DE102016119958A1 - Adjustment device for a rotor blade of a wind energy plant and a wind turbine with it and method therefor - Google Patents

Adjustment device for a rotor blade of a wind energy plant and a wind turbine with it and method therefor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Rotor (106). Der Rotor (106) umfasst mindestens ein Rotorblatt (108) und eine Rotornabe (110), wobei das Rotorblatt (108) um eine Längsachse des Rotorblatts (108) drehbar an der Rotornabe (110) gelagert ist. Ferner umfasst der Rotor (106) eine Verstelleinrichtung mit einem Elektromotor (30) mit einem Stator (28) und einem Läufer (32), wobei der Läufer (32) fest mit der Rotornabe (110) und der Stator (28) fest mit dem Rotorblatt (108) oder der Läufer (32) fest mit dem Rotorblatt (108) und der Stator (28) fest mit der Rotornabe (110) verbunden ist.Ferner betrifft die Erfindung eine Verstelleinrichtung einer Windenergieanlage (100) sowie ein Verfahren zum Verstellen eines Rotorblatts (108) einer Windenergieanlage (100).The invention relates to a wind energy plant with a rotor (106). The rotor (106) comprises at least one rotor blade (108) and a rotor hub (110), wherein the rotor blade (108) is mounted rotatably on the rotor hub (110) about a longitudinal axis of the rotor blade (108). Furthermore, the rotor (106) comprises an adjusting device with an electric motor (30) with a stator (28) and a rotor (32), wherein the rotor (32) fixed to the rotor hub (110) and the stator (28) fixed to the Rotor blade (108) or the rotor (32) fixed to the rotor blade (108) and the stator (28) fixedly connected to the rotor hub (110) .Fern the invention relates to an adjustment of a wind turbine (100) and a method for adjusting a Rotor blade (108) of a wind turbine (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich von Windenergieanlagen, insbesondere das Drehen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage gegenüber einer Nabe der Windenergieanlage. Dieses Drehen des Rotorblatts wird auch Pitchen genannt.The present invention relates to the field of wind turbines, in particular the turning of a rotor blade of a wind turbine with respect to a hub of the wind turbine. This rotation of the rotor blade is also called pitching.

Gemäß dem Stand der Technik ist eine aktive Blattverstellung einer Windenergieanlage hinlänglich bekannt. Beispielsweise dient die Blattverstellung zum gezielten Reduzieren der Betriebsdrehzahl bei Windgeschwindigkeiten oberhalb einer definierten Windgeschwindigkeitsschwelle. Andererseits dient die Blattverstellung zum Einstellen einer optimalen Drehzahl des aerodynamischen Rotors einer Windenergieanlage zur Anpassung an die vorherrschenden Windgeschwindigkeiten.According to the prior art, an active pitch of a wind turbine is well known. For example, the blade adjustment is used for selectively reducing the operating speed at wind speeds above a defined wind speed threshold. On the other hand, the pitch adjustment serves to set an optimal speed of the aerodynamic rotor of a wind turbine to adapt to the prevailing wind speeds.

Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Blattverstellung erfolgt, indem die Blattwurzel eines Rotorblatts einer Windenergieanlage um die Rotorblattlängsachse gegenüber der Nabe einer Windenergieanlage gedreht wird. Dies erfolgt üblicherweise mit einem Elektromotor, der über ein Getriebe ein Ritzel, also ein kleines Zahnrad, antreibt. Dabei greift das Ritzel, das auch Teil eines Getriebes sein kann, in ein weiteres großes Zahnrad ein, das beispielsweise an der Rotorblattwurzel angeordnet ist. Beispielsweise weist die Rotorblattwurzel entlang ihrem äußeren Umfang eine Außenverzahnung auf, die dann das Zahnrad, in das das Ritzel des Getriebes eingreift, bildet. Furthermore, it is known from the prior art that the blade adjustment is carried out by the blade root of a rotor blade of a wind turbine is rotated about the rotor blade longitudinal axis relative to the hub of a wind turbine. This is usually done with an electric motor that drives a pinion, ie a small gear, via a gearbox. In this case, the pinion, which may also be part of a transmission, engages in another large gear, which is arranged for example on the rotor blade root. For example, the rotor blade root along its outer periphery on an outer toothing, which then forms the gear, in which engages the pinion of the transmission.

Demnach weist das Zahnrad an der Blattwurzel beispielsweise einen Durchmesser von mindestens einem Meter auf, wobei auch Durchmesser von mehreren Metern, zum Beispiel mehr als drei oder mehr als vier Metern, bei Windenergieanlagen mit sehr großen Rotorblättern möglich sind.Accordingly, the gear at the blade root, for example, a diameter of at least one meter, with diameters of several meters, for example, more than three or more than four meters, in wind turbines with very large rotor blades are possible.

Derartige Verdreheinrichtungen stellten bislang eine geeignete Möglichkeit dar, um das Verdrehen des Rotorblatts gegenüber der Rotornabe zu ermöglichen.Such twisting devices have so far been a suitable way to allow the rotation of the rotor blade relative to the rotor hub.

Um neben Anforderungen an die Leistungsoptimierung in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit weitere Bedingungen, wie Anforderungen zur Geräuschminimierung oder zur Erhöhung der Standzeiten, zu erfüllen, werden in jüngster Zeit auch die Anforderungen an die Möglichkeiten der Blattverstellung erhöht. Demnach ist es wünschenswert, jedes einzelne Rotorblatt unabhängig von den anderen Rotorblättern sehr häufig und möglichst schnell zu verstellen.In addition to meeting requirements for performance optimization depending on the wind speed other conditions, such as requirements to minimize noise or to increase the service life, the requirements for the possibilities of pitch adjustment are recently increased. Accordingly, it is desirable to adjust each individual rotor blade independently of the other rotor blades very frequently and as quickly as possible.

Beispielsweise wäre eine Verstelleinrichtung wünschenswert, die innerhalb einer Umdrehung des aerodynamischen Rotors, bei einer üblichen Drehzahl von beispielsweise 10 bis 20 Umdrehungen pro Minute, große Winkeländerungen eines Rotorblatts ausführen kann. Besonders bevorzugt findet dieses Drehen in die eine und in die andere Richtung innerhalb von einer bis zu wenigen Sekunden statt. Ein Hin- und Herdrehen des Rotorblatts soll ferner während jeder Umdrehung einer Windenergieanlage möglich sein.For example, an adjustment would be desirable, which can perform large angular changes of a rotor blade within a revolution of the aerodynamic rotor, at a conventional speed of for example 10 to 20 revolutions per minute. Particularly preferably, this turning takes place in one direction and in the other direction within one to a few seconds. A back and forth rotation of the rotor blade should also be possible during each revolution of a wind turbine.

Mit den herkömmlichen Verstelleinrichtungen sind diese Anforderungen nicht zu erfüllen, da diese zu träge sind, um die gewünschten Geschwindigkeiten beim Verdrehen zu erreichen. Außerdem ist der Verschleiß bei dem gewünschten häufigen Verdrehen aufgrund des hierbei zu erwartenden Verschleißes des Getriebes sehr hoch, sodass geringe Standzeiten die Folge wären.With the conventional adjustment these requirements are not met because they are too slow to achieve the desired speeds of rotation. In addition, the wear at the desired frequent rotation due to the expected wear of the transmission is very high, so low life would be the result.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einem der eingangs genannten Probleme des Standes der Technik zu begegnen. Insbesondere soll eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Verstelleinrichtung zur Verfügung gestellt werden, um Rotorblätter einer Windenergieanlage möglichst schnell und häufig gegenüber einer Nabe der Windenergieanlage zu verdrehen.Object of the present invention is therefore to meet one of the problems of the prior art mentioned above. In particular, an improved over the prior art adjustment is to be made available to rotate the rotor blades of a wind turbine as quickly as possible and often with respect to a hub of the wind turbine.

Hierzu betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage mit einem Rotor. Der Rotor kann auch als aerodynamischer Rotor bezeichnet werden. Der Rotor umfasst mindestens ein Rotorblatt und eine Rotornabe. Das Rotorblatt ist um eine Längsachse des Rotorblatts drehbar an der Rotornabe gelagert.To this end, the invention relates to a wind turbine with a rotor. The rotor can also be called an aerodynamic rotor. The rotor comprises at least one rotor blade and a rotor hub. The rotor blade is rotatably mounted on the rotor hub about a longitudinal axis of the rotor blade.

Ferner umfasst die Windenergieanlage eine Verstelleinrichtung mit einem Elektromotor, der einen Stator und einen Läufer aufweist. Der Läufer des Elektromotors kann auch als Rotor bezeichnet werden, wobei hier zur Vermeidung der Verwechslung mit dem aerodynamischen Rotor der Windenergieanlage bevorzugt der Begriff Läufer verwendet wird. Erfindungsgemäß ist nun der Läufer fest mit der Rotornabe und der Stator fest mit dem Rotorblatt verbunden. Alternativ ist der Läufer fest mit dem Rotorblatt und der Stator fest mit der Rotornabe verbunden. Fest verbunden bedeutet hier eine getriebelose oder übersetzungslose Verbindung. Unter einer festen Verbindung ist demnach zum Beispiel das Vorhandensein einer direkten Verschraubung, Verschweißung oder Vernietung der entsprechenden Teile miteinander zu verstehen. Gemäß der ersten Alternative kann somit der Läufer als Teil der Rotornabe und der Stator als Teil des Rotorblatts angesehen werden. Gemäß der zweiten Alternative kann somit der Läufer als Bestandteil des Rotorblatts und der Stator als Bestandteil der Rotornabe betrachtet werden.Furthermore, the wind turbine comprises an adjusting device with an electric motor having a stator and a rotor. The rotor of the electric motor can also be referred to as rotor, in which case the term rotor is preferably used to avoid confusion with the aerodynamic rotor of the wind turbine. According to the invention, the rotor is fixedly connected to the rotor hub and the stator is firmly connected to the rotor blade. Alternatively, the rotor is firmly connected to the rotor blade and the stator fixed to the rotor hub. Permanently connected here means a gearless or untranslated connection. Thus, a fixed connection means, for example, the presence of a direct screw connection, welding or riveting of the corresponding parts to one another. Thus, according to the first alternative, the rotor can be considered as part of the rotor hub and the stator as part of the rotor blade. According to the second alternative, therefore, the rotor can be considered as part of the rotor blade and the stator as part of the rotor hub.

Dank der Erfindung ist daher keine Übersetzung oder ein Getriebe zum Verstellen des Rotorblatts, also zum Drehen des Rotorblatts um eine Längsachse des Rotorblatts, gegenüber der Rotornabe nötig. Die Verstelleinrichtung ist somit getriebelos oder übersetzungslos. Dank dieser getriebelosen oder übersetzungslosen Ausgestaltung der Verstelleinrichtung ist somit ein besonders schnelles Verstellen des Rotorblatts möglich.Thanks to the invention is therefore not a translation or a transmission for adjusting the rotor blade, so to rotate the rotor blade to a Longitudinal axis of the rotor blade, opposite the rotor hub needed. The adjustment is thus gearless or translating. Thanks to this gearless or translationless design of the adjustment thus a particularly rapid adjustment of the rotor blade is possible.

Bei herkömmlichen bekannten Verstelleinrichtungen mit einem Getriebe erfolgt durch das Getriebespiel und die Anlaufzeit des Motors eine zeitliche Verzögerung vom Zeitpunkt des Aktivierens des Elektromotors bis zum tatsächlichen Verstellen des Rotorblatts. Hierdurch erfolgt eine zeitliche Verzögerung, die gemäß der Erfindung nicht mehr auftreten kann. Somit lassen sich dank der Erfindung die Rotorblätter einer Windenergieanlage beispielsweise bei jeder Umdrehung ausrichten.In conventional known adjusting with a gearbox takes place by the gear play and the startup time of the motor, a time delay from the time of activating the electric motor to the actual adjustment of the rotor blade. This results in a time delay, which can no longer occur according to the invention. Thus, thanks to the invention, the rotor blades of a wind turbine can be aligned, for example, with each revolution.

Auch der Verschleiß der Verstelleinrichtung ist durch die Getriebelosigkeit minimiert, sodass eine im Vergleich zu herkömmlichen Verstelleinrichtungen häufigere Verstellung des Rotorblatts oder der Rotorblätter möglich ist.The wear of the adjusting device is minimized by the gearless, so that a more frequent compared to conventional adjusting the adjustment of the rotor blade or the rotor blades is possible.

Dank der nun möglichen Robustheit und Geschwindigkeit der Verstelleinrichtung ist es nunmehr auch möglich, den Azimutantrieb einer Windenergieanlage, der den aerodynamischen Rotor mit der Gondel gegenüber dem Turn der Windenergieanlage dreht, zu entlasten. Durch präzises Einstellen der Rotorblätter werden nämlich die auf den aerodynamischen Rotor wirkenden Kräfte gleichmäßig verteilt.Thanks to the now possible robustness and speed of the adjusting device, it is now also possible to relieve the azimuth drive of a wind energy plant which rotates the aerodynamic rotor with the nacelle in relation to the turn of the wind energy plant. By precisely adjusting the rotor blades, namely, the forces acting on the aerodynamic rotor forces are evenly distributed.

Außerdem wird durch einen bei jeder Umdrehung des Rotors einstellbaren Blattwinkel eine gleichmäßige Blattumströmung und damit eine gleichmäßige Belastung des Rotors hervorgerufen, sodass Geräusche, die durch die Strömung am Blatt sowie aber auch durch Lager des Generators erzeugt werden, reduziert werden. Die Windenergieanlage wird demnach bei gleicher oder sogar höherer Leistung weniger belastet. Eine schnelle Leistungsregelung ermöglicht außerdem bei turbulenter Luftströmung die Rotorblätter so einzustellen, dass die Windenergieanlage näher im Bereich ihrer Leistungsgrenze betrieben wird, da im Falle eines zunehmenden Windes schnell eine Änderung des Blattwinkels möglich ist, sodass die Leistungsgrenzen trotz der Windänderungen nicht übertreten werden.In addition, a blade pitch which can be adjusted with each revolution of the rotor produces uniform blade flow and thus uniform loading of the rotor, so that noises generated by the flow on the blade as well as by bearings of the generator are reduced. The wind turbine is therefore less burdened with the same or even higher performance. A fast power control also allows for turbulent air flow to adjust the rotor blades so that the wind turbine is operated closer to its power limit, since in the case of an increasing wind, a change in the blade angle is possible so that the power limits are not exceeded despite the wind changes.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Elektromotor ein Schrittmotor. Ein Schrittmotor an sich ist bekannt und entspricht üblicherweise einem Synchronmotor, bei dem vom Stator ein gesteuertes schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Den hierdurch entstehenden Schritten folgt der Läufer, sodass dieser in Abhängigkeit der Steuerung des Stators um einen oder mehrere Schritte gedreht werden kann.According to a first embodiment, the electric motor is a stepping motor. A stepping motor per se is known and usually corresponds to a synchronous motor in which the stator generates a controlled stepwise rotating electromagnetic field. The resulting steps are followed by the rotor, so that it can be rotated by one or more steps depending on the control of the stator.

Der Einsatz eines Schrittmotors, der vorliegend auch Ringschrittmotor genannt wird, ist vorteilhaft, da Schrittmotoren robust herstellbar sind und somit zu einer hohen Ausfallsicherheit der Verstelleinrichtung beitragen.The use of a stepping motor, which in the present case is also called a ring-stepping motor, is advantageous because stepping motors can be produced sturdily and thus contribute to a high degree of reliability of the adjusting device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Stator des Elektromotors mit der Nabe und der Läufer des Elektromotors mit dem Rotorblatt verbunden. Außerdem ist der Motor gemäß dieser Ausführungsform ein Permanentmagnetmotor. Das heißt, der Läufer des Elektromotors wird aus Dauermagneten oder Permanentmagneten gebildet. Diese sind in Ihrer Anordnung in Umfangsrichtung des Läufers vorzugsweise abwechselnd in Nord- und Südpolrichtung ausgerichtet.According to a further embodiment, the stator of the electric motor is connected to the hub and the rotor of the electric motor to the rotor blade. In addition, the motor according to this embodiment is a permanent magnet motor. That is, the rotor of the electric motor is formed of permanent magnets or permanent magnets. These are in your arrangement in the circumferential direction of the rotor preferably aligned alternately in the north and south pole.

Dank einem Permanentmagnetmotor ist es nicht nötig, elektrische Energie über Schleifringe zum Läufer zu übertragen, um hier ein elektrisches Feld zu erzeugen. Die Verstelleinrichtung wird somit noch robuster. Besonders bevorzugt ist der Permanentmagnetmotor als Hybridmotor ausgebildet, bei dem die Permanentmagneten des Läufers gezahnt ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer geringeren Schrittweite und somit einer präziseren Einstellung des Rotorblatts.Thanks to a permanent magnet motor, it is not necessary to transfer electrical energy via slip rings to the rotor in order to generate an electric field. The adjustment is thus even more robust. Particularly preferably, the permanent magnet motor is designed as a hybrid motor, in which the permanent magnets of the rotor are formed serrated. This results in the advantage of a smaller pitch and thus a more precise adjustment of the rotor blade.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Rotorblatt drehbar mit einem Wälzlager an der Rotornabe gelagert. Das Wälzlager umfasst einen ersten Ring und einen zweiten Ring, zwischen denen Rollkörper angeordnet sind. Der Läufer des Elektromotors ist mit dem ersten Ring, insbesondere einem Außenring des Wälzlagers, verbunden oder in den ersten Ring integriert. Außerdem ist der Stator mit dem zweiten Ring, insbesondere einem Innenring des Wälzlagers, verbunden oder in den zweiten Ring integriert. Die Ringe sind entsprechend mit dem Rotorblatt oder der Rotornabe verbunden, sodass über die Ringe der Läufer und der Stator entsprechend mit dem Rotorblatt oder der Rotornabe verbunden sind.According to a further embodiment, the rotor blade is rotatably mounted with a rolling bearing on the rotor hub. The rolling bearing comprises a first ring and a second ring, between which rolling bodies are arranged. The rotor of the electric motor is connected to the first ring, in particular an outer ring of the rolling bearing, or integrated into the first ring. In addition, the stator is connected to the second ring, in particular an inner ring of the rolling bearing, or integrated into the second ring. The rings are respectively connected to the rotor blade or the rotor hub, so that via the rings of the rotor and the stator are respectively connected to the rotor blade or the rotor hub.

Das Wälzlager dient zum sicheren Halten des Rotorblatts an der Rotornabe, wobei gleichzeitig ein Verstellen des Rotorblatts um die Längsachse des Rotorblatts ermöglicht wird. Demnach ist durch die Lagerung zwischen Rotorblatt und Rotornabe durch das Wälzlager eine Bewegung im Wesentlichen auf die Rotation des Rotorblatts gegenüber der Rotornabe beschränkt. Wird nun - wie gemäß dieser Ausführungsform - der Elektromotor im Bereich des Wälzlagers angeordnet, so lassen sich die Schritte des Läufers gegenüber dem Stator besonders präzise einstellen, da auf Läufer und Stator im Wesentlichen keine Kräfte ausgeübt werden, die deren Anordnung zueinander verschieben.The rolling bearing serves to securely hold the rotor blade to the rotor hub, at the same time allowing adjustment of the rotor blade about the longitudinal axis of the rotor blade. Accordingly, by the bearing between the rotor blade and the rotor hub by the rolling bearing movement is essentially limited to the rotation of the rotor blade relative to the rotor hub. If, as in this embodiment, the electric motor is arranged in the region of the roller bearing, then the steps of the rotor relative to the stator can be adjusted particularly precisely, since essentially no forces are exerted on the rotor and stator which displace their arrangement relative to one another.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Läufer und der Stator des Elektromotors in die umlaufenden Bereiche seitlich zu den Führungen der Rollkörper in den ersten und zweiten Ring des Wälzlagers integriert. Ist demnach der Läufer in den ersten Ring integriert und ist der Stator in den zweiten Ring integriert, so lassen sich bei der Montage des Wälzlagers die beiden Ringe zueinander ausrichten und die Rollkörper in die Führung einbringen, wodurch gleichzeitig Läufer und Stator des Elektromotors der Verstelleinrichtung zueinander ausgerichtet werden. Eine schnelle Montage ist somit möglich.According to another embodiment, the rotor and the stator of the electric motor in the circumferential portions integrated laterally to the guides of the rolling elements in the first and second ring of the rolling bearing. Accordingly, if the rotor is integrated in the first ring and the stator is integrated into the second ring, the two rings can be aligned with one another during assembly of the rolling bearing and the rolling elements can be introduced into the guide, thereby simultaneously guiding the rotor and the stator of the electric motor of the adjusting device be aligned. Fast assembly is thus possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor hochpolig und weist vorzugsweise eine Polpaarzahl von mindestens 48 oder mindestens 96 Polen, vorzugsweise mindestens 360 Pole, auf. Durch die hochpolige Ausbildung des Elektromotors ist bereits im Vollschritt oder Halbschritt im Betrieb des Motors eine präzise Verstellung des Blattwinkels möglich. Gleichzeitig ist auch ein ausreichendes Drehmoment trotz verhältnismäßig klein wählbaren Permanentmagneten für die Bewegung des Rotorblatts sowie aber auch für das Halten des Rotorblatts in einer eingestellten Position aufbringbar.According to a further embodiment, the electric motor has a high pole and preferably has a pole pair number of at least 48 or at least 96 poles, preferably at least 360 poles. Due to the high-pole design of the electric motor, a precise adjustment of the blade angle is possible even in full step or half step during operation of the motor. At the same time a sufficient torque despite relatively small selectable permanent magnet for the movement of the rotor blade and also for holding the rotor blade in a set position can be applied.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor im Mikroschrittbetrieb betreibbar und ist ausgebildet, das Rotorblatt in Schrittweiten von weniger als 1°, vorzugsweise weniger als 0,5°, zum Beispiel 0,1 °-Schritten, zu drehen. Eine besonders präzise Einstellung der Rotorblattwinkel auf die vorherrschenden Strömungsverhältnisse ist somit möglich.According to a further embodiment, the electric motor can be operated in microstep operation and is designed to rotate the rotor blade in increments of less than 1 °, preferably less than 0.5 °, for example 0.1 ° increments. A particularly precise adjustment of the rotor blade angle to the prevailing flow conditions is thus possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Stator einen Durchmesser von mindestens einem Meter, vorzugsweise mindestens zwei oder mindestens drei Metern, auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor im Bereich der Blattwurzel entlang dem Umfang der Blattwurzel angeordnet.According to a further embodiment, the stator has a diameter of at least one meter, preferably at least two or at least three meters. According to a further embodiment, the electric motor is arranged in the region of the blade root along the circumference of the blade root.

Dank dieser Anordnung bzw. des großen Durchmessers ist somit ein Schrittmotor mit hohem Drehmoment realisierbar, der aus einer Vielzahl von Polen mit verhältnismäßig geringen magnetischen bzw. elektrischen Feldern realisiert werden kann. Es können demnach beispielsweise handelsübliche Permanentmagneten für Motoren eingesetzt werden, ohne dass besonders starke Permanentmagneten, die gleichzeitig sehr teuer sind, Verwendung finden müssen. Außerdem lässt sich somit der Schrittmotor in geeigneter Weise als Ringschrittmotor ausbilden, das heißt, dass das Zentrum des Stators beispielsweise offen oder mit einem Durchgang ausgestattet werden kann, um hierdurch beispielsweise elektrische Leitungen, beispielsweise für Sensoren am Rotorblatt, vom Rotorblatt zur Rotornabe hindurchzuführen.Thanks to this arrangement or the large diameter thus a stepping motor with high torque can be realized, which can be realized from a plurality of poles with relatively small magnetic or electric fields. Accordingly, commercially available permanent magnets for motors can be used, for example, without having to use particularly strong permanent magnets, which are at the same time very expensive. In addition, thus, the stepper motor can be suitably trained as ring stepping motor, that is, the center of the stator can be equipped, for example, open or with a passage to thereby pass, for example, electrical lines, for example, sensors on the rotor blade from the rotor blade to the rotor hub.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verstelleinrichtung mindestens einen Sensor, der am Rotorblatt angeordnet ist und eingerichtet ist, den Luftdruck zu messen. Außerdem umfasst die Verstelleinrichtung eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Elektromotor in Abhängigkeit des mit dem Sensor gemessenen Luftdrucks anzusteuern. Somit ist es möglich, dass sich das Rotorblatt immer ideal auf ändernde Luftströmungen ausrichten kann und somit eine gleichmäßige, auf den ganzen Rotor verteilte Last erhalten wird.According to a further embodiment, the adjusting device comprises at least one sensor, which is arranged on the rotor blade and is adapted to measure the air pressure. In addition, the adjusting device comprises a controller which is set up to control the electric motor as a function of the air pressure measured with the sensor. Thus, it is possible that the rotor blade can always be ideally aligned with changing air flows and thus a uniform, distributed to the whole rotor load is obtained.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verstelleinrichtung mindestens zwei Sensoren, wobei der erste Sensor im Bereich der Blattspitze auf der Saugseite und der zweite Sensor im Bereich der Blattspitze auf der Druckseite angeordnet ist. Hierdurch lässt sich der Differenzdruck zwischen Saug- und Druckseite messen, sodass das Rotorblatt in Abhängigkeit dieses Differenzdrucks auf eine ideale Umströmung einstellbar ist.According to a further embodiment, the adjusting device comprises at least two sensors, wherein the first sensor is arranged in the region of the blade tip on the suction side and the second sensor in the region of the blade tip on the pressure side. As a result, the differential pressure between the suction and pressure side can be measured, so that the rotor blade is adjustable in response to this differential pressure to an ideal flow around.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor eingerichtet, das Rotorblatt gegenüber der Nabe innerhalb einer Umdrehung des Rotors um mindestens 40 Grad oder mindestens 50 Grad, vorzugsweise bis zu 60 Grad, um eine Längsachse des Rotorblatts zu verdrehen. Wenn hier von 60 Grad die Rede ist, dann ist einerseits eine Drehung von 60 Grad in eine Richtung, allerdings auch eine Drehung von 30 Grad in die eine und 30 Grad in die entgegengesetzte Richtung gemeint.According to a further embodiment, the electric motor is arranged to rotate the rotor blade relative to the hub within one revolution of the rotor by at least 40 degrees or at least 50 degrees, preferably up to 60 degrees, about a longitudinal axis of the rotor blade. If we are talking about 60 degrees, then it is meant a rotation of 60 degrees in one direction, but also a rotation of 30 degrees in one direction and 30 degrees in the opposite direction.

Durch den Einsatz eines derartig schnellen Motors ist es möglich, auch auf turbulente Windströmungen schnell reagieren zu können.By using such a fast engine, it is possible to react quickly even to turbulent wind currents.

Ferner umfasst die Erfindung eine Verstelleinrichtung einer Windenergieanlage, vorzugsweise nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen. Die Verstelleinrichtung umfasst einen Elektromotor mit einem Stator und einem Läufer. Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Schrittmotor. Der Läufer des Elektromotors ist eingerichtet, fest mit der Rotornabe einer Windenergieanlage und der Stator fest mit dem Rotorblatt einer Windenergieanlage verbunden zu werden. Alternativ hierzu ist der Läufer eingerichtet, fest mit dem Rotorblatt einer Windenergieanlage und der Stator fest mit der Rotornabe einer Windenergieanlage verbunden zu werden.Furthermore, the invention comprises an adjustment of a wind turbine, preferably according to one of the aforementioned embodiments. The adjusting device comprises an electric motor with a stator and a rotor. The electric motor is preferably a stepper motor. The rotor of the electric motor is set up to be firmly connected to the rotor hub of a wind turbine and the stator to be fixed to the rotor blade of a wind turbine. Alternatively, the rotor is set up to be firmly connected to the rotor blade of a wind energy plant and the stator fixed to the rotor hub of a wind turbine.

Gemäß einer Ausführungsform der Verstelleinrichtung umfasst die Verstelleinrichtung ein Wälzlager, wobei der Elektromotor in das Wälzlager integriert oder mit diesem verbunden ist. Vorzugsweise umfasst das Wälzlager einen ersten und einen zweiten Ring, zwischen denen Rollkörper angeordnet sind, wobei der Läufer mit dem ersten Ring verbunden oder in diesen integriert ist und der Stator mit dem zweiten Ring verbunden oder in diesen integriert ist.According to one embodiment of the adjusting device, the adjusting device comprises a rolling bearing, wherein the electric motor is integrated in the rolling bearing or connected thereto. Preferably, the rolling bearing comprises a first and a second ring, between which rolling bodies are arranged, wherein the rotor is connected to the first ring or integrated in this and the stator is connected to the second ring or integrated in this.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verstellen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage mit einer Verstelleinrichtung nach einer der vorgenannten Ausführungsformen.Moreover, the invention relates to a method for adjusting a rotor blade of a wind turbine with an adjusting device according to one of the aforementioned embodiments.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele.

  • 1 zeigt eine Windenergieanlage,
  • 2 ein Rotorblatt mit einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung und
  • 3 einen Querschnitt der Blattspitze eines Rotorblatts mit Drucksensoren.
Further embodiments will become apparent from the embodiments explained in more detail in the figures.
  • 1 shows a wind turbine,
  • 2 a rotor blade with an embodiment of the device and
  • 3 a cross section of the blade tip of a rotor blade with pressure sensors.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf dem Turm 102 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einer Rotornabe 110, die auch Spinner genannt wird, vorgesehen. Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage 100 durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch einen Rotor oder Läufer eines Generators, welcher direkt oder indirekt mit dem aerodynamischen Rotor 106 gekoppelt ist. Der elektrische Generator ist in der Gondel 104 angeordnet und erzeugt elektrische Energie. Der Pitchwinkel der jeweiligen Rotorblätter 108, also die Ausrichtungen der Rotorblätter 108 um die Längsachse des jeweiligen Rotorblatts 108, kann durch Pitchmotoren an den Rotorblattwurzeln der jeweiligen Rotorblätter 108 verändert werden. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention. The wind turbine 100 has a tower 102 and a gondola 104 on the tower 102 on. At the gondola 104 is an aerodynamic rotor 106 with three rotor blades 108 and a rotor hub 110 , which is also called spinner, provided. The aerodynamic rotor 106 is in operation of the wind turbine 100 rotated by the wind and thus also rotates a rotor or rotor of a generator, which directly or indirectly with the aerodynamic rotor 106 is coupled. The electric generator is in the gondola 104 arranged and generates electrical energy. The pitch angle of the respective rotor blades 108 , So the orientations of the rotor blades 108 around the longitudinal axis of the respective rotor blade 108 , can by pitch motors on the rotor blade roots of the respective rotor blades 108 to be changed.

2 zeigt ein Rotorblatt 108 einer Windenergieanlage 100, wobei dieses in der vorliegenden Darstellung von der Rotornabe 110 getrennt ist. Somit lässt sich im Bereich der Blattwurzel 20 in das Innere des Rotorblatts 108 hineinsehen. Im Bereich der Blattwurzel 20 ist ein Wälzlager 22 schematisch durch einen ersten Ring 24 und einen zweiten Ring 26 dargestellt. Mit dem zweiten Ring 26 ist ein (nur schematisch dargestellter) Stator 28 eines Schrittmotors 30 verbunden. Außerdem ist ein Läufer 32 des Schrittmotors 30 (nur schematisch) dargestellt, der mit dem ersten Ring 24 des Wälzlagers 22 verbunden ist. Zwischen dem Läufer 32 und dem Stator 28 ist ein Luftspalt 34 angeordnet. Der Läufer 32 ist mit Permanentmagneten gebildet und im Stator 28 lässt sich ein elektrisches Feld durch Statorwicklungen erzeugen. Hinter dem hier schematisch dargestellten Läufer 32 und Stator 28 sind nicht sichtbare Rollkörper des Wälzlagers 22 angeordnet. 2 shows a rotor blade 108 a wind turbine 100 , which in the present illustration of the rotor hub 110 is disconnected. Thus, in the area of the leaf root 20 into the interior of the rotor blade 108 see inside. In the area of the leaf root 20 is a rolling bearing 22 schematically by a first ring 24 and a second ring 26 shown. With the second ring 26 is a (only schematically illustrated) stator 28 a stepper motor 30 connected. There is also a runner 32 of the stepper motor 30 (only schematically) shown with the first ring 24 of the rolling bearing 22 connected is. Between the runner 32 and the stator 28 is an air gap 34 arranged. The runner 32 is formed with permanent magnets and in the stator 28 can generate an electric field through stator windings. Behind the runner shown here schematically 32 and stator 28 are not visible rolling elements of the rolling bearing 22 arranged.

Der erste Ring 24 ist durch Verschraubungen 33 am Rotorblatt 108 fest verbunden. Somit ist der Läufer 32 über den ersten Ring 24 mit dem Rotorblatt 108 verbunden. Der zweite Ring 26 lässt sich über weitere Verschraubungen 35 mit der Rotornabe 110 verbinden, sodass nach Verbindung auch der Stator 28 fest mit der Rotornabe 110 verbunden ist.The first ring 24 is by screwing 33 on the rotor blade 108 firmly connected. Thus, the runner 32 over the first ring 24 with the rotor blade 108 connected. The second ring 26 can be over other glands 35 with the rotor hub 110 connect so that after connection also the stator 28 firmly with the rotor hub 110 connected is.

Wird nun der Elektromotor 30, insbesondere durch Ansteuern der Statorwicklungen, angesteuert, sodass ein elektrisches Feld erzeugt wird, so werden die hier nicht dargestellten Permanentmagneten des Läufers 32 in ihrer Position durch das Feld verschoben, sodass sich das Rotorblatt 108 gegenüber der Rotornabe 110 dreht.Will now be the electric motor 30 , in particular by driving the stator windings, driven so that an electric field is generated, so are the permanent magnets of the rotor, not shown here 32 shifted in position through the field, causing the rotor blade 108 opposite the rotor hub 110 rotates.

Das Rotorblatt 108 weist eine Blattspitze 36 auf, die in 3 im Querschnitt dargestellt ist. Die Blattspitze 36 weist eine Saugseite 38 und eine Druckseite 40 auf. Im Bereich der Saugseite 38 und im Bereich der Druckseite 40 ist jeweils ein Sensor 42 angeordnet, der jeweils als Drucksensor ausgebildet ist. Mit diesen Drucksensoren 42 lässt sich der Differenzdruck der gegenüberliegenden Seiten 38, 40 einer Blattsehne 44 bestimmen. Wird nun eine Windrichtung, wie durch die Linie 46 dargestellt, vorausgesetzt, lässt sich diese durch die Differenzmessung mit den Sensoren 42 feststellen und ein optimaler Anstellwinkel 48 für diese bestimmen. Mittels einer Ansteuerung, die hier zur besseren Übersicht nicht dargestellt ist, lässt sich somit der Elektromotor 30 so ansteuern, dass ein optimaler Blattwinkel, also Pitchwinkel, einstellbar ist.The rotor blade 108 has a blade tip 36 on that in 3 is shown in cross section. The leaf tip 36 has a suction side 38 and a print page 40 on. In the area of the suction side 38 and in the area of the pressure side 40 is each a sensor 42 arranged, which is in each case designed as a pressure sensor. With these pressure sensors 42 can be the differential pressure of the opposite sides 38 . 40 a leaf tendon 44 determine. Now a wind direction, as through the line 46 provided that this can be done by measuring the difference with the sensors 42 notice and an optimal angle of attack 48 for this determine. By means of a control, which is not shown here for a better overview, thus allows the electric motor 30 control so that an optimal blade angle, ie pitch angle, is adjustable.

Claims (15)

Windenergieanlage mit einem Rotor (106), wobei der Rotor (106) mindestens ein Rotorblatt (108) und eine Rotornabe (110) umfasst, wobei das Rotorblatt (108) um eine Längsachse des Rotorblatts (108) drehbar an der Rotornabe (110) gelagert ist, und die Windenergieanlage (100) eine Verstelleinrichtung mit einem Elektromotor (30) mit einem Stator (28) und einem Läufer (32) umfasst, wobei der Läufer (32) fest mit der Rotornabe (110) und der Stator (28) fest mit dem Rotorblatt (108) oder der Läufer (32) fest mit dem Rotorblatt (108) und der Stator (28) fest mit der Rotornabe (110) verbunden ist.A wind energy plant with a rotor (106), wherein the rotor (106) at least one rotor blade (108) and a rotor hub (110), wherein the rotor blade (108) about a longitudinal axis of the rotor blade (108) rotatably mounted on the rotor hub (110) is, and the wind turbine (100) comprises an adjusting device with an electric motor (30) with a stator (28) and a rotor (32), wherein the rotor (32) fixed to the rotor hub (110) and the stator (28) fixed with the rotor blade (108) or the rotor (32) fixed to the rotor blade (108) and the stator (28) fixedly connected to the rotor hub (110). Windenergieanlage nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (30) ein Schrittmotor ist.Wind turbine after Claim 1 wherein the electric motor (30) is a stepping motor. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stator (28) mit der Rotornabe (110) und der Läufer (32) mit dem Rotorblatt (108) verbunden ist und der Elektromotor (30) ein Permanentmagnetmotor, insbesondere ein Hybridschrittmotor, ist.Wind turbine after Claim 1 or 2 wherein the stator (28) is connected to the rotor hub (110) and the rotor (32) is connected to the rotor blade (108) and the electric motor (30) is a permanent magnet motor, in particular a hybrid stepping motor. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rotorblatt (108) drehbar mit einem Wälzlager (22) an der Rotornabe (110) gelagert ist und das Wälzlager (22) einen ersten Ring (24) und einen zweiten Ring (26) aufweist, zwischen denen Rollkörper angeordnet sind, wobei der Läufer (32) mit dem ersten Ring (24), insbesondere einem Außenring des Wälzlagers (22), verbunden ist oder der Läufer (32) in den ersten Ring (24) integriert ist und der Stator (28) mit dem zweiten Ring (26), insbesondere einem Innenring des Wälzlagers (22), verbunden ist oder der Stator (28) in den zweiten Ring (26) integriert ist.Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the rotor blade (108) is rotatably mounted with a rolling bearing (22) on the rotor hub (110) and the rolling bearing (22) between a first ring (24) and a second ring (26) between which rolling elements are arranged, wherein the rotor (32) with the first ring (24), in particular a Outer ring of the rolling bearing (22), is connected or the rotor (32) in the first ring (24) is integrated and the stator (28) with the second ring (26), in particular an inner ring of the rolling bearing (22) is connected or the stator (28) is integrated in the second ring (26). Windenergieanlage nach Anspruch 4, wobei der Stator (28) und der Läufer (32) in die entsprechenden umlaufenden Bereiche des ersten Rings (24) und des zweiten Rings (26) des Wälzlagers (22) seitlich zur Führung der Rollkörper integriert sind.Wind turbine after Claim 4 wherein the stator (28) and the rotor (32) are integrated in the respective peripheral portions of the first ring (24) and the second ring (26) of the rolling bearing (22) laterally for guiding the rolling bodies. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (30) hochpolig ist und vorzugsweise eine Polpaarzahl von mindestens 48 oder mindestens 96, vorzugsweise mindestens 360, aufweist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (30) is highly poled and preferably has a pole pair number of at least 48 or at least 96, preferably at least 360. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (30) im Mikroschrittbetrieb betrieben wird und eine Schrittweite von weniger als 1°, vorzugsweise weniger als 0,5°, zum Beispiel im Bereich von 0,1°, aufweist.Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (30) is operated in microstepping mode and has a pitch of less than 1 °, preferably less than 0.5 °, for example in the range of 0.1 °. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator (28) und/oder der Läufer (32) einen Durchmesser von mindestens einem Meter, vorzugsweise mindestens zwei oder mindestens drei Meter, aufweist.Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the stator (28) and / or the rotor (32) has a diameter of at least one meter, preferably at least two or at least three meters. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (30) im Bereich der Blattwurzel (20) des Rotorblatts (108) am Umfang der Blattwurzel (20) angeordnet ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (30) in the region of the blade root (20) of the rotor blade (108) at the periphery of the blade root (20) is arranged. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung mindestens einen Sensor (42) umfasst, der am Rotorblatt (108) angeordnet ist und eingerichtet ist, den Luftdruck am Rotorblatt (108) zu messen und eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Elektromotor (30) in Abhängigkeit des mit dem Sensor (42) gemessenen Luftdrucks anzusteuern.Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the adjusting device comprises at least one sensor (42) which is arranged on the rotor blade (108) and is adapted to measure the air pressure on the rotor blade (108) and a controller which is set up, the electric motor ( 30) as a function of the air pressure measured with the sensor (42). Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung mindestens zwei Sensoren (42) umfasst, wobei der erste Sensor (42a) im Bereich der Blattspitze (36) auf der Saugseite (38) und der zweite Sensor (42b) im Bereich der Blattspitze (36) auf der Druckseite (40) angeordnet ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, wherein the adjusting device comprises at least two sensors (42), wherein the first sensor (42a) in the region of the blade tip (36) on the suction side (38) and the second sensor (42b) in the region of the blade tip (42). 36) is arranged on the pressure side (40). Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (30) eingerichtet ist, das Rotorblatt (108) gegenüber der Rotornabe (110) innerhalb einer Umdrehung des Rotors (106) um mindestens 40 Grad oder mindestens 50 Grad, vorzugsweise bis zu 60 Grad, zu drehen.Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (30) is arranged, the rotor blade (108) relative to the rotor hub (110) within a revolution of the rotor (106) by at least 40 degrees or at least 50 degrees, preferably up to 60 degrees, to turn. Verstelleinrichtung einer Windenergieanlage (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Elektromotor (30), insbesondere einen Schrittmotor, mit einem Läufer (32) und einem Stator (28), wobei der Läufer (32) eingerichtet ist, fest mit der Rotornabe (110) verbunden zu werden und der Stator (28) eingerichtet ist, fest mit dem Rotorblatt (108) verbunden zu werden oder der Läufer (32) eingerichtet ist, fest mit dem Rotorblatt (108) verbunden zu werden und der Stator (28) eingerichtet ist, fest mit der Rotornabe (110) verbunden zu werden.Adjusting device of a wind energy plant (100), in particular according to one of the preceding claims, comprising an electric motor (30), in particular a stepping motor, with a rotor (32) and a stator (28), wherein the rotor (32) is arranged fixedly to the rotor Rotor hub (110) to be connected and the stator (28) is adapted to be fixed to the rotor blade (108) or the rotor (32) is arranged to be fixedly connected to the rotor blade (108) and the stator (28 ) is arranged to be fixedly connected to the rotor hub (110). Verstelleinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Verstelleinrichtung ein Wälzlager (22) umfasst und der Elektromotor (30) in das Wälzlager (22) integriert ist.Adjustment after Claim 13 wherein the adjusting device comprises a roller bearing (22) and the electric motor (30) is integrated in the roller bearing (22). Verfahren zum Verstellen eines Rotorblatts (108) einer Windenergieanlage (100), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14.Method for adjusting a rotor blade (108) of a wind energy plant (100), in particular according to one of the Claims 1 to 12 , with an adjusting device according to one of Claims 13 or 14 ,
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