WO2017174638A1 - Generator mit magnetischer übersetzung - Google Patents

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WO2017174638A1
WO2017174638A1 PCT/EP2017/058074 EP2017058074W WO2017174638A1 WO 2017174638 A1 WO2017174638 A1 WO 2017174638A1 EP 2017058074 W EP2017058074 W EP 2017058074W WO 2017174638 A1 WO2017174638 A1 WO 2017174638A1
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stator
modulator
generator
electric machine
machine according
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PCT/EP2017/058074
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Johannes BROMBACH
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Wobben Properties Gmbh
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    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine, in particular a generator with magnetic translation, and a wind turbine with such an electric machine as a generator for generating electrical power from wind.
  • Electrical machines are well known, they are usually designed as rotating electrical machines and have exactly one stator and exactly one rotor. Electrical machines are also designed as a motor for performing mechanical work or as a generator for generating electrical power and cover a wide range of applications. In certain applications, it may be necessary that the electrical machine must be adapted by means of a mechanical transmission to their application.
  • a mechanical transmission is used, which is arranged between the aerodynamic rotor, which is driven by the wind, and the rotor of the generator, that is arranged in the drive train of the wind turbine. In such an embodiment of a wind turbine with mechanical gear this is usually heavily stressed by changing loads, the translation from slow to high speeds is particularly problematic, and it can come to so-called. Cold Forging processes that damage the mechanical transmission such that it must be replaced. This in turn leads to a high maintenance of the wind turbine and can be very costly.
  • an electric machine according to claim 1 is proposed.
  • This electric machine comprises a first stator having a plurality of first stator poles, which form one or more first stator pole pairs, prepared for providing a fixed, circumferentially alternating magnetic field, a second stator having a plurality of second stator poles, which form one or more second stator pole pairs, for guiding a magnetic rotating field, with electrical windings for guiding an alternating electric current corresponding to the magnetic rotating field and a rotatably mounted between the first and second stator modulator, so that an interaction between the alternating magnetic field of the first stator, the magnetic rotating field of the second stator and a rotational movement of the modulator.
  • the electric machine has a modulator which is arranged so that it carries out a modulation of at least one magnetic field of a stator.
  • the modulator is formed in sections as a magnetically active body, for example of ferromagnetic materials such as iron.
  • the modulator of the electric machine thus forms the rotor of the electric machine.
  • the mode of action of the proposed electric machine is based on that of a magnetic gear.
  • the electric machine is also designed as a synchronous machine, in particular as a synchronous generator, so that an electrical, particularly at least three-phase, but preferably six-phase alternating current is generated by rotation of the modulator in the second stator whose frequency in a fixed ratio to the speed of Modulators stands.
  • the first stator is carried out externally excited, so that the alternating magnetic field is generated by at least one direct current.
  • the first stator thus has electromagnets that form the stator poles and are traversed by a direct current, so that they generate the magnetic field alternating in the circumferential direction. It is particularly proposed that each electromagnet is formed from a laminated core with a DC winding and the first stator has in routinesnchtung this Blechpakte, wherein alternated in typicallysnchtung the Wickelsinn the DC windings.
  • the electrical machine can thereby be easily controlled and regulated and that magnetic excitation of the first poles and thus of the first stator can be set during operation.
  • a regulation can be carried out.
  • no costly rare earths have to be used for the first stator, as would be the case, for example, with a permanent excitation of the stator.
  • the electric machine is especially adapted in terms of size, power, speed and current to a gearless wind turbine.
  • it is adapted to rotational speeds of the modulator in the range of 5 to 25 revolutions per minute (rpm).
  • the electric machine has an annular design, in which the two stators and the modulator are formed as a ring, so that no magnetically active elements are arranged in the interior, especially in the inner 50% of the total radius of the machine.
  • construction elements such as support struts.
  • the electrical machine is constructed so that the first stator, the second stator and the modulator are concentrically interlocked.
  • the electric machine is thus designed as a rotating electrical machine, wherein the modulator is arranged in the radial direction between the first and the second stator.
  • the electrical machine thus preferably has an inner and an outer stator, wherein the inner stator has a smaller average diameter than the outer stator.
  • the modulator is arranged, in particular as a middle modulator ring. It is particularly advantageous in this case that the electric machine can be carried out entirely without slip rings even with the third stator excited by the outside. In particular, this minimizes the maintenance of the electrical machine.
  • the electric machine has exactly one rotatably mounted modulator.
  • the electric machine thus consists in a preferred embodiment substantially of the first stator, the second stator and precisely the one rotatably mounted modulator, wherein the modulator can be regarded and referred to as a rotor of the electric machine.
  • the modulator can be regarded and referred to as a rotor of the electric machine.
  • Such an embodiment is made possible in particular by the externally excited embodiment of a stator and leads to a compact design of the electric machine, in particular due to the precisely one rotatably mounted modulator. It has been recognized that such an embodiment is particularly well suited for use as a low-speed machine, particularly for use in a gearless wind turbine.
  • the first stator is disposed radially inward with respect to the second stator, or the first stator is radially outward with respect to the second stator.
  • a third-excited stator is disposed inside, so it forms the inner stator.
  • the second stator which can be made thinner, is arranged on the outside, and thus the electric machine can be made smaller.
  • a third-excited stator is arranged on the outside, so it forms the outer stator.
  • the machine is constructed so that the modulator during operation of the electric machine has a rotational movement relative to the first stator, which generates a magnetic rotating field and thus a three-phase current in the second stator.
  • the modulator thus rotates relative to the first stator and thus relative to the circumferentially alternating magnetic field of the first stator.
  • the result is an interaction through which a time-varying magnetic field in the second stator adjusts, namely a rotating field, which generates the electrical rotary current by corresponding winding of the second stator.
  • the modulator has a plurality of modulator iron and the modulatory iron are designed unwound.
  • the modulator are formed of a ferromagnetic material and aligned in the axial direction of the modulator in the modulator and arranged so that they form at least one magnetic pole pair in the operation of the electric machine.
  • the modulator has at least one modulator iron more or less than pole pairs in the first stator and / or pole pairs in the second stator.
  • a magnetic field rotating rapidly in the first stator can be generated, which rotates faster than the modulator rotates.
  • an electrical current with a high frequency can be generated at a comparatively slow rotational speed of the modulator.
  • this variant can be used to generate a three-phase current, including a three-phase alternating current, from a slow rotational movement of the aerodynamic rotor with a sufficiently high frequency.
  • the modulator iron preferably forms a plurality of magnetic modulator pole pairs, which correspond to the sum of the stator pole pairs of the first and the second stator.
  • the number of modulator trips may also correspond to the difference between the number of pole pairs in the higher-pole stator and the number of pole pairs in the lower-pole stator.
  • the second stator has substantially fewer pole pairs than the first stator, in particular less than a quarter of the number of pole pairs of the second stator.
  • the first stator of the electric machine has 42 poles and thus 21 pole pairs and the second stator of the electric machine 4 poles and thus 2 pole pairs. The sum is then 46 poles or 23 pairs of poles and for the number of modulator trips thus 23 is proposed.
  • This number Modulatoreisen is accordingly to be arranged in the modulator.
  • a modulator iron which, for example, can also be made of a laminated material, forms a modulator pole pair in operation.
  • at least one stator of the electrical machine is designed to be highly poled.
  • preferably 12 pool pairs or more, in particular 24 or more pole pairs are provided, especially in the first stator.
  • the electric machine is preferably and in particular designed by at least one of the features described above to work in power classes over 100 kW.
  • such an electrical machine is designed to be used as a generator in a wind power plant, in particular in power classes over 1 MW.
  • the electric machine has an outer diameter that is greater than 3 m and less than 5 m.
  • the electric machine has an outer diameter that is greater than 3 m and less than 5 m.
  • the electric machine is preferably designed as a high-performance machine, in particular as a generator with a power class of more than 1 MW. Particularly advantageous here is the utilization of the compact design while sacrificing a mechanical transmission.
  • the electric machine according to the invention thus enables a low-maintenance machine, in particular a low-maintenance generator of a wind turbine, which manages without slip rings.
  • the electric machine is designed as a ring generator.
  • the electric machine is designed as a generator with magnetic translation, in particular as a 6-phase generator of a wind turbine, which can also be referred to as a magnetic gear generator.
  • a 6-phase generator or as a 6-phase system in general, in this case a generator is considered, which has two electrical see 3-phase systems, which are out of phase with each other.
  • an electrical machine according to one of the preceding embodiments as a generator, in particular so that the modulator is coupled to the mechanical drive shaft to generate electrical power from rotation of the generator.
  • the electric machine is designed as a 6-phase generator with a magnetic translation of a wind turbine, which has or requires a smaller space compared to conventional generators same functionality or the same application.
  • a wind energy plant for generating electrical power from wind is proposed.
  • the wind turbine comprises a wind-driven aerodynamic rotor with at least one rotor blade and one of the aerodynamic rotor.
  • the generator is an electrical machine described above or below, in particular used according to one of the embodiments described above and the modulator of the electric machine with the aerodynamic rotor is coupled so that a rotational movement of the aerodynamic rotor to one, in particular identical , Rotary movement of the modulator results, whereby a magnetic rotating field is generated in the second stator and the electric machine thereby generates an electric current and thus an electric power.
  • the first stator is rotatably mounted and the modulator is fixed, so that a physical rotation of the first stator via a modulation by means of the modulator leads to a rotating field in the second stator.
  • the wind turbine thus has an aerodynamic rotor which is coupled directly or via a drive train with the rotatably mounted modulator of the electric machine to generate electrical power.
  • the modulator of the electrical machine which is designed here as a generator or can be operated as a generator, is offset by means of the aerodynamic rotor in a rotational movement. Due to the rotational movement of the modulator, the magnetic field of the first stator in the second stator is modulated so that an electric current is induced in the second stator.
  • the aerodynamic rotor is coupled directly to the modulator so that there is a gear ratio of 1: 1 between the aerodynamic rotor and the modulator.
  • the wind turbine is thus executed here gearless.
  • the wind turbine therefore has no mechanical transmission between the aerodynamic rotor and modulator.
  • the generator may have a smaller design than previous generators gearless wind turbines, because the generator can be designed so that the rotation of the modulator without mechanical gear can lead to a faster rotating rotating field in the second stator.
  • the generator is designed as a synchronous generator of a gearless wind turbine.
  • the electric machine is designed as a ring generator of a wind turbine.
  • Fig. 1 shows a wind turbine in a perspective view.
  • Fig. 2 shows an embodiment of an electric machine, in particular as
  • Fig. 3 shows another embodiment of an electrical machine, in particular as a generator.
  • Fig. 4 shows a preferred embodiment of an electric machine as
  • Fig. 1 shows a wind turbine 100 for generating electrical power from wind with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 1 10 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 which is also referred to as aerodynamic rotor, is set in operation by the wind in a rotational movement and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • an electric machine according to the invention with two stators and a modulator is used, wherein the modulator the electric machine is coupled to the aerodynamic rotor so that the electric machine generates electrical power.
  • the generator is designed in the sense of a magnetic gear generator, in particular from an electric machine according to the invention as a 6-phase ring generator, wherein the wind turbine has no mechanical transmission between the aerodynamic rotor and generator.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of an electrical machine according to the invention, which is designed as a generator 200.
  • the generator 200 comprises a first stator 210 with a plurality of first stator poles 212, prepared for providing a fixed magnetic field alternating in the circumferential direction U, a second stator 220 with a plurality of second stator poles 222 for conducting an alternating magnetic field, with electrical windings U, V, W, X, Y, Z for guiding one to the rotating electric field corresponding alternating current, and a rotatably mounted between the first and second stator 210, 220 modulator 230, so that an interaction between the alternating magnetic field of the first stator 210, the magnetic rotating field of the second stator 220 and a rotational movement of the modulator 230.
  • the first stator 210, the second stator 220 and the modulator 230 are concentric with each other and thereby form a rotary electric machine, wherein the electric machine has exactly one rotatably mounted modulator 230.
  • the first stator 210 is disposed radially inward with respect to the second stator 220.
  • a rotational movement of the modulator 230 relative to the first stator 210 generates the magnetic see field and thus the electrical three-phase current of the second stator 220, which is formed in six phases.
  • the thus generated 6-phase current is passed through the phases U, V, W, X, Y, Z to a rectifier 240, which generates a DC voltage or a direct current, which is converted by means of an inverter 250 into a three-phase current and then in a supply network 260 is fed.
  • the first stator 210 is designed to be externally excited, so that the alternating magnetic field is generated by at least one direct current.
  • This DC current which can be referred to as excitation current, is taken from the DC intermediate circuit 245 and provided by means of a drive unit 270 on the first stator for a foreign excitation, as this embodiment shows. But it is also contemplated to generate the excitation current elsewhere, such as.
  • the modulator 230 further includes a plurality of modulator wires 232, the modulator wires 232 being unwound.
  • the modulator 230 is designed to be magnetically effective at least in sections, ie separately for each pole 232, preferably made of iron.
  • the first stator 210 has forty-two fixed externally-excited magnetic poles as stator poles 212, whose magnetic field is modulated by a modulator 230 with twenty-three modulator ironless windings, whereby in the modulator iron, pole pairs are temporarily transformed by the interaction of the modulator with the first Dynamically train stator.
  • the second stator 220 is in this case four-pole (two pole pairs) executed.
  • the first stator pole pair number is thus greater than the second stator pole pair number and the first stator 210 is designed to be high-pole.
  • This electric machine is thus prepared for large power classes at low speed of the modulator.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an electrical machine according to the invention, which is designed as a generator 300.
  • the generator 300 comprises a first stator 310 with a plurality of first stator poles 312, prepared for providing a fixed, alternating magnetic field in the circumferential direction U, a second stator 320 with a plurality of second stator poles 322 for conducting an alternating magnetic field, with electrical windings U, V, W, X, Y, Z for guiding an alternating current corresponding to the rotary electric field, and a modulator 330 rotatably mounted between the first and second stator 310, 320, so that an interaction exists between the alternating magnetic field of the first stator 310, the magnetic rotary field of the second stator 320 and a rotational movement of the modulator 330.
  • the first stator 310, the second stator 320 and the modulator 330 are concentric with one another and thereby form a rotating electrical machine, wherein the electric machine has exactly one rotatably mounted modulator 330.
  • the first stator 310 is disposed radially outward with respect to the second stator 320.
  • a rotational movement of the modulator 330 relative to the first stator 310 generates the magnetic rotating field and thus the magnetically induced three-phase current of the second stator 320, which is formed in a 6-phase manner.
  • the thus generated 6-phase current is transferred via the phases U, V, W, X, Y, Z to a rectifier 340, which generates a direct current, which is fed by means of an inverter 350 into a supply network 360.
  • the first stator 310 is carried out externally excited, so that the alternating magnetic field is generated by at least one direct current, as this embodiment shows.
  • This excitation current is taken from the DC intermediate circuit 345 and provided by means of a drive unit 370 on the first stator for a foreign excitation.
  • the modulator 330 further includes a plurality of modulator leads 332 with the modulator leads 330 unwound.
  • the modulator 330 is executed at least partially magnetically effective, ie for each pole 332 separately, for example made of iron.
  • the first stator 310 is designed with four poles (two pole pairs) with fixed, externally excited windings.
  • the modulator 330 is configured with twenty-three modulator wires without winding and the second stator 320 is formed as a fixed stator with a 42-pole three-phase winding (21 pole pairs).
  • the second Statorpolcontractiere is thus greater than the first Statorpolcruress.
  • 4 shows a preferred embodiment of an electric machine as a generator in a wind energy plant 400.
  • the wind energy plant comprises a tower 402 and a nacelle 404 (indicated), which is arranged above the tower 402.
  • a rotor 406 On the nacelle 404 is a rotor 406 with three rotor blades 408, one of which is indicated by dashed lines.
  • the rotor 406 which is also referred to as an aerodynamic rotor, is set in motion by the wind in a rotational movement d and thereby drives the generator 409 in the nacelle 404 at.
  • an electrical machine according to the invention is used which comprises a first stator 410, a second stator 420 and a modulator 430.
  • the modulator 430 of the generator is coupled to the aerodynamic rotor 406 so that the generator, which is implemented as a ring generator, generates electrical power.
  • the generator 409 of the wind turbine can thus be designed in the sense of a generator with magnetic translation, in particular as a 6-phase ring generator.
  • the modulator 430 is coupled directly to the aerodynamic rotor 406 and rotatably supported in the stator support 414. Further support is also achieved by bearings 434 supporting the modulator 430 together with the rotor 406.
  • the stator supports 414, 424 respectively support the first and second stator directly on the axle journal 480 of the machine frame 490, with the machine frame 490 supported and supported on the tower 402.
  • the wind energy plant is thus designed without mechanical gear between aerodynamic rotor 406 and generator 409.
  • the drive train of the wind turbine is thus designed mechanically gearless or the gear ratio between the aerodynamic rotor and the generator, namely the modulator, is 1: 1.
  • the outer diameter of the generator 409 is greater than 3 m and less than 5 m.
  • Particularly advantageous in an inventive use of an electrical machine according to the invention in a wind turbine is the compact design of the electric machine.
  • a regulation of the voltage output of the generator of the wind turbine via the external excitation is made possible.
  • the operating point of the generator can also be adjusted and regulated via the excitation.
  • Another advantage of this generator concept is a simple way of setting the transmission ratio in the interpretation of the rotation of the modulator to the speed of the generated alternating rotating field by varying the modulator. Also, such a construction allows a smaller air gap as well a modular construction of the generator. In addition, slip rings are no longer needed and a higher efficiency of the generator can be achieved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator mit magnetischer Übersetzung, sowie eine Windenergieanlage mit einer solchen elektrischen Maschine als Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind. Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Diese elektrische Maschine umfasst einen ersten Stator mit mehreren ersten Statorpolen, welche einen oder mehrere erste Statorpolpaare bilden, vorbereitet zum Bereitstellen eines festen, in Umfangsrichtung alternierenden Magnetfeldes, einen zweiten Stator mit mehreren zweiten Statorpolen, welche einen oder mehrere zweite Statorpolpaare bilden, zum Führen eines magnetischen Drehfeldes, mit elektrischen Wicklungen zum Führen eines zu dem magnetischen Drehfeld korrespondierenden elektrischen Wechselstroms und einen zwischen dem ersten und zweiten Stator drehbar gelagerten Modulator, so dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem alternierenden Magnetfeld des ersten Stators, dem magnetischen Drehfeld des zweiten Stators und einer Drehbewegung des Modulators.

Description

Generator mit magnetischer Übersetzung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator mit magnetischer Übersetzung, sowie eine Windenergieanlage mit einer solchen elektrischen Maschine als Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind.
Elektrische Maschinen sind allgemein bekannt, sie sind üblicherweise als rotierende elektrische Maschinen ausgeführt und weisen genau einen Stator und genau einen Läufer auf. Elektrische Maschinen werden zudem als Motor zur Verrichtung von mechanischer Arbeit oder als Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung ausgeführt und decken ein breites Anwendungsspektrum ab. In bestimmten Anwendungsgebieten kann es erforderlich sein, dass die elektrische Maschine mittels eines mechanischen Getriebes an ihr Einsatzgebiet angepasst werden muss. Im Bereich der Windenergieanlagen beispielsweise wird hierfür, sofern benötigt, ein mechanisches Getriebe verwendet, welches zwischen dem aerodynamischen Rotor, der durch den Wind angetrieben wird, und dem Läufer des Generators angeordnet ist, also im Antriebsstrang der Windenergieanlage angeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform einer Windenergieanlage mit mechanischem Getriebe wird dieses üblicherweise stark durch wechselnde Lasten beansprucht, wobei die Übersetzung von langsamen zu hohen Drehzahlen besonders problematisch ist, und es kann zu sog. Kaltschmiede-Prozessen kommen, die das mechanische Getriebe derart beschädigen, dass es ausgetauscht werden muss. Dies wiederum führt zu einem hohen Wartungsaufwand der Windenergieanlage und kann sehr kostenintensiv sein.
Alternativ können auch Generatoren verwendet werden, welche ohne Getriebe direkt von dem aerodynamischen Rotor angetrieben werden. Aufgrund der geringen Drehzahl des aerodynamischen Rotors muss der Generator vom Durchmesser entsprechend groß und hochpolig ausgeführt werden, was insbesondere den Transport und den Aufbau einer entsprechenden Windenergieanlage aufwändig gestaltet. Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: US 201 1/0285132 A1 , WO 2014/127855A1 und CN 102141008A.Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine möglichst leistungsstarke elektrische Maschine für eine Windenergieanlage vorgeschlagen werden, die ein breites Arbeitsfeld abdeckt und dabei nicht auf ein mechanisches Getriebe angewiesen ist. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Diese elektrische Maschine umfasst einen ersten Stator mit mehreren ersten Statorpolen, welche einen oder mehrere erste Statorpolpaare bilden, vorbereitet zum Bereitstellen eines festen, in Umfangsrichtung alternierenden Magnetfeldes, einen zweiten Stator mit mehreren zweiten Statorpolen, welche einen oder mehrere zweite Statorpolpaare bilden, zum Führen eines magnetischen Drehfeldes, mit elektrischen Wicklungen zum Führen eines zu dem magnetischen Drehfeld korrespondierenden elektrischen Wechselstroms und einen zwischen dem ersten und zweiten Stator drehbar gelagerten Modulator, so dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem alternierenden Magnetfeld des ersten Stators, dem magnetischen Drehfeld des zweiten Stators und einer Drehbewegung des Modulators. Zudem weist die elektrische Maschine einen Modulator auf, der so angeordnet ist, dass er eine Modulation wenigstens eines Magnetfeldes eines Stators ausführt. Hierzu ist der Modulator abschnittsweise als magnetisch wirksamer Körper ausgebildet, beispielsweise aus ferromagnetischen Stoffen wie Eisen. Der Modulator der elektrischen Maschine bildet somit den Läufer der elektrischen Maschine aus. Die Wirkungsweise der vorgeschlage- nen elektrischen Maschine ist an die eines magnetischen Getriebes angelehnt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine zudem als Synchronmaschine, insbesondere als Synchrongenerator, ausgebildet, sodass durch Drehung des Modulators in dem zweiten Stator ein elektrischer, besonders mindestens dreiphasiger, vorzugsweise aber sechsphasiger Drehstrom erzeugt wird, dessen Frequenz in einem festen Verhältnis zur Drehzahl des Modulators steht.
Vorzugsweise ist der erste Stator fremderregt ausgeführt, so dass das alternierende Magnetfeld durch wenigstens einen Gleichstrom erzeugt wird. Der erste Stator weist somit Elektromagneten auf, die die Statorpole ausbilden und von einem Gleichstrom durchflössen werden, sodass sie das in Umfangsnchtung alternierende magnetische Feld erzeugen. Besonders wird vorgeschlagen, dass jeder Elektromagnet aus einem Blechpaket mit einer Gleichstromwicklung gebildet ist und der erste Stator dabei in Umfangsnchtung diese Blechpakte aufweist, wobei in Umfangsnchtung der Wickelsinn der Gleichstromwicklungen alterniert.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die elektrische Maschine dadurch einfach angesteuert und geregelt werden kann und dass eine magnetische Erregung der ersten Pole und damit des ersten Stators im laufenden Betrieb eingestellt werden kann. Darüber kann auch eine Regelung durgeführt werden. Zudem müssen für den ersten Stator keine kostspieligen seltenen Erden verwendet werden, wie es beispielsweise bei einer permanenten Erregung des Stators der Fall wäre.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Ausführung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als fremderregter Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage. Die Maschine ist dabei besonders hinsichtlich Baugröße, Leistung, Drehzahl und zu erzeugendem Strom an eine getriebelose Windenergieanlage angepasst. Besonders ist sie auf Drehzahlen des Modulators im Bereich von 5 bis 25 Umdrehungen pro Minute (U/Min) angepasst. Vorzugsweise weist die elektrische Maschine eine ringförmige Bauform auf, bei der die beiden Statoren und der Modulator als Ring ausgebildet sind, so dass im Inneren, besonders in den inneren 50% des Gesamtradius der Maschine keine magnetisch wirksamen Elemente angeordnet sind. Es können aber Konstruktionselemente wie Tragstreben vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine so aufgebaut, dass der erste Stator, der zweite Stator und der Modulator konzentrisch ineinander gesetzt sind. Die elektrische Maschine ist somit als rotierende elektrische Maschine ausgebildet, wobei der Modulator in radialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Stator angeordnet ist. Die elektrische Maschine weist also vorzugsweise einen inneren und einen äußeren Stator auf, wobei der innere Stator einen kleineren mittleren Durchmesser als der äußere Stator aufweist. Dazwischen ist der Modulator angeordnet, insbesondere als mittlerer Modulatorring. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die elektrische Maschine selbst mit dem fremderregten ersten Stator gänzlich ohne Schleifringe ausgeführt werden kann. Besonders wird hierdurch der Wartungsaufwand der elektrischen Maschine minimiert.
Vorzugsweise weist die elektrische Maschine genau einen drehbar gelagerten Modulator auf.
Die elektrische Maschine besteht somit in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen aus dem ersten Stator, dem zweiten Stator und genau dem einen drehbar gelagerten Modulator, wobei der Modulator als Läufer der elektrischen Maschine angesehen und bezeichnet werden kann. Eine solche Ausführungsform wird insbesondere durch die fremderregte Ausführung eines Stators ermöglicht und führt zu einer kompakten Bauweise der elektrischen Maschine, insbesondere auf Grund des genau einen drehbar gelagerten Modulators. Es wurde erkannt, dass eine solche Ausführung besonders gut an die Verwendung als langsam drehende Maschine, besonders zur Verwendung in einer getriebelosen Windenergieanlage geeignet ist. Vorzugsweise ist der erste Stator in Bezug auf den zweiten Stator radial innen angeordnet, oder der erste Stator ist in Bezug auf den zweiten Stator radial außen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein fremderregter Stator innen angeordnet, er bildet also den inneren Stator aus. Dies hat zur Folge, dass der zweite Stator, der dünner ausgeführt werden kann, außen angeordnet ist und somit die elektrische Maschine klei- ner ausgeführt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein fremderregter Stator außen angeordnet, er bildet also den äußeren Stator. Dies ermöglicht einen konstruktiv einfachen Aufbau der elektrischen Maschine, da die Anzapfung für die Erregung direkt außen an der elektrischen Maschine liegt. Vorzugsweise ist die Maschine so aufgebaut, dass der Modulator im Betrieb der elektrischen Maschine eine Drehbewegung relativ zum ersten Stator aufweist, die ein magnetisches Drehfeld und damit einen Drehstrom im zweiten Stator erzeugt.
Im Betrieb dreht sich der Modulator somit relativ zum ersten Stator und damit relativ zum in Umfangsrichtung alternierenden Magnetfeld des ersten Stators. Es entsteht eine Wechselwirkung, durch die sich ein zeitlich veränderliches Magnetfeld im zweiten Stator einstellt, nämlich ein Drehfeld, das durch entsprechende Bewicklung des zweiten Stators den elektrischen Drehstrom erzeugt.
Vorzugsweise weist der Modulator mehrere Modulatoreisen auf und die Modulatoreisen sind unbewickelt ausgeführt. Die Modulatoreisen sind aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet und in axialer Richtung des Modulators im Modulator ausgerichtet und so angeordnet, dass sie im Betrieb der elektrischen Maschine wenigstens ein magnetisches Polpaar ausbilden. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Modulator wenigstens ein Modulatoreisen mehr oder weniger aufweist als Polpaare im ersten Stator und/oder als Polpaare im zweiten Stator vorhanden sind. Dadurch kann durch Drehung des Modulators ein im ersten Stator schnell umlaufendes Magnetfeld erzeugt werden, das schneller umläuft, als der Modulator sich dreht. Dadurch kann mit einer vergleichsweise langsamen Drehzahl des Modulators ein elektrischer Strom mit hoher Frequenz erzeugt werden. Besonders für eine Verwendung in einer, ansonsten getriebelosen Windenergieanlage kann diese Variante dazu genutzt werden, aus einer langsamen Drehbewegung des aerodynamischen Rotors einen Drehstrom, einschließlich eines dreiphasigen Wechselstroms, mit ausreichend hoher Frequenz zu erzeugen.
Vorzugsweise bilden die Modulatoreisen im Betrieb mehrere magnetische Modulatorpolpaare aus, die der Summe der Statorpolpaare des ersten und des zweiten Stators entsprechen. Alternativ kann die Anzahl der Modulatoreisen auch der Differenz zwischen der Anzahl Polpaare im hochpoligeren Stator und der Anzahl Polpaare im niederpoligeren Stator entsprechen. Für beide Varianten ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Stator wesentlich weniger Polpaare aufweist als der erste Stator, insbesondere weniger als ein Viertel der Anzahl Polpaare des zweiten Stators.
Beispielsweise weist der erste Stator der elektrischen Maschine 42 Pole und somit 21 Polpaare auf und der zweite Stator der elektrischen Maschine 4 Pole und damit 2 Polpaare auf. Die Summe ist dann 46 Pole bzw. 23 Polpaare und für die Anzahl der Modulatoreisen wird somit 23 vorgeschlagen. Diese Anzahl Modulatoreisen ist dementsprechend im Modulator anzuordnen. Insbesondere bildet jeweils ein Modulatoreisen, das bspw. auch geblecht ausgeführt sein kann, im Betrieb jeweils ein Modulatorpolpaar aus. Vorzugsweise ist wenigstens ein Stator der elektrischen Maschine hochpolig ausgeführt. Dazu sind vorzugsweise 12 Poolpaare oder mehr, insbesondere 24 oder mehr Polpaare vorgesehen, besonders im ersten Stator. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise und insbesondere durch wenigstens eines der vorbeschriebenen Merkmale dazu ausgebildet, in Leistungsklassen über 100 kW zu arbeiten. Insbesondere ist eine solche elektrische Maschine dazu ausgebildet, als Generator in einer Windenergieanlage verwendet zu werden, insbesondere in Leistungsklas- sen über l MW.
Vorzugsweise weist die elektrische Maschine einen Außendurchmesser auf, der größer als 3 m und kleiner als 5 m ist. Dadurch kann eine leistungsstarke Maschine geschaffen werden, die gleichwohl noch auf der Straße transportiert werden kann.
Die elektrische Maschine ist bevorzugt als leistungsstarke Maschine, insbesondere als Generator mit einer Leistungsklasse von über 1 MW, ausgebildet. Besonders vorteilhaft hierbei ist, die Ausnutzung der kompakten Bauweise bei gleichzeitigem Verzicht eines mechanischen Getriebes. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ermöglicht somit eine wartungsarme Maschine, insbesondere einen wartungsarmen Generator einer Windenergieanlage, die ohne Schleifringe auskommt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine dabei als Ringgenerator ausgebildet.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als Generator mit magnetischer Übersetzung ausgebildet, insbesondere als 6-phasiger Generator einer Windenergieanlage, der auch als Magnetgetriebegenerator bezeichnet werden kann. Als 6-phasiger Generator, bzw. als 6-phasiges System allgemein, wird hierbei ein Generator angesehen, der zwei elektri- sehe 3-phasige Systeme aufweist, die zueinander phasenverschoben sind. In dem System sind pro Polpaar 6 Wechselstromwicklungen vorhanden, welche elektrisch 60° phasenverschoben sind.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung einer elektrischen Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen als Generator, insbesondere so, dass der Modulator mit der mechanischen Antriebswelle gekoppelt ist, um elektrische Leistung aus einer Drehung des Generators zu erzeugen. Somit ist die elektrische Maschine als 6-phasiger Generator mit einer magnetischen Übersetzung einer Windenergieanlage ausgebildet, die im Vergleich zu üblichen Generatoren gleicher Funktionsweise bzw. gleicher Anwendung einen kleineren Bauraum aufweist bzw. benötigt. Weiterhin wird eine Windenergieanlage zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind vorgeschlagen. Die Windenergieanlage umfasst dabei einen vom Wind angetriebenen aerodynamischen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt und einen von dem aerodyna- mischen Rotor angetriebenen Generator, wobei als Generator eine vorstehend oder nachstehend beschriebene elektrische Maschine, insbesondere nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird und der Modulator der elektrischen Maschine mit dem aerodynamischen Rotor so gekoppelt ist, dass eine Drehbewegung des aerodynamischen Rotors zu einer, insbesondere identischen, Drehbewegung des Modulators führt, wodurch ein magnetisches Drehfeld im zweiten Stator erzeugt wird und die elektrische Maschine dadurch einen elektrischen Strom und damit eine elektrische Leistung erzeugt.
Gemäß einer Abwandlung wird vorgeschlagen, dass der erste Stator drehbar gelagert ist und der Modulator fest steht, so dass eine körperliche Drehung des ersten Stators über eine Modulation mittels des Modulators zu einem Drehfeld im zweiten Stator führt.
Die Windenergieanlage weist somit einen aerodynamischen Rotor auf, der direkt oder über einen Antriebsstrang mit dem drehbar gelagerten Modulator der elektrischen Maschine gekoppelt ist, um elektrische Leistung zu erzeugen. Der Modulator der elektrischen Maschine, die hierbei als Generator ausgebildet ist bzw. als Generator betrieben werden kann, wird mittels des aerodynamischen Rotors in eine Drehbewegung versetzt. Durch die Drehbewegung des Modulators, wird das Magnetfeld des ersten Stators im zweiten Stator so moduliert, dass ein elektrischer Strom im zweiten Stator induziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der aerodynamische Rotor direkt mit dem Modulator gekoppelt, so dass zwischen dem aerodynamischen Rotor und dem Modulator ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 vorliegt. Die Windenergieanlage wird somit hierbei getriebelos ausgeführt.
Die Windenergieanlage weist demnach kein mechanisches Getriebe zwischen aerodynamischem Rotor und Modulator auf.
Besonders vorteilhaft hierbei ist die Vermeidung von Kaltschmiede-Prozessen und anderen Problemen mechanischer Getriebe. Dabei kann der Generator eine kleinere Bauform aufweisen als bisherige Generatoren getriebeloser Windenergieanlagen, weil der Generator so ausgeführt werden kann, dass die Drehung des Modulators ohne mechanisches Getriebe zu einem schneller umlaufenden Drehfeld im zweiten Stator führen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Generator als Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage ausgebildet. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als Ringgenerator einer Windenergieanlage ausgebildet.
Die Erfindung wird nun nachfolgend beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer elektrischen Maschine, insbesondere als
Generator.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Maschine, insbesondere als Generator.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer elektrischen Maschine als
Generator in einer Windenergieanlage.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106, der auch als aerodynamischer Rotor bezeichnet wird, wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104. Als Generator wird eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit zwei Statoren und einem Modulator verwendet, wobei der Modulator der elektrischen Maschine mit dem aerodynamischen Rotor so gekoppelt ist, dass die elektrische Maschine elektrische Leistung erzeugt.
Bevorzugt ist der Generator im Sinne eines Magnetgetriebegenerators ausgebildet, insbesondere aus einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als 6-phasiger Ringgenerator, wobei die Windenergieanlage kein mechanisches Getriebe zwischen aerodynamischen Rotor und Generator aufweist.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die als Generator 200 ausgebildet ist. Der Generator 200 umfasst einen ersten Stator 210 mit mehreren ersten Statorpolen 212, vorbereitet zum Bereitstellen eines festen, in Umfangsrichtung U alternierenden Magnetfeldes, einen zweiten Stator 220 mit mehreren zweiten Statorpolen 222 zum Führen eines magnetischen Wechselfeldes, mit elektrischen Wicklungen U, V, W, X, Y, Z zum Führen eines zu dem elektrischen Drehfeld korrespondierenden Wechselstroms, und einen zwischen dem ersten und zweiten Stator 210, 220 drehbar gelagerten Modulator 230, so dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem alternierenden Magnetfeld des ersten Stators 210, dem magnetischen Drehfeld des zweiten Stators 220 und einer Drehbewegung des Modulators 230. Der erste Stator 210, der zweite Stator 220 und der Modulator 230 sind konzentrisch ineinander gesetzt und bilden dadurch eine rotierende elektrische Maschine aus, wobei die elektrische Maschine genau einen drehbar gelagerten Modulator 230 aufweist. Der erste Stator 210 ist in Bezug auf den zweiten Stator 220 radial innen angeordnet. Eine Drehbewegung des Modulators 230 relativ zum ersten Stator 210 erzeugt das magneti- sehe Drehfeld und damit den elektrischen Drehstrom des zweiten Stators 220, der 6- phasig ausgebildet ist. Der so erzeugte 6-phasige Strom wird über die Phasen U, V, W, X, Y, Z an einen Gleichrichter 240 übergeben, der eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom erzeugt, welcher mittels eines Wechselrichters 250 in einen Drehstrom gewandelt wird und dann in ein Versorgungsnetz 260 eingespeist wird. Zum Erzeugen des in Umfangsrichtung alternierenden Magnetfeldes ist der erste Stator 210 fremderregt ausgeführt, sodass das alternierende Magnetfeld durch wenigstens einen Gleichstrom erzeugt wird. Dieser Gleichstrom, der als Erregerstrom bezeichnet werden kann, wird dem Gleichspannungszwischenkreis 245 entnommen und mittels einer Ansteuereinheit 270 am ersten Stator für eine Fremderregung bereitgestellt, wie diese Ausführungsform zeigt. Es kommt aber auch in Betracht, den Erregerstrom anderweitig zu erzeugen, wie bspw. durch einen durch einen Drehstrom versorgten Stromsteller, um nur ein weiteres Beispiel zu nennen. Der Modulator 230 weist ferner mehrere Modulatoreisen 232 auf, wobei die Modulatoreisen 232 unbewickelt sind. Hierzu ist der Modulator 230 wenigstens abschnittsweise magnetisch wirksam ausgeführt, also für jeden Pol 232 separat, vor- zugsweise aus Eisen.
In der Ausführungsform der Figur 2 weist der erste Stator 210 zweiundvierzig feststehende fremderregte Magnetpole als Statorpole 212 auf, dessen Magnetfeld durch einen Modulator 230 mit dreiundzwanzig Modulatoreisen ohne Wicklungen moduliert wird, wobei sich im Modulatoreisen temporär Polpaare durch die Wechselwirkung des Modula- tors mit dem ersten Stator dynamisch ausbilden.
Der zweite Stator 220 ist hierbei vierpolig (zwei Polpaare) ausgeführt. Die erste Stator- Polpaarzahl ist somit größer als die zweite Stator-Polpaarzahl und der erste Stator 210 ist hochpolig ausgeführt. Diese elektrische Maschine ist dadurch für große Leistungsklassen bei geringer Drehzahl des Modulators vorbereitet. Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die als Generator 300 ausgebildet ist. Der Generator 300 umfasst einen ersten Stator 310 mit mehreren ersten Statorpolen 312, vorbereitet zum Bereitstellen eines festen, in Umfangsrichtung U alternierenden Magnetfeldes, einen zweiten Stator 320 mit mehreren zweiten Statorpolen 322 zum Führen eines magnetischen Wechselfeldes, mit elektrischen Wicklungen U, V, W, X, Y, Z zum Führen eines zu dem elektrischen Drehfeld korrespondierenden Wechselstroms, und einen zwischen dem ersten und zweiten Stator 310, 320 drehbar gelagerten Modulator 330, so dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem alternierenden Magnetfeld des ersten Stators 310, dem magnetischen Dreh- feld des zweiten Stators 320 und einer Drehbewegung des Modulators 330.
Der erste Stator 310, der zweite Stator 320 und der Modulator 330 sind konzentrisch ineinander gesetzt und bilden dadurch eine rotierende elektrische Maschine aus, wobei die elektrische Maschine genau einen drehbar gelagerten Modulator 330 aufweist. Der erste Stator 310 ist in Bezug auf den zweiten Stator 320 radial außen angeordnet. Eine Drehbewegung des Modulators 330 relativ zum ersten Stator 310 erzeugt das magnetische Drehfeld und damit den magnetisch induzierten Drehstrom des zweiten Stators 320, der 6-phasig ausgebildet ist. Der so erzeugte 6-phasige Strom wird über die Phasen U, V, W, X, Y, Z an einen Gleichrichter 340 übergeben, der einen Gleichstrom erzeugt, welcher mittels eines Wechselrichters 350 in ein Versorgungsnetz 360 eingespeist wird. Hierzu ist der erste Stator 310 fremderregt ausgeführt, sodass das alternierende Magnetfeld durch wenigstens einen Gleichstrom erzeugt wird, wie diese Ausführungsform zeigt. Es kommt aber auch hier in Betracht, den Erregerstrom anderweitig zu erzeugen, wie oben zu Figur 2 bereits erläutert wurde. Dieser Erregerstrom wird dem Gleichspannungszwischenkreis 345 entnommen und mittels einer Ansteuereinheit 370 am ersten Stator für eine Fremder- regung bereitgestellt. Der Modulator 330 weist ferner mehrere Modulatoreisen 332 auf, wobei die Modulatoreisen 330 unbewickelt sind. Hierzu ist der Modulator 330 wenigstens abschnittsweise magnetisch wirksam ausgeführt, also für jeden Pol 332 separat, beispielsweise aus Eisen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Stator 310 vierpolig (zwei Polpaare) mit feststehenden, fremderregten Wicklungen ausgeführt. Zudem ist der Modulator 330 mit dreiundzwanzig Modulatoreisen ohne Wicklung eingerichtet und der zweite Stator 320 ist als feststehender Stator mit 42-poliger Drehstromwicklung (21 Polpaare) ausgebildet. Die zweite Statorpolpaarzahl ist somit größer als die erste Statorpolpaarzahl. Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer elektrischen Maschine als Generator in einer Windenergieanlage 400. Die Windenergieanlage umfasst einen Turm 402 und eine Gondel 404 (angedeutet), die oberhalb des Turmes 402 angeordnet ist. An der Gondel 404 ist ein Rotor 406 mit drei Rotorblättern 408, von denen eines mit gestrichel- ten Linien angedeutet ist. Der Rotor 406, der auch als aerodynamischer Rotor bezeichnet wird, wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung d versetzt und treibt dadurch den Generator 409 in der Gondel 404 an. Als Generator 409 wird eine erfindungsgemäße elektrische Maschine verwendet, die einen ersten Stator 410, einen zweiten Stator 420 und einen Modulator 430 umfasst. Der Modulator 430 des Generators ist mit dem aero- dynamischen Rotor 406 so gekoppelt, dass der Generator, der als Ringgenerator ausgeführt ist, elektrische Leistung erzeugt. Der Generator 409 der Windenergieanlage kann somit im Sinne eines Generators mit magnetischer Übersetzung ausgebildet sein, insbesondere als 6-phasiger Ringgenerator. Der Modulator 430 ist direkt mit dem aerodynamischen Rotor 406 gekoppelt und im Statorträger 414 drehbar gelagert. Eine weitere Lage- rung wird auch durch Lager 434 erreicht, das den Modulator 430 zusammen mit dem Rotor 406 lagert. Die Statorträger 414, 424 tragen jeweils den ersten bzw. den zweiten Stator direkt auf dem Achszapfen 480 des Maschinenträgers 490, wobei der Maschinenträger 490 auf dem Turm 402 getragen und gelagert ist.
Die Windenergieanlage ist somit ohne mechanisches Getriebe zwischen aerodynami- schem Rotor 406 und Generator 409 ausgeführt. Der Antriebsstrang der Windenergieanlage ist also mechanisch getriebelos ausgeführt bzw. das Übersetzungsverhältnis zwischen dem aerodynamischen Rotor und dem Generator, nämlich dem Modulator, ist 1 :1. Bevorzugt ist der Außendurchmesser des Generators 409 größer als 3 m und kleiner als 5 m. Besonders vorteilhaft bei einer erfindungsgemäßen Verwendung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer Windenergieanlage ist die kompakte Bauweise der elektrischen Maschine. Zudem wird eine Regelung der Spannungsabgabe des Generators der Windenergieanlage über die Fremderregung ermöglicht. Außerdem kann über die Erregung auch der Arbeitspunkt des Generators eingestellt und geregelt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Generatorkonzeptes ist eine einfache Möglichkeit der Einstellung des Übersetzungsverhältnisses bei der Auslegung von der Drehung des Modulators zur Geschwindigkeit des erzeugten umlaufenden Wechselfeldes durch Variation der Modulatoreisen. Auch ermöglicht eine solche Bauweise einen kleineren Luftspalt sowie einen modularen Aufbau des Generators. Zudem werden Schleifringe nicht mehr benötigt und ein höherer Wirkungsgrad des Generators kann erreicht werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine, umfassend:
einen ersten Stator mit mehreren ersten Statorpolen vorbereitet zum Bereitstellen eines festen, in Umfangsrichtung alternierenden Magnetfeldes,
- einen zweiten Stator mit mehreren zweiten Statorpolen zum Führen eines magnetischen Drehfeldes, mit elektrischen Wicklungen zum Führen eines zu dem magnetischen Drehfeld korrespondierenden elektrischen Drehstrom, und
einen zwischen dem ersten und zweiten Stator drehbar gelagerten Modulator, so dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem alternierenden Magnetfeld des ersten Stators, dem magnetischen Drehfeld des zweiten Stators und einer Drehbewegung des Modulators.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stator fremderregt ausgeführt ist, so dass das alternierende Magnetfeld durch wenigstens einen Gleichstrom erzeugt wird.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stator, der zweite Stator und der Modulator konzentrisch ineinander gesetzt sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die elektrische Maschine genau einen drehbar gelagerten Modulator aufweist.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stator in Bezug auf den zweiten Stator radial innen angeordnet ist, oder der erste Stator in Bezug auf den zweiten Stator radial außen angeordnet ist.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Drehbewegung des Modulators relativ zum ersten Stator das magnetische Drehfeld und damit den elektrischen Drehstrom des zweiten Stators erzeugt.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Modulator mehrere Modulatoreisen aufweist und die Modulatoreisen unbewi- ckelt sind.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Modulatoreisen, der Hälfte der Summe oder der Differenz der Statorpole des ersten und des zweiten Stators entspricht, bzw. die Anzahl der Modulatoreisen der Summe oder der Differenz der Polpaare im ersten und im zweiten Stator entspricht.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens ein Stator hochpolig ausgeführt ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine einen Außendurchmesser aufweist, der größer als 3m und kleiner als 5m ist.
1 1. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine als Generator ausgebildet ist, insbesondere als 6- phasiger Magnetgetriebegenerator einer Windenergieanlage.
12. Windenergieanlage zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, umfassend - einen vom Wind angetriebenen aerodynamischen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt und
einen von dem aerodynamischen Rotor angetriebenen Generator, wobei als Generator eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 verwendet wird und der Modulator der elektrischen Maschine mit dem aerodynamischen Rotor so gekoppelt ist, dass die elektrische Maschine eine elektrische Leistung erzeugt.
13. Windenergieanlage zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aerodynamische Rotor direkt mit dem Modulator gekoppelt ist, so dass zwischen dem aerodynamischen Rotor und dem Modulator ein Übersetzungsverhältnis von 1 :1 vorliegt.
14. Windenergieanlage zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine als Ringgenerator ausgebildet ist.
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