专利名称：用于风能设备的传动系的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于风能设备的传动系，传动系具有传动器，其具有传动器壳体并且通过慢速运行的驱动轴与风力转子相连或者能与其相连；和发电机，其具有与传动器壳体固定连接的发电机壳体，在发电机壳体中设有至少一个定子和至少一个转子，其中，转子与传动器的支撑在传动器壳体上的快速运行的输出轴耦合。
背景技术：
已知了用于风能设备的多个传动系，它们被用来将被风吹动的风力转子的转动能量通过与该风力转子耦合的发电机转换成电能。其中，风力转子达到的转速通常在大约10到20min_1的范围内。大部分的现有的风能设备都装配有快速运行的发电机，其转速为1000至 ZOOOmin'为了将风力转子的较慢的转速转换成发电机转速，在中间连接多级传动器，传动器或者说变速箱与发电机组合在一起总体上被称为传动系。这两个传动系组件基本上布置成相互独立并通过传统的离合器相互连接。在此缺点在于，这种传动系需要占用的空间相对较大，并且由于构造部件数量多而具有复杂的构造方式。除了经典的传动器解决方案，也可以使用在没有传动器的情况下与风力转子耦合的发电机。在这种构造方式中，发电机直接被风力转子驱动。在此缺点在于，由于直接从风力转子导入发电机中的扭矩很大，所以发电机和特别是发电机的转子具有相对较大的直径。随之带来的就是传动系的构造形式相对较大并且很重。第三个设计理念提出，使发电机和传动器固定地相互连接成为传动系组件，从而得到一种用于风能设备的紧凑式传动器-发电机-单兀。这种传动系例如在EP 2 216 547A2中得到了说明。从这份文献中已知的、用于风能设备的传动系具有带有传动器壳体的传动器，传动器通过慢速运行的驱动轴与风力转子相连。此外还设有发电机，它具有与传动器壳体固定连接的发电机壳体。发电机的转子通过传动器的太阳轮转轴驱动。通过相对于固定的定子旋转的转子，使得风力转子的转动能量以本身已知的方式转换成电能。另一种开头所述类型的传动系由WO 2010/027618 A2中已知。这种传动系同样具有带有传动器壳体的传动器，传动器通过慢速运行的驱动轴与风力转子相连。此外还设有发电机，它具有与传动器壳体固定连接的发电机壳体，其中，在两个壳体之间的过渡区域内设有连接框架。这些设计方案有时会被发现缺点，S卩，太阳轮和转子布置成相互间隔较大的轴向距离，这就导致传动器-发电机-单元的构造长度较长。
实用新型内容因此本实用新型的目的是，为风能设备提供一种改进的传动系。[0011]根据本实用新型，该目的在一种开头所述类型的传动系中通过以下方式得以实现，即，将发电机布置成与传动器的输出轴共轴，并且具有支撑在发电机壳体上的发电机轴，它通过连接法兰与传动器的输出轴相连，其中，在连接法兰之间设有电绝缘体。根据本实用新型提出了一种用于风能设备的传动系，该传动系具有传动器，该传动器具有传动器壳体并且通过慢速运行的驱动轴与风力转子相连或者能与该风力转子相连；和发电机，该发电机具有与传动器壳体固定连接的发电机壳体，在发电机壳体中设有至少一个定子和至少一个转子，其中，该转子与传动器的支撑在传动器壳体上的快速运行的输出轴耦合，其中，发电机具有与传动器的输出轴共轴地布置并且支撑在发电机壳体上的发电机轴，发电机轴通过连接法兰与传动器的输出轴相连，其中，在连接法兰之间设有电绝缘体。根据本实用新型的一个改进方案设计为，输出轴的连接法兰形状配合地、借助轴/毂连接布置在输出轴上。根据本实用新型的一个改进方案设计为，驱动轴和/或输出轴和/或发电机轴设计为空心轴。根据本实用新型的一个改进方案设计为，定子具有定子冷却回路。根据本实用新型的一个改进方案设计为，定子冷却回路沿着定子的周向方向延伸，并且设计在定子的外部区域上。根据本实用新型的一个改进方案设计为，定子冷却回路由多个环形的冷却剂通道构成。根据本实用新型的一个改进方案设计为，转子具有转子冷却回路。根据本实用新型的一个改进方案设计为，转子冷却回路与定子冷却回路的远离定子的外表面这样热耦合，即在两个冷却回路之间发生热交换。根据本实用新型的一个改进方案设计为，设有轴通风机，轴通风机布置在发电机轴上并且设计用于驱动转子冷却回路。根据本实用新型的一个改进方案设计为，传动器具有传动器冷却回路。根据本实用新型的一个改进方案设计为，传动器冷却回路与定子冷却回路或转子冷却回路以引导流体的方式相连。根据本实用新型的一个改进方案设计为，分别设有冷却剂作为定子冷却回路和/或转子冷却回路和/或传动器冷却回路的冷却介质。根据本实用新型的一个改进方案设计为，传动器壳体的至少一部分填充有润滑介质。根据本实用新型的一个改进方案设计为，在传动器壳体和发电机壳体之间设有密封件。根据本实用新型的一个改进方案设计为，该密封件是迷宫式密封件或间隙密封件。根据本实用新型的一个改进方案设计为，在两个连接法兰之间的电绝缘体设计为防油和防油脂的。根据本实用新型的一个改进方案设计为，在发电机壳体的远离传动器的侧壁上设有用于发电机轴的制动设备，并且特别是发电机轴支撑与制动设备共同起作用的制动盘。[0029]根据本实用新型的一个改进方案设计为，发电机设计为永磁激励发电机。根据本实用新型的一个改进方案设计为，发电机设计为内转子。因此本实用新型基于以下考虑，通过法兰来连接输出轴和发电机轴，从而使得两个轴的连接稳定并且刚性，并且主要通过支撑结构将这个因此具有高度稳定性的轴组合体支撑在传动器壳体上，该支撑结构设计用于承受轴向载荷。因此发电机轴在发电机的背离传动器的端面上的附加的支撑结构就不必承受轴向载荷，并且可以相应地刚性较低并因此在尺寸上更紧凑。为此，本实用新型提出，在发电机壳体中布置与传动器的输出轴共轴的发电机轴，发电机轴支撑在发电机壳体上。通过布置在两个轴的彼此朝向对方的端部上的连接法兰，发电机轴和传动器的输出轴抗扭地相互连接。由于轴缩短，并且法兰连接件将这两个轴稳固连接，使得可以省去发电机壳体中的发电机轴的第二支撑件，因为发电机轴可以通过法兰连接件和输出轴充分支撑在布置在传动器壳体中的轴承上。此外，这种设计方案使得可以使用一种设计成特别短的输出轴及发电机轴。由于缩短了轴，使得它们的刚性提高，从而减少了扭转的发生。由此可以总体上更轻松地铺设这两个轴。此外，本实用新型还建议，将传动器相对于发电机电绝缘，为此在这两个连接法兰之间设有电绝缘体。风力发电设备的传动系的轴向延伸长度变小使得导入该传动系的强迫力减小。导入的强迫力例如来自作用于转子的弯矩，并且导致对齿锥部件和轴承提出额外的要求。总体来说，输出轴及发电机轴的轴向延伸长度变小至少会延长使用寿命，并且提高传动系的可靠性或者减少进行维修保养的需求。此外，导入传动系中的强迫力减小导致传动系的构件的协作更均勻，并且因此使得效率提高，例如由于减小了摩擦。以优选的方式，输出轴的连接法兰可以形状配合地(特别是借助轴/轴毂连接)布置在输出轴上。这种抗扭的连接形式可以特别简单地形成。在本实用新型的其它设计方案中设计的是，将驱动轴和/或输出轴和/或发电机轴设计为空心轴。这就使得可以将其它的构件(特别是一种用于对转子叶片进行节距控制的设备)布置在空心轴中。在根据本实用新型的传动系的一个改进方案中，定子具有定子冷却回路。在转子区域中的、在发电机运行时产生的热量可以通过这种方式被导出。这就使得定子总是可以在它的最佳工作温度范围内运行。为了提供一种尽可能有效工作的定子冷却回路，定子冷却回路可以沿着定子的周向方向延伸，并且特别是设计在定子的外部区域上。以优选的方式，定子冷却回路由多个环形的冷却剂通道构成。根据本实用新型的另一个设计方案，转子具有转子冷却回路。转子冷却回路以优选的方式与定子冷却回路的远离定子的外表面这样热耦合，即，在两个冷却回路之间发生热交换。这就使得转子区域内的、在发电机运行时产生的热量通过该转子冷却回路被导出。此外，这种热耦合使得两个冷却回路之间可以进行热量交换，从而确保了通过定子冷却回路对转子冷却回路进行再冷却。为了驱动转子冷却回路，可以设有布置在发电机轴上的轴通风机。因此，可以以简单的方式和方法利用发电机轴现存的转动能量来驱动转子冷却回路。此外，传动器还可以具有传动器冷却回路。以优选的方式，传动器冷却回路与定子冷却回路或转子冷却回路以引导流体的方式相连。由此可以对传动器、特别是与发电机的两个冷却回路之一耦合的传动器进行冷却，从而优化传动系的能量需求。以适宜的方式，可以分别设有含水的冷却剂作为定子冷却回路和/或转子冷却回路和/或传动器冷却回路的冷却介质。特别地，具有防冻剂的含水的冷却剂是特别合适的。以优选的方式，传动器壳体的至少一部分填充有润滑介质，特别是含油的润滑介质。这就确保了对传动器能够进行充分润滑。为了特别是不让传动器的润滑剂进入发电机，可以在传动器壳体和发电机壳体之间设有密封件、特别是迷宫式密封件或者间隙密封件。此外，在两个连接法兰之间的电绝缘体可以设计为防油和防油脂的。这样一来，一方面提高了绝缘体的耐久力，并且另一方面使得法兰连接件相对于流体和油脂被密封住。根据本实用新型的传动系的一个改进方案提出，在发电机壳体的远离传动器的侧壁上设有用于发电机轴的制动设备，并且特别是该发电机轴支撑与制动设备共同起作用的制动盘。这就使得可以通过特别是自动地操作制动设备将风力转子的转速例如在风暴时也保持在所希望的转速容差范围内。此外还可以为进行维修工作使风力转子固定住。此外可以提出，发电机设计为永磁激励发电机。这样一来就免去了激励功率,并且提高了发电机的效率。此外，因为功率密度大，所以发电机在特定功率下的体积减小，从而使得总体上达到一种紧凑的构造方式。以适宜的方式，发电机可以设计为内转子。这种设计方案在功率强的风能设备中特别有效，并且可以简单地制造而成。以同样的方式，发电机可以设计为外转子。最后,发电机可以以大约ASOmirr1至eSOmirr1的转速转动。相比前述的经典的传动器解决方案(其中，发电机转速达到大约lOOOmirT1到ZOOOmirr1 )，由于发电机的转速较低，所以省去了传动器级。
就本实用新型的其它有利的设计方案而言，根据附图参考了从属权利要求以及下面对实施例的描述。图中示出图1以横截面视图示出根据本实用新型的一个实施方式的传动系的截取部分。
具体实施方式
在图1中示出了符合本实用新型的实施方式的传动系I的截取部分。这种传动系I是风能设备的组成部分，并且将未示出的风力转子的转动能量转换成电能。传动系I由具有传动器壳体3的传动器2和永磁激励发电机4组成,该发电机具有与传动器壳体3固定连接的发电机壳体5。在输入侧，传动器2通过未示出的慢速运行的驱动轴与风力转子相连，并且以本身已知的方式将驱动轴的低转速和高扭矩转换成高转速和低扭矩。在输出侧，传动器4具有快速运行的输出轴6，它与发电机4的发电机轴7抗扭地连接。在这两个轴6，7的彼此朝向对方的端部上布置了连接法兰8a，8b，它们之间具有未示出的电绝缘体，其被额外地设计为防油式的。转子9与发电机轴7连接，转子相对于固定的定子10可旋转地被保持住，从而以本身已知的方式将发电机轴7的转动能量转换成电能。部分地填充了含油的润滑剂的传动器壳体3至少包围带有太阳轮11的行星齿轮变速级，可以通过该太阳轮驱动输出轴6。输出轴6设计为空心轴，并且在它的朝向发电机轴7的端部区域上支撑毂12，它通过短啮合齿与输出轴6抗扭地连接。通过毂12，输出轴6被两个圆锥滚动轴承13支撑在传动器壳体3上。在这个端部区域上，通过形状配合将连接法兰8a与毂12抗扭地连接。在传动器壳体3和与其固定连接的发电机壳体5之间设有密封件14，其在此设计为迷宫式密封件。发电机轴7布置成与传动器2的输出轴6共轴，并且同样设计成空心轴。在它的远离传动器的端部上，发电机轴7通过滚动轴承15被支撑在发电机壳体5上。在发电机壳体5的这个区域上，也布置了用于发电机轴7的制动设备16，它与布置在发电机轴7的远离传动器的端部上的制动盘17共同起作用。与发电机轴7相连的转子9具有多个轮辐。作为将发电机4设计为内转子的实施方式的替换方式，也可以设有外转子。发电机4包括两个相互隔离的冷却回路18，19，它们分别填充有含水的冷却剂。在图1中可以清楚地看出，用箭头K表示的内部冷却回路(即所谓的转子冷却回路18)穿流过转子9的轮辐之间的自由空间，并且通过未示出的、被安放在发电机轴上的轴通风机越过发电机壳体5的径向外部区域导回到发电机壳体5的外壁和定子10之间。第二冷却回路(即所谓的定子冷却回路19)设计成沿着定子10的周向方向连接在定子的外部区域上的水套冷却装置。定子冷却回路19具有多个环形的、以引导流体的方式相互连接的冷却剂通道20，它们通过两个未示出的水流接头形成闭合的冷却回路。以未示出的方式，传动器2还可以具有冷却回路，它通过定子冷却回路19的两个水流接头与其相连。转子冷却回路18沿着定子冷却回路19的外表面这样与它热耦合，即，在两个冷却回路18，19之间发生热交换。为了将风力转子的转动能量转换成电能，传动器2首先将驱动轴的低转速和高扭矩转换成输出轴6的高转速和低扭矩。这样就以大约ASOmirr1的转速驱动发电机轴。由于转子9相对于固定的定子10旋转运动，于是以本身已知的方式产生电流。在发电机4运行时形成的热量在定子10的区域中通过定子冷却回路19，并且在转子9的区域中通过转子冷却回路18被导出。由于这两个冷却回路18，19热耦合，因此在这两个冷却回路18，19之间发生热交换。为了积极改变风力转子叶片相对于风的定位角度，并且为了因此首先能够利用气体动力制动风力转子，可以通过设计为空心轴的输入-，输出轴6和发电机轴7引导未不出的设备用于进行节距控制。此外，通过制动设备16可以将风力转子转速在发生风暴时保持在所希望的转速容差范围内，或者为了进行维修工作而让风力转子固定住。
权利要求1.一种用于风能设备的传动系(1)，所述传动系具有传动器(2)，所述传动器具有传动器壳体(3)并且通过慢速运行的驱动轴与风力转子相连或者能与所述风力转子相连；和发电机(4)，所述发电机具有与所述传动器壳体(3)固定连接的发电机壳体(5)，在所述发电机壳体中设有至少一个定子(10)和至少一个转子(9)，其中，所述转子(9)与所述传动器(2)的支撑在所述传动器壳体(3)上的快速运行的输出轴(6)耦合，其特征在于，所述发电机(4)具有与所述传动器(2)的所述输出轴(6)共轴地布置并且支撑在所述发电机壳体(5)上的发电机轴(7)，所述发电机轴通过连接法兰(8a，8b)与所述传动器(2)的所述输出轴(6)相连，其中，在所述连接法兰(8)之间设有电绝缘体。
2.根据权利要求1所述的传动系(1)，其特征在于，所述输出轴(6)的所述连接法兰 (Sa)形状配合地、借助轴/毂连接布置在所述输出轴(6)上。
3.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，所述驱动轴和/或所述输出轴(6)和/或所述发电机轴(7)设计为空心轴。
4.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，所述定子(10)具有定子冷却回路(19)。
5.根据权利要求3所述的传动系(I)，其特征在于，所述定子(10)具有定子冷却回路 (19)。
6.根据权利要求4所述的传动系(I)，其特征在于，所述定子冷却回路(19)沿着所述定子(10)的周向方向延伸，并且设计在所述定子的外部区域上。
7.根据权利要求5所述的传动系(I)，其特征在于，所述定子冷却回路(19)沿着所述定子(10)的周向方向延伸，并且设计在所述定子的外部区域上。
8.根据权利要求6所述的传动系(1)，其特征在于，所述定子冷却回路(19)由多个环形的冷却剂通道(20)构成。
9.根据权利要求7所述的传动系(1)，其特征在于，所述定子冷却回路(19)由多个环形的冷却剂通道(20)构成。
10.根据权利要求1或2所述的传动系(1)，其特征在于，所述转子(9)具有转子冷却回路(18)。
11.根据权利要求9所述的传动系(1)，其特征在于，所述转子(9)具有转子冷却回路 (18)。
12.根据权利要求11所述的传动系(I)，其特征在于，所述转子冷却回路(18)与所述定子冷却回路(19)的远离所述定子(10)的外表面这样热耦合，即在两个冷却回路之间发生热交换。
13.根据权利要求10所述的传动系(I)，其特征在于，设有轴通风机，所述轴通风机布置在所述发电机轴(7 )上并且设计用于驱动所述转子冷却回路(18 )。
14.根据权利要求12所述的传动系(I)，其特征在于，设有轴通风机，所述轴通风机布置在所述发电机轴(7 )上并且设计用于驱动所述转子冷却回路(18 )。
15.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，所述传动器(2)具有传动器冷却回路。
16.根据权利要求14所述的传动系(1)，其特征在于，所述传动器(2)具有传动器冷却回路。
17.根据权利要求16所述的传动系(I)，其特征在于，所述传动器冷却回路与所述定子冷却回路或所述转子冷却回路(18，19)以引导流体的方式相连。
18.根据权利要求4所述的传动系(I)，其特征在于，分别设有冷却剂作为所述定子冷却回路和/或所述转子冷却回路(18，19)和/或所述传动器冷却回路的冷却介质。
19.根据权利要求17所述的传动系(I)，其特征在于，分别设有冷却剂作为所述定子冷却回路和/或所述转子冷却回路(18，19)和/或所述传动器冷却回路的冷却介质。
20.根据权利要求1或2所述的传动系(1)，其特征在于，所述传动器壳体(3)的至少一部分填充有润滑介质。
21.根据权利要求19所述的传动系(1)，其特征在于，所述传动器壳体(3)的至少一部分填充有润滑介质。
22.根据权利要求20所述的传动系(1)，其特征在于，在所述传动器壳体(3)和所述发电机壳体(5)之间设有密封件。
23.根据权利要求21所述的传动系(1)，其特征在于，在所述传动器壳体(3)和所述发电机壳体(5)之间设有密封件。
24.根据权利要求22所述的传动系(I)，其特征在于，所述密封件是迷宫式密封件或间隙密封件(14)。
25.根据权利要求23所述的传动系(I)，其特征在于，所述密封件是迷宫式密封件或间隙密封件(14)。
26.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，在所述两个连接法兰(8a，8b) 之间的所述电绝缘体设计为防油和防油脂的。
27.根据权利要求25所述的传动系(I)，其特征在于，在所述两个连接法兰(8a，8b)之间的所述电绝缘体设计为防油和防油脂的。
28.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，在所述发电机壳体(5)的远离所述传动器(2)的侧壁上设有用于所述发电机轴(7)的制动设备(16)，并且所述发电机轴(7)支撑与所述制动设备(16)共同起作用的制动盘(17)。
29.根据权利要求27所述的传动系(1)，其特征在于，在所述发电机壳体(5)的远离所述传动器(2)的侧壁上设有用于所述发电机轴(7)的制动设备(16)，并且所述发电机轴(7) 支撑与所述制动设备(16)共同起作用的制动盘(17)。
30.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，所述发电机(4)设计为永磁激励发电机。
31.根据权利要求29所述的传动系(1)，其特征在于，所述发电机(4)设计为永磁激励发电机。
32.根据权利要求1或2所述的传动系(I)，其特征在于，所述发电机(4)设计为内转子。
33.根据权利要求31所述的传动系(1)，其特征在于，所述发电机(4)设计为内转子。
专利摘要本实用新型涉及一种用于风能设备的传动系，传动系具有传动器(2)，其具有传动器壳体(3)并且通过慢速运行的驱动轴与风力转子相连或者能与其相连；和发电机(4)，其具有与传动器壳体(3)固定连接的发电机壳体，在发电机壳体中设有至少一个定子(10)和至少一个转子(9)，其中，转子(9)与传动器(2)的支撑在传动器壳体(3)上的快速运行的输出轴(6)耦合，其中，发电机(4)具有与传动器(2)的输出轴(6)共轴地布置并且支撑在发电机壳体(5)上的发电机轴(7)，发电机轴通过连接法兰(8)与传动器(2)的输出轴(6)相连，其中，在连接法兰(8)之间设有电绝缘体。
文档编号H02K7/10GK202832992SQ201220143839
公开日2013年3月27日 申请日期2012年4月6日 优先权日2011年4月7日
发明者阿尔方斯·博英, 拉尔夫·马丁·丁特尔, 于尔根·德拉贝, 阿尔内·格里宁, 奥利弗·梅明杰, 阿克塞尔·默勒, 弗里德里克·舍贝尔, 罗兰·泽伊奇弗布尔 申请人:西门子公司, 威能极公司