BR112020002370A2

BR112020002370A2 - rotor e estator de gerador para uma instalação de energia eólica, gerador, instalação de energia eólica, e, método para transportar um gerador

Info

Publication number: BR112020002370A2
Application number: BR112020002370-1A
Authority: BR
Inventors: Jan Carsten Ziems; Wojciech Giengiel; Mats Volles; Michael Freese; Wilko Gudewer; Jan-Phillip Köhler
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2020-09-01
Also published as: US20200182222A1; RU2734898C1; WO2019038421A1; CA3071934A1; JP2020531740A; US11156209B2; EP3673569A1; KR20200032219A; DE102017119530A1; CN111033967A; CA3071934C

Abstract

  A invenção se refere a um rotor de gerador (12) para uma instalação de energia eólica, em que o rotor de gerador (12) tem pelo menos um plano de divisão (22a, 22b) para dividir o rotor de gerador (12) em pelo menos dois segmentos (18, 20a, 20b). Os planos de divisão (22a, 22b) se estendem ao longo de linhas de seção assimétricas (23a e 23b) do rotor de gerador (12) no rotor de gerador (12). A invenção também se refere a um estator de gerador (14) para uma instalação de energia eólica, um gerador (10) de uma instalação de energia eólica, e uma instalação de energia eólica e um método para transportar um gerador (10).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁQUI- NA ELÉTRICA, LAMINADOR E MÉTODO PARA PRODUZIR UMA MÁQUINA ELÉTRICA".

[001] A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica ten- do um alojamento, um estator disposto no alojamento, e um rotor gira- tório disposto dentro do estator, em que o alojamento compreende pe- lo menos dois segmentos de alojamento e o estator pelo menos dois segmentos de estator, e a um método para produzir tal máquina.

[002] Uma máquina elétrica e/ou método deste tipo devem ser encontradas, por exemplo, em laminadores de tubo. Os motores re- queridos para a operação da mesma podem ser particularmente po- tentes e ter diâmetros de vários metros. Por razões de transporte, tais motores frequentemente consistem de uma pluralidade de segmentos menores que são então montados no local e, no estado montado, constituem simultaneamente o alojamento e o estator.

[003] DE 10 2007 005 131 B3 divulga um motor de anel de lami- nador de tubo que compreende, entre outras coisas, uma pluralidade de segmentos de estator e coberturas de alojamento bem como um rotor, dito motor de anel tendo uma lacuna de ar entre o estator e o rotor. Os segmentos de estator têm, cada um, um sistema de enrola- mento e constituem simultaneamente a estrutura de suporte do motor de anel.

[004] O objetivo da invenção é criar uma máquina elétrica de alta potência de saída que tem características de transporte e de instala- ção favoráveis e permite que uma lacuna de ar precisamente ajustável seja obtida apesar de tolerâncias de fabricação normais dos compo- nentes da mesma.

[005] Este objetivo é alcançado para uma máquina elétrica do tipo mencionado na introdução tornando cada um dos segmentos de estator individualmente fixável a um dos segmentos de alojamento por meio de pelo menos uma conexão liberável mecanicamente.

[006] Este objetivo também é alcançado por um laminador, como reivindicado na reivindicação 6. Como os acionamentos do laminador impõem requisitos particulares com respeito à saída, ao torque e à es- tabilidade da estrutura de suporte, é particularmente vantajoso para uma máquina elétrica ser usada ali.

[007] Por último, este objetivo também é alcançado por um méto- do para produzir uma máquina elétrica como reivindicado na reivindi- cação 7.

[008] De acordo com a invenção, o estator e o alojamento são dois componentes de máquina separados que são, cada um, subdivi- didos em segmentos. Isto permite que máquinas elétricas particular- mente grandes e potentes sejam construídas montando os respectivos segmentos. Tais máquinas de alta potência são usadas, por exemplo, em acionamentos de laminador, em particular como um sistema de acionamento direto.

[009] Um aspecto importante da presente invenção é a separa- ção do estator a partir do alojamento de modo que a máquina elétrica tem segmentos de alojamento e segmentos de estator separados. Como máquinas potentes em particular não podem ser transportadas em uma peça, isto é, no estado montado, uma vez que são muito grandes e pesadas para serem transportadas, por exemplo, por meio de um sistema de guindaste, sobre pontes ou através de túneis, a subdivisão em um alojamento separado, consistindo de pelo menos dois segmentos de alojamento, e um estator separado, consistindo de pelo menos dois segmentos de estator, oferece vantagens particulares para transporte.

[0010] A conexão mecanicamente liberável é usada, entre outras coisas, para transmitir o contratorque do motor a partir do estator para a estrutura de transporte do alojamento e pode ser implementada em particular em uma forma ou modo de encaixe com força. A conexão, por exemplo, na forma de uma conexão de parafuso, torna a máquina relativamente fácil de montar. Por exemplo, os segmentos de estator podem ser usados de tal modo que sejam comparativamente peque- nos e produzidos em grandes quantidades. Além disso, a conexão po- de ser usada para ajustar segmentos de estator. Isto é particularmente vantajoso se os segmentos de alojamento e os segmentos de estator tendo tolerâncias de fabricação comparativamente soltas são usados e a conexão mecanicamente liberável pode ser usada para compensar as tolerâncias. Este também é um aspecto vantajoso para a deforma- ção do alojamento devido à gravidade, particularmente no caso de máquinas grandes e pesadas, como reajustes também podem ser fei- tos. Além do mais, as grandes quantidades de segmentos de estator e as tolerâncias de fabricação abundantes possibilitam que os custos de produção sejam reduzidos.

[0011] Também é particularmente vantajoso que, no caso de uma máquina elétrica de acordo com a invenção, segmentos de estator de- feituosos ou danificados individualmente sejam substituídos sem maio- res gastos. Para este fim, é simplesmente necessário liberar a cone- xão entre o segmento de estator em questão e o segmento de aloja- mento suportando o mesmo, remover o segmento de estator defeituo- so ou danificado e finalmente fixar um segmento de estator apropriado ao segmento de alojamento novamente por meio de pelo menos uma conexão mecanicamente liberável. Isto possibilita o trabalho de manu- tenção e de reparo requerido para ser realizado rapidamente e a cus- tos reduzidos.

[0012] Além disso, os respectivos segmentos de estator podem ser projetados de modo que cada um compreenda enrolamentos elé- tricos ou a impregnação com bobina de areia dos enrolamentos ou bo- binas não ocorra até eles serem montados sobre os respectivos seg-

mentos de estator. A impregnação pode ser realizada, por exemplo, como impregnação com pressão a vácuo. Isto inicialmente permite que os enrolamentos ainda não impregnados sejam montados sobre o res- pectivo segmento de estator, em que é bastante possível para uma pluralidade de enrolamentos ser montada. Os enrolamentos podem ser implementados, por exemplo, como enrolamentos de bobina, de superposição, de barra ou denteados.

[0013] Em uma modalidade vantajosa da invenção, pelo menos dois dos segmentos de estator podem ser fixados a um dos segmen- tos de alojamento.

[0014] Fixar pelo menos dois segmentos de estator a um segmen- to de alojamento possibilita ao alojamento ser comparativamente gros- seiramente estruturado, de modo que o alojamento é subdividido so- mente em um pequeno número de segmentos de alojamento. Como um resultado, o número de juntas entre os segmentos de alojamento é reduzido. Como os contratorques com respeito a torques de aciona- mento da máquina elétrica submete o alojamento a tensão, a redução no número de juntas contribui significativamente para a estabilidade da máquina.

[0015] Ao mesmo tempo, o estator pode ser relativamente fina- mente subdividido. O ajuste já mencionado dos segmentos de estator nos segmentos de alojamento pode ser realizado mais precisamente, uma vez que o estator pode ser subdividido em segmentos de estator mais finos. Outra vantagem da subdivisão mais fina do estator é que tais segmentos de estator podem ser fabricados na forma padronizada e, graças às quantidades maiores e ao desenvolvimento mais baixo ou requisitos correspondentes, os custos de fabricação podem ser redu- zidos.

[0016] Em outra modalidade vantajosa da invenção, qualquer la- cuna de ar entre os respectivos segmentos de estator e o rotor pode ser ajustada por meio da respectiva conexão de modo que a lacuna de ar para cada um dos segmentos de estator é igual a uma lacuna de ar predefinível.

[0017] A conexão mecanicamente liberável entre os respectivos segmentos de estator e os respectivos segmentos de alojamento pos- sibilita que a lacuna de ar seja ajustada separadamente para cada segmento de estator individual. Particularmente para máquinas gran- des em que, devido a seu peso morto, deformações podem ocorrer, o ajuste preciso da lacuna de ar e do mesmo modo do diâmetro interno do estator pode, portanto, ocorrer durante a montagem no local. Quaisquer deformações podem, assim, ser compensada. Ao mesmo tempo, tolerâncias de fabricação mais abundantes podem ser selecio- nadas para os segmentos de alojamento e segmentos de estator, que reduz os custos de fabricação dos segmentos de alojamento e dos segmentos de estator.

[0018] Em outra modalidade vantajosa da invenção, os segmentos de estator compreendem, cada um, pelo menos dois enrolamentos que são, cada um, parte de um enrolamento de estator total.

[0019] A montagem de pelo menos dois enrolamentos em cada segmento de estator simplifica a fabricação dos estatores como um todo. Frequentemente, durante a produção de estator ou de segmen- tos de estator, uma bobina é primeiro enrolada, retirada e isolada, por exemplo, com fita adesiva. A bobina é então impregnada, e finalmente a bobina isolada e impregnada é inserida no estator.

[0020] A simplificação é agora que os respectivos segmentos de estator primeiro proporcionaram pelo menos dois enrolamentos, por exemplo, com 20 enrolamentos, que já podem ter uma fita de isola- mento. Como um resultado, a impregnação dos pelo menos dois ou mais enrolamentos pode ocorrer em uma operação única impregnando todo o segmento de estator incluindo os enrolamentos montados, que simplifica a fabricação e torna a mesma menos cara.

[0021] Para este fim, o segmento de estator incluindo os enrola- mentos tem vantajosamente uma extensão espacial de modo que ele pode ser impregnado em um processo único, em particular colocando o mesmo em um recipiente para realizar impregnação com pressão a vácuo. A impregnação dos segmentos de estator não incluindo ainda enrolamentos impregnados permite completamente a impregnação mais rápida dos enrolamentos, particularmente comparada à impreg- nação de enrolamentos individuais para a produção de motores maio- res.

[0022] A vantagem torna-se particularmente evidente se uma má- quina elétrica é particularmente grande e potente. Por exemplo, tais máquinas podem ter alguns 600 enrolamentos que até agora foram impregnados individualmente e somente montados em um estator de- pois. Agora é possível distribuir os 600 enrolamentos ao longo de 12 segmentos de estator de modo que cada segmento de estator é pro- porcionado com 50 enrolamentos que são impregnados juntos em uma operação única em cada caso.

[0023] Em outra modalidade vantajosa da invenção, a máquina elétrica tem uma saída de mais do que 10 MW. Tais máquinas poten- tes podem ser usadas em particular para motores de anel grandes e para acionamentos de laminador. Por exemplo, a potência de aciona- mento pode estar na faixa de 20 a 40 MW.

[0024] A impregnação por meio de pressão a vácuo também pos- sibilita que etapas de grande tensão, por exemplo, em excesso de 6 kV, sejam implementadas entre enrolamentos individuais e segmentos de estator individuais. Isto é particularmente vantajoso no caso de má- quinas de alto polo e baixa velocidade do tipo usado, por exemplo, em geradores e acionadores de compressores também como nas indús- trias de processamento de mineração e de minérios.

[0025] Além disso, a presente invenção pode ser transferida de máquinas elétricas giratórias para máquinas elétricas lineares, por e- xemplo, para motores síncronos lineares.

[0026] A invenção será agora descrita e explicada em maior deta- lhe com referência às modalidades exemplares ilustradas nos dese- nhos anexos, em que:

[0027] a FIG. 1 mostra uma máquina elétrica de acordo com a téc- nica anterior, e

[0028] a FIG. 2 mostra parte de uma representação esquemática de uma modalidade de uma máquina elétrica de acordo com a inven- ção.

[0029] A Figura 1 mostra uma máquina elétrica de acordo com a técnica anterior. Um motor de anel 10 tem estator 1 tendo segmentos de estator 4 e rotor 2, em que uma lacuna de ar 5 é disposta entre o estator 1 e o rotor 2. Os segmentos de estator 4 são interconectados através de separadores 12, em que o motor de anel 10 repousa sobre uma base 13 através de duas superfícies de mancal. Os segmentos de estator 4 têm um sistema de enrolamento compreendendo dentes 14, fendas 15 e bobinas enroladas denteadas 16.

[0030] A Figura 2 mostra parte de uma representação esquemáti- ca de uma modalidade de uma máquina elétrica 10 de acordo com a invenção. Uma pluralidade de segmentos de estator 4 é fixada a um segmento de alojamento 3 por meio de uma conexão mecanicamente liberável. Um alojamento cilíndrico é formado por uma pluralidade de segmentos de alojamento 3, e um estator cilíndrico 1 por uma plurali- dade de segmentos de estator 4, em que um diâmetro interno de esta- tor desejado pode ser ajustado por meio da conexão. Uma lacuna de ar 5 entre o estator 1 e um rotor cilíndrico 2 é, portanto, ajustável, em que a distância ajustável entre o rotor 2 e o respectivo segmento de estator 4 pode ser selecionada por meio da conexão mecanicamente liberável, por exemplo, na forma de uma conexão aparafusada, e é normalmente selecionada e ajustada identicamente para cada seg- mento de estator 4.

[0031] Os segmentos de alojamento 3 são componentes compara- tivamente grandes e robustos, uma vez que eles têm que passar sobre o contratorque requerido da máquina elétrica 10, dito contratorque sendo suprido aos mesmos através da conexão de segmentos de es- tator 4. Também por razões de estabilidade o alojamento é composto de um número de segmentos de alojamento 3 comparativamente pe- quenos que são selecionados relativamente grandes, como ponto de conexão entre os segmentos de alojamento 3 enfraquecendo a estru- tura de suporte.

[0032] Em contraste, os segmentos de estator 4 podem, por outro lado, ser selecionados pequenos comparados aos segmentos de alo- jamento 3, de modo que uma pluralidade de segmentos de estator 4 pode ser fixada a um segmento de alojamento 3. Por outro lado, como uma pluralidade de enrolamentos pode ser montada nos respectivos segmentos de estator 4, os segmentos de estator 4 podem ser produ- zidos grandes comparados aos enrolamentos. Por exemplo, várias dú- zias de bobinas de enrolamentos ou bobinas podem ser montadas so- bre o segmento de estator 4. O tamanho dos respectivos segmentos de estator 4 incluindo os respectivos enrolamentos montados é prefe- rivelmente projetado de modo que todo o segmento de estator 4 inclu- indo os enrolamentos montados pode ser impregnado em uma opera- ção única por meio de impregnação de pressão a vácuo, para qual fim ele deve ser inserível no recipiente comumente usado para este pro- cesso.

[0033] Para os caracteres de referência listados no presente do- cumento, mas não mostrados, ver a Figura 1.

[0034] Para resumir, a invenção refere-se a uma máquina elétrica tendo um alojamento, um estator disposto no alojamento e um rotor giratório disposto dentro do estator, o dito alojamento compreendendo pelo menos dois segmentos de alojamento e o estator pelo menos dois segmentos de estator, e a um método para produzir tal máquina.

[0035] A fim de criar uma máquina elétrica tendo propriedades de transporte e de instalação favoráveis enquanto proporcionando alta potência de saída e permitindo que uma lacuna de ar precisamente ajustável seja obtida apesar de tolerâncias de fabricação usuais de seus componentes, é proposto que cada um dos segmentos de estator seja fixável individualmente a um dos segmentos de alojamento por meio da pelo menos uma conexão mecanicamente liberável em cada caso.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Máquina elétrica (10) compreendendo: - um alojamento (3). - um estator (1) disposto no alojamento (3), e - um rotor giratório (2) disposto dentro do estator (1), em que o alojamento (3) compreende pelo menos dois segmentos de alojamento (3) e o estator (1) pelo menos dois segmen- tos de estator (4), caracterizada pelo fato de que cada um dos seg- mentos de estator (4) pode ser fixado individualmente a um dos seg- mentos de alojamento (3) por meio de pelo menos uma conexão me- canicamente liberável em cada caso.

2. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato de que pelo menos dois dos segmentos de es- tator (4) podem ser fixados a um dos segmentos de alojamento (3).

3. Máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a respectiva lacuna de ar entre os respectivos segmentos de estator (4) e o rotor (2) pode ser ajustada por meio da respectiva conexão de modo que a lacuna de ar para ca- da um dos segmentos de estator (4) é igual a uma lacuna de ar prede- finível.

4. Máquina elétrica, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os segmen- tos de estator (4) compreendem, cada um, pelo menos dois enrola- mentos que são, cada um, parte de um enrolamento de estator total.

5. Máquina elétrica, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, caracterizada por ter uma saída de mais do que 10 MW.

6. Laminador caracterizado por possuir uma máquina elétri- ca como definida em uma das reivindicações 1 a 5.

7. Método para produzir uma máquina elétrica que tem pelo menos um alojamento (3), um estator (1) disposto no alojamento (3) e compreendendo pelo menos dois segmentos de estator (4), e um rotor giratório (2) disposto dentro do estator (1), em que o alojamento (3) é composto de pelo menos dois segmentos de alojamento (3), caracterizado pelo fato de que cada segmento de estator (4) individual pode ser fixado a um dos segmen- tos de alojamento (3) por meio de pelo menos uma conexão mecani- camente liberável em cada caso.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma respectiva lacuna de ar entre os respectivos segmentos de estator (4) e o rotor (2) é ajustada por meio da respecti- va conexão, de modo que a lacuna de ar para cada um dos segmentos de estator (4) é igual a uma lacuna de ar predefinível.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que os segmentos de estator (4) compreendem, cada um, pelo menos dois enrolamentos que são, cada um, parte de um enrolamento de estator total, e em que cada um dos segmentos de estator (4) é impregna- do por meio de impregnação com pressão a vácuo.