DE4415570A1 - Generator für Windkraftmaschinen - Google Patents

Generator für Windkraftmaschinen

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DE4415570A1
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Germany
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generator
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DE4415570A
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Udo Bernhard Dipl In Schmalfus
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INTUS MASCHINEN GmbH
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INTUS MASCHINEN GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7066—Application in combination with an electrical generator via a direct connection, i.e. a gearless transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

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Description

Aufgabe
Saubere Energien zu erzeugen ist eine Überlebensaufgabe. Diese Energien aus der Natur zu entnehmen gelang nur bei "hohem Gefälle" wie z. B. Wasserkraft oder mit Verbren­ nungsprozessen Windenergie zu akzeptablem Preis gelang auch nur bei "ho­ hem Gefälle, sprich: "hohe Windgeschwindigkeiten". Die Windkraftmaschinen müssen aber schon bei geringen Wind­ geschwindigkeiten Energie erzeugen. Dazu müssen sie eine geringe eigene Trägheit haben. Windkraftmaschinen haben heute nach dem Propellerlaufwerk ein nachgeschaltetes Getriebe, mit dem die Drehzahl erhöht wird. Nachgeschaltet ist über eine Kupplung der Generator. Alle diese Aggregate verfügen ihrerseits über eine Trägheit. Das Getriebe mit einer Übersetzung ins "Schnelle" hat dazu noch einen Wirkungsgrad, der das Ergebnis mindert. Gesucht ist deshalb eine Maschine, die auf energieverzehren­ de Baugruppen verzichtet, um Energie ins Netz zu bringen und die Investitionskosten zu senken. Diese Maschine soll auch schon bei geringerer Windgeschwindigkeit Energie erzeu­ gen.
Lösung der Aufgabe
Der Generator ist als Außenläufer gestaltet. Auf einer Ach­ se ist die zu erregende Wicklung aufgebaut. Diese Achse ist gleichzeitig Rotationsachse des Außenläufers. Im Außenläu­ fer ist die Aufnahme für die energieaufnehmenden Bauteile der Windkraftmaschine. Der Energiefluß vom "Propeller" bis zum Generator ist nun sehr kurz. Kupplungen, Getriebe und weitere Lagerstellen sind entfallen. Diese entfallenen Bau­ gruppen sind nun auch nicht mehr erst in Bewegung zu verse­ tzen, bevor Energie erzeugt wird. Mit anderen Worten, die Maschine dreht sich schon bei geringerer Windgeschwindig­ keit. In Bild 1 ist das dargestellt. Aufgetragen ist die Windgeschwindigkeit über der Zeit. Das Flächenintegral unter der Kurve der Windgeschwindigkeit stellt die angebotene Energiemenge des Windes dar. Die Grenzgeschwindigkeit, bei der der Rotor zu drehen beginnt, begrenzt die entnommene Energie. Durch den trägheitsarmen Generator gemäß vorlie­ gender Erfindung ist diese Grenzgeschwindigkeit weiter ge­ senkt worden.
Durch den Wegfall der Baugruppen Getriebe und Kupplungen ist der Bauaufwand erheblich reduziert.
Mit dieser Maschine ist mehr Energie zu einem geringeren Preis aus dem Wind zu entnehmen. Weiter kann nun auch an bis­ her weniger geeigneten Orten eine solche Maschine zum Erzeu­ gen von Energie aufgestellt werden.
Beschreibung
Auf der Achse (1) ist die Generatorwicklung (2) montiert. Um diese Generatorwicklung läuft der Außenläufer (3). Er ist gelagert in den Lagern (6).
Der Außenläufer ist bestückt mit Bauelementen zum Erregen (4), z. B. Dauermagnete oder eine Wicklung entsprechend dem gewählten elektro-energetischen Konzept.
In Außenläufer sind radiale Bohrungen (7) zum Aufnehmen der energieaufnehmenden Bauteile der Windkraftmaschine aus dem Wind.
Die Achse (1) ist verlängert (5). Mit dieser Verlängerung der Achse ist der Generator eingespannt in die Halterung der Windkraftmaschine.
Die Achse (1) ist hohl. Damit wird Gewicht eingespart. In diesem Hohlraum sind die betriebserforderlichen Anschlüsse einzubauen. Bei größeren Maschinen mit größerem Hohlraum ver­ ringert sich die Luftwiderstandsfläche. Das hat Einfluß auf die Tragkonstruktion der Windkraftmaschine.
Wirtschaftliche Vorteile
Die erfindungsgemäße Konstruktion verzichtet auf Baugruppen, die Anteile der mit dem Windrad dem Wind entnommene Energie wieder aufzehrt (Wirkungsgrade). Gleichzeitig entfällt im Generatorantrieb deren Eigenträgheit. Deshalb dreht sich das Windrad bereits bei geringerer Windgeschwindigkeit. Es wird folglich schon bei dieser geringeren Windgeschwindigkeit Strom erzeugt. Das verbessert den energetischen und den wirt­ schaftlichen Wirkungsgrad spürbar.
Der Aufwand an Material wir gleichfalls reduziert. Die hohle Achse bietet die Möglichkeit, größere Einheiten herzustellen. Gleichzeitig reduziert sich die Windlast auf den Mast der Windkraftmaschine.

Claims (4)

1. Generator als Außenläufer.
2. Generator nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die die Energie aufnehmenden Bauelemente direkt im Außen­ läufer eingebaut sind.
3. Generator nach Anspruch (1) und (2), dadurch gekennzeich­ net, daß Generator und Außenläufer auf einem gemeinsamen Bauteil "Achse" montiert sind.
4. Generator nach Anspruch (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil "Achse" hohl ist (Rohr).
DE4415570A 1994-05-03 1994-05-03 Generator für Windkraftmaschinen Withdrawn DE4415570A1 (de)

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