WO2010037647A1 - Vorrichtung zum nachbilden der krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer antriebselemente auf zumindest eine antriebskomponente eines antriebsstrangs - Google Patents

Vorrichtung zum nachbilden der krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer antriebselemente auf zumindest eine antriebskomponente eines antriebsstrangs Download PDF

Info

Publication number
WO2010037647A1
WO2010037647A1 PCT/EP2009/062163 EP2009062163W WO2010037647A1 WO 2010037647 A1 WO2010037647 A1 WO 2010037647A1 EP 2009062163 W EP2009062163 W EP 2009062163W WO 2010037647 A1 WO2010037647 A1 WO 2010037647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
drive
winding
axial
drive shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/062163
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Orlik
Original Assignee
Universität Bremen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universität Bremen filed Critical Universität Bremen
Publication of WO2010037647A1 publication Critical patent/WO2010037647A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for simulating the force of one or more mechanical drive elements, in particular the rotor blades of a wind turbine, on at least one drive component of a drive train, such as. on gear, engine, bearings, brake and the like.
  • the object of the invention is therefore to provide an apparatus and a method for simulating the action of force of one or more mechanical drive elements on at least one drive component of a drive train in order thereby to investigate mechanical loads occurring in a simple manner without the mechanical drive elements actually causing the force ,
  • the device according to the invention serves to emulate the force of one or more mechanical drive elements, in particular the rotor blades of a wind energy plant, on at least one drive component of a drive train.
  • the device comprises an axial field motor for driving a drive shaft, which can be coupled to the at least one drive component, wherein the axial field motor has at least one rotor and at least one stator and at least one winding for generating at least one axial magnetic field.
  • the axial field motor has at least one rotor and at least one stator and at least one winding for generating at least one axial magnetic field.
  • the device also has a power supply with which the at least one winding is supplied with current or currents during operation of the device in such a way that when the drive shaft is coupled to the at least one drive component be simulated by the one or more driving forces acting on the at least one drive component forces.
  • the invention is based on the recognition that the force of one or more mechanical drive elements can be reproduced on drive components of a drive train in a simple manner reproducibly by a suitable design and power supply of an axial field motor.
  • the invention can be based on existing measurement data on the axial forces or torques of real drive elements, the energization of at least one winding of a Axialfeldmotors controlled such that the same forces or torques occur as in operation with the real drive elements.
  • An adaptation of the energization for generating the desired axial forces or torques is for the expert with knowledge of the mechanical and electrical structure of the axial field machine for any Antriebsele- elements easily realized. It can be both dynamic, i. Time-varying, as well as static torques and / or axial forces are generated depending on the application.
  • the axial field motor can have only a single winding on a stator and a rotor offset axially with respect to the stator.
  • an axial magnetic field is generated between the stator and the rotor.
  • this structure can also be modified such that the individual winding is not provided in the stator, but in the rotor.
  • the axial field motor comprises two axially offset windings for generating axial magnetic fields with at least two independent axially offset magnetic circuits.
  • Two magnetic circuits are independent if the magnetic field lines of the magnetic circuits are spatially separated.
  • the axially offset windings are designed in this embodiment such that they can be fed via the power supply with different sized currents in order to simulate the forces acting on the at least one drive component by the one or more drive components when coupling the drive shaft with the at least one drive component. That is, the current intensity or, in the case of alternating current, the amplitude and phase in one winding can differ from the current amplitude or phase and phase of another winding.
  • the appropriate adjustment of the force is only possible in that the axial field motor is designed such that it generates independent magnetic fields with at least two independent, axially offset magnetic circuits during operation.
  • axial field motors can be used for the device according to the invention.
  • a synchronous motor is used with permanent excitation.
  • the at least one rotor of the Axialfeldmotors divided into several rotor segments.
  • the division into three rotor segments ie the number of rotor segments corresponds to the usual number of rotor blades in wind turbines.
  • Each of the rotor segments is fastened to the drive shaft at different attachment positions.
  • the attachment positions are chosen in particular such that they are evenly distributed around the circumference of the drive shaft.
  • the attachment positions are the same as in rotor blades of a wind turbine.
  • each rotor segment is fastened to the drive shaft via one or more spokes, wherein a mechanically stable attachment is achieved, in particular, when the spokes are distributed uniformly in the circumferential direction of a respective rotor segment.
  • the structure of the Axialfeldmotors is such that two axially offset stators are provided with rotor therebetween, wherein each stator includes an axially offset winding and the rotor comprises permanent magnets.
  • each stator includes an axially offset winding and the rotor comprises permanent magnets.
  • the rotor is preferably designed such that it has a plurality of permanent magnets with iron yoke on its axially opposite sides, the axially opposite sides in particular by a magnetically non-conductive and preferably also electrically non-conductive Material are separated from each other.
  • a material for example, glass fiber or optionally also aluminum may be used.
  • the permanent magnets can be fastened on the opposite rotor sides in the flat magnet arrangement known per se. In addition, it is also possible to attach the magnets in the so-called.
  • Collector assembly on the rotor.
  • the collector assembly is an arrangement of flow-concentration magnets.
  • the power supply comprises a separate inverter arrangement for each axially offset winding, where in each inverter arrangement comprises at least one inverter with associated current control.
  • each inverter arrangement comprises at least one inverter with associated current control.
  • a variation of the axial forces can be implemented by a different in the circumferential direction of the drive shaft energization.
  • the at least one winding of the Axialfeldmotors is divided in the circumferential direction about the drive shaft into a plurality of winding segments, which can be fed with different sized currents.
  • each winding segment is preferably supplied with power via at least one separate inverter with associated current regulation.
  • the axial field motor is designed as a rotary field machine.
  • the induction machine is in particular a multi-pole induction machine with a plurality of winding segments for the at least one winding, wherein each winding segment comprises one or more pole pairs. The smaller the number of pole pairs per winding segment, the more accurate the axial forces in the circumferential direction of the drive shaft can be varied.
  • the axially offset windings of the induction machine may comprise a single-layer winding and / or a multi-layer winding and / or a tooth coil winding.
  • the axial field motor comprises one or more sensors for detecting the torques and / or axial forces generated by the axial field motor.
  • a force and torque control is used in a particularly preferred embodiment, with which the Currents of the power supply can be adjusted according to the nachzurelienenden torques and axial forces.
  • the force and torque control regulates the currents preferably with the aid of the sensors described above, which measure the torques or axial forces.
  • the device comprises one or more magnetic field sensors for detecting one or more axial air gaps between the at least one rotor and the at least one stator of the axial field motor.
  • the invention further comprises a method for simulating the force of one or more mechanical drive elements, in particular the rotor blades of a wind turbine, on at least one drive component of a drive train using the inventive device.
  • the at least one winding via the power supply of the device is supplied with current or currents such that in the coupled state of the drive shaft with the at least one drive component, the forces acting on the at least one drive component by the one or more driving elements.
  • Figure 1 is a schematic side view of a test stand with an embodiment of the device according to the invention for simulating the action of force of rotor blades of a wind turbine on a drive shaft.
  • FIG. 2 is a detail view of the axial motor used in the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 is a plan view of the axial motor of Fig. 2; and
  • FIG. 4 is a schematic representation of parts of a rotor and a stator winding with inverters connected thereto according to an embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 1 shows a test stand for a wind turbine with an axial field motor for simulating the torques and axial forces generated by the rotor blades of the wind turbine.
  • the test stand comprises a drive shaft 1, through which the axial direction A is predetermined.
  • the shaft is coupled to a corresponding gear 2 and a generator 3 of a wind turbine.
  • the movement of the rotor blades caused by wind is simulated or simulated. In this way, different scenarios of loads on the drive shaft 1 and thus on the transmission 2 and the generator 3 of the wind turbine can be tested without a costly attachment of the rotor blades on the drive shaft 1 is required. This can save costs.
  • an axial field motor in the form of a permanent magnet synchronous motor is used.
  • the motor comprises an annular rotor 4 which rotates with the drive shaft 1 and two stators provided in the axial direction to the left and to the right of the rotor, which comprise annular active parts 5 and 6 and respective holders 7 and 8 for these active parts.
  • stator is used as a synonym for the active parts 5 and 6.
  • Located on the rotor On each side a plurality of permanent magnets and each of the stators 5 and 6 comprises a rotating field winding 501 and 601 ( Figure 2), which is fed via a separate inverter arrangement.
  • stator windings When the stator windings are flooded with current, magnetic tangential forces as well as axial forces form on each side of the left and right sides of the rotor through interaction with the permanent magnet field of the rotor.
  • the tangential forces are directed in the circumferential direction of the rotor and cause the torque of the motor.
  • the axial forces are directed in the direction of the axis A and form the axial thrust.
  • the forces are caused by axial magnetic fields, which are generated by the permanent magnets of the rotor and the current flow in the respective stator windings of the stator.
  • the rotor 4 is designed such that two mutually decoupled magnetic circuits form on the left and right of the symmetry axis S of the rotor shown in FIG. 2.
  • this can be realized by a rotor in which a field-free space is formed along the axis S.
  • the formation of the decoupled magnetic circuits can be achieved in that the permanent magnets on both sides of the rotor have a Eisenschreib- conclusion and along the axis S, a magnetically and preferably also electrically non-conductive material is provided, such. a fiberglass material or aluminum.
  • the currents in the respective stator windings can be adjusted independently of one another, whereby due to the different magnetic fields forming on each side of the rotor, suitably acting axial forces can be generated which correspond to the axial forces of a real rotor blade drive.
  • axial field motor In a conventional axial field motor, such generation of axial forces is undesirable.
  • the axial field motor is controlled in such a way that specifically suitable axial forces are generated, thereby simulating a rotor blade drive.
  • axial field motor of Fig. 1 can both static axial forces and time-varying dynamic axial forces depending nachzusentendem scenario to be generated.
  • the attachment of the individual rotor blades to the drive shaft 1 is to be simulated. This takes place in the axial field motor represented in FIG. 1 by a corresponding segmentation of the rotor 4, as can be seen from the enlarged detail views according to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 shows the axial field motor according to FIG. 1 with a corresponding rotor 4 and the two stator rings 5 and 6.
  • the holders 7 and 8 have been omitted in FIG.
  • the stators are shown cut at the top and bottom, which is indicated by a corresponding hatching.
  • the windings 501 of the stator 5 or 601 of the stator 6 are schematically indicated.
  • the position of the rotor 4 according to FIG. 2 is selected such that it can be seen that the rotor is divided into several segments, wherein adjacent segments are spaced apart in the circumferential direction by the distance d.
  • FIG. 3 again illustrates the segmented structure of the rotor 4.
  • This figure shows the axial field machine of Fig. 2 in plan view, wherein the stator 6 has been omitted to illustrate the structure of the rotor.
  • the annular rotor 4 consists of three rotor segments 4a, 4b and 4c with a distance d between them. Behind the gaps formed by the distances d, a part of the continuous stator ring 5 can be seen, as indicated by corresponding hatching in Fig. 3.
  • Each of the rotor segments 4a to 4c is mechanically separated from the other rotor segments and secured to the drive shaft 1 via spokes 9 distributed uniformly along the respective rotor segment. For each attachment of a segment while three spokes are used, which are fixed to a common radial mounting portion on the drive shaft 1.
  • FIG. 3 serves to simulate a drive of a wind turbine with three rotor blades.
  • the three rotor segments thus correspond to the three rotor blades.
  • the number of rotor segments is adjusted accordingly.
  • stator windings not only currents different between the stator windings but also currents varying within a stator winding in the circumferential direction of the stator can be generated in the stator windings. That is, in a respective stator winding, the current distribution over the circumference of the respective stator can be distributed differently, wherein the distribution can vary dynamically depending on the position of the respective rotor segments. The current distribution thus rotates synchronously with the rotor.
  • the winding of the stator is preferably divided into a large number of winding segments, each segment being fed from its own inverter with associated current control.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment with such a stator segmentation.
  • FIG. 4 schematically shows an axial field motor realized as a rotary field machine for use in the device according to the invention. Shown schematically in section, parts of a rotor 4 and a stator 6 are shown.
  • the illustrated embodiment of the rotor is a flat magnet arrangement, in which flat permanent magnets 10 are arranged on the outer sides of the rotor, wherein, for reasons of clarity, only the permanent magnets are reproduced on the stator 6 facing side of the rotor.
  • the stator 6 comprises a single-layer winding, wherein three winding segments are shown, which are divided on stator segments 6a, 6b and 6c.
  • the stator segments are shown mechanically separated, which is not necessarily the case.
  • the individual segments can also be connected to one another, ie the stator can also be formed in one piece.
  • the winding of the stator is a three-phase rotating field winding, wherein each winding segment are supplied with all three phases of the three-phase current.
  • the individual coils of the left-hand winding segment are denoted by reference symbols S1, S2 and S3.
  • the coil S1 is supplied with the first phase
  • the coil S2 with the second phase
  • the coil S3 with the third phase of the rotary current.
  • each winding segment contains only one pole pair, which has a separate current detection and current regulation. In this way, a very accurate adjustment of the axial forces in different circumferential positions of the stator can be achieved.
  • each winding segment comprises a plurality of pole pairs (even multiples of the pole pitch).
  • the winding segment on the stator segment 6a is driven by three single-phase inverters 11a, the winding segment on the stator segment 6b by three single-phase inverters 11b and the winding segment on the stator segment 6c by three single-phase inverters 11c.
  • the respective single-phase inverters 11a, 11b and 11c may optionally also be replaced by a single three-phase inverter.
  • the inverters are connected to a DC voltage rail to which the DC voltage Uz is applied. This DC voltage was generated by a (not shown) rectifier from the mains voltage.
  • a (not shown) rectifier from the mains voltage.
  • the desired currents in the individual stator segments can now be generated.
  • the inverters can be arranged spatially separated from the axial field motor, but they can also be integrated in the axial field motor.
  • any axial forces and tangential forces can be generated by a corresponding current control or current regulation of the windings with the device according to the invention. It can be reproduced specifically on a test bench, the forces actually occurring.
  • the axial forces and torques to be generated by the traction element to be simulated are known and a corresponding current Gelung for generating the axial forces or torques is easily realizable for the expert.
  • the axial field motor according to the invention has corresponding force sensors for detecting the axial forces and / or torques.
  • the current in the individual windings or winding segments can then be adjusted in such a way by feedback with the current regulation that the force effect of a drive element on the drive shaft is simulated.
  • the device according to the invention has the particular advantage that a test stand for a drive train can be realized without the mechanical drive elements of the drive train itself being mounted on the test stand. Rather, the known per se, acting on the drive shaft torques or axial forces can be realized by suitable current control of a Axialfeldmotors and based on corresponding tests of other components of the corresponding drive train are performed.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente, insbesondere der Rotorblätter einer Windenergieanlage, auf zumindest eine Antriebskomponente (2, 3) eines Antriebsstrangs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Axialfeldmotor zum Antrieb einer Antriebswelle (1), welche mit der zumindest einen Antriebskomponente (2, 3) koppelbar ist, wobei der Axialfeldmotor zumindest einen Rotor (4) und zumindest einen Stator (5, 6) sowie zumindest eine Wicklung (501, 601) zur Erzeugung zumindest eines axialen Magnetfelds aufweist. Die Vorrichtung verfügt ferner über eine Stromspeisung (11a, 11b, 11c), mit der die zumindest eine Wicklung (501, 601) im Betrieb der Vorrichtung derart mit Strom oder Strömen gespeist wird, dass bei Kopplung der Antriebswelle (1) mit der zumindest einen Antriebskomponente (2, 3) die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine Antriebskomponente (2, 3) wirkenden Kräfte nachgebildet werden.

Description

VORRICHTUNG ZUM NACHBILDEN DER KRAFTEINWIRKUNG EINES ODER MEHRERER MECHANISCHER ANTRIEBSELEMENTE AUF
ZUMINDEST EINE ANTRIEBSKOMPONENTE EINES ANTRIEBSSTRANGS
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente, insbesondere der Rotorblätter einer Windenergieanlage, auf zumindest eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs, wie z.B. auf Getriebe, Motor, Lager, Bremse und dergleichen.
In technischen Anlagen, in welchen durch ein oder mehrere mechanische Antriebs- elemente ein Antriebsstrang angetrieben wird, kommt es durch diese zu hohen Krafteinwirkungen auf den Antriebsstrang. Dabei interessieren insbesondere die durch die Antriebselemente auf weitere Antriebskomponenten des Antriebsstrangs wirkenden Kräfte, da diese bei falscher Krafteinwirkung zu hohen mechanischen Belastungen dieser Komponenten und hierdurch zu verkürzter Lebensdauer des entsprechenden Antriebs führen. Dieses Problem tritt verstärkt in Windenergieanlagen auf, welche für immer größere Leistungen im Megawattbereich entwickelt werden. Hierbei wer- den in den mechanischen Komponenten des Antriebsstrangs der Windenergieanlage, d.h. in den Rotorblättern, der Nabe, dem Getriebe und dem Generator, enorme Drehmomente und Axialkräfte erzeugt. Die Axialkräfte, die durch die Windströmung auf die Rotorblätter der Windenergieanlage verursacht werden, sind dabei nicht gleichförmig, sondern eine variable Funktion der Zeit und darüber hinaus im Regelfall an jedem Rotorblatt unterschiedlich. Durch die ungleichmäßig an den Rotorblättern angreifenden Axial- und Umfangskräfte kommt es somit zu Torsionsmomenten und biegeelastischen Verformungen bzw. Schwingungen in allen mechanischen Komponenten des Antriebsstrangs der Windenergieanlage. Besonders hohe Belas- tungen treten dabei in den Lagern sowie im Getriebe auf. Demzufolge erreichen insbesondere die Getriebe von Windenergieanlagen bei weitem nicht die geforderte Lebensdauer von 20 Jahren.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nach- bildung der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente auf zumindest eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs zu schaffen, um hierdurch auf einfache Weise auftretende mechanische Belastungen ohne die die Krafteinwirkung tatsächlich verursachenden mechanischen Antriebselemente zu untersuchen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Verfahren gemäß Patentanspruch 21 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente, insbesondere der Rotorblätter einer Windenergieanlage, auf zumindest eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs. Die Vorrichtung umfasst einen Axialfeldmotor zum Antrieb einer Antriebswelle, welche mit der zumindest einen Antriebskomponente koppelbar ist, wobei der Axial- feldmotor zumindest einen Rotor und zumindest einen Stator sowie zumindest eine Wicklung zur Erzeugung zumindest eines axialen Magnetfelds aufweist. Hier und im Folgenden bedeutet „axial" die Richtung parallel der Achse der Antriebswelle. Die Vorrichtung verfügt ferner über eine Stromspeisung, mit der die zumindest eine Wicklung im Betrieb der Vorrichtung derart mit Strom oder Strömen gespeist wird, dass bei Kopplung der Antriebswelle mit der zumindest einen Antriebskomponente die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine Antriebskomponente wirkenden Kräfte nachgebildet werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine geeignete Konstruktion und Stromspeisung eines Axialfeldmotors auf einfache Weise reproduzierbar die Kraft- einwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente auf Antriebskomponenten eines Antriebsstrangs nachgebildet werden kann.
Erfindungsgemäß kann somit basierend auf vorhandenen Messdaten über die Axialkräfte bzw. Drehmomente von realen Antriebselementen die Bestromung der zumin- dest einen Wicklung eines Axialfeldmotors derart gesteuert werden, dass die gleichen Kräfte bzw. Drehmomente wie bei Betrieb mit den realen Antriebselementen auftreten. Eine Anpassung der Bestromung zur Erzeugung der erwünschten Axialkräfte bzw. Drehmomente ist dabei für den Fachmann bei Kenntnis über den mechanischen und elektrischen Aufbau der Axialfeldmaschine für beliebige Antriebsele- mente problemlos realisierbar. Es können dabei sowohl dynamische, d.h. sich zeitlich verändernde, als auch statische Drehmomente und/oder Axialkräfte je nach Anwendungsfall generiert werden.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Axialfeldmotor lediglich eine einzelne Wicklung auf einem Stator und einen zum Stator axial versetzten Rotor aufweisen. Bei Bestromung der Wicklung wird ein axiales Magnetfeld zwischen Stator und Rotor erzeugt. Hierdurch wird ein Aufbau geschaffen, mit dem Kräfte nur auf einer Seite des Rotors wirken, wodurch entsprechende Axialkräfte generiert werden. Gegebenenfalls kann dieser Aufbau auch derart abgewandelt werden, dass die einzelne Wicklung nicht im Stator, sondern im Rotor vorgesehen ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Axialfeldmotor zwei axial versetzte Wicklungen zur Erzeugung von axialen Magnetfeldern mit zumindest zwei unabhängigen axial versetzten Magnetkreisen. Zwei Magnetkreise sind dabei unabhängig, wenn die Magnetfeldlinien der Magnetkreise räumlich voneinander getrennt sind. Die axial versetzten Wicklungen sind in dieser Ausführungsform derart ausgestaltet, dass sie über die Stromspeisung mit unterschiedlich großen Strömen gespeist werden können, um bei Kopplung der Antriebswelle mit der zumindest einen Antriebskomponente die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine Antriebskomponente wirkenden Kräfte nachzubilden. Das heißt, die Stromstärke bzw. bei Wechselstrom die Amplitude und Phase in einer Wicklung kann sich von der Stromstärke bzw. Amplitude und Phase einer anderen Wicklung unterscheiden. Die geeignete Einstellung der Krafteinwirkung wird dabei erst dadurch möglich, dass der Axialfeldmotor derart ausgestaltet ist, dass er im Betrieb unabhängige Magnet- felder mit zumindest zwei unabhängigen, axial versetzten Magnetkreisen generiert. Mit dieser Ausgestaltung des Axialfeldmotors werden zum einen entsprechende Tangentialkräfte und damit Drehmomente der Antriebselemente nachgebildet. Zum anderen werden durch die unterschiedliche Bestromung der axial versetzten Wicklungen Axialkräfte generiert, welche entsprechend der nachzubildenden Krafteinwir- kung der Antriebselemente eingestellt werden können.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung können verschiedene Ausführungsformen von Axialfeldmotoren eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Synchronmotor mit Permanenterregung verwendet.
Insbesondere bei der Nachbildung der durch die Rotorblätter einer Windenergieanlage wirkenden Kräfte ist zu berücksichtigen, dass nicht die gleichen Axialkräfte entlang des Umfangs der Antriebswelle angreifen. Dies wird unter anderem durch die Befestigung der Rotorblätter an unterschiedlichen Stellen auf der Antriebswelle ver- ursacht. Um auch sich in Umfangsrichtung verändernde Krafteinwirkungen auf die Antriebswelle zu berücksichtigen, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungs- form der zumindest eine Rotor des Axialfeldmotors in mehrere Rotorsegmente aufgeteilt. Beispielsweise erfolgt die Aufteilung in drei Rotorsegmente, d.h. die Anzahl der Rotorsegmente entspricht der üblichen Anzahl von Rotorblättern in Windenergieanlagen. Jedes der Rotorsegmente ist dabei an unterschiedlichen Befestigungspo- sitionen auf der Antriebswelle befestigt. Die Befestigungspositionen sind insbesondere derart gewählt, dass sie gleichmäßig um den Umfang der Antriebswelle verteilt sind. Vorzugsweise sind die Befestigungspositionen die gleichen wie bei Rotorblättern einer Windenergieanlage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes Rotorsegment über eine oder mehrere Speichen an der Antriebswelle befestigt, wobei eine mechanisch stabile Befestigung insbesondere dann erreicht wird, wenn die Speichen gleichmäßig in Umfangs- richtung eines jeweiligen Rotorsegments verteilt sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Aufbau des Axialfeldmotors derart, dass zwei axial versetzte Statoren mit dazwischen liegendem Rotor vorgesehen sind, wobei jeder Stator eine axial versetzte Wicklung enthält und der Rotor Permanentmagnete umfasst. Zur Erzeugung der beiden unabhängigen, axial versetzten Magnetkreise ist dabei der Rotor vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er auf seinen axial gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Vielzahl von Permanentmagneten mit Eisenrückschluss aufweist, wobei die axial gegenüberliegenden Seiten insbesondere durch ein magnetisch nicht leitendes und vorzugsweise auch elektrisch nicht leitendes Material voneinander getrennt sind. Als Material kann beispielsweise Glasfaser oder gegebenenfalls auch Aluminium verwendet werden. Die Permanentmag- neten können in der an sich bekannten Flachmagnetanordnung auf den gegenüberliegenden Rotorseiten befestigt sein. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Magnete in der sog. Sammleranordnung auf dem Rotor anzubringen. Die Sammleranordnung ist eine Anordnung der Magnete mit Flusskonzentration.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stromspeisung eine separate Wechselrichteranordnung für jede axial versetzte Wicklung, wo- bei jede Wechselrichteranordnung zumindest einen Wechselrichter mit zugehöriger Stromregelung aufweist. Durch die einzelnen separaten Wechselrichteranordnungen wird somit die gewünschte unterschiedliche Bestromung der beiden axial versetzten Wicklungen erreicht. Die Wechselrichter der Wechselrichteranordnung können dabei in dem Axialmotor integriert sein, sie können jedoch auch separat vom Axialmotor angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Variation der Axialkräfte durch eine sich in Umfangsrichtung der Antriebswelle unterscheidende Bestromung umgesetzt werden. Dabei ist die zumindest eine Wicklung des Axialfeldmotors in Umfangsrichtung um die Antriebswelle in mehrere Wicklungssegmente unterteilt, welche mit verschieden großen Strömen gespeist werden können. Zur unterschiedlichen Bestromung wird vorzugsweise jedes Wicklungssegment über zumindest einen separaten Wechselrichter mit zugehöriger Stromregelung mit Strom gespeist.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Axialfeldmotor als Drehfeldmaschine ausgebildet. Die Drehfeldmaschine ist dabei insbesondere eine mehrpolige Drehfeldmaschine mit mehreren Wicklungssegmenten für die zumindest eine Wicklung, wobei jedes Wicklungssegment ein oder mehrere Polpaare umfasst. Je geringer die Anzahl der Polpaare pro Wicklungssegment, desto genauer können die Axialkräfte in Umfangsrichtung der Antriebswelle variiert werden. Die axial versetzten Wicklungen der Drehfeldmaschine können dabei eine Einschichtwicklung und/oder eine Mehrschichtwicklung und/oder eine Zahnspulenwick- lung umfassen.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Axialfeldmotor einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung der mit dem Axialfeldmotor erzeugten Drehmomente und/oder Axialkräfte. Zur Generierung der nachzubildenden Krafteinwirkung des oder der Antriebselemente wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Kraft- und Drehmomentregelung verwendet, mit der die Ströme der Stromspeisung entsprechend den nachzubildenden Drehmomenten und Axialkräften eingestellt werden. Die Kraft- und Drehmomentregelung regelt dabei die Ströme vorzugsweise mit Hilfe der oben beschriebenen Sensoren, welche die Drehmomente bzw. Axialkräfte messen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen oder mehrere Magnetfeldsensoren zur Erfassung eines oder mehrerer axialer Luftspalte zwischen dem zumindest einen Rotor und dem zumindest einen Stator des Axialfeldmotors .
Neben der oben beschriebenen Vorrichtung umfasst die Erfindung ferner ein Verfahren zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente, insbesondere der Rotorblätter einer Windenergieanlage, auf zumindest eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs unter Verwendung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird die zumindest eine Wicklung über die Stromspeisung der Vorrichtung derart mit Strom oder Strömen gespeist, dass im gekoppelten Zustand der Antriebswelle mit der zumindest einen Antriebskomponente die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine Antriebskomponente wirkenden Kräfte nachgebildet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Prüfstands mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbildung der Krafteinwirkung von Rotorblättern einer Windenergieanlage auf eine Antriebswelle;
Fig. 2 eine Detailansicht des in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendeten Axialmotors; Fig. 3 eine Draufsicht auf den Axialmotor der Fig. 2; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Teilen eines Rotors und einer Stator- wicklung mit damit verbundenen Wechselrichtern gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, mit dem die Krafteinwirkung von Rotorblättern einer Windenergieanla- ge nachgebildet wird. Nichtsdestotrotz kann die erfmdungsgemäße Vorrichtung auch zur Nachbildung beliebiger anderer Antriebselemente, wie z.B. Turbinen, verwendet werden. Fig. 1 zeigt einen Prüfstand für eine Windenergieanlage mit einem Axialfeldmotor zur Nachbildung der durch die Rotorblätter der Windenergieanlage erzeugten Drehmomente und Axialkräfte. Der Prüfstand umfasst eine Antriebswelle 1, durch welche die Axialrichtung A vorgegeben ist. Die Welle ist mit einem entsprechenden Getriebe 2 und einem Generator 3 einer Windenergieanlage gekoppelt. Anstatt die Krafteinwirkung von realen Rotorblättern auf die Antriebswelle 1 zu analysieren, wird erfindungsgemäß die durch Wind verursachte Bewegung der Rotorblätter nachgebildet bzw. simuliert. Auf diese Weise können verschiedene Szenarien von Belastungen auf die Antriebswelle 1 und somit auf das Getriebe 2 und den Generator 3 der Windenergieanlage geprüft werden, ohne dass eine aufwändige Anbringung der Rotorblätter auf die Antriebswelle 1 erforderlich ist. Hierdurch können Kosten gespart werden.
Zur Nachbildung des Rotorblattantriebs wird gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 ein Axialfeldmotor in der Form eines permanentmagneterregten Synchronmotors verwendet. Der Motor umfasst einen sich mit der Antriebswelle 1 drehenden ringförmigen Rotor 4 sowie zwei in axialer Richtung links und rechts neben dem Rotor vorgesehene Statoren, welche ringförmige Aktivteile 5 und 6 und jeweilige Halte- rungen 7 und 8 für diese Aktivteile umfassen. Im Folgenden wird der Begriff „Stator" als Synonym für die Aktivteile 5 bzw. 6 verwendet. Auf dem Rotor befinden sich auf jeder Seite eine Vielzahl von Permanentmagneten und jeder der Statoren 5 und 6 umfasst eine Drehfeldwicklung 501 bzw. 601 (Fig. 2), welche über eine separate Wechselrichtanordnung gespeist wird. Wenn die Statorwicklungen mit Strom durchflutet werden, bilden sich durch Wechselwirkung mit dem Permanentmagnet- feld des Rotors auf jeder Seite links und rechts vom Rotor sowohl magnetische Tangentialkräfte als auch Axialkräfte aus. Die Tangentialkräfte sind in Umfangsrichtung des Rotors gerichtet und bewirken das Drehmoment des Motors. Die Axialkräfte sind in Richtung der Achse A gerichtet und bilden den Axialschub. Die Kräfte werden durch axiale Magnetfelder verursacht, welche durch die Permanentmagnete des Ro- tors und den Stromfluss in den jeweiligen Statorwicklungen des Stators generiert werden.
In der Ausführungsform der Fig. 1 ist der Rotor 4 derart ausgestaltet, dass sich links und rechts der in Fig. 2 gezeigten Symmetrieachse S des Rotors zwei voneinander entkoppelte Magnetkreise ausbilden. Allgemein kann dies durch einen Rotor realisiert werden, bei dem entlang der Achse S ein feldfreier Raum ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Ausbildung der entkoppelten Magnetkreise dadurch erreicht werden, dass die Permanentmagnete auf beiden Seiten des Rotors einen Eisenrück- schluss aufweisen und entlang der Achse S ein magnetisch und vorzugsweise auch elektrisch nicht leitendes Material vorgesehen ist, wie z.B. ein Glasfasermaterial oder Aluminium. Erfmdungsgemäß können die Ströme in den jeweiligen Statorwicklungen unabhängig voneinander eingestellt werden, wodurch aufgrund der sich hierdurch ausbildenden unterschiedlichen Magnetfelder auf jeder Seite des Rotors geeignet wirkende Axialkräfte erzeugt werden können, welche den Axialkräften eines rea- len Rotorblattantriebs entsprechen. Bei einem herkömmlichen Axialfeldmotor ist eine derartige Erzeugung von Axialkräften unerwünscht. Im Unterschied hierzu wird erfindungsgemäß der Axialfeldmotor derart gesteuert, dass gezielt geeignete Axialkräfte generiert werden, um hierdurch einen Rotorblattantrieb nachzubilden.
Mit dem Axialfeldmotor der Fig. 1 können sowohl statische Axialkräfte als auch sich zeitlich verändernde, dynamische Axialkräfte je nach nachzubildendem Szenario generiert werden. Bei der Nachbildung eines Rotorblattantriebs ist insbesondere auch die Befestigung der einzelnen Rotorblätter an der Antriebswelle 1 nachzubilden. Dies erfolgt in dem in Fig. 1 wiedergegebenen Axialfeldmotor durch eine entsprechende Segmentierung des Rotors 4, wie aus den vergrößerten Detailansichten gemäß Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich wird.
Fig. 2 zeigt den Axialfeldmotor gemäß Fig. 1 mit entsprechendem Rotor 4 sowie den beiden Statorringen 5 und 6. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurden in Fig. 2 die Halterungen 7 und 8 weggelassen. Die Statoren sind am oberen und unteren Ende geschnitten wiedergegeben, was durch eine entsprechende Schraffur angedeutet ist. Ferner sind schematisiert die Wicklungen 501 des Stators 5 bzw. 601 des Stators 6 angedeutet. Die Position des Rotors 4 gemäß Fig. 2 ist derart gewählt, dass ersichtlich wird, dass der Rotor in mehrere Segmente aufgeteilt ist, wobei benachbarte Segmente in Umfangsrichtung mit dem Abstand d voneinander beabstandet sind.
Fig. 3 verdeutlicht nochmals den segmentierten Aufbau des Rotors 4. Diese Figur zeigt die Axialfeldmaschine der Fig. 2 in Draufsicht, wobei zur Verdeutlichung des Aufbaus des Rotors der Stator 6 weggelassen wurde. Man erkennt, dass der ringförmige Rotor 4 aus drei Rotorsegmenten 4a, 4b und 4c mit dazwischen liegendem Ab- stand d besteht. Hinter den durch die Abstände d gebildeten Spalten ist ein Teil des durchgehenden Statorrings 5 zu sehen, wie durch entsprechende Schraffuren in Fig. 3 angedeutet ist. Jedes der Rotorsegmente 4a bis 4c ist mechanisch von den anderen Rotorsegmenten separiert und über gleichmäßig entlang des jeweiligen Rotorsegments verteilte Speichen 9 an der Antriebswelle 1 befestigt. Für jede Befestigung eines Segments werden dabei drei Speichen verwendet, welche an einem gemeinsamen radialen Befestigungsabschnitt auf der Antriebswelle 1 befestigt sind.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 dient dabei zur Nachbildung eines Antriebs einer Windkraftanlage mit drei Rotorblättern. Die drei Rotorsegmente entsprechen somit den drei Rotorblättern. Für Windenergieanlagen mit einer anderen Anzahl von Rotorblättern wird die Zahl der Rotorsegmente entsprechend angepasst. Durch die Nachbildung der Befestigung der Rotorblätter auf der Antriebswelle können durch geeignete Ansteuerung der Wicklungen des Stators die in einem Rotorblattantrieb auftretenden Tangential- und Axialkräfte generiert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Axialkräfte an unterschiedlichen Positionen entlang des Umfangs der Antriebswelle in Abhängigkeit von der Position des Rotorsblatts unterscheiden können. Demzufolge können in der hier beschriebenen Ausführungsform in den Statorwicklungen nicht nur Ströme erzeugt werden, welche zwischen den Statorwicklungen unterschiedlich sind, sondern auch Ströme, welche innerhalb einer Statorwicklung in Umfangsrichtung des Stators variieren. Das heißt, in einer jeweiligen Statorwicklung kann die Stromverteilung über den Umfang des jeweiligen Stators unterschiedlich verteilt werden, wobei die Verteilung sich dynamisch in Abhängigkeit von der Position der jeweiligen Rotorsegmente verändern kann. Die Stromverteilung dreht sich somit synchron mit dem Rotor.
Um eine möglichst hoch auflösende und genau steuerbare Nachbildung von Axialkräften in Umfangsrichtung zu erreichen, ist die Wicklung des Stators vorzugsweise in eine große Anzahl an Wicklungssegmenten unterteilt, wobei jedes Segment aus einem eigenen Wechselrichter mit zugehöriger Stromsteuerung gespeist wird. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer solchen Statorsegmentierung. In Fig. 4 ist schematisch ein als Drehfeldmaschine realisierter Axialfeldmotor zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben. Es sind dabei schematisiert in Schnittdarstellung Teile eines Rotors 4 und eines Stators 6 gezeigt. Die dargestellte Ausführungsform des Rotors ist eine Flachmagnetanordnung, bei der flache Permanentmagnete 10 auf den Außenseiten des Rotors angeordnet sind, wobei aus Über- sichtlichkeitsgründen nur die Permanentmagnete auf die zum Stator 6 weisende Seite des Rotors wiedergegeben sind. Man erkennt, dass der Stator 6 eine Einschichtwicklung umfasst, wobei drei Wicklungssegmente gezeigt sind, welche sich auf Statorsegmente 6a, 6b und 6c aufteilen. Die Statorsegmente sind dabei mechanisch getrennt gezeigt, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall ist. Die einzelnen Seg- mente können auch miteinander verbunden sein, d.h. der Stator kann auch einstückig ausgebildet sein. Die Wicklung des Stators ist eine dreiphasige Drehfeldwicklung, wobei jedem Wicklungssegment alle drei Phasen des Drehstroms zugeführt werden. Beispielhaft sind die einzelnen Spulen des linken Wicklungssegments mit Bezugszeichen Sl, S2 und S3 bezeichnet. Der Spule Sl wird dabei die erste Phase, der Spule S2 die zweite Phase und der Spule S3 die dritte Phase des Drehstroms zugeführt.
In der Ausführungsform der Fig. 4 enthält jedes Wicklungssegment lediglich ein Polpaar, welches über eine separate Stromerfassung und Stromregelung verfügt. Hierdurch kann eine sehr genaue Einstellung der Axialkräfte in verschiedenen Um- fangspositionen des Stators erreicht werden. Gegebenenfalls ist es jedoch auch mög- lieh, dass jedes Wicklungssegment mehrere Polpaare (geradzahlige Vielfache der Polteilung) umfasst. In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird das Wicklungssegment auf dem Statorsegment 6a durch drei einphasige Wechselrichter I Ia, das Wicklungssegment auf dem Statorsegment 6b durch drei einphasige Wechselrichter I Ib und das Wicklungssegment auf dem Statorsegment 6c durch drei einphasige Wech- selrichter 11c angesteuert. Die jeweiligen einphasigen Wechselrichter I Ia, I Ib und 11c können gegebenenfalls auch durch einen einzelnen dreiphasigen Wechselrichter ersetzt werden. Die Wechselrichter sind dabei mit einer Gleichspannungsschiene verbunden, an welcher die Gleichspannung Uz anliegt. Diese Gleichspannung wurde durch einen (nicht gezeigten) Gleichrichter aus der Netzspannung generiert. Mit ent- sprechenden (nicht gezeigten) Stromreglern für die einzelnen Wechselrichter der Wicklungssegmente können nunmehr die gewünschten Ströme in den einzelnen Statorsegmenten generiert werden. Die Wechselrichter können dabei räumlich getrennt vom Axialfeldmotor angeordnet werden, sie können jedoch auch in dem Axialfeldmotor integriert sein.
Wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beliebige Axialkräfte und Tangentialkräfte (d.h. Drehmomente) durch eine entsprechende Stromsteuerung bzw. Stromregelung der Wicklungen generiert werden. Es können dabei an einem Prüfstand die real auftretenden Kräfte gezielt nachgebildet werden. Die durch das nachzubildende Antriebselement zu erzeugenden Axialkräfte und Drehmomente sind dabei bekannt und eine entsprechende Stromre- gelung zur Generierung der Axialkräfte bzw. Drehmomente ist für den Fachmann problemlos realisierbar. Insbesondere verfügt der Axialfeldmotor gemäß der Erfindung über entsprechende Kraftsensoren zur Erfassung der Axialkräfte und/oder Drehmomente. Mit Hilfe der erfassten Sensordaten kann dann durch Rückkopplung mit der Stromregelung der Strom in den einzelnen Wicklungen bzw. Wicklungssegmenten derart eingestellt werden, dass die Krafteinwirkung eines Antriebselements auf die Antriebwelle simuliert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass ein Prüfstand für einen Antriebsstrang realisiert werden kann, ohne dass die mechanischen Antriebselemente des Antriebsstrangs selbst am Prüfstand angebracht sind. Vielmehr können die an sich bekannten, auf die Antriebswelle wirkenden Drehmomente bzw. Axialkräfte durch geeignete Stromsteuerung eines Axialfeldmotors realisiert werden und basierend darauf entsprechende Prüfungen von weiteren Komponenten des entsprechenden Antriebsstrangs durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente, insbesondere der Rotorblätter einer Windenergiean- läge, auf zumindest eine Antriebskomponente (2, 3) eines Antriebsstrangs, umfassend: einen Axialfeldmotor zum Antrieb einer Antriebswelle (1), welche mit der zumindest einen Antriebskomponente (2, 3) koppelbar ist, wobei der Axialfeldmotor zumindest einen Rotor (4) und zumindest einen Stator (5, 6) so- wie zumindest eine Wicklung (501, 601) zur Erzeugung zumindest eines axialen Magnetfelds aufweist;
- eine Stromspeisung (I Ia, I Ib, Hc), mit der die zumindest eine Wicklung (501, 601) im Betrieb der Vorrichtung (I Ia, I Ib, Hc) derart mit Strom o- der Strömen gespeist wird, dass bei Kopplung der Antriebswelle (1) mit der zumindest einen Antriebskomponente (2, 3) die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine Antriebskomponente (2, 3) wirkenden Kräfte nachgebildet werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialfeldmo- tor zwei axial versetzte Wicklungen (501, 601) zur Erzeugung axialer Magnetfelder mit zumindest zwei unabhängigen axial versetzten Magnetkreisen aufweist und die axial versetzten Wicklungen (501, 601) über die Stromspeisung (Ha, I Ib, l lc) mit unterschiedlich großen Strömen gespeist werden können, um bei Kopplung der Antriebswelle (1) mit der zumindest einen Antriebskom- ponente (2, 3) die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine
Antriebskomponente (2, 3) wirkenden Kräfte nachzubilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialfeldmotor ein Synchronmotor mit Permanentmagneterregung ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Rotor (4) in mehrere Rotorsegmente (4a, 4b, 4c), insbesondere in drei Rotorsegmente, aufgeteilt ist, wobei jedes Rotorsegment (4a, 4b, 4c) an unterschiedlichen Befestigungspositionen auf der Antriebswelle (1) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorsegment (4a, 4b, 4c) über eine oder mehrere Speichen (9) an der Antriebswelle (1) befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (9) gleichmäßig in Umfangsrichtung eines jeweiligen Rotorsegments (4a, 4b, 4c) verteilt sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialfeldmotor zwei axial versetzte Statoren (5, 6) mit dazwischen liegendem Rotor (4) aufweist, wobei jeder Stator (5, 6) eine axial versetzte Wicklung (501, 601) enthält und der Rotor (4) Permanentmagnete (10) umfasst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) auf seinen axial gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Vielzahl von Permanentmagneten (10) mit Eisenrückschluss aufweist, wobei die axial gegenüber liegenden Seiten insbesondere durch ein magnetisch nicht leitendes Material, ins- besondere Glasfaser und/oder Aluminium, voneinander getrennt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (10) in Flachmagnetanordnung und/oder in Sammleranordnung auf dem Rotor (4) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspeisung eine separate Wechselrichteranordnung für jede axial versetzte Wicklung (501, 601) umfasst, wobei jede Wechselrichteranordnung zumindest einen Wechselrichter (I Ia, 1 Ib, 1 Ic) mit zugehöriger Stromregelung aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (I Ia, I Ib, Hc) der Wechselrichteranordnungen in dem Axialfeldmotor integriert sind und/oder separat vom Axialfeldmotor angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wicklung (501, 601) des Axialfeldmotors in Um- fangsrichtung um die Antriebswelle in mehrere Wicklungssegmente (6a, 6b, 6c) unterteilt ist, welche mit verschieden großen Strömen gespeist werden kön- nen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wicklungssegment (6a, 6b, 6c) über zumindest einen separaten Wechselrichter (I Ia, 1 Ib, 1 Ic) mit zugehöriger Stromregelung mit Strom gespeist werden kann.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialfeldmotor eine Drehfeldmaschine ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14 in Kombination mit Anspruch 12 oder 13, da- durch gekennzeichnet, dass die Drehfeldmaschine eine mehrpolige Drehfeldmaschine ist, wobei jedes Wicklungssegment (6a, 6b, 6c) ein oder mehrere Polpaare umfasst.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zu- mindest eine Wicklung (501, 601) eine Einschichtwicklung und/oder eine
Mehrschichtwicklung und/oder eine Zahnspulenwicklung umfasst.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung der mit dem Axialfeldmotor erzeugten Drehmomente und/oder Axialkräfte umfasst.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Kraft- und Drehmomentregelung umfasst, mit der die Ströme der Stromspeisung (I Ia, I Ib, Hc) derart eingestellt werden können, dass die Krafteinwirkung des oder der Antriebselemente nachgebildet wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft- und Drehmomentregelung die Ströme mit Hilfe der von dem oder den Sensoren erfassten Größen regelt.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine oder mehrere Magnetfeldsensoren zur Erfassung eines oder mehrerer axialer Luftspalte zwischen dem zumindest einen Rotor (4) und dem zumindest einen Stator (5, 6) umfasst.
21. Verfahren zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente, insbesondere der Rotorblätter einer Windenergieanlage, auf zumindest eine Antriebskomponente (2, 3) eines Antriebsstrangs mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wicklung (501, 601) über die Stromspeisung (I Ia, 1 Ib, 1 Ic) derart mit Strom oder Strömen gespeist wird, dass im gekoppelten Zustand der Antriebswelle (1) mit der zumindest einen Antriebskomponente (2, 3) die durch das oder die Antriebselemente auf die zumindest eine Antriebskomponente (2, 3) wirkenden Kräfte nachgebildet werden.
PCT/EP2009/062163 2008-10-01 2009-09-21 Vorrichtung zum nachbilden der krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer antriebselemente auf zumindest eine antriebskomponente eines antriebsstrangs WO2010037647A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008049861.0 2008-10-01
DE102008049861A DE102008049861B3 (de) 2008-10-01 2008-10-01 Vorrichtung zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente auf zumindest eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010037647A1 true WO2010037647A1 (de) 2010-04-08

Family

ID=41460214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/062163 WO2010037647A1 (de) 2008-10-01 2009-09-21 Vorrichtung zum nachbilden der krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer antriebselemente auf zumindest eine antriebskomponente eines antriebsstrangs

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008049861B3 (de)
WO (1) WO2010037647A1 (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865770A (zh) * 2010-05-07 2010-10-20 武汉理工大学 大扭矩大速比混合式减速器测试装置
CN102519720A (zh) * 2011-12-22 2012-06-27 太原重工股份有限公司 一种风电机组变桨系统的试验装置
WO2012092734A1 (zh) * 2011-01-06 2012-07-12 三一电气有限责任公司 叶片静态加载台及叶片静态试验系统
CN103940564A (zh) * 2014-04-11 2014-07-23 东北大学 一种转子支承系统动力学相似测试实验台及测试方法
CN103983454A (zh) * 2014-05-26 2014-08-13 湖南科技大学 一种风电机组传动链全工况测试模拟装置
CN107314893A (zh) * 2017-05-08 2017-11-03 上海交通大学 一种模块化多功能转子实验台
WO2019141738A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-25 Logicdata Electronic & Software Entwicklungs Gmbh Linearaktuator für ein möbelsystem, elektrisch verstellbares möbelsystem, einbauverfahren für einen linearaktuator in ein möbelsystem und möbelsystemanordnung
CN113834653A (zh) * 2020-06-05 2021-12-24 中国科学院金属研究所 一种轴承测试台架一体化驱动装置
EP4056976A1 (de) * 2021-03-08 2022-09-14 Baker Hughes Oilfield Operations LLC Störsysteme und verfahren

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010004870A1 (de) 2010-01-18 2011-07-21 Bosch Mahle Turbo Systems GmbH & Co. KG, 70376 Drehlageranordnung
DE102010049407B4 (de) * 2010-09-23 2015-02-19 Converteam Gmbh Prüfstand für eine Windkraftanlage und Verfahren zum Prüfen einer Windkraftanlage in einem Prüfstand

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03238376A (ja) * 1990-02-16 1991-10-24 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 風力発電の模擬試験装置
US5537865A (en) * 1995-01-03 1996-07-23 Shultz; Duane E. Apparatus and methods for testing transmissions
EP1100188A2 (de) * 1999-11-11 2001-05-16 Ford Global Technologies, Inc. Elektrische Machine mit Permanentmagnetpolen und steuerbarem Rotorfluss
EP1170579A2 (de) * 2000-06-27 2002-01-09 Kabushiki Kaisha Meidensha Vorrichtung für Transachstest
DE102004021645A1 (de) * 2004-05-03 2005-12-01 Mecatronix Gmbh Vorrichtung zum Prüfen von Maschinenbauteilen
US20070018520A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Nissan Motor Co., Ltd. Motor/generator to reduce cogging torque
WO2007144003A2 (en) * 2006-07-03 2007-12-21 Vestas Wind Systems A/S A test bench and a method for testing wind turbine equipment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2499164C (en) * 2002-09-18 2009-05-12 Neg Micon Control Systems A/S An electrical motor/generator having a number of stator pole cores being larger than a number of rotor pole shoes
AU2002342894A1 (en) * 2002-11-08 2004-06-07 Reichen, Werner Synchronous machine comprising a permanent magnet excited axial field in a wind power station
DE602004005414D1 (de) * 2004-02-10 2007-05-03 Gamesa Eolica S A Soc Uniperso Prüfstand für Windkraftanlagen
DE102004021412A1 (de) * 2004-04-30 2005-11-24 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Anregung einer Torsionsschwingung in einem rotierenden Antriebsstrang
US7656135B2 (en) * 2007-01-05 2010-02-02 General Electric Company Method and apparatus for controlling rotary machines

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03238376A (ja) * 1990-02-16 1991-10-24 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 風力発電の模擬試験装置
US5537865A (en) * 1995-01-03 1996-07-23 Shultz; Duane E. Apparatus and methods for testing transmissions
EP1100188A2 (de) * 1999-11-11 2001-05-16 Ford Global Technologies, Inc. Elektrische Machine mit Permanentmagnetpolen und steuerbarem Rotorfluss
EP1170579A2 (de) * 2000-06-27 2002-01-09 Kabushiki Kaisha Meidensha Vorrichtung für Transachstest
DE102004021645A1 (de) * 2004-05-03 2005-12-01 Mecatronix Gmbh Vorrichtung zum Prüfen von Maschinenbauteilen
US20070018520A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Nissan Motor Co., Ltd. Motor/generator to reduce cogging torque
WO2007144003A2 (en) * 2006-07-03 2007-12-21 Vestas Wind Systems A/S A test bench and a method for testing wind turbine equipment

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865770A (zh) * 2010-05-07 2010-10-20 武汉理工大学 大扭矩大速比混合式减速器测试装置
WO2012092734A1 (zh) * 2011-01-06 2012-07-12 三一电气有限责任公司 叶片静态加载台及叶片静态试验系统
CN102519720A (zh) * 2011-12-22 2012-06-27 太原重工股份有限公司 一种风电机组变桨系统的试验装置
CN103940564A (zh) * 2014-04-11 2014-07-23 东北大学 一种转子支承系统动力学相似测试实验台及测试方法
CN103983454A (zh) * 2014-05-26 2014-08-13 湖南科技大学 一种风电机组传动链全工况测试模拟装置
CN103983454B (zh) * 2014-05-26 2017-02-01 湖南科技大学 一种风电机组传动链全工况测试模拟装置
CN107314893A (zh) * 2017-05-08 2017-11-03 上海交通大学 一种模块化多功能转子实验台
WO2019141738A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-25 Logicdata Electronic & Software Entwicklungs Gmbh Linearaktuator für ein möbelsystem, elektrisch verstellbares möbelsystem, einbauverfahren für einen linearaktuator in ein möbelsystem und möbelsystemanordnung
CN113834653A (zh) * 2020-06-05 2021-12-24 中国科学院金属研究所 一种轴承测试台架一体化驱动装置
EP4056976A1 (de) * 2021-03-08 2022-09-14 Baker Hughes Oilfield Operations LLC Störsysteme und verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008049861B3 (de) 2010-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008049861B3 (de) Vorrichtung zum Nachbilden der Krafteinwirkung eines oder mehrerer mechanischer Antriebselemente auf zumindest eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs
DE102011077651A1 (de) Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage
DE102012202735B4 (de) Dynamoelektrische Maschine mit einer Einschichtbruchlochwicklung
DE102009038251B4 (de) Verfahren zum Bewerten von Permanentmagnetmotoren nach der Herstellung und während der Wartung
DE102012022089A1 (de) Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs und Verfahren zur Einstellung einer Drehzahl
WO2013072005A1 (de) Verfahren zur dämpfung von torsionsschwingungen in einer energieerzeugungsanlage
DE102012018209A1 (de) Messverfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Eisenverlustes in einem Blechpaket für eine elektrische Maschine
DE102018219244A1 (de) Rotoreinheit für eine elektrische Maschine
EP2771663B1 (de) Prüfvorrichtung und verfahren zum prüfen einer ersten und/oder einer zweiten elektrischen maschine
EP2360830B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Simulation eines elektromechanischen Wandlers
DE10326816A1 (de) Verfahren und Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung einer Torsionsschwingung in einem rotierenden Antriebsstrang
DE102020203944A1 (de) Verschaltungseinheit und Verfahren zum Herstellen eines Wicklungssystems
EP2048554B1 (de) Verfahren zur Simulation eines Elektromotors oder Generators
WO2013034313A2 (de) Doppelterregte synchronmaschine
EP2862268B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bremsen eines rotierenden elementes einer anordnung sowie anordnung mit einer derartigen vorrichtung
EP1443639B1 (de) Rotierender Erreger für große Ströme
DE2810645A1 (de) Elektrischer motor bzw. generator und deren verwendung
EP2800898B1 (de) Windkraftgenerator und blattmontageverfahren
DE102017114153B4 (de) Elektromagnetischer Schwingungsanreger zur Schwingungsanregung der Schaufeln eines Schaufelkranzes
WO2021110203A1 (de) Elektrische axialflussmaschine und antriebssystem
DE3330027A1 (de) Vorrichtung zum betrieb einer vielzahl von mehrphasigen wechselstrommotoren mit gemeinsamer last
DE102007048770A1 (de) Elektronische Nachbildung eines Elektromotors und Testsystem für Steuergeräte
DE102019123259A1 (de) Verfahren zum Verfestigen einer Brückenanordnung eines Rotationskörpers
DE102011077488A1 (de) Magnetlager mit Drehfeld und Verfahren
EP2186184B1 (de) Elektrische maschine mit einem kommutator, sowie verfahren zum betreiben der elektrischen maschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09736156

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09736156

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1