CN102282365B - 涡轮发电设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于由流体流动中产生电能的涡轮发电设备具有可旋转地固定在底座、尤其是塔上的吊舱，所述吊舱包括驱动系，该驱动系借助由流体流动来驱动的转子和功能部件将在转子上输入的流体流动的能量转换为电能，所述功能部件设计用于支承转子和/或用于支承传动装置和/或用于能量转换。特点是，所述功能部件中的至少一个是用于将静态载荷和动态载荷从所述驱动系传递至所述塔的耐操作使用的连接机构。

Description

涡轮发电设备
本发明涉及一种用于将机械能转换为其它能量形式、优选电能的涡轮发电设备参照风能设备来描述本发明，该风能设备将空气流动能量转换成电能。但需要指出的是：本发明也可以被用在其它类型的能量转换设备或发电厂、如波浪或潮汐、水力发电厂中。
风能设备是已知的，在风能设备中，吊舱可转动地支承在塔上。稳定的支承板或支承框架容纳着驱动系的多个单独的部件、如转子轴承、转子轴、传动装置和发电机，并且将其静态载荷和动态载荷传递到塔上。支承板同时构成吊舱的下部，该吊舱以护罩的形式包围驱动系。如上所述，支承板非常稳固地形成，因为它在兆瓦级范围内的设备功率时例如必须支承100,000Nm或更高的数量级的转子力矩。例如在DE1184567A2中示出了在应用支承板的情况下的构造方式。L形支承框架例如在DE29609794U1中示出。
缺点是支承板重量大并且在吊舱中空间需求大，这在驱动系的所述被解决的构造方式中调整。
存在一种解决方案，即传动装置和发电机集成在共同的壳罩中，如在DE102004046563B4或DE10242707B3中示出的那样。此外，传动装置和转子轴承部分地组装成结构单元，像在EP1184567A2或WO1996/011338A1中那样。
不过，这种设计方案的缺点是维护成本提高，这例如在更换集成的部分零件的情况下出现。
本发明的目的是提出一种此外在材料成本和易维护性方面得到改善的涡轮发电设备。
所述目的通过根据权利要求1的特征的涡轮发电设备来实现。
根据本发明的用于由流体流动、即气体流动或液体流动产生电能的涡轮发电设备具有可旋转地固定在底座、尤其是塔上的吊舱，该吊舱包括驱动系，该驱动系借助由流体流动来驱动的转子并且借助功能部件将在转子上输入的流体流动的能量转换为电能，所述功能部件设计用于支承所述转子和/或用于支承所述传动装置和/或用于能量转换。
特点是，所述功能部件中的至少一个是用于将静态载荷和动态载荷从所述驱动系传递至所述塔的耐操作使用的连接机构(Anbindung)。
借此，本来就需要的结构获得了双重功能：即，例如功能部件—例如传动装置或其壳体不仅作为功能部件，也作为用于直接将静态载荷和动态载荷力传递或力传导至塔中的承载构件。一种或许需要的吊舱结构由于利用了功能部件的壳体结构或者其质量能更轻便地构成。这减轻了塔头或者吊舱的重量，或者可以在能比较的质量的情况下获得更稳定的吊舱。常规的支承板或常规的支承框架能够被省略或者明显更轻便地来设定尺寸。
在大型风力发电设备中，来自风压、要支承的转子转矩、推力载荷等的动态载荷远远超过由质量决定的静态载荷。所有的支承件、支承板等在常规构造方式中被设定很大的尺寸。然而，功能部件例如轴承或传动装置同样必须承受同样数量级的载荷。使用功能部件的结构以用于撤除动态载荷或使其耦联到塔上，这有助于实现明显更轻的结构，因为在功能部件和塔之间的传力路径中设置更少的材料。
本发明的其它有利实施方式是从属权利要求的主题。
根据本发明的一种改进方案，至少一个功能部件固定在偏航轴承的支承环结构上。特别是，这些功能部件、例如主要支承转子推力载荷的转子轴承和传动装置固定在偏航轴承的支承环结构上，在该传动装置上支承大部分转子转矩，在该功能部件上能支承最高的、尤其是动态的载荷。支承环结构被视为偏航轴承的一部分，并且在其径向外周内没有明显超出轴承。该支承环结构也不具有在整个吊舱上延伸的、尤其是水平伸长的延伸部，该延伸部具有用于接纳驱动系所有功能部件的常规的支承板。
该功能部件的壳体优选用于在塔上支承所述载荷。在下述情况下可以进一步节约材料和重量，即其它功能部件安装到这种功能部件的壳体上，从而其载荷同样通过所述壳体支承在塔上。
此外，在支承在塔上的壳体上可以安装较轻的支承框架，该支承框架用于接纳附加部件—例如变频器、变压器、防火设备、控制电子装置、紧急能量源、冷却系统或空气处理系统。
在功能部件的防风雨的实施方式中，可以省略吊舱自身的防护罩。
在附加轴承中可以设置环形发电机(Ringgenerator)，该环形发电机一方面支承其转矩或通过附加轴承支承在塔上，另一方面，该环形发电机已经在驱动系的输入侧吸收或者减弱载荷或功率峰值的一部分。为此，驱动系的设于下游的功能部件、如传动装置或发电机被卸载，并且必要时能根据较小的过载来设定尺寸。该主题与风能设备相关地在未限制功能部件用作在塔上的载荷连接机构(Lastanbindung)的情况下被视为是独立发明。
有利的是，使具有高传动装置传动比、例如1∶60至1∶140的传动装置与异步发电机相组合。发电机可以按照本发明例如在未使用支承板的情况下固定在传动装置壳体上。与传动装置相比较小地作用在发电机上的并且在这种情况下支承在传动装置壳体上的转矩需要不明显地提高发电机壳体的重量。在此代替异步发电机，也可以使用同步发电机。
功能部件的其它有利的组合方式是具有中低传动比的传动装置与同步发电机。在结构相当小的传动装置中，例如由于发电机的连接部而引起的尺寸增大造成重量增大。但附加支承板的省略总是能引起重量的减轻。
以下将参照在附图中示出的实施例来详细说明本发明及其优点。
图1是风能设备的塔头部段的示意图，其中两点转子轴承被连接在吊舱或驱动系的偏航轴承上；
图2是风能设备的塔头部段的示意图，其中在传动装置前面设置转矩轴承，轴承和传动装置都连接在吊舱或驱动系的偏航轴承上；
图3是风能设备的塔头部段的示意图，其中发电机固定在传动装置上并且沿径向至少在轴向局部段上包围该传动装置；
图4是风能设备的塔头部段的示意图，其中在转子的轴承中设有无传动地与转子轴相耦联的发电机；
图5是风能设备的塔头部段的示意图，其中变速传动装置集成到发电机转子的空心轴中，其中传动装置的固定部分支承在发电机的定子或壳体上；
图6a是风能设备的塔头部段的示意侧视图，其中设有用于驱动系功能部件的容纳壳体；和
图6b相当于图6a所示的塔头部段的后视图。
在以下描述的实施例中，通过风并且也通过电网反作用出现的力和力矩通过转子轴承和偏航轴承或者说通过传动装置和偏航轴承被直接传导到塔中。此外在此优点在于，例如转子轴承的轴承座或轴承壳体是吊舱的一部分，并且因此简化了吊舱结构，或者说可以部分或完全放弃附加的吊舱结构，例如笨重的底板。如果轴承座是壳体结构的一部分，则轴承座或者轴承本身可以如此适当地构成，即该轴承在尽可能少地使用材料的情况下具有足够高的刚性。这可以通过轴承壳体或轴承的柱体结构或类似结构来实现，由此该轴承获得了很高的面积惯矩
主轴的轴承的一种可行实施方式为两点轴承，以便将在传动装置中的弯曲力矩和轴位移降至最小。作为轴承的其它实施方式，可以采用转矩轴承(Momentenlager)或者其它结构形式。
该传动装置可以直接耦联到主轴轴承的轴承结构上。此时，应该避免一种轴位移。对于传动装置，此外可以想到以下实施方式：
1.用于转换转矩和转速的机器部件在其它意义上设计成例如具有所有物理工作原理的恒定的或可变的传动比的传动装置，
2.一级或多级的圆柱齿轮传动装置
3.一级或多级的行星齿轮传动装置
4.由2和3组成的组合
5.叠加传动装置及其衍生机构
6.由2、3和5组成的组合
7.锥齿轮传动装置及其衍生机构
8.由2、3、5和7组成的组合
9.包绕传动装置
10.由2、3、5、7和9组成的组合
11.流体静力的和流体动力的传动装置
12.由2、3、5、9和11组成的组合
13.耦合传动机构(Koppelgetriebe)
14.由2、3、5，11和13组成的组合
15.行星齿轮传动机构
16.由2、3、5，7、9、11、13和15组成的组合
17.作为电动机-发电机的电传动装置
18.由2、3、5、7、9、11、13、15和17组成的组合
发电机的耦联可以根据传动装置和发电机变型方案而不同。当传动装置设计有仅几个级或带有或不带有轴位移的短构造方式时，发电机可以设计成同步发电机、异步发电机或者开关—磁阻—发电机。此时，可以想到用于发电机的以下结构形式：
a)对于同步发电机来说
1.具有外励机构的同步发电机
2.带有永磁体或励磁机构的同步发电机
3.由1和2组成的组合
4.设计有超导体的同步发电机
5.根据1-4的同步发电机，其完全或部分地包围传动装置
6.根据1-4的同步发电机，其完全或部分地集成到传动装置中
7.根据1-4的同步发电机，其直接或通过耦合器耦联到传动装置上
8.根据1-7的同步发电机，其还设计成横向流机械
9.根据1-7的同步发电机，其不仅可以设计成外转子，而且还能设计成内转子
b)对于异步发电机来说
1.设计成笼型转子的异步发电机
2.在转子中具有绕组的异步发电机设计成滑环转子，用于能给转子电路供应电流和或电压
c)其它发电机类型
1.按照不同实施方式的开关—磁阻发电机
在图1中示出了第一实施例。风能设备1的塔头部段此外在上塔部段3上包括偏航轴承5，吊舱7或者说驱动系通过偏航轴承可旋转地支承在塔部段3上。术语吊舱7除了转子9以外应该是指全部设置在偏航轴承5的塔侧的部件。
被吊舱7包围的驱动系作为功能部件包括具有必要时螺旋角(Pitchwinkel)可调的转子叶片的转子9、可旋转地支承在转子轴承13内的转子轴11、变速传动装置15、接设在变速传动装置15后的发电机17、以及其它辅助部件——如用于对发电机17和供电单元进行控制的变频器19、制动机组和液压设备以及控制风能设备1的上级的控制电子装置21。
转子轴承13固定在偏航轴承5的支承环25上。该转子轴承首先将推力载荷和扭转载荷以及静态重力传递到支承环25上进而传递到塔上。传动装置15以法兰连接到转子轴承13或者其壳体上。此外，传动装置15支承在支承环25上，由此能将作用于传动装置15的高转矩传导到塔中。发电机17法兰连接在传动装置壳体上。传动装置壳体通常承受在发电机上出现的较小的转矩，而无需附加地加大尺寸。在转子轴承13的壳体上、传动装置壳体上或者支承环25上，可以安装支架状的支承结构23，该支承结构提供了用于辅助部件19和21的轻型安装平台。
转子轴11在两个位置上支承在转子轴承13中。通过这种两点支承结构，能至少支承转子9和在转子轴承13内的转子轴11的静态载荷，从而可以简单地更换其它部件、如传动装置。
轴承的集成以尽可能高的面积惯矩在结构(还参见“转子轴承13的壳体”)之内或之上实现，以便在使用少量材料的情况下获得足够的刚性。所用的轴承可以设计成球轴承、圆柱轴承或者圆锥滚子轴承以及滑动轴承。在这种类型的支承结构中，转子轴的由风力造成的弯曲载荷大部分没有传递到传动装置中，这对于传动装置的结构形式是非常有利的。
传动装置壳体与转子轴11的轴承结构的连接可以通过螺钉、螺栓和其它构件来实现，它们能够传递相应的力和力矩。转子轴与传动装置输入轴的连接可以借助不同的耦合器(刚性或弹性地例如利用圆弧齿耦合器)来实现。发电机轴可以被直接地或者通过刚性或弹性的、必要时扭振阻尼的耦合器安装在输出轴上。发电机壳体在这里也可以直接与传动装置壳体连接。该连接的目的是承受在传动装置和发电机之间出现的力和力矩。可以如此构成发电机的轴，使得运行制动器和或停止制动器18或者说制动系统安装在该轴上。为了支承重力可以考虑，传动装置和/或发电机还是支承在一个要被附加安设的支承结构上。轴承壳体、传动装置和发电机及其连接机构的耐操作使用的连接可以通过上述的轴向连接结构来实现。
对于在WEA中需要的附加部件，例如所述那样，在包括轴承结构、传动装置、发电机和制动系统18的驱动系的侧旁和/或后面还可以装设有支承结构23。该支承结构因此支承在驱动系的一个或多个构件上。图1示出了该支承结构的一种可能的实施方式。
所示的实施方式的一种可能的改进方案在于：在传动装置和发电机之间装设运行制动器或停止制动器或者说制动系统。
图2示出了第二实施例。根据第二实施例的风能设备1很大程度上与根据第一实施例的风能设备1相应。以下描述的相对于第一实施例的变型主要涉及吊舱7′相对于吊舱7的驱动系的部件的机械结构和连接机构。
代替具有两个轴向间隔的支承点的转子轴承13，设有转矩轴承13′，转子轴11在一支承点处支承在该转矩轴承中。转矩轴承13′还支承所述转子轴11的倾翻力矩。转矩轴承13′固定在支承环25上。传动装置15′同样固定在支承环25上。该传动装置优选与转子轴11的倾翻运动去除耦联，例如通过在转子轴11和传动装置15′的输入轴之间的万向连接机构来实现。此外，转矩轴承13′和传动装置15′相互固定。
发电机17又以法兰连接到传动装置的壳体上。其它部件的固定对应于在第一实施例中示出的情况。
通过转子轴11的改变的轴承，与第一实施例相比，驱动系的结构长度被缩短了。由此，总体上获得更紧凑且更轻便的吊舱。
在图3中示出了第三实施例。根据第三实施例的风能设备1基本上与根据第一实施例的风能设备1相应。以下描述的相对于第一实施例的改变主要涉及吊舱7″相对于吊舱7的驱动系部件的机械结构和连接机构。
转子轴11在轴承13中支承在两个轴向间隔开的支承点上。轴承13固定在支承环25上。传动装置15″连接到轴承13上，该传动装置一方面与支承环25连接，另一方面与轴承13的壳体结构连接，可与第一实施例进行比较。发电机17″安装到传动装置15″上或者安装到其壳体上，其中发电机17″的定子与传动装置的壳体进行机械连接。发电机17″设计成环形发电机。发电机17″的自由内室接纳传动装置17″的一部段。由此可以缩短从动系统或者吊舱7″的结构长度。为了避免与发电机17″的转子费事地进行接触，发电机能以永久激励的形式构成。不过，在环形结构中还可以采用复合激励的或外部激励的发电机结构形式。
图4用于说明第四实施例，该第四实施例相对于第三实施例略有变化。根据第四实施例，在轴承13中在两个支承点之间设有直接由转子轴11驱动的发电机27。发电机27将在转子9上输入的机械能的一部分直接转换为电能。只有在发电机27上未被取走的能量被传输到传动装置15″中。传动装置15″还只需支承较小的反作用转矩，因为施加在转子9上的转矩的一部分已经通过发电机27引出。
为了提高效率，下述方式可能是适合的，即，在局部负载区域中使传动装置15″与发电机27退耦，以避免在低功率时在传动装置15″中的损耗并且提高了传动装置15″的使用寿命。这种布置的另一个优点在于：可以借助适合的控制装置直接在转子轴11上通过支承在前方的发电机27来减弱传动系振动。附加地，伴随发电机27和发电机17″，设有两个独立的能量转换系统，这具有以下优点：当一个系统停止运转时，该设备能够以降低的功率继续工作。
当然，第一和第二实施例也可以根据第四实施例来改变，就是说，在吊舱7和7′中可以集成一种直接由转子轴11驱动的、包括轴承13或者13′的发电机。
图5用于说明第五实施例。第五实施例相对于上述实施例是另一种变型方案。在风能设备1的吊舱7″′中，完全将传动装置15″′集成到发电机17″′的壳体中，就是说，发电机17″′的壳体沿径向和轴向包围传动装置15″′。发电机17″′利用其壳体固定在偏航轴承5的支承环25上。在发电机壳体的内部，传动装置15″′的固定不动的部件借助轴31或者必要时通过空心轴被固定在发电机壳体上。通过该固定不动的轴31，传动装置15″′的反作用转矩支承在发电机壳体上并且因此支承在支承环25上。然而，该传动装置的固定不动的部件的支承也可以通过相对于发电机壳体的多个连接销来实现。传动装置15″′例如是一级行星齿轮传动装置，其设计用于对于转子轴11的转速以因数6至60进行转换。在此，所述传动装置15″′具有壳体状或者钟状的罩体33，该罩体承载发电机17″′的转子35，或者具有转子35的功能。发电机17″′的定子37设置在发电机壳体内。同时，发电机壳体可以用作吊舱壳体或者吊舱壳体的一部分，因此保证为设置在传动装置壳体中的部件防雨。替代地，传动装置15″′可以设计成多级行星齿轮传动装置。
在所有的实施方式中还能进一步考虑，支承环25配备有一种容纳壳体，该容纳壳体至少能承载多个单个的功能部件的静态重量。在用于第二实施例的图6a和图6b中示出了上述实施方式的改进方案。在容纳壳体40中安装有转矩轴承13′以及传动装置15′。发电机17随后设置到传动装置上。在容纳壳体中，也可以设置辅助部件、例如用于对发电机17和供电单元进行控制的变频器19、制动机组、液压设备和上级的控制电子装置21。通过附加的固定器件42-如螺栓、支柱、螺钉等，在将功能部件置入到容纳壳体40中之后实现与容纳壳体40本身的以及与支承环25的连接。此外，这些功能部件通过固定器件43相互固定。总之，在安装上述的固定器件42或43之后，在功能部件13′、15′、17、容纳壳体40和支承环25之间形成了一种稳固的、尤其耐受在风能设备中常见的动态载荷的单元。在此，容纳壳体40在维护和安装情况下简化了功能部件13′、15′和17的暂时的安装和定位。因为在发电机17上仅出现小的载荷，所以仅将发电机固定在容纳壳体40上和必要时固定在传动装置15′上或许就够了。容纳壳体40可以如上所述那样补充到所有上述的实施例1至5中，以接纳功能部件。
以上的描述和附图仅用于更好地理解本发明，它们并没有将本发明限制为这些实施例或所述变型方案。附图部分地粗略地示意性示出，以表明工作方式、工作原理、技术设计方案和特征。原则上，在附图或说明书中所示出的每种工作方式、每种原理、每种技术设计方案和每个特征可以与所有的权利要求、在说明书和附图中的每个特征、在公开内容中包含的或从中得到的其它工作方式、原理、技术设计方案和特征自由地任意组合，从而所有可设想的组合可以补充到本发明的公开范围。在此还可以包括在说明书中、即在说明书的每个段落、权利要求中的所有单独实施方式之间的组合以及在说明书、权利要求和附图中的不同实施例之间的组合。
权利要求也没有界定或限制公开内容进而所有所示特征的组合可能性。该公开内容明确地以单独的或与本发明其它特征相组合的方式包括全部给出的特征。
附图标记列表
1风能设备
3塔头部段
5偏航轴承(Azimutlager)
7吊舱
7′吊舱
9转子
11转子轴
13转子轴承
13′转矩轴承(Momentenlager)
15变速传动装置
15′变速传动装置
15″变速传动装置
15″′变速传动装置
17发电机
17″环形发电机
17″′发电机
18制动系统
19变频器
21控制电子装置
23支承结构
25支承环
27直接驱动式发电机
31固定不动的轴
33罩体
35发电机转子
37定子
40容纳壳体
42固定器件
43固定器件

Claims (22)

1.一种用于由流体流动中产生电能的兆瓦级的涡轮发电设备，所述涡轮发电设备具有可旋转地固定在塔（3）上的吊舱，所述吊舱包括驱动系（7），所述驱动系借助由流体流动来驱动的转子（9）和功能部件将在所述转子（9）上输入的流体流动的能量转换成电能，其中所述功能部件包括下述构件中的至少两个构件：所述转子（9）的或者转子轴（11）的轴承（13）、传动装置（15，15'，15"，15'"）、用于能量转换机构（17）的构件，
其中，所述功能部件（13，15，17）中的至少一个是用于将静态载荷和动态载荷从所述驱动系（7）传递至所述塔（3）的耐操作使用的连接机构，并且功能部件（13，15，17）固定在偏航轴承（5）的支承环结构（25）上，
其特征在于，所述支承环结构（25）设有固定器件（43），通过该固定器件使得所述功能部件（13，15，17）相互固定；并且设有容纳壳体（40），在所述容纳壳体中装有所述功能部件（13，15，17）中的至少一个功能部件；并且设有附加的固定器件（42），通过该附加的固定器件在将所述至少一个功能部件（13，15，17）置入到容纳壳体（40）中之后实现所述至少一个功能部件（13，15，17）与容纳壳体（40）本身的以及与支承环结构（25）的连接，其中通过所述固定器件（43）和所述附加的固定器件（42）在功能部件（13、15、17）、容纳壳体（40）和支承环结构（25）之间形成了一种稳固的、耐受的单元。
2.根据权利要求1所述的涡轮发电设备，其特征在于，在所述容纳壳体中设置辅助部件（19、21），该辅助部件包括用于对发电机和供电单元进行控制的变频器（19）、制动机组、液压设备和/或上级的控制电子装置（21）。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，至少两个功能部件（13，15，17）固定在偏航轴承（5）的支承环结构（25）上。
4.根据权利要求3所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述至少两个功能部件包括轴承（13）和传动装置（15，15'，15"，15'"）。
5.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述动态载荷包括以下载荷中的至少一个：转子轴承的推力载荷、弯曲力矩、扭转载荷、围绕转子轴（11）的、在传动装置（15，15'，15"，15'"）的输入级上的转矩、振动载荷、在吊舱转动时用于改变其偏航方向的惯性力矩。
6.根据权利要求1所述的涡轮发电设备，其特征在于，功能部件的壳体将在所述功能部件上出现的载荷传递到所述支承环结构（25）上。
7.根据权利要求1所述的涡轮发电设备，其特征在于，功能部件的壳体将在相邻的功能部件上出现的载荷传递到所述支承环结构（25）上。
8.根据权利要求6或7所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件的壳体以耐气候的方式构成。
9.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，在功能部件的壳体上固定框架（23），所述框架用于接纳附加部件，该附加部件包括下述部件中的至少一个：变频器（19）和/或变压器和/或防火设备和/或控制电子装置（21）和/或紧急能量源和/或冷却系统和/或空气处理系统。
10.根据权利要求2所述的涡轮发电设备，其特征在于，用于转子（9）或者转子轴（11）的附加轴承固定在偏航轴承（5）的支承环结构（25）上，所述附加轴承配备有由所述转子（9）以无传动的方式驱动的环形发电机（27）。
11.根据权利要求10所述的涡轮发电设备，其特征在于，设有用于环形发电机（27）的控制机构，所述控制机构致使在转子侧输入的转矩波动或者转速波动得以减弱。
12.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，设有用于使至少两个功能部件（13，15，17）的壳体连接的固定器件。
13.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:3至1:10的变速传动装置（15，15'，15"，15'"）。
14.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:20至1:40的变速传动装置（15，15'，15"，15'"）。
15.根据权利要求13所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述变速传动装置与同步发电机相耦联。
16.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:60至1:140的变速传动装置（15，15'，15"，15"'）。
17.根据权利要求16所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述变速传动装置（15，15'，15"，15"'）与双馈电异步发电机或者与同步发电机相耦联。
18.根据权利要求10所述的涡轮发电设备，其特征在于，传动装置（15，15'，15"，15"'）集成在所述发电机的壳体内，其中，所述传动装置（15，15'，15"，15'"）的反作用转矩支承在所述发电机的壳体上。
19.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:5的变速传动装置（15，15'，15"，15'"）。
20.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:8的变速传动装置（15，15'，15"，15'"）。
21.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:30的变速传动装置（15，15'，15"，15'"）。
22.根据权利要求1或2所述的涡轮发电设备，其特征在于，所述功能部件包括传动比为1:70的变速传动装置（15，15'，15"，15"'）。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009048735A1 (de) 2009-10-08 2011-04-14 Robert Bosch Gmbh Antriebsstrang und Windkraftanlage
DE102010042092A1 (de) * 2010-10-07 2012-04-12 Aktiebolaget Skf Transversalflussgenerator zur flexiblen Verwendung
GB2524331B (en) * 2014-03-21 2016-06-01 Flumill As Hydrokinetic energy conversion system and use thereof
DE102018113760B4 (de) * 2018-06-08 2023-02-23 Aerovide Gmbh Rotorlagergehäuse und Windenergieanlage mit Rotorlagergehäuse
EP3940228A1 (de) * 2020-07-17 2022-01-19 Flender GmbH Einstellbewegliche rotorwellenanordnung, getriebeeinheit, generatorgetriebe und windkraftanlage

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2655604A (en) * 1944-04-07 1953-10-13 Allgaier Werkzeugbau G M B H Wind-driven power plant with centrifugal governor
EP1045140A2 (de) * 1999-04-12 2000-10-18 A. Friedr. Flender Ag Getriebe für eine Windkraftanlage
EP1243791A2 (de) * 2001-03-23 2002-09-25 Enron Wind GmbH Drehmomentübertragungsvorrichtung für eine Windkraftanlage
CN1427149A (zh) * 2002-11-13 2003-07-02 沈阳工业大学 兆瓦级变速恒频风电机组
CN1469972A (zh) * 2000-10-19 2004-01-21 ɨ��缯�����޹�˾ 风力发动机
CN1556896A (zh) * 2001-04-02 2004-12-22 ά��ϵͳ��˾ 包括行星齿轮的风力涡轮机
CN1682033A (zh) * 2002-09-13 2005-10-12 爱罗丁工程有限公司 带有同心的齿轮传动装置/发电机结构的风动力设备
CN1846057A (zh) * 2003-09-30 2006-10-11 三菱重工业株式会社 风力发电用风车
CN201038960Y (zh) * 2007-05-15 2008-03-19 天津市新源电气科技有限公司 内转子无刷双馈发电机及其控制装置
CN101257214A (zh) * 2007-03-01 2008-09-03 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 大型变速永磁风力发电系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1184567B (de) 1961-02-24 1964-12-31 Jerome Bernard Clifford Dumont Wellschlauch aus flexiblem Werkstoff
ES2166832T5 (es) 1994-10-07 2008-02-16 Windtec Consulting Gmbh Engranaje planetario para una turbina eolica.
DE29609794U1 (de) 1996-06-03 1996-08-22 aerodyn GmbH, 24768 Rendsburg Getriebe-Generator-Kombination
DE10043593B4 (de) 2000-09-01 2014-01-09 Renk Ag Getriebe für Windgeneratoren
DE10119428A1 (de) * 2001-04-20 2002-10-24 Enron Wind Gmbh Grundrahmen zur Anordnung der Welle des Rotors einer Windkraftanlage an deren Turm
DE10126222C2 (de) 2001-05-30 2003-10-16 Aerodyn Eng Gmbh Windenergieanlage mit Meerwasserentsalzungsanlage
JP2006046107A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Yanmar Co Ltd 風力発電装置
DE102004046563B4 (de) 2004-09-24 2008-01-03 Aerodyn Energiesysteme Gmbh Windenergieanlage mit vollintegriertem Maschinensatz
US7351033B2 (en) * 2005-09-09 2008-04-01 Mcnerney Gerald Wind turbine load control method
BE1017135A3 (nl) * 2006-05-11 2008-03-04 Hansen Transmissions Int Een tandwielkast voor een windturbine.
CN101506521B (zh) * 2006-09-04 2012-07-04 孙首泉 风力发电机及其传动带增速传动装置
ES2455228T5 (es) * 2006-09-08 2022-02-25 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Segmento de retención de rodamiento de rodillos para soportar árbol principal de generador de energía eólica
US8257019B2 (en) * 2006-12-21 2012-09-04 Green Energy Technologies, Llc Shrouded wind turbine system with yaw control
WO2008078342A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 High Technology Investments B.V. Multiple generator wind turbine
DE102007003618A1 (de) * 2007-01-18 2008-07-24 Voith Patent Gmbh Energieerzeugungsanlage, angetrieben durch eine Wind- oder Wasserströmung

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2655604A (en) * 1944-04-07 1953-10-13 Allgaier Werkzeugbau G M B H Wind-driven power plant with centrifugal governor
EP1045140A2 (de) * 1999-04-12 2000-10-18 A. Friedr. Flender Ag Getriebe für eine Windkraftanlage
CN1469972A (zh) * 2000-10-19 2004-01-21 ɨ��缯�����޹�˾ 风力发动机
EP1243791A2 (de) * 2001-03-23 2002-09-25 Enron Wind GmbH Drehmomentübertragungsvorrichtung für eine Windkraftanlage
CN1556896A (zh) * 2001-04-02 2004-12-22 ά��ϵͳ��˾ 包括行星齿轮的风力涡轮机
CN1682033A (zh) * 2002-09-13 2005-10-12 爱罗丁工程有限公司 带有同心的齿轮传动装置/发电机结构的风动力设备
CN1427149A (zh) * 2002-11-13 2003-07-02 沈阳工业大学 兆瓦级变速恒频风电机组
CN1846057A (zh) * 2003-09-30 2006-10-11 三菱重工业株式会社 风力发电用风车
CN101257214A (zh) * 2007-03-01 2008-09-03 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 大型变速永磁风力发电系统
CN201038960Y (zh) * 2007-05-15 2008-03-19 天津市新源电气科技有限公司 内转子无刷双馈发电机及其控制装置

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CN102282365A (zh) 2011-12-14
US20120274074A1 (en) 2012-11-01
DE102009008340A1 (de) 2010-06-24
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EP2379882B1 (de) 2016-09-14

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