WO2006105901A1 - Windenergieanlage - Google Patents

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WO2006105901A1
WO2006105901A1 PCT/EP2006/002872 EP2006002872W WO2006105901A1 WO 2006105901 A1 WO2006105901 A1 WO 2006105901A1 EP 2006002872 W EP2006002872 W EP 2006002872W WO 2006105901 A1 WO2006105901 A1 WO 2006105901A1
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WO
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rotor
rotor blade
adjusting drive
transmission
wind turbine
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/002872
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Rupprich
Original Assignee
Ssb-Antriebstechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
Application filed by Ssb-Antriebstechnik Gmbh & Co. Kg filed Critical Ssb-Antriebstechnik Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/10—Transmission of mechanical power using gearing not limited to rotary motion, e.g. with oscillating or reciprocating members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/76—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism using auxiliary power sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind energy plant with a machine head, a rotor rotatably mounted on the machine head, at least one rotor blade rotatably mounted on the rotor and at least one electromotive adjusting drive mechanically coupled to the rotor blade and having a gear, of which the rotor blade is rotatable.
  • Such wind turbines are known from the prior art, wherein z. B. a motor in combination with a multi-stage planetary gear as a drive for the rotor blade adjustment, which is sufficient for relatively small turbine power.
  • a turbine here is regularly called the propeller or rotor.
  • the present invention seeks to increase the performance of the adjustment while avoiding the disadvantages mentioned in the prior art. Furthermore, the weight of the adjustment should be kept as low as possible.
  • the wind turbine according to the invention has a machine head, a rotor rotatably mounted on the machine head, at least one rotatably mounted on the rotor rotor blade and at least one mechanically coupled to the rotor blade and a transmission having electromotive adjustment, of which the rotor blade is rotatable, wherein the adjustment at least has two arranged in a common motor housing electric motors, which are mechanically coupled via the transmission with the rotor blade.
  • the adjusting drive is designed as a multiple motor, in particular a double motor, so that the power of the adjusting drive can be increased compared to the prior art without having to lengthen or increase the diameter of a motor.
  • the moment of inertia of the adjusting drive can be lower than at a single larger diameter motor, since the moment of inertia of a motor regularly increases with the fourth power of the rotor diameter, whereas the moment of inertia of the adjustment increases only linearly with the number of electric motors.
  • the dynamics of the adjustment can be kept high or a regulation for this fast.
  • the electric motors are arranged in a common motor housing, a separate motor housing for each electric motor can be dispensed with, resulting in weight savings.
  • the electric motors can be connected together or in parallel in mechanical terms by way of the transmission designed in particular as a summation gear, so that the sum or substantially the sum of the powers that can be output by the electric motors is available on the output side of the transmission.
  • the transmission may be arranged in a transmission housing which is fixedly connected to the motor housing or part thereof.
  • the motor housing can also be part of the transmission housing or vice versa, whereby a weight saving can be achieved with respect to an arrangement in which the motors and the transmission each have a separate housing.
  • the adjustment forms a compact structural unit that can replace a conventional Rotorblattverstellmotor.
  • the transmission can be formed in one or more stages and the output side are in communication with the rotor blade. Further, it is possible to provide an additional transmission, so that the transmission is coupled with the interposition of this additional transmission with the rotor blade, whereby larger transmission ratios can be realized. Also, in this case, the adjustment can be retrofitted to an existing wind turbine, already with a Gear for the rotor blade adjustment is provided, which then forms the additional gear.
  • the rotor blade has in particular an excellent longitudinal axis and is rotatable by the adjusting drive about this longitudinal axis, which preferably extends transversely or obliquely to the axis of rotation of the rotor. Further, for rotation of the rotor blade at this a ring gear to be rotatably secured, in which engages a gear coupled to the gear.
  • a common fan for cooling the electric motors may be provided on the motor housing, so that weight and cost savings can be achieved with respect to an arrangement which has a separate fan for each electric motor.
  • the adjusting drives can be provided inside the machine head and act on the respective rotor blade via a mechanism.
  • the adjusting drive or the adjusting drives are arranged outside the machine head or are fastened indirectly or directly on the rotor or on the respective rotor blade. In this case, the adjustment rotates or rotate the adjusting drives with the rotor rotating with this.
  • the machine head is in particular attached to a tower or rotatably mounted thereon and preferably has a machine housing, which encloses the machine head or in this arranged components and thus protects them from the weather.
  • the electric motors may be formed, for example, as DC machines, asynchronous machines or synchronous machines and are preferably connected in series in electrical terms. If DC machines are used, then one of the Electric motors are designed as a series machine, whereas another of the electric motors is designed as a foreign-excited machine. If the DC machines are operationally or electrically connected in series, so can the overall performance of a
  • Double lock machine result But it is also possible to use in combination or exclusively in series machines, shunt machines, externally excited machines or double lock machines. Furthermore, permanent-magnet machines can be used or a combination with permanent-magnet machines is possible. In principle, two or more electric motors can be used in the adjustment drive, in particular for the aforementioned constellations.
  • the adjusting drive is preferably connected to a controller, of which the rotation of the rotor blade is controllable.
  • a controller of which the rotation of the rotor blade is controllable.
  • at least one or each electric motor has a tachometer from which the rotor speed of the respective electric motor can be detected. It is also possible to provide at least one or each electric motor with a protractor, of which the angle of rotation between rotor and stator of the respective motor can be detected.
  • the quantities detected by the tachometer and / or protractor may then be sent to the controller, e.g. are provided as electrical signals, wherein the tachometer and / or protractor is preferably electrically connected to the controller.
  • the adjusting drive or at least one or each electric motor in particular has a brake, so that an unintentional rotation of the rotor blade can be prevented or a desired rotation of the rotor blade can be actively braked.
  • the or each brake can be a rotatably coupled to the rotor of the respective electric motor brake disc, an on Motor housing mounted electromagnet and a slidably mounted on the motor housing but rotatably mounted anchor plate which is biased by a spring against the brake disc and preferably at least partially consists of a magnetic or ferromagnetic material, wherein the armature plate of the electromagnet against the force of the spring of the brake disc is removable. This ensures that in the event of a power failure, the brakes automatically transition to or remain in the braking position.
  • two, three or more rotor blades are rotatably mounted on the rotor and are preferably distributed uniformly over the circumference of the rotor.
  • all rotor blades can be rotatable together by the adjusting drive, but preferably a separate adjusting drive is provided for each rotor blade, wherein all adjusting drives can be constructed identically, in particular like the adjusting drive described above.
  • Each rotor blade in particular has an excellent longitudinal axis and is rotatable about the respective adjustment drive about this longitudinal axis, which preferably extends transversely or obliquely to the axis of rotation of the rotor. Furthermore, a toothed ring can be fastened in a rotationally fixed manner to each rotor blade, in which a toothed wheel coupled to the respective gear engages.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of the wind turbine according to the invention
  • 2 shows a perspective view of an adjusting drive according to Fig.1
  • FIG. 7 a partial sectional view of a rotor blade according to FIG. 1.
  • FIG. 1 is a schematic side view of an embodiment of the wind turbine according to the invention can be seen, with a mounted on a foundation 1 tower 2 at its end remote from the foundation 1 end 3 a machine head 4 which rotates about an azimuth system 5 about the longitudinal axis 6 of the tower 2 attached to this or is stored.
  • a rotor 7 is rotatably mounted about an axis of rotation 8, which has at least two rotor blades 9, wherein in the machine head 4 via
  • an electric generator 11 is fixed, which is directly or indirectly connected via a rotor shaft 12 with the rotor 7.
  • a separate adjusting drive 13 is arranged for each rotor blade 9, by means of which the respective rotor blade 9 can be rotated about its longitudinal axis 14, which for example includes an angle of 90 ° with the axis of rotation 8.
  • the adjusting drives 13 are in particular constructed identically and are controlled by a controller 15 which is arranged in the machine head 4 and in particular electrically connected to the adjusting drives 13.
  • the machine head 4 is surrounded by a machine housing 16, which protects in particular the generator 11 and the controller 15 from weather influences.
  • the arrow 17 illustrates the rotational movement of the rotor 7, whereas the arrow 18 serves to illustrate the rotational movement of the rotor blade 9.
  • FIG. 2 shows a perspective view of one of the adjusting drives 13, wherein two electric motors 19 (see FIG. 4) are arranged in a common motor housing 20.
  • the rotor shafts 21 (see FIG. 4) of the motors 19 are non-rotatably connected to motor pinions 22, which protrude from an end face 23 of the motor housing 20 here.
  • a summation gear 24 is fixed to the front side 23, which has two input gears 25 which mesh with the motor pinions 22.
  • Concentric to each input gear 25, an output gear 26 is arranged, which is rotatably connected to the respective input gear 25.
  • Both output pinion 26 mesh with a driven gear 27 which is rotatably connected to a concentrically arranged to this output shaft 28.
  • the transmission 24 has a transmission housing 29, which is shown here for the sake of clarity only partially.
  • the gear housing 29 encloses the motor pinion 22 and the gear wheels or pinions 25, 26 and 27 and connects directly to the end face 23 of the housing 20 and is fixed thereto, so that the transmission 24th is protected against contamination and the weather.
  • a fan 30 is attached to the outside of the motor housing 20, which can be electrically connected via a connection box 31.
  • two terminal boxes 32 for electrical wiring of the electric motors 19 are provided on the outside of the motor housing 20.
  • Fig. 3 shows a front view of the adjusting drive 13 of FIG. 2, wherein three sectional lines A-A, B-B and C-C are shown.
  • FIG. 4 is a sectional view of the adjusting drive 13 along the section line CC of FIG. 3 can be seen, wherein the cut electric motor 19 has a rotor 33 with the motor or rotor shaft 21 which is rotatably mounted in the housing 20 via roller bearings 34 , The rotor winding 35 and the rotor windings are connected to a commutator 36, wherein the rotor 33 is arranged in a rotatably fixed in the housing 20 stator 37, which has one or more stator windings 38 and a laminated core 39, which directly on the inner wall of the housing 20 is present.
  • the stator winding (s) 38 and optionally also the rotor winding (s) 35 are electrically connected via the terminal box 32 and preferably electrically connected to the control device 15.
  • a brake disc 40 is rotatably connected, on which an existing of a ferromagnetic material anchor plate 41 is applied, which rotatably mounted in the housing 20, but entland the longitudinal or rotational axis 42 of the rotor shaft 21 is displaceable.
  • the armature plate 41 is pressed by a spring, not shown, against the brake disk 40, so that a rotational movement of the rotor 33 and the rotor shaft 21 about the longitudinal axis 42 relative to the stator 37 and to the housing 20 is frictionally prevented.
  • an electromagnet 43 is mounted in the housing 20, which has a slight distance from the anchor plate 41 in the direction of the longitudinal axis 42.
  • the armature plate 41 is attracted by the electromagnet 43 and displaced against the force of the spring along the longitudinal axis 42 and thus moved away from the brake disk 40.
  • the frictional connection between the brake disk 40 and the armature plate 41 is released, so that the rotor 33 can rotate with its rotor shaft 21 relative to the stator 37 or to the housing 20 about the longitudinal axis 42.
  • a brake for the rotor 33 is formed by the brake disc 40, the armature plate 41, the spring and the electromagnet 43, which is actuated in the currentless state of the electromagnet 43 and can be solved by energizing the electromagnet 43.
  • a tachometer 44 and a protractor 45 are arranged in or on the housing 20, wherein the rotational speed of the rotor 33 can be detected with the tachometer 44 and determined with the protractor 45, the angle of rotation between the rotor 33 and the stator 37 and housing 20 can be.
  • the tachometer 44 and the protractor 45 are preferably electrically connected to the controller 15. According to the embodiment, the tachometer 44 and the protractor 45 form separate assemblies. But it is also possible to combine the tachometer with the protractor to a single measuring unit or assembly and to arrange them in or on the housing 20.
  • FIG. 5 shows a partial sectional view of the adjusting drive 13 along the section line AA from FIG. 3
  • FIG. 6 shows a partial sectional view of the adjusting drive 13 along the section line BB from FIG.
  • Fig. 7 is a schematic sectional view of one of the apparent from Fig. 1 rotor blades 9 along its longitudinal axis 14, wherein at the rotor 7 facing the end of the rotor blade 9, a ring gear 46 is rotatably mounted, which meshes with a gear 47 which rotatably is connected to the output shaft 28.
  • the adjustment drive 13 shown here only schematically is connected via a fastening 48 with the rotor hub or the rotor 7, which is not shown here for clarity.
  • the determination of the attachment 48 to the rotor 7 can be effected directly or indirectly, wherein at least during the rotation of the rotor blade 9, a rotationally fixed connection between the housing 20 of the adjusting drive 13 and the rotor 7.
  • the housing 20 of the adjusting drive 13 is permanently connected to the rotor 7 in a rotationally fixed manner.
  • the connections between the gears or pinions and the associated waves can form fit, z. B. via a feather, done. Because of the frequent load changes, however, there is a risk that the feather keys or the keyway grooves will deflect, so that preferably a frictional and positive connection between the gears or pinions and the associated shafts is provided. This can be z. Example be done by the fact that the gears or pinion shrunk onto the associated waves and additionally glued with an adhesive. This non-positive and positive connection can be provided for all or part of the gears or pinions. Preferably, however, at least the Gears or pinion of the gear 34, the non-positive and positive connection.

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Abstract

Windenergieanlage mit einem Maschinenkopf (4), einem an dem Maschinenkopf (4) drehbar gelagerten Rotor (7), wenigstens einem an dem Rotor (7) drehbar gelagerten Rotorblatt (9) und wenigstens einem mit dem Rotorblatt (9) mechanisch gekoppelten und ein Getriebe (24) aufweisenden elektromotorischen Verstellantrieb (13), von welchem das Rotorblatt (9) drehbar ist, wobei der Verstellantrieb (13) wenigstens zwei in einem gemeinsamen Motorgehäuse (20) angeordnete Elektromotoren (19) aufweist, die über das Getriebe (24) mit dem Rotorblatt (9) mechanisch gekoppelt sind.

Description

Windenergieanlage
Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Maschinenkopf, einem an dem Maschinenkopf drehbar gelagerten Rotor, wenigstens einem an dem Rotor drehbar gelagerten Rotorblatt und wenigstens einem mit dem Rotorblatt mechanisch gekoppelten und ein Getriebe aufweisenden elektromotorischen Verstellantrieb, von welchem das Rotorblatt drehbar ist.
Derartige Windenergieanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei z. B. ein Motor in Kombination mit einem mehrstufigen Planetengetriebe als Antrieb für die Rotorblattverstellung dient, was für relativ kleine Turbinenleistungen ausreichend ist. Als Turbine wird hierbei regelmäßig der Propeller bzw. Rotor bezeichnet.
Bei größeren Windenergieanlagen bzw. bei größer werdenden Turbinenleistungen sind für die Rotorblattverstellung aber höhere Leistungen erforderlich, die z.B. durch eine Verlängerung des Elektromotors erzielt werden können. Diesem Ansatz sind jedoch physikalische und einbaubedingte Grenzen gesetzt. Gemäß einem anderen Ansatz zur Leistungserhöhung kann auch der Motordurchmesser vergrößert werden. Daraus resultiert aber eine überproportionale Erhöhung des Eigenträgheitsmoments des Elektromotors, was mit dem Nachteil verbunden ist, dass sich die Dynamik des Systems verschlechtert, so dass Sicherheitsprobleme im Störfall auftreten können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Leistung des Verstellantriebs unter Vermeidung der zum Stand der Technik genannten Nachteile zu erhöhen. Ferner soll das Gewicht des Verstellantriebs möglichst gering gehalten werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 und einem Verstellantrieb nach Anspruch 22 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage weist einen Maschinenkopf, einen an dem Maschinenkopf drehbar gelagerten Rotor, wenigsten ein an dem Rotor drehbar gelagertes Rotorblatt und wenigsten einen mit dem Rotorblatt mechanisch gekoppelten und ein Getriebe aufweisenden elektromotorischen Verstellantrieb auf, von welchem das Rotorblatt drehbar ist, wobei der Verstellantrieb wenigstens zwei in einem gemeinsamen Motorgehäuse angeordnete Elektromotoren aufweist, die über das Getriebe mit dem Rotorblatt mechanisch gekoppelt sind.
Bei der erfindungsgemäße Windenergieanlage ist der Verstellantrieb als Mehrfachmotor, insbesondere Doppelmotor ausgebildet, so dass die Leistung des Verstellantriebs gegenüber dem Stand der Technik erhöht werden kann, ohne dass ein Motor verlängert oder in seinem Durchmesser vergrößert werden muss. Somit kann ein Überschreiten der physikalischen und einbaubedingten Grenzen hinsichtlich der Länge des Verstellantriebs vermieden werden. Ferner kann das Eigenträgheitsmoment des Verstellantriebs geringer als bei einem einzigen Motor größeren Durchmessers gehalten werden, da das Eigenträgheitsmoment eines Motors regelmäßig mit der vierten Potenz des Rotordurchmessers ansteigt, wohingegen sich das Eigenträgheitsmoment des Verstellantriebs lediglich linear mit der Anzahl der Elektromotoren erhöht. Somit kann die Dynamik des Verstellantriebs hoch bzw. eine Regelung für diesen schnell gehalten werden. Da die Elektromotoren ferner in einem gemeinsamen Motorgehäuse angeordnet sind, kann auf ein separates Motorgehäuse für jeden Elektromotor verzichtet werden, was zu Gewichtseinsparungen führt.
Über das insbesondere als Summiergetriebe ausgebildete Getriebe können die Elektromotoren in mechanischer Hinsicht zusammen bzw. parallel geschaltet sein, so dass abtriebseitig am Getriebe die Summe bzw. im Wesentlichen die Summe der von den Elektromotoren abgebbaren Leistungen zur Verfügung steht. Ferner kann das Getriebe in einem Getriebegehäuse angeordnet sein, welches mit dem Motorgehäuse fest verbunden oder Teil desselben ist. Somit kann das Motorgehäuses gleichzeitig Bestandteil des Getriebegehäuses sein oder umgekehrt, wodurch eine Gewichtsersparnis gegenüber einer Anordnung erzielbar ist, bei der die Motoren und das Getriebe jeweils ein separates Gehäuse aufweisen. Insbesondere bildet somit der Verstellantrieb eine kompakte bauliche Einheit, die einen herkömmlichen Rotorblattverstellmotor ersetzten kann.
Das Getriebe kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und abtriebseitig mit dem Rotorblatt in Verbindung stehen. Ferner ist es möglich, ein Zusatzgetriebe vorzusehen, so dass das Getriebe unter Zwischenschaltung dieses Zusatzgetriebes mit dem Rotorblatt gekoppelt ist, wodurch größere Übersetzungsverhältnisse realisierbar sind. Auch kann in diesem Fall der Verstellantrieb bei einer bestehenden Windenergieanlage nachgerüstet werden, die bereits mit einem Getriebe für die Rotorblattverstellung versehen ist, welches dann das Zusatzgetriebe bildet.
Das Rotorblatt weist insbesondere eine ausgezeichnete Längsachse auf und ist von dem Verstellantrieb um diese Längsachse drehbar, welche bevorzugt quer oder schräg zur Drehachse des Rotors verläuft. Ferner kann zum Drehen des Rotorblatts an diesem ein Zahnkranz drehfest befestigt sein, in welchen ein mit dem Getriebe gekoppeltes Zahnrad eingreift.
An dem Motorgehäuse kann ein gemeinsamer Lüfter zum Kühlen der Elektromotoren vorgesehen sein, so das eine Gewichts- und Kosteneinsparung gegenüber einer Anordnung erzielbar ist, die für jeden Elektromotor einen separaten Lüfter aufweist.
Der oder (bei mehreren Rotorblättern) die Verstellantriebe können innerhalb des Maschinenkopfes vorgesehen sein und über eine Mechanik auf das jeweilige Rotorblatt einwirken. Bevorzugt ist der Verstellantrieb oder sind die Verstellantriebe aber außerhalb des Maschinenkopfes angeordnet bzw. mittelbar oder unmittelbar am Rotor oder am jeweiligen Rotorblatt befestigt. In diesem Fall dreht sich der Verstellantrieb oder drehen sich die Verstellantriebe bei drehendem Rotor mit diesem mit.
Der Maschinenkopf ist insbesondere an einem Turm befestigt bzw. drehbar an diesem gelagert und weist bevorzugt ein Maschinengehäuse auf, welches den Maschinenkopf bzw. in diesem angeordnete Bauelemente umkleidet und diese somit vor Wettereinflüssen schützt.
Die Elektromotoren können z.B. als Gleichstrommaschinen, Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen ausgebildet sein und sind in elektrischer Hinsicht bevorzugt in Reihe geschaltet. Werden Gleichstrommaschinen verwendet, so kann einer der Elektromotoren als Reihenschlussmaschine ausgebildet sein, wohingegen ein anderer der Elektromotoren als fremderregte Maschine konstruiert ist. Sind die Gleichstrommaschinen betriebsmäßig bzw. elektrisch in Reihe geschaltet, so kann sich insgesamt das Betriebsverhalten einer
Doppelschlussmaschine ergeben. Es ist aber auch möglich, in Kombination oder ausschließlich Reihenschlussmaschinen, Nebenschlussmaschinen, fremderregte Maschinen oder Doppelschlussmaschinen zu verwenden. Ferner sind permanenterregte Maschinen einsetzbar bzw. ist eine Kombination mit permanenterregten Maschinen möglich. Grundsätzlich können, insbesondere für die genannten Konstellationen, zwei oder mehr Elektromotoren in dem Verstellantrieb eingesetzt werden.
Der Verstellantrieb ist bevorzugt mit einer Steuerung verbunden, von welcher die Verdrehung des Rotorblatts steuerbar ist. Insbesondere weist zumindest ein oder jeder Elektromotor einen Drehzahlmesser auf, von welchem die Läuferdrehzahl des jeweiligen Elektromotors erfasst werden kann. Auch ist es möglich, zumindest einen oder jeden Elektromotor mit einem Winkelmesser zu versehen, von welchem der Verdrehwinkel zwischen Läufer und Stator des jeweiligen Motors erfassbar ist. Die von dem Drehzahlmesser und/oder Winkelmesser erfassten Größen können dann der Steuerung, z.B. als elektrische Signale, zur Verfügung gestellt werden, wobei der Drehzahlmesser und/oder Winkelmesser bevorzugt elektrisch mit der Steuerung verbunden ist.
Der Verstellantrieb oder zumindest ein bzw. jeder Elektromotor weist insbesondere eine Bremse auf, so dass eine ungewollte Drehung des Rotorblatts verhindert werden kann bzw. eine gewollte Verdrehung des Rotorblatts aktiv abbremsbar ist. Die bzw. jede Bremse kann dabei eine mit dem Läufer des jeweiligen Elektromotors drehfest gekoppelte Bremsscheibe, einen am Motorgehäuse befestigten Elektromagneten sowie eine am Motorgehäuse verschiebbar aber drehfest gelagerte Ankerplatte aufweisen, die über eine Feder gegen die Bremsscheibe vorgespannt ist und bevorzugt zumindest bereichsweise aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Material besteht, wobei die Ankerplatte von dem Elektromagneten gegen die Kraft der Feder von der Bremsscheibe abrückbar ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei einem Stromausfall die Bremsen automatisch in die Bremsstellung übergehen oder in dieser verbleiben.
An dem Rotor sind insbesondere zwei, drei oder mehr Rotorblätter drehbar gelagert, die bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind. Ferner können alle Rotorblätter gemeinsam von dem Verstellantrieb drehbar sein, bevorzugt ist jedoch für jedes Rotorblatt ein separater Verstellantrieb vorgesehen, wobei alle Verstellantriebe identisch, insbesondere wie der zuvor beschriebene Verstellantrieb aufgebaut sein können.
Jedes Rotorblatt weist dabei insbesondere eine ausgezeichnete Längsachse auf und ist von dem jeweiligen Verstellantrieb um diese Längsachse drehbar, welche bevorzugt quer oder schräg zur Drehachse des Rotors verläuft. Ferner kann an jedem Rotorblatts ein Zahnkranz drehfest befestigt sein, in welchen ein mit dem jeweiligen Getriebe gekoppeltes Zahnrad eingreift.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windenergieanlage, Fig. 2: eine perspektivische Ansicht eines Verstellantriebs nach Fig.1,
Fig. 3: eine Vorderansicht des Verstellantriebs nach Fig.2,
Fig. 4: eine Schnittansicht des Verstellantriebs entlang der Schnittlinie C-C aus Fig.3,
Fig. 5: eine teilweise Schnittansicht des Verstellantriebs entlang der Schnittlinie A-A aus Fig.3,
Fig. 6: eine teilweise Schnittansicht des Verstellantriebs entlang der Schnittlinie B-B aus Fig.3 und
Fig. 7: eine teilweise Schnittansicht eines Rotorblatts nach Fig. 1.
Aus Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windenergieanlage ersichtlich, wobei ein auf einem Fundament 1 befestigter Turm 2 an seinem dem Fundament 1 abgewandten Ende 3 einen Maschinenkopf 4 aufweist, der über ein Azimutsystem 5 um die Längsachse 6 des Turms 2 drehbar an diesem befestigt bzw. gelagert ist. An dem Maschinenkopf 4 ist ein Rotor 7 um eine Drehachse 8 drehbar gelagert, der wenigstens zwei Rotorblätter 9 aufweist, wobei in dem Maschinenkopf 4 über
Verbindungselemente 10 ein elektrischer Generator 11 befestigt ist, der über eine Rotorwelle 12 mit dem Rotor 7 mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht.
An dem Rotor 7 ist für jedes Rotorblatt 9 ein separater Verstellantrieb 13 angeordnet, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt 9 um seine Längsachse 14 gedreht werden kann, welche z.B. einen Winkel von 90° mit der Drehachse 8 einschließt. Die Verstellantriebe 13 sind insbesondere identisch aufgebaut und werden über eine Steuerung 15 angesteuert, die in dem Maschinenkopf 4 angeordnet und mit den Verstellantrieben 13 insbesondere elektrisch verbunden ist. Der Maschinenkopf 4 ist von einem Maschinengehäuse 16 umgeben, welches insbesondere den Generator 11 und die Steuerung 15 vor Wettereinflüssen schützt.
Der Pfeil 17 verdeutlicht hierbei die Drehbewegung des Rotors 7, wohingegen der Pfeil 18 zur Veranschaulichung der Drehbewegung des Rotorblatts 9 dient.
Aus Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines der Verstellantriebe 13 ersichtlich, wobei zwei Elektromotoren 19 (siehe Fig. 4) in einem gemeinsamen Motorgehäuse 20 angeordnet sind. Die Läuferwellen 21 (siehe Fig. 4) der Motoren 19 sind drehfest mit Motorritzeln 22 verbunden, die hier von einer Stirnseite 23 des Motorgehäuses 20 hervorstehen. Außerhalb des Motorgehäuses 20 ist an der Stirnseite 23 ein Summiergetriebe 24 befestigt, welches zwei EingangsZahnräder 25 aufweist, die mit den Motorritzeln 22 kämmen. Konzentrisch zu jedem Eingangs zahnrad 25 ist ein Abtriebsritzel 26 angeordnet, welches drehfest mit dem jeweiligen Eingangszahnrad 25 verbunden ist. Beide Abtriebsritzel 26 kämmen mit einem Abtriebszahnrad 27, welches drehfest mit einer konzentrisch zu diesem angeordneten Abtriebswelle 28 verbunden ist.
Das Getriebe 24 weist ein Getriebegehäuse 29 auf, welches der Übersichtlichkeit halber hier lediglich teilweise dargestellt ist. Im fertig montierten Zustand des Verstellantriebs 13 umhüllt das Getriebegehäuse 29 die Motorritzel 22 und die Getriebezahnräder bzw. -ritzel 25, 26 und 27 und schließt sich unmittelbar an die Stirnseite 23 des Gehäuses 20 an bzw. ist an dieser befestigt, so dass das Getriebe 24 vor Verunreinigungen und Witterungseinflüssen geschützt ist. Ferner ist ein Lüfter 30 an der Außenseite des Motorgehäuses 20 befestigt, der über einen Anschlusskasten 31 elektrisch beschaltet werden kann. Ferner sind an der Außenseite des Motorgehäuses 20 zwei Anschlusskästen 32 zur elektrischen Beschaltung der Elektromotoren 19 vorgesehen.
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht des Verstellantriebs 13 nach Fig. 2, wobei drei Schnittlinien A-A, B-B und C-C dargestellt sind.
Aus Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Verstellantriebs 13 entlang der Schnittlinie C-C aus Fig. 3 ersichtlich, wobei der geschnitten dargestellte Elektromotor 19 einen Läufer 33 mit der Motor- bzw. Läuferwelle 21 aufweist, die über Wälzlager 34 drehbar in dem Gehäuse 20 gelagert ist. Die Läuferwicklung 35 bzw. die Läuferwicklungen sind an einen Kommutator 36 angeschlossen, wobei der Läufer 33 in einem drehfest in dem Gehäuse 20 befestigen Stator 37 angeordnet ist, der eine oder mehrere Statorwicklungen 38 und ein Blechpaket 39 aufweist, welches unmittelbar an der Innenwandung des Gehäuses 20 anliegt. Die Statorwicklung (en) 38 und gegebenenfalls auch die Lauferwicklung (en) 35 sind dabei elektrisch über den Anschlusskasten 32 beschaltbar und bevorzugt mit der Steuervorrichtung 15 elektrisch verbunden.
Mit der Läuferwelle 21 ist eine Bremsscheibe 40 drehfest verbunden, an der eine aus einem ferromagnetischen Material bestehende Ankerplatte 41 anliegt, die in dem Gehäuse 20 drehfest gelagert, aber entland der Längs- bzw. Drehachse 42 der Läuferwelle 21 verschiebbar ist. Die Ankerplatte 41 wird über eine nicht dargestellte Feder gegen die Bremsscheibe 40 gedrückt, so dass eine Drehbewegung des Läufers 33 bzw. der Läuferwelle 21 um die Längsachse 42 relativ zu dem Stator 37 bzw. zu dem Gehäuse 20 kraftschlüssig verhindert wird. An der der Bremsscheibe 40 abgewandten Seite der Ankerplatte 41 ist ein Elektromagnet 43 in dem Gehäuse 20 befestigt, der in Richtung der Längsachse 42 einen geringfügigen Abstand zur Ankerplatte 41 aufweist. Wird der Elektromagnet 43 von einem ausreichend hohen elektrischen Strom durchflössen, so wird die Ankerplatte 41 von dem Elektromagnet 43 angezogen und gegen die Kraft der Feder entlang der Längsachse 42 verschoben und somit von der Bremsscheibe 40 abgerückt. In diesem abgerückten Zustand ist die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Bremsscheibe 40 und der Ankerplatte 41 aufgehoben, so dass der Läufer 33 mit seiner Läuferwelle 21 relativ zu dem Stator 37 bzw. zu dem Gehäuse 20 um die Längsachse 42 drehen kann. Somit wird von der Bremsscheibe 40, der Ankerplatte 41, der Feder und dem Elektromagnet 43 eine Bremse für den Läufer 33 gebildet, die im stromlosen Zustand des Elektromagneten 43 betätigt ist und durch Bestromung des Elektromagneten 43 gelöst werden kann.
Ferner sind in bzw. an dem Gehäuse 20 ein Drehzahlmesser 44 und ein Winkelmesser 45 angeordnet, wobei mit dem Drehzahlmesser 44 die Drehzahl des Läufers 33 erfassbar ist und mit dem Winkelmesser 45 der Verdrehwinkel zwischen dem Läufer 33 und dem Stator 37 bzw. Gehäuse 20 bestimmt werden kann. Der Drehzahlmesser 44 und der Winkelmesser 45 sind dabei bevorzugt elektrisch mit der Steuerung 15 verbunden. Gemäß der Ausführungsform bilden der Drehzahlmesser 44 und der Winkelmesser 45 getrennte Baugruppen. Es ist aber auch möglich, den Drehzahlmesser mit dem Winkelmesser zu einer einzigen Messeinheit bzw. Baugruppe zu kombinieren und diese in oder an dem Gehäuse 20 anzuordnen.
Zwar ist in Fig. 4 lediglich einer der beiden Elektromotoren 19 dargestellt, der andere Elektromotor ist aber identisch aufgebaut . Aus Fig. 5 ist eine teilweise Schnittansicht des Verstellantriebs 13 entlang der Schnittlinie A-A aus Fig. 3 ersichtlich, wohingegen Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht des Verstellantrieb 13 entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 3 zeigt .
In Fig. 7 ist eine schematische Schnittansicht eines der aus Fig. 1 ersichtlichen Rotorblätter 9 entlang seiner Längsachse 14 dargestellt, wobei an dem dem Rotor 7 zugewandten Ende des Rotorblatts 9 ein Zahnkranz 46 drehfest befestigt ist, der mit einem Zahnrad 47 kämmt, welches drehfest mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist. Der hier lediglich schematisch dargestellte Verstellantrieb 13 ist über eine Befestigung 48 mit der Rotornabe bzw. dem Rotor 7 verbunden, welcher der Übersichtlichkeit halber hier nicht gezeigt ist. Die Festlegung der Befestigung 48 an dem Rotor 7 kann dabei unmittelbar oder mittelbar erfolgen, wobei zumindest während des Verdrehens des Rotorblatts 9 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse 20 des Verstellantriebs 13 und dem Rotor 7 besteht. Bevorzugt ist das Gehäuse 20 des Verstellantriebs 13 aber dauerhaft drehfest mit dem Rotor 7 verbunden.
Die Verbindungen zwischen den Zahnrädern bzw. Ritzeln und den zugehörigen Wellen können formschlüssig, z. B. über eine Passfeder, erfolgen. Wegen der häufigen Lastwechsel besteht aber die Gefahr, dass die Passfedern bzw. die Passfedernuten ausschlagen, so dass bevorzugt eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Zahnrädern bzw. Ritzeln und den zugehörigen Wellen vorgesehen ist. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Zahnräder bzw. Ritzel auf die zugehörigen Wellen aufgeschrumpft und zusätzlich mit einem Klebstoff verklebt werden. Diese kraft- und formschlüssige Verbindung kann für alle oder für einen Teil der Zahnräder bzw. Ritzel vorgesehen sein. Bevorzugt weisen aber wenigstens die Zahnräder bzw. Ritzel des Getriebes 34 die kraft- und formschlüssige Verbindung auf.
Bezugszeichenliste
1 Fundament
2 Turm
3 dem Fundament abgewandtes Ende des Turms
4 Maschinenkopf
5 Azimutsystem
6 Längsachse des Turms bzw. Drehachse des Maschinenkopfes
7 Rotor
8 Drehachse des Rotors
9 Rotorblatt
10 Gestell für elektrischen Generator
11 elektrischer Generator
12 Rotorwelle
13 Verstellantrieb
14 Längsachse bzw. Drehachse des Rotorblatts
15 Steuerung für Verstellantrieb
16 Maschinengehäuse
17 Pfeil zur Veranschaulichung der Drehbewegung des Rotors
18 Pfeil zur Veranschaulichung der Drehbewegung des Rotorblatts
19 Elektromotor
20 Motorgehäuse
21 Läuferwelle
22 Motorritzel
23 Stirnseite des Motorgehäuses
24 Summiergetriebe
25 Eingangszahnrad
26 Abtriebsritzel
27 Abtriebszahnrad Abtriebswelle Getriebegehäuse Lüfter Anschlusskasten für Lüfter Anschlusskasten für Motor Läufer Wälzlager Läuferwicklung Kommutator Stator Statorwicklung Blechpaket Bremsscheibe Ankerplatte Längsachse der Läuferwelle Elektromagnet Drehzahlmesser Winkelmesser Zahnkranz Zahnrad Befestigung

Claims

Ansprüche
1. Windenergieanlage mit einem Maschinenkopf (4), einem an dem Maschinenkopf (4) drehbar gelagerten Rotor (7), wenigstens einem an dem Rotor (7) drehbar gelagerten Rotorblatt (9) und wenigstens einem mit dem Rotorblatt (9) mechanisch gekoppelten und ein Getriebe (24) aufweisenden elektromotorischen Verstellantrieb (13), von welchem das Rotorblatt (9) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (13) wenigstens zwei in einem gemeinsamen Motorgehäuse (20) angeordnete Elektromotoren (19) aufweist, die über das Getriebe (24) mit dem Rotorblatt (9) mechanisch gekoppelt sind.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) ein Summiergetriebe ist.
3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) in einem Getriebegehäuse (29) angeordnet ist, welches mit dem Motorgehäuse (20) fest verbunden oder Teil desselben ist.
4. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) unter Zwischenschaltung eines Zusatzgetriebes mit dem Rotorblatt (9) gekoppelt ist.
5. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt (9) eine ausgezeichnete Längsachse (14) aufweist und von dem Verstellantrieb (13) um diese Längsachse (14) drehbar ist, welche quer oder schräg zur Drehachse (8) des Rotors (7) verläuft .
6. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotorblatt (9) ein Zahnkranz (46) drehfest befestigt ist, in welchen ein mit dem Getriebe (24) gekoppeltes Zahnrad (47) eingreift.
7. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Motorgehäuse (29) ein Lüfter (30) angeordnet ist, von dem die Elektromotoren (19) kühlbar sind.
8. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (13) außerhalb des Maschinenkopfes (4) angeordnet ist.
9. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (13) am Rotor (7) oder am Rotorblatt (9) befestigt ist.
10. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkopf (4) an einem Turm (1) befestigt und/oder drehbar an diesem gelagert ist.
11. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkopf (4) ein Maschinengehäuse (16) aufweist.
12. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (19) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
13. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (19) Gleichstrommaschinen sind.
14. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verstellantrieb (13) eine Steuerung (15) verbunden ist, mittels welcher die Verdrehung des Rotorblatts (9) steuerbar ist.
15. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder jeder der Elektromotoren (19) einen Drehzahlmesser (44) aufweist, von welchem die Läuferdrehzahl des jeweiligen Elektromotors (19) erfassbar ist.
16. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder jeder der Elektromotoren (19) einen Winkelmesser (45) aufweist, von welchem der Verdrehwinkel zwischen Läufer (33) und Stator (37) des jeweiligen Elektromotors (19) erfassbar ist.
17. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (13) oder einer oder jeder der Elektromotoren (19) eine Bremse aufweist.
18. Windenergieanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bremse eine mit dem Läufer (33) des jeweiligen Elektromotors (19) drehfest gekoppelte Bremsscheibe (40), einen am Motorgehäuse (20) befestigten Elektromagneten (43) und eine am Motorgehäuse (20) verschiebbar aber drehfest gelagerte Ankerplatte (41) aufweist, die über eine Feder gegen die Bremsscheibe (40) vorgespannt ist und zumindest bereichsweise aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Material besteht, wobei die Ankerplatte (41) von dem Elektromagneten (43) gegen die Kraft der Feder von der Bremsscheibe (40) abrückbar ist.
19. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rotor (7) mehrere Rotorblätter (9) drehbar gelagert sind.
20. Windenergieanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rotorblatt (9) ein separater Verstellantrieb (13) vorgesehen ist, von welchem das jeweilige Rotorblatt (9) drehbar ist.
21. Windenergieanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellantriebe (13) identisch aufgebaut sind.
22. Verstellantrieb zum Drehen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, mit einem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei in einem gemeinsamen Motorgehäuse (20) angeordnete Elektromotoren (19) über das Getriebe (24) mit dem Rotorblatt (9) mechanisch koppelbar sind.
23. Verstellantrieb nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) ein Summiergetriebe ist.
24. Verstellantrieb nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) in einem Getriebegehäuse (29) angeordnet ist, welches mit dem Motorgehäuse (20) fest verbunden oder Teil desselben ist.
25. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (13) oder einer oder jeder der Elektromotoren (19) eine Bremse aufweist.
26. Verstellantrieb nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bremse eine mit dem Läufer (33) des jeweiligen Elektromotors (19) drehfest gekoppelte Bremsscheibe (40) , einen am Motorgehäuse (20) befestigten Elektromagneten (43) und eine am Motorgehäuse (20) verschiebbar aber drehfest gelagerte Ankerplatte (41) aufweist, die über eine Feder gegen die Bremsscheibe (40) vorgespannt ist und zumindest bereichsweise aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Material besteht, wobei die Ankerplatte (41) von dem Elektromagneten (43) gegen die Kraft der Feder von der Bremsscheibe (40) abrückbar ist.
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