DE102011051947A1

DE102011051947A1 - Segmentierter Rotor

Info

Publication number: DE102011051947A1
Application number: DE102011051947A
Authority: DE
Inventors: Murtuza Lokhandwalla; Daniel Erno; Kiruba Sivasubramaniam Haran; Robert Michael Zirin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2012-02-02
Also published as: US20110266909A1; DK201170407A; US8581464B2; DK178214B1; CN102347651B; CN102347651A

Abstract

Die vorliegende Anmeldung schafft einen segmentierten Rotor (100). Der segmentierte Rotor (100) kann ein Zentralrad (110), eine Anzahl von Rotortragsegmenten (150), die um das Zentralrad (110) herum angeordnet sind, und eine Anzahl von aktiven Rotorsegmenten (180), die um die jeweiligen Rotortragsegmente (150) herum angeordnet sind, enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf einen mehrteiligen bzw. segmentierten Rotor einer elektrischen Maschine und insbesondere auf einen segmentierten Rotor zur Verwendung mit großen elektrischen Generatoren, wie z. B. in einem Direktantrieb einer Windenergieanlage und dergleichen, um die Randbedingungen des konventionellen Landtransportes zu erfüllen, während die Zuverlässigkeit des Produktes erhalten bleibt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Windenergieanlagen sind eine gestiegene öffentliche Aufmerksamkeit und ein gestiegenes öffentliches Interesse zu Teil geworden, weil derartige Anlagen für die Umwelt sicher sind und eine relativ kostengünstige alternative Energiequelle ohne Emissionen von Treibhausgasen (GHG) schaffen. Infolge dieses gestiegenen Interesses sind erhebliche Anstrengungen unternommen worden, um Windenergieanlagen zu entwickeln, die zuverlässig und effizient sind.
Allgemein beschrieben nutzen Windenergieanlagen den Wind zum Erzeugen von Elektrizität oder zum Antreiben irgendeiner Art von Last. Der Wind dreht ein oder mehrere Blätter, die mit einer Nabe und einer Welle verbunden sind. Die Welle kann mit einem Rotor eines Generators in Verbindung stehen.
Die Drehung der Blätter, der Welle und des Rotors erzeugt dadurch Elektrizität. Die Windenergieanlage wandelt die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie um, und danach treibt die mechanische Energie den Generator an, um Elektrizität zu erzeugen.
Ein Rotor für einen Windenergieanlagengenerator mit einer Nennleistung von etwa fünf Megawatt kann allgemein einen Durchmesser von mehr als sechs Metern aufweisen. Rotoren anderer Arten von Windenergieanlagen in der Größenklasse der Elektrizitätsversorgung können erheblich größer sein. Typische Transportcontainer im intermodalen bzw. kombinierten Verkehr, die für den Schienen-, Schiffs- und/oder LkW-Transport verwendet werden, können jedoch allgemein etwa vier Meter in der Tiefe, etwa vier Meter in der Höhe und etwa fünfzehn Meter in der Länge messen. Demnach können diese konventionellen Transportcontainer des kombinierten Verkehrs für den Transport der meisten Typen von Windenergieanlagenrotoren und dergleichen nicht verwendet werden. Stattdessen können teurere Arten des Transports erforderlich sein.
Demnach besteht ein Wunsch nach einem segmentierten Rotor, der mit konventionellen Mitteln transportiert werden kann, wobei er am Einsatzort relativ leicht zusammenzusetzen ist. Darüber hinaus sollte der sich ergebende Rotor die gewünschte Festigkeit und Integrität aufweisen, wie sie bei den vorhandenen Anordnungen zu finden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung schafft demnach einen mehrteiligen bzw. segmentierten Rotor. Der segmentierte Rotor kann ein Zentralrad, eine Anzahl von Rotortragsegmenten, die um das Zentralrad herum angeordnet sind, und eine Anzahl von aktiven Rotorkomponenten, die um die jeweiligen Rotortragsegmente herum angeordnet sind, aufweisen.
Die vorliegende Anmeldung schafft weiterhin einen segmentierten Rotor. Der segmentierte Rotor kann eine oder mehrere Naben, eine Anzahl von Speichen bzw. Armen, die sich von den Naben aus erstrecken, und eine Anzahl von Rotorsegmenten, die an den Speichen angebracht sind und einen Rand bzw. Ring um diese herum bilden, aufweisen.
Die vorliegende Anmeldung schafft weiterhin einen segmentierten Rotor. Der segmentierte Rotor kann ein Zentralrad mit einer Nabe, einer Anzahl von sich von diesem aus erstreckenden Trägerarmen und einem Ring aufweisen. Eine Anzahl von Rotortragsegmenten kann um den Ring des Zentralrades herum angeordnet sein. Die Rotortragsegmente können eine Anzahl von Segmentarmen und einen Segmentrand aufweisen. Eine Anzahl von Magneten kann um die Segmentränder der Rotortragsegmente herum angeordnet sein.
Die vorliegende Anmeldung schafft weiterhin einen segmentierten Rotorbausatz. Der segmentierte Rotorbausatz kann ein Zentralrad, eine Anzahl von Rotortragsegmenten und eine Anzahl von aktiven Rotorsegmenten enthalten. Das Zentralrad, die Rotortragsegmente und die aktiven Rotorsegmente können jeweils eine Größe aufweisen, die geeignet ist, um gemeinsam oder getrennt innerhalb eines Containers mit Abmessungen von etwa vier mal vier mal fünfzehn Meter transportiert zu werden.
Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung werden für einen Fachmann bei der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer bekannten Windenergieanlage.
2 ist eine schematische Ansicht eines bekannten Windenergieanlagengenerators.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines segmentierten Rotors, wie er hierin beschrieben sein kann.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Rades, das mit dem segmentierten Rotor aus 3 verwendet werden kann.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorsegmentes, wie es mit dem segmentierten Rotor aus 3 verwendet werden kann.
6 ist eine seitliche Teilansicht des Rotorsegmentes aus 5.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines segmentierten Rotors, wie er hierin beschrieben sein kann.
8 ist eine Ansicht einer Rotorhälfte, wie sie mit dem segmentierten Rotor aus 7 verwendet werden kann.
9 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines segmentierten Rotors, wie er hierin verwendet werden kann.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Anzahl von Speichen, wie sie mit dem segmentierten Rotor aus 9 verwendet werden können.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorsegmentes, wie es mit dem segmentierten Rotor aus 9 verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente in den verschiedenen Ansichten beziehen: 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine bekannte Windenergieanlage 10. In diesem Beispiel weist die Windenergieanlage 10 einen Turm 15 auf, der eine Gondel 20 trägt. Die Gondel 20 kann einen Antriebsstrang 25 haltern, der sich durch sie hindurch erstreckt. Ein Ende des Antriebsstrangs 25 trägt eine Nabe 30 mit einer Anzahl von Blättern 35 an dieser. Das andere Ende des Antriebsstrangs 25 kann mit einem Getriebe 40 und einem elektrischen Windenergieanlagengenerator 45 in Verbindung stehen. Beispiele für geeignete Windenergieanlagen 10 können von der General Electric Company aus Schenectady, New York, erhältlich sein. Es können hierin auch andere Konfigurationen verwendet werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Beispiels für den elektrischen Windenergieanlagengenerator 45. Der elektrische Windenergieanlagengenerator 45 kann einen Rotor 50 aufweisen, der durch den Antriebsstrang 25 oder auf andere Art angetrieben wird, um bezogen auf einen Stator 55 ein elektrisches Feld zu erzeugen. Weitere Komponenten in dem elektrischen Windenergieanlagengenerator 45 können einen Feldwandler 60 und ein Kollektorsystem 65 umfassen. Es können hierin auch andere Konfigurationen oder andere Typen von Komponenten verwendet werden.
Die 3 bis 6 zeigen ein Beispiel für einen segmentierten Rotors 100, wie er hierin zur Verwendung mit einem elektrischen Generator und dergleichen beschrieben sein kann. Der segmentierte Rotor 100 kann ein Zentralrad 110 enthalten. In diesem Beispiel kann das Zentralrad 110 von einem einstückigen Aufbau sein. Das Zentralrad 110 kann eine Nabe 120 und eine Anzahl von Tragarmen 130 aufweisen, die sich von der Nabe 120 aus erstrecken und zu einem äußeren Rand bzw. Ring 140 führen. Die Nabe 120 kann mit dem Antriebsstrang 25 oder auf andere Weise angebunden sein. Die Nabe 120 kann über Kugellager und dergleichen mit dem Antriebsstrang 25 verbunden sein. Es kann hierin irgendeine Anzahl und Form von Tragarmen 130 verwendet werden. Das Zentralrad 110 kann jede gewünschte Größe, aber vorzugsweise nicht größer als etwa vier Meter im Durchmesser aufweisen, um in einen konventionellen Transportcontainer des Kombiverkehrs und dergleichen zu passen.
5 zeigt ein einzelnes Rotortragsegment 150 des segmentierten Rotors 100. Es kann irgendeine Anzahl von Rotortragsegmenten 150 um den äußeren Ring 140 des Zentralrades 110 herum angeordnet sein. Während das Rotortragsegment 150 als ein Achtel des Gesamtumfangs des segmentierten Rotors 100 gezeigt ist, kann irgendeine gewünschte Konfiguration und Größe der einzelnen Rotorsegmente 150 verwendet werden, wie z. B. ein Viertel, die Hälfte etc.. Jedes Rotortragsegment 150 kann mit dem äußeren Ring 140 verschraubt oder auf andere Weise mit diesem verbunden sein. Jedes Rotortragsegment 150 kann eine Anzahl von Segmentarmen 160 aufweisen, die sich zu einem Segmentring 170 hin erstrecken. Es kann irgendeine Anzahl, Form oder Größe der Segmentarme 160 verwendet werden. Vorzugsweise können die Rotortragsegmente 150 so bemessen sein, dass sie in einen konventionellen Transportcontainer des Kombiverkehrs und dergleichen passen.
Eine Anzahl von aktiven Rotorkomponenten oder -segmenten 180 kann um den Segmentring 170 oder anderswo angeordnet sein. Im Fall einer Ausgestaltung mit eingebetteten Dauermagneten können die aktiven Rotorelemente 180 eine Anzahl von Dauermagneten 190 enthalten, die um eine Anzahl von Blechen 200 herum angeordnet sind. Die Magnete 190 können in Paaren angeordnet sein, wobei jedes Paar einen Pol 195 aufweist. Jedes Segment 180 kann eine Anzahl von Polen 195 aufweisen. Jedes Segment 180 kann entlang einer aktiven Achse 185 (D-Achse) so geschnitten sein, dass ein Anstieg des magnetischen Widerstandes minimiert wird. Jedes Paar von Segmenten 180 trifft sich demnach entlang der aktiven Achse 185.
Die aktiven Rotorsegmente 180 können mit konventionellen Mitteln, wie z. B. einer Anzahl von Schwalbenschwänzen 205, an dem Segmentring 170 angebracht sein. Alternativ können hierin Nuten, Stäbe, eine direkte Verschraubung oder andere Arten von Befestigungsmitteln verwendet werden. Andere Arten von aktiven Rotorsegmenten oder -komponenten 180 und/oder andere Typen von Konfigurationen können hierin ebenfalls verwendet werden.
Die 7 und 8 zeigen eine alternative Ausführungsform eines segmentierten Rotors 210, wie er hierin beschrieben sein kann. Der segmentierte Rotor 210 kann dem oben beschriebenen segmentierten Rotor 100 ähnlich sein, jedoch mit einem Rotor 220, der in einen ersten Teil oder eine erste Hälfte 230 und einen zweiten Teil oder eine zweite Hälfte 240 unterteilt sein kann, während ein Zentralrad in der Form einer gemeinsamen Nabe 250 verwendet wird. Es können auch andere Konfigurationen und Größen verwendet werden. Die aktiven Rotorsegmente 180 können auch hierbei verwendet werden. Die aktiven Rotorsegmente 180 können über Schwalbenschwänze 205, eine direkte Verschraubung oder andere Arten von Befestigungsmitteln an dem Zentralrad 220 angebracht sein. Die Rotortragsegmente 150 und die Nabe 250 können auch so dimensioniert sein, dass sie in einen konventionellen Transportcontainer des Kombiverkehrs und dergleichen passen.
Die 9 bis 11 zeigen eine weitere Ausführungsform eines segmentierten Rotors 260, wie er hierin beschrieben sein kann. Der segmentierte Rotor 260 kann eine Anzahl von Speichen oder Armen 270 aufweisen, die an einer oder mehreren Naben 280 angeordnet sind. Im Einzelnen können an jeder Nabe 280 Paare der Arme 270 angebracht sein. Die Nabe oder die Naben 280 können unterteilt sein. Die Arme 270 können im Wesentlichen eine X-artige Form annehmen. In ähnlicher Weise können die Arme 270 auch die Form von massiven Strukturen wie die oben beschriebenen Tragarme 130 annehmen. Alternativ kann eine haltbarere konusartige Form verwendet werden. Gießen oder andere Arten von Herstellungstechniken können hierin verwendet werden. In diesem Beispiel sind zwei Naben 280 mit den Armen 270 an ihnen gezeigt. Alternativ kann auch eine einzige Nabe 280 verwendet werden.
Jeder der Arme 270 kann sich zu einem Rotortragsegment 290 erstrecken und durch Verschrauben und dergleichen an diesem befestigt sein. Die kombinierten Rotorsegmente 290 können einen vollständigen Ring 300 bilden. Die Naben 280 können unterteilt und axial gegen die Rotortragsegmente 290 verschoben sein, so dass die Arme 270 geneigt und in Umfangsrichtung schräg stehend sein können. Die Arme 270 und die Rotorsegmente 290 können einzeln fabrikseitig ausgewuchtet sein. Die aktiven Rotorsegmente 180 können wie oben beschrieben durch die Schwalbenschwänze 205, direkte Verschraubung oder auf andere Weise um die Rotorsegmente 290 herum angeordnet sein. Es können hierin auch andere Konfigurationen verwendet werden.
In der Anwendung können die Komponenten der segmentierten Rotoren 100, 210, 260 und dergleichen so bemessen sein, dass sie in konventionellen Transportcontainern des Kombiverkehrs und anderen Arten von konventionellen Containern, die keine außergewöhnliche Aufmerksamkeit erfordern und keine außergewöhnlichen Kosten verursachen, versandt werden können. Jedes hierin beschriebene Element kann einzeln oder gemeinsam transportiert werden. Ein derartiger Container kann Abmessungen von etwa vier mal vier mal fünfzehn Metern insbesondere mit einer Anordnung von etwa 3,65 mal 3,65 mal 14,6 Meter aufweisen. Es könnte hierin aber auch irgendeine andere Größe oder Konfiguration verwendet werden.
Die Komponenten der segmentierten Rotoren 100, 210, 260 können danach am Einsatzort zusammengesetzt, ausgerichtet und ausgewuchtet werden. Die Komponenten können durch Verschrauben, Vernieten und dergleichen zusammengesetzt werden. Es könnten hierin auch andere Arten von Verbindungsmitteln verwendet werden. Die sich ergebende Rotorstruktur liefert dadurch die gewünschte Festigkeit und Integrität von fabrikmontierten Komponenten, jedoch bei erheblichem einfacherem Transport. Es können demnach konventionelle Transportcontainer bei erheblich verringerten Kosten und einem erheblich verringerten Aufwand verwendet werden. In ähnlicher Weise können die Komponenten hierin auch an Orte transportiert werden, die ansonsten für einen unkonventionellen Transport unzugänglich sind. Dadurch können elektrische Generatoren für Windenergieanlagen und dergleichen an vielfältigen Orten angeordnet werden.
Es sollte erkannt werden, dass sich das Vorangegangene nur auf bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bezieht und zahlreiche Änderungen und Abwandlungen von einem Fachmann hieran vorgenommen werden können, ohne von dem allgemeinen Geist und Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche und die Äquivalente derselben festgelegt ist.
Die vorliegende Anmeldung schafft einen segmentierten Rotor 100. Der segmentierte Rotor 100 kann ein Zentralrad 110, eine Anzahl von Rotortragsegmenten 150, die um das Zentralrad 110 herum angeordnet sind, und eine Anzahl von aktiven Rotorsegmenten 180, die um die jeweiligen Rotortragsegmente 150 herum angeordnet sind, enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Windenergieanlage
15: Turm
20: Gondel
25: Antriebsstrang
30: Nabe
35: Blatt
40: Getriebe
45: Generator
50: Rotor
55: Stator
60: Feldwandler
65: Kollektorsystem
100: Segmentierter Rotor
110: Zentralrad
120: Nabe
130: Tragarm
140: Ring
150: Rotortragsegment
160: Segmentarm
170: Segmentring
180: Aktives Rotorsegment
185: Achse
190: Magnet
195: Pol
200: Blech
205: Schwalbenschwanz
210: Segmentierter Rotor
220: Rotor
230: Erste Hälfte
240: Zweite Hälfte
250: Nabe
260: Segmentierter Rotor
270: Arm
280: Nabe
290: Rotortragsegment
300: Ring

Claims

Segmentierter Rotor (100), der aufweist: ein Zentralrad (110); eine Anzahl von Rotortragsegmenten (150), die um das Zentralrad (110) herum angeordnet sind; und eine Anzahl von aktiven Rotorsegmenten (180), die um die mehreren Rotortragsegmente (150) herum angeordnet sind.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei der die mehreren aktiven Rotorsegmente (180) eine Anzahl von Dauermagneten (190) und eine Anzahl von Polen (195) aufweisen.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem die mehreren aktiven Rotorsegmente (180) eine Anzahl von Blechen (200) aufweisen.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem sich jedes Paar von den mehreren aktiven Rotorsegmenten (180) entlang einer aktiven Achse (185) trifft.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem das Zentralrad (110) eine Nabe (120) und eine Anzahl von Tragarmen (130), die sich von der Nabe erstrecken, aufweist.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem das Zentralrad (110) eine Nabe (120) aufweist, und die mehreren Rotortragsegmente (150) ein erstes Teil (230) und ein zweites Teil (240) aufweisen.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Rotortragsegmente (250) einen oder mehrere Segmentarme (160) aufweisen, die sich zu einem Segmentring (170) erstrecken.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem das Zentralrad (110) eine Nabe (280) und eine Anzahl von Armen (270), die sich von der Nabe erstrecken, aufweist.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Rotortragsegmente acht Rotorsegmente (150) umfassen.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Rotortragsegmente vier Rotorsegmente (150) umfassen.
Segmentierter Rotor (100) nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Rotortragsegmente zwei Rotorsegmente (150) umfassen.