DE102007050496A1 - Generator for wind energy system, has stator with winding, which steps into reciprocal effect with magnet of rotor such that voltage is induced in winding during rotation of rotor, and another rotor with magnet - Google Patents

Generator for wind energy system, has stator with winding, which steps into reciprocal effect with magnet of rotor such that voltage is induced in winding during rotation of rotor, and another rotor with magnet Download PDF

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Abstract

The generator has a rotor (108) to and/or in which a permanent magnet (114) is attached. The rotor is coupled to a shaft (104), which rotates around a rotation axis (100). A stator has a winding, which steps into a reciprocal effect with the magnet of the rotor such that voltage is induced in the winding during the rotation of the rotor. Another rotor (110) is provided with a magnet, where the magnet of the latter rotor and/or a magnet of a third rotor (112) have a radial distance to the rotation axis of the shaft. The latter rotor and/or the third rotor are mechanically coupled to the shaft.

Description

Die Erfindung offenbart einen Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, wobei der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist.The Invention discloses a generator, especially for wind turbines, comprising a first rotor, on or in the at least one magnet is attached, wherein the rotor is coupled to a shaft, which essentially rotated about an axis of rotation, at least one Stator, which has at least one conductor winding, which interacts with the magnet of the rotor in such a way that upon rotation of the rotor induces a voltage in the conductor winding is, wherein the generator has at least one second rotor.

Moderne Windkraftanlagen können Rotoren, welche mit Rotorblättern bestückt sind, mit einem Durchmesser von mehr als 100 m, Maschinenhäuser mit Durchmessern von über 12 m und Gewichten von über 200 Tonnen aufweisen. Insbesondere die Ausmaße und Gewichte der Maschinenhäuser stellen enorme Anforderungen an die Kräne, welche die Lasten in die entsprechenden Höhen transportieren. Weiterhin tragen, insbesondere bei Windkraftanlagen mit mehr als 1 MW Leistung, die Getriebe und Generatoren wesentlich zu der Masse und zum Ausmaß des Maschinenhauses bei.modern Wind turbines can Rotors, which with rotor blades stocked are, with a diameter of more than 100 m, nacelles with Diameters of over 12 m and weights of over 200 tons. In particular, the dimensions and weights of the nacelles make enormous Requirements for the cranes, which transport the loads to the appropriate heights. Farther especially wind turbines with more than 1 MW output, the gearboxes and generators are essential to the mass and extent of the engine house at.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Generator derart auszugestalten, dass die Ausmaße des Generators reduzierbar im Vergleich zu Generatoren gleicher Leistungsklassen sind.task The invention is to design a generator such that the dimensions of the generator reducible compared to generators same Are performance classes.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, wobei der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist.The Task is solved by a generator, in particular for wind turbines, comprising a first rotor, attached to or in the at least one magnet is, wherein the rotor is coupled to a shaft, which is substantially rotates about an axis of rotation, at least one stator, which has at least one conductor winding, which with the magnet of the rotor interacts in such a way that during rotation of the Rotor, a voltage is induced in the conductor winding, wherein the generator has at least one second rotor.

Durch die erfindungsgemäße kompakte Bauweise des Generators kann ein zugehöriges Maschinenhaus mit geringeren Ausmaßen ausgestaltet werden, als es im Vergleich zu üblichen Generatoren der gleichen Leistungsklasse möglich wäre.By the compact invention Construction of the generator can be an associated nacelle with lower dimensions be designed as compared to conventional generators of the same Performance class possible would.

Der Rotor des Generators kann mit Permanentmagneten und/oder mit Elektromagneten ausgestaltet sein. Weiterhin kann der Rotor aus Verbundwerkstoffen, insbesondere aus GFK, ausgestaltet sein. Die Magnete können dabei in den Rotor eingebracht bzw. auf dem Rotor angebracht sein.Of the Rotor of the generator can be equipped with permanent magnets and / or with electromagnets be designed. Furthermore, the rotor can be made of composite materials, in particular made of GRP, be configured. The magnets can do this be introduced into the rotor or mounted on the rotor.

Weiterhin kann der Rotor an die Welle angeflanscht sein, wobei dabei eine drehfeste Verbindung ausgeführt sein kann. Unter angeflanschte Verbindung ist in der gesamten Beschreibung eine lösbare und wieder arretierbare Verbindung zu verstehen.Farther the rotor can be flanged to the shaft, whereby a rotatable connection executed can be. Under flanged connection is throughout the description a detachable and to understand again lockable connection.

Der Stator, auch Ständer genannt, umfasst Leiterwicklungen, welche auch zu Leiterspulen zusammengeschaltet werden können. Durch die Wechselwirkung mit den Magneten im Rotor bei Rotation der Welle wird eine Spannung in den Leiterspulen induziert, welche in das Stromnetz einspeisbar ist. Das Einspeisen kann mittels Konverter und/oder Transformator erfolgen.Of the Stator, also stand called, comprises conductor windings, which also interconnected to conductor coils can be. Due to the interaction with the magnets in the rotor during rotation of the Wave is induced a voltage in the conductor coils, which in the power grid can be fed in. Feeding can be done by means of a converter and / or transformer.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Generator zusätzlich zum zweiten Rotor weitere Rotoren aufweisen. Dadurch kann der Generator noch kompakter ausgestaltet sein.In a preferred embodiment can the generator in addition have further rotors for the second rotor. This allows the generator yet be made more compact.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltungsform können die Magnete des zweiten Rotors bzw. der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste Rotor. Insbesondere können den Magneten der zweiten und weiteren Rotoren jeweils oberhalb und/ oder unterhalb Leiterwicklungen so zugeordnet sein, so dass diese bei Rotation der Rotoren so in Wechselwirkung mit den Magneten stehen, dass bei Rotation der Rotoren Spannungen in den Leiterwicklungen induziert werden.In In a very particularly preferred embodiment, the Magnets of the second rotor and the other rotors another Radial distance to the axis of rotation of the shaft have as the first Rotor. In particular, you can the magnets of the second and further rotors above and / or or be assigned below conductor windings so that these upon rotation of the rotors so interact with the magnets that induced during rotation of the rotors voltages in the conductor windings become.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste und zweite Rotor. Somit können mehrere Rotoren mit verschiedenen Radialabständen zur Welle angebracht sein, so dass eine wesentlich kompaktere Bauform des Generators, bei vergleichbarer Leistungsklasse, realisiert werden kann.In a particularly preferred embodiment can the magnets of the other rotors a different radial distance to Have axis of rotation of the shaft as the first and second rotor. Consequently can several rotors with different radial distances to the shaft, so that a much more compact design of the generator, at comparable Performance class, can be realized.

In einer weiteren Ausführungsform können die Rotoren separat an die Welle gekoppelt werden. Somit können die Rotoren jeweils einzeln in den Generator eingebracht und entsprechend an die Welle montiert werden.In a further embodiment can they Rotors are coupled separately to the shaft. Thus, the Each rotor is individually introduced into the generator and accordingly be mounted on the shaft.

In einer speziellen Ausgestaltungsform können wenigstens Teile der Rotoren einen Gesamtrotor bilden. Dies kann durch die Ausgestaltung eines Rotors mit jeweiligen Abzweigungen für die Magnete des Rotors erfolgen. Auch kann dies durch mechanische Kopplung der Rotoren aneinander erfolgen, wodurch eine drehfeste Verbindung mit den gekoppelten Rotoren entsteht, wobei die gekoppelten Rotoren gemeinsam über die Welle rotierbar sind.In a special embodiment, at least parts of the rotors to form an overall rotor. This can be achieved by designing a Rotor take place with respective branches for the magnets of the rotor. This can also be achieved by mechanical coupling of the rotors to each other done, creating a rotationally fixed connection with the coupled rotors arises, with the coupled rotors together over the Shaft are rotatable.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltungsform können der zweite Rotor bzw. die weiteren Rotoren mechanisch mittels Schaltung an die Welle koppelbar sein. Somit kann die Leistung des Generators mittels zuschalten oder abschalten verändert werden. Die Schaltung kann so ausgestaltet sein, dass abhängig von einem Sensorsignal oder einem gesetzten Signal bzw. Setzparameter eine mechanische Arretierung, beispielsweise mittel Bolzen oder Klemme, den Rotor an die Welle anflanscht.In a very particularly preferred embodiment, the second rotor or the other rotors can be mechanically coupled to the shaft by means of a circuit. Thus, the power of the generator by means of switch on or off ver to be changed. The circuit can be designed such that depending on a sensor signal or a set signal or setting parameters, a mechanical locking, for example by means of a bolt or clamp, flanges the rotor to the shaft.

In einer weiteren Ausgestaltungsform kann die Welle Bestandteil einer Abtriebsstufe eines Windkraftgetriebes bzw. an die Abtriebsstufe angekoppelt sein. Ein solches Windkraftgetriebe übersetzt das Drehmoment bzw. die eingehende Drehzahl in ein Drehmoment bzw. eine ausgehende Drehzahl der Welle des Generators.In a further embodiment, the shaft can be part of a Output stage of a wind power transmission or to the output stage be coupled. Such a wind turbine gear translates the torque or the incoming speed into a torque or an outgoing speed the shaft of the generator.

Insbesondere kann der erfinderische Generator auch bei getriebelosen Windkraftanlagen eingesetzt werden, wobei die Welle so ausgestaltet ist, dass die die Rotorblätter aufnehmende Nabe an die Welle gekoppelt ist.Especially can the inventive generator even with gearless wind turbines be used, wherein the shaft is designed so that the the rotor blades receiving hub is coupled to the shaft.

Im Weiteren wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigtin the Further, an embodiment is based of the figures explained. It shows

1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen, rotationssymmetrischen Generator, wobei der Generator an das Getriebe angeflanscht ist, 1 a cross section through the rotationally symmetrical generator according to the invention, wherein the generator is flanged to the transmission,

2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen, rotationssymmetrischen Generators, wobei der Generator direkt an das Getriebe angeflanscht ist. 2 a cross-section through another embodiment of the invention, rotationally symmetrical generator, wherein the generator is flanged directly to the transmission.

In dem in 1 und 2 jeweils dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Getriebegehäuse 128 über eine Anflanschplatte 122 an das Generatorgehäuse 118 angeflanscht. In der Getrieberückseite ist über einen FlexPin (TM) 132 ein Planetenrad 138/136 gelagert. Dieses Planetenrad 138/136 ist an der Drehzahlumwandlung beteiligt. Die Getriebeölpumpe 130 dient der Verteilung des Getriebeöls.In the in 1 and 2 each illustrated embodiment is the transmission housing 128 via a flange plate 122 to the generator housing 118 flanged. In the back of the gearbox is a FlexPin (TM) 132 a planetary gear 138 / 136 stored. This planet wheel 138 / 136 is involved in the speed conversion. The transmission oil pump 130 serves to distribute the transmission oil.

Das Getriebe wandelt die Drehzahl der die Rotorblätter fassenden Nabe (nicht dargestellt), welche durch den Eingriff des Windes in die Rotorblätter durch Rotation der Nabe bedingt ist, in eine Drehzahl der Abtriebsstufe (nicht dargestellt), welche von der Abtriebsstufe an die Welle 104 übertragen wird. Die Welle ist in den Lagern 102 gelagert. Dadurch rotiert die Welle 104 im Wesentlichen um die Rotationsachse 100.The transmission converts the rotational speed of the rotor blade-engaging hub (not shown), which is due to the engagement of the wind in the rotor blades by rotation of the hub, in a rotational speed of the output stage (not shown), which from the output stage to the shaft 104 is transmitted. The wave is in the camps 102 stored. This rotates the shaft 104 essentially around the axis of rotation 100 ,

An die Welle 104 ist in 1 der Rotor 108 mittels des Schaltbaren Bolzens 106 angeflanscht. In diesem sind Permanentmagnete 114 angebracht. Das magnetische Feld der Permanentmagnete 114 greift in die Leiterwicklungen, welche hier als Spulen 116 ausgebildet sind, ein. Bei einer Rotation der Welle 104 um die Rotationsachse 100 rotiert der drehfest mit der Welle 104 geflanschte Rotor 108 und somit auch die Permanentmagnete 114. Dabei induzieren die Permanentmagnete 114 in den Spulen 116 eine bzw. mehrere Spannungen. Sowohl durch die Anordnung der Spulen 116 als auch durch ihre Wicklungsanordnung können unterschiedliche Spannungswerte mit unterschiedlichen Phasenverläufen induziert werden. Die Spannungen können anschließend mittels Gleich- und Wechselrichter (nicht dargestellt) für das Stromnetz aufbereitet werden.To the wave 104 is in 1 the rotor 108 by means of the switchable bolt 106 flanged. In this are permanent magnets 114 appropriate. The magnetic field of the permanent magnets 114 engages in the conductor windings, which here as coils 116 are trained, one. With a rotation of the shaft 104 around the axis of rotation 100 rotates the rotation with the shaft 104 flanged rotor 108 and thus also the permanent magnets 114 , The permanent magnets induce this 114 in the coils 116 one or more voltages. Both by the arrangement of the coils 116 as well as by their winding arrangement different voltage values can be induced with different phase characteristics. The voltages can then be processed by means of DC and inverter (not shown) for the power grid.

In 1 bilden die Einzelrotoren 112 und 110 eine Einheit mit dem Rotor 108. An den Einzelrotoren sind Permanentmagnete angebracht, welche im Wesentlichen in den ihnen zugeordneten Leiterwicklungen bzw. zugeordneten Spulen Spannungen induzieren.In 1 form the individual rotors 112 and 110 a unit with the rotor 108 , Permanent magnets are mounted on the individual rotors which essentially induce voltages in the conductor windings or associated coils assigned to them.

Durch die induzierten Spannungen in den Leiterwicklungen werden die Spulen 116 erwärmt. Um die entstehende Wärme abzuführen, ist im Generator ein Kühlmittelkreislauf 120 mit entsprechendem Kühlmittel eingebracht. Der Kühlmittelkreislauf 120 wird über das Kühlaggregat 124 betrieben. Dabei pumpt das Kühlaggregat 124 das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf 120, wobei die Kühlung im Kühlaggregat aktiv mit Hilfe einer externen Stromquelle oder passiv mittels außen angebrachter Kühlrippen 126 erfolgen kann.Due to the induced voltages in the conductor windings, the coils 116 heated. To dissipate the resulting heat, the generator is a coolant circuit 120 introduced with appropriate coolant. The coolant circuit 120 is about the cooling unit 124 operated. The cooling unit pumps 124 the coolant through the cooling circuit 120 , wherein the cooling in the cooling unit is active by means of an external power source or passively by means of externally mounted cooling fins 126 can be done.

In 2 ist eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt. Dabei ist ein weiterer Rotor 202, welcher gespiegelt zum Rotor 108 auf der Welle 104 angeflanscht ist, in dem Generatorgehäuse 118 verortet. Die zu dem weiteren Rotor 202 zugehörigen Statoren 204 sind mit dem Kühlkreislauf 120 verbunden. Die Funktionsweise des weiteren Rotors entspricht der des Rotors 108. Der in 2 dargestellte Generator, zeigt eine hochkompakte Realisierung der Erfindung.In 2 a further embodiment of the invention is shown. There is another rotor 202 , which mirrored to the rotor 108 on the wave 104 flanged in the generator housing 118 locates. The to the other rotor 202 associated stators 204 are with the cooling circuit 120 connected. The operation of the other rotor corresponds to that of the rotor 108 , The in 2 illustrated generator, shows a highly compact implementation of the invention.

Claims (9)

Generator, insbesondere für Windenergieanlagen, aufweisend einen ersten Rotor, an bzw. in dem wenigstens ein Magnet angebracht ist, wobei der Rotor an eine Welle gekoppelt ist, welche im Wesentlichen um eine Rotationsachse rotiert, wenigstens einen Stator, welcher wenigstens eine Leiterwicklung aufweist, welche mit dem Magneten des Rotors derart in Wechselwirkung tritt, dass bei Rotation des Rotors eine Spannung in der Leiterwicklung induziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator wenigstens einen zweiten Rotor aufweist.Generator, in particular for wind turbines, comprising a first rotor, is attached to or in which at least one magnet, wherein the rotor is coupled to a shaft which rotates substantially about an axis of rotation, at least one stator, which has at least one conductor winding, which interacts with the magnet of the rotor in such a way that upon rotation of the rotor, a voltage is induced in the conductor winding, characterized in that the generator has at least one second rotor. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator weitere Rotoren aufweist.Generator according to claim 1, characterized that the generator has further rotors. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete des zweiten Rotors bzw. der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste Rotor.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the magnets of the second rotor or the other rotors have a different radial distance from the axis of rotation of the shaft than the first rotor. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als der erste und zweite Rotor.Generator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the magnets of the other rotors another Radial distance to the axis of rotation of the shaft have as the first and second rotor. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete der weiteren Rotoren einen anderen Radialabstand zur Rotationsachse der Welle aufweisen als die aller vorhergehenden Rotoren.Generator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the magnets of the other rotors another Radial distance from the axis of rotation of the shaft have as all previous rotors. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren separat an die Welle gekoppelt sind.Generator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the rotors are coupled separately to the shaft are. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teile der Rotoren einen Gesamtrotor bilden.Generator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least parts of the rotors an overall rotor form. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor bzw. die weiteren Rotoren mechanisch mittels Schaltung an die Welle koppelbar sind.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the second rotor or the further rotors can be mechanically coupled by means of circuit to the shaft. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle Bestandteil einer Abtriebsstufe eines Windkraftgetriebes bzw. an die Abtriebsstufe angekoppelt ist.Generator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the shaft is part of an output stage of a Wind power transmission or is coupled to the output stage.
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