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Title:
WIND POWER MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/053943
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a wind power machine comprising a nacelle (1) in which an electrical generator is provided and which is mounted on a mast or tower (2), wherein a plurality of rotor blades (3) located on the nacelle (1) can be driven by the wind and generate mechanical energy, which is converted into electrical energy by the electrical generator. The angle of inclination of one or more of the rotor blades (3) and/or the position of the nacelle (1) in a horizontal plane can be varied by one or more electrical drives. The wind power machine is characterised in that one or more of the drives comprises an electrical transversal flux machine (4) with a stator (5) and a rotor (6), wherein the stator (5) has a plurality of annular phase windings (501), which are fed via one or more inverters (7) with an alternating current for driving the rotor (6), the inverter or inverters (7) generating during operation respective phase currents (i1, i2, i3) for each phase winding (501) from the alternating current.

Inventors:
ORLIK BERND (DE)
RAFFEL HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/070408
Publication Date:
April 18, 2013
Filing Date:
October 15, 2012
Export Citation:
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Assignee:
UNIV BREMEN (DE)
International Classes:
H02K21/24
Domestic Patent References:
WO2011086513A12011-07-21
Foreign References:
US20070267872A12007-11-22
DE102006021498A12007-11-22
FR2955719A12011-07-29
DE4125779C11992-12-17
DE19848123C12000-03-30
DE19800667A11999-08-12
DE102006021498A12007-11-22
Attorney, Agent or Firm:
Fink Numrich Patentanwälte (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Windkraftmaschine umfassend eine an einem Masten oder Turm (2) befestigbare Gondel (1), in der ein elektrischer Generator vorgesehen ist, wobei sich an der Gondel (1) mehrere Rotorblätter (3) befinden, welche durch Wind antreibbar sind und mechanische Energie erzeugen, welche durch den elektrischen Generator in elektrische Energie gewandelt wird, wobei der Neigungswinkel eines oder mehrerer der Rotorblätter (3) und/oder die Position der Gondel (1) in einer horizontalen Ebene über einen oder mehrere Antriebe veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest einer der Antriebe eine elektrische Transversalflussmaschine (4) mit einem Stator (5) und einem Rotor (6) umfasst, wobei der Stator (5) eine Mehrzahl von ringförmigen Wicklungssträngen (501) aufweist, welche zum Antrieb des Rotors (6) über einen oder mehrere Umrichter (7) mit Wechselstrom gespeist werden, wobei der oder die Umrichter (7) in deren Betrieb aus dem Wechselstrom jeweilige Phasenströme (il, i2, i3) für jeden Wicklungsstrang (501) erzeugen.

2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs eine Transversalfluss- Reluktanzmaschine ist, welche insbesondere mit unipolaren Phasenströmen gespeist wird.

3. Windkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transversalflussmaschme (4) zumindest eines Antriebs eine Transversalflussmaschine mit elektrischer Erregung im Rotor (6) ist.

4. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs eine Transversalflussmaschine mit Permanentmagneterregung im Rotor (6) ist. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Wicklungsstränge (501) der Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs und insbesondere alle Wicklungsstränge (501) mit einem separaten Umrichter (7) gespeist werden.

Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Umrichter (7) der Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs jeweils mehreren Wicklungssträngen (501) entsprechende Phasenströme (il , i2, i3) zuführen.

Windkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Umrichter (7), die jeweils mehreren Wicklungssträngen (501) entsprechende Phasenströme (il, i2, i3) zuführen, fehlertolerant dahingehend sind, dass bei Ausfall eines über den Umrichter (7) zugeführten Phasenstroms (il, i2, i3) die Zufuhr der anderen Phasenströme (il , i2, i3) weiterhin funktioniert.

Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstränge (501) der Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs in Gruppen aus jeweils mehreren Wicklungssträngen (501) aufgeteilt sind, wobei die Wicklungsstränge (501) jeder Gruppe durch einen gemeinsamen Umrichter (7) gespeist werden.

Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Wicklungssträngen (501) der Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs derart festgelegt ist, dass bis zu einem Ausfall einer vorbestimmten Anzahl von Wicklungssträngen (501) der Betrieb der Transversalflussmaschine (501) weiterhin gewährleistet ist.

Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Umrichter (7) und/oder eine oder mehrere Komponenten zumindest eines Umrichters (7) der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs mehrfach ausgeführt sind.

Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) der Transversalflussmaschine (4) zumindest eines Antriebs eine Mehrzahl von gegenseitig elektrisch isolierten Polelementen umfasst.

Description:
Windkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine, die zur Wandlung von Windenergie in elektrische Energie dient.

Windkraftmaschinen umfassen einen Rotor mit einer Mehrzahl von Rotorblättern, der über Wind in Drehung versetzt wird und eine Welle antreibt. Die hierdurch generierte mechanische Energie wird in einem elektrischen Generator, der in einer sog. Gondel verbaut ist, in elektrische Energie gewandelt. Zum effizienten Betrieb einer Windkraftmaschine ist es erforderlich, dass die Neigungswinkel der Rotorblätter über geeignete Antriebe einstellbar sind, wobei diese Antriebe üblicherweise als Pitch-Antriebe bezeichnet werden. Ebenso muss die Position der Gondel über entsprechende Antriebe in horizontaler Richtung verstellt werden können, wobei diese Antriebe als Azimut- Antriebe bezeichnet werden.

Über die Pitch- und Azimut-Antriebe kann die Windkraftmaschine in Abhängigkeit von der Windstärke und Windrichtung geeignet justiert werden. Die Antriebe sollten dabei insoweit ausfallsicher sein, dass in jedem Fall ein Notbetrieb mit einer spezifi- sehen Mindestdynamik möglich ist. Ausfälle dieser Antriebe sind somit unerwünscht und sollten möglichst vermieden werden. Die herkömmlich in Windkraftmaschinen verbauten Pitch- und Azimut-Antriebe weisen oftmals nur eine geringe Fehlertoleranz auf und können somit nur zu einem gewissen Grad einen Schutz gegen Ausfälle gewährleisten. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Windkraftmaschine zu schaffen, deren Antriebe zur Rotorblattverstellung und/oder Azimutverstellung eine hohe Fehlertoleranz und damit geringe Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die Windkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die erfindungsgemäße Windkraftmaschine umfasst eine an einem Masten oder Turm befestigbare Gondel, in der ein elektrischer Generator vorgesehen ist. An der Gondel befinden sich mehrere Rotorblätter, welche durch Wind antreibbar sind und mecha- nische Energie erzeugen, die durch den elektrischen Generator in elektrische Energie bzw. elektrischen Strom gewandelt wird. Der Neigungswinkel eines oder mehrerer Rotorblätter und/oder die Position der Gondel in einer horizontalen Ebene ist dabei über einen oder mehrere elektrische Antriebe in der Form von Pitch- bzw. Azimut- Antrieben veränderbar. Unter Neigungswinkel ist hierbei der Verstellwinkel um die Längsachse des entsprechenden Rotorblatts zu verstehen, der üblicherweise auch als Pitch- Winkel bezeichnet wird. Die elektrische Windkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einer der Antriebe eine elektrische Transversalflussmaschine mit einem Stator und einem Rotor umfasst, wobei der Stator eine Mehrzahl von Wicklungssträngen aufweist, welche zum Antrieb des Rotors über einen oder mehrere Umrichter mit Wechselstrom gespeist werden, wobei der oder die Umrichter in deren Betrieb aus dem Wechselstrom jeweilige Phasenströme für jeden Wicklungsstrang erzeugen.

Die erfindungsgemäße Windkraftmaschine nutzt somit eine oder mehrere Transver- salflussmaschinen für einen oder mehrere der Pitch- bzw. Azimut- Antriebe. Transversalflussmaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass der Magnetfluss quer zur Be- wegungsrichtung des Rotors geführt wird und die Wicklungsstränge aus einfachen Ringspulen bestehen. Es können dabei an sich bekannte Varianten von Transversalflussmaschinen für die Antriebe verwendet werden. Insbesondere können Typen von Transversalflussmaschinen eingesetzt werden, die in den Druckschriften DE 41 25 779 Cl, DE 198 48 123 Cl, DE 198 00 667 AI bzw. DE 10 2006 021 498 AI beschrieben sind. Der gesamte Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird durch Verweis zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Die Verwendung einer Transversalflussmaschine für die Pitch- bzw. Azimut- Antriebe einer Windkraftmaschine weist den Vorteil auf, dass diese Maschine über eine hohe Fehlertoleranz verfügt, da ihre Wicklungsstränge räumlich voneinander getrennt sind und somit ein Kurzschluss zwischen zwei Wicklungssträngen nicht auftreten kann. Darüber hinaus führt die räumliche Trennung der Wicklungsstränge bei einer lokalen Überhitzung eines Strangs nicht zur Beeinträchtigung anderer Stränge. Ferner weisen Transversalflussmaschinen keine rechtwinkligen Nutenden auf, an denen Beschädigungen der Isolation der Wicklungsstränge auftreten können. Darüber hinaus sind die Wicklungsstränge in Transversalflussmaschinen magnetisch völlig entkoppelt, so dass ein Windungsschluss in einem Wicklungsstrang die elektromagnetische Funktion der anderen Stränge überhaupt nicht beeinträchtigt.

Die Wicklungsstränge von Transversalflussmaschinen sind somit räumlich, thermisch und magnetisch voneinander getrennt und geben lediglich ihr Moment an eine gemeinsame axiale Welle ab. Die Wicklungsstränge können dabei ggf. geeignet überdimensioniert werden, um bei völligem Ausfall einer oder mehrerer Wicklungs- stränge sicherzustellen, dass die Leistung der ausgefallenen Wicklungsstränge durch andere Stränge bis zur Reparatur übernommen wird. All die oben dargelegten Eigenschaften führen dazu, dass Transversalflussmaschinen fehlertolerant sind und somit sicherstellen, dass die Pitch- bzw. Azimut- Antriebe in einer Windkraftmaschine sehr zuverlässig arbeiten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs eine Transversalfluss-Reluktanzmaschine, deren Aufbau an sich bekannt ist. Eine solche Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor keine elektrische oder magnetische Erregung zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist, sondern lediglich ferromagnetische Rotorkerne umfasst, welche beispielsweise in einem Träger aus elektrisch isolierendem Material eingefasst sein können. Die Verwendung einer solchen Transversalflussmaschine weist den Vorteil auf, dass aufgrund des Fehlens einer Erregung bei einem inneren Windungs- schluss in einem Wicklungsstrang keine hohen Ströme induziert werden, so dass es zu keiner Entmagnetisierung durch Überhitzung kommen kann, welche wiederum zu einem Fehlerfall bzw. Ausfall des Antriebs führen kann. Wird eine Transversalfluss- Reluktanzmaschine als Pitch- bzw. Azimut-Antrieb verwendet, so weist diese Maschine zumindest drei Wicklungsstränge im Stator auf. In einer bevorzugten Variante werden diese Wicklungsstränge mit unipolaren Phasenströmen gespeist. Hierdurch wird es ermöglicht, dass einfach aufgebaute Umrichteranordnungen für die Maschine verwendet werden können.

In der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine können als Pitch- bzw. Azimut- Antriebe ggf. auch Transversalflussmaschinen genutzt werden, welche eine elektri- sehe Erregung und/oder eine Permanentmagneterregung im Rotor aufweisen. D.h., der Rotor kann eine elektrische Erregung oder eine Permanentmagneterregung bzw. gegebenenfalls auch eine Kombination aus elektrischer Erregung und Permanentmagneterregung umfassen. Bei einer elektrischen Erregung ist im Rotor eine mit Gleichstrom gespeiste Wicklung vorgesehen, über welche ein Magnetfeld erzeugt wird. Demgegenüber sind in einer permanentmagneterregten Transversalflussmaschme entsprechende Permanentmagnete im Rotor zur Erzeugung eines Magnetfelds verbaut.

Um die Fehlertoleranz der Transversalflussmaschine zu erhöhen, werden in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung einer oder mehrere der Wicklungsstränge und insbesondere alle Wicklungsstränge der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs mit einem separaten Umrichter gespeist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Transversalflussmaschine bei Ausfall von einem oder ggf. auch mehreren Umrichtern funktionstüchtig bleibt. Ggf. besteht auch die Möglichkeit, dass einer oder mehrere der Umrichter der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs jeweils mehreren Wicklungssträngen entsprechende Phasenströme zuführen. Vorzugsweise sind diese Umrichter fehlertolerant dahingehend ausgestaltet, dass bei Ausfall eines über den Umrichter zugeführten Phasenstroms die Zufuhr der anderen Phasenströme weiterhin funktioniert. Dies kann z.B. durch mehrphasige Umrichter in der Form von verschalteten H-Brücken erreicht werden, wie in der detaillierten Beschreibung näher erläutert wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Wicklungsstränge der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs in Gruppen aus jeweils mehreren Wicklungssträngen aufgeteilt, wobei die Wicklungsstränge jeder Gruppe durch einen gemeinsamen Umrichter gespeist werden. Vorzugsweise ist der gemeinsame Umrichter wiederum fehlertolerant dahingehend, dass bei Ausfall eines über den Umrichter zugeführten Phasenstroms die Zufuhr der anderen Phasenströme weiterhin funktioniert.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine ist die Mehrzahl der Wicklungsstränge der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs derart festgelegt, dass bis zu einem Ausfall einer vorbestimmten Anzahl von Wicklungssträngen der Betrieb der Transversalflussmaschine weiterhin gewährleistet ist.

Eine besonders hohe Fehlertoleranz wird in der Transversalflussmaschine der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine dann erreicht, wenn einer oder mehrere der Umrichter und/oder eine oder mehrere Komponenten in zumindest einem Umrichter der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs mehrfach und damit redundant ausgeführt sind. In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine um- fasst der Stator der Transversalflussmaschine zumindest eines Antriebs eine Mehrzahl von gegenseitig isolierten Polelementen. Insbesondere kann der Stator in eine elektrische Isolierung eingefasst sein, welche z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei der Beschädigung der Spulenisolation eines Wicklungsstrangs kein Kurzschluss über die Polelemente auftreten kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftmaschine, in der als Antriebe zur Rotorblattverstellung bzw. Azimutverstellung Transversalflussmaschinen verwendet werden;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Transversalfluss-Reluktanzmaschine, welche als Antrieb in der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine genutzt werden kann;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer permanentmagneterregten Transversalflussmaschine, welche in der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine eingesetzt werden kann;

Fig. 4 das Schaltbild einer Umrichterschaltung für eine Transversalflussmaschine in der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine; und Fig. 5 das Schaltbild einer weiteren Umrichterschaltung für eine Transversalfluss- Reluktanzmaschine in der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftmaschine. Die Windkraftmaschine umfasst in an sich bekannter Weise eine Gondel 1 , welche an dem oberen Ende eines Turms 2 befestigt ist und in der sich ein elektrischer Generator (nicht gezeigt) befindet, der mechanische Windenergie in elektrischen Strom umwandelt. Zur Aufnahme der mechanischen Windenergie befindet sich am vorderen Ende der Gondel 1 ein Rotor mit drei Rotorblättern 3, wobei der Winkel zwischen benachbarten Rotorblättern 120 Grad beträgt. Ggf. können auch andere Rotoren verwendet werden, welche eine geringere oder eine größere Anzahl von Rotorblättern aufweisen. Um die Rotorblätter je nach Windstärke bzw. Windrichtung in geeigneter Weise zu justieren, kann der Neigungswinkel der einzelnen Rotorblätter verstellt werden. Hierzu ist an jedem Rotorblatt ein entsprechender Pitch- Antrieb 4 vorgesehen. Diese Antriebe sind elektrische Motoren, welche über eine entsprechende Zahnradverstellung die Rotorblätter um ihre Längsachse drehen und damit ihre Neigung verändert.

Im Unterschied zu bekannten Windkraftmaschinen werden als Pitch- Antriebe erstmalig Transversalflussmaschmen eingesetzt, welche besondere Vorteile im Hinblick auf Fehlertoleranz aufweisen. Die einzelnen Transversalflussmaschmen werden da- bei mittels einer entsprechenden Regelung über Umrichter mit Strom versorgt. Die Umrichter und die Regelung sind lediglich schematisch durch den Block 401 in Fig. 1 angedeutet. Oftmals sind die Umrichter und die Regelung in der Nabe des Rotors integriert. Zur Verdrehung der Gondel 1 in der horizontalen Ebene um den Turm 2 sind ferner mehrere sog. Azimut-Antriebe (nicht dargestellt) vorgesehen. In der hier beschriebenen Ausführungsform werden für diese Azimut-Antriebe analog zu den Pitch- Antrieben ebenfalls Transversalflussmaschmen verwendet.

Der Aufbau von Transversalflussmaschmen ist an sich bekannt, und weiter unten werden Varianten von Transversalflussmaschmen beschrieben, welche in der Wind- kraftmaschine gemäß Fig. 1 als Pitch-Antriebe bzw. Azimut-Antriebe genutzt werden können. Der Hauptunterschied von Transversalflussmaschmen gegenüber kon- ventionellen elektrischen Drehstrommaschinen besteht darin, dass im Stator ringförmige Wicklungsstränge verwendet werden und der Magnetfiuss quer zur Bewegungsrichtung des Rotors geführt wird. Dadurch ist es möglich, die Polteilung zu verkleinern, ohne den Querschnitt für die Statorwicklung zu reduzieren.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine als Pitch-Antrieb bzw. Azimut- Antrieb verwendbare Ausführungsform einer Transversalflussmaschine 4 in Reluktanzanordnung. Die axiale Richtung, in der sich die Welle der Maschine erstreckt, ist dabei mit dem Pfeil A und die Rotationsrichtung der Welle mit dem Pfeil R ange- deutet. Die Maschine umfasst einen Stator 5 mit einem Wicklungsstrang aus einer oberen und einer unteren Ringspule 501 sowie entsprechenden Statorkernen 502 aus Eisen bzw. ferromagnetischem Material (nur teilweise mit Bezugszeichen bezeichnet). Üblichweise sind die Statorkerne dabei aus einem Blechpaket aus einer Vielzahl von Einzelblechen gebildet. Zwischen den einzelnen Statorkernen 502 befindet sich (nicht gezeigtes) inaktives Trägermaterial, wobei in einer bevorzugten Variante elektrisch isolierendes Material, wie z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff, eingesetzt wird. Die einzelnen Statorkerne sind somit elektrisch isoliert in einem Kunststoffträger eingefasst, so dass bei Isolationsschäden an den Spulen 501 kein Kurzschluss über Masse auftreten kann.

Der Rotor der Transversalflussmaschine der Fig. 2 ist mit Bezugszeichen 6 bezeichnet und umfasst Rotorkerne 601 (nur teilweise mit Bezugzeichen versehen) aus Eisen bzw. ferromagnetischem Material, welche wiederum in einem inaktiven Trägermaterial 602 eingesetzt sind. Analog zum Stator kann als Trägermaterial für den Rotor z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet werden. In der Darstellung der Fig. 2 ist lediglich ein Wicklungsstrang aus zwei Spulen angedeutet. Zum Betrieb einer Transversalfluss-Reluktanzmaschine sind jedoch zumindest drei Wicklungsstränge erforderlich. Fig. 2 zeigt somit nur einen Ausschnitt aus einer Transversalfluss- Reluktanzmaschine, welche insgesamt zumindest drei der dargestellten Anordnungen umfasst, die in axialer Richtung A auf einer gemeinsamen Welle nebeneinander angeordnet sind. Die Verwendung einer Transversalflussmaschine in Reluktanzanordnung weist den Vorteil auf, dass der Rotor keine Erregung zur Erzeugung eines Magnetfelds um- fasst. Dies führt dazu, dass bei einem inneren Windungsschluss in einer der Ringspu- len aufgrund des Fehlens einer Erregung keine hohen Ströme induziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Falle einer starken Erwärmung der Transversalflussmaschme keine Entmagnetisierung entsprechender Permanentmagneten im Rotor auftreten kann. Darüber hinaus kann eine Transversalflussmaschme in Reluktanzanordnung mit unipolarem Strom betrieben werden, was zur Folge hat, dass einfachere Topologien von Umrichtern im Vergleich zu Drehstromantrieben verwendet werden können.

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine weitere Variante einer Transversalflussmaschine, welche als Pitch- bzw. Azimut-Antrieb in der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine verwendet werden kann. Bei der Maschine der Fig. 3 handelt es sich um eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine. In Analogie zur Maschine der Fig. 2 beinhaltet diese wiederum einen Stator 5 und einen Rotor 6. Der Stator umfasst zwei Ringspulen 501 sowie eine Vielzahl von Statorkernen 502 (nur teilweise mit Bezugszeichen bezeichnet). Die Statorkerne sind wiederum vorzugs- weise Blechpakete, die in einem (nicht gezeigten) elektrisch isolierenden Trägermaterial eingebettet sind, um hierdurch bei der Beschädigung der Isolation der Spulen einen Kurzschluss zu vermeiden. Die Statorkerne der einen Ringspule sind gegenüber den Statorkernen der anderen Ringspule versetzt angeordnet. Demgegenüber sind in der Maschine der Fig. 2 die Statorkerne der beiden Ringspulen gegenüberlie- gend angeordnet.

Die Maschine der Fig. 3 umfasst einen inneren und einen äußeren Rotorring 6, wobei beide Ringe in einem gemeinsamen Träger (nicht gezeigt) eingefasst sind. Im Unterschied zum Rotor der Fig. 2 beinhaltet der Rotor neben den ferromagnetischen Ro- torkernen 601 Permanentmagnete 603, die in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Rotorkernen 601 vorgesehen sind und deren magnetische Ausrichtung vom Nordpol zum Südpol durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Man erkennt dabei, dass in Umfangsrichtung benachbarte Magnete immer eine entgegengesetzte magnetische Ausrichtung aufweisen. Zum Betrieb der Transversalflussmaschine der Fig. 3 sind zumindest zwei Wicklungsstränge mit jeweiligen Ringspulen 501 erforderlich. D.h., die Transversalflussmaschine besteht aus zumindest zwei, in axialer Richtung A nebeneinander positionierten Anordnungen gemäß Fig. 3, welche eine gemeinsame Welle antreiben.

Den einzelnen Wicklungssträngen der Transversalflussmaschine aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 werden über einen oder mehrere Umrichter in an sich bekannter Weise Phasenströme zugeführt. Um die Fehlertoleranz von an sich schon fehlertoleranten Transversalflussmaschinen zu verbessern, können in der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine spezielle Anordnungen von Umrichtern für die verbauten Transversalflussmaschinen verwendet werden. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass je- der Wicklungsstrang durch einen separaten Umrichter gespeist wird, so dass eine vollständige galvanische Trennung der Phasen erreicht wird. Nichtsdestotrotz können die Wicklungsstränge zumindest teilweise auch über einen gemeinsamen Umrichter gespeist werden. Der gemeinsame Umrichter ist dabei vorzugsweise fehlertolerant ausgestaltet, so dass beim Ausfall einer Phase der Betrieb der anderen Phasen wei- terhin gewährleistet ist. Darüber hinaus kann zur Erhöhung der Fehlertoleranz die Anzahl an Wicklungssträngen redundant ausgeführt sein. Im Falle einer Transversal- fluss-Reluktanzmaschine können beispielsweise anstatt von drei Wicklungssträngen insgesamt sechs Wicklungsstränge vorgesehen sein, wobei zwei der Wicklungsstränge redundant sind. Es ist jedoch auch eine andere Anzahl von Wicklungssträngen denkbar.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausgestaltung einer Umrichter- Anordnung zur Speisung einer Transversalflussmaschine in Reluktanzanordnung oder mit Permanentmagneterregung bzw. elektrischer Erregung. Die Maschine um- fasst sechs Wicklungsstränge 501, welche durch ein Paar von Umrichtern 7 gespeist werden, denen eine Wechselspannung aus dem Netz zugeführt wird. Die beiden Um- richter 7 weisen den gleichen Aufbau auf. Sie umfassen jeweils einen Gleichrichter 701, der den Wechselstrom aus dem Netz zunächst gleichrichtet, sowie einen dreiphasigen Wechselrichter 702, dessen einzelne Phasen aus einem Paar von Dioden D und einem Paar von Schaltern S (nur teilweise mit Bezugszeichen versehen) gebildet sind. Die Funktionsweise der Umrichter 7 ist dabei an sich bekannt und wird nicht näher im Detail erläutert. Durch die Umrichter werden die jeweiligen drei Phasenströme il, i2 und i3 erzeugt, die drei Wicklungssträngen zugeführt werden, die im Dreieck verschaltet sind. D.h., der obere Umrichter 7 führt entsprechende Phasenströme il bis i3 zu den drei oberen, im Dreieck verschalteten Wicklungssträngen 501, wohingegen der untere Umrichter 7 entsprechende Phasenströme il bis i3 für die drei unteren Wicklungsstränge 501 erzeugt, die ebenfalls im Dreieck verschaltet sind. Um einen Notbetrieb der Umrichter 7 zu gewährleisten, kann ggf. ein Batteriespeicher in jedem Umrichter vorgesehen sein. In einer bevorzugten Variante sind die drei Phasenströme il bis i3 der jeweiligen Umrichter 7 um 120 Grad versetzt. Ferner können die Phasenströme des einen Umrichters gegenüber den Phasenströmen des anderen Umrichters ggf. um 60 Grad verdreht sein. Die Anordnung der Fig. 4 weist den Vorteil auf, dass durch Speisung von jeweils drei Wicklungssträngen mit einem separaten Umrichter sichergestellt ist, dass ein unabhängiger Betrieb der Transversalflussmaschine über jeden Umrichter und damit eine hohe Fehlertoleranz gewährleis- tet ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Umrichters, der für eine Transversalflussmaschine in Reluktanzanordnung eingesetzt werden kann. Der Umrichter umfasst eine Vielzahl von Dioden D und Schaltelementen S in der Form von Transis- toren sowie einen Kondensator C. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nur ein Teil der Dioden und Schaltelemente mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Umrichter setzt sich wiederum aus einem Gleichrichter 701 und einem Wechselrichter 702 zusammen. Dem Gleichrichter wird ein dreiphasiger Wechselstrom aus dem Netz zugeführt, was durch entsprechende Spannungen ul, u2 und u3 angedeutet ist. Über die Dioden D und den Kondensators C des Gleichrichters erfolgt die Wandlung des Wechselstroms in Gleichstrom, der dann in dem mehrphasigen Wechselrichter 702 über entsprechende unsymmetrische H-Brücken in die jeweiligen Phasenströme il , i2, ... , i (n - 1), in gewandelt wird. Mit den unsymmetrischen H-Brücken wird ein unipolarer Strom für alle Phasen erzeugt. Es ist dabei sichergestellt, dass bei einem Ausfall einer Komponente der H-Brücke der Betrieb der Transversalflussmaschine aufrecht erhalten bleibt. Die genaue Ansteuerung des Umrichters der Fig. 5 zur Erzeugung der einzelnen Phasenströme ist dabei an sich bekannt und wird deshalb nicht näher im Detail erläutert.

Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird durch die Verwendung einer Transversalflussmaschine zur Rotorblattverstellung bzw. Azimutverstellung einer Windkraftmaschine ein zuverlässiger Betrieb dieser Maschine erreicht, denn im Gegensatz zu herkömmlichen Drehstrommaschinen weisen Transversalflussmaschinen eine hohe Fehlertoleranz auf. Dies liegt daran, dass die einzelnen Wicklungsstränge einer Transversalflussmaschme räumlich, thermisch und magnetisch voneinander getrennt sind. Somit werden beispielsweise Kurzschlüsse zwischen den Phasen der Wicklungsstränge vermieden. Darüber hinaus kann durch zusätzliche Maßnahmen, wie die Einfassung der Statorkerne in elektrisch isolierendes Trägermaterial und die Verwendung von fehlertoleranten Umrichtern, die Ausfallwahrscheinlichkeit der als An- triebe genutzten Transversalflussmaschinen und damit der Windkraftmaschine als Ganzes weiter verbessert werden.