DE102010036358A1

DE102010036358A1 - Blattwinkelverstellantrieb für eine Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102010036358A1
Application number: DE102010036358A
Authority: DE
Inventors: Norbert Wibben
Original assignee: SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Current assignee: SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-12
Also published as: WO2012007194A2; CN202273808U; CN102330639A; WO2012007194A3

Abstract

Blattwinkelverstellantrieb für eine Windkraftanlage, mit wenigstens einem ein Motorgehäuse (19) aufweisenden Elektromotor (18), der elektrisch mit einem Umrichter (26) und mechanisch mit einem Rotorblatt (9) gekoppelt ist, welches mittels des Elektromotors (18) um eine Blattachse (11) drehbar ist, wobei der Elektromotor (18) mittels des Umrichters (26) gesteuert oder geregelt wird, und wobei der Elektromotor (18) und der Umrichter (26) zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Blattwinkelverstellantrieb für eine Windkraftanlage, mit wenigstens einem ein Motorgehäuse aufweisenden Elektromotor, der elektrisch mit einem Umrichter und mechanisch mit einem Rotorblatt gekoppelt ist, welches mittels des Elektromotors um eine Blattachse drehbar ist, wobei der Elektromotor mittels des Umrichters gesteuert oder geregelt wird.
Ein solcher Antrieb ist beispielsweise aus der DE 103 38 127 B4 bekannt.
In Windkraftanlagen werden zur Regelung der Blattposition der Rotorblätter Blattwinkelverstellantriebe mit Elektromotoren und Umrichtern als Blattwinkelverstellsystem eingesetzt. Die Blattwinkelverstellantriebe können dabei sowohl auf Gleichstrombasis als auch auf Wechselstrombasis ausgeführt sein. Ein Blattwinkelverstellantrieb auf Gleichstrombasis umfasst insbesondere einen Gleichstromumrichter und einen Gleichstrommotor, z. B. in Form einer Reihenschlussmaschine, einer Nebenschlussmaschine oder einer Doppelschlussmaschine. Ein Blattwinkelverstellantrieb auf Wechselstrombasis umfasst insbesondere einen Frequenzumrichter mit oder ohne vektororientierter Regelung und eine Drehstrommaschine, z. B. in Form einer Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine. Alternativ umfasst der Blattwinkelverstellantrieb auf Wechselstrombasis einen Servoumrichter und eine Synchronmaschine oder auch elektrisch kommutierte Gleichstrommaschinen. Die eingesetzten Umrichter sind in Achsschränken eingebaut, in denen auch andere Komponenten des Blattwinkelverstellsystems untergebracht sind. Die Verbindung eines Umrichters mit dem zugeordneten Motor erfolgt über eine Verkabelung innerhalb des Achsschranks sowie durch Stecker und Leitungen außerhalb des Achsschranks. Für die in den Umrichtern realisierten Regelkreise zum Regeln der Position und der Drehzahl der Motorwelle sowie für die Auswertung der Motortemperatur werden die jeweiligen Istwerte durch am Motor angebaute Komponenten geliefert, die beispielsweise einen absoluten Winkelkodierer (z. B. SSI-Kodierer), einen Sinus-Cosinus-Geber, einen Tachogenerator, einen Temperaturfühler und/oder andere Baugruppen umfassen. Die Komponenten werden über eine Verkabelung und über Stecker zum Achsschrank und durch eine Verkabelung innerhalb des Achsschranks zum Umrichter geführt.
Die für die Regelung des Motors erforderlichen Istwerte sind Störeinkopplungen ausgesetzt, sodass die vorhandene Schnelligkeit der Istwert-Bildung durch die Komponenten nicht genutzt werden kann und/oder die Istwerte selbst verändert werden können. Hierdurch ist ein Zusatzaufwand zur Störunterdrückung und zum externen Blitzschutz erforderlich. Die Leitungsführung der Verkabelung in den Schränken fuhrt zur möglichen Störbeeinflussung der Istwert-Signalleitungen, sodass die Leitungen zum Motor, die sowohl Leistungskabel als auch Istwert-Kabel umfassen, abgeschirmt ausgeführt werden.
Ferner muss für die Umrichter ausreichender Einbauplatz in den Achsschränken vorgesehen sein, wobei der für die Schränke zur Verfügung stehende Einbauraum sehr beschränkt ist.
Die Umrichter erzeugen zusätzliche Verlustleistung im Achsschrank, die abgeführt werden muss. Außerdem führt die Verlustleistung der anderen Komponenten im Achsschrank dazu, dass die Umgebungstemperatur der Elektronik in ungünstigen Fällen sehr hoch sein kann (z. B. bis zu 80°C).
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen Blattwinkelverstellantrieb der eingangs genannten Art den Raumbedarf für die Achsschränke und den Verkabelungsaufwand zu reduzieren. Bevorzugt soll auch die Störbeeinflussung von Signalleitungen von am Elektromotor angebauten Komponenten reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Der erfindungsgemäße Blattwinkelverstellantrieb für eine Windkraftanlage umfasst wenigstens einen ein Motorgehäuse aufweisenden Elektromotor, der elektrisch mit einem Umrichter und mechanisch mit einem Rotorblatt gekoppelt ist, welches mittels des Elektromotors um eine Blattachse drehbar ist oder gedreht wird, wobei der Elektromotor mittels des Umrichters gesteuert und/oder geregelt wird, und wobei der Elektromotor und der Umrichter zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.
Dadurch, dass der Elektromotor und der Umrichter eine bauliche Einheit, vorzugsweise eine kompakte bauliche Einheit, bilden, können die Achsschränke kleiner ausgebildet werden oder sogar entfallen, sodass weniger Einbauraum in der Rotornabe erforderlich ist. Da mehrere elektrische Leitungen, die sich herkömmlich zwischen dem Achsschrank und dem Elektromotor erstrecken, nun innerhalb oder an der baulichen Einheit verlegt werden können, kann der Aufwand für Blitzschutzmaßnahmen und für Kabelabschirmungen reduziert werden. Ferner kann die Verkabelung zwischen dem Elektromotor und dem Umrichter relativ kurz gehalten werden. Die Störbeeinflussung von Signalleitungen von an dem Elektromotor angebauten Komponenten ist deutlich reduzierbar, was zu einer höheren Funktionssicherheit des Blattwinkelverstellantriebs führt. Durch die Reduzierung des Bauraumbedarfs und des Verkabelungsaufwands sowie durch die Verkleinerung oder den Wegfall der Achsschränke können der Inbetriebnahme-Aufwand und die Herstellungskosten spürbar reduziert werden.
Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung ist der Umrichter in dem Motorgehäuse angeordnet und insbesondere in diesem befestigt. Der für den Umrichter erforderliche Einbauraum kann z. B. dadurch geschaffen werden, dass das Motorvolumen vergrößert und/oder der Motor in Achsrichtung verlängert wird. Insbesondere wird dazu das Motorgehäuse bezüglich seines Volumens vergrößert und/oder in Achsrichtung verlängert. Der Umrichter kann innerhalb des Motorgehäuses in einem Umrichtergehäuse oder ohne zusätzliches Gehäuse angeordnet sein.
Gemäß einer zweiten Alternative ist der Umrichter in einem an dem Motorgehäuse befestigten Umrichtergehäuse angeordnet und insbesondere in diesem befestigt. Das Umrichtergehäuse bildet vorzugsweise einen Teil der baulichen Einheit. Bevorzugt ist das Umrichtergehäuse mit dem Motorgehäuse direkt oder unter Zwischenschaltung eines mit diesem fest verbundenen Lüftergehäuses verbunden. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verbindung des Umrichtergehäuses mit dem Motorgehäuse ohne Zwischenschaltung eines passiven Kühlkörpers. Es ist aber auch möglich, dass die Verbindung des Umrichtergehäuses mit dem Motorgehäuse unter Zwischenschaltung eines passiven Kühlkörpers erfolgt.
Das Umrichtergehäuse kann auf das Motorgehäuse aufgesetzt sein und sich insbesondere in Richtung einer Längsachse des Motorgehäuses erstrecken. Beispielsweise ist das Umrichtergehäuse auf die Außenmantelfläche des Motorgehäuses aufgesetzt. Alternativ kann das Umrichtergehäuse quer zur Längsachse des Motorgehäuses oder zur Motorachse angeordnet sein und sich insbesondere quer zur Längsachse des Motorgehäuses erstrecken. Beispielsweise ist das Umrichtergehäuse an oder im Bereich einer Stirnseite des Motorgehäuses angeordnet und sitzt z. B. an oder im Bereich einer der Stirnwände des Motorgehäuses.
Der Elektromotor umfasst bevorzugt eine an dem Motorgehäuse um eine Motorachse drehbar gelagerte Motorwelle, die insbesondere mechanisch mit dem Rotorblatt gekoppelt ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes. Die Motorwelle ist bevorzugt mittels des Elektromotors um die Motorachse drehbar. Insbesondere verläuft die Motorwelle in einer axialen Richtung, wobei eine quer oder senkrecht zur axialen Richtung verlaufende Richtung insbesondere als radiale Richtung bezeichnet wird. Vorzugsweise verläuft die Längsachse des Motorgehäuses in axialer Richtung. Insbesondere fällt die Längsachse des Motorgehäuses mit der Motorachse zusammen. Das Motorgehäuse ist bevorzugt in axialer Richtung beidseitig mit Stirnwänden geschlossen, wobei die Stirnwände vorzugsweise durch Lagerschilde gebildet sind. Die Motorwelle ist insbesondere an den beiden Stirnwänden des Motorgehäuses um die Motorachse drehbar gelagert und durchdringt vorzugsweise beide oder eine der Stirnwände.
Der Elektromotor kann als Gleichstrommaschine oder als Drehstrommaschine ausgebildet sein. Die Gleichstrommaschine bildet insbesondere einen Gleichstrommotor, der z. B. als Reihenschlussmaschine, als Nebenschlussmaschine oder als Doppelschlussmaschine betrieben wird. Die Drehstrommaschine ist bevorzugt als Asynchronmaschine, als Synchronmaschine oder als elektrisch kommutierte Gleichstrommaschine ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine den Elektromotor und den Umrichter kühlende Kühlvorrichtung vorgesehen, die insbesondere einen Teil der baulichen Einheit bildet und beispielsweise an oder in dieser vorgesehen ist. Somit kann auf separate Kühlvorrichtungen für den Elektromotor und den Umrichter verzichtet werden, sodass die Herstellungskosten reduzierbar sind. Bevorzugt handelt es sich bei der Kühlvorrichtung um eine aktive Kühlvorrichtung. Insbesondere umfasst die Kühlvorrichtung wenigstens einen Lüfter, der einen den Elektromotor und den Umrichter kühlenden Kühlluftstrom erzeugt. Vorzugsweise wird der Lüfter dabei derart angetrieben, dass der Kühlluftstrom zunächst den Umrichter und danach den Elektromotor kühlt. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass in dem Umrichter vorgesehene Halbleiterbauelemente in der Regel temperaturempfindlicher als der Elektromotor sind. Es ist aber auch möglich, dass der Kühlluftstrom zunächst den Elektromotor und danach den Umrichter kühlt oder dass der Kühlluftstrom den Umrichter und den Elektromotor gleichzeitig kühlt.
Bevorzugt umfasst die Kühlvorrichtung das oder ein Lüftergehäuse, in dem der Lüfter angeordnet ist. Das Lüftergehäuse bildet vorzugsweise einen Teil der baulichen Einheit.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Lüfter ein Lüfterrad auf, welches vorzugsweise Lüfterschaufeln trägt. Insbesondere ist das Lüfterrad um eine Lüfterachse drehbar im oder am Motorgehäuse, im oder am Lüftergehäuse oder im oder am Umrichtergehäuse gelagert.
Der Lüfter kann in einer axialen Verlängerung der Motorachse angeordnet sein. Beispielsweise ist der Lüfter an oder im Bereich einer Stirnseite des Elektromotors, insbesondere an oder im Bereich einer der Stirnwände des Motorgehäuses, angeordnet. Vorzugsweise ist der Lüfter zwischen dem Elektromotor und dem Umrichter angeordnet. Hierdurch ist ein besonders schlanker Aufbau erzielbar. Ferner kann der Lüfter quer zur Motorachse und/oder zum Motorgehäuse angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei der erzeugte Kühlluftstrom über ein oder mehrere Umlenkelemente sowohl den Elektromotor als auch den Umrichter und/oder das Umrichtergehäuse kühlen. Beispielsweise ist der Lüfter im radialen Abstand zum Motorgehäuse angeordnet.
Gemäß einer ersten Alternative verläuft die Lüfterachse parallel zur Motorachse oder fällt mir dieser zusammen. Gemäß einer zweiten Alternative verläuft die Lüfterachse quer oder schräg zur Motorachse.
Das Lüftergehäuse kann in einer axialen Verlängerung der Motorachse angeordnet sein. Beispielsweise ist das Lüftergehäuse an oder im Bereich einer Stirnseite des Elektromotors, insbesondere an oder im Bereich einer der Stirnwände des Motorgehäuses angeordnet. Vorzugsweise ist das Lüftergehäuse zwischen dem Motorgehäuse und dem Umrichtergehäuse angeordnet. Ferner kann das Lüftergehäuse ganz oder teilweise quer zur Motorachse und/oder zum Motorgehäuse angeordnet sein. Beispielsweise erstreckt sich das Lüftergehäuse oder ein Teil des Lüftergehäuses in radialer Richtung von dem Motorgehäuse weg.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Motorgehäuse ganz oder teilweise in dem Lüftergehäuse angeordnet. Vorzugsweise bildet oder umfasst das Lüftergehäuse ein sich in axialer Richtung erstreckendes Rohr, in dem das Motorgehäuse angeordnet ist. Insbesondere erstreckt sich das Motorgehäuse in axialer Richtung aus dem Rohr heraus. Somit kann der Kühlluftstrom entlang des Motorgehäuses in axialer Richtung geführt werden. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Lüftergehäuse ein in das Rohr einmündendes und sich in radialer Richtung erstreckendes zweites Rohr, in dem insbesondere der Lüfter angeordnet ist.
Bevorzugt umfasst der Elektromotor wenigstens einen dem Kühlluftstrom ausgesetzten Kühlkörper. Der Kühlkörper weist insbesondere Kühlrippen auf, die von dem Kühlluftstrom gekühlt werden. Dazu kann der Kühlluftstrom durch oder über die Kühlrippen strömen. Insbesondere strömt der Kühlluftstrom entlang der Kühlrippen, vorzugsweise in axialer Richtung. Die Kühlrippen sind bevorzugt am Motorgehäuse vorgesehen, vorzugsweise an dessen Außenumfang. Bevorzugt umfasst der Umrichter wenigstens einen den Kühlluftstrom ausgesetzten Kühlkörper. Dieser Kühlkörper weist vorzugsweise Kühlrippen auf, die von dem Kühlluftstrom gekühlt werden. Beispielsweise strömt der Kühlluftstrom durch oder über die Kühlrippen des Umrichters. Insbesondere strömt der Kühlluftstrom entlang der Kühlrippen des Umrichters, vorzugsweise in axialer oder radialer Richtung. Die Kühlrippen des Umrichters sind bevorzugt am oder im Umrichtergehäuse, am oder im Lüftergehäuse und/oder am oder im Motorgehäuse vorgesehen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Umlenkelemente vorgesehen, mittels welchen der Kühlluftstrom dem Kühlkörper des Elektromotors und/oder dem Kühlkörper des Umrichters zugeführt wird.
Gemäß einer ersten Variante wird der Lüfter mittels der Motorwelle angetrieben. Das Lüfterrad wird somit vorzugsweise mittels der Motorwelle um die Lüfterachse gedreht. Diese Variante bietet den Vorteil, dass kein separater Antrieb für den Lüfter erforderlich ist. Bevorzugt ist das Lüfterrad drehstarr mit Motorwelle verbunden. Insbesondere sitzt das Lüfterrad auf der Motorwelle oder auf einem Fortsatz der Motorwelle. Vorzugsweise fällt die Lüfterachse mit der Motorachse zusammen.
Gemäß einer zweiten Variante wird der Lüfter mittels eines separaten Lüfterantriebs angetrieben. Der Lüfterantrieb umfasst vorzugsweise einen elektrischen Lüftermotor, mittels welchem der Lüfter angetrieben wird. Das Lüfterrad wird somit vorzugsweise mittels des Lüfterantriebs, insbesondere mittels des elektrischen Lüftermotors um die Lüfterachse gedreht. Ein solcher, separat angetriebener Lüfter wird auch als Fremdlüfter bezeichnet und bietet den Vorteil, dass der Kühlluftstrom unabhängig von der Motordrehzahl eingestellt werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Elektromotor häufiger mit einer geringen Drehzahl betrieben wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Umrichter eine Eingangsstufe und eine dieser nachgeschaltete Ausgangsstufe, die ausgangsseitig mit dem Elektromotor elektrisch gekoppelt ist. Die Eingangsstufe ist bevorzugt eine elektrisch gleichrichtende Eingangsstufe, wie z. B. ein Gleichrichter. Ferner kann die Eingangsstufe für einen einphasigen oder mehrphasigen Eingangsstrom geeignet ausgebildet sein. Der Eingangsstrom ist insbesondere ein einphasiger oder mehrphasiger Wechselstrom und wird vorzugsweise von einer Wechselstromquelle geliefert, sodass die Eingangsstufe eingangsseitig bevorzugt mit einer Wechselstromquelle gekoppelt ist, die vorzugsweise eine einphasige oder eine mehrphasige Wechselstromquelle ist. Die Wechselstromquelle kann durch ein elektrisches Netz zur Verfügung gestellt werden. Bevorzugt umfasst die Eingangsstufe gleichrichtende Bauelemente, wie z. B. Dioden und/oder Thyristoren. Die Bauelemente können aber auch Transistoren, wie z. B. IGBTs umfassen. Die Eingangsstufe kann als passiver oder als aktiv steuerbarer Gleichrichter ausgebildet sein.
Die Ausgangsstufe gibt an den Elektromotor insbesondere einen Ausgangsstrom ab, der vorzugsweise den Betriebsstrom des Elektromotors bildet. Der Ausgangsstrom kann ein Gleichstrom sein, z. B. in Form eines gepulsten oder pulswellenmodulierten Signals. Alternativ kann der Ausgangsstrom ein einphasiger oder mehrphasiger Wechselstrom sein, sodass die Ausgangsstufe vorzugsweise als Wechselrichter ausgebildet ist. Bevorzugt bildet die Ausgangsstufe eine Transistorausgangsstufe, sodass sie Transitoren umfasst, vorzugsweise IGBTs.
Die Eingangsstufe ist mit der Ausgangsstufe insbesondere über einen Gleichstromzwischenkreis elektrisch gekoppelt. Der Gleichstromzwischenkreis umfasst vorzugsweise wenigstens einen Zwischenkreiskondensator. Bevorzugt ist mit dem Zwischenkreis ferner, insbesondere über ein oder mehrere Kuppelelemente, die z. B. eine oder mehrere Dioden umfassen oder durch diese gebildet sind, ein Notstromversorgungssystem (Backup-System) elektrisch verbunden, welches z. B. ein oder mehrere Akkumulatoren und/oder Kondensatoren (wie z. B. Ultracaps) umfasst, sodass ein Betrieb des Motors auch bei einem Ausfall der Stromversorgung der Eingangsstufe gewährleistet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Umrichtersteuerung vorgesehen, mittels welcher der Umrichter gesteuert wird, wobei die Umrichtersteuerung insbesondere einen Teil der baulichen Einheit bildet und vorzugsweise fest mit dieser verbunden ist. Beispielsweise ist die Umrichtersteuerung in dem Umrichtergehäuse und/oder in dem Motorgehäuse angeordnet. Gemäß einer Alternative ist die Umrichtersteuerung in einem separaten Steuerungsgehäuse angeordnet und insbesondere in diesem befestigt, welches vorzugsweise mit dem Motorgehäuse und/oder mit dem Lüftergehäuse und/oder mit dem Umrichtergehäuse fest verbunden ist. Das Steuerungsgehäuse bildet bevorzugt einen Teil der baulichen Einheit. Vorzugsweise wird die Umrichtersteuerung dem Umrichter zugerechnet.
Die Umrichtersteuerung ist insbesondere mit der Ausgangsstufe elektrisch verbunden und steuert diese. Ferner kann die Umrichtersteuerung mit der Eingangsstufe elektrisch verbunden sein und diese steuern, sofern die Eingangsstufe steuerbar ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Umrichtersteuerung wenigstens eine Regelung, mittels welcher zumindest eine Betriebsgröße des Elektromotors geregelt wird, die z. B. die Winkelposition der Motorwelle, die Drehzahl der Motorwelle und/oder den Betriebsstrom des Elektromotors umfasst. Die Umrichtersteuerung ist somit bevorzugt mit wenigstens einem an dem Elektromotor vorgesehenen Sensor elektrisch gekoppelt, mittels welchem die wenigstens eine oder wenigstens eine Betriebsgröße des Elektromotors gemessen wird. Vorteilhaft umfasst oder bildet der wenigstens eine Sensor einen Lage-Sensor, mittels welchem die Lage der Motorwelle relativ zu dem Motorgehäuse und/oder eine Lageänderung der Motorwelle relativ zu dem Motorgehäuse erfassbar ist. Dabei beschreibt die Lage insbesondere eine Verdrehung der Motorwelle relativ zu dem Motorgehäuse um die Motorachse (Dreh-Lage oder Winkelposition). Der Lage-Sensor umfasst oder bildet z. B. einen absoluter Winkelkodierer, einen Inkrementalgeber oder einen Resolver. Bevorzugt ist mittels des Lage-Sensors auch die Drehzahl der Motorwelle erfassbar. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst oder bildet der wenigstens eine Sensor einen Drehzahlmesser zur Erfassung der Drehzahl der Motorwelle. Der Drehzahlmesser kann zusätzlich oder alternativ zu dem Lage-Sensor und/oder zu einem oder mehreren anderen Sensoren vorgesehen sein. Der wenigstens eine Sensor umfasst somit vorzugsweise einen absoluten Winkelkodierer oder einen Inkrementalgeber oder einen Resolver und/oder ggf. zusätzlich den oder einen Drehzahlmesser, wie z. B. einen Sinus-Cosinus-Geber, einen Tachogenerator oder einen Resolver. Bevorzugt kann mittels des wenigstens einen Sensors, insbesondere mittels des Lage-Sensors, eine Änderung der aktuellen Dreh-Lage oder Winkelposition der Motorwelle erfasst und ein entsprechender Ist-Wert, vorzugsweise in Form eines Istwert-Signals, gebildet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Umrichtersteuerung eine Positionsregelung, mittels welcher die Winkelposition der Motorwelle geregelt wird. Die aktuelle Winkelposition (Winkelpositions-Istwert) der Motorwelle wird der Positionsregelung von dem Lage-Sensor, insbesondere von dem absoluten Winkelkodierer, dem Inkrementalgeber oder dem Resolver geliefert. Bevorzugt umfasst die Umrichtersteuerung eine Drehzahlregelung, mittels welcher die Drehzahl der Motorwelle geregelt wird. Die aktuelle Drehzahl (Drehzahl-Istwert) der Motorwelle wird der Drehzahlregelung von dem Drehzahlmesser und/oder dem Lage-Sensor geliefert.
Die Umrichtersteuerung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Temperaturüberwachung, mittels welcher die Temperatur des Elektromotors überwacht wird. Bevorzugt ist somit die Umrichtersteuerung mit wenigstens einem an dem Elektromotor vorgesehenen Temperatursensor elektrisch gekoppelt, mittels welchem die Motortemperatur gemessen wird. Die aktuelle Motortemperatur (Temperatur-Istwert) wird der Temperaturüberwachung von dem Temperatursensor geliefert.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit dem Umrichter und/oder der Umrichtersteuerung gekoppelte und vorzugsweise im Abstand zu der baulichen Einheit angeordnete Steuereinrichtung vorgesehen, mittels welcher der Umrichter und/oder die Umrichtersteuerung gesteuert wird. Die Steuereinrichtung ist z. B. Teil eines übergeordneten Blattwinkelverstellsystems und/oder einer übergeordneten Windkraftanlagensteuerung. Unter einem Blattwinkelverstellsystem ist hierbei bevorzugt ein System zu verstehen, welches mehrere Blattwinkelverstellantriebe umfasst, mittels welchen mehrere Rotorblätter um ihre Blattachsen drehbar sind. Dazu ist jeder der Blattwinkelverstellantriebe bevorzugt mit dem jeweiligen Rotorblatt mechanisch gekoppelt. Die Blattwinkelverstellantriebe sind insbesondere durch erfindungsgemäße Blattwinkelverstellantriebe gebildet und vorzugsweise gleichartig aufgebaut.
Die bauliche Einheit ist insbesondere an oder in einem das Rotorblatt umfassenden Rotor der Windkraftanlage befestigt, der bevorzugt durch Wind um eine Rotorachse gedreht wird. Vorzugsweise sitzt die bauliche Einheit an oder in einer Rotornabe des Rotors, an welcher das Rotorblatt um die Blattachse drehbar gelagert ist, die bevorzugt quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse verläuft.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Umrichter in oder an den Elektromotor integriert. Insbesondere bilden der Elektromotor und der Umrichter eine Einheit. Die Integration des Umrichters erfolgt somit durch Einbau in den Elektromotor oder durch Anbau an den Elektromotor. Der erforderliche Einbauraum für den Umrichter wird z. B. durch Vergrößerung des Motorvolumens, durch Verlängerung des Motors in Achsrichtung oder Anbau eines Umrichtergehäuses an den Elektromotor in Achsrichtung oder durch einen Anbau des Umrichtergehäuses an den Elektromotor in radialer Richtung realisiert. Bevorzugt erfolgt die Umrichterkühlung durch Nutzung der vorhandenen Motorkühlung des Elektromotors, indem der Kühlluftstrom insbesondere zuerst durch oder über entsprechend gestaltete Kühlrippen des Umrichters und anschließend durch oder über die Kühlrippen des Elektromotors geführt wird. Die Luftführung ist dabei insbesondere derart auszugestalten, dass eine optimale Kühlwirkung erzielt wird. Der Lüfter ist bevorzugt als Fremdlüfter ausgebildet. Je nach erforderlichem Drehzahlregelbereich des Elektromotors kann der Lüfter aber auch als Eigenlüfter ausgebildet sein, insbesondere in Form von auf der Motorwelle angeordneten Lüfterflügeln (Lüfterschaufeln). Durch die Nutzung der vorhandenen Motorkühlung können Bauraum und Kosten gespart werden. Der erfindungsgemäße Antrieb wird insbesondere in Windkraftanlagen eingesetzt, vorzugsweise als Blattwinkelverstellantrieb mit Gleichstrommotor (Reihenschlussmaschine, Nebenschlussmaschine oder Doppelschlussmaschine), mit Drehstrommaschine (Asynchronmaschine oder Synchronmaschine) oder mit elektrisch kommutierter Gleichstrommaschine.
Die Erfindung bietet insbesondere folgende Vorteile:

– Die Störbeeinflussung von Istwertsignalen kann erheblich reduziert/verhindert werden, sodass eine höhere Funktionssicherheit des Blattwinkelverstellsystems erreicht wird.
– Blitzschutzmaßnahmen können reduziert werden.
– Die Achsschränke in der Rotornabe können kleiner ausgeführt werden oder ganz entfallen, sodass der erforderliche Einbauraum in der Rotornabe verkleinert wird.
– Die Verkabelung kann wesentlich vereinfacht werden.
– Es ist eine Reduzierung des Inbetriebnahmeaufwands möglich.
– Die Herstellungskosten des Blattwinkelverstellsystems können reduziert werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Windkraftanlage mit einem durch Wind um eine Rotorachse drehbaren, eine Rotornabe und mehrere an dieser gelagerte Rotorblätter umfassenden Rotor, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse verlaufenden Blattachse von der Rotornabe wegerstrecken, und zumindest einem Blattwinkelverstellantrieb, der wenigstens einen ein Motorgehäuse aufweisenden Elektromotor umfasst, der elektrisch mit einem Umrichter und mechanisch mit einem der Rotorblätter gekoppelt ist, welches mittels des Elektromotors um seine Blattachse drehbar ist oder gedreht wird, der mittels des Umrichters gesteuert und/oder geregelt wird, wobei der Elektromotor und der Umrichter zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind. Der Blattwinkelverstellantrieb ist insbesondere ein erfindungsgemäßer Blattwinkelverstellantrieb und kann gemäß allen in diesem Zusammenhang erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage mit erfindungsgemäßen Blattwinkelverstellantrieben,
2 eine perspektivische Ansicht eines der Blattwinkelverstellantriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 einen Längsschnitt durch den Blattwinkelverstellantrieb nach 2,
4 einen Längsschnitt durch den Blattwinkelverstellantrieb nach 2, wobei dieser gegenüber 3 um 90° um die Motorachse gedreht ist,
5 ein schematisches Schaltbild des Blattwinkelverstellantriebs nach 2,
6 eine schematische Ansicht eines Blattwinkelverstellantriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
7 eine schematische Ansicht eines Blattwinkelverstellantriebs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
8 eine schematische Ansicht eines Blattwinkelverstellantriebs gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Aus 1 ist eine Windkraftanlage 1 ersichtlich, wobei ein auf einem Fundament 2 aufstehender Turm 3 an seinem dem Fundament 2 abgewandten Ende mit einem Maschinenhaus 4 verbunden ist. Das Maschinenhaus 4 umfasst einen Maschinenträger 5, an dem ein Rotor 6 um eine Rotorachse 7 drehbar gelagert ist, der eine Rotornabe 8 und damit verbundene Rotorblätter 9 und 10 aufweist, die jeweils um ihre Blattachse 11 bzw. 12 relativ zur Rotornabe 8 drehbar sind. Jedes der Rotorblätter 9 und 10 ist mit einem Blattwinkelverstellantrieb 13 bzw. 14 mechanisch gekoppelt, mittels welchem das jeweilige Rotorblatt um die zugehörige Blattachse drehbar ist. Der Rotor 6 ist mechanisch mit einem elektrischen Generator 16 gekoppelt, der in dem Maschinenhaus 4 angeordnet und an dem Maschinenträger 5 befestigt ist. Der Rotor 6 wird durch Wind 15 um seine Rotorachse 7 gedreht, wobei die Rotationsenergie des Rotors 6 zu einem großen Teil mittels des Generators 16 in elektrische Energie umgewandelt wird. Für den kontrollierten Betrieb der Windkraftanlage 1 ist eine Windkraftanlagensteuerung 17 vorgesehen, mittels welcher unter anderem die Blattwinkelverstellantriebe 13 und 14 gesteuert werden.
Der Blattwinkelverstellantrieb 13 ist in 2 in perspektivischer Ansicht darstellt und umfasst einen Elektromotor 18 mit einem Motorgehäuse 19, an welchem ein Lüftergehäuse 20 befestigt ist. An dem Lüftergehäuse 20 ist ein Umrichtergehäuse 21 befestigt, sodass das Lüftergehäuse 20 in axialer Richtung 22 zwischen dem Motorgehäuse 19 und dem Umrichtergehäuse 21 angeordnet ist. Der Elektromotor 18 umfasst eine Motorwelle 23, die relativ zu dem Motorgehäuse 19 um eine Motorachse 24 drehbar ist, die in axialer Richtung 22 verläuft. Die Motorwelle 23 ist mechanisch mit dem Rotorblatt 9 gekoppelt, wohingegen das Motorgehäuse 19 mittels eines Befestigungsflanschs 25 an der Rotornabe 8 befestigt ist. In dem Umrichtergehäuse 21 ist ein Umrichter 26 (siehe 5) angeordnet, sodass der Elektromotor 18 und der Umrichter 26 zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind. Das Motorgehäuse 19 umfasst mehrere Kühlrippen 27 zur Kühlung des Elektromotors 18.
3 zeigt einen Längsschnitt durch den Blattwinkelverstellantrieb 13, sodass ein in dem Lüftergehäuse 20 angeordneter Lüfter 28 ersichtlich ist, der mittels der Motorwelle 23 angetrieben wird. Der Lüfter 28 erzeugt einen Kühlluftstrom 29, der von außen in das Umrichtergehäuse 21 eintritt und dieses durchströmt. Dabei strömt der Kühlluftstrom 29 entlang von in dem Umrichtergehäuse 21 angeordneten Kühlrippen 31 des Umrichters 26, sodass dieser gekühlt wird. Danach tritt der Kühlluftstrom 29 durch eine strömungsleitende Verbindung 70 zwischen dem Umrichtergehäuse 21 und dem Lüftergehäuse 20 in das Lüftergehäuse 20 ein, welches bezüglich des Kühlluftstroms 29 mit dem Umrichtergehäuse strömungsleitend verbunden ist. In dem Lüftgerhäuse 20 wird der Kühlluftstrom 29 mittels einer Strömungsleitwand 30 radial nach außen geführt, tritt im Bereich der Kühlrippen 27 aus dem Lüftergehäuse 20 aus und strömt außerhalb des Motorgehäuses 19 in axialer Richtung 22 entlang der Kühlrippen 27 des Elektromotors 18, sodass dieser gekühlt wird. Somit kühlt der Kühlluftstrom 29 sowohl den Umrichter 26 als auch den Elektromotor 18. Unter radialer Richtung ist hierbei eine Richtung quer zur axialen Richtung 22 zu verstehen.
Zum Eintritt des Kühlluftstroms 29 in das Umrichtergehäuse 21 sind in diesem eine oder mehrere Öffnungen 32 vorgesehen, und zum Austritt des Kühlluftstroms 29 aus dem Lüftergehäuse 20 sind in diesem eine oder mehrere Öffnungen 33 vorgesehen. Da der Lüfter 28 von der Motorwelle 23 angetrieben wird, ist die Richtung des Kühlluftstroms 29 abhängig vom Drehsinn der Motorwelle 23. Gemäß 3 dreht die Motorwelle 23 in Richtung des Pfeils 60 um die Motorachse 24, sodass durch eine Umkehr des Drehsinns der Motorwelle 23 eine Umkehr des Kühlluftstroms 29 herbeigeführt werden kann.
Das Motorgehäuse 19 umfasst zwei Lagerschilde 53 und 54, mittels welchen das Motorgehäuse 19 in axialer Richtung beidseitig verschlossen ist, wobei die Motorwelle 23 in den Lagerschilden 53 und 54 um die Motorachse 24 drehbar gelagert ist. Gemäß dieser Ausführungsform bildet das Lagerschild 54 gleichzeitig die Strömungsleitwand 30.
Der Lüfter 28 umfasst ein Lüfterrad 34 mit Lüfterschaufeln 35, wobei das Lüfterrad 34 drehstarr mit der Motorwelle 23 verbunden ist. Das Lüfterrad 34 umfasst ferner eine Strömungsleitwand 36, die ebenfalls zur Führung des Kühlluftstroms 29 in radialer Richtung dient.
Der Elektromotor 18 weist einen starr mit dem Motorgehäuse 19 verbundenen Stator 37 sowie einen relativ zu diesem um die Motorachse 24 drehbaren und die Motorwelle 23 umfassenden Läufer 38. Der Stator 37 und der Läufer 38 tragen jeweils lediglich schematisch darstellte Wicklungen 39 bzw. 40.
Aus 4 ist ein Längsschnitt durch den Blattwinkelverstellantrieb 13 ersichtlich, der gegenüber der Darstellung aus 3 um die Motorachse um 90° gedreht ist. Auf der aus dem Motorgehäuse 19, dem Lüftergehäuse 20 und dem Umrichtergehäuse 21 gebildeten Gehäuseanordnung sitzt ein an dieser befestigtes Steuerungsgehäuse 55, in dem eine mit dem Umrichter 26 elektrisch verbundene Umrichtersteuerung 46 angeordnet und befestigt ist, mittels welcher der Umrichter 26 gesteuert wird.
Aus 5 ist ein schematisches Schaltbild des Umrichters 26 ersichtlich, der eine Eingangsstufe 41 und eine Transistorausgangsstufe 42 aufweist, die über einen einen Kondensator 56 umfassenden Gleichstromzwischenkreis 43 elektrisch mit der Eingangsstufe 41 verbunden ist. Mittels einer Wechselstromquelle 44 wird der Eingangsstufe 41 ein mehrphasiger Wechselstrom zugeführt, der von der als Gleichrichter arbeitenden Eingangsstufe 41 gleichgerichtet und als Gleichstrom an den Gleichstromzwischenkreis 43 abgegeben wird. Die durch den Gleichstromzwischenkreis 43 gespeiste Ausgangsstufe 42 umfasst Transistoren 45, die von der Umrichtersteuerung 46 gesteuert werden, sodass mittels der gesteuerten Transistoren 45 dem Elektromotor 18 ein elektrischer Betriebsstrom 47 zur Verfügung gestellt wird.
Die Umrichtersteuerung 46 umfasst eine Drehzahlregelung 49, eine Positionsregelung 57 und eine Temperaturüberwachung 50, wobei die Drehzahlregelung 49 mit einem Drehzahlmesser 51, die Positionsregelung 57 mit einem Lage-Sensor 58, z. B. in Form eines absoluten Winkelkodierers, und die Temperaturüberwachung 50 mit einem Temperatursensor 52 elektrisch verbunden ist. Der Drehzahlmesser 51, der Lage-Sensor 58 und der Temperatursensor 52 sind am Motor 18 angeordnet, wobei der Drehzahlmesser 51 die Drehzahl der Motorwelle 23 misst, der Lage-Sensor 58 die Winkelposition der Motorwelle 23 misst und der Temperatursensor 52 die Temperatur des Elektromotors 18 misst. Die gemessenen Größen werden der jeweiligen Regelung oder Überwachung als Istwerte zur Verfügung gestellt. Ferner ist es möglich, mittels des Lage-Sensors 58 zusätzlich zu der Winkelposition auch die Drehzahl zu erfassen. In diesem Fall kann der Drehzahlmesser entfallen.
Die Umrichtersteuerung 46 ist ferner mit einer externen Steuereinrichtung 48 elektrisch verbunden, mittels welcher die Umrichtersteuerung 46 gesteuert wird. Beispielsweise kann der Regelung 57 mittels der Steuereinrichtung 48 ein Sollwert zugeführt werden. Die externe Steuereinrichtung 48 ist bevorzugt durch die Windkraftanlagensteuerung 17 gebildet.
Aus 6 ist in schematischer Darstellung ein Blattwinkelverstellantrieb 13 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist das Lüfterrad nicht mit der Motorwelle 23 verbunden, sondern wird durch einen separaten elektrischen Lüftermotor 59 angetrieben, der in dem Lüftergehäuse 20 angeordnet und befestigt ist. Ferner ist die Umrichtersteuerung 46 in dem Umrichtergehäuse 21 angeordnet, sodass kein separates Steuerungsgehäuse für die Umrichtersteuerung 46 erforderlich ist. Abgesehen von diesen Unterschieden ist die zweite Ausführungsform gleichartig zur ersten Ausführungsform aufgebaut, sodass zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird.
Aus 7 ist in schematischer Darstellung ein Blattwinkelverstellantrieb 13 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist der Motor 18 mit seinen Kühlrippen 27 in einem durch das Lüftergehäuse 20 gebildeten und sich in axialer Richtung 22 erstreckenden Rohr 61 angeordnet, aus welchem sich der Motor 18 in axialer Richtung heraus erstreckt. Ferner ist das Umrichtergehäuse 21 auf das Motorgehäuse 19 aufgesetzt und mit diesem unter Zwischenschaltung eines Kühlkörpers 62 verbunden, der dem Umrichter 26 zugerechnet wird und vorzugsweise mit dem Motorgehäuse 19 oder mit dem Umrichtergehäuse 21 eine Materialeinheit bildet. Das Umrichtergehäuse 21 ist somit unter Zwischenschaltung des Kühlkörpers 62 an einer Mantelfläche 64 des Motorgehäuses 19 befestigt. Der Lüfter 28 ist an einer Stirnseite des Motorgehäuses 19 angeordnet und wird von der Motorwelle 23 angetrieben, wobei in dem Lüftergehäuse 20 eine Aussparung 63 vorgesehen ist, durch welche sich der Kühlkörper 62 hindurch erstreckt. Ferner ist in dem Lüftergehäuse 20 stirnseitig eine Öffnung 65 vorgesehen, durch welche hindurch der Kühlluftstrom 29 aus der Umgebung in das Lüftergehäuse 20 eintreten kann. Da der Lüfter 28 von der Motorwelle 23 angetrieben wird, kehrt sich der Kühlluftstrom 29 durch eine Umkehr des Drehsinns der Motorwelle 23 um.
Dadurch, dass die Kühlrippen 27 des Motors 18 in dem rohrförmigen Lüftergehäuse 20 angeordnet sind, wird der Kühlluftstrom 29 in axialer Richtung 22 entlang der Kühlrippen 27 zwangsgeführt und kann nicht in radialer Richtung ausweichen. Ferner wird der am Motorgehäuse 19 sitzende Kühlkörper 62 durch den Kühlluftstrom 29 gekühlt, sodass eine gleichzeitige Kühlung des Umrichters 26 und/oder Umrichtergehäuses 21 sowie des Motors 18 und/oder Motorgehäuses 19 durch den Kühlluftstrom 29 erfolgt. An seiner dem Motor 18 abgewandten Seite sind an dem Umrichtergehäuse 21 Kühlrippen 66 vorgesehen, die zusätzlich zur Kühlung des Umrichters 26 beitragen. Ferner ist die Umrichtersteuerung 46 in dem Umrichtergehäuse 21 angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der dritten Ausführungsform, kann ein zweites Umrichtergehäuse mit einem zweiten Umrichter unter Zwischenschaltung eines zweiten Kühlkörpers mit dem Motorgehäuse 19 verbunden sein, sodass der Umrichter redundant vorgesehen ist. Die Redundanz bietet insbesondere dann einen Vorteil, wenn einer der Umrichter defekt ist und nicht sofort ausgetauscht werden kann. Bevorzugt sind die beiden Umrichtergehäuse bezüglich der Motorachse 24 einander diametral gegenüberliegend angeordnet.
Zur weiteren Beschreibung der dritten Ausführungsform wird auf die Beschreibung der vorherigen Ausführungsformen verwiesen.
Aus 8 ist in schematischer Darstellung ein Blattwinkelverstellantrieb 13 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist der Motor 18 mit seinen Kühlrippen 27 in einem durch das Lüftergehäuse 20 gebildeten und sich in axialer Richtung 22 erstreckenden Rohr 61 angeordnet, aus welchem sich der Motor 18 in axialer Richtung heraus erstreckt. Das Umrichtergehäuse 21 ist an einer Stirnseite des Motors 18 angeordnet, erstreckt sich in radialer Richtung und ist insbesondere am Lagerschild 54 des Motorgehäuses 19 befestigt. Das Lüftergehäuse 20 umfasst ein sich in radialer Richtung erstreckendes und in das Rohr 61 einmündendes Rohr 67, in welchem der Lüfter 28 angeordnet ist, der einen separaten Lüftermotor 59 aufweist, mittels welchem das Lüfterrad 34 um eine Lüfterachse 68 gedreht wird, die quer zur axialen Richtung 22 verläuft. Der Lüfter 28 ist somit quer zum Motorgehäuse 19 angeordnet. In dem Lüftergehäuse 20 ist eine Aussparung 63 vorgesehen, durch welche sich ein insbesondere mit Kühlrippen 31 versehener Kühlkörper 62 des Umrichters 26 hindurch und in das Rohr 67 hinein erstreckt. Ferner ist in dem Rohr 67 stirnseitig eine Öffnung 65 vorgesehen, durch welche hindurch der Kühlluftstrom 29 aus der Umgebung in das Lüftergehäuse 20 eintreten kann. In dem Lüftergehäuse 20 ist ein Umlenkelement 69 angeordnet, mittels welchen der das Motorgehäuse 19 insbesondere radial anströmende Kühlluftstrom 29 in die axiale Richtung 22 umgelenkt wird. Das Umlenkelement 69 bildet hier zwar einen Teil des Umrichtergehäuses 21, alternativ kann das Umlenkelement 69 aber auch an dem Motorgehäuse 19 oder an dem Lüftergehäuse 20 vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, zusätzliche Umlenkelemente vorzusehen.
Dadurch, dass die Kühlrippen 27 des Motors 18 in dem Lüftergehäuse 20 angeordnet sind, wird der Kühlluftstrom 29 in axialer Richtung 22 entlang der Kühlrippen 27 zwangsgeführt und kann nicht in radialer Richtung ausweichen. Ferner wird der Kühlkörper 62 durch den Kühlluftstrom 29 gekühlt. An seiner dem Motor 18 abgewandten Seite sind an dem Umrichtergehäuse 21 Kühlrippen 66 vorgesehen, die zusätzlich zur Kühlung des Umrichters 26 beitragen. Der an der Motorwelle 23 vorgesehene Drehzahlmesser 51 (und/oder der Lage-Sensor 58) ist in dem Umrichtergehäuse 21 angeordnet.
Ferner ist die Umrichtersteuerung 46 in dem Umrichtergehäuse 21 vorgesehen.
Die vierte Ausführungsform baut in axialer Richtung relativ kurz. Durch das Anordnen des Drehzahlmesser 51 (und/oder des Lage-Sensors 58) in dem Umrichtergehäuse 21 wird der Verdrahtungsaufwand reduziert. Kühlelemente für im Umrichtergehäuse 21 angeordnete elektronische Bauelemente (insbesondere Transitoren) können länger ausgebildet werden, sodass diese besser kühlbar sind. Ferner können diese Bauelemente und/oder Kühlelemente in einem größeren Abstand zum Motor 18 angeordnet werden.
Zur weiteren Beschreibung der vierten Ausführungsform wird auf die Beschreibung der vorherigen Ausführungsformen verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftanlage
2: Fundament
3: Turm
4: Maschinenhaus
5: Maschinenträger
6: Rotor
7: Rotorachse
8: Rotornabe
9: Rotorblatt
10: Rotorblatt
11: Blattachse
12: Blattachse
13: Blattwinkelverstellantrieb
14: Blattwinkelverstellantrieb
15: Wind
16: Generator
17: Windkraftanlagensteuerung
18: Elektromotor
19: Motorgehäuse
20: Lüftergehäuse
21: Umrichtergehäuse
22: axiale Richtung
23: Motorwelle
24: Motorachse
25: Befestigungsflansch
26: Umrichter
27: Kühlrippe des Elektromotors
28: Lüfter
29: Kühlluftstrom
30: Strömungsleitwand
31: Kühlrippe des Umrichters
32: Öffnung im Umrichtergehäuse
33: Öffnung im Lüftergehäuse
34: Lüfterrad des Lüfters
35: Lüfterschaufel des Lüfters
36: Strömungsleitwand
37: Stator des Elektromtors
38: Läufer des Elektromotors
39: Wicklung des Stators
40: Wicklung des Rotors
41: Eingangsstufe des Umrichters
42: Ausgangsstufe des Umrichters
43: Gleichstromzwischenkreis des Umrichters
44: Wechselstromquelle
45: Transistoren der Ausgangsstufe
46: Umrichtersteuerung
47: Betriebsstrom des Elektromotors
48: Steuereinrichtung
49: Drehzahlregelung
50: Temperaturüberwachung
51: Drehzahlmesser
52: Temperatursensor
53: Lagerschild
54: Lagerschild
55: Steuerungsgehäuse
56: Zwischenkreiskondensator
57: Positionsregelung
58: Lage-Sensor/Winkelkodierer
59: Lüftermotor
60: Drehsinn der Motorwelle
61: Rohr des Lüftergehäuses
62: Kühlkörper des Umrichters
63: Aussparung im Lüftergehäuse
64: Mantelfläche des Motorgehäuses
65: Öffnung im Lüftergehäuse
66: Kühlrippen des Umrichters
67: Rohr des Lüftergehäuses
68: Lüfterachse
69: Umlenkelement für Kühlluftstrom
70: strömungsleitende Verbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10338127 B4 [0002]

Claims

Blattwinkelverstellantrieb für eine Windkraftanlage, mit wenigstens einem ein Motorgehäuse (19) aufweisenden Elektromotor (18), der elektrisch mit einem Umrichter (26) und mechanisch mit einem Rotorblatt (9) gekoppelt ist, welches mittels des Elektromotors (18) um eine Blattachse (11) drehbar ist, wobei der Elektromotor (18) mittels des Umrichters (26) gesteuert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (18) und der Umrichter (26) zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (26) in dem Motorgehäuse (19) angeordnet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (26) in einem an dem Motorgehäuse (19) befestigten Umrichtergehäuse (21) angeordnet ist, welches einen Teil der baulichen Einheit bildet.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umrichtergehäuse (21) auf das Motorgehäuse (19) aufgesetzt ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umrichtergehäuse (21) quer zur Längsachse des Motorgehäuses (19) an einer Stirnseite desselben angeordnet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Elektromotor (18) und den Umrichter (26) kühlende Kühlvorrichtung, die einen Teil der baulichen Einheit bildet.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung wenigstens einen Lüfter (28) umfasst, der einen den Elektromotor (18) und den Umrichter (26) kühlenden Kühlluftstrom (29) erzeugt.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (28) derart angetrieben wird, dass der Kühlluftstrom (29) zunächst den Umrichter (26) und danach den Elektromotor (18) kühlt.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom (29) den Umrichter (26) und den Elektromotor (18) gleichzeitig kühlt.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (18) und der Umrichter (26) jeweils wenigstens einen dem Kühlluftstrom (29) ausgesetzten Kühlkörper (27, 31) umfassen.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (28) zwischen dem Elektromotor (18) und dem Umrichter (26) angeordnet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (28) an oder im Bereich einer Stirnseite des Elektromotors (18) angeordnet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung ein Lüftergehäuse (20) umfasst, in dem der Lüfter (28) angeordnet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (18) eine an dem Motorgehäuse (19) um eine Motorachse (24) drehbar gelagerte und mit dem Rotorblatt (9) mechanisch gekoppelte Motorwelle (23) umfasst, mittels welcher der Lüfter (28) angetrieben wird.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (28) quer zur Motorachse (24) angeordnet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (28) mittels eines separaten Lüfterantriebs (59) angetrieben wird.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit dem Umrichter (26) elektrisch gekoppelte Umrichtersteuerung (46), mittels welcher der Umrichter (26) gesteuert wird, wobei die Umrichtersteuerung (46) einen Teil der baulichen Einheit bildet.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine mit der Umrichtersteuerung (46) gekoppelte und im Abstand zu der baulichen Einheit angeordnete Steuereinrichtung (48), mittels welcher die Umrichtersteuerung (46) gesteuert wird.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichtersteuerung (46) in dem Umrichtergehäuse (21) oder in einem mit dem Motorgehäuse (19) fest verbundenen Steuerungsgehäuse (55) angeordnet ist, welches einen Teil der baulichen Einheit bildet.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichtersteuerung (46) wenigstens eine Regelung (49) umfasst, mittels welcher eine Betriebsgröße des Elektromotors (18) geregelt wird, wobei die Umrichtersteuerung (46) mit wenigstens einem an dem Elektromotor (18) vorgesehenen Sensor (51) elektrisch gekoppelt ist, mittels welchem die wenigstens eine Betriebsgröße gemessen wird.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (26) eine elektrisch gleichrichtende Eingangsstufe (41) und eine dieser nachgeschaltete Transistorausgangsstufe (42) umfasst, die ausgangsseitig mit dem Elektromotor (18) elektrisch gekoppelt ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (41) mit der Transistorausgangsstufe (42) über einen wenigstens einen Kondensator (56) umfassenden Gleichstromzwischenkreis (43) elektrisch gekoppelt ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (41) eingangsseitig mit einer Wechselstromquelle (44) elektrisch gekoppelt ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (28) als Gleichstrommaschine oder als Drehstrommaschine ausgebildet ist.
Blattwinkelverstellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit an oder in einem das Rotorblatt (9) umfassenden Rotor (6) der Windkraftanlage (1) befestigt ist.