DE102017123836A1

DE102017123836A1 - Synchrongenerator für eine Windenergieanlage und Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102017123836A1
Application number: DE102017123836.0A
Authority: DE
Inventors: Jochen Röer; Jan Carsten Ziems; Frank Saathoff
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-04-18
Also published as: EP3695485A1; WO2019072913A1

Abstract

Es wird ein Synchrongenerator (111) für eine Windenergieanlage (100), mit einen Rotor (300) und einem Stator (200) vorgesehen. Der Stator (200) weist dabei einen Statorträger (230) und ein Statorblechpaket (220) auf, welches aus einer Mehrzahl von Statorblechen (220) ausgebildet wird. Die Mehrzahl von Statorblechen (220) sind in axialer Richtung des Stators (200) schräg oder pfeilförmig angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchrongenerator für eine Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage.
Ein Synchrongenerator für eine Windenergieanlage weist einen Stator sowie einen Rotor auf. Der Stator der Windenergieanlage weist typischerweise einen Statorträger auf, welcher eine Mehrzahl von Statorblechen trägt. Die Statorbleche weisen eine Mehrzahl von Nuten zur Aufnahme der Statorwicklung auf. Eine Mehrzahl von Statorblechen werden aufeinander platziert, um einen Stator bzw. einen Abschnitt des Stators auszubilden. Anschließend können die aufeinander platzierten Statorbleche miteinander verschweißt oder über Schraubverbindungen aneinander bzw. miteinander befestigt werden.
Der Rotor des Synchrongenerators weist typischerweise eine Mehrzahl von Rotorpolen jeweils mit einem Polschaft und einem Polkopf auf.
Wenn sich der Rotor relativ zum Stator bewegt, dann können Nutrastmomente entstehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Synchrongenerator für eine Windenergieanlage vorzusehen, welcher eine Reduzierung der Nutrastmomente ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Synchrongenerator nach Anspruch 1 sowie durch eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 5 gelöst.
Somit wird ein Synchrongenerator für eine Windenergieanlage vorgesehen, welcher einen Rotor und einen Stator aufweist. Der Stator weist einen Statorträger oder Statortragring und eine Mehrzahl von Statorblechen auf, welche jeweils eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweisen. Die Mehrzahl von Statorblechen bilden zusammen ein Statorblechpaket mit einer Mehrzahl von Nuten zur Aufnahme der Statorwicklung. Insbesondere werden eine Mehrzahl von Statorblechen aufeinandergeschachtelt, um ein Statorblechpaket auszubilden.
Die Statorbleche eines Statorblechpakets sind dabei derart angeordnet, dass sie in axialer Richtung tangential verschoben sind, d.h. sie können zunächst in eine Richtung verschoben sein und dann wieder in die andere Richtung verschoben sein, sodass sich in der Draufsicht eine Pfeilform ergibt. Die Statorblechpakete bzw. Vorderkanten der Statorblechpakete sind somit nicht gerade, sondern pfeilförmig ausgestaltet. Dies ist vorteilhaft, weil damit vermieden werden kann, dass zwei gerade Kanten (des Stators und des Rotors) übereinanderlaufen und damit ein Rastmoment erzeugen. Somit kann das Nutrastmoment reduziert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Statorbleche, welche aufeinandergestapelt sind, alle gleich, d.h. sie weisen alle dieselbe Form auf. Die Pfeilung wird dadurch erreicht, dass die Bleche zueinander verschoben sind. in der axialen Richtung des Statorblechpaketes sind die Bleche tangential verschoben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Statorblech eine Ausnehmung auf. Das Langloch dient der Aufnahme einer Pfeilungsschachtelhilfe. Hierbei kann beispielsweise auf dem Innengurt des Statorringes eine gepfeilte Leiste vorgesehen werden. Wenn die Statorbleche aufeinander über die gepfeilte Leiste platziert werden, dann wird eine Pfeilförmigkeit der Statorbleche bzw. der Vorderkante der Statorbleche erreicht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schachtelhilfe an einem Statortragring vorgesehen, wobei die Schachtelhilfe in axialer Richtung pfeilförmig angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Schachtelhilfe verläuft in axialer Richtung beispielsweise bis zur Mitte zunächst in einem ersten Winkel und dann ab der Mitte beispielsweise in einem zweiten Winkel wieder zurück, sodass die Schachtelhilfe hinsichtlich der Mitte des Stators spiegelsymmetrisch verläuft.
Gemäß einem weiteren alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einkerbung oder Nut in dem Statortragring vorhanden. Die Statorbleche können dann Nasen aufweisen, welche in die Einfräsung platziert werden können.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage,
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Gondel der Windenergieanlage von 1,
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Stators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Statorbleches gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Stators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Stators gemäß der Erfindung,
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Statortragringes gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung und
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Endes einer Schachtelhilfe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 vorgesehen. Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt einen Generator in der Gondel 104 an.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Gondel einer Windenergieanlage von 1. Die Gondel 104 ist drehbar auf dem Turm 102 montiert und kann durch einen Azimutantrieb 107 gedreht werden, um einen gewünschten Azimutwinkel zu erhalten. Die Gondel 104 weist einen Maschinenträger 109 auf, der einen Synchrongenerator 111 hält. Der Synchrongenerator 111 ist insbesondere als ein langsamdrehender vielpoliger Synchron-Ringgenerator ausgestaltet. Der Synchrongenerator 111 weist einen Stator 200 und einen innenlaufenden Rotor 300 auf. Der Rotor 300 ist mit einer Rotornabe 113 verbunden, sodass durch Rotation des aerodynamischen Rotors eine Rotation des aerodynamischen Rotors der Windenergieanlage erfolgt.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Stators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Links in 3 ist ein herkömmliches Statorblechpaket und rechts ist das erfindungsgemäße Statorblechpaket dargestellt. Das Statorblechpaket besteht aus einer Mehrzahl von Statorblechen 220, welche - in axialer Richtung L - aufeinandergestapelt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Statorblechpaket weisen die Vorderkanten 220a der Statorbleche 220 keine gerade Linie auf, sondern bilden eine Pfeilform. Eine erste Gerade 211 entlang der Vorderkanten 220a eines ersten Abschnitts trifft eine Gerade 212 der Vorderkanten 220a des zweiten Abschnitts optional in der Mitte des Statorblechpakets, sodass diese beiden Geraden 211, 212 sich in einem Winkel treffen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Vorderkanten 220a der Statorbleche keine gerade Linie bilden, sondern in einem Winkel angeordnet sind. Dies ist vorteilhaft, um die Nutrastmomente zu reduzieren.
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Statorbleches 220 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das Statorblech 220 weist eine Mehrzahl von Nuten 221 auf, welche zur Aufnahme einer Statorwicklung dienen. Ferner weist das Statorblech 220 ein Langloch oder eine längliche Ausnehmung 222 auf, welches mit einer Ausnehmung 223 gekoppelt ist. Ferner sind eine Mehrzahl von Löchern 224 vorgesehen. Diese Löcher 224 können zum Befestigen der Mehrzahl der Statorbleche 220 zu einem Statorblechpaket verwendet werden. Des Weiteren kann optional ein weiteres Loch 225 mit einer weiteren Ausnehmung 226 vorgesehen sein.
Durch das Vorsehen des Langloches 222 können die Statorblechpakete bei ihrer Stapelung leicht verschoben angeordnet sein. Die Länge des Langlochs 222 kann beispielsweise 0,5-mal der Nutenteilung entsprechen.
Die Vorderkanten 220a der Statorbleche 220 sind an den Eingängen der Nuten 221 vorgesehen.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Stators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. In 5 ist ein Ausschnitt einen Statortragringes 230 sowie gestrichelt ein Statorblechpaket 220 dargestellt. Das Statorblechpaket 220 kann mittels einer Leiste 250, welche über Befestigungsmittel 210 an dem Statortragring 230 befestigt ist, auf- bzw. eingefädelt werden. Hierbei kann insbesondere das Blech 220 mit dem Langloch 222 über die Leiste 250 eingefädelt werden. Damit dient die Leiste als Schachtelhilfe. Das Langloch dient der Aufnahme von Spannbolze. Die Nut in dem Statorblechrücken dient als Schachtelhilfe, um die gewünschte Pfeilung zu erzielen.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Stators gemäß der Erfindung. Im Gegensatz zu 5 ist die Leiste 250 als rechteckige Leiste ausgestaltet. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung des Statortragringes sowie der Bleche 220 im Wesentlichen der Ausgestaltung von 5.
Gemäß der Erfindung ist die Leiste 250 nicht parallel zu der axialen Richtung des Stators 200, sondern in mindestens einem Winkel dazu ausgerichtet, damit eine Vorderkante der Statorbleche 220 nicht in axialer Richtung verläuft.
Insbesondere verläuft die Leiste bzw. die Schachtelhilfe pfeilförmig, d.h. sie verläuft entlang eines ersten Abschnitts in einem ersten Winkel zur axialen Richtung und in einem zweiten Abschnitt in einem zweiten Winkel bzw. axialen Richtung.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Statortragringes gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit eine Nut 231 in den Statortragring eingefräst worden. Diese Nut 231 ist dabei nicht gerade, sondern pfeilförmig ausgestaltet, d.h. die Nut 231 weist zwei Abschnitte auf, welche sich in einem Winkel treffen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die Statorbleche 210 eine Nase auf, welche in die Nut 231 einführbar ist.
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Endes einer Schachtelhilfe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. In 8 ist insbesondere eine angewinkelte Leiste dargestellt, mittels welcher die Statorbleche in einem Winkel geschachtelt werden können.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stators des Synchrongenerators ist vorteilhaft, weil eine Pfeilung erreicht wird, ohne dass dabei unterschiedliche Statorbleche verwendet werden müssen. Dies kann durch pfeilförmige Leisten oder durch eine pfeilförmige Nut in dem Statortragring vorgesehen werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Leisten eine Schwalbenschwanzgeometrie aufweisen, sodass sie eine radiale Kraftkomponente übernehmen können. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Synchrongeneratoren mit einer großen Blechpakettiefe. Ferner können schwalbenschwanzförmige Leisten bei einem Außenläufer vorteilhaft sein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind an dem Statorblechrücken jeweils Ausnehmungen beispielsweise in Form von Langlöchern vorgesehen, welche mit Leisten auf dem Statortragring zusammenwirken können, um eine nicht gerade Vorderkante der Nuten zu ermöglichen.
Alternativ dazu kann eine Einfräsung im Statortragring sowie entsprechend angeformte Nasen an den Segmentblechrücken vorgesehen werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist vorteilhaft, weil nunmehr die Polkerne des Rotors gerade ausgeführt werden können, sodass identische Bleche verwendet werden können.
Ein Verschweißen der Druckbleche mit dem Statortragring kann vermieden werden, weil die Mehrzahl der an dem Statortragring angeschraubten pfeilförmigen Leisten sowohl die Tangential- als auch Axialkräfte übernehmen können. Ein mittiges Durchhängen des Blechpakets bei Generatoren mit großer axialer Länge kann aufgrund der Schwerkrafteinflüsse durch die schwalbenschwanzförmige Form der gepfeilten Leisten verhindert werden.

Claims

Synchrongenerator (111) für eine Windenergieanlage (100), mit einen Rotor (300) und einem Stator (200), wobei der Stator (200) einen Statorträger (230) und ein Statorblechpaket (220) aufweist, welches aus einer Mehrzahl von Statorblechen (220) ausgebildet wird, wobei die Statorbleche (220) Vorderkanten (220a) aufweisen, wobei die Vorderkanten (220a) der Mehrzahl von Statorblechen (220) in axialer Richtung (L) des Stators (200) schräg oder pfeilförmig angeordnet sind.
Synchrongenerator (111) nach Anspruch 1, wobei eine schräge oder pfeilförmige Leiste (250) an dem Statorträger (230) vorgesehen ist, wobei die Statorbleche (220) über die Leiste (250) eingefädelt und gestapelt sind, so dass die Mehrzahl von Statorblechen (220) entlang der axialen Richtung (L) tangential zueinander verschoben sind.
Synchrongenerator (111) für eine Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Statorbleche (220) jeweils mindestens eine Ausnehmung (222) aufweisen, welches über die Leiste (300) einfädelbar ist.
Synchrongenerator (111) für eine Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1, wobei der Statorträger (230) in axialer Richtung mindestens eine schräge oder pfeilförmige Nut (231) aufweist, wobei die Statorbleche (220) jeweils mindestens eine Nase aufweisen, welche in die Nut (231) einführbar ist, um Statorbleche (220) aufeinander zu stapeln, wobei die pfeilförmige oder schräge Anordnung der Nut (231) zu einer pfeilförmigen oder schrägen Anordnung der Vorderkanten (220a) der Mehrzahl von Statorblechen (220) führt.
Windenergieanlage (100), mit einem Synchrongenerator (111) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.