄰布置的磁場源產生具有交變極性的磁場。作為直線電動機的定子的第二軸承圈包括由至少兩個沿其周向的至少一部分彼此相鄰設置的線圈構成的組。按照一種實施例的風力發電設備包括轉子和轉子葉片以及按照實施例的軸承，該軸承這樣設置在轉子和轉子葉片之間，使得轉子葉片與第一軸承圈、轉子與第二軸承圈分別機械抗扭地相互連接，用以實現轉子葉片沖角的改變。軸承和風力發電設備的實施例基于如下認知，即通過應用直接被設計作為第一和第二軸承圈的部件的直線電動機，可以不再需要對軸承圈制齒。通過直接驅動電機取代了具有相應傳動機構的傳統電機。直接驅動電機不僅能提供足夠高的扭矩并且可實現非常好的可調節性或可控制性，還能夠不再需要傳動機構和由此的連接間隙。由于不再使用傳動機構，必要時也能夠避免在一段時間后出現的齒的磨損。這種磨損會在使用基于齒輪的傳動機構的過程中出現并且致使無法保證精確的調節性。在這種情況下，在傳統的軸承中常常需要非常昂貴的更換工作，通過使用按照一種實施例的軸承必要時可以節省這筆費用。由于可以省略附加的機械部件、尤其是相應的傳動機構，則通過使用按照一種實施例的軸承同樣可以節省風力發電設備的內部結構空間，例如轉子殼體的內部結構空間。按照一種實施例的軸承可以設計為滾動軸承，其具有多個滾子，滾子設置在第一軸承圈和第二軸承圈之間并且與第一軸承圈和第二軸承圈的滾道接觸。因此，軸承例如可以是單列或多列軸承，例如雙列四點接觸球軸承。然而在其他實施例中，軸承同樣可以是滑動軸承。獨立于所實施的軸承類型，按照一種實施例的軸承還可以具有作為可選部件的潤滑劑系統。在按照一種實施例的軸承中，由線圈構成的組中的線圈和由多個磁場源中的磁場源常常彼此相對地設置。由此可以通過減小它們的間距以改善磁場源與線圈的磁場或磁通量的耦合或交變作用。在一種實施例中，由線圈構成的組中的相鄰線圈具有一致的纏繞方向。在這種情況中，由線圈構成的組中的所有線圈可以具有相同的纏繞方向。在其他的實施例中，在相鄰的線圈中也可以是交替的纏繞方向。與之獨立地，線圈可以串聯或并聯。在按照一種實施例的軸承中，多個磁場源基本沿著第一軸承圈的整個周向布置。由此，軸承可實現較大的運行路程。必要時同樣也可以使軸承圍繞任意角度，也就是可以超過360。旋轉。 在另一種軸承的實施例中，所述多個磁場源也可以相對所述第一軸承圈的中心點沿其周向設置在預定的角度范圍內，另一預定的角度范圍直接與之連接，其中不設置磁場源。在這種軸承的實施例中，所述預定的角度范圍至少為75°。由此，轉子葉片的沖角不僅可以用于調節輸出功率，而且在出現緊急情況時必要時可以旋轉動葉片的沖角至一定范圍，由此降低由于強風在風力發電設備上出現重大損傷的可能性。在其他實施例中，軸承可以這樣設計，即，所述預定角度范圍至少為90°，以實現動葉片的進一步旋轉以及更大地改變沖角，從而進一步減小受損的危險。在這種軸承的實施例中，所述預定的角度范圍為至少90° (例如100°或120° )與最小角度范圍之和，在該最小角度范圍中由線圈構成的組相對第二軸承圈的中心設置。由此可以保證動葉片的轉動，也即保證了動葉片的沖角至少可以調節90°，因此動葉片能夠完全“從迎風區域內”轉出，從而減小或完全避免如前所述的由于陣風或風引起的損傷。在這種軸承的實施例中，所述角度范圍至少是最小角度范圍的一倍，在所述最小的角度范圍中由線圈構成的組相對第二軸承圈的中心點設置。在其他的實施例中，所述另一預定角度范圍可以是多倍的、例如兩倍或三倍的預定角度范圍。這樣，相對于傳統電動機，所應用的直線電動機恰好能夠經濟地實現必要的磁場源。由此不僅可以降低制造按照一種實施例的軸承的費用，必要時還可以簡化制造流程。在按照一種實施例的軸承中，所述由線圈構成的組這樣設置，使得由線圈構成的組中的兩個相鄰的線圈相對第二軸承圈的中心點構成的夾角與兩個相鄰的磁場源相對第一軸承圈的中心點構成的夾角的比值在O. 6至O. 95之間或在1. 05至1. 4之間。由此可以實現直線電動機的緊湊的結構形式和/或可能的情況下改善扭矩的作用和/或響應性能。在其他實施例中，所述比值同樣可以在O. 8至O. 95之間或在1. 05至1. 25之間，或者也可以在O. 85至O. 95或在1. 05至1. 15之間。由此可以必要時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于調節風力發電設備的轉子葉片(220)的沖角的軸承(200)具有以下特征：第一軸承圈(230)和第二軸承圈(240)，其中，所述第一軸承圈(230)和所述第二軸承圈(240)能夠相對轉動，其中，作為直線電動機(100)的動子的所述第一軸承圈(230)包括由沿其周向的至少一部分彼此相鄰設置的多個(350)磁場源(110)，其中，所述磁場源(110)這樣設計，使得每兩個彼此相鄰設置的所述磁場源(110)產生具有交變極性的磁場，其中，作為直線電動機(100)的定子的所述第二軸承圈(240)包括由至少兩個沿其周向的至少一部分彼此相鄰設置的線圈(170)構成的組(190)。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：S齊格勒，B范麗雯，A斯圖本勞克，A德夫里斯，A奧爾謝夫斯基，
申請(專利權)人：SKF公司，
類型：發明
國別省市：