CN111033967A - 发电机转子和发电机定子以及发电机和具有发电机的风能设备和用于运输发电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风能设备的发电机转子(12)，其中发电机转子(12)具有至少一个分开平面(22a，22b)，以便将所述发电机转子(12)分开成至少两个区段(18，20a，20b)。所述分开平面(22a，22b)沿着所述发电机转子(12)的不对称的切割线(23a，23b)在所述发电机转子(12)中伸展。本发明还涉及一种用于风能设备的发电机定子(14)、一种风能设备的发电机(10)以及一种风能设备和一种用于运输发电机(10)的方法。

Description

发电机转子和发电机定子以及发电机和具有发电机的风能设 备和用于运输发电机的方法
技术领域
本发明涉及一种风能设备的发电机的发电机转子和发电机定子。发电机转子与发电机中的发电机定子一起使用，以便以通过空气动力学的转子驱动的方式进入运动从而从风中产生电能。本发明还涉及一种用于运输这种发电机的方法。
背景技术
从现有技术中已知无传动装置的风能设备，尤其是水平轴风能设备。在这些风能设备中，空气动力学的转子直接驱动发电机的发电机转子，使得发电机将从风中获得的动能转换为电能。由此，发电机的转子与空气动力学的转子同样缓慢地旋转。为了考虑这种缓慢的转速，发电机具有关于额定功率较大的发电机直径，尤其大的气隙直径。由此，尽管存在缓慢的转速，但在气隙的区域中仍能够在发电机的转子和定子之间实现相对大的差速。现代的风能设备的额定功率为几兆瓦，使得它们需要远超过5米的气隙直径。
在这种情况下，将这种发电机运输到风能设备的架设地点是有问题的。在许多国家，在道路上允许并且能够运输的最大宽度约为5米。这意味着，如果发电机平放地，即旋转轴线垂直于道路地被运输，那么所允许的发电机在运输时的最大直径为5米。由此限制了发电机的直径。
为了解决气隙直径大于5米的发电机的运输问题，因此在现有技术中提出：将发电机或至少发电机定子和/或发电机转子拆卸成相同大小的部分并且仅在架设地点才进行安装。在这种情况下例如提出：将发电机转子或发电机定子分成两个半部或四个四分之一部，其中这些部分于是在任何情况下都小于5米从而可毫无问题地在道路上运输。
由于发电机通常在生产后就已经完全组装在测试台上并进行了功能检查，因此有必要将发电机分开运输。在此，调节尤其运动部件以确保发电机的平稳运行。在发电机的试运行或侧试运行之后，如上所述，然后将其分成两半，四分之一或更小，以便将发电机带到安装现场。这些半部或四分之一部在安装现场重新组装。
关于此，不利的是，不能完全排除连接部位的区域中的一定间隙从而在重新组装发电机时安装发电机会导致该发电机在运行时与以前在测试台上相比表现得不同，特别是不均匀地运转。特别地，拆卸和安装发电机的耗费非常大。
发明内容
据此，本发明的目的是克服现有技术的问题。特别地，提出一种解决方案，所述解决方案实现：以尽可能小的耗费来运输气隙直径大于5米的发电机。无论如何，都应该提出一种相对于现有技术的替选方案。
德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索了以下现有技术：DE 10 2012 208547 A1和DE 10 2015 212 453 A1。
为此，本发明首先提出一种用于风能设备的发电机转子。发电机转子具有至少一个分开平面，以便将也简称为转子的发电机转子分开为至少两个区段。根据本发明，分开平面沿着转子的不对称的切割线穿过转子。这意味着，转子可通过根据本发明设置的分开平面分成多个区段，其中至少两个区段具有彼此不同的形状和尺寸。
也就是说，如果将发电机转子想象为圆形元件，那么对称的切割线对应于如下线，所述线从发电机转子外半径上的一个点穿过中点伸展直至发电机转子的半径上的相对置的外端部。据此，转子的不对称的切割线恰好不伸展穿过中心或中点，也就是说，在中心外伸展。分开平面据此沿着不对称的切割线伸展，并且将由转子形成的圆形元件分开为至少两个区段，所述至少两个区段恰好不是半部、四分之一部或其他大小也称为圆形一部分的扇形。
分开平面的这种设置实现：设置尽可能长的分开平面，即具有较长的弦的分开平面，所述分开平面包括连续设置的多个连接元件，例如旋拧可行性，由此减少了在架设地点组装发电机转子时的间隙。因此，特别可行的是，一方面将发电机转子分成多个区段进行运输，并且非常精确地在架设地点再次组装。由此，尽可能减少不均匀性或与测试台中的表现不同的表现。
根据第一实施方式，发电机转子包括第一区段。第一区段具有用于轴承的开口，所述开口环绕地由第一区段限界。由此，发电机转子整体上具有圆环的形状。据此，轴承可穿过所述开口与第一区段连接，并且在测试台上执行发电机转子的试运转。该轴承不必为了运输而再次移除，而是能够保持与第一区段连接，因为分开平面未伸展穿过该开口。由此，防止了轴承在发电机转子处定向时的公差，所述公差导致发电机在架设地点处具有与在测试运行时不同的表现。
根据一个实施方式，分开平面的长度长于转子的宽度，即外直径和内直径之间的差。
根据一个实施方式，连接元件均匀地在分开平面的长度上分布。
根据另一实施方式，分开平面平行于转子的切线延伸，优选地居中地在转子的外直径和内直径处的两个平行切线之间延伸。由此，进一步平均了区段的连接元件的间隙，使得减小了公差。
根据另一实施方式，第一区段中的开口具有环绕的圆环。圆环可与轴承连接或已与其连接，所述轴承用于将转子可旋转地支承在转子轴上。此外，圆环是第一区段的组成部分。
通过在第一区段中设置圆环，由此将第一区段设计用于将其与轴承连接，使得轴承和第一区段形成整体的单元，所述单元在试运转之后不必再被分开。在试运转或者测试运转时执行的精调节，尤其关于轴承和第一区段之间的连接元件的可能的公差的精调节，由此也全面地针对随后的运行提供。
根据另一实施方式，第一区段包括圆环形的区域，所述区域平行于转子的转动平面设置。圆环形的区域具有用于制动转子的制动面和/或用于锁定转子的一个或多个锁定凹槽。由于在第一区段上设置的用于制动和/或锁定转子的圆形区域，在不同于第一区段的其他区段上不需要设置用于制动和/或锁定的其他区域，使得在分开平面处不会出现用于锁定或用于制动的区域的过渡部，所述过渡部在所述区段在架设地点处定向必须考虑在内。
根据另一实施方式，至少一个区段具有弓形的轮廓。弓形称为圆面的子面，所述子面由圆弧和弦限界。因此，优选地，在完整的安装和执行测试运转之后，为了运输从具有气隙直径大于5米的发电机的发电机转子处可再次简单地拆卸至少一个弓形段。这样的弓形段随后可相对精确地在架设地点处再次与发电机转子的其余部分连接，使得尽管存在公差，但与测试台相比，在架设地点处可以基本上精确相同地构造发电机转子。已经安装在发电机转子上的所有部分，例如轴承，都能够保持安装在转子上以进行运输。
特别地，由此在测试运转之后也可以快速地拆卸以及在架设地点处快速的安装。
根据另一优选的实施方式，转子具有两个分开平面，所述分开平面彼此平行地伸展。转子可通过两个分开平面分开为三个区段，其中所述区段中的两个分别具有弓形的轮廓并且侧面地邻接于如下区段，所述区段优选对应于上述实施方式中的一个的第一区段。
由此，可以简单的方式仅通过在分开平面的区域中分开发电机转子在非常短的时间中使直径大于5米的发电机转子对于运输而言准备就绪。在架设地点处快速的再次投入运行是可行的。
根据另一实施方式，发电机转子的直径大于6米，优选大于7米，特别是基本上为7.5米。所有区段在至少一个维度中具有如下宽度，所述宽度等于或小于5米。通过这样的发电机转子能够在发电机转子和发电机定子之间的差速大的同时确保风能设备的缓慢的、温和的转速，以便产生几兆瓦的额定功率，其中通过根据本发明设置分开平面，这种发电机转子可在公共道路上运输。
根据另一实施方式，转子是内转子，并且附加地或者替选地，发电机转子是他励的发电机转子。
此外，本发明涉及一种用于风能设备的定子。定子具有环绕地并排设置的槽。此外，设有至少两个用于分别在两个槽之间分开定子的分开部位。分别具有两个腿的成型线圈插入或置于槽中。成形线圈本身是已知的，并且对应于以多匝缠绕的导电材料，其形状包括两个腿，所述腿分别具有多个电导体，其电导体在第一端和第二端中彼此连接，所述第一端和第二端例如也能够称为头部区域和足部区域。成型线圈据此具有两个电端子。
根据本发明，每个成型线圈的腿分别设置在不同的槽中。在多个槽中分别设置不同的成型线圈的至少两个腿，并且在与分开部位相邻的槽中最多设置成型线圈的一个腿。
在这种情况下，虽然不得不忍受成型线圈并非完全均匀地沿着环周方向设置在发电机定子中，但是为此在分开部位处分开和/或组装发电机定子是毫无问题可行的。由此，一方面确保了简单地拆开定子以进行运输，但是也确保了快速地再次构造经运输的定子以投入运行。
根据一个实施方式，成型线圈是双层成型线圈。
根据发电机定子的一个实施方式，成型线圈分别设置在槽中，使得在置入有成型线圈的腿的槽之间沿着环周方向设置有五个槽。由此，六相或者2×3相的定子是可行的。
根据一个替选的实施方式，成型线圈分别设置在槽中，使得在置入有一个成型线圈的腿的槽之间沿着环周方向设置有四个槽。
根据另一实施方式，沿着环周方向在分开部位前方的六个槽和在分开部位后方的六个槽最多具有成型线圈的一个腿。
此外，本发明包括一种发电机，所述发电机优选是同步发电机。发电机具有根据上述实施方式之一的转子以及尤其根据上述实施方式之一的定子。
根据发电机的一个设计方案，发电机定子具有一个或多个分开区域，所述分开区域也能够称为分割区域，以便将发电机定子分开为两个或更多个定子区段。由此，整个发电机可简单地运输。
此外，本发明涉及一种风能设备，其具有风能设备塔，在所述风能设备塔上设置有吊舱，所述吊舱具有根据上述实施方式之一的发电机。此外，风能设备包括用于驱动发电机的空气动力学的转子，其具有多个转子叶片。
此外，本发明涉及一种用于运输风能设备的发电机，即优选根据上述实施方式之一的发电机转子和/或根据上述实施方式之一的发电机定子的方法。根据所述方法，转子为了运输到架设地点在至少一个分开平面处分开为至少两个区段。分开平面沿着转子的不对称的切割线在转子中伸展。
根据所述方法的另一设计方案，发电机转子的区段在分开以进行运输之前被连接，并且具有开口的第一区段与轴承连接，所述开口环绕地通过第一区段限界。为了进行运输，轴承与第一区段保持连接。
根据所述方法的另一实施方式，定子也为了进行运输在其分开部位处被分开。由此，不仅发电机转子而且发电机定子可在公共道路上运输。
根据所述方法的另一实施方式，在定子中在其分开部位处进行分开以进行运输之前插入成型线圈。成型线圈置于环绕地并排设置的槽中。每个成型线圈的腿设置在分别不同的槽中，在多个槽中分别设置有不同的成型线圈的至少两个腿，并且在与分开部位相邻的槽中最多设置有成型线圈的一个腿。
由此，可以在定子的分开部位处简单地进行分开以运输所述定子，因为在此不必移除成型线圈。
根据所述方法的另一实施方式，发电机在运输之后组装仅借助成型线圈运行，所述成型线圈在运输之前已经插入定子中。据此，附加地在运输之后不在分开部位的区域中插入任何其他成型线圈或其他类型的线圈。由此，能够省去线圈在分开部位的区域中的连接，并且可以在架设地点处快速地构造发电机。
附图说明
其他实施方式根据在附图中示出的实施例得出。
在附图中示出：
图1示出风能设备；
图2示出发电机；
图3示出发电机定子的示意性视图；
图4示出发电机定子的另一示意性视图；以及
图5示出用于运输发电机转子的方法的步骤。
具体实施方式
图1示出根据本发明的风能设备100的示意性视图。风能设备100具有塔102和在塔102上的吊舱104。在吊舱104上设有空气动力学的转子106，所述空气动力学的转子具有三个转子叶片18和导流罩110。空气动力学的转子106在风能设备运行时通过风进入旋转运动从而也使发电机的电动力的转子或发电机转子旋转，所述发电机直接或间接地与空气动力学的转子106耦联。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片108的桨距角能够通过相应的转子叶片108的转子叶片根部108b处的变桨马达108来改变。
图2示出根据本发明的第一实施例的发电机10。发电机10包括发电机转子12，所述发电机转子在此根据本发明的第一实施例示出，以及发电机定子14，所述发电机定子根据第一实施例示出。发电机定子14具有两个分开部位16a、16b，在所述分开部位处发电机定子14为了更好的示出被分开为两个发电机定子部分17a、17b。发电机定子14由此被分开为两个半部。
与此相对，发电机转子12被分开为第一区段18和两个另外的区段20a、20b，所述第一区域在下文中也称为中央的区段。发电机转子12为此具有两个分开平面22a、22b。分开平面22a、22b沿着发电机转子12的不对称的切割线23a、23b伸展。
发电机转子12还具有开口24。开口24包括环绕的圆环26，所述圆环在此已经可见地设有钻孔28，以便将轴承与环绕的圆环26连接。据此，可以在测试台上进行试运转之后分开发电机转子12的区段18、20a、20b以用于运输，而不必移除设置在开口24的区域中的轴承。
因为发电机转子12仅具有带有直流绕组的极靴，所以在运输后为了架设发电机10而进行将另外的区段20a、20b与第一区段18的机械连接之后，为此仅须将另外的区段20a、20b与第一区段18电连接。
而发电机定子14具有成型线圈30，所述成型线圈置入在发电机定子14的在此未示出的槽中。图2仅示例性地示出成型线圈，其中参考图3和4在下文中更精确地阐述成型线圈30在发电机定子14中的设置。
据此，图3示出贯穿在图2中示出的发电机定子14的发电机定子部分17a、17b的横截面。在这种情况下示出分开部位16a、16b。为了更好地概览，发电机定子14展开地示出。
发电机定子14具有槽32，所述槽由成型线圈30的腿34填充。在此示出的槽32的数量再次小于真实的发电机定子部分17a、17b的槽的数量或者小于如在图2中所示出的发电机定子14的半部的槽的数量。然而，该视图在此仅示例性地选择以进行更好的观察。可以看到，槽32在分开部位16a、16b的区域中仅通过成型线圈30的唯一的腿34填充。据此，仅在中间的区域36中的线圈30分别由不同的线圈30的两个腿34填充，而分别位于分开部位16a、16b前方或后方的区域38中的六个槽最多通过成型线圈30的一个腿34填充。示例性地，还示出发电机转子12的极靴40。
图4示出具有两个分开部位16a、16b的发电机定子部分17a、17b的槽32的替选的铺设。在这种情况下，附加地，在区域42中十二个位于中间的槽32最多通过成型线圈30的一个腿34占据。据此，在区域42中的这些槽32的其余部分保持为空。
图5示出根据一个实施例的用于运输发电机10的方法流程的步骤。在步骤50中，发电机10完整地安装。特别地，发电机转子12由其区段18、20a、20b组装以进行完整的安装，并且定子14在其分开部位16a、16b处彼此连接。轴承与发电机转子12的开口24的环绕的圆环26连接。这用于在可选的步骤52中在测试台上测试发电机。特别地，在步骤52中进行精调节。
然后在步骤54中，仅在分开平面22a、22b的区域中将发电机转子12分开为区段18、20a、20b。发电机定子14也在其分开部位16a，16b处被分开为发电机定子部分17a、17b。在步骤56中装载和运输发电机转子12的区段18、20a、20b和发电机定子14的半部。特别地，在这种情况下，与环绕的圆环26连接的轴承与发电机转子12的第一区段18保持连接。在运输之后的步骤58中，然后将发电机转子12的区段18、20a、20b彼此连接，并且发电机定子14也再次在其分开部位16a、16b处组装。在步骤60中，发电机10运行，无需将作为已经在运输时插入发电机定子14中的成型线圈30插入发电机定子14中。

Claims (19)

1.一种用于风能设备(100)的发电机转子，其中所述发电机转子(12)具有至少一个分开平面(22a，22b)，以便将所述发电机转子(12)分开成至少两个区段(18，20a，20b)，其中所述分开平面(22a，22b)沿着所述发电机转子(12)的不对称的切割线(23a、23b)伸展穿过所述发电机转子(12)。
2.根据权利要求1所述的发电机转子，其中第一区段(18)具有用于轴承的开口(24)，所述开口环绕地通过所述第一区段(18)限界。
3.根据权利要求2所述的发电机转子，其中所述开口(24)具有环绕的圆环(26)，所述圆环能与轴承连接成或已与所述轴承连接，所述轴承用于将所述发电机转子(12)可旋转地支承在转子轴上轴承，并且所述圆环(26)是所述第一区段(18)的组成部分。
4.根据权利要求2或3所述的发电机转子，其中所述第一区段(18)具有平行于所述发电机转子(12)的转动平面设置的圆形区域，所述圆形区域包括用于制动所述发电机转子(12)的制动面和/或用于锁定所述发电机转子(12)的一个或多个锁定凹槽。
5.根据上述权利要求中任一项所述的发电机转子，其中至少一个区段(20a，20b)具有弓形的轮廓。
6.根据上述权利要求中任一项所述的发电机转子，其中所述发电机转子(12)具有彼此平行地伸展的两个分开平面(22a，22b)，并且所述发电机转子(12)能通过两个分开平面(22a，22b)分为三个区段(18，20a，20b)，其中所述区段中的两个区段(20a，20b)分别具有弓形的轮廓。
7.根据上述权利要求中任一项所述的发电机转子，其中所述发电机转子(12)的直径大于6米，优选大于7米，特别是基本上为7.5米，并且所有区段(18，20a，20b)分别至少在一个维度上等于或小于5米。
8.根据上述权利要求中任一项所述的发电机转子，其中所述发电机转子(12)是内转子和/或是他励的。
9.一种用于风能设备(100)的发电机定子，其中所述发电机定子(14)具有环绕地并排设置的槽(32)和至少两个用于将所述发电机定子(14)分别在两个槽(32)之间分开的分开部位(16a，16b)，并且分别具有两个腿(34)的成型线圈(30)置于所述槽(32)中，其中每个成型线圈(30)的腿(34)分别设置在不同的槽(32)中，在多个槽(32)中分别设置有不同的成型线圈(30)的至少两个腿(34)，并且至少在与所述分开部位(16a，16b)相邻的槽(32)中最多设置有成型线圈(30)的一个腿(34)。
10.根据权利要求9所述的发电机定子，其中所述成型线圈(30)分别设置在所述槽(32)中，使得在置入有成型线圈(30)的腿(34)的所述槽(32)之间沿着环周方向设置有四个或五个槽(32)。
11.根据权利要求9或10所述的发电机定子，其中沿着环周方向在分开部位(16a，16b)前方的六个槽(32)和后方的六个槽(32)最多具有成型线圈(30)的一个腿(34)。
12.一种发电机，尤其同步发电机，具有根据权利要求1至8中任一项所述的发电机转子(12)和根据权利要求9至11中任一项所述的发电机定子(14)。
13.根据权利要求12所述的发电机，其中所述发电机定子具有一个或多个分开部位(16a，16b)，以便将所述发电机定子(14)划分为两个或更多个发电机定子部分(17a，17b)。
14.一种风能设备，具有风能设备塔(102)、设置在所述风能设备塔(102)上的吊舱(104)、根据权利要求12或13所述的发电机(10)和具有多个转子叶片(108)的用于驱动所述发电机(10)的空气动力学的转子(106)。
15.一种用于运输风能设备(100)的发电机(10)的方法，所述发电机尤其具有根据权利要求1至8中任一项所述的发电机转子(12)和/或根据权利要求9至11中任一项所述的发电机定子(14)，其中所述发电机转子(12)为了运输到架设地点处在至少一个分开平面(22a，22b)处被分开成至少两个区段(18，20a，20b)，其中所述分开平面(22a，22b)沿着所述发电机转子(12)的不对称的切割线(23a，23b)伸展穿过所述发电机转子(12)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述发电机转子(12)的具有开口(24)的第一区段(18)在分开以进行运输(54)之前与轴承连接，并且为了运输，所述轴承与所述第一区段(18)保持连接，所述开口环绕地通过所述第一区段(18)限界。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中将所述发电机定子(12)为了运输在其分开部位(16a，16b)处分开。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中在所述发电机定子(12)中在其分开部位(16a，16b)处分开(54)以进行运输之前插入成型线圈(30)，其中所述成型线圈(30)置于环绕地并排设置的槽(32)中，使得每个成型线圈(30)的腿(34)分别设置在不同的槽(32)中，在多个槽(32)中分别设置有不同的成型线圈(30)的至少两个腿(34)，并且至少在与所述分开部位(16a，16b)相邻的槽(32)中最多设置有成型线圈(30)的一个腿(34)。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述发电机(10)在运输(56)之后仅借助于成型线圈(30)运行，所述成型线圈在所述运输(56)之前就已经插入所述发电机定子(14)中。
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