DE102004005543A1 - Windkraftanlage - Google Patents
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Abstract
Um eine kompakte und wartungsfreundliche Windkraftanlage (1) zu schaffen, die auch für den Off-shore-Betrieb geeignet ist, wird bei einem durch Windkraft angetriebenen Antriebsstrang (2), einem Getriebe und einem Generator das Getriebe im Generator integriert.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit zumindest einem durch Windkraft angetriebenen Antriebsstrang, einem Getriebe und einem Generator.
- Windkraftanlagen erzeugen durch Rotationen ihrer mit Rotorblätter versehenen Nabe über ein nachgeschaltetes Getriebe, das mit einem Generator mechanisch verbunden ist, elektrische Energie. Dabei handelt es sich um eine Kombinationen von Einzelelementen, wie Getriebe, Kupplung und Generator die axial hintereinander angeordnet sind und ein entsprechend hohes Gewicht und dementsprechenden Platzbedarf aufweisen.
- Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde eine Windkraftanlage zu schaffen, bei der das Gewicht von Generator und Getriebe als auch deren Platzbedarf reduziert ist gegenüber herkömmlichen Anlagen und nahezu wartungsfrei betreibbar ist. Des weiteren soll eine derartige Getriebe-Generator-Einheit auch für Off-shore-Anlagen einsetzbar sein.
- Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass das Getriebe im Generator integriert ist.
- Damit ist der Abtrieb des Getriebes direkt mit dem Läufer des Generators mechanisch gekoppelt. Durch den erfindungsgemäßen Entfall der Kupplung ist die gesamte Getriebe-Generator-Einheit kompakter, benötigt weniger Bauvolumen und ist damit, dies ist für den Off-shore-Einsatz relevant, einfacher abzudichten. Der Läufer, der vorzugsweise ein permanentmagneterregter Läufer oder aber auch ein elektrisch erregter Läufer sein kann, wird dabei als Innen- oder auch als Außenläufer ausgeführt.
- Der Außenläufer wird dabei auf der feststehenden Getriebestufe einseitig oder beidseitig gelagert. Diese Lagerung ist in die Statorstruktur integriert. Die Lagerung ist vorzugsweise isoliert ausgeführt und unterdrückt damit ev. Kreisströme. Es wird außerdem ein kleiner und gleichmäßiger Luftspalt erreicht.
- Je nach Auslegung des Getriebes kann die Getriebeabtriebsstufe als Planetenträger oder auch als Innenverzahnung ausgeführt sein. Dementsprechend weist die Getriebeantriebsstufe, also der Antriebsstrang eine Innenverzahnung bzw. einen Planetenträger auf. Die Anordnung der Getriebestufen kann in Abhängigkeit der elektrischen Auslegung des Generators bei einseitiger Lagerung innerhalb der Statorstruktur und bei beidseitiger Lagerung vor der Statorstruktur liegen.
- Die Lager selbst sind dabei als konventionelle Wälz- oder Gleitlager ausgeführt. Sie können aber ebenso als magnetische oder hydrostatische Lager ausgeführt sein mit den dafür jeweils erforderlichen Systemkomponenten wie elektrische Steuer- und Regelungstechnik, ggf. Pumpen und der notwendigen Überwachungstechnik.
- Die feststehende Statorstruktur trägt zum einen die elektrisch relevanten Generatorkomponenten und zum anderen ist sie derart ausgeführt, um eine oder mehrere feststehende Getriebestufen aufnehmen zu können.
- Damit wird das gesamte Anlagengewicht von Getriebe und Generator gegenüber herkömmlichen Anlagen reduziert, der Gesamtwirkungsgrad wird erhöht und die Anzahl der Lagerungen reduziert. Außerdem werden Ausrichtfehler bei der Montage verringert und die Länge des Antriebsstranges erheblich verkürzt.
- Durch Verwendung eines permanentmagneterregten Läufers wird vorteilhafterweise die Wartung gegenüber herkömmlichen elektrisch erregten Läufern weiter reduziert.
- An wartungsbedürftigen Funktionselementen verbleiben damit lediglich eine zentrale Steuerung eines Schmiermittelkreislaufes, die Steuerungs- und Regelungsorgane des Generators, gegebenenfalls Überwachungs- und Steuerungseinrichtungen eines Kühlmittelkreislaufs des Generators, Steuerungs- und Überwachungsorgane von Bremseinrichtungen und entsprechende Steuerungsorgane zur Drehung der Rotorblätter. Vorteilhaft sind weitere Überwachungsorgane wie z.B. Sensoren zur Körperschallmessung des Getriebes, Erfassung der Windgeschwindigkeit und der Winkel der Rotorblätter.
- Die vorliegenden Betriebsdaten ermöglichen nun vor Ort oder von einer zentralen Warte aus automatische oder manuelle Eingriffe in die Windkraftanlage. Dieser Datentransfer, der als bidirektionale Kommunikation stattfindet, ist vorteilhafterweise insbesondere bei Off-shore-Anlagen drahtlos einsetzbar.
- Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden in schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Darin zeigen:
-
1 ,2 Ausführungsformen einer Windkraftanlage mit integrierten Getriebe und einen permanentmagneterregten Außenläufer mit Planetenträger. -
1 und2 zeigen jeweils eine nicht näher dargestellte Windkraftanlage1 , bei der die Windenergie in Rotation eines Antriebsstranges2 umgesetzt wird, der in einer nicht näher dargestellten Gehäusestruktur drehbar gelagert ist. Die Gehäusestruktur weist vorteilhafterweise nicht näher dargestellte Luft- oder Flüssigkeitskühleinrichtungen insbesondere der elektrischen Betriebsmittel auf. - Der Antriebsstrang
2 ist zumindest dort hohl ausgeführt, wo sich eine Innenverzahnung12 befindet. Die Verzahnung kann dabei schräg oder gerade ausgeführt sein. Durch Rotation des Antriebsstranges2 wird über eine oder mehrere Getriebeabtriebsstufen4 , ein feststehendes Zahnrad3 und eine mechanische Verbindung9 der Außenläufer8 ebenfalls in Rotation versetzt. Dabei bildet der einem Stator5 gegenüberliegende Teil des Außenläufers8 , also der Rotor7 mit seinen Permanentmagneten6 einen Generator. Unter dem Außenläufer8 wird dabei die mechanische Struktur verstanden, die den mit dem Stator5 elektromagnetisch wechselwirkenden Teil also den Rotor7 beinhaltet und das Antriebsmoment vom Antriebstrang2 an den Generator weiterleitet. - Der Stator
5 selbst ist in der nicht näher dargestellten Gehäusestruktur integriert. Der Außenläufer8 ist über eine Lagerung11 von der Gehäusestruktur10 abgesetzt. Die Lagerung11 ist bei beiden Ausführungsformen beidseitig ausgeführt; sie kann aber, wie dies in1 angedeutet ist auch einseitig ausgeführt werden. Dies führt u.a. zu einer weiteren Reduzierung von Montage- und Wartungsarbeiten. Die Lagerung ist vorteilhafterweise isoliert ausgeführt. - Die Anordnung der Getriebestufen erfolgt in Abhängigkeit der elektrischen Auslegung des Generators bei einseitiger Lagerung innerhalb der Statorstruktur und bei beidseitiger Lagerung im wesentlichen vor der Statorstruktur.
- Damit lässt sich eine sehr kompakte Windkraftanlage
1 aufstellen, da die integrierte Bauweise eines Getriebes mit den Getriebeabtriebsstufen4 , einem feststehenden Zahnrad3 und einem Generator eine kompakte Bauweise ermöglicht. - Die Windkraftanlage kann ebenso mit innenliegenden Läufern ausgestattet werden.
- Außen- und Innenläufer können ebenso elektrisch erregt ausgeführt sein.
Claims (6)
- Windkraftanlage (
1 ) mit einem durch Windkraft angetriebenen Antriebsstrang (2 ), einem Getriebe und einem Generator, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe im Generator integriert ist. - Windkraftanlage (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (8 ) des Generators direkt mit der Getriebeabtriebsstufe (4 ) des Getriebes verbunden ist. - Windkraftanlage (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Getriebeabtriebsstufe (4 ) ein Planetenträger oder eine Innenverzahnung vorgesehen ist, so dass dementsprechend der Antriebsstrang (2 ) mit Innenverzahnung (12 ) bzw. als Planetenträger ausgelegt ist. - Windkraftanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Getriebe in einem hohl ausgebildeten Läufer (8 ) oder Stator (5 ) befindet. - Windkraftanlage (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator als Außen- oder Innenläufer ausgeführt ist. - Windkraftanlage (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (8 ) als permanentmagneterregter Läufer oder elektrisch erregter Läufer ausgelegt ist.
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