DE10255745A1 - Directly driven wind power system with bearing integrated in generator has generator rotor or hub radially between and/or axially adjacent to generator stator and rotor and supported on stator housing - Google Patents

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Abstract

The directly driven wind power system has a machine carrier (9) at the top of the tower (10), a generator stator (7) attached to the machine carrier, a hub (2) carrying a rotor blade (1) and a generator rotor (3) attached to the hub. The generator rotor or the hub connected to the rotor is mounted at a position radially between and/or axially adjacent to the generator stator and rotor and supported on the stator housing (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine direkt angetriebene und damit getriebelose Windenergieanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates directly to one driven and thus gearless wind turbine according to the generic term of claim 1.

Derartige direkt angetriebene Windenergieanlagen haben den Vorteil, dass durch vergleichsweise kurze Lastpfade zwischen deren Rotorblätter und dem Windkraftanlagenturm ein Leichtbau der lastaufnehmenden Bauteile möglich ist, die die Rotorblätter sowie die Generatorteile tragenden.Such directly driven wind turbines have the advantage that due to comparatively short load paths between their rotor blades and the wind turbine tower a lightweight construction of the load-bearing components possible which is the rotor blades as well as the generator parts.

Bei bisher bekannten Windenergieanlagen stellt das zwischen der Rotornabe und dem Generator angeordnete Getriebe eine ganz erhebliche Fehlerquelle dar. Getriebelose Anlagen gewinnen daher zunehmend an Interesse. Ein Nachteil bisher bekannter direkt angetriebener Windenergieanlagen ist ihr gegenüber anderen Windenergieanlagen mit Getriebe deutlich größeres Gondelgewicht, das zudem mit zunehmender Anlagengröße auch noch überproportional zunimmt. Bei sehr großen Anlagen der 5 MW Klasse ist dieses z.B. um etwa den Faktor zwei größer als bei sogenannten Hybridanlagen mit nur einer Getriebestufe. Die Reduktion des Gondelgewichts ist für die wirtschaftliche Realisierung von großen direkt angetriebenen Anlagen daher von entscheidender Bedeutung.In previously known wind turbines the gear arranged between the rotor hub and the generator a very significant source of errors. Gearless systems win therefore increasingly interested. A disadvantage of previously known direct powered wind turbines compared to other wind turbines with gearbox significantly larger gondola weight, this also disproportionately with increasing plant size increases. With very large ones Plants in the 5 MW class are e.g. greater than by a factor of two in so-called hybrid systems with only one gear stage. The reduction of the gondola weight is for the economical implementation of large, directly driven systems therefore crucial.

Hinsichtlich des Gondelgewichts sind im wesentlichen die drei Baugruppen Rotorblätter, Generator und Kraftübertragungselemente wie Rotornabe, Lagerung und Maschinenträger zu optimieren.With regard to the gondola weight essentially the three assemblies rotor blades, generator and power transmission elements such as optimizing the rotor hub, bearing and machine carrier.

Zur Reduzierung des Rotorblattgewichts und damit auch der in Kraftflussrichtung nachfolgenden Komponenten bieten sich auf neueren Werkstofftechnologien basierende Leichtbautechniken an. Dieser Ansatz wird z.B. mit dem gezielten Einsatz von Kohlefasern umgesetzt, hier aber nicht weiter betrachtet.To reduce the rotor blade weight and thus also the components that follow in the direction of force flow offer lightweight construction techniques based on newer material technologies on. This approach is e.g. with the targeted use of carbon fibers implemented, but not considered here.

Hinsichtlich des Generators lassen sich Gewichtsersparnisse zunächst durch Erhöhung der Kraftdichten erzielen. Neben einer geeigneten Auslegung des magnetischen Kreises können die Kraftdichten aber auch mechanisch durch Verringerung des Luftspalts erhöht werden. Dieser Ansatz wird im folgenden zusammen mit einer Optimierung des Lastpfades von den Rotorblättern zum Turm weiterverfolgt.Let go of the generator weight savings first by increasing of the force densities. In addition to a suitable interpretation of the magnetic circuit can the force densities but also mechanically by reducing the air gap elevated become. This approach is followed along with an optimization the load path from the rotor blades pursued to the tower.

Deutliche Gewichtsersparnisse lassen sich durch eine verbesserte Ankopplung der Rotornabe an den Generator bzw. der Einkopplung der Rotorblattkräfte in den Generator erzielen. Eine Möglichkeit ist hier durch den Einsatz von Hohlwellen gegeben. Auf zwei Lagern beruhende Hohlwellen-Lösungen sind in DD 261 395 A1 und US 6,285,090 B1 bekannt, wobei sich letzteres Patent auf eine Ausbildung des Generators als Scheibenläufer bezieht.Significant weight savings can be achieved through an improved coupling of the rotor hub to the generator or the coupling of the rotor blade forces into the generator. One possibility is the use of hollow shafts. Hollow shaft solutions based on two bearings are in DD 261 395 A1 and US 6,285,090 B1 known, the latter patent relates to an embodiment of the generator as a disc rotor.

Um den Aufwand für die Lagerung weiter zu reduzieren, wurden auch vermehrt sogenannte Einlagerkonzepte realisiert, bei denen ein einziges Lager die von den Rotorblät tern kommenden Kräfte und Kippmomente aufnimmt. Hierzu sind Windenergieanlagen mit Getrieben bekannt, bei denen dieses Lager als Hauptlager der ersten Getriebestufe ausgebildet ist.To further reduce storage effort, So-called storage concepts were also increasingly implemented, at which a single bearing the forces and tilting moments coming from the rotor blades receives. For this purpose, wind turbines with gears are known in which this bearing is designed as the main bearing of the first gear stage.

Bei direkt angetriebenen Anlagen muss dieses Lager zusätzlich noch die vom Generator herrührenden Kräfte und Momente aufnehmen. In diesem Zusammenhang wird auf die WO 01/98655 A1 für Außenläufer-Generatoren mit axialem Feld und auf die DE 101 02 255 A1 für Systeme mit radialem Feld und innen laufendem Rotor hingewiesen. In beiden Fällen ist der Lagerdurchmesser allerdings deutlich kleiner als der mittlere Durchmesser des Generatorluftspaltes. Entsprechend viel Materialeinsatz ist erforderlich, um die Rotorblattkräfte in den Generator einzukoppeln.In the case of directly driven systems, this bearing must also absorb the forces and moments from the generator. In this context, WO 01/98655 A1 for external rotor generators with an axial field and on DE 101 02 255 A1 indicated for systems with a radial field and an internal rotor. In both cases, however, the bearing diameter is significantly smaller than the average diameter of the generator air gap. A corresponding amount of material is required to couple the rotor blade forces into the generator.

Weiterhin kommt bei Scheibenläufern erschwerend hinzu, dass hohe axiale Kräfte im Fall einer unsymmetrischen Läuferposition abgefangen werden müssen. Dies erfordert eine sehr steife und damit auch schwere Bauweise des Generatorläufers.Furthermore, disc rotors make things more difficult added high axial forces in the case of an asymmetrical rotor position must be intercepted. This requires a very rigid and therefore heavy construction of the generator rotor.

Da sich die beiden zuletzt genannten Windenergieanlagen prinzipiell nur dadurch unterscheiden, dass in der WO 01/98655 A1 eine Einlagerlösung für einen Außenläufer und in der DE 101 02 255 A1 für einen Innenläufer angeben ist, wird bei der weiteren Diskussion des Standes der Technik auf Generatoren mit vorzugsweise radialer Feldanordnung Bezug genommen.Since the two last-mentioned wind turbines differ in principle only in that in WO 01/98655 A1 a storage solution for an external rotor and in DE 101 02 255 A1 is specified for an inner rotor, in the further discussion of the prior art reference is made to generators with a preferably radial field arrangement.

Bei der in der DE 101 02 255 A1 gezeigten Windenergieanlage beträgt der Lagerdurchmesser nur ca. ¼ des Luftspaltdurchmessers. Die Übertragung des Antriebsmomentes erfolgt von der Rotornabe über einen den Generatorläufer tragenden Läuferstern und einen den Generatorstator tragenden Generatorstern zurück auf den Maschinenträger. Diese Lösung führt allein schon durch das Abfangen der statischen Kräfte und Momente zu einem vergleichsweise hohen Generatorgewicht. Die Beherrschung der schwingungstechnischen Probleme dieser Anordnung treibt zudem das Gewicht der in der Windkraftanlagengondel platzierten Bauteile noch weiter nach oben.At the in the DE 101 02 255 A1 shown wind turbine, the bearing diameter is only about ¼ of the air gap diameter. The drive torque is transmitted from the rotor hub to the machine carrier via a rotor star carrying the generator rotor and a generator star bearing the generator stator. This solution leads to a comparatively high generator weight simply by absorbing the static forces and moments. Mastering the vibration problems of this arrangement also drives the weight of the components placed in the wind turbine nacelle even higher.

Verbesserungen an dieser aus der DE 101 02 255 A1 bekannten Windenergieanlage lassen sich allenfalls durch eine deutliche Vergrößerung der Lagerdurchmesser erzielen, wie dies beispielhaft in der 1 schematisch dargestellt ist. Bei dieser Windenergieanlage werden die Kräfte der Rotorblätter 1 über die Nabe 2 direkt auf den Generatorläufer 3 übertragen, so dass auf die schweren und auch sonst nicht unproblematischen Generatorsterne in der Windenergieanlage der DE 101 02 255 A1 verzichtet werden kann.Improvements to this from the DE 101 02 255 A1 Known wind turbine can only be achieved by significantly increasing the bearing diameter, as exemplified in the 1 is shown schematically. In this wind turbine, the forces of the rotor blades 1 over the hub 2 directly on the generator runner 3 transferred, so that to the heavy and otherwise not unproblematic generator stars in the wind turbine DE 101 02 255 A1 can be dispensed with.

Wie 1 entnehmbar ist, werden bei dieser bekannten Windenergieanlage die Rotorkräfte und Kippmomente über ein Lager 4, eine Achshülse bzw. Hohlachse 5 und den Maschinenträger 9 auf den Turm 10 übertragen. Die Normalkräfte zwischen den Erregerpolen 6 und dem die Wicklung des Generators tragenden Generatorstator 7 betragen etwa das acht- bis zehnfache der ein Moment bildenden Kräfte des Generators. Sie heben sich nur bei vollständig zentrischer Position des Läufers 3 im Generatorstator 7 auf, werden aber bei unsymmetrischer Lage sehr groß und damit nur schwer beherschbar. Diese Normalkräfte werden bei der Windenergieanlage gemäß 1 vergleichsweise unvorteilhaft über das Lager 4, die Hohlachse 5 und dem großen Biegemomenten aus gesetzten Generatorgehäuse bzw. dem Generatorstern 8 abgefangen.How 1 can be removed, in this known wind turbine, the rotor forces and tilting moments via a bearing 4 , an axle sleeve or hollow axle 5 and the machine carrier 9 on the tower 10 transfer. The normal forces between the excitation poles 6 and the generator stator carrying the winding of the generator 7 are about that eight to ten times the momentary forces of the generator. They only rise when the rotor 3 is in the generator stator in a completely central position 7 open, but become very large in an asymmetrical position and are therefore difficult to control. These normal forces are in accordance with the wind turbine 1 comparatively disadvantageous about the camp 4 who have favourited Hollow Axle 5 and the large bending moments from the set generator housing or the generator star 8th intercepted.

In Kenntnis dieses Standes der Technik und seiner Nachteile ist es die Aufgabe der Erfindung, mittels einer Verkürzung der mechanischen Lastpfade zu einer deutlichen Gewichtsreduktion einer Windenergieanlage im Bereich der Anlagengondel am Turmkopf zu gelangen.Knowing this state of the art and its disadvantages, it is the object of the invention, by means of a shortening the mechanical load paths to a significant weight reduction a wind turbine in the area of the turbine nacelle on the tower head to get.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution to this problem results derive from the features of the main claim, while advantageous embodiments and developments of the invention can be found in the subclaims.

Demnach ist bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage vorgesehen, dass an der Spitze eines Windenergieanlagenturms ein Maschinenträger angeordnet ist, bei dem eine Maschinenträgerkonstruktion einen Generatorstator trägt. Darüber hinaus ist am Turmkopf eine die Rotorblätter tragende Nabe angeordnet, die an dem Generatorläufer befestigt ist. Diese Windenergieanlage ist des weiteren so ausgebildet, dass der Generatorläufer oder die mit dem Generatorläufer verbundene Nabe radial zwischen und/oder in unmittelbarer Nähe axial neben dem Generatorstator und dem Generatorläufer gelagert ist, wobei sich dieses Lager auf dem Statorgehäuse abstützt.Accordingly, in the wind power installation according to the invention provided that at the top of a wind turbine tower machine support is arranged, in which a machine support structure a generator stator wearing. About that in addition, a hub carrying the rotor blades is arranged on the tower head, the on the generator runner is attached. This wind turbine is further designed that the generator runner or the one with the generator rotor connected hub radially between and / or axially in the immediate vicinity is mounted next to the generator stator and the generator rotor, whereby this bearing on the stator housing supported.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, dass der Generatorläufer im Generatorstator besser als bisher möglich zentriert wird, so dass große, durch Unsymmetrien bedingte Kräfte nicht mehr auftreten können und zudem der Luftspalt zur Erhöhung der Kraftdichte verringerbar ist.With this structure it is possible that the generator runner is centered better than previously possible in the generator stator, so that size, forces caused by asymmetries can no longer occur and also the air gap to increase the force density can be reduced.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Lagerung der Nabe oder des Generatorläufers mit nur einem einzigen Lager, das als Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet sein kann. Sofern das Lager ein Wälzlager ist, sollte dieses als Schrägrollenlager, vorzugsweise als zweireihiges Schrägrollenlager ausgebildet sein.In a preferred embodiment the bearing of the hub or the generator rotor takes place with only a single bearing, which is designed as a roller bearing or plain bearing can be. If the bearing is a roller bearing, this should as an inclined roller bearing, preferably be designed as a double-row inclined roller bearing.

In einer anderen Variante der Erfindung sind wenigstens zwei Lager zur Lagerung des Generatorläufers vorgesehen, die seitlich neben den Wicklungen des Generatorstators und den Erregerpolen des Generatorläufer angeordnet sind.In another variant of the invention at least two bearings are provided for mounting the generator rotor, the side next to the windings of the generator stator and the excitation poles of the generator runner are arranged.

Sofern die Wahl für die Lagerung der Nabe oder des Generatorläufers auf ein Gleitlager fällt, wird einhydrostatisch ausgebildetes Gleitlager als geeignet angesehen. Dieses Gleitlager kann als segmentiertes Gleitlager ausgebildet sein, das die Polschuhe des Generators integriert ist. Darüber hinaus kann in dem Generator oder neben dem Generator ein trockenes Gleitlager als Notlager zwischen dem Statorgehäuse und dem Generatorläufer angeordnet sein.If the choice for the storage of the hub or of the generator rotor falls on a plain bearing, a hydrostatic slide bearing is considered suitable. This plain bearing can be designed as a segmented plain bearing be that the pole shoes of the generator is integrated. Furthermore can a dry plain bearing in the generator or next to the generator arranged as an emergency camp between the stator housing and the generator rotor his.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass der Generatorläufer durch eine elektrische Segmentierung des Generatorstators oder bei elektrischer Erregung durch eine sich auf dem Generatorläufer befindliche Erregerwicklung magnetisch gelagert ist. Dabei ist die erforderliche Regelleistung durch Veränderung der Position des Generatorläufers gegenüber dem Generatorstator minimierbar.In another embodiment of the However, the invention can also provide that the generator rotor runs through electrical segmentation of the generator stator or electrical Excitation from an excitation winding located on the generator rotor is magnetically mounted. Thereby is the required control power by changing the Position of the generator rotor across from the generator stator can be minimized.

Zum einfacheren Transport der Bauteile der erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist diese in einer Weiterbildung der Erfindung zumindest hinsichtlich des Generators, der Lager und der Nabe segmentiert aufgebaut.For easier transport of the components the wind turbine according to the invention is this in a further development of the invention at least with regard of the generator, the bearings and the hub are segmented.

Eine leichtere Zusammenbaubarkeit am Aufstellort der Windenergieanlage wird in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass die Rotorblätter in der Nabe 12 in Lagern 18, 19 aufgenommen sind, die zur Aufnahme von konisch Rotorblattholmen 11 ausgebildet und angeordnet sind.In another embodiment of the invention, easier assembly at the installation site of the wind energy installation is achieved in that the rotor blades are in the hub 12 in camps 18 . 19 are included, which are used to hold conical rotor blade spars 11 are trained and arranged.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, dass mit Hilfe von in der Nabe und/oder in dem Statorgehäuse angeordneten Zug- und Umlenkvorrichtungen, wie beispielsweise Seilwinden und Umlenkrollen, die konischen Rotorblattholme zur Montage der jeweiligen Rotorblätter an der Nabe in diese hineinziehbar sind. Hierdurch wird eine einfache, kostengünstige und schnelle Montage der Rotorblätter durch „Hineinziehen" der Anschlüsse in die Nabe auch ohne externen Kran möglich, so dass auch unter widrigen Umgebungseinflüssen eine Rotorblattmontage realisierbar ist.With this structure it is possible that with the help of arranged in the hub and / or in the stator housing Traction and deflection devices, such as winches and pulleys, the conical rotor blade spars can be pulled into the hub for mounting the respective rotor blades are. This makes installation simple, inexpensive and quick of the rotor blades by "pulling" the connections into the Hub also possible without an external crane so that even under adverse environmental influences, rotor blade assembly is feasible.

Diese Befestigungs- und Montageform verringert zudem die Kraftdichte insbesondere bei größeren Generator- bzw. Nabendurchmessern und spart zusätzlich Gewicht ein, da die Rotorblätter nun nicht wie bei dem bisher üblichen sogenannten „IKEA-Rotorblattanschluss" an der Nabe befestigt werden, bei dem das Rotorblatt stumpf auf die Nabe aufgesetzt wird. Im Gegensatz zu der in DD 261 395 A1 gezeigten Lösung sollten die Rotorblätter dabei allerdings nicht zylindrisch sondern wie bereits erwähnt konisch ausgebildet sein.This form of fastening and assembly also reduces the force density, in particular in the case of larger generator or hub diameters, and also saves weight, since the rotor blades are now not fastened to the hub, as in the case of the so-called “IKEA rotor blade connection” in which the rotor blade is blunt is placed on the hub. In contrast to the one in DD 261 395 A1 solution shown, however, the rotor blades should not be cylindrical but, as already mentioned, be conical.

Die eine Windkraftanlage nach dem Stand der Technik sowie zwei erfindungsgemäße Windkraftanlagen sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Darin zeigenThe one wind turbine after the State of the art and two wind turbines according to the invention are in the attached Drawing shown. Show in it

1 eine Windenergieanlage in einer Variante des Standes der Technik, 1 a wind turbine in a variant of the prior art,

2 eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage mit einem als Innenläufer ausgebildeten Generator sowie mit konventionellem Rotorblattanschluss, und 2 a schematic representation of a wind turbine with a generator designed as an internal rotor and with a conventional rotor blade connection, and

3 eine Windenergieanlage wie in 2, jedoch mit V-förmigen Generatorstator und Generatorläufer zur Aufnahme eines Gleit- und/oder Magnetlagers sowie mit einem Holm-Rotorblattanschluss. 3 a wind turbine as in 2 , but with a V-shaped generator stator and generator rotor to accommodate a sliding and / or magnetic bearing and with a spar rotor blade connection.

Bei der in 2 dargestellten Windenergieanlage ist auf dem Kopf des Turmes 10 ein Maschinenträger 9 angeordnet, der um eine senkrechte Achse drehbar ist. An seinem im wesentlichen horizontal ausgerichteten freien Ende ist ein hohlzylindrisches Statorgehäuse 8 befestigt, an dessen Innenumfang die elektrischen Bauteile eines Generatorstators 7 angeordnet sind. In diesen hohlzylindrischen Innenraum des Statorgehäuses 8 ragt ein ebenfalls hohlzylindrischer Generatorläufer 3, auf dessen Außenumfang die Erregerpole 6 des Generators befestigt sind. Die Erregung des Generators kann mittels Spulen oder Permanentmagneten erfolgen.At the in 2 shown wind energy plant is on top of the tower 10 a machine carrier 9 arranged, which is rotatable about a vertical axis. At its substantially horizontally oriented free end is a hollow cylindrical stator housing 8th attached, on the inner circumference of the electrical components of a generator stator 7 are arranged. In this hollow cylindrical interior of the stator housing 8th protrudes a likewise hollow cylindrical generator rotor 3 , on the outer circumference of which the excitation poles 6 of the generator are attached. The generator can be excited by means of coils or permanent magnets.

Darüber hinaus sind Rotorblätter 1 erkennbar, die um ihre Längsachse drehbar an einer Nabe 2 befestigt sind.In addition there are rotor blades 1 recognizable that rotatable about its longitudinal axis on a hub 2 are attached.

Diese Nabe 2 ist ihrerseits an dem Generatorläufer 3 angeflanscht und an der Innenseite des Statorgehäuses 8 über ein Lager 4 gelagert. Ruf diese Weise kann die von den Rotorblättern 1 erzeugte Drehbewegung der Nabe 2 um deren Längsachse an den Läufer 3 des Generators weitergegeben werden.This hub 2 is in turn on the generator rotor 3 flanged and on the inside of the stator housing 8th about a camp 4 stored. Call this way from the rotor blades 1 generated rotation of the hub 2 around the longitudinal axis to the rotor 3 of the generator are passed on.

Da der Maschinenträger 9 und das Lager 4 bei dieser Windenergieanlage mit dem ringförmigen Statorgehäuse 8 verbunden sind, kann auf eine Hohlachse oder Achshülse wie bei der in 1 dargestellte Windkraftanlage mit Vorteil verzichtet werden.Because the machine carrier 9 and the camp 4 in this wind turbine with the annular stator housing 8th are connected to a hollow axle or axle sleeve as in the 1 illustrated wind turbine can be dispensed with advantage.

Der Abstand zwischen dem Generatorläufer 3 und dem Generatorstator 7 wird. bei der Windkraftanlage gemäß 2 direkt durch das Lager 4 festgelegt. Hierdurch sind gegenüber der in DE 101 02 255 A1 gezeigten Bauweise deutlich kleinere Luftspalte und damit höhere Kraftdichten im Generator verwirklichbar. Bei der Ausführung des Lagers 4 als Wälzlager kann dieses, wie beispielhaft in 2 gezeigt, direkt neben der Statorwicklung 7 und der Läufererregeregung 6 angeordnet werden. Bei z.B. Transversalflußmaschinen mit mehreren Strängen kann dieses Lager 4 aber auch zentral eingebaut werden.The distance between the generator rotor 3 and the generator stator 7 becomes. according to the wind turbine 2 straight through the warehouse 4 established. As a result, compared to the in DE 101 02 255 A1 Design shown significantly smaller air gaps and thus higher power densities can be realized in the generator. When running the warehouse 4 as a roller bearing, this can be, as exemplified in 2 shown, right next to the stator winding 7 and the excitation of the runner 6 to be ordered. This bearing can be used, for example, for transverse flux machines with several strands 4 but can also be installed centrally.

Es ist nahe liegend, dass der Generator nach dem selben Schema auch als Außenläufer realisiert werden kann. Die Anbindung über den Maschinenträger 9 an den Turm 10 kann statisch bestimmt oder aufgrund der engen Kopplung zwischen Generatorläufer und Generatorstator auch statisch überbestimmt sein.It is obvious that the generator can also be implemented as an external rotor according to the same scheme. The connection via the machine support 9 to the tower 10 can be statically determined or, due to the close coupling between the generator rotor and the generator stator, can also be statically overdetermined.

Bei der in 3 gezeigten Windenergieanlage ist das Lager zwischen dem als Außenläufer ausgebildeten Generatorläufer 13 und dem innen liegenden Generatorstator 16 erfindungsgemäß direkt in den Luftspalt 14 dieser Elektromaschine integriert und vorzugsweise als hydrostatisches Gleitlager oder als Magnetlager ausgeführt. Zur Aufnahme der Kräfte und Momente ist der Luftspalt 14 bei einem Gleitlager wie hier dargestellt vorzugsweise V-förmig ausgebildet, während dieser bei einem Magnetlager auch bogenförmig geformt sein kann.At the in 3 The wind power plant shown is the bearing between the generator rotor designed as an external rotor 13 and the generator stator inside 16 According to the invention directly in the air gap 14 integrated into this electric machine and preferably designed as a hydrostatic plain bearing or as a magnetic bearing. The air gap is used to absorb the forces and moments 14 in the case of a plain bearing, as shown here, is preferably of V-shaped design, while in the case of a magnetic bearing, this can also have an arcuate shape.

Ein segmentiertes (hydrostatisches) Gleitlager kann so in die Polschuhe des Generators integriert sein, dass der Luftspalt gegenüber der in DE 101 02 255 A1 gezeigten Anordnung mit Vorteil deutlich reduziert ist. Ebenso kann ein trockenes Gleitlager als Notlager in den Generator integriert werden.A segmented (hydrostatic) slide bearing can be integrated into the pole shoes of the generator in such a way that the air gap compared to that in DE 101 02 255 A1 shown arrangement is advantageously significantly reduced. A dry plain bearing can also be integrated into the generator as an emergency bearing.

Während ein Gleitlager wie das Lager 4 in 2 auch seitlich neben den Wicklungen des Generators angeordnet sein kann, ist für ein Magnetlager eine integrale Lösung sinnvoll. Um alle sechs Freiheitsgrade der Anordnung regeln zu können, ist, wie 3 schematisch zeigt, die Läuferwicklung vorzugsweise so segmentiert, dass durch Anpassung der Erregung Regelkräfte aufgebracht werden können. Der Mittelwert des Regelstroms und damit die Regelleistung wird durch eine Justierung der Lage des der Erregerpole 17 des Generatorläufers 13 relativ zum Generatorstator 16 minimiert.While a plain bearing like the bearing 4 in 2 can also be arranged laterally next to the windings of the generator, an integral solution makes sense for a magnetic bearing. To be able to regulate all six degrees of freedom of the arrangement is how 3 shows schematically, the rotor winding preferably segmented so that control forces can be applied by adjusting the excitation. The mean value of the control current and thus the control power is determined by adjusting the position of the excitation poles 17 of the generator rotor 13 relative to the generator stator 16 minimized.

Da auch beim Rusregeln von Böen auch nur ein Bruchteil der normalen Erregerleistung erforderlich ist, ist eine wirtschaftliche Realisierung dieser technischen Lösung mög lich. Die Auslegung der Segmentierung und Regelung erfolgt entsprechend dem Können eines diesbezüglichen Fachmanns.Since also with the gust rules only a fraction of the normal excitation power is required an economical implementation of this technical solution is possible. The The segmentation and control are interpreted accordingly Can of a related one Expert.

Genauso wie der Leistungsbedarf des Magnetlagers durch eine nicht zentrische Ausrichtung der Rotordrehachse gegenüber dem Generatorstator reduziert werden kann, kann auch ein mechanisches Lager entlastet werden. Dazu wird die Rotordrehachse gegenüber dem Generatorstator so justiert, dass die Generatornormalkräfte im Mittel typische Betriebslasten zumindest teilweise kompensieren. Eine geeignete Ausrichtung der Normalkräfte relativ zur Drehachse kann hier naturgemäß unterstützend wirken.Just like the power requirement of the Magnetic bearing through a non-centric alignment of the rotor axis of rotation across from the generator stator can be reduced, a mechanical bearing be relieved. To do this, the rotor axis of rotation is compared to the Generator stator adjusted so that the generator normal forces on average at least partially compensate for typical operating loads. A suitable one Alignment of normal forces relative to the axis of rotation can naturally have a supporting effect here.

Der Vorteil der Gleit- und Magnetlager ist zunächst in der gegenüber Wälzlagern vergrößerten bzw. annähernd unbegrenzten Lebensdauer zu sehen. Zudem ist beim Einsatz eines Wälzlagers die Generatorgröße bei dem hier vorgestellten Konzept transportbedingt auf ca. 4 m begrenzt. Bei einer Gleit- oder Magnetlagerung kann hingegen der Generator zusammen mit dem Lager geteilt werden und somit der Straßentransport und die Montage vereinfacht werden.The advantage of plain and magnetic bearings is first in the opposite roller bearings enlarged or nearly see unlimited lifespan. In addition, when using a roller bearing the generator size at the The concept presented here is limited to approx. 4 m due to transport. In the case of plain or magnetic bearings, however, the generator can work together to be shared with the warehouse and thus the road transport and assembly be simplified.

Weiterhin ist in 3 eine mögliche Ausführungsform eines Blattanschlusses mittels eines Rotorblattholms 11 dargestellt. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen sind hier allerdings zwei Lager 18, 19 erforderlich, deren Abstand zur Erzielung von deutlichen Gewichtsersparnissen naturgemäß möglichst groß sein sollte. Weiterhin ist angedeutet, wie die Rotorblätter 1 auf einfache Weise mit Hilfe eines integrierten Seilzuges 15 in den vorzugsweise konischen Aufnahmeöffnungen der Nabe 12 montiert werden können.Furthermore, in 3 a possible embodiment of a blade connection by means of a rotor blade spar 11 shown. In contrast to conventional solutions, there are two bearings here 18 . 19 required, the distance between them to achieve significant weight savings should naturally be as large as possible. It also indicates how the rotor blades 1 in a simple way with the help of an integrated cable 15 in the preferably conical receiving openings of the hub 12 can be assembled.

Nicht weiter betrachtet wird hier die Anbindung des Generators an den Turm 10. Neben der üblichen Lagerung wie sie z.B. in DE 101 02 255 A1 gezeigt ist, kann diese auch mit Hilfe von zwei Lagern ähnlich der in DD 261 395 A1 offenbarten Lösung erfolgen.The connection of the generator to the tower is not considered here 10 , In addition to the usual storage such as in DE 101 02 255 A1 is shown, this can also be done with the help of two bearings similar to that in DD 261 395 A1 disclosed solution.

Für den Fachmann ist ersichtlich, dass eine günstige und den jeweiligen Randbedingungen angepasste Ausgestaltung der Windenergieanlage durch eine beliebige Kombination der oben beschriebenen Merkmale gefunden werden kann. Die vorgeschlagenen Lösungen sind zudem auf jede Generatoranordnung wie auch Scheibenläufer etc. anwendbar. Ein Konzept für eine wirtschaftliche Anlage ist durch eine Optimierung des Gesamtsystems entwickelbar.It is apparent to the person skilled in the art that a favorable and the respective boundary conditions adapted design of the wind turbine can be found by any combination of the features described above. The proposed solutions can also be applied to any generator arrangement, such as disc rotors, etc. A concept for an economical system can be developed by optimizing the overall system.

11
Rotorblattrotor blade
22
Nabehub
33
Generatorläufergenerator rotor
44
Lagercamp
55
Hohlachsehollow shaft
66
Erregerpolexciter
77
Generatorstatorgenerator stator
88th
Statorgehäusestator
99
Maschinenträgermachine support
1010
Turmtower
1111
RotorblattholmRotor blade spar
1212
Nabehub
1313
Generatorläufergenerator rotor
1414
Luftspaltair gap
1515
Zugvorrichtunghitch
1616
Generatorstatorgenerator stator
1717
Erregerpolexciter
1818
RotorblattlagerRotor blade bearings
1919
RotorblattlagerRotor blade bearings

Claims (13)

Windenergieanlage, mit einem an der Spitze eines Turms (10) angeordneten Maschinenträger (9), mit einem an dem Maschinenträger (9) befestigten Generatorstator (7, 16), mit einer Rotorblätter (1) tragende Nabe (2, 12), und mit einem Generatorläufer (3, 13), der an der Nabe (2, 12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatorläufer (3, 13) oder die mit dem Generatorläufer (3, 13) verbundene Nabe (2, 12) an einem Ort gelagert ist, der radial zwischen und/oder axial neben den Generatorstator (7, 16) und dem Generatorläufer (3, 13) liegt und sich dabei auf dem Statorgehäuse (8) abstützt.Wind turbine, with one at the top of a tower ( 10 ) arranged machine carrier ( 9 ), with one on the machine support ( 9 ) attached generator stator ( 7 . 16 ), with a rotor blade ( 1 ) carrying hub ( 2 . 12 ), and with a generator rotor ( 3 . 13 ) on the hub ( 2 . 12 ) is fixed, characterized in that the generator rotor ( 3 . 13 ) or with the generator rotor ( 3 . 13 ) connected hub ( 2 . 12 ) is stored at a location that is radially between and / or axially next to the generator stator ( 7 . 16 ) and the generator rotor ( 3 . 13 ) lies on the stator housing ( 8th ) supports. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung aus einem einzigen Lager (4) oder aus wenigstens zwei Lagern besteht, die seitlich neben den Wicklungen des Generatorstators (7) und den Erregerpolen (6, 17) des Generatorläufers (3) angeordnet sind.Wind power plant according to claim 1, characterized in that the storage from a single bearing ( 4 ) or consists of at least two bearings located on the side next to the windings of the generator stator ( 7 ) and the excitation poles ( 6 . 17 ) of the generator rotor ( 3 ) are arranged. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) als Wälzlager ausgebildet ist.Wind power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing ( 4 ) is designed as a roller bearing. Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) als Schrägrollenlager, vorzugsweise als zweireihiges Schrägrollenlager ausgebildet ist.Wind energy plant according to claim 3, characterized in that the bearing ( 4 ) is designed as a tapered roller bearing, preferably as a double-row tapered roller bearing. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung mittels eines vorzugsweise hydrostatisch ausgebildeten Gleitlagers erfolgt.Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the storage by means of a preferably hydrostatic trained plain bearing takes place. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager als segmentiertes Gleitlager ausgebildet ist, das in die Polschuhe des Generators integriert ist.Wind energy plant according to claim 5, characterized in that the plain bearing is designed as a segmented plain bearing, which is integrated in the pole shoes of the generator. Windenergieanlage nach Anspruch 5 oder 6, durch gekennzeichnet, dass ein trockenes Gleitlager als Notlager in den Generator integriert ist.Wind power plant according to claim 5 or 6, characterized in that that a dry plain bearing is integrated into the generator as an emergency bearing is. Windenergieanlage nach Anspruch wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator so zur Drehachse des Nabe (2, 12) ausgerichtet ist, dass die Generatornormalkräfte eine Entlastung des Lagers (4) bewirken.Wind power plant according to claim at least one of the preceding claims, characterized in that the generator so to the axis of rotation of the hub ( 2 . 12 ) is aligned so that the normal generator forces relieve the bearing ( 4 ) cause. Windenergieanlage nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetische Lagerung des Generatorläufers (13) durch eine elektrische Segmentierung des Generatorstators (16) oder bei elektrischer Erregung vorzugsweise durch eine sich auf dem Generatorläufer (3, 17) befindliche Erregerwicklung realisiert ist.Wind power plant according to at least one of the preceding claims, characterized in that a magnetic bearing of the generator rotor ( 13 ) by electrical segmentation of the generator stator ( 16 ) or in the case of electrical excitation, preferably by a generator rotor ( 3 . 17 ) located excitation winding is realized. Windenergieanlage nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Regelleistung durch Veränderung der Position des Generatorläufers (3, 13) gegenüber dem Generatorstator (7, 16) minimierbar ist.Wind power plant according to at least one of the preceding claims, characterized in that the required control power by changing the position of the generator rotor ( 3 . 13 ) opposite the generator stator ( 7 . 16 ) can be minimized. Windenergieanlage nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator, die Lager und die Nabe (2, 12) segmentiert aufgebaut sind.Wind energy installation according to at least one of the preceding claims, characterized in that the generator, the bearings and the hub ( 2 . 12 ) are segmented. Windenergieanlage nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (1) in der Nabe (12) in Lagern (18, 19) aufgenommen sind, die zur Aufnahme von konisch Rotorblattholmen (11) ausgebildet und angeordnet sind.Wind power plant according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotor blades ( 1 ) in the hub ( 12 ) in camps ( 18 . 19 ) are included, which are used to hold conical rotor blade spars ( 11 ) are trained and arranged. Windenergieanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nabe (12) und/oder in den Statorgehäuse (8) Zug- und Umlenkvorrichtungen (15) angeordnete sind, mit denen der konische Rotorblattholm (11) zur Montage des Rotorblatts (1) an der Nabe (12) in diese hineinziehbar ist.Wind energy installation according to claim 10, characterized in that in the hub ( 12 ) and / or in the stator housing ( 8th ) Traction and deflection devices ( 15 ) are arranged with which the conical rotor blade spar ( 11 ) for mounting the rotor blade ( 1 ) on the hub ( 12 ) can be pulled into it.
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