WO2011088925A2 - Wind turbine having one or more rotor blades - Google Patents

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WO2011088925A2
WO2011088925A2 PCT/EP2010/068679 EP2010068679W WO2011088925A2 WO 2011088925 A2 WO2011088925 A2 WO 2011088925A2 EP 2010068679 W EP2010068679 W EP 2010068679W WO 2011088925 A2 WO2011088925 A2 WO 2011088925A2
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drive motor
rotor blade
direct drive
blade
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Matthias Bandorf
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor
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    • 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 a wind energy plant with one or more rotor blades arranged so as to be angularly adjustable on a rotor hub via a rotary bearing, each rotor blade being connected to an adjustment drive for the blade angle adjustment.
  • Wind turbines have been implemented in a variety of configurations, for example, with only one rotor blade whose mass must then be compensated by a counterweight. Modern wind turbines preferably have two or three rotor blades as the optimum in terms of construction cost, cost and efficiency.
  • the present invention preferably, although not exclusively, relates to wind power plants of the latter type.
  • Hydraulic or electrical systems are used, for example, as adjusting drives for blade pitch adjustment.
  • a central adjusting drive which is preferably the case with hydraulic systems, or that each rotor blade is assigned an individual adjusting drive.
  • This latter arrangement is preferably realized in electrical Versteilantrieben.
  • conventional electric adjusting systems preferably each comprise a geared motor assigned to a rotor blade, which adjusts the rotor blade via a pinion and a toothed ring arranged on the rotor blade root, as indicated, for example, in DE 199 48 997 B4.
  • an adjustment speed in the range of 5 ° to 10 ° per second is sought.
  • the gearboxes of the geared motors must have high ratios, which is achieved, for example, with multi-stage planetary gears or worm gears.
  • the rotor blades In order to enable synchronization of the blade pitch angle for individually assigned adjusting drives, the rotor blades must be assigned adjusting angle sensors whose signals are utilized in a control and regulating device for the control of the adjusting drives.
  • the invention is based on the finding that the above-mentioned difficulties and disadvantages are caused in particular by the complex, heavily geared transmission, and that would require a simplification in the gearboxes.
  • the invention is therefore based on a wind turbine with one or more on a rotor hub via a pivot bearing angularly adjustable rotor blades, each rotor blade is connected to a Versteilantrieb for the blade angle adjustment.
  • the Versteilantrieb is designed as a direct drive motor whose rotor is connected directly or via coupling means with the rotor blade and the stator is supported on the rotor hub.
  • Modern direct drive motors can be optimized for very specific characteristics, such as high torques (high torque), high speeds, high positioning accuracy or high energy efficiency.
  • direct drives are drives in which the drive motor is connected to the respective driven unit directly or at most via coupling means.
  • the drive motor is designed so that it directly has the speed of the driven unit, so that transmission or reduction gearbox can be omitted.
  • a direct drive motor is used, which is connected directly or optionally via suitable coupling means with the rotor blade, wherein the stator of the direct drive motor is supported on the structure of the rotor hub.
  • the design of the direct drive The gate is made so that it provides exactly the desired blade pitch and the desired angle of attack.
  • the rotor of the direct drive motor in each case with an associated with the rotor blade bearing ring of the pivot bearing and the stator of the direct drive motor each with a rotor hub associated bearing ring of the pivot bearing form an integrated unit.
  • the rotor blade bearing on the one hand and the direct drive motor on the other hand an integrated system, whereby a significant component reduction is achieved.
  • This design falls into the category of each one rotor blade individually assigned Versteilantriebe.
  • Another embodiment of the invention provides that the rotor of the direct drive motor is connected to the rotating element of a threaded spindle drive, and that the longitudinally displaceable element of the threaded spindle drive is coupled to the respective associated rotor blade.
  • this embodiment makes it possible to individually associate each adjustment blade drive with each rotor blade, but on the other hand also to adjust all the rotor blades by means of a central adjustment drive, in which case the longitudinally displaceable element of the threaded spindle drive is coupled to all rotor blades via coupling means.
  • the rotor of the direct drive motor with the spindle nut of the threaded spindle drive forms an integrated unit, wherein the threaded spindle is coupled in the manner described above with the respective associated rotor blade.
  • a direct drive motor to a drive pinion which is arranged with an arranged on the associated rotor blade, concentric with the axis of rotation of the rotor blade inner or outer ring gear is engaged.
  • This embodiment is particularly suitable for replacing the gear motors by direct drive motors in existing systems in which the rotor blades are adjusted by means of geared motors, pinions and sprockets.
  • FIG. 1 schematically shows a longitudinal section through a wind energy plant, wherein pivot bearing and Versteilantrieb represent an integrated system
  • Fig. 2 is a view similar to FIG. 1, wherein a central adjustment drive is designed as a threaded spindle drive with directly driven spindle nut, and
  • Fig. 3 is a view similar to Figs. 1 and 2, wherein individually associated Verve drives are designed as direct drive motors which adjust the rotor blades via sprocket and sprocket. Detailed description of the drawings
  • the wind turbine 2 shown in Fig. 1 comprises a rotatably mounted rotor hub 4, which is connected in a known and therefore not shown manner with an electric generator.
  • rotor hub 4 two diametrically opposite rotor blades 6 and 8 are arranged in the present embodiment, which are arranged in each case via a rotary bearing 10 and 12 about an axis of rotation 14 and 16 angularly adjustable on the rotor hub 4.
  • the angle of attack of the rotor blades 6, 8 adapted to the respective wind conditions and optionally adjusted to a braking position, as is known per se.
  • a corresponding arrangement is also possible with three or more rotor blades.
  • the rotary bearings 10, 12 each have a bearing ring 18 or 20 assigned to the rotor blade and a bearing ring 22 or 24 assigned to the rotor hub 4.
  • the rotor hub 4 associated bearing rings 22 and 24 respectively form the stator and the rotor blades 6, 8 associated bearing rings 18 and 20, the rotor of a direct drive motor, wherein the bearing rings or stators 22, 24 respectively via an electrical connection line 26 and 28 are powered.
  • This arrangement is particularly space-saving, since it claims essentially no space within the rotor hub 4.
  • the electrical connection lines 26, 28 are connected to a control and regulating device, not shown, via which the angle of attack of the rotor blades 6, 8 is controlled synchronously. Since the direct drive motors integrated with the pivot bearings 10, 12 can be accurately positioned via the regulation and control device, separate rotation angle sensors are not required.
  • FIG. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1, which differs from the latter only in the adjustment drive device for adjusting the rotor blades 30, 32. separates. While in the embodiment of FIG. 1 each rotor blade 6, 8 is assigned its own adjustment individually, the embodiment of FIG. 2 includes a central adjustment 34 for synchronous angular adjustment of the rotor blades 30, 32.
  • the adjustment 34 is a direct drive motor, the rotor forms an integrated unit with the rotating element, here with the spindle nut 36 of a threaded spindle drive 38.
  • the longitudinally displaceable threaded spindle 40 is drivingly connected via suitable coupling means 42 (here adjusting lever) to the rotor blades 30, 32, so that they are always adjusted synchronously upon actuation of the Versteilantriebes 34.
  • FIG. 3 shows a view similar to Figures 1 and 2 and differs from these again only in the Verstellantriebs adopted for adjusting the rotor blades 46 and 48th
  • each of the rotor blades 46, 48 which can be angularly adjusted on the rotor hub 66 is assigned an adjusting drive 50 or 52 individually.
  • the Versteilantriebe 50, 52 are formed as direct drive motors, at the output shaft each have a drive pinion 54 and 56 is arranged, which is arranged with an on the associated rotor blade 46 and 48, to the axis of rotation 68 of the rotor blades concentric outer ring gear 58 and 60 respectively.
  • the Versteilantriebe 50, 52 are again controlled via electrical connection lines 62 and 64 by a control and regulating device so that the rotor blades 46, 48 are adjusted synchronously, which by the high positioning accuracy of trained as direct drive motors Verification drives 50, 52 readily possible is, without the angular position of the rotor blades 46, 48 must be detected by separate rotation angle sensors. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to a wind turbine having one or more rotor blades (6, 8) disposed on a rotor hub so as to be angularly adjustable by means of a rotary bearing (10, 12), wherein each rotor blade is connected to an adjustment drive for the blade angle adjustment. In order to avoid the gearbox downstream of the drive motors which is necessary in conventional adjustment drives and requires a considerable amount of space and continuous intensive maintenance, according to the invention the respective adjustment drive is designed as a direct drive motor, the rotor of which is connected directly or via coupling means to the rotor blade (6, 8) and the stator of which is supported on the rotor hub (4). In a preferred embodiment the rotor of the direct drive motor is combined respectively with a bearing ring (18, 20) of the rotary bearing associated with the rotor blade (6, 8) to form an integrated structural unit and the stator of the direct drive motor is combined respectively with a bearing ring (22, 24) associated with the rotor hub (4) to form an integrated structural unit, i.e. the rotary bearing and the adjustment drive form an integrated system.

Description

Bezeichnung der Erfindung  Name of the invention
Windenergieanlage mit einem oder mehreren Rotorblättern Wind energy plant with one or more rotor blades
Beschreibung description
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem oder mehreren an einer Rotornabe über ein Drehlager winkelverstellbar angeordneten Rotorblätter, wobei jedes Rotorblatt mit einem Versteilantrieb für die Blattwinkelverstellung verbunden ist. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a wind energy plant with one or more rotor blades arranged so as to be angularly adjustable on a rotor hub via a rotary bearing, each rotor blade being connected to an adjustment drive for the blade angle adjustment.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Windenergieanlagen sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen verwirklicht worden, beispielsweise mit nur einem Rotorblatt, dessen Masse dann durch ein Gegengewicht ausgeglichen werden muss. Moderne Windenergieanlagen haben vorzugsweise zwei oder drei Rotorblätter als Optimum hinsichtlich des Bauaufwandes, der Kosten und des Wirkungsgrades. Wind turbines have been implemented in a variety of configurations, for example, with only one rotor blade whose mass must then be compensated by a counterweight. Modern wind turbines preferably have two or three rotor blades as the optimum in terms of construction cost, cost and efficiency.
Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise, wenn auch nicht aus- schließlich, Windenergieanlagen der zuletzt genannten Art. Als Versteilantriebe für die Blattwinkelverstellung werden beispielsweise hydraulische oder elektrische Systeme eingesetzt. Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit, dass alle Rotorblätter durch einen zentralen Versteilantrieb synchron verstellt werden, was vorzugsweise bei hydraulischen Systemen der Fall ist, oder dass jedem Rotorblatt ein individueller Versteilantrieb zugeordnet ist. Diese letztere Anordnung ist vorzugsweise bei elektrischen Versteilantrieben verwirklicht. Herkömmliche elektrische Stellsysteme umfassen dabei vorzugsweise jeweils einen einem Rotorblatt zugeordneten Getriebemotor, der über ein Ritzel und einen an der Rotorblattwurzel angeordneten Zahnkranz das Rotor- blatt verstellt, wie beispielsweise in der DE 199 48 997 B4 angegeben ist. Um dynamische Überlasten zu vermeiden, wird eine Verstellgeschwindigkeit im Bereich von 5° bis 10° pro Sekunde angestrebt. Um diese Verstellgeschwindigkeit zu ermöglichen, müssen die Getriebe der Getriebemotoren hohe Übersetzungen aufweisen, was beispielsweise mit vielstufigen Plane- tengetrieben oder Schneckengetrieben verwirklicht wird. Um bei individuell zugeordneten Versteilantrieben eine Synchronisierung der Blatteinstellwinkel zu ermöglichen, müssen den Rotorblättern Stellwinkelsensoren zugeordnet sein, deren Signale in einer Steuer- und Regeleinrichtung für die An- steuerung der Versteilantriebe verwertet werden. The present invention preferably, although not exclusively, relates to wind power plants of the latter type. Hydraulic or electrical systems are used, for example, as adjusting drives for blade pitch adjustment. In principle, there is the possibility that all rotor blades are adjusted synchronously by a central adjusting drive, which is preferably the case with hydraulic systems, or that each rotor blade is assigned an individual adjusting drive. This latter arrangement is preferably realized in electrical Versteilantrieben. In this case, conventional electric adjusting systems preferably each comprise a geared motor assigned to a rotor blade, which adjusts the rotor blade via a pinion and a toothed ring arranged on the rotor blade root, as indicated, for example, in DE 199 48 997 B4. To avoid dynamic overloads, an adjustment speed in the range of 5 ° to 10 ° per second is sought. In order to enable this adjustment speed, the gearboxes of the geared motors must have high ratios, which is achieved, for example, with multi-stage planetary gears or worm gears. In order to enable synchronization of the blade pitch angle for individually assigned adjusting drives, the rotor blades must be assigned adjusting angle sensors whose signals are utilized in a control and regulating device for the control of the adjusting drives.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil von Getriebemotoren liegt in deren vergleichsweise großem Platzbedarf, welcher insbesondere bei den Rotorblättern individuell zugeordneten Versteilantrieben einen Einbau in dem begrenzten Einbauraum der Rotornabe schwierig macht. Weitere Nachteile liegen in dem zusätzlichen Wartungsaufwand für die Getriebe, deren Verschleiß, dem von den Getrieben erzeugten Betriebsgeräusch und schließlich auch den zusätzlichen Kosten. Außerdem verringert sich die Gesamtsys- temsteifigkeit infolge der langen Wirkungskette, die durch die zahlreichen hintereinander angeordneten und miteinander in Eingriff befindlichen Ge- triebeelemente gebildet wird. Another major disadvantage of geared motors is their comparatively large footprint, which makes it difficult to install in the limited installation space of the rotor hub especially in the rotor blades individually assigned Versteilantrieben. Other disadvantages are the additional maintenance of the gearbox, their wear, the operating noise generated by the gears and finally the additional cost. In addition, the overall system stiffness is reduced due to the long chain of action formed by the numerous gear elements disposed one behind the other and engaged with each other.
Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welcher die Versteilantriebe für die Blattwinkelverstellung vor allem erheblich einfacher, kompakter und preiswerter sind sowie einen erheblich geringeren Wartungsaufwand erfordern. OBJECT OF THE INVENTION It is the object of the invention to provide a wind energy plant of the type mentioned in the preamble of claim 1, in which the adjusting drives for the blade angle adjustment are, above all, considerably simpler, are more compact and cheaper and require a much lower maintenance.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben genannten Schwierigkeiten und Nachteile insbesondere durch die aufwendigen, stark untersetzten Getriebe verursacht werden, und dass eine Vereinfachung bei den Getrieben ansetzen müsste. The invention is based on the finding that the above-mentioned difficulties and disadvantages are caused in particular by the complex, heavily geared transmission, and that would require a simplification in the gearboxes.
Die Erfindung geht daher aus von einer Windenergieanlage mit einem oder mehreren an einer Rotornabe über ein Drehlager winkelverstellbar angeordneten Rotorblättern, wobei jedes Rotorblatt mit einem Versteilantrieb für die Blattwinkelverstellung verbunden ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Versteilantrieb als Direktantriebsmotor ausgebildet ist, dessen Rotor direkt oder über Kopplungsmittel mit dem Rotorblatt verbunden ist und dessen Stator sich an der Rotornabe abstützt. Moderne Direktantriebsmotoren können auf ganz bestimmte Eigenschaften hin optimiert werden, bei- spielsweise auf hohe Drehmomente (high torque), hohe Geschwindigkeiten (high speed), hohe Positioniergenauigkeit oder hohe Energieeffizienz. The invention is therefore based on a wind turbine with one or more on a rotor hub via a pivot bearing angularly adjustable rotor blades, each rotor blade is connected to a Versteilantrieb for the blade angle adjustment. It is inventively provided that the Versteilantrieb is designed as a direct drive motor whose rotor is connected directly or via coupling means with the rotor blade and the stator is supported on the rotor hub. Modern direct drive motors can be optimized for very specific characteristics, such as high torques (high torque), high speeds, high positioning accuracy or high energy efficiency.
Direktantriebe sind definitionsgemäß Antriebe, bei denen der Antriebsmotor mit dem jeweils angetriebenen Aggregat direkt oder allenfalls über Kopp- lungsmittel verbunden ist. Der Antriebsmotor wird so ausgelegt, dass er direkt die Drehzahl des angetriebenen Aggregates hat, so dass Übersetzungsoder Untersetzungsgetriebe entfallen können. By definition, direct drives are drives in which the drive motor is connected to the respective driven unit directly or at most via coupling means. The drive motor is designed so that it directly has the speed of the driven unit, so that transmission or reduction gearbox can be omitted.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Direktantriebsmotor genutzt, wel- eher direkt oder gegebenenfalls über geeignete Kopplungsmittel mit dem Rotorblatt verbunden ist, wobei sich der Stator des Direktantriebsmotors an der Struktur der Rotornabe abstützt. Die Auslegung des Direktantriebsmo- tors wird so getroffen, dass dieser die gewünschte Blattverstellgeschwindigkeit und den gewünschten Anstellwinkel exakt liefert. In the present invention, a direct drive motor is used, which is connected directly or optionally via suitable coupling means with the rotor blade, wherein the stator of the direct drive motor is supported on the structure of the rotor hub. The design of the direct drive The gate is made so that it provides exactly the desired blade pitch and the desired angle of attack.
Durch die Verwendung der beschriebenen Antriebsmotoren entfallen nach- geordnete Getriebe, so dass die damit verbundenen Kosten, ein Verschleiß, Betriebsgeräusche und Wartungsaufwand vermieden werden, wobei die Versteilantriebe gleichzeitig einen geringeren Platzbedarf haben und eine höhere Systemsteif ig keit aufweisen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass Direktantriebsmotoren selbst eine hohe Positioniergenauigkeit erreichen, so dass zusätzliche Drehwinkelsensoren entfallen bzw. im Direktantrieb integriert werden können. The use of the drive motors described eliminates secondary gear units, so that the associated costs, wear, operating noise and maintenance costs are avoided, with the variable speed drives simultaneously requiring less space and having a higher system rigidity. Another advantage results from the fact that direct drive motors themselves achieve a high positioning accuracy, so that additional rotation angle sensors can be dispensed with or integrated in the direct drive.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor des Direktantriebsmotors jeweils mit einem dem Rotorblatt zugeordne- ten Lagerring des Drehlagers und der Stator des Direktantriebsmotors jeweils mit einem der Rotornabe zugeordneten Lagerring des Drehlagers eine integrierte Baueinheit bilden. In diesem Fall bilden demnach die Rotorblattlagerung einerseits und der Direktantriebsmotor andererseits ein integriertes System, womit eine erhebliche Bauteilreduzierung erreicht wird. Diese Aus- gestaltung fällt in die Kategorie der jeweils einem Rotorblatt individuell zugeordneten Versteilantriebe. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the rotor of the direct drive motor in each case with an associated with the rotor blade bearing ring of the pivot bearing and the stator of the direct drive motor each with a rotor hub associated bearing ring of the pivot bearing form an integrated unit. In this case, therefore, form the rotor blade bearing on the one hand and the direct drive motor on the other hand, an integrated system, whereby a significant component reduction is achieved. This design falls into the category of each one rotor blade individually assigned Versteilantriebe.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor des Direktantriebsmotors mit dem drehenden Element eines Gewindespindeltriebs verbunden ist, und dass das längsverschiebbare Element des Gewindespindeltriebs mit dem jeweils zugeordneten Rotorblatt gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es einerseits, jedem Rotorblatt einen Versteilantrieb individuell zuzuordnen, andererseits aber auch, alle Rotorblätter mittels eines zentralen Versteilantriebes zu verstellen, wobei dann das längsverschiebba- re Element des Gewindespindeltriebs über Kopplungsmittel mit allen Rotorblättern gekoppelt ist. Gemäß einer besonders günstigen konstruktiven Ausgestaltung des zuletzt beschriebenen Antriebssystems bildet der Rotor des Direktantriebsmotors mit der Spindelmutter des Gewindespindeltriebs eine integrierte Baueinheit, wobei die Gewindespindel in der oben beschriebenen Weise mit dem jeweils zugeordneten Rotorblatt gekoppelt ist. Another embodiment of the invention provides that the rotor of the direct drive motor is connected to the rotating element of a threaded spindle drive, and that the longitudinally displaceable element of the threaded spindle drive is coupled to the respective associated rotor blade. On the one hand, this embodiment makes it possible to individually associate each adjustment blade drive with each rotor blade, but on the other hand also to adjust all the rotor blades by means of a central adjustment drive, in which case the longitudinally displaceable element of the threaded spindle drive is coupled to all rotor blades via coupling means. According to a particularly favorable structural design of the drive system last described, the rotor of the direct drive motor with the spindle nut of the threaded spindle drive forms an integrated unit, wherein the threaded spindle is coupled in the manner described above with the respective associated rotor blade.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung treibt ein Direktantriebsmotor ein Antriebsritzel an, welches mit einem am zugeordneten Rotorblatt angeordneten, zur Drehachse des Rotorblattes konzentrischen In- nen- oder Außenzahnkranz im Eingriff ist. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere dafür, bei bestehenden Systemen, bei denen die Rotorblätter mittels Getriebemotoren, Ritzel und Zahnkränzen verstellt werden, die Getriebemotoren durch Direktantriebsmotoren zu ersetzen. According to another embodiment of the invention drives a direct drive motor to a drive pinion which is arranged with an arranged on the associated rotor blade, concentric with the axis of rotation of the rotor blade inner or outer ring gear is engaged. This embodiment is particularly suitable for replacing the gear motors by direct drive motors in existing systems in which the rotor blades are adjusted by means of geared motors, pinions and sprockets.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings of some embodiments. It shows
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen Windenergieanlage, wobei Drehlager und Versteilantrieb ein integriertes System darstellen, 1 schematically shows a longitudinal section through a wind energy plant, wherein pivot bearing and Versteilantrieb represent an integrated system,
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1 , wobei ein zentraler Versteilantrieb als Gewindespindeltrieb mit direkt angetriebener Spindelmutter ausgebildet ist, und Fig. 2 is a view similar to FIG. 1, wherein a central adjustment drive is designed as a threaded spindle drive with directly driven spindle nut, and
Fig. 3 eine Darstellung ähnlich den Fig. 1 und 2, wobei individuell zugeordnete Versteilantriebe als Direktantriebsmotoren ausgebildet sind, welche die Rotorblätter über Ritzel und Zahnkranz verstellen. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Fig. 3 is a view similar to Figs. 1 and 2, wherein individually associated Verve drives are designed as direct drive motors which adjust the rotor blades via sprocket and sprocket. Detailed description of the drawings
Die in Fig. 1 dargestellte Windenergieanlage 2 umfasst eine drehbar gelagerte Rotornabe 4, die in bekannter und deshalb nicht näher dargestellter Weise mit einem elektrischen Generator verbunden ist. An der Rotornabe 4 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei einander diametral gegenüberliegende Rotorblätter 6 bzw. 8 angeordnet, die jeweils über ein Drehlager 10 bzw. 12 um eine Drehachse 14 bzw. 16 winkelverstellbar an der Rotornabe 4 angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Anstellwinkel der Rotorblät- ter 6, 8 an die jeweiligen Windverhältnisse angepasst und gegebenenfalls bis in eine Bremsstellung verstellt werden, wie an sich bekannt ist. Eine entsprechende Anordnung ist auch mit drei oder mehr Rotorblättern möglich. The wind turbine 2 shown in Fig. 1 comprises a rotatably mounted rotor hub 4, which is connected in a known and therefore not shown manner with an electric generator. At the rotor hub 4 two diametrically opposite rotor blades 6 and 8 are arranged in the present embodiment, which are arranged in each case via a rotary bearing 10 and 12 about an axis of rotation 14 and 16 angularly adjustable on the rotor hub 4. In this way, the angle of attack of the rotor blades 6, 8 adapted to the respective wind conditions and optionally adjusted to a braking position, as is known per se. A corresponding arrangement is also possible with three or more rotor blades.
Die Drehlager 10, 12 weisen jeweils einen dem Rotorblatt zugeordneten Lagerring 18 bzw. 20 sowie einen der Rotornabe 4 zugeordneten Lagerring 22 bzw. 24 auf. Die der Rotornabe 4 zugeordneten Lagerringe 22 bzw. 24 bilden jeweils auch den Stator und die den Rotorblättern 6, 8 zugeordneten Lagerringe 18 bzw. 20 den Rotor eines Direktantriebsmotors, wobei die Lagerringe bzw. Statoren 22, 24 jeweils über eine elektrische Anschlussleitung 26 bzw. 28 mit Strom versorgt werden. Diese Anordnung ist besonders Platz sparend, da sie im Wesentlichen keinen Platz innerhalb der Rotornabe 4 beansprucht. The rotary bearings 10, 12 each have a bearing ring 18 or 20 assigned to the rotor blade and a bearing ring 22 or 24 assigned to the rotor hub 4. The rotor hub 4 associated bearing rings 22 and 24 respectively form the stator and the rotor blades 6, 8 associated bearing rings 18 and 20, the rotor of a direct drive motor, wherein the bearing rings or stators 22, 24 respectively via an electrical connection line 26 and 28 are powered. This arrangement is particularly space-saving, since it claims essentially no space within the rotor hub 4.
Die elektrischen Anschlussleitungen 26, 28 sind mit einer nicht dargestellten Regel- und Steuerungseinrichtung verbunden, über die der Anstellwinkel der Rotorblätter 6, 8 synchron gesteuert wird. Da die mit den Drehlagern 10, 12 integrierten Direktantriebsmotoren über die Regel- und Steuerungseinrichtung genau positioniert werden können, sind gesonderte Drehwinkelsensoren nicht erforderlich. The electrical connection lines 26, 28 are connected to a control and regulating device, not shown, via which the angle of attack of the rotor blades 6, 8 is controlled synchronously. Since the direct drive motors integrated with the pivot bearings 10, 12 can be accurately positioned via the regulation and control device, separate rotation angle sensors are not required.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung ähnlich der Fig. 1 , die sich von dieser nur in der Verstellantriebseinrichtung zum Verstellen der Rotorblätter 30, 32 unter- scheidet. Während im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 jedem Rotorblatt 6, 8 ein eigener Verstellantrieb individuell zugeordnet ist, umfasst das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 einen zentralen Verstellantrieb 34 zur synchronen Winkelverstellung der Rotorblätter 30, 32. Der Verstellantrieb 34 ist ein Direktantriebsmotor, dessen Rotor mit dem drehenden Element, hier mit der Spindelmutter 36 eines Gewindespindeltriebes 38 eine integrierte Baueinheit bildet. Die längsverschiebbare Gewindespindel 40 ist über geeignete Kopplungsmittel 42 (hier Stellhebel) mit den Rotorblättern 30, 32 antriebsverbunden, so dass diese bei einer Betätigung des Versteilantriebes 34 stets synchron verstellt werden. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1, which differs from the latter only in the adjustment drive device for adjusting the rotor blades 30, 32. separates. While in the embodiment of FIG. 1 each rotor blade 6, 8 is assigned its own adjustment individually, the embodiment of FIG. 2 includes a central adjustment 34 for synchronous angular adjustment of the rotor blades 30, 32. The adjustment 34 is a direct drive motor, the rotor forms an integrated unit with the rotating element, here with the spindle nut 36 of a threaded spindle drive 38. The longitudinally displaceable threaded spindle 40 is drivingly connected via suitable coupling means 42 (here adjusting lever) to the rotor blades 30, 32, so that they are always adjusted synchronously upon actuation of the Versteilantriebes 34.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht ähnlich den Figuren 1 und 2 und unterscheidet sich von diesen wiederum nur in der Verstellantriebseinrichtung zum Verstellen der Rotorblätter 46 bzw. 48. Fig. 3 shows a view similar to Figures 1 and 2 and differs from these again only in the Verstellantriebseinrichtung for adjusting the rotor blades 46 and 48th
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 ist jedem der an der Rotornabe 66 winkelverstellbaren Rotorblätter 46, 48 ein Verstellantrieb 50 bzw. 52 individuell zugeordnet. Die Versteilantriebe 50, 52 sind als Direktantriebsmotoren ausgebildet, an deren Ausgangswelle jeweils ein Antriebsritzel 54 bzw. 56 angeordnet ist, welches mit einem am zugeordneten Rotorblatt 46 bzw. 48 angeordneten, zur Drehachse 68 der Rotorblätter konzentrischen Außenzahnkranz 58 bzw. 60 im Eingriff ist. Die Versteilantriebe 50, 52 werden wiederum über elektrische Anschlussleitungen 62 bzw. 64 von einer Steuer- und Regeleinrichtung so angesteuert, dass die Rotorblätter 46, 48 jeweils synchron verstellt werden, was durch die hohe Positioniergenauigkeit der als Direktantriebsmotoren ausgebildeten Versteilantriebe 50, 52 ohne weiteres möglich ist, ohne dass die Winkelstellung der Rotorblätter 46, 48 durch gesonderte Drehwinkelsensoren erfasst werden muss. Bezugszeichenliste In the exemplary embodiment according to FIG. 3, each of the rotor blades 46, 48 which can be angularly adjusted on the rotor hub 66 is assigned an adjusting drive 50 or 52 individually. The Versteilantriebe 50, 52 are formed as direct drive motors, at the output shaft each have a drive pinion 54 and 56 is arranged, which is arranged with an on the associated rotor blade 46 and 48, to the axis of rotation 68 of the rotor blades concentric outer ring gear 58 and 60 respectively. The Versteilantriebe 50, 52 are again controlled via electrical connection lines 62 and 64 by a control and regulating device so that the rotor blades 46, 48 are adjusted synchronously, which by the high positioning accuracy of trained as direct drive motors Verification drives 50, 52 readily possible is, without the angular position of the rotor blades 46, 48 must be detected by separate rotation angle sensors. LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Windenergieanlage 2 wind energy plant
4 Rotornabe  4 rotor hub
6 Rotorblatt  6 rotor blade
8 Rotorblatt  8 rotor blade
10 Drehlager  10 pivot bearings
12 Drehlager  12 pivot bearings
14 Drehachse  14 axis of rotation
16 Drehachse  16 axis of rotation
18 Lagerring  18 bearing ring
20 Lagerring  20 bearing ring
22 Lagerring  22 bearing ring
24 Lagerring  24 bearing ring
26 Anschlussleitung  26 connecting cable
28 Anschlussleitung  28 connecting cable
30 Rotorblatt  30 rotor blade
32 Rotorblatt  32 rotor blade
34 Versteilantrieb  34 Versteilantrieb
36 Spindelmutter  36 spindle nut
38 Gewindespindeltrieb  38 threaded spindle drive
40 Gewindespindel  40 threaded spindle
42 Kopplungsmittel  42 coupling agent
46 Rotorblatt  46 rotor blade
48 Rotorblatt  48 rotor blade
50 Versteilantrieb  50 adjustment drive
52 Versteilantrieb  52 adjustment drive
54 Antriebsritzel  54 drive pinion
56 Antriebsritzel  56 drive pinion
58 Außenzahnkranz  58 outer ring gear
60 Außenzahnkranz  60 outer ring gear
62 Anschlussleitung Anschlussleitung62 connecting cable connecting cable
Rotornaberotor hub
Drehachse axis of rotation

Claims

Patentansprüche claims
1 . Windenergieanlage mit einem oder mehreren an einer Rotornabe (4, 66) über ein Drehlager (10, 12) winkelverstellbar angeordneten Rotorblättern, wobei jedes Rotorblatt mit einem Verstellantrieb für die Blattwinkelverstellung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (50, 52) als Direktantriebsmotor ausgebildet ist, dessen Rotor mit dem Rotorblatt (46, 48) verbunden ist und dessen Stator sich an der Rotornabe (66) abstützt. 1 . Wind energy plant with one or more on a rotor hub (4, 66) via a rotary bearing (10, 12) angularly adjustable rotor blades, each rotor blade is connected to an adjustment for the blade angle adjustment, characterized in that the adjusting drive (50, 52) as a direct drive motor is formed, whose rotor is connected to the rotor blade (46, 48) and whose stator is supported on the rotor hub (66).
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Direktantriebsmotors jeweils mit einem dem Rotorblatt (6, 8) zugeordneten Lagerring (18, 20) des Drehlagers und der Stator des Direktantriebsmotors jeweils mit einem der Rotornabe2. Wind energy plant according to claim 1, characterized in that the rotor of the direct drive motor in each case with a rotor blade (6, 8) associated bearing ring (18, 20) of the pivot bearing and the stator of the direct drive motor each with a rotor hub
(4) zugeordneten Lagerring (22, 24) des Drehlagers eine integrierte Baueinheit bilden. (4) associated bearing ring (22, 24) of the pivot bearing form an integrated unit.
3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Direktantriebsmotors mit dem drehenden Element3. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotor of the direct drive motor with the rotating element
(36) eines Gewindespindeltriebes (38) eine integrierte Baueinheit bildet, und dass die Gewindespindel (40) mit dem jeweils zugeordneten Rotorblatt (30, 32) gekoppelt ist. (36) of a threaded spindle drive (38) forms an integrated unit, and that the threaded spindle (40) is coupled to the respective associated rotor blade (30, 32).
4. Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Direktantriebsmotors mit der Spindelmutter (36) des Gewindespindeltriebs (38) eine integrierte Baueinheit bildet, und dass die Gewindespindel (40) mit dem jeweils zugeordneten Rotorblatt (30, 32) gekoppelt ist. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Direktantriebsmotor ein Antriebsritzel (54, 56) antreibt, welches mit einem am zugeordneten Rotorblatt (46, 48) angeordneten, zur Drehachse (68) des Rotorblattes (46, 48) konzentrischen Innenoder Außenzahnkranz (58, 60) im Eingriff ist. 4. Wind turbine according to claim 3, characterized in that the rotor of the direct drive motor with the spindle nut (36) of the threaded spindle drive (38) forms an integrated unit, and that the threaded spindle (40) with the respective associated rotor blade (30, 32) is coupled , Wind energy plant according to claim 1, characterized in that the direct drive motor drives a drive pinion (54, 56) which is arranged with an inner or outer ring gear (58, 58) arranged on the associated rotor blade (46, 48) and concentric with the axis of rotation (68) of the rotor blade (46, 48) , 60) is engaged.
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