專利名稱：集電環(huán)單元和集電環(huán)單元在風力發(fā)電裝置中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據權利要求1所述的、用于在兩個相對彼此可旋轉的組合部件之間傳輸電流的集電環(huán)單元，以及一種根據權利要求11所述的、這樣的集電環(huán)單元在風力發(fā)電裝置中的應用。
背景技術：
集電環(huán)單元通常還由兩個組合部件組成，即定子和轉子。定子通常包括集電環(huán)電刷，相反地轉子大多包括一系列的集電環(huán)。在工作時，集電環(huán)電刷則具有通向旋轉的集電環(huán)的殼層側面的滑動觸頭。這種集電環(huán)單元在多種技術領域中使用，以用于將電信號或電功率從地點固定的電單元傳輸至自身可旋轉的電單元。例如這種集電環(huán)單元安裝在轉子套筒或風力發(fā)電裝置的吊艙中，例如用于傳輸用于驅動裝置的電流，該驅動裝置用于調整轉子葉片的迎角。在公開文件DE 101 55 221 Al中已知了一種用于避免集電環(huán)室中的過熱的裝置， 其中冷卻空氣可以在沒有建筑物阻擋的情況下流入集電環(huán)外殼中。為此在應用發(fā)動機的風扇輪的情況下通過集電環(huán)外殼抽吸空氣。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提出一種集電環(huán)單元，其具有很高的可靠性或使用壽命。特別地，集電環(huán)單元的有利的性能可以在應用在風力發(fā)電裝置的吊艙中時起到作用。該目的根據本發(fā)明通過權利要求1或11所述的特征來實現。在用于在第一和第二組合部件之間傳輸電流的集電環(huán)單元中，兩個組合部件相對彼此圍繞軸線可旋轉地布置。第一組合部件、例如定子包括至少一個集電環(huán)電刷并且第二組合部件、例如轉子包括至少一個集電環(huán)。集電環(huán)電刷和集電環(huán)在集電環(huán)單元的殼體的內室中相接觸，從而相應的滑動觸頭相對于外界影響受到保護。集電環(huán)單元還具有供氣裝置和過濾器，其中通過供氣裝置能使得外界空氣穿過過濾器輸送以便分離污染物并且所過濾的空氣能引入內室中，從而能在殼體的內室中產生壓力，其處于外界空氣的壓力之上。電流在此可以理解為為了傳輸電功率所必需的電流，但也可以理解為設計為信號的電流并且僅僅用于傳輸信息。有利地，集電環(huán)單元這樣配置，即在相對彼此可旋轉的組合部件之間布置滾動軸承，該滾動軸承具有外直徑，其中供氣裝置至少部分地布置在外直徑內部。供氣裝置也就至少部分地處于所計劃的圓柱體形的具有上述外直徑的空間內部。通常，滾動軸承的外直徑符合于滾動軸承的外環(huán)的外直徑。特別地，供氣裝置可以布置在殼體的內室內部。有利地， 集電環(huán)單元這樣配置，即該集電環(huán)單元具有軸向間隔開的滾動軸承，其中供氣裝置至少部分地布置在滾動軸承的軸向間距內部。集電環(huán)單元可以這樣設計，即內室由定子側的殼體和轉子部件、例如軸，以及通過一個或多個滾動軸承限定。優(yōu)選地，一個滾動軸承或多個滾動軸承可以包括各一個密封件，從而該密封件使得能通過滾動軸承泄露的空氣量最小化。在本發(fā)明的另一個設計方案中，供氣裝置配屬于第一組合部件并且第二組合部件可以具有另一個元件。在此，集電環(huán)單元可以這樣配置，即供氣裝置能通過供氣裝置機械耦合在元件上實現驅動。為了實現機械耦合，例如可以應用傳動裝置、特別是凸輪傳動裝置或鉸鏈傳動裝置或耦合傳動裝置以及也可以應用斜盤式傳動裝置(Taumelscheibe)。對于機械耦合可替換地，本發(fā)明也包括集電環(huán)單元，其中供氣裝置可通過電驅動裝置驅動。在本發(fā)明的另一個設計方案中，用于供氣裝置的機械耦合的元件具有環(huán)形的作用面，該作用面沿其圓周具有相對于軸線的不同的間距。換句話說該元件也就這樣設計，即存在不同的點，它們在圓周方向上間隔開地布置在作用面上，其相對于軸線的間距的大小不同。此外，元件可以相對于第一組合部件、特別是圍繞軸線旋轉。集電環(huán)單元可以這樣配置，即元件相對于第一組合部件能以一個轉速旋轉，該轉速等于至少一個集電環(huán)的轉速。 這樣設計的元件例如可以設計為凸輪盤、偏心輪盤或盤形凸輪。有利地，元件可以具有軸向貫通的穿孔，從而相應地也可以涉及一種凸輪環(huán)、偏心輪環(huán)或一種盤形凸輪環(huán)。有利地，集電環(huán)沿表面、特別是圓柱形的殼層表面，能通過集電環(huán)電刷接觸，其中用于實現供氣裝置的機械耦合的元件的作用面隨后能平行于表面導向。該表面通常是在集電環(huán)的外殼層表面上的環(huán)形帶，其中這個帶的軸向伸展距離可以最小化到零。作用面相對于該表面的平行性(集電環(huán)電刷沿該表面接觸集電環(huán))例如可以這樣實現，即所涉及的表面分別處于圓柱體殼層側面上，其中兩個圓柱體殼層側面的軸線彼此平行導向。在此，所涉及的圓柱體可以具有不同的直徑和/或其軸線可以偏移。在本發(fā)明的改進方案中，集電環(huán)單元可以這樣配置，即第二組合部件具有多個集電環(huán)，集電環(huán)彼此軸向間隔開地排列并且元件列入集電環(huán)的序列中。集電環(huán)的序列相應地沿軸向長度延伸。集電環(huán)單元還可以這樣設計，即供氣裝置至少部分地布置在這種軸向長度內部?？商鎿Q地，可以在應用斜盤式傳動裝置用于實現機械耦合時產生供氣裝置的相應軸向定向的往復運動。如果供氣裝置設計為容積式泵，特別是設計為振蕩泵，特別是設計為膜片式壓縮機，則這是特別有利的。此外，可以在相對彼此可旋轉的組合部件之間布置滾動軸承，該滾動軸承具有密封件。有利地，集電環(huán)單元這樣配置，即相對較小的體積流或質量流的被過濾的外界空氣被輸送到內室中。這一方面通過具有較小輸送量的供氣裝置的結構形式并且還通過內室的高效的密封件實現。在任何情況下，在本發(fā)明的有利的設計方案中空氣體積或者由內室封閉的氣團都每小時不超過兩次地、有利地少于一次地被完全交換。這種考慮特別涉及固定式的工作狀態(tài)。根據本發(fā)明的另一個方面，集電環(huán)單元可以應用在風力發(fā)電裝置的吊艙中，特別是用于傳輸用于轉子葉片調整的電驅動裝置的電流。這種風力發(fā)電裝置通常在外界環(huán)境中，例如在干燥的區(qū)域中安裝，其恰好在主要有較大風速的情況下具有在外界空氣中作為污染物的顆粒的提高的濃度。在這種環(huán)境中，可能降低傳統(tǒng)的集電環(huán)單元的使用壽命。
4
本發(fā)明的有利的設計方案由從屬權利要求中獲得。


根據附圖由下面的對一個實施例的描述中得出根據本發(fā)明的集電環(huán)單元的其它細節(jié)和優(yōu)點。圖中示出圖1示出了集電環(huán)單元的縱截面圖，圖2示出了根據圖A-A的集電環(huán)單元的橫截面圖。
具體實施例方式根據圖1和2，根據本發(fā)明的集電環(huán)單元包括第一組合部件，其可以稱為定子1，并且還包括在下面稱為轉子2的第二組合部件。集電環(huán)單元用于在轉子2和定子1之間傳輸電流，其中轉子2和定子1相對彼此圍繞軸線A可旋轉地布置。轉子2包括軸2. 1，軸在當前的實施例中設計為空心軸。徑向地在軸2. 1外部，首先是基本上成管狀的部件2. 4，其例如可以由鋁制成。在其上還徑向地在外部連接地布置有支撐管2. 5，該支撐管具有在軸向方向上延伸的空隙2. 51。在優(yōu)選地可以由塑料或陶瓷制成的電絕緣的支撐管2. 5上，防扭轉地固定有集電環(huán)2. 2，該集電環(huán)通過電絕緣的圓環(huán)2. 3以軸向間距軸向彼此分離。出于簡明性的原因，在附圖中不顯示電線。盡管如此，在實施例中每個彼此軸向間隔開地排列的集電環(huán)2. 2在其內側上和電線相連，電線分別沿空隙2. 51在軸向方向上布設在轉子2中并且通過在軸2. 1 的軸向端部上的槽2. 11之一離開轉子2。通常，槽2. 11在布設電線之后利用填料密閉地密封。除了集電環(huán)2. 2之外，在支撐管2. 5上還抗扭地安裝有元件2. 6，該元件在所述實施例中基本上設計為環(huán)形。該裝置這樣設計，即元件2. 6列入集電環(huán)2. 2的序列中。元件 2. 6的向內指向的表面沿圓周線延伸，其中心點和軸線A相交。因此元件2. 6的向內指向的表面、或者說內表面也就具有和集電環(huán)2. 2的內直徑相同的直徑。元件2. 6的外表面或者說作用面相反地沿其圓周具有相對于軸線A的不同的間距r，R0特別地，作用面同樣可以沿圓周線延伸，其中該圓周線的中心點以偏心率e相對于軸線A偏移地布置。相應地，在這種情況下元件2. 6可以稱為偏心環(huán)。定子1具有由絕緣材料制成的支架1. 3。在支架1. 3上固定有集電環(huán)電刷1. 2，該集電環(huán)電刷配屬于定子1并且彈性接觸集電環(huán)1. 2。集電環(huán)電刷1. 2和集電環(huán)2. 2都布置在殼體1. 1的內室I中以用于相對于外界影響進行保護，其也由兩個滾動軸承3和軸2. 1 或管形的部件2. 4限定。特別地，那個在其中集電環(huán)電刷1. 2和集電環(huán)2. 2相接觸的區(qū)域布置在殼體的內室I中。此外，在附圖中也未示出定子側的電線。此外，定子1包括供氣裝置1. 5，供氣裝置在所述的實施例中設計為能壓縮的膜片泵并且在其那方面包括安裝支腿1. 51以及凹進的容納體1. 52。供氣裝置1. 5布置在殼體 1. 1的內室I中。通過管形的元件2. 6和徑向預加應力的供氣裝置1. 5的容納體1. 52的持續(xù)的接觸，供氣裝置1. 5和元件2. 6這樣作用連接，即環(huán)形的作用面W在環(huán)形的元件2. 6旋轉時根據附圖中的雙箭頭產生徑向的往復運動。徑向對供氣裝置1.5預加應力例如可以通過供氣裝置1. 5的內部中的彈簧實現，從而確保供氣裝置1. 5和元件2. 6的持續(xù)接觸并且往復運動在朝向于軸線A的方向上以及在反向于這個方向時都是可能的。過濾器1. 4位于供氣裝置1. 5的吸入側上，該過濾器用于分離在外界空氣中的污染物。過濾器1. 4通過吸入管路1. 6和供氣裝置1. 5連接，其中在過濾器1. 4和供氣裝置 1.5之間布置有止回閥1.8，該止回閥用于使得空氣僅僅可在輸送方向上通過并且因此防止空氣從供氣裝置1. 5回流到過濾器1. 4。此外，在供氣裝置1. 5上設置壓力管路1. 7，在其上同樣也安裝有止回閥1. 9，從而使得空氣不能從殼體1. 1的內室I中流向供氣裝置1. 5。 壓力管路1.7朝向于內室I打開。定子1和轉子2借助于滾動軸承3相對彼此可旋轉。滾動軸承3包括外環(huán)3. 1、內環(huán)3. 2以及滾動體3. 3以及，特別是滑動的，密封件3. 4。集電環(huán)單元可以根據實施例安裝在具有水平的旋轉軸的風力發(fā)電裝置的吊艙中。 在可旋轉地支撐在塔上的吊艙中也還安置有發(fā)電機和同樣安置有傳動裝置。集電環(huán)單元用于將電流傳輸至電驅動裝置或電機，其用于調整轉子葉片的迎角。這種驅動電機安裝在風力發(fā)電裝置的轉子套筒中并且因此與風力發(fā)電裝置轉子一同旋轉。相應地，集電環(huán)單元的定子1防扭轉地和吊艙連接。集電環(huán)單元的軸2. 1用于容納風力發(fā)電裝置轉子的輔助軸，其作為從動軸的軸向延長部存在。相應地，也就在所涉及的風力發(fā)電裝置進行生產性工作時，集電環(huán)單元的轉子 2以風力發(fā)電裝置轉子的從動軸的轉速旋轉。如果風力發(fā)電裝置處于靜止，則轉子2也處于靜止。如果也就是說在風力發(fā)電裝置進行工作時，集電環(huán)單元的軸2. 1進入旋轉狀態(tài)， 則集電環(huán)單元的轉子2就圍繞軸線A以和風力發(fā)電裝置的從動軸相同的轉速旋轉。因此， 設計為偏心環(huán)的元件2. 6也以從動軸的轉速旋轉。通常，在風力發(fā)電裝置中，最大轉速處于 IOOmirT1之下，特別是處于 δη^ιΓ1之下。這種旋轉運動通過元件2. 6和供氣裝置1. 5的共同作用轉換為根據附圖中雙箭頭的供氣裝置1. 5的往復運動。因此供氣裝置1. 5通過機械耦合在旋轉的軸2. 1上或者說直接通過機械耦合在元件2. 6上實現驅動。由此，在集電環(huán)單元外部具有壓力P 的外界空氣通過過濾器1. 4輸送，其中處于外界空氣中的污染物，例如灰塵顆粒不能經過過濾器1.4，也就是說被從外界空氣中分離出去。被過濾的空氣隨后通過吸入管路1. 6、供氣裝置1. 5和壓力管路1. 7以及通過止回閥1. 8，1. 9引入殼體1. 1中。 殼體1. 1被盡可能地密封，特別是軸承3的密封件3. 4有助于，即當軸2. 1在殼體1. 1的內室I中旋轉時，產生壓力Pi。內室I中的壓力Pi相應地處于外界空氣的壓力P 之上。由于所輸送的空氣流、或者說所輸送的空氣量通過供氣裝置1. 5的設計方案而相對較低并且此外在內環(huán)3. 1相對于外環(huán)3. 1旋轉時，密封件3. 4可以泄露一定的空氣量，因此壓力Pi在連續(xù)工作時調節(jié)到一恒定大小。通過在殼體1. 1的內室I中的這個壓力Pi,可以有效地防止污染物在集電環(huán)單元的任意位置上滲入并且推進至滑動觸頭，這是因為集電環(huán)2. 2和集電環(huán)電刷1.2都處于內室I中。如果風力發(fā)電裝置隨后停止，則內室I中的壓力Pi由于集電環(huán)單元的密封的結構形式而在較長時間內停留在外界空氣的壓力P 的水平之上。因此也可以在這種狀態(tài)中避免將污染物推進至滑動觸頭。此外，如果內環(huán)3. 1相對于外環(huán)3. 2停止，則滾動軸承3的密封件3. 4具有提高的密封作用。此外，在彈性變形的密封件3.4和具有在內室I中的振蕩壓力Pi的內環(huán)3. 1或外環(huán)3. 2之間的可能的間隙變得更小，從而可以始終泄露較少的空氣。 這種彈性變形由在內室I中的壓力Pi和外界空氣的壓力P 之間的差的大小而產生并且相應地使得減小的差更小。 在較長的無風時段方面，此外也需要考慮的是，即在這個階段中實際上沒有污染物、例如灰塵顆粒被運送到吊艙的高度，從而在這種邊界條件下幾乎不能產生對于集電環(huán)單元的損害。
權利要求
1.一種集電環(huán)單元，用于在第一和第二組合部件(1, 之間傳輸電流，其中兩個所述組合部件(1, 相對彼此圍繞軸線(A)可旋轉地布置，其中-所述第一組合部件(1)包括至少一個集電環(huán)電刷(1.2)并且-所述第二組合部件( 具有至少一個集電環(huán)(2.幻，其中至少一個所述集電環(huán)電刷(1. 和至少一個所述集電環(huán)(2. 在殼體(1. 1)的內室 (I)中相接觸，其特征在于，所述集電環(huán)單元具有供氣裝置(1. 和過濾器(1.4)，其中通過所述供氣裝置(1. 5)能使得外界空氣穿過所述過濾器(1. 4)輸送以便分離污染物并且所過濾的空氣能引入所述內室(I)中，從而能在所述殼體(1. 1)的所述內室(I)中產生壓力(Pi),所述壓力處于外界空氣的壓力(P0J之上。
2.根據權利要求1所述的集電環(huán)單元，其特征在于，在相對彼此可旋轉的所述組合部件(1, 之間布置滾動軸承(3)，所述滾動軸承具有外直徑(Da)，其中所述供氣裝置(1.5) 至少部分地布置在所述外直徑(Da)內部。
3.根據權利要求1所述的集電環(huán)單元，其特征在于，所述供氣裝置(1.5)布置在所述殼體(1.1)的所述內室(I)中。
4.根據權利要求1所述的集電環(huán)單元，其特征在于，所述供氣裝置(1. 配屬于所述第一組合部件(1)并且所述第二組合部件( 具有元件(2. 6)，其中所述集電環(huán)單元這樣配置，即所述供氣裝置(1. 能通過所述供氣裝置(1. 機械耦合在所述元件(2.6)上實現驅動。
5.根據權利要求4所述的集電環(huán)單元，其特征在于，所述元件(2.6)具有環(huán)形的作用面 (W)，所述作用面沿所述作用面的圓周具有相對于所述軸線(A)的不同的間距(R，r)。
6.根據權利要求5所述的集電環(huán)單元，其特征在于，至少一個所述集電環(huán)(2.2)沿表面 (U)能通過至少一個所述集電環(huán)電刷(1.2)接觸并且所述元件(2.6)的所述作用面(W)平行于所述表面(U)導向。
7.根據權利要求4所述的集電環(huán)單元，其特征在于，所述元件(2.6)具有環(huán)形的作用面 (W)并且至少一個所述集電環(huán)(2. 2)沿表面(U)能通過至少一個所述集電環(huán)電刷(1.2)接觸并且所述元件(2.6)的所述作用面(W)平行于所述表面(U)導向。
8.根據權利要求4所述的集電環(huán)單元，其特征在于，所述第二組合部件( 具有多個集電環(huán)(2. 2)，所述集電環(huán)彼此軸向間隔開地排列并且所述元件(2. 6)列入所述集電環(huán)(2. 2) 的序列中。
9.根據權利要求1所述的集電環(huán)單元，其特征在于，所述供氣裝置(1.5)設計為容積式泵，特別是設計為膜片式壓縮機。
10.根據權利要求1所述的集電環(huán)單元，其特征在于，在相對彼此可旋轉的所述組合部件(1, 之間布置滾動軸承(3)，所述滾動軸承具有密封件(3. 4)。
11.一種根據權利要求1所述的集電環(huán)單元在風力發(fā)電裝置的吊艙中的應用，特別是用于傳輸用于轉子葉片調整的電驅動裝置的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及集電環(huán)單元和集電環(huán)單元在風力發(fā)電裝置中的應用，一種具有第一和第二組合部件(1，2)的集電環(huán)單元，它們相對彼此圍繞軸線(A)可旋轉地布置。第一組合部件(1)包括至少一個集電環(huán)電刷(1.2)并且第二組合部件(2)包括至少一個集電環(huán)(2.2)。集電環(huán)電刷(1.2)和其中一個集電環(huán)(2.2)在殼體(1.1)的內室(I)中相接觸。集電環(huán)單元具有供氣裝置(1.5)和過濾器(1.4)，其中通過供氣裝置(1.5)能使得外界空氣穿過過濾器(1.4)輸送以便分離污染物并且所過濾的空氣能引入內室(I)中，從而能在殼體(1.1)的內室(I)中產生壓力(Pi)，該壓力處于外界空氣的壓力(P∞)之上。
文檔編號H02K5/14GK102457127SQ20111027452
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者埃爾溫·巴德勒本, 路德維希·安格波因特納 申請人:Ltn伺服技術有限責任公司