[发明专利]风能设备和用于风能设备的能量传输装置

说明书

风能设备用来借助于转子将风的动能转换成电能，以便例如将电能馈入到输电网中。风流的动能作用到转子叶片，这些转子叶片安装在转子轮毂上并且在风流情况下被置于旋转运动中。旋转运动直接地或借助于传动装置传输到发电机上，该发电机将动能转换成电能。包括发电机的传动系在传统的风能设备中设置在安装在塔上的吊舱中。

风能设备的转子叶片具有气动轮廓，该气动轮廓引起压力差，该压力差取决于在转子叶片的抽吸侧和压力侧之间的流速差。该压力差引起作用到转子上的转动力矩，该转动力矩影响转子的速度。

风能设备主要具有水平转轴。在这种风能设备中，借助于伺服电机进行通常的吊舱的风向追踪。在此，通过方位轴承与塔连接的吊舱围绕其轴旋转。

相对于单叶片、双叶片或四叶片的转子，具有3个转子叶片的转子更通用，因为三叶转子可以在振动技术上简单地控制。在具有偶数转子叶片的转子情况下，由于滑流效应而作用于转子叶片的倾斜力通过错移180°的对置的转子叶片被加强，由此形成更高的力学和材料上的要求。具有5或7个转子叶片的转子导致如下气动状态，这些气动状态会在数学上相对复杂地描述，因为在转子叶片上的气流相互影响。此外，这种转子不实现增产，该增产与相对于具有3个转子叶片的转子的额外开销有经济学上的关系。

通常，风能设备具有用于转子叶片调整的桨距驱动系统。通过转子叶片的迎角调整改变在转子叶片的抽吸侧和压力测之间的流速差。这又影响到作用到转子上的旋转力矩和转子速度。

桨距驱动和控制系统的工作需要电能，该电能在传统的风能设备中通过集电环从吊舱传输到设置在转子轮毂中的电负载上。通过集电环还反复地传输用于桨距驱动或控制系统的状态信号和控制信号。集电环遭受机械磨损并且是风能设备中的并不重要的潜在干扰源。

本发明基于如下任务，提出一种风能设备，其桨距驱动和控制系统相对于外部环境条件可靠而鲁棒性地被供电，并且为此提出了一种合适的系统部件。

根据本发明，该任务通过具有在权利要求1中所说明的特征的风能设备和通过具有在权利要求11中所说明的特征的电能传输装置来实现。本发明有利的改进方案在从属权利要求中说明。

根据本发明的风能设备具有转子，其包括安置在吊舱上的转子轮毂和多个可以分别借助于电驱动装置调整的转子叶片。发电机与转子连接。与转子轴承同心地设置有旋转变压器，该旋转变压器设置用于多个设置在转子轮毂中的电负载的能量供给。旋转变压器的一级部分与吊舱连接。旋转变压器的二级部分设置在转子轮毂中并且可以随着其旋转。此外，风能设备包括用于从低频供给电压中产生高频激励电压的第一变频器，该变频器连接在一级部分和供给电压源之间。此外，设置有用于从变压过的高频激励电压中产生低频的负载电压的第二变频器，该第二变频器连接在转子轮毂中的电负载与二级部分之间。

代替第二变频器，可以设置用于从变压过的高频激励电压中产生直流电压的整流器，该整流器连接在转子轮毂中的电负载与二级部分之间。此外，旋转变压器可以是将转子与发电机连接的传动装置的组成部分，并且在转子侧的驱动轴端部通过电插接装置提供高频交流电压。

根据本发明的风能设备能够实现工作安全地并且不经受维护限制地为设置在转子轮毂中的电负载供给电能。这尤其对于离岸风能设备具有重要意义。根据本发明的风能设备尤其由于用于转动变压器的高频激励电压的使用而相对于通过风力施加在转子和吊舱上的弯曲力矩是鲁棒性的，而没有对于在一级部分和二级部分之间的气隙宽度的变化的不利影响。此外，旋转变压器实现用于驱动至少3个桨距驱动和控制系统的足够大的持续功率的传输。

相应地，本发明有利的改进方案是可以随着转子轮毂旋转的发电机的电枢，并且电枢绕组连接到旋转变压器的二级部分上。这能够实现风能设备紧凑且低成本的实施形式。

旋转变压器可以根据另一有利的扩展方案集成到转子轴承中，并且转子轴承可以集成到将转子和发电机连接的传动装置的驱动侧的轴承中。转子、传动装置、轴承以及旋转变压器可以以这种方式有效地彼此协调并且可以实现节省位置的设备部件构造。

相应地，本发明优选的改进方案具有超过25kHz的频率的高频激励电压。以这种方式，可以避免通过风能设备的工作带给人的声学干扰。

下面借助附图根据实施例详细阐述本发明。其中：

图1示出了具有根据本发明的电能传输装置的风能设备的第一变形方案，

图2示出了具有根据本发明的电能传输装置的风能设备的第二变形方案，

图3示出了具有根据本发明的电能传输装置的风能设备的第三变形方案，