专利名称：集电环单元和集电环单元在风力发电装置中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1所述的、用于在两个相对彼此可旋转的组合部件之间传输电流的集电环单元，以及一种根据权利要求11所述的、这样的集电环单元在风力发电装置中的应用。
背景技术：
集电环单元通常还由两个组合部件组成，即定子和转子。定子通常包括集电环电刷，相反地转子大多包括一系列的集电环。在工作时，集电环电刷则具有通向旋转的集电环的壳层侧面的滑动触头。这种集电环单元在多种技术领域中使用，以用于将电信号或电功率从地点固定的电单元传输至自身可旋转的电单元。例如这种集电环单元安装在转子套筒或风力发电装置的吊舱中，例如用于传输用于驱动装置的电流，该驱动装置用于调整转子叶片的迎角。在公开文件DE 101 55 221 Al中已知了一种用于避免集电环室中的过热的装置， 其中冷却空气可以在没有建筑物阻挡的情况下流入集电环外壳中。为此在应用发动机的风扇轮的情况下通过集电环外壳抽吸空气。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种集电环单元，其具有很高的可靠性或使用寿命。特别地，集电环单元的有利的性能可以在应用在风力发电装置的吊舱中时起到作用。该目的根据本发明通过权利要求1或11所述的特征来实现。在用于在第一和第二组合部件之间传输电流的集电环单元中，两个组合部件相对彼此围绕轴线可旋转地布置。第一组合部件、例如定子包括至少一个集电环电刷并且第二组合部件、例如转子包括至少一个集电环。集电环电刷和集电环在集电环单元的壳体的内室中相接触，从而相应的滑动触头相对于外界影响受到保护。集电环单元还具有供气装置和过滤器，其中通过供气装置能使得外界空气穿过过滤器输送以便分离污染物并且所过滤的空气能引入内室中，从而能在壳体的内室中产生压力，其处于外界空气的压力之上。电流在此可以理解为为了传输电功率所必需的电流，但也可以理解为设计为信号的电流并且仅仅用于传输信息。有利地，集电环单元这样配置，即在相对彼此可旋转的组合部件之间布置滚动轴承，该滚动轴承具有外直径，其中供气装置至少部分地布置在外直径内部。供气装置也就至少部分地处于所计划的圆柱体形的具有上述外直径的空间内部。通常，滚动轴承的外直径符合于滚动轴承的外环的外直径。特别地，供气装置可以布置在壳体的内室内部。有利地， 集电环单元这样配置，即该集电环单元具有轴向间隔开的滚动轴承，其中供气装置至少部分地布置在滚动轴承的轴向间距内部。集电环单元可以这样设计，即内室由定子侧的壳体和转子部件、例如轴，以及通过一个或多个滚动轴承限定。优选地，一个滚动轴承或多个滚动轴承可以包括各一个密封件，从而该密封件使得能通过滚动轴承泄露的空气量最小化。在本发明的另一个设计方案中，供气装置配属于第一组合部件并且第二组合部件可以具有另一个元件。在此，集电环单元可以这样配置，即供气装置能通过供气装置机械耦合在元件上实现驱动。为了实现机械耦合，例如可以应用传动装置、特别是凸轮传动装置或铰链传动装置或耦合传动装置以及也可以应用斜盘式传动装置(Taumelscheibe)。对于机械耦合可替换地，本发明也包括集电环单元，其中供气装置可通过电驱动装置驱动。在本发明的另一个设计方案中，用于供气装置的机械耦合的元件具有环形的作用面，该作用面沿其圆周具有相对于轴线的不同的间距。换句话说该元件也就这样设计，即存在不同的点，它们在圆周方向上间隔开地布置在作用面上，其相对于轴线的间距的大小不同。此外，元件可以相对于第一组合部件、特别是围绕轴线旋转。集电环单元可以这样配置，即元件相对于第一组合部件能以一个转速旋转，该转速等于至少一个集电环的转速。 这样设计的元件例如可以设计为凸轮盘、偏心轮盘或盘形凸轮。有利地，元件可以具有轴向贯通的穿孔，从而相应地也可以涉及一种凸轮环、偏心轮环或一种盘形凸轮环。有利地，集电环沿表面、特别是圆柱形的壳层表面，能通过集电环电刷接触，其中用于实现供气装置的机械耦合的元件的作用面随后能平行于表面导向。该表面通常是在集电环的外壳层表面上的环形带，其中这个带的轴向伸展距离可以最小化到零。作用面相对于该表面的平行性(集电环电刷沿该表面接触集电环)例如可以这样实现，即所涉及的表面分别处于圆柱体壳层侧面上，其中两个圆柱体壳层侧面的轴线彼此平行导向。在此，所涉及的圆柱体可以具有不同的直径和/或其轴线可以偏移。在本发明的改进方案中，集电环单元可以这样配置，即第二组合部件具有多个集电环，集电环彼此轴向间隔开地排列并且元件列入集电环的序列中。集电环的序列相应地沿轴向长度延伸。集电环单元还可以这样设计，即供气装置至少部分地布置在这种轴向长度内部。可替换地，可以在应用斜盘式传动装置用于实现机械耦合时产生供气装置的相应轴向定向的往复运动。如果供气装置设计为容积式泵，特别是设计为振荡泵，特别是设计为膜片式压缩机，则这是特别有利的。此外，可以在相对彼此可旋转的组合部件之间布置滚动轴承，该滚动轴承具有密封件。有利地，集电环单元这样配置，即相对较小的体积流或质量流的被过滤的外界空气被输送到内室中。这一方面通过具有较小输送量的供气装置的结构形式并且还通过内室的高效的密封件实现。在任何情况下，在本发明的有利的设计方案中空气体积或者由内室封闭的气团都每小时不超过两次地、有利地少于一次地被完全交换。这种考虑特别涉及固定式的工作状态。根据本发明的另一个方面，集电环单元可以应用在风力发电装置的吊舱中，特别是用于传输用于转子叶片调整的电驱动装置的电流。这种风力发电装置通常在外界环境中，例如在干燥的区域中安装，其恰好在主要有较大风速的情况下具有在外界空气中作为污染物的颗粒的提高的浓度。在这种环境中，可能降低传统的集电环单元的使用寿命。
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本发明的有利的设计方案由从属权利要求中获得。
根据附图由下面的对一个实施例的描述中得出根据本发明的集电环单元的其它细节和优点。图中示出图1示出了集电环单元的纵截面图，图2示出了根据图A-A的集电环单元的横截面图。
具体实施例方式根据图1和2，根据本发明的集电环单元包括第一组合部件，其可以称为定子1，并且还包括在下面称为转子2的第二组合部件。集电环单元用于在转子2和定子1之间传输电流，其中转子2和定子1相对彼此围绕轴线A可旋转地布置。转子2包括轴2. 1，轴在当前的实施例中设计为空心轴。径向地在轴2. 1外部，首先是基本上成管状的部件2. 4，其例如可以由铝制成。在其上还径向地在外部连接地布置有支撑管2. 5，该支撑管具有在轴向方向上延伸的空隙2. 51。在优选地可以由塑料或陶瓷制成的电绝缘的支撑管2. 5上，防扭转地固定有集电环2. 2，该集电环通过电绝缘的圆环2. 3以轴向间距轴向彼此分离。出于简明性的原因，在附图中不显示电线。尽管如此，在实施例中每个彼此轴向间隔开地排列的集电环2. 2在其内侧上和电线相连，电线分别沿空隙2. 51在轴向方向上布设在转子2中并且通过在轴2. 1 的轴向端部上的槽2. 11之一离开转子2。通常，槽2. 11在布设电线之后利用填料密闭地密封。除了集电环2. 2之外，在支撑管2. 5上还抗扭地安装有元件2. 6，该元件在所述实施例中基本上设计为环形。该装置这样设计，即元件2. 6列入集电环2. 2的序列中。元件 2. 6的向内指向的表面沿圆周线延伸，其中心点和轴线A相交。因此元件2. 6的向内指向的表面、或者说内表面也就具有和集电环2. 2的内直径相同的直径。元件2. 6的外表面或者说作用面相反地沿其圆周具有相对于轴线A的不同的间距r，R0特别地，作用面同样可以沿圆周线延伸，其中该圆周线的中心点以偏心率e相对于轴线A偏移地布置。相应地，在这种情况下元件2. 6可以称为偏心环。定子1具有由绝缘材料制成的支架1. 3。在支架1. 3上固定有集电环电刷1. 2，该集电环电刷配属于定子1并且弹性接触集电环1. 2。集电环电刷1. 2和集电环2. 2都布置在壳体1. 1的内室I中以用于相对于外界影响进行保护，其也由两个滚动轴承3和轴2. 1 或管形的部件2. 4限定。特别地，那个在其中集电环电刷1. 2和集电环2. 2相接触的区域布置在壳体的内室I中。此外，在附图中也未示出定子侧的电线。此外，定子1包括供气装置1. 5，供气装置在所述的实施例中设计为能压缩的膜片泵并且在其那方面包括安装支腿1. 51以及凹进的容纳体1. 52。供气装置1. 5布置在壳体 1. 1的内室I中。通过管形的元件2. 6和径向预加应力的供气装置1. 5的容纳体1. 52的持续的接触，供气装置1. 5和元件2. 6这样作用连接，即环形的作用面W在环形的元件2. 6旋转时根据附图中的双箭头产生径向的往复运动。径向对供气装置1.5预加应力例如可以通过供气装置1. 5的内部中的弹簧实现，从而确保供气装置1. 5和元件2. 6的持续接触并且往复运动在朝向于轴线A的方向上以及在反向于这个方向时都是可能的。过滤器1. 4位于供气装置1. 5的吸入侧上，该过滤器用于分离在外界空气中的污染物。过滤器1. 4通过吸入管路1. 6和供气装置1. 5连接，其中在过滤器1. 4和供气装置 1.5之间布置有止回阀1.8，该止回阀用于使得空气仅仅可在输送方向上通过并且因此防止空气从供气装置1. 5回流到过滤器1. 4。此外，在供气装置1. 5上设置压力管路1. 7，在其上同样也安装有止回阀1. 9，从而使得空气不能从壳体1. 1的内室I中流向供气装置1. 5。 压力管路1.7朝向于内室I打开。定子1和转子2借助于滚动轴承3相对彼此可旋转。滚动轴承3包括外环3. 1、内环3. 2以及滚动体3. 3以及，特别是滑动的，密封件3. 4。集电环单元可以根据实施例安装在具有水平的旋转轴的风力发电装置的吊舱中。 在可旋转地支撑在塔上的吊舱中也还安置有发电机和同样安置有传动装置。集电环单元用于将电流传输至电驱动装置或电机，其用于调整转子叶片的迎角。这种驱动电机安装在风力发电装置的转子套筒中并且因此与风力发电装置转子一同旋转。相应地，集电环单元的定子1防扭转地和吊舱连接。集电环单元的轴2. 1用于容纳风力发电装置转子的辅助轴，其作为从动轴的轴向延长部存在。相应地，也就在所涉及的风力发电装置进行生产性工作时，集电环单元的转子 2以风力发电装置转子的从动轴的转速旋转。如果风力发电装置处于静止，则转子2也处于静止。如果也就是说在风力发电装置进行工作时，集电环单元的轴2. 1进入旋转状态， 则集电环单元的转子2就围绕轴线A以和风力发电装置的从动轴相同的转速旋转。因此， 设计为偏心环的元件2. 6也以从动轴的转速旋转。通常，在风力发电装置中，最大转速处于 IOOmirT1之下，特别是处于 δη^ιΓ1之下。这种旋转运动通过元件2. 6和供气装置1. 5的共同作用转换为根据附图中双箭头的供气装置1. 5的往复运动。因此供气装置1. 5通过机械耦合在旋转的轴2. 1上或者说直接通过机械耦合在元件2. 6上实现驱动。由此，在集电环单元外部具有压力P 的外界空气通过过滤器1. 4输送，其中处于外界空气中的污染物，例如灰尘颗粒不能经过过滤器1.4，也就是说被从外界空气中分离出去。被过滤的空气随后通过吸入管路1. 6、供气装置1. 5和压力管路1. 7以及通过止回阀1. 8，1. 9引入壳体1. 1中。 壳体1. 1被尽可能地密封，特别是轴承3的密封件3. 4有助于，即当轴2. 1在壳体1. 1的内室I中旋转时，产生压力Pi。内室I中的压力Pi相应地处于外界空气的压力P 之上。由于所输送的空气流、或者说所输送的空气量通过供气装置1. 5的设计方案而相对较低并且此外在内环3. 1相对于外环3. 1旋转时，密封件3. 4可以泄露一定的空气量，因此压力Pi在连续工作时调节到一恒定大小。通过在壳体1. 1的内室I中的这个压力Pi,可以有效地防止污染物在集电环单元的任意位置上渗入并且推进至滑动触头，这是因为集电环2. 2和集电环电刷1.2都处于内室I中。如果风力发电装置随后停止，则内室I中的压力Pi由于集电环单元的密封的结构形式而在较长时间内停留在外界空气的压力P 的水平之上。因此也可以在这种状态中避免将污染物推进至滑动触头。此外，如果内环3. 1相对于外环3. 2停止，则滚动轴承3的密封件3. 4具有提高的密封作用。此外，在弹性变形的密封件3.4和具有在内室I中的振荡压力Pi的内环3. 1或外环3. 2之间的可能的间隙变得更小，从而可以始终泄露较少的空气。 这种弹性变形由在内室I中的压力Pi和外界空气的压力P 之间的差的大小而产生并且相应地使得减小的差更小。 在较长的无风时段方面，此外也需要考虑的是，即在这个阶段中实际上没有污染物、例如灰尘颗粒被运送到吊舱的高度，从而在这种边界条件下几乎不能产生对于集电环单元的损害。
权利要求
1.一种集电环单元，用于在第一和第二组合部件(1, 之间传输电流，其中两个所述组合部件(1, 相对彼此围绕轴线(A)可旋转地布置，其中-所述第一组合部件(1)包括至少一个集电环电刷(1.2)并且-所述第二组合部件( 具有至少一个集电环(2.幻，其中至少一个所述集电环电刷(1. 和至少一个所述集电环(2. 在壳体(1. 1)的内室 (I)中相接触，其特征在于，所述集电环单元具有供气装置(1. 和过滤器(1.4)，其中通过所述供气装置(1. 5)能使得外界空气穿过所述过滤器(1. 4)输送以便分离污染物并且所过滤的空气能引入所述内室(I)中，从而能在所述壳体(1. 1)的所述内室(I)中产生压力(Pi),所述压力处于外界空气的压力(P0J之上。
2.根据权利要求1所述的集电环单元，其特征在于，在相对彼此可旋转的所述组合部件(1, 之间布置滚动轴承(3)，所述滚动轴承具有外直径(Da)，其中所述供气装置(1.5) 至少部分地布置在所述外直径(Da)内部。
3.根据权利要求1所述的集电环单元，其特征在于，所述供气装置(1.5)布置在所述壳体(1.1)的所述内室(I)中。
4.根据权利要求1所述的集电环单元，其特征在于，所述供气装置(1. 配属于所述第一组合部件(1)并且所述第二组合部件( 具有元件(2. 6)，其中所述集电环单元这样配置，即所述供气装置(1. 能通过所述供气装置(1. 机械耦合在所述元件(2.6)上实现驱动。
5.根据权利要求4所述的集电环单元，其特征在于，所述元件(2.6)具有环形的作用面 (W)，所述作用面沿所述作用面的圆周具有相对于所述轴线(A)的不同的间距(R，r)。
6.根据权利要求5所述的集电环单元，其特征在于，至少一个所述集电环(2.2)沿表面 (U)能通过至少一个所述集电环电刷(1.2)接触并且所述元件(2.6)的所述作用面(W)平行于所述表面(U)导向。
7.根据权利要求4所述的集电环单元，其特征在于，所述元件(2.6)具有环形的作用面 (W)并且至少一个所述集电环(2. 2)沿表面(U)能通过至少一个所述集电环电刷(1.2)接触并且所述元件(2.6)的所述作用面(W)平行于所述表面(U)导向。
8.根据权利要求4所述的集电环单元，其特征在于，所述第二组合部件( 具有多个集电环(2. 2)，所述集电环彼此轴向间隔开地排列并且所述元件(2. 6)列入所述集电环(2. 2) 的序列中。
9.根据权利要求1所述的集电环单元，其特征在于，所述供气装置(1.5)设计为容积式泵，特别是设计为膜片式压缩机。
10.根据权利要求1所述的集电环单元，其特征在于，在相对彼此可旋转的所述组合部件(1, 之间布置滚动轴承(3)，所述滚动轴承具有密封件(3. 4)。
11.一种根据权利要求1所述的集电环单元在风力发电装置的吊舱中的应用，特别是用于传输用于转子叶片调整的电驱动装置的电流。
全文摘要
本发明涉及集电环单元和集电环单元在风力发电装置中的应用，一种具有第一和第二组合部件(1，2)的集电环单元，它们相对彼此围绕轴线(A)可旋转地布置。第一组合部件(1)包括至少一个集电环电刷(1.2)并且第二组合部件(2)包括至少一个集电环(2.2)。集电环电刷(1.2)和其中一个集电环(2.2)在壳体(1.1)的内室(I)中相接触。集电环单元具有供气装置(1.5)和过滤器(1.4)，其中通过供气装置(1.5)能使得外界空气穿过过滤器(1.4)输送以便分离污染物并且所过滤的空气能引入内室(I)中，从而能在壳体(1.1)的内室(I)中产生压力(Pi)，该压力处于外界空气的压力(P∞)之上。
文档编号H02K5/14GK102457127SQ20111027452
公开日2012年5月16日 申请日期2011年9月15日 优先权日2010年11月4日
发明者埃尔温·巴德勒本, 路德维希·安格波因特纳 申请人:Ltn伺服技术有限责任公司