專利名稱:軸承和風力發(fā)電設備的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種軸承和一種風力發(fā)電設備。
背景技術:
在風力發(fā)電設備中,通過改變相應風力發(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)的輸出功率并且防止所述系統(tǒng)超負荷。為了控制風力發(fā)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(fā)電設備中,常常應用機械系統(tǒng),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(fā)電設備中,應用液壓系統(tǒng)調節(jié)沖角。在典型的輸出功率大于500kW的大型風力發(fā)電設備中,應用電力系統(tǒng)調節(jié)沖角。用于控制轉子葉片的沖角的電力系統(tǒng)通常所產生的有利的效果是,可以精確地調節(jié)和控制風力發(fā)電機的輸出功率。此外,必要時還可以提升風力發(fā)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(tǒng)相對液壓系統(tǒng)還具有的優(yōu)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(fā)電設備典型地配備電力系統(tǒng),用于調節(jié)或控制轉子葉片的沖角,因為在風力發(fā)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(jié)各個動葉片的沖角。由此可以節(jié)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(jié)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(huán)嚙合的小齒輪之間。但是,由于要維持的公差水平、在輪齒區(qū)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(zhàn)。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。
發(fā)明內容
因此需要提供一種制造簡單的用于調節(jié)風力發(fā)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(jié)風力發(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)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(jié)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(jié)性。在這種情況下,在傳統(tǒng)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(jié)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(jié)省風力發(fā)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(tǒng)。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(jié)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(fā)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(jié)90°,因此動葉片能夠完全“從迎風區(qū)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(tǒng)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。由此可以必要時有效地使用所需的結構空間和/或改善響應性能和/或扭矩的作用。在一種實施例中,典型的是在第二軸承圈上的線圈總數不同于在第一軸承圈上的磁場源的數量。在諸多實施例中,在第二軸承圈上的線圈總數通常小于在第一軸承圈上的磁場源的總數的1/3、1/4、1/5或1/7。在其他實施例中,然而也可以采用相應不同的線圈總數和磁場源總數的比值。在按照一種實施例的軸承中,由線圈構成的組設置在相對第二軸承圈的中心點的最大為30°的角度范圍中。由此,可以在空間上進一步限制磁場源的使用和/或進一步延長直線電動機可達到的運行路程。如此必要時可以簡單和/或廉價地制造按照一種實施例的軸承。在這種按照實施例的軸承中,另一角度范圍直接與所述角度范圍鄰接,在所述另一角度范圍中在第二軸承圈上不設置線圈,并且另一角度范圍至少為30°。在其他實施例中,所述另一角度范圍至少為45°、75°、90° UOO0或120°。因此在一種實施例中必要時可以為每段多個磁場源精確地配屬一個由線圈構成的組。在按照一種實施例的軸承中,所述由線圈構成的組中的線圈設置在共同的軛架上。由此必要時可以改善直線電動機的效率,進而必要時改善可獲得的扭矩。在這種軸承的實施例中,在共同的軛架上僅設置由線圈構成的組中的線圈,即唯一一個由線圈構成的組中的線圈。在這種軸承中,恰好由線圈構成的組中的線圈設置在共同的軛架上。由此可以必要時進一步提升直線電動機的效率,因為必要時可以避免受其他線圈的磁場的干擾或影響。在此,所述共同的軛架例如可以由軟磁性材料制成。由此必要時可以通過更好地弓I導磁場線進一步提升直線電動機的效率。按照一種實施例的軸承可以具有例如規(guī)則地沿第一軸承圈設置的多個由線圈構成的組,其中,在兩個相鄰的由線圈構成的組之間、沿著第二軸承圈的周向在至少30°的角度范圍內不設置線圈。第一軸承圈沿著其周向的一部分具有其他的多個彼此相鄰設置的磁場源,其中,其他的多個磁場源這樣設計,使得每兩個彼此相鄰設置的磁場源產生具有交變極性的磁場。由此,通過設置第二組由線圈構成的組以及相應的其他多個磁場源,也就是設置另外地直線電動機,可以必要時進一步提升直線電動機的扭矩。在這種實施例中,由于至少要保證產生直線電動機的運行路程、也即轉子葉片的沖角的最小變化范圍例如保證是90°或合理的或需要是90°,則采用最多三組由線圈構成的組或最多兩組由線圈構成的組。在按照一種實施例的軸承中,多個磁場源中的磁場源各自包含永磁體,例如釹鐵硼永磁體,或線圈。由此在使用永磁體或永磁鐵的情況下可以簡單地制造軸承,因為必要時可以取消磁場源的電接觸。在使用線圈作為磁場源的情況中,可以必要時使直線電動機達到更好的可控性。在這種情況下,因為軸承可旋轉的最大旋轉角通常明顯小于360°,便可順利地弓I導電線接通線圈。此外,兩個前述可選項的組合也是可行的,其中線圈用于加強由永磁體產生的磁場。在按照一種實施例的軸承中,磁場源必要時可以包括用于引導磁場線的軟磁材料。由此,必要時磁場源可以準確地與軸承的幾何尺寸相匹配,尤其必要時可以提高直線電動機的效率。在按照一種實施例的軸承中,第一軸承圈是軸承的內圈并且第二軸承圈是軸承的外圈。這種配置是在風力發(fā)電設備中通常所應用的配置。顯然在其他實施例中,第一軸承圈也可以是軸承的外圈,同時第二軸承圈是軸承的內圈。此外,顯然還可以這樣使用按照一種實施例的軸承,兩個軸承圈之一或兩個軸承圈(即第一和第二軸承圈)可以相對另一構件轉動或平動。在本說明中所用的概念“定子”和“動子”僅僅反映了與直線電動機相關的通常的專業(yè)術語,然而并非表明相關的軸承圈在固定位置上設置,特別是在使用“定子”這一概念方面。因此必要時也可以這樣使用按照一種實施例的軸承圈,使得所述第二軸承圈旋轉。在本說明中所提及的軸承圈的中心點可以理解為,在軸承的軸線上、軸承的旋轉軸線上、在相應軸承圈的對稱軸線或旋轉軸線上的(任意)點。本說明的范圍內的角度或角度范圍應理解為,只要不超出本說明或通過明確定義得出的其他內容,就可以表示為最小角度或最小角度范圍。當例如所述的組或其他對象圍成一角度或設置在該角度范圍中時,則角度或角度范圍各自理解為相應的角度或角度范圍的計數的最小值。多數情況下通常很少考慮360°,如必要時由分割線、平面或其他幾何對象相互圍成的較大的角度。在此有兩個相鄰的對象,其間不設置相同類型的其他對象。當相應對象相互接近,亦即例如彼此接觸,則相應對象是直接相鄰的。 力接合連接可以通過靜摩擦實現,材料接合連接可以通過分子或原子交換作用實現,力接合和形狀配合連接可以通過相關連接件的幾何連接實現。靜摩擦尤其是以兩個連接件之間的法向力分量為前提的。
如前所述,按照一種實施例的軸承例如用于風力發(fā)電設備中。軸承可以采用大型軸承、大型滾動軸承或大型滑動軸承。由于軸承通常限制在小于360°的轉動范圍內,則其也稱作轉盤軸承。附圖標記以下結合附圖進一步闡述實施例。
圖1顯示了直線電動機的示意圖;圖2顯示了按照一種實施例的軸承的橫截面圖;圖3顯示了以某角度相鄰設置的兩個對象;圖4顯示了按照一種實施例的軸承的示意俯視圖; 圖5顯示了按照另一種實施例的軸承的示意俯視圖;和圖6顯示了按照另一種實施例的軸承的示意俯視圖。
具體實施例方式在本說明書的范圍內,當所涉及的部件在一個或多個實施例中作為本身部件或多個相應部件被描述時,對于對象、結構和其他部件使用概括的附圖標記。因此,本說明書中涉及到某部件的章節(jié)也可以轉用到其他實施例中的其他部件,只要上述情況未被明確排除或由上下文得出。如果標注單獨的部件,則使用各自的附圖標記,這些附圖標記基于相應概括的附圖標記。因此,在以下對實施形式的說明中為相同或類似的部件標注相同的附圖標記。在一個或多個不同的實施例中反復出現的部件,在其某些技術參數方面可以采用或執(zhí)行相同和/或不同的參數值。例如,某一實施例中的多個部件可以采用一個相同的參數,而其另一些參數卻可執(zhí)行不同的參數值。在結合圖2至圖6描述風力發(fā)電機和軸承的實施例之前,首先描述直線電動機的基本構造。因此圖1示意顯示了直線電動機100的構造,例如在裝配了按照一種實施例的軸承的情況下,可以使用該直線電動機100。直線電動機具有多個沿構件120彼此相鄰設置的磁場源110,相鄰的磁場源110在其磁場或磁通量方面產生并提供了交變的極性。所以圖1為了簡化視圖,顯示了直線電動機或直線電動機的局部,該局部包括四個磁場源110-1,…,110-4。在圖1中,還通過標記顯示了它們的極性(“N”代表北極和“S”代表南極),每兩個相鄰的磁場源(例如磁場源110-1和110-2)相應地產生具有不同極性的磁場。這同樣適用于圖1顯示的其他磁場源110。磁場源110與構件120機械連接。例如可以通過材料接合、摩擦連接、形狀配合或者它們的組合實現上述連接。因此,所述連接必要時通過粘接或螺栓連接。按照具體的實施方式,構件120例如包括軟磁材料或由其制成,用于在其內部引導磁場源110的磁場線。直線電動機110還包括另一構件130,所述另一構件130可以是軛架140。所述軛架140包括至少一個從軛架140的基礎段160突出的部段150。在至少一個部段150上設置線圈170,線圈170可以通過相應的、未在圖1中顯示的引線通電。因此圖1顯示了直線電動機100或包括兩個部段150-1、150_2和相應的兩個線圈170-1,170-2的直線電動機100的一段。圖1在此顯示了線圈170的繞組以及通過顯示在通電時線圈170繞組中的電流方向來顯示線圈170的繞組方向。兩個相鄰的線圈,即170-1和170-2在此具有相同的繞組方向。線圈170可以并聯或串聯。線圈170和磁場源110在此這樣布置,在它們之間存在縫隙180,由磁場源110產生的磁場線通過縫隙180進入線圈170及軛架140。所述軛架140顯然也可以由軟磁性材料制成或至少包含這種材料,從而可以將磁場線引入其內部??p隙180也通過其范圍確定了耦合場強,縫隙180借助這種耦合場強將磁場源110的磁場線在線圈170中耦合。該縫隙應當設計為盡可能的窄,但是其寬度也要保證即使發(fā)生振動和其他機械干涉仍然能夠避免線圈170和磁場源110的碰撞或接觸。原則上可以基于永磁體但也可以基于線圈實現磁場源110。在第一種情況中,磁場源110例如基于釹鐵硼磁性材料(NdFeB磁性材料)來實施。不言而喻地也可以使用其他的永磁體。此外,磁場源110明顯同樣可以基于線圈實現。為了在使用永磁體時產生交變的極性,將永磁體相應定向地與構件120機械連接,而與之相應的是,在基于線圈的實施方案中,通過錯接和/或交替的繞組方向,來實現相鄰磁場源110的交變的極性。不言而喻地,也可以采用永磁體和線圈的組合而獲得磁場源110。因此必要時可以通過使用附加的線圈增強永磁體的磁場。與此獨立地,磁場源110和/或構件120可以包括軟磁性材料用于引導磁場源110的磁場線,由此必要時可以使得磁場源110和直線電動機100的幾何結構更好的配合。 直線電動機100表示為電驅動機,其與許多旋轉機器不同的是,與直線電動機相連的對象不產生旋轉運動,而是產生基本呈直線的運動(平移運動)。其中,原則上可以是異步(磁場不與運動固定關聯)或同步(例如直線步進電機)工作方式。直線電動機100的工作原理與三相交流電機相同,其中,原本圓形布置的電勵磁線圈(定子)設置在水平段上。與三相交流電機的轉子相對應的“運動體”或動子在直線電動機中由縱向運動的磁場沿運動路徑吸引。因此也經常被稱為線性感應電動機。直線電動機100也可以看作是轉動電機的展開版,沿著其延伸方向或縱向產生直線力。在此,直線電動機未被限制在數學中直線或直線線段意義上的直線導軌上。相反,直線電動機100也能夠沿著彎曲的軌道或線運動并且相應地設計為彎曲的形式。直線電動機能夠直接實現平移運動,因此直線電動機可以是直接驅動的結構,其中可以忽略降速或升速。直線電動機在該領域具有的優(yōu)勢在于,可實現高加速度和相應的大推力或大扭矩。其必要時也可以實現或產生高移動速度。直線電動機100能夠既基于傳統(tǒng)的導體也可以基于超導體來實施。在后一種情況中,推薦設置相應的冷卻裝置,用于使相關部件達到超導狀態(tài)。在圖1所示的直線電動機100中,線圈170設計為組190的形式,其中每組190包括至少兩個線圈170。圖2顯示了按照實施例的風力發(fā)電設備的橫截面圖,其具有按照實施例的軸承200。按照實施例的風力發(fā)電設備包括轉子210和至少一個轉子葉片220,在圖2中分別顯示了它們的固定結構,借助這種固定結構轉子210以及轉子葉片220與軸承200相連以便調節(jié)轉子葉片220的沖角。轉子210在這種關系中成為了 “靜止構件”,轉子葉片220成為了 “運動構件”,因為轉子葉片220能夠通過軸承200相對轉子210調節(jié)沖角。按照一種實施例的軸承200在此設計為滾動軸承,更確切地說是球軸承。其包括第一軸承圈230和第二軸承圈240,在其間設置多個滾子250。滾子250在兩個軸承圈230、240的滾道260、270中滾動。第一軸承圈230在本實施例中設計為內圈280,在此通過相應的孔與轉子210螺栓緊固從而抗扭地相連。第二軸承圈240在圖2所示的實施例中設計為外圈290,其同樣具有相應的孔,可用于與轉子葉片220螺栓緊固,從而建立抗扭的連接。轉子210和轉子葉片220顯然都可以設計為多構件式,因此圖2僅示范性地顯示了用于連接按照一種實施例的軸承200的相應的固定結構。不言而喻地,在其他實施例中轉子210和轉子葉片220也可以借助其他連接技術與相應的軸承200的軸承圈230、240相連。第一軸承圈230設計為直線電動機的動子,并且沿其周向的至少一部分彼此相鄰地設置有多個磁場源110。磁場源110在此這樣設置,使得每兩個相鄰設置的磁場源110產生磁極交變的磁場和磁場線。如之后結合圖4至圖6進一步闡述的,多個磁場源110在此基本沿第一軸承圈230的整個周向設置,或者在以第一軸承圈為中心點的確定的角度范圍內沿其周向設置,在與之直接相鄰的另外的確定角度范圍內未設置磁場源。第二軸承圈240設計為直線電動機的定子并且相應地包括由至少兩個沿其周向的至少一部分相鄰設置的線圈170構成的組190(圖2未顯示)。在磁場源110和線圈170之間構成相應的縫隙180,磁場源110和線圈170的磁場通過縫隙180產生相互作用。在圖2顯示的軸承200的實施例中,磁場源110設置在內圈280上,線圈170設置在外圈290上,并且因此構成了用于轉子葉片220的直接驅動,進而避開了傳動機構的使用。不言而喻地,在其他實施例中第一軸承圈230和第二軸承圈240在內圈和外圈的表達上可以互換。在這種情況中,內圈280對應第二軸承圈240和轉子葉片220,同時外圈290對應第一軸承圈230和轉子210。即使圖2所示的按照一種實施例的軸承200是單列球軸承,在其他實施例中也不限制軸承為這種類型。因此,相應地軸承200例如可以設計為雙列或多列軸承。也可以使用球體以外的其他形狀的滾子250。因此,同樣例如使用筒形、圓柱形、針形或錐形滾子作為滾子250。也可以基于雙列角接觸球軸承,例如四點接觸球軸承轉化實施例。按照一種實施例的軸承200也可以實施為滑動軸承。在結合圖4進一步解釋和說明按照一種實施例的軸承俯視圖之前,應該首先結合圖3闡述,如何理解“以參照一個中心點的某一角度安置兩個相鄰的對象”。因此圖3顯示了第一對象300-1和第二對象300-2相鄰地布置。如前所述,這意味著在兩個對象300之間設置另外的相同類型或近似的對象300。對象300還指向在圖中以“X”表示的中心點310。對象300相應地分別具有優(yōu)選方向320-1和320-2,對于所述優(yōu)選方向例如是對象300的外棱邊、磁化或其他特征化的指向。對象300指向中心點310意味著這樣的情況,其優(yōu)選方向320指向相同的中心點310。相應地連接中心點310和各個對象300的連接直線330-1和330-2平行于兩個對象300的優(yōu)選方向320。在圖3所示的情況中,對象300各自恰好具有相應的指向共同的中心點310的優(yōu)選方向320。在其他情況中,相應的優(yōu)選方向320雖然屬于對象300,但是不指向中心點310,則連接標記為X的中心點和相應對象300的連接直線330與相應對象的優(yōu)選方向320構成對于所有對象300都相同的夾角。首先描述的情況是具有普遍性的第二種情況的特殊情況,其中相應角度為0°。
對象300例如是指線圈170或也可以指磁場源110。根據所賦予的相應對象300的含義,例如可以通過其幾何構造、也就是通過其外形、又或是通過功能特征,來設定相應的優(yōu)選方向320。因此例如在磁場源110的情況中磁性或由磁場源產生或可產生的磁場表示優(yōu)選方向320。與之相關地,必要時不用考慮由交變極性引起的角度(約180° )。同樣地,在為線圈170的情況中,由線圈產生或可產生的磁場作為優(yōu)選方向320。根據具體的實施形式,相應地也可以不考慮由錯接和/或繞組方向引起的角度(約180° )。作為備選或補充,在此明顯同樣可以使用線圈170的幾何構造、例如由線圈繞組確定的平面法向。前述角度即為由相關連接直線330相互構成的夾角340。如前所述,上下文中的中心點310應理解為一個在按照一種實施例的軸承100的軸線或轉軸線上的,又或是在軸承圈230、240的對稱軸線或轉軸線上的點,例如是設置在垂直于所涉及的結構的平面內的任意一個點。圖4顯示了按照一種實施例的具有第一軸承圈230的軸承200的俯視圖,在此與圖2所示的軸承200不同的是,第一軸承圈230是外圈290。相應地,第二軸承圈240設計為軸承200的內圈280。多個350磁場源110與第一軸承圈230機械連接。磁場源110在這種軸承200的實施例中基本上沿第一軸承圈230的整個周向布置。兩個彼此相鄰布置的磁場源110相應地產生具有交變極性的磁場。在圖4中通過黑色和白色的磁場源110表示上述情況。兩個在圖4中標記為磁場源110-1和110-2,如此前圖1所描述的,進行相應設置。軸承200還具有至少一個由線圈170構成的組190,其中為了簡化視圖僅在圖4的中標記了一個。確切的說,軸承200在圖4中總共具有四個由線圈170構成的組190-1,…,190-4。由線圈170構成的組190中的線圈170在此分別設置在共同的軛架140上,在軛架140上僅設置各個組190的線圈170。由線圈170構成的組190以及多個350磁場源110因此分別構成如圖1所述的直線電動機100-1,…,100-4。由線圈170構成的全部四個組190在這種實施例的軸承200中是相同的,但是圍繞第一和第二軸承圈230、240的共同的中心點310,這四個組190分別旋轉約90°地布置。在此,組190分別延伸約22°的角度范圍380,為了簡化圖4的視圖僅結合組190-1顯示。當然在其他的實施例中,由線圈170構成的組190也可以不是約22°的角度范圍380。必要時也可以將組190設計為不同的。單獨的組190的各個角度范圍380因此可以更大或更小。角度范圍380在此典型地定義為,可以完全包括每個由線圈170構成的組190的 最小的角度范圍。顯然在其他實施例中,也可以采用更少或更多數量的由線圈170構成的組190。因此可以只設一個由線圈170構成的組190。但是同樣也可以設置兩個、三個或多于四個組190。在按照一種實施例的軸承200中,每一個由線圈170構成的組190 (與組190的數量無關)典型地相對中心點310以最大30°的最小角度范圍380設置。其中,這種驅動裝置的設計結構最終不再被表示為直線電動機100。在其他實施例中,角度范圍380也可以限制在最高25°、20。、或15°。因此在軸承200的多個實施例中,第二軸承圈240的另一角度范圍400直接與完全安置了由線圈170構成的組190的第二軸承圈240的角度范圍380鄰接,在角度范圍400中不設置線圈,即沒有線圈。第二軸承圈240的其他角度范圍400通常至少為30°、45°、75。 ,100° 或 120。。如已結合圖1和圖2所述,磁場源110分別包含永磁體,例如釹鐵硼磁性材料,或也可以包含線圈。顯然磁場源110同樣可以是兩種技術的組合,其中例如借助線圈加強由永磁體產生的磁場。一方面為了很好地實現具有磁場源110和線圈170的直線電動機100的感應特性,另一方面為了很好地產生扭矩和力,從而這樣設置由線圈170構成的組190,使得由線圈170構成的組190中的兩個相鄰的線圈170相對中心點310構成的夾角與兩個相鄰的磁場源110 (例如磁場源110-1和110-2)相對中心點310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。在其他的實施例中,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。但是,顯然也可以在實施例中采用其他的比值。優(yōu)選將直線電動機100設計為步進電機。圖5顯示了按照另一種實施例的軸承200的俯視圖。圖5中的軸承200在諸多方面區(qū)別于圖4中所示的軸承200。因此,磁場源110在此雖然也是至少沿第一軸承圈230的部分周向彼此相鄰布置,其中兩個彼此相鄰布置的磁場源110相應地同樣產生具有交變極性的磁場。在此也再次用黑色或白色顯示磁場源110。兩個在圖5中所標記的磁場源110-1和110-2如此前圖1所述進行相應地設置。但是,多個350磁場源110僅設置在預定的角度范圍360中,與之相鄰的是另一預定的角度范圍370,在角度范圍370中不設置其他的磁場源110。換句話說,另一預定的角度范圍370中沒有磁場源。在圖5所示的軸承200的實施例中,預定角度范圍360約為90°。因為圖5中的軸承200確定具有多個磁場源110,另一預定的角度范圍約為270°。在軸承200的其他實施例中,預定角度范圍也可以設計得更小或更大。在許多實施例中合理的是,預定角度范圍至少為75°。軸承200此外僅具有一個由線圈170構成的組190,為了簡化視圖同樣在圖5中僅使用一個附圖標記。由線圈170構成的組190中的線圈170在此設置在同一個軛架140上,在軛架140上僅設置組190的線圈170。由線圈170構成的組190和多個350磁場源110構成如圖1所述的直線電動機110。由線圈170構成的組190在此展開的角度范圍380約為22°。顯然在其他的實施例中,由線圈170構成的組190展開的角度范圍380也可以不是22°。這可以更大或者更小。為了在磁場源110和線圈170之間形成重疊的角度范圍,圖5所示的軸承具有約68° (=90° -22° )的有效運行路程。換句話說,有效的運行路程是預定的角度范圍360和角度范圍380的差,由線圈170構成的組190中的線圈170在角度范圍380中延伸。為了例如實現90°的運行路程,合理的是將磁場源110設置在預定的角度范圍360中,角度范圍360等于90°與最小角度范圍380之和,在角度范圍380內設置有相對于第二軸承圈240的中心點310的由線圈170構成的組190。在此,第二軸承圈240的中心點310和第一軸承圈230的中心點重合。換句話說,多個350磁場源110設置在預定的角度范圍360中,角度范圍360至少是期望運行路程(以度數為單位)和由線圈170構成的組190延伸的角度范圍380之和。為了必要時能夠減少磁場源110的數量,合理的是,角度范圍380限制在最高30°、25°、20°、或15°。因此在軸承200的一種實施例中,由線圈170構成的組190在10。至15。之間的角度范圍380內延伸。在圖5所示的軸承200的實施例中,另一個不設置磁場源的預定的角度范圍400大于包括由線圈170構成的組190的角度范圍380的12倍。在其他的實施例中也可以采用其他的倍數,例如一倍、兩倍或三倍。這種倍數顯然不會限制于整數比率。必要時能夠通過降低這種比率實施另外的直線電動機。在此,角度范圍380典型地定義為最小角度范圍,其中可以完全包括由線圈170構成的組190。在磁場源110的構造設計方面以及兩個相鄰磁場源110和/或線圈組190的兩個相鄰線圈170的角度設計方面可以引用以上的實施形式。另一角度范圍400,其中沒有線圈設置在第二軸承圈240上,即沒有線圈,在該軸承200的實施例中該角度范圍400大于330。。圖5顯不了按照這樣一種實施例的軸承200,其中,磁場源110設置在外圈290上,用于引導磁場線。線圈170相應地設置在內圈280上,通過給線圈170接通電源,使軸承200轉動或旋轉。在此,磁場源110能夠通過永磁體和/或電磁體、亦即線圈構成,或包括永磁體和/或電磁體。圖6顯示了軸承200的另一種實施例,其與圖5所示的軸承200的本質區(qū)別在于,包括兩個直線電動機100-1和100-2。其中,在圖6所示的實施例中兩個直線電動機100-1和100-2是相同的,但是相對中心點310扭轉180°。因此第一直線電動機100-1具有由線圈170構成的第一組190_1,與其在圖5中所示的實施例相似地固定在內圈280上。相應地多個350磁場源110與外圈290相連。但是在圖6所示的軸承200中還具有第二直線電動機100-2。第二直線電動機100-2由于其一致的構造,也具有由線圈170構成的組190-2,組190-2同樣與內圈280、即第二軸承圈240相連。此外,第二直線電動機110-2同樣具有另一多個390磁場源110。在此,第二多個390磁場源110在構造和指向方面與直線電動機100-1的多個350磁場源110相對應。在軸承200的另一種實施例中,另一多個390磁場源110也可以以不同方式實施。但無論何種實施方式,另一多個390磁場源110都具有同樣的沿第一軸承圈230的部分周向彼此相鄰布置的磁場源110,其中,另一多個390磁場源110中的磁場源110同樣設計為每兩個彼此相鄰布置的磁場源110具有交變極性的磁場。線圈170的兩個組190-1和190-2在此間隔地布置。更確切的說,第二軸承圈240具有另一角度范圍400,其典型地至少為30°,其中沒有線圈170與第二軸承圈240相連。然而在其他實施例中,也可以設置比前述直線電動機100的個數更多的直線電動機,其相應地具有數量更多的由線圈170構成的組190和數量更多的多個350、390磁場源110。根據具體的實施形式,在期望運行路程小于90°的情況下,所實施的直線電動機100的數量限制在最多三個。在這種情況中,由線圈170構成的組190和多個350、390磁場源110例如分別圍繞中心點310相對扭轉120°。換句話說,在該實施例中直線電動機100(也稱為直線驅動裝置)目前設置在軸承200的兩側。由此可以提高扭矩和力。當由于設計條件單獨的直線電動機100不能滿足相應扭矩的需求時,這種設計是合理的。
軸承200的實施例實現了具有以直線電動機方案為基礎的直接驅動裝置的風力發(fā)電設備的轉子葉片的變槳軸承。軸承200的實施例能夠實現非常簡單地制造軸承和/或節(jié)省結構空間的軸承裝置和/或由于省略了傳動機構,而實現了縫隙更小的風力發(fā)電設備的轉子葉片的變槳調節(jié)裝置。軸承的實施例能夠用于具有一個或多個轉子葉片220的風力發(fā)電設備中。然而,按照實施例的軸承200還能夠用于其他的設備和機器,其中對于相似沖角或相似角度的相似控制是有利的。在之前的說明和附圖中,公開的特征既能單獨地又能任意組合地實現各種有意義的設計結構的實施例,并且只要不會從說明中得出其他內容就可以任意組合所述特征。附圖標記清單100直線電動機110磁場源120 構件130 另一構件140 軛架150 部段160基礎段170 線圈180 縫隙190 組200 軸承210 轉子220轉子葉片230第一軸承圈240第二軸承圈250 滾子260 滾道270 滾道280 內圈290 外圈300 對象310中心點320優(yōu)選方向330連接直線340 角度350多個磁場源360預定的角度范圍370另一預定的角度范圍380角度范圍
390另一多個磁場源400另一角度范圍
權利要求
1.一種用于調節(jié)風力發(fā)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)。
2.按照權利要求1所述的軸承(200),其特征在于,所述多個(350)磁場源(110)基本沿所述第一軸承圈(230)的整個周向設置。
3.按照前述權利要求之一所述的軸承(200),其特征在于,所述由線圈(170)構成的組 (190)這樣設置,使得所述由線圈(170)構成的組(190)中的兩個相鄰的線圈(170)相對于所述第二軸承圈(240)的中心點(310)構成的夾角與所述兩個相鄰的磁場源(110)相對于所述第一軸承圈(230)的中心點(310)構成的另一夾角的比值在O. 6至O. 95之間或在1.05至1. 4之間。
4.按照前述權利要求之一所述的軸承(200),其特征在于,所述由線圈(170)構成的組 (190)設置在相對于所述第二軸承圈(240)的中心點(310)不超過30°的最小角度范圍 (380)中。
5.按照權利要求4所述的軸承(200),其特征在于,另一角度范圍(400)直接與所述角度范圍(380)鄰接,在另一角度范圍(400)中在所述第二軸承圈(240)上不設置線圈,并且所述另一角度范圍(400)至少為30°。
6.按照前述權利要求之一所述的軸承(200),其特征在于,所述由線圈(170)構成的組 (190)中的線圈(170)設置在共同的軛架(140)上。
7.按照前述權利要求之一所述的軸承(200),其特征在于,所述軸承(200)具有規(guī)律地沿所述第一軸承圈(230)設置的多個由所述線圈(170)構成的組(190),其中,在每兩個相鄰的由所述線圈(170)構成的組(190)之間、沿著所述第二軸承圈(240)的周向在至少 30°的另一角度范圍(400)內不設置所述線圈。
8.按照前述權利要求之一所述的軸承(200),其特征在于,所述多個(350)磁場源 (110)中的磁場源(110)分別包含永磁體,例如釹鐵硼永磁體,或線圈。
9.按照前述權利要求之一所述的軸承(200),其特征在于,所述第一軸承圈(230)是所述軸承(200)的內圈(280),并且所述第二軸承圈(240)是所述軸承(200)的外圈(290)。
10.一種風力發(fā)電設備,具有以下特征轉子(210)和轉子葉片(220);和按照權利要求1至9之一所述的軸承(200),所述軸承(200)如此設置在所述轉子 (210)和所述轉子葉片(220)之間,使得所述轉子葉片(220)與所述第一軸承圈(230)以及所述轉子(210)與所述第二軸承圈(240)分別機械抗扭地連接,用以調整所述轉子葉片 (220)的沖角。
全文摘要
用于調節(jié)風力發(fā)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)。
文檔編號F16C41/00GK102996655SQ20121034485
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權日2011年9月16日
發(fā)明者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 申請人:Skf公司