DE102006035721B4

DE102006035721B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Windkraftanlagengeneratoren

Info

Publication number: DE102006035721B4
Application number: DE102006035721.3A
Authority: DE
Inventors: Samir Salamah; Aniruddha Dattatraya Gadre; Jivtesh Garg; Bharat Sampathkumar Bagepalli; Patrick Lee Jansen; Ralph James Carl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2026-07-29
Also published as: ES2329319A1; DE102006035721A1; ES2329319B2; US7443066B2; US20070024132A1

Abstract

Windkraftanlagengenerator (10), der aufweist:
einen Stator (14), der einen Kern (32) und eine Mehrzahl von Statorwicklungen (38) enthält, die in Umfangsrichtung beabstandet um eine Generatorlängsachse (28) angeordnet sind,
einen Rotor (12), der um die Generatorlängsachse (28) drehbar ist, wobei der Rotor (12) eine Mehrzahl von magnetischen Elementen (46) enthält, die mit dem Rotor (12) verbunden sind und mit den Statorwicklungen (38) zusammenwirken, wobei die magnetischen Elemente (46) zur Erzeugung eines Magnetfelds eingerichtet sind, wobei die Statorwicklungen (38) zum Erzeugen einer Spannung in den Statorwicklungen (38) zur Wechselwirkung mit dem Magnetfeld eingerichtet sind, und
eine Wärmerohranordnung (60), die mit dem Stator (14) thermisch verbunden ist, um die in dem Stator (14) erzeugte Wärme abzuführen, wobei die Wärmerohranordnung (60) mehrere Wärmerohre (62) aufweist, die jeweils einen Kondensatorabschnitt (66) aufweisen, der sich mit Bezug auf die Generatorlängsachse (28) radial nach außen erstreckt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Windkraftanlagengeneratoren und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Kühlung der Generatoren von Windkraftanlagen.
In der letzten Zeit ist Windkraftanlagen als einer im Hinblick auf die Umwelt sicheren und relativ kostengünstigen alternativen Energiequelle eine erhöhte Aufmerksamkeit zuteil geworden. Mit diesem steigenden Interesse sind erhebliche Anstrengungen unternommen worden, um Windkraftanlagen zu entwickeln, die zuverlässig und effizient sind.
Allgemein enthält eine Windkraftanlage bzw. Windturbine eine Mehrzahl von Blättern bzw. Schaufeln, die über eine Nabe mit einem Rotor verbunden sind. Der Rotor ist innerhalb eines Gehäuses oder einer Gondel angebracht, die an der Spitze eines röhrenförmigen Turmes oder Grundelementes angeordnet ist. Windkraftanlagen in der elektrischen Energieversorgung (d.h. Windkraftanlage, die zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Elektrizitätsversorgungsnetz ausgelegt sind) können große Rotoren (mit z.B. 30 oder mehr Metern im Durchmesser) aufweisen. Die Blätter an diesen Rotoren wandeln Windenergie in ein Drehmoment oder eine Drehkraft um, die den Rotor eines oder mehrerer Generatoren antreibt, die mit dem Rotor rotatorisch gekoppelt sind. Der Rotor wird von dem Turm über ein Lager getragen, das einen feststehenden Abschnitt aufweist, der mit einem drehbaren Abschnitt gekoppelt ist. Das Lager ist Ansatzpunkt mehrerer Belastungen, die eine Gewichtskraft des Rotors, eine Momentlast des Rotors, die von dem Lager frei getragen wird, asymmetrischen Belastungen, wie z.B. horizontale Windscherkräfte, eine Gier-Fehlausrichtung und natürlichen Turbulenzen enthalten.
In dem Generator sind die Rotor- und Statorkomponenten durch einen Luftspalt getrennt. Während des Betriebs tritt ein Magnetfeld, das von auf dem Rotor montierten Permanentmagneten und/oder gewickelten Polen erzeugt wird, durch den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator hindurch. Der Stator weist einen Kern und eine den Kern umgebende Spule auf. Die Magneten induzieren einen Strom in dem Kern und der Spule, um Elektrizität zu erzeugen.
Wenn in dem Kern und der Spule Elektrizität erzeugt wird, erzeugen der Kern und die Spule jedoch eine erhebliche Wärmemenge. In dem Rotor und den Magneten wird ebenfalls Wärme erzeugt. Konventionelle Kühlsysteme für die Generatorkomponenten enthalten luftgekühlte Ventilationssysteme und wassergekühlte Systeme. Diese konventionellen Systeme sind typischerweise komplex und erfordern zusätzliche Komponenten, um die Kühlung zu ermöglichen. Weiterhin erfordern diese konventionellen Systeme zum Betrieb Wartung und Energie. Diese Faktoren belasten den Betrieb der Windkraftanlage mit Kosten.
US 6 774 504 B1 beschreibt einen Windkraftanlage aufweisend einen Generator mit einer Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung hat einen Wärmetauscher, die in einem Luftkanal der Gondel der Windkraftanlage angeordnet ist und Wärme an die durch den Luftkanal strömende Luft abgibt. Der Luftkanal ist gegenüber dem den Generator aufweisenden Innenraum der Gondel abgedichtet, um feuchte und salzige Luft vom Generator fernzuhalten. Fluidleitungen führen vom Wärmetauscher über Verteiler zum Generator.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt wird ein Windkraftanlagengenerator mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 geschaffen, der einen Stator mit einem Kern und einer Mehrzahl von Statorwicklungen aufweist, die in Umfangsrichtung beabstandet um eine Generatorlängsachse herum angeordnet sind. Ein Rotor ist um die Generatorlängsachse drehbar, und der Rotor weist eine Mehrzahl von magnetischen Elementen auf, die mit dem Rotor verbunden sind und mit den Statorwicklungen zusammenwirken. Die magnetischen Elemente sind dazu eingerichtet, ein magnetisches Feld zu erzeugen, und die Statorwicklungen sind dazu eingerichtet, mit dem magnetischen Feld in Wechselwirkung zu treten, um in den Statorwicklungen eine Spannung zu erzeugen. Eine Wärmerohr- bzw. Heatpipeanordnung ist thermisch mit dem Stator und/oder dem Rotor verbunden, um die in dem Stator oder Rotor erzeugte Wärme abzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Generator für eine Windkraftanlage geschaffen, der einen Statorkern und eine Mehrzahl von mit dem Kern gekoppelten Spulen aufweist. Die Spulen sind dazu eingerichtet, eine Elektrizitätsabgabe des Generators zu erzeugen. Eine Wärmerohranordnung ist thermisch mit dem Kern und/oder der Mehrzahl von Spulen verbunden. Die Wärmerohranordnung ist dazu eingerichtet, die in dem Kern und der Mehrzahl von Spulen erzeugte Wärme abzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Montage eines Windkraftanlagengenerators geschaffen. Das Verfahren enthält das Verbinden eines Statorkerns mit einem Stator, wobei der Statorkern eine Mehrzahl von Statorwicklungen enthält, die in Umfangsrichtung beabstandet um eine Längsachse des Generators angeordnet sind. Das Verfahren enthält auch das Verbinden eines Rotors mit dem Stator, so dass der Rotor um die Generatorlängsachse drehbar ist. Der Rotor enthält eine Mehrzahl von magnetischen Elementen, die zur Wechselwirkung mit den Statorwicklungen eingerichtet sind, um eine Elektrizitätsabgabe des Generators zu erzeugen. Das Verfahren enthält auch das Koppeln einer Wärmerohranordnung mit dem Stator oder dem Rotor, um die in der Wärmerohranordnung erzeugte Wärme abzuführen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Aufrissansicht eines beispielhaften Windkraftanlagengenerators, der einen Rotor und einen Stator aufweist,
2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns, die eine beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung zeigt,
3 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns dar, die eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung zeigt.
4 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns dar, die eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung zeigt,
5 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns dar, die eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung zeigt,
6 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns dar, die noch eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung zeigt,
7 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns, die eine nicht erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung zeigt,
8 stellt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Rippenstruktur für eine Wärmerohranordnung dar, und
9 stellt eine perspektivische Schnittansicht einer anderen beispielhaften Rippenstruktur für eine Wärmerohranordnung dar.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine schematische Aufrissdarstellung eines beispielhaften Windkraftanlagengenerators 10, der einen Rotor 12 und einen Stator 14 aufweist. Der Rotor 12 und der Stator 14 sind durch ein Lager 16 getrennt. In einer beispielhaften Ausführungsform stellt ein Grundelement oder Träger 18 eine Verbindung zu einem (nicht gezeigten) Turm her. Der Träger 18 enthält einen Körper 20 und einen Trägerflansch 22. Der Stator 14 ist für eine Verbindung mit dem Trägerflansch 22 über einen Flächeneingriff des Trägerflansches 22 und eines komplementären Statorflansches 24 eingerichtet. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Stator 14 durch eine Mehrzahl von Schrauben 26, die in Umfangsrichtung beabstandet um die Längsachse 28 des Generators 10 angeordnet sind, an dem anliegenden Flansch 22 befestigt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Stator 14 an dem Trägerflansch 22 unter Verwendung einer Schweißverbindung und/oder anderer Verbindungen befestigt. Der Stator 14 enthält auch einen Kernträgerkranz 30, der sich von dem Statorflansch 24 axial erstreckt. In der beispielhaften Ausführungsform ist ein Statorkern 32 unter Verwendung von Schrauben 34 mit dem Kernträgerkranz 30 verbunden. In einer Ausführungsform enthält der Statorkern 32 eine Mehrzahl von Stanzblechen 36, z.B. geschichteten Eisenkernabschnitten, die durch ein isolierendes Material getrennt sind und sich radial durch den Statorkern 32 erstrecken. Die Bleche 36 sind durch den Kern 32 hindurch axial zueinander ausgerichtet. Der Statorkern 32 enthält auch wenigstens eine Wicklung oder Spule 38, die wenigstens einen Teilbereich des Kerns 32 umgibt. Die Spule 38 wird verwendet, um eine elektrische Energieabgabe des Windkraftanlagengenerators 10 zu erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform sind der Statorkern 32 und die Spule 38 als ein doppelseitiger Stator dargestellt. Der Statorkern 32 und die Spule 38 enthalten einen radial inneren Abschnitt 42 und einen radial äußeren Abschnitt 44, wobei jeder Abschnitt von den mit dem Rotor 12 verbundenen magnetischen Elementen 46 getrennt erregt werden kann. Alternativ ist der Generator 10 ein einseitiger Stator und enthält entweder einen inneren oder einen äußeren Abschnitt 42 oder 44.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Rotor 12 als ein doppelseitiger Rotor dargestellt, wobei der Rotor 12 wenigstens ein magnetisches Element 46, das in Umfangsrichtung beabstandet um einen Außenumfang einer radial inneren Rotorfläche 48 herum angeordnet ist, und wenigstens ein magnetisches Elemente 46 aufweist, das in Umfangsrichtung beabstandet um einen Innenumfang einer radial äußeren Rotorfläche 50 angeordnet ist. Die Rotorflächen 48 und 50 erstrecken sich axial parallel zu dem Statorkern 32. Zwischen dem Abschnitt 42 und den mit der Fläche bzw. dem Rand 48 verbundenen magnetischen Elementen 46 sowie zwischen dem Abschnitt 44 und den mit dem Rand bzw. der Fläche 50 verbundenen magnetischen Elementen 46 ist ein Luftspalt ausgebildet. Eine Gleichmäßigkeit des Luftspaltes ist wünschenswert, weil das von den magnetischen Elementen 46 erzeugte Magnetfeld den Luftspalt durchquert, um zur Erzeugung einer Spannung in den Statorwicklungen 38 mit den Statorwicklungen 38 in Wechselwirkung zu treten. Die Rotorflächen 48 und 50 können an einem distalen Ende durch einen Rotorflansch 52 verbunden sein, der sich in radialer Richtung von der radial inneren Rotorfläche 48 zu der radial äußeren Rotorfläche 50 erstreckt.
Eine Nabe 58 ist mit dem Rotor 12 verbunden. Die Nabe 58 ist mit wenigstens einem (nicht gezeigten) Blatt verbunden und überträgt die von den Blättern erzeugten und/oder auf diese einwirkenden Lasten auf den Rotor 12. Die auf den Rotor 12 übertragenen Lasten werden in ein Drehmoment des Rotors 12 umgewandelt. Die Bewegung des Rotors 12 veranlasst die magnetischen Elemente 46, sich an dem Statorkern 32 und den Wicklungen 38 vorbei zu bewegen. Diese Bewegung erzeugt die Elektrizitätsabgabe des Generators 10. Die Erzeugung der Elektrizitätsabgabe erzeugt in dem Statorkern 32, den Wicklungen 38 und dem Luftspalt zwischen dem Statorkern 32 und den magnetischen Elementen 46 auch Wärme. Die erzeugte Wärme kann auch die magnetischen Elemente 46, den Rotor 12 und den Stator 14 erhitzen. Eine gesteigerte Hitze verursacht eine Verringerung der Leitungsfähigkeit und der elektrischen Energieabgabe des Generators 10. Weiterhin kann gesteigerte Hitze zu einem Ausfall oder einer Beschädigung der verschiedenen Komponenten des Generators 10 führen. Infolgedessen enthält der Generator 10 eine Wärmerohranordnung 60, um die verschiedenen Komponenten des Generators 10 zu kühlen.
Die Wärmerohranordnung 60 enthält eine Mehrzahl von Wärmerohren 62, die für eine thermische Verbindung mit den verschiedenen Komponenten des Generators 10, wie z.B. dem Statorkern 32, den Statorwicklungen 38 oder dem Rotor 12, angeordnet sind. Jedes Wärmerohr 62 weist einen Verdampferabschnitt 64 und einen Kondensatorabschnitt 66 auf. Der Verdampferabschnitt 64 grenzt an die verschiedenen Komponenten an und wirkt mit diesen zusammen. Die Wärme wird absorbiert oder von den Komponenten in den Verdampferabschnitt 64 des Wärmerohrs 62, insbesondere in eine verdampfbare Flüssigkeit in dem Wärmerohr 62, übertragen. Die Wärme wird danach durch den Kondensatorabschnitt 66 in die umliegende Umgebung abgegeben. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Fluid, wie z.B. Luft, zum Strömen über den Kondensatorabschnitt 66 gezwungen, um die Wärme schneller zu verteilen.
2 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns 32 dar, die eine beispielhafte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 60 zeigt. Der Statorkern 32 enthält einen Magnetjochabschnitt 70, der in Umfangsrichtung beabstandet um die Längsachse 28 angeordnet ist, und Statorzähne 72, die sich von dem Magnetjochabschnitt 70 radial erstrecken. Der Statorkern 32 ist als ein doppelseitiger Kern dargestellt und enthält daher Statorzähne 72, die sich von dem Magnetjochabschnitt 70 radial einwärts und radial auswärts erstrecken. In einem Ausführungsbeispiel sind der Magnetjochabschnitt 70 und die Statorzähne 72 einstückig ausgebildet. Alternativ sind die Statorzähne 72 an dem Magnetjochabschnitt 70 angebracht. Eine Statorwicklung 38 ist mit jedem der Statorzähne 72 verbunden oder an diesem angebracht. Die Statorwicklungen 38 sind durch einen Spalt 74 voneinander getrennt, so dass benachbarte Statorwicklungen 38 nicht miteinander in Berührung geraten. In einem Ausführungsbeispiel umschließen die Statorwicklungen 38 einen Abschnitt des Magnetjochabschnitts 70. Alternativ ist zwischen den Statorwicklungen 38 und dem Magnetjochabschnitt 70 ein weiterer Spalt vorhanden.
Die Statorzähne 72 und der Magnetjochabschnitt 70 werden durch eine Vielzahl von gestanzten Blechen 36 gebildet, die miteinander verbunden sind. Jedes Blech 36 weist eine Öffnung 76 auf, die sich durch dieses hindurch erstreckt. In der beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die Öffnungen 76 durch den Magnetjochabschnitt jedes Bleches 36 hindurch, und jede Öffnung 76 ist im Wesentlichen so ausgerichtet, dass sich ein Loch 78 durch den Statorkern 32 hindurch erstreckt. Jedes Loch 78 ist dazu eingerichtet, ein zugehöriges Wärmerohr 62 aufzunehmen. In einem Ausführungsbeispiel sind die Wärmerohre 62 und die Löcher 78 abgerundet. Alternativ haben die Wärmerohre 62 und die Löcher 78 eine andere Form, wie z.B. eine rechteckige, quadratische, dreieckige, ovale oder andere Form, wobei die Formen zueinander komplementär sind. Das Wärmerohr 62 ist bezogen auf den Statorkern 32 so angeordnet, dass sich der Verdampferabschnitt 64 in das Loch 78 hinein erstreckt und in diesem aufgenommen ist, und der Kondensatorabschnitt 66 der umliegenden Umgebung ausgesetzt ist. Das Loch 78 ist so bemessen, dass das Wärmerohr 62 in einem thermischen Austausch mit dem Statorkern 32 steht und Wärme von dem Statorkern 32 auf den Kondensatorabschnitt 66 übertragen wird. Die Wärme wird danach in Axialrichtung zu dem Kondensatorabschnitt 66 übertragen. In einem Ausführungsbeispiel ist das Wärmerohr 62 mit einem thermisch leitfähigen Material beschichtet, das mit dem Statorkern 62 thermisch in Kontakt steht. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Wärmerohr 62 mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet, so dass das Wärmerohr 62 mit dem Statorkern 32 elektrisch nicht verbunden ist.
Im Betrieb wird die während der Erzeugung von Elektrizität durch den (in 1 gezeigten) Generator 10 in dem Stator 14 erzeugte Wärme durch das Wärmerohr 62 abgeführt. Die Wärme wird z.B. in den Spulen 38 erzeugt und auf die Statorzähne 72 übertragen. Die Wärme wird danach auf den Magnetjochabschnitt 70 und danach auf das Wärmerohr 62 übertragen. Die Wärme wird danach durch den Kondensatorabschnitt 66 des Wärmerohrs 62 an die umliegende Umgebung abgegeben. Außerdem kann etwas Wärme in den Statorzähnen 72 oder dem Magnetjochabschnitt 70 erzeugt und danach durch das Wärmrohr 62 abgegeben werden.
3 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns 32 dar, die eine beispielhafte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 60 zeigt. Die in 3 dargestellte beispielhafte Ausführungsform ist im Wesentlichen der in 2 dargestellten Ausführungsform mit Ausnahme der Anordnung und des Betriebs der Wärmerohre 62 ähnlich. Der Statorkern 32 enthält einen Magnetjochabschnitt 70 und Statorzähne 72. Der Magnetjochabschnitt 70 weist jedoch kein Loch 78 auf (wie es in 2 gezeigt ist). Die Statorwicklungen 38 sind mit jedem Statorzahn 72 verbunden, und ein Spalt 80 ist zwischen den Statorwicklungen 38 und dem Magnetjochabschnitt 70 vorhanden. Die Wärmerohre 62 sind zwischen den Statorwicklungen 38 und den Magnetjochabschnitten 70 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedes Wärmerohr 62 mit einem Abschnitt des Statorkerns 32, wie z.B. einem Statorzahn 72 und/oder einem Magnetjochabschnitt 70 verbunden, und jedes Wärmerohr 62 ist mit einem Abschnitt einer Statorwicklung 38 verbunden. Dadurch ist jedes Wärmerohr 62 dazu eingerichtet, Wärme von dem Statorkern 32 und der Wicklung 38 gleichzeitig direkt abzuführen.
Im Betrieb wird die während der Erzeugung von Elektrizität durch den (in 1 gezeigten) Generator 10 in dem Stator 14 erzeugte Wärme durch das Wärmerohr 62 abgeführt. Die Wärme wird z.B. in den Spulen 38 erzeugt und auf die Statorzähne 72 übertragen. Die Wärme wird danach auf den Magnetjochabschnitt 70 übertragen. Die Wärme wird von den Spulen 38, den Statorzähnen 72 und dem Magnetjochabschnitt 70 durch den Kondensatorabschnitt 66 des Wärmerohrs 62 an die umliegende Umgebung abgeführt.
4 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns 32 dar, die eine beispielhafte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 60 zeigt. Die in 4 dargestellte beispielhafte Ausführungsform ist der in 3 dargestellten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Anordnung und des Betriebs der Wärmerohre 62 im Wesentlichen ähnlich. Der Statorkern 32 enthält einen Magnetjochabschnitt 70 und Statorzähne 72. Die Wärmerohre 62 sind zwischen benachbarten Statorwicklungen 38 angeordnet, so dass die Wärmerohre 62 Wärme von mehreren Wicklungen 38 gleichzeitig abführen. In einem Ausführungsbeispiel steht jedes Wärmerohr 62 auch mit einem Teilbereich des Statorkerns 32, wie z.B. dem Magnetjochabschnitt 70 in Kontakt. Dadurch ist jedes Wärmerohr 62 dazu eingerichtet, Wärme von mehreren Wicklungen 38 und dem Magnetjochabschnitt 70 gleichzeitig direkt abzuführen.
Im Betrieb wird die während der Erzeugung von Elektrizität durch den (in 1 gezeigten) Generator 10 in dem Stator 14 erzeugte Wärme durch das Wärmerohr 62 abgeführt. Die Wärme wird z.B. in den Spulen 38 erzeugt und auf die Statorzähne 72 übertragen. Die Wärme wird danach auf den Magnetjochabschnitt 70 übertragen. Die Wärme wird von den Spulen 38 und dem Statorkern 32 durch den Kondensatorabschnitt 66 des Wärmerohrs 62 an die umliegende Umgebung abgegeben.
5 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns 32 dar, die eine beispielhafte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 60 zeigt. Die in 5 dargestellte beispielhafte Ausführungsform stellt eine Ausrichtung der Wärmerohre 62 bezogen auf den Statorkern 32 dar. Der Verdampferabschnitt 64 erstreckt sich axial durch den Statorkern 32 hindurch. Der Kondensatorabschnitt 66 erstreckt sich im Wesentlichen rechtwinklig zu dem Verdampferabschnitt 64. Weiterhin erstreckt sich der Kondensatorabschnitt 66 bezogen auf die Längsachse 28 radial nach außen. Dadurch erstreckt sich der Kondensatorabschnitt 66 im Wesentlichen parallel zu den entsprechenden Statorzähnen 72.
6 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns 32 dar, die eine beispielhafte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 60 zeigt. Die in 6 dargestellte beispielhafte Ausführungsform stellt eine Ausrichtung der Wärmerohre 62 bezogen auf den Statorkern 32 dar. Der Verdampferabschnitt 64 erstreckt sich axial durch den Statorkern 32 hindurch. Der Kondensatorabschnitt 66 erstreckt sich von dem Verdampferabschnitt 64 aus im Wesentlichen rechtwinklig. Weiterhin erstreckt sich der Kondensatorabschnitt 66 von dem Verdampferabschnitt 64 aus im Wesentlichen vertikal nach oben. Dadurch unterstützt die Schwerkraft die Kondensation innerhalb des Kondensatorabschnitts 66.
7 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines Statorkerns 32 dar, die eine beispielhafte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 60 zeigt. Die in 7 dargestellte beispielhafte Ausführungsform stellt eine Ausrichtung der Wärmerohre 62 bezogen auf den Statorkern 32 dar. Der Verdampferabschnitt 64 erstreckt sich axial durch den Statorkern 32 hindurch. Der Kondensatorabschnitt 66 erstreckt sich von dem Verdampferabschnitt 64 aus axial nach außen.
8 stellt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Rippenstruktur 90 für eine Wärmerohranordnung 60 dar. Die Rippenstruktur ist mit Wärmerohren 62 an dem Kondensatorabschnitt 66 verbunden und steht mit diesen in einem thermischen Austausch. Die Rippenstruktur 90 erleichtert die Abführung der Wärme von dem Wärmerohren 62 und erleichtert die Kondensation der verdampfbaren Flüssigkeit in den Wärmerohren 62. In einem Ausführungsbeispiel enthält die Rippenstruktur 90 eine Scheibe 92, die einen ebenen Körper aufweist, der sich von dem Kondensatorabschnitt 66 nach außen erstreckt. In einem Ausführungsbeispiel sind an jedem Wärmerohr 62 mehrere Scheiben 92 befestigt.
9 stellt eine perspektivische Schnittansicht einer anderen beispielhaften Rippenstruktur 94 für eine Wärmerohranordnung 60 dar. Die Rippenstruktur 94 enthält einen Ring 96 der sich in Umfangsrichtung um die Längsachse 28 erstreckt. Der Ring 96 steht in einem thermischen Austausch mit jedem Wärmerohr 62.
Dadurch wird ein Generator für eine Windkraftanlage geschaffen, der zur Erleichterung der Kühlung auf eine kostengünstige und zuverlässige Art eine Wärmerohranordnung enthält. Der Generator weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Stator enthält einen Kern und an dem Kern befestigte Spulen. Der Rotor enthält magnetische Elemente, die mit dem Kern und den Spulen in Wechselwirkung treten, um in dem Kern und den Spulen einen Strom zu erzeugen. Der Strom wird zur Erzeugung einer elektrischen Abgabeenergie verwendet. Wenn die elektrische Abgabeenergie erzeugt wird, werden verschiedene Komponenten in dem Stator und/oder dem Rotor erwärmt. Um die verschiedenen Komponenten zu kühlen wird eine Wärmerohranordnung geschaffen. Verschiedene Ausführungsformen und Anordnungen einer Wärmerohranordnung werden geschaffen, um die Wäre auf eine kostengünstige und zuverlässige Art von den Komponenten abzuführen. Zum Beispiel enthalten die Wärmerohre keine sich bewegenden Teile und benötigen zur Durchführung der Kühlung keine Energie. Infolgedessen werden die Wartungs- und Betriebskosten reduziert. Außerdem sind die Wärmerohre kompakt.
Ein Windkraftanlagengenerator 10 enthält einen Stator 14, der einen Kern 32 und eine Mehrzahl von Statorwicklungen 38 aufweist, die in Umfangsrichtung beabstandet um eine Generatorlängsachse 28 angeordnet sind. Ein Rotor 12 ist um die Generatorlängsachse drehbar und enthält eine Mehrzahl von magnetischen Elementen 46, die mit dem Rotor verbunden sind und mit den Statorwicklungen zusammenwirken. Die magnetischen Elemente sind zur Erzeugung eines Magnetfeldes eingerichtet, und die Statorwicklungen sind für eine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld eingerichtet, um in den Statorwicklungen eine Spannung zu erzeugen. Eine Wärmerohranordnung 60 ist mit dem Stator oder Rotor thermisch verbunden, um die in dem Stator oder Rotor erzeugte Wärme abzuführen.
Beispielhafte Ausführungsformen eines Generators und einer Wärmerohranordnung sind oben im Detail beschrieben. Der Generator und die Anordnungen sind nicht auf die speziellen, hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern die jeweiligen Komponenten können vielmehr unabhängig und getrennt von den anderen, hierin beschriebenen Komponenten verwendet werden. Zum Beispiel kann jede Generator- oder Wärmerohranordnungskomponente auch in Verbindung mit anderen Generator- oder Wärmerohrkomponenten verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Generator
12: Rotor
14: Stator
16: Lager
18: Träger
20: Körper
22: Trägerflansch
24: Statorflansch
26: Schraube
28: Längsachse
30: Kernträgerkranz
32: Statorkern
34: Schraube
36: Blech
38: Wicklung
42: Radial innerer Abschnitt
44: Radial äußerer Abschnitt
46: Magnetisches Element
48: Radial innere Rotorfläche
50: Radial äußere Rotorfläche
52: Rotorflansch
58: Nabe
60: Wärmerohranordnung
62: Wärmerohr
64: Verdampferabschnitt
66: Kondensatorabschnitt
70: Magnetjochabschnitt
72: Statorzahn
74: Spalt
76: Öffnung
78: Loch
80: Spalt
90: Rippenstruktur
92: Scheibe
94: Rippenstruktur
96: Ring

Claims

Windkraftanlagengenerator (10), der aufweist: einen Stator (14), der einen Kern (32) und eine Mehrzahl von Statorwicklungen (38) enthält, die in Umfangsrichtung beabstandet um eine Generatorlängsachse (28) angeordnet sind, einen Rotor (12), der um die Generatorlängsachse (28) drehbar ist, wobei der Rotor (12) eine Mehrzahl von magnetischen Elementen (46) enthält, die mit dem Rotor (12) verbunden sind und mit den Statorwicklungen (38) zusammenwirken, wobei die magnetischen Elemente (46) zur Erzeugung eines Magnetfelds eingerichtet sind, wobei die Statorwicklungen (38) zum Erzeugen einer Spannung in den Statorwicklungen (38) zur Wechselwirkung mit dem Magnetfeld eingerichtet sind, und eine Wärmerohranordnung (60), die mit dem Stator (14) thermisch verbunden ist, um die in dem Stator (14) erzeugte Wärme abzuführen, wobei die Wärmerohranordnung (60) mehrere Wärmerohre (62) aufweist, die jeweils einen Kondensatorabschnitt (66) aufweisen, der sich mit Bezug auf die Generatorlängsachse (28) radial nach außen erstreckt.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 1, bei dem der Windkraftanlagengenerator ein doppelseitiger Generator ist.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 1, bei dem die Wärmerohranordnung (60) mit dem Stator (14) thermisch verbunden ist, wobei der Kern (32) einen Magnetjochabschnitt (70) enthält, der in Umfangsrichtung beabstandet um die Generatorlängsachse (28) angeordnet ist, wobei die Wärmerohranordnung (60) eine Mehrzahl von Wärmerohren (62) enthält, die sich axial durch den Magnetjochabschnitt (70) hindurch erstrecken.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 1, bei dem die Wärmerohranordnung (60) mit dem Stator (14) thermisch verbunden ist, wobei der Kern (32) einen Magnetjochabschnitt (70), der in Umfangsrichtung beabstandet um die Generatorlängsachse (28) angeordnet ist, und Statorzähne (72) enthält, die sich von dem Magnetjochabschnitt (70) radial erstrecken, wobei die Generatorwicklungen (38) jeden der Statorzähne (72) umschließen, wobei die Wärmerohranordnung (60) eine Mehrzahl von Wärmerohren (62) enthält, die sich zwischen dem Magnetjochabschnitt (70) und einer zugehörigen Statorwicklung (38) erstrecken und mit diesen verbunden sind.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 1, bei dem die Wärmerohranordnung (60) mit dem Stator (14) thermisch verbunden ist, wobei der Kern (32) einen Magnetjochabschnitt (70), der in Umfangsrichtung beabstandet um die Generatorlängsachse (28) angeordnet ist, und Statorzähne (72) enthält, die sich von dem Magnetjochabschnitt (70) radial erstrecken, wobei die Statorwicklungen (38) jeden der Statorzähne (72) umschließen, wobei die Wärmerohranordnung (60) eine Mehrzahl von Wärmerohren (62) enthält, wobei jedes Wärmerohr (62) zwischen benachbarten Statorwicklungen (38) angeordnet ist, um die in den Statorwicklungen (38) erzeugte Wärme abzuführen.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 1, bei dem die Wärmerohranordnung (60) mit dem Stator (14) thermisch verbunden ist, wobei die Wärmerohranordnung (60) eine Mehrzahl von Wärmerohren (62) enthält, wobei jedes Wärmerohr (62) einen Verdampferabschnitt (64) und einen Kondensatorabschnitt (66) aufweist, wobei der Verdampferabschnitt (64) mit dem Kern (32) verbunden ist und sich der Kondensatorabschnitt (66) von dem Kern (32) nach außen erstreckt.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 6, bei dem sich der Kondensatorabschnitt (66) von dem Kern (32) axial nach außen erstreckt.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 6, bei dem sich der Kondensatorabschnitt (66) von dem Verdampferabschnitt (64) radial nach außen oder radial nach innen erstreckt.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 6, bei dem sich der Kondensatorabschnitt (66) von dem Verdampferabschnitt (64) vertikal nach oben erstreckt.
Windkraftanlagengenerator (10) nach Anspruch 1, bei dem die Wärmerohranordnung (60) eine Rippenstruktur (94) aufweist.