DE102007050496A1

DE102007050496A1 - Generator mit Multistator und Multirotor

Info

Publication number: DE102007050496A1
Application number: DE102007050496A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Jeschke
Original assignee: INNOVATIVE WINDPOWER AG
Current assignee: INNOVATIVE WINDPOWER AG
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Die Erfindung offenbart einen Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, wobei der Generator wenigsten einen zweiten Rotor aufweist.

Description

Die Erfindung offenbart einen Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, wobei der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist.
Moderne Windkraftanlagen können Rotoren, welche mit Rotorblättern bestückt sind, mit einem Durchmesser von mehr als 100 m, Maschinenhäuser mit Durchmessern von über 12 m und Gewichten von über 200 Tonnen aufweisen. Insbesondere die Ausmaße und Gewichte der Maschinenhäuser stellen enorme Anforderungen an die Kräne, welche die Lasten in die entsprechenden Höhen transportieren. Weiterhin tragen, insbesondere bei Windkraftanlagen mit mehr als 1 MW Leistung, die Getriebe und Generatoren wesentlich zu der Masse und zum Ausmaß des Maschinenhauses bei.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Generator derart auszugestalten, dass die Ausmaße des Generators reduzierbar im Vergleich zu Generatoren gleicher Leistungsklassen sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, wobei der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist.
Durch die erfindungsgemäße kompakte Bauweise des Generators kann ein zugehöriges Maschinenhaus mit geringeren Ausmaßen ausgestaltet werden, als es im Vergleich zu üblichen Generatoren der gleichen Leistungsklasse möglich wäre.
Der Rotor des Generators kann mit Permanentmagneten und/oder mit Elektromagneten ausgestaltet sein. Weiterhin kann der Rotor aus Verbundwerkstoffen, insbesondere aus GFK, ausgestaltet sein. Die Magnete können dabei in den Rotor eingebracht bzw. auf dem Rotor angebracht sein.
Weiterhin kann der Rotor an die Welle angeflanscht sein, wobei dabei eine drehfeste Verbindung ausgeführt sein kann. Unter angeflanschte Verbindung ist in der gesamten Beschreibung eine lösbare und wieder arretierbare Verbindung zu verstehen.
Der Stator, auch Ständer genannt, umfasst Leiterwicklungen, welche auch zu Leiterspulen zusammengeschaltet werden können. Durch die Wechselwirkung mit den Magneten im Rotor bei Rotation der Welle wird eine Spannung in den Leiterspulen induziert, welche in das Stromnetz einspeisbar ist. Das Einspeisen kann mittels Konverter und/oder Transformator erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Generator zusätzlich zum zweiten Rotor weitere Rotoren aufweisen. Dadurch kann der Generator noch kompakter ausgestaltet sein.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltungsform können die Magnete des zweiten Rotors bzw. der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste Rotor. Insbesondere können den Magneten der zweiten und weiteren Rotoren jeweils oberhalb und/ oder unterhalb Leiterwicklungen so zugeordnet sein, so dass diese bei Rotation der Rotoren so in Wechselwirkung mit den Magneten stehen, dass bei Rotation der Rotoren Spannungen in den Leiterwicklungen induziert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste und zweite Rotor. Somit können mehrere Rotoren mit verschiedenen Radialabständen zur Welle angebracht sein, so dass eine wesentlich kompaktere Bauform des Generators, bei vergleichbarer Leistungsklasse, realisiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform können die Rotoren separat an die Welle gekoppelt werden. Somit können die Rotoren jeweils einzeln in den Generator eingebracht und entsprechend an die Welle montiert werden.
In einer speziellen Ausgestaltungsform können wenigstens Teile der Rotoren einen Gesamtrotor bilden. Dies kann durch die Ausgestaltung eines Rotors mit jeweiligen Abzweigungen für die Magnete des Rotors erfolgen. Auch kann dies durch mechanische Kopplung der Rotoren aneinander erfolgen, wodurch eine drehfeste Verbindung mit den gekoppelten Rotoren entsteht, wobei die gekoppelten Rotoren gemeinsam über die Welle rotierbar sind.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltungsform können der zweite Rotor bzw. die weiteren Rotoren mechanisch mittels Schaltung an die Welle koppelbar sein. Somit kann die Leistung des Generators mittels zuschalten oder abschalten verändert werden. Die Schaltung kann so ausgestaltet sein, dass abhängig von einem Sensorsignal oder einem gesetzten Signal bzw. Setzparameter eine mechanische Arretierung, beispielsweise mittel Bolzen oder Klemme, den Rotor an die Welle anflanscht.
In einer weiteren Ausgestaltungsform kann die Welle Bestandteil einer Abtriebsstufe eines Windkraftgetriebes bzw. an die Abtriebsstufe angekoppelt sein. Ein solches Windkraftgetriebe übersetzt das Drehmoment bzw. die eingehende Drehzahl in ein Drehmoment bzw. eine ausgehende Drehzahl der Welle des Generators.
Insbesondere kann der erfinderische Generator auch bei getriebelosen Windkraftanlagen eingesetzt werden, wobei die Welle so ausgestaltet ist, dass die die Rotorblätter aufnehmende Nabe an die Welle gekoppelt ist.
Im Weiteren wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt
1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen, rotationssymmetrischen Generator, wobei der Generator an das Getriebe angeflanscht ist,
2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen, rotationssymmetrischen Generators, wobei der Generator direkt an das Getriebe angeflanscht ist.
In dem in 1 und 2 jeweils dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Getriebegehäuse 128 über eine Anflanschplatte 122 an das Generatorgehäuse 118 angeflanscht. In der Getrieberückseite ist über einen FlexPin (TM) 132 ein Planetenrad 138/136 gelagert. Dieses Planetenrad 138/136 ist an der Drehzahlumwandlung beteiligt. Die Getriebeölpumpe 130 dient der Verteilung des Getriebeöls.
Das Getriebe wandelt die Drehzahl der die Rotorblätter fassenden Nabe (nicht dargestellt), welche durch den Eingriff des Windes in die Rotorblätter durch Rotation der Nabe bedingt ist, in eine Drehzahl der Abtriebsstufe (nicht dargestellt), welche von der Abtriebsstufe an die Welle 104 übertragen wird. Die Welle ist in den Lagern 102 gelagert. Dadurch rotiert die Welle 104 im Wesentlichen um die Rotationsachse 100.
An die Welle 104 ist in 1 der Rotor 108 mittels des Schaltbaren Bolzens 106 angeflanscht. In diesem sind Permanentmagnete 114 angebracht. Das magnetische Feld der Permanentmagnete 114 greift in die Leiterwicklungen, welche hier als Spulen 116 ausgebildet sind, ein. Bei einer Rotation der Welle 104 um die Rotationsachse 100 rotiert der drehfest mit der Welle 104 geflanschte Rotor 108 und somit auch die Permanentmagnete 114. Dabei induzieren die Permanentmagnete 114 in den Spulen 116 eine bzw. mehrere Spannungen. Sowohl durch die Anordnung der Spulen 116 als auch durch ihre Wicklungsanordnung können unterschiedliche Spannungswerte mit unterschiedlichen Phasenverläufen induziert werden. Die Spannungen können anschließend mittels Gleich- und Wechselrichter (nicht dargestellt) für das Stromnetz aufbereitet werden.
In 1 bilden die Einzelrotoren 112 und 110 eine Einheit mit dem Rotor 108. An den Einzelrotoren sind Permanentmagnete angebracht, welche im Wesentlichen in den ihnen zugeordneten Leiterwicklungen bzw. zugeordneten Spulen Spannungen induzieren.
Durch die induzierten Spannungen in den Leiterwicklungen werden die Spulen 116 erwärmt. Um die entstehende Wärme abzuführen, ist im Generator ein Kühlmittelkreislauf 120 mit entsprechendem Kühlmittel eingebracht. Der Kühlmittelkreislauf 120 wird über das Kühlaggregat 124 betrieben. Dabei pumpt das Kühlaggregat 124 das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf 120, wobei die Kühlung im Kühlaggregat aktiv mit Hilfe einer externen Stromquelle oder passiv mittels außen angebrachter Kühlrippen 126 erfolgen kann.
In 2 ist eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt. Dabei ist ein weiterer Rotor 202, welcher gespiegelt zum Rotor 108 auf der Welle 104 angeflanscht ist, in dem Generatorgehäuse 118 verortet. Die zu dem weiteren Rotor 202 zugehörigen Statoren 204 sind mit dem Kühlkreislauf 120 verbunden. Die Funktionsweise des weiteren Rotors entspricht der des Rotors 108. Der in 2 dargestellte Generator, zeigt eine hochkompakte Realisierung der Erfindung.

Claims

Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist.
Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator weitere Rotoren aufweist.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete des zweiten Rotors bzw. der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste Rotor.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste und zweite Rotor.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als die aller vorhergehenden Rotoren.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren separat an die Welle gekoppelt sind.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teile der Rotoren einen Gesamtrotor bilden.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor bzw. die weiteren Rotoren mechanisch mittels Schaltung an die Welle koppelbar sind.
Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle Bestandteil einer Abtriebsstufe eines Windkraftgetriebes bzw. an die Abtriebsstufe angekoppelt ist.