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Betrieb eines Windkraftgenerators ueber einen magnetgelagerten oder lagerlosen Direktantrieb (Segmentmotortechnik oder Synchronmotortechnik)

IP.com Disclosure Number: IPCOM000173284D
Original Publication Date: 2008-Aug-12
Included in the Prior Art Database: 2008-Aug-12
Document File: 4 page(s) / 370K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Windkraftanlagen erfordern zur Aufnahme der durch die Rotorblaetter eingebrachten hohen Axialkraft besondere Lagerungen der Antriebswelle. Des Weiteren besitzen Windkraftanlagen Generatoren, welche haeufig doppelt gespeiste Asynchronmaschinen sind, und vorgeschaltete Getriebe. All diese Komponenten muessen regelmaessig und umstaendlich gewartet werden, damit keine Stoerungen auftreten. Gegenwaertige Windkraftanlagen besitzen Komponenten wie zum Beispiel ein- oder mehrstufige Planetenstirnradgetriebe, eine Scheibenbremse zur mechanischen Notbremsung bei Fehlern in der Steuerungseinheit, mechanische Axialdrucklager zur Aufnahme von Prozesskraeften und einen Generator als ueberwiegend vier- oder sechspolige Maschine. Des Weiteren sind die Rotorblaetter einzeln mechanisch verstellbar, um stets einen optimalen Anstellwinkel in Bezug zum auftretenden Wind zu realisieren.

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Betrieb eines Windkraftgenerators ueber einen magnetgelagerten oder lagerlosen Direktantrieb (Segmentmotortechnik oder Synchronmotortechnik)

Idee: Stephan Schaeufele, DE-Erlangen; Dr. Jens Hamann, DE-Erlangen; Dr. Joachim Denk, DE-
Erlangen; Bernd Wedel, DE-Erlangen

Windkraftanlagen erfordern zur Aufnahme der durch die Rotorblaetter eingebrachten hohen Axialkraft besondere Lagerungen der Antriebswelle. Des Weiteren besitzen Windkraftanlagen Generatoren, welche haeufig doppelt gespeiste Asynchronmaschinen sind, und vorgeschaltete Getriebe. All diese Komponenten muessen regelmaessig und umstaendlich gewartet werden, damit keine Stoerungen auftreten.

Gegenwaertige Windkraftanlagen besitzen Komponenten wie zum Beispiel ein- oder mehrstufige Planetenstirnradgetriebe, eine Scheibenbremse zur mechanischen Notbremsung bei Fehlern in der Steuerungseinheit, mechanische Axialdrucklager zur Aufnahme von Prozesskraeften und einen Generator als ueberwiegend vier- oder sechspolige Maschine. Des Weiteren sind die Rotorblaetter einzeln mechanisch verstellbar, um stets einen optimalen Anstellwinkel in Bezug zum auftretenden Wind zu realisieren.

Mit der nun vorgeschlagenen Loesung wird ein neues Konzept vorgestellt, welches Veraenderungen in der Lagerung und der Ausfuehrung einiger Komponenten einer Windkraftanlage vorsieht. Die Generatormaschine einer solchen Anlage kann als magnetgelagerter Direktantrieb mit Permanentmagneten ausgefuehrt werden. Ein Beispiel eines solchen Direktantriebs waere ein Scheibenlaeufer mit segmentierten Linearmotoraktivteilen, wie er in der Abbildung 1 zu sehen ist. Die Aufnahme der axialen Kraefte kann dabei ueber geregelte Magnetlager oder Linearmotoren und die radiale Lagerung der Rotorwelle ebenfalls ueber Magnetlagerungen erfolgen. Genauso ist es auch moeglich einen lagerlosen rotatorischen Direktantrieb zu verwenden. Bei dieser Variante hat jedes magnetische Aktivteil die Funktion eines Generators und gleichzeitig eines Lagers. Es ist hierbei kein Bauteil notwendig, welches nur die Funktion der Drucklagerung uebernimmt. Eine entsprechende Ausfuehrung der Idee ist in der Abbildung 2 dargestellt.

Ein Vergleich eines konventionellen magnetisch gelagerten Motors und eines lagerlosen Motors, am Beispiel eines Spindelmotors, ist in der Abbildung 3 dargestellt. Es ist zu sehen, dass der Bauraum in Bezug zum normal magnetisch gelagerten Motor gerin...