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Hintergrund
zu der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein elektrische Generatoren und mehr im
einzelnen Verfahren und Vorrichtungen zur Beherrschung des huftspalts
zwischen dem Rotor und dem Stator des windgetriebenen Generators
einer Windkraftanlage.
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Windkraftanlagen
(Windturbinen) erfreuen sich neuerdings zunehmender Aufmerksamkeit
als eine umweltmäßig sichere
und verhältnismäßig billige
alternative Energiequelle. Mit dem wachsenden Interesse wurden auch
beträchtliche
Anstrengungen unternommen, windkraftbetriebene Generatoren zu schaffen,
die zuverlässig
sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Eine
Windkraftanlage weist in der Regel eine Anzahl von Blättern auf,
die über
eine Nabe mit einem Rotor gekuppelt sind. Der Rotor ist in einem
Gehäuse
oder einer Gondel angeordnet, die auf der Spitze eines rohrförmigen Turms
oder einer rohrförmigen
Basis angeordnet ist. Industrielle Windkraftanlagen (d.h. Windkraftanlagen
die dazu ausgelegt sind, elektrische Leistung in ein Verteilungsnetz
einzuspeisen) haben große
Rotoren (mit 30 oder mehr Meter Durchmesser). Die Blätter an
diesen Rotoren formen die Windenergie in ein Drehmoment oder in eine
Kraft um, die den Rotor eines oder mehrerer Generatoren antreibt,
welche mit dem Rotor drehbar gekuppelt sind. Der Rotor ist auf dem
Turm mittels eines Lagers gelagert, das ein mit einem drehbaren
Lagerteil gekuppeltes ortsfestes Lagerteil aufweist. Das Lager ist
einer Anzahl Beanspruchungen ausgesetzt, einschließlich jener
des Gewichts des Rotors, einer Momentenbelastung durch den Rotor,
der von dem Lager vorkragt, asymmetrischen Belastungen, wie etwa
horizontalen Windscherkräften,
fehlendem Gierungsausgleich und natürlichen Turbulenzen.
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In
dem Generator sind die Rotorkomponenten und Statorkomponenten durch
einen Luftspalt voneinander getrennt. Im Betrieb verläuft ein
von Permanentmagneten und/oder mit einer Wicklung versehenen Magneten,
die auf dem Rotor angeordnet sind, erzeugtes Magnetfeld durch den
Luftspalt zwischen dem Rotor in den Stator. Der Durchgang des Magnetfeldes
durch den Luftspalt ist wenigstens teilweise abhängig von der Gleichmäßigkeit
des Luftspalts. Durch die Blätter
können
asymmetrische und/oder transiente Beanspruchungen auf den Rotor übertragen
werden. Solche Beanspruchungen werden von dem Rotor über das
Lager auf die Windkraftanlagenbasis übertragen und können dazu
führen, dass
Baukomponenten des Rotors in dem Belastungsübertragungsweg ausweichen,
derart, dass die Luftspaltweite verkleinert und/oder ungleichmäßig wird.
Die Komponenten von Windkraftanlagen können an sich bei der Herstellung
so ausgelegt werden, dass sie derartige Beanspruchungen aufnehmen können. Die
Größen- und
Gewichtsnachteile derartiger Komponenten würden aber ihren Einsatz aus wirtschaftlichen
Gründen
ausschließen.
Außerdem würden die
zur Beherrschung des Luftspaltes erforderlichen beträchtlichen
baulichen Maßnahmen
wertvollen Zugangsraum zu der Nabe in Anspruch nehmen, der erforderlich
ist, um Systeme wie Drehzahlregelung und andere Vorrichtungen montieren
und warten zu können.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Bei
einer Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Zusammenbau des Generators einer Windkraftanlage
geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das Kuppeln eines Statorkerns
mit einem Stator in der Weise, dass der Statorkern axial von dem
Stator vorragt, das Ankuppeln eines inneren Lagerteils oder eines äußeren Lagerteils
eines Lagers an den Stator und das Ankoppeln eines Rotors an das
Lager, wobei der Rotor eine Anzahl magnetischer Elemente aufweist,
die an einem radial äußeren Umfang
des Rotors derart angekuppelt sind, dass zwischen dem Statorkern
und den magnetischen Elementen ein Luftspalt begrenzt ist, wobei
die mehreren magnetischen Elemente einen radial inneren Umfang mit
einem ersten Durchmesser aufweisen, ein Durchmesser des radial äußeren Umfangs
der äußeren Elemente
im Wesentlichen gleich dem ersten Durchmesser ist und der Rotor
mit dem Stator über
das Lager so gekuppelt wird, dass ein im Wesentlichen gleichmäßiger Luftspalt
aufrechterhalten wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wird der Generator einer Windkraftanlage geschaffen. Der Generator
der Windkraftanlage weist einen Stator mit einem Kern und einer
Anzahl rings um einen Generatorlängsachse
in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Statorwicklungen und
einen um die Generatorlängsachse
drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor eine Anzahl magnetischer Elemente
aufweist, die an einen radial äußeren Umfang
des Rotors derart angekoppelt sind, dass zwischen den Statorwicklungen
und den magnetischen Elementen ein Luftspalt definiert ist. Die
mehreren magnetischen Elemente weisen einen radial inneren Umfang
mit einem ersten Durchmesser und ein Lager mit einem ersten Element,
das in Dreheingriff mit einem radial innen liegenden zweiten Element
steht, auf, wobei das erste Element einen radial äußeren Umfang
aufweist, wobei ein Durchmesser des radial äußeren Umfangs des ersten Elementes
im Wesentlichen gleich dem ersten Durchmesser ist und der Rotor über das
Lager mit dem Stator derart gekuppelt ist, dass ein im Wesentlichen
gleichmäßiger Luftspalt aufrechterhalten
ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Lager für
den Generator einer Windkraftanlage geschaffen. Der Generator der
Windkraftanlage weist einen Rotor mit einer Anzahl in Umfangsrichtung rings
um den Rotor vöneinander
beabstandeter magnetischer Elemente auf, wobei die mehreren magnetischen
Elemente einen radial inneren Umfang mit einem ersten Durchmesser
haben. Das Lager weist ein erstes Element mit einem radial äußeren Umfang, wobei
ein Durchmesser des radial äußeren Umfangs im
Wesentlichen gleich dem ersten Durchmesser ist und ein radial inneres
zweites Element auf, das in Dreheingriff mit dem ersten Element
steht, wobei das erste und das zweite Element so ausgelegt sind, dass
sie Belastungen von dem Rotor auf einen Stator in der Weise übertragen,
dass ein im Wesentlichen gleichmäßiger Luftspalt
zwischen dem Rotor und Stator aufrecht erhalten ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Generators
einer Windkraftanlage, der einen Rotor, einen Stator und ein Lager
aufweist;
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2 ist
eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Generators
einer Windkraftanlage, der einen einstückigen Statorflansch und eine einstückige Rotornabe
aufweist;
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3 ist
eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Generators
einer Windkraftanlage, der ein radial innerhalb des Generatorstatorkerns angeordnetes
Lager aufweist;
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4 ist
eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Generators
einer Windkraftanlage, der ein zweites Lager zwischen dem Generatorstator
und einem distalen Ende des äußeren Rotorrands
aufweist;
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5 ist
eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Generators
einer Windkraftanlage, der ein zweites Lager zwischen einem distalen Ende
des Generatorstatorkerns und dem Rotorrand aufweist; und
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6 ist
eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform
eines Generators einer Windkraftanlage, der ein Lager aufweist, das
zwischen einem Montagekranz des Kerns und in dem Rotor angeordnet
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Generators 10 einer
Windkraftanlage, der einen Rotor 12, einen Stator 14 und
ein Lager 16 aufweist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
dient ein Sockel 18 zu Ankopplung an einen (nicht dargestellten)
Turm. Der Sockel 18 weist einen Körper 20 und einen
Sockelflansch 22 auf. Der Stator 14 ist so ausgelegt,
dass er an den Sockelflansch 22 durch stirnseitiges Anliegen
des Sockelflansches 22 an einem komplementären Statorflansch 24 angekoppelt
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
ist der Stator 14 an dem auf ihn abgestimmten Flansch 22 mittels
einer Anzahl Schraubenbolzen 26 befestigt, die rings um
eine Längsachse 13 des
Generators 10 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet
sind. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Stator 14 an
dem Sockelflansch 22 durch Anschweißen und/oder durch Verwendung anderer
Befestigungsmittel befestigt. Der Stator 14 weist einen
radial inneren Lagerträger 28 auf,
der sich von dem Statorflansch 24 aus axial erstreckt. Der
Stator 14 verfügt
außerdem über einen
Kernnmontagering oder -kranz 30, der sich axial von dem Statorflansch 24 aus
erstreckt. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist ein Statorkern 24 unter
Verwendung von Schraubenbolzen 26 an den Kernmontagering 30 angekoppelt.
Der Statorkern 32 trägt
wenigstens eine Wicklung 34, die zur Erzeugung einer elektrischen
Ausgangsgröße des Generators 10 der Windkraftanlage
benutzt wird. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind der Statorkern 32 und
die Wicklung 34 als doppelseitiger Stator veranschaulicht.
Der Statorkern 32 und die Wicklung 34 weisen ein
radial inneres Teil 36 und ein radial äußeres Teil 38 auf,
wobei jedes Teil getrennt für
sich von magnetischen Elementen 40 erregt werden kann,
die an den Rotor 12 angekoppelt sind.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
ist der Rotor 12 als doppelseitiger Rotor dargestellt,
wobei der Rotor 12 wenigstens ein magnetisches Element 40,
das in Umfangsrichtung rings um einen äußeren Umfang eines radial inneren
Rotorkranzes 42 beabstandet angeordnet ist und wenigstens
ein magnetisches Element 40 aufweist, das in Umfangsrichtung
um einen inneren Umfang eines radial äußeren Rotorrandes 44 beabstandet
angeordnet ist. Die Rotorkränze 42, 44 verlaufen
axial, parallel zu dem Statorkern 32. Ein Luftspalt ist
zwischen dem Teil 36 und den mit dem Kranz 42 gekoppelten
magnetischen Elementen 40 sowie zwischen dem Teil 38 und
den mit dem Kranz 44 gekuppelten magnetischen Elementen 40 ausgebildet.
Es besteht die Forderung nach Gleichmäßigkeit der Luftspalte, weil
das von den Magnetelementen 40 erzeugte Magnetfeld den Luftspalt
durchquert, um mit den Statorwicklungen 34 zur Erzeugung
einer Spannung in den Statorwicklungen 34 zusammenzuwirken.
Die Rotorkränze 42, 44 können an
einem distalen Ende durch einen Rotorflansch 46 miteinander
verbunden sein, der sich von dem inneren Rotorkranz 42 radial
zu dem radial äußeren Rotorkranz 44 erstreckt.
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Das
Lager 16 erstreckt sich in Umfangsrichtung rings um den
Lagerträger 28 und
ist an dem Rotor 12 über
wenigstens einen Lagerträgerflansch 48 angekoppelt,
der sich von dem inneren Kranz 42 aus axial erstreckt.
Ein zweiter Flansch 50 kann sich von dem inneren Kranz 42 aus
radial nach innen erstrecken, derart, dass von dem Statorflansch 24,
dem Lagerträger 28,
dem Trägerflansch 48 und
dem zweiten Flansch 50 eine Lagerkammer 51 begrenzt
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
weist das Lager 16 einen inneren Laufring 52,
einen äußeren Laufring 54 und
Wälzkörper 56 auf.
An den zweiten Flansch 50 kann eine Nabe 58 angekuppelt
sein. Die Nabe 58 ist mit wenigstens einem (nicht dargestellten)
Blatt verbunden und überträgt von den
Blättern
des Rotors 12 erzeugte und/oder in diesen induzierte Kräfte auf die
Nabe. Die auf den Rotor 12 übertragenen Belastungen werden über einen
verhältnismäßig kurzen Belastungs-
oder Lastübertragungsweg
unmittelbar auf das Lager 16 übertragen. Den Rotor 12 beaufschlagende
Belastungen kommen über
eine verhältnismäßig kleine
Menge Strukturteile zur Einwirkung, so dass die Deformation der
Rotorkonstruktion minimal ist. Der Lastübertragungsweg durch den Rotor 12 ist
wegen der engen gegenseitigen Kopplung der Nabe 58, des
Lagerträgerflansches 48,
des Lagers 16 und des Stators 14 verhältnismäßig kurz.
Der radiale Abstand 60 zwischen der Längsachse 13 und dem
Außenumfang
des äußeren Laufrings 54 ist
im Wesentlichen gleich dem radialen Abstand 62 zwischen
der Längsachse 13 und
dem Innenumfang der magnetischen Elemente 40. Da die radiale
Abstände 60, 62 im
Wesentlichen gleich sind, ist der Lastweg zur Übertragung von Belastungen
von der Nabe 58 durch den Rotor 12 konstruktionsmäßig kurz,
womit große
Belastungen von dem Rotor 12 aufgenommen werden können, ohne
dass größe Biegemomente
in dem Rotor 12 erzeugt würden. Solche Biegemomente sind
proportional der zur Einwirkung gebrachten Belastung und einem Abstand über den
die Belastung zur Einwirkung kommt. Ein Rotor, der die Verkürzung des
Lastwegs durch den Rotor begünstigt, verringert
auch die die Rotorkonstruktion beaufschlagenden Biegemomente, so
dass der Luftspalt zwischen dem radial inneren Teil 36 und
den magnetischen Elementen 40 leichter im Wesentlichen
gleichmäßig gehalten
werden kann.
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2 ist
eine schematische Seitenansicht eines anderen beispielhaften Generators 200 für eine Windkraftanlage.
Der Windkraftgenerator 200 ist im Wesentlichen gleich dem
Windkraftgenerator 10 (wie in 1 dargestellt
ist), und Komponenten des Windkraftgenerators 200, die
gleich mit den Komponenten des Windkraftgenerators 10 sind,
sind in 2 mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet, wie sie in 1 benutzt
sind. Eine beispielhafte Ausführungsform
des Windkraftgenerators 200 weist einen Rotor 212,
einen Stator 214 und ein Lager 16 auf. Der Stator 214 weist,
allgemein gesehen, einen Sockel 18 mit einem Körper 20 und
einem Sockelflansch 22 (wie er in 1 dargestellt
ist) auf, der mit dem Stator 14 einstückig ausgebildet ist. Der Stator 214 ver fügt über einen
radial inneren Lagerträger 228,
der sich von dem Statorflansch 224 aus axial erstreckt.
Der Stator 214 weist außerdem einen Kernbefestigungskranz 230 auf,
der sich von dem Statorflansch 224 aus axial erstreckt.
Bei der beispielhaften Ausführungsform
ist ein Statorkern 32 unter Verwendung von Schraubenbolzen 26 an
dem Kernbefestigungskranz 230 angebracht. Der Statorkern 32 trägt wenigstens
eine Wicklung 34, die zur Erzeugung einer elektrischen
Ausgangsgröße des Generators 200 der Windkraftanlage
dient. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind der Statorkern 32 und
die Wicklung 34 als doppelseitiger Stator veranschaulicht.
Der Statorkern 32 und die Wicklung 34 weisen einen
radial inneren Teil 36 und einen radial äußeren Teil 38 auf, wobei
jeder Teil getrennt für
sich von magnetischen Elementen 40 erregt werden kann,
die mit dem Rotor 212 gekuppelt sind. Bei einer alternativen
Ausführungsform
sind der Statorkern und die Wicklung 34 einseitig ausgebildet,
wobei der Kern 32 und die Wicklung 34 lediglich
einen radial inneren Teil 36 oder einen radial äußeren Teil 38 aufweisen.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
ist der Rotor 212 als doppelseitiger Rotor dargestellt, wobei
der Rotor 212 wenigstens ein magnetisches Element 40,
das in Umfangsrichtung rings um einen Umfang eines radial inneren
Rotorkranzes 32 beabstandet angeordnet ist und wenigstens
ein magnetisches Element 40 auf, das in Umfangsrichtung
rings um einen Innenumfang eines radial äußeren Rotorkranzes 44 beabstandet
angeordnet ist. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Rotor 12 ein
einseitiger Rotor, wobei die Rotorkränze 42, 44 sich
axial parallel zu dem Statorkern 32 erstrecken. Bei der beispielhaften
Ausführungsform
weist der Rotor 212 ein einstückiges angeformtes Nabenteil 258 auf,
das mit wenigstens einem (nicht dargestellten) Blatt gekoppelt ist,
und das von den Blättern
erzeugte und/oder in den Blättern
induzierte Kräfte
auf den Rotor 212 überträgt. Auf
den Rotor 212 übertragene
Belastungen werden über
einen verhältnismäßig kurzen Lastweg
direkt auf das Lager 16 übertragen. Auf den Rotor 12 einwirkende
Belastungen kommen über eine
verhältnismäßig kleine
Menge von Konstruktionsteilen zur Einwirkung, so dass die Deformation der
Rotorkonstruktion minimal ist. Der Lastübertragungsweg durch den Rotor 212 ist
wegen der engen gegenseitigen Kopplung des Nabenteils 258,
des Rotors 212, des Lagers 16 und des Stators 14 verhältnismäßig kurz.
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3 ist
eine schematische Seitenansicht eines Teils eines weiteren Windkraftgenerators 300. Der
Windkraftgenerator 300 ist im Wesentlichen gleich dem (in 1)
dargestellten Windkraftgenerator 10, und Komponenten des
Windkraftgenerators 300, die identisch mit Komponenten
des Windkraftgenerators 10 sind, sind in 3 unter
Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet.
Bei der beispielhaften Ausführungsform
ist der Windkraftgenerator 300 mit einem eigenen Sockel 18,
der von dem Stator 14 getrennt ist und einer Nabe 58 veranschaulicht,
die ähnlich
wie bei der in 1 veranschaulichten Konstruktion
von dem Rotor 12 getrennt ist. Zu bemerken ist, dass der
Windkraftgenerator 300 mit einem einstückig mit dem Stator 14 ausgebildeten
Sockel 18 und/oder einer einstückig mit dem Rotor 12 ausgebildeten
Nabe gestaltet sein kann, ähnlich
wie bei der in 2 dargestellten Konstruktion.
Der Windkraftgenerator 300 weist einen Statorkern 32 mit
einer Wicklung 34 auf, der an dem Kernbefestigungskranz 30 angebracht
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
sind der Statorkern 32 und die Wicklung 34 ein
doppelseitiger Statorkern 32 und eine doppelseitige Wicklung 34.
Bei einer alternativen Ausführungsform
sind der Statorkern 32 und die Wicklung 34 jeweils
ein einseitiger Statorkern 32 bzw. eine einseitige Wicklung 34.
Der Stator 14 ist an den Sockelflansch 22 angekoppelt. Der
Lagerträger 28 weist
einen axialen Fortsatz 302 auf, der es erlaubt, das Lager 16 an
einen Ort zu positionieren, der axial zwischen einem Befestigungsende 304 und
einem distalen Ende 306 des Statorkerns 32 liegt.
Die Länge 308 des
Fortsatzes 302 kann abhängig
von einem bestimmten Lastweg zwischen der Nabe 58 und dem
Sockel 18 vorbestimmt sein.
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4 ist
eine schematische Seitenansicht eines Teiles eines anderen beispielhaften
Generators 400 einer Windkraftanlage. Der Windkraftgenerator 400 ist
im Wesentlichen gleich dem (in 1 dargestellten)
Windkraftgenerator 10, und Komponenten des Windkraftgenerators 400,
die identisch mit Komponenten des Windkraftgenerators 10 sind,
sind in 4 unter Verwendung der gleichen
Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet. Bei der exemplarischen
Ausführungsform
ist der Windkraftgenerator 400 mit einem separaten Sockel 18,
der von dem Stator 14 getrennt ist und mit einer Nabe 58 veranschaulicht,
die ähnlich
wie bei der Konstruktion nach 1 von dem
Rotor 12 getrennt ist. Zu bemerken ist, dass der Windkraftgenerator 400 mit
einem einstückig
mit dem Stator 14 ausgebildeten Sockel 18 und/oder
mit einer einstückig
mit dem Rotor 12 ausgebildeten Nabe 58 gestaltet
sein kann, ähnlich
wie bei der Konstruktion nach 2. Der Windkraftgenerator 400 weist
einen Statorkern 32 und eine Wicklung 34 auf,
die an dem Kernbefestigungskranz 30 angebracht sind. Bei
der beispielhaften Ausführungsform
sind der Statorkern 32 und die Wicklung 34 ein doppelseitiger
Kern 32 und ein doppelseitige Wicklung 34. Der
Windkraftgenerator 400 weist ein zweites, radial äußeres Lager 402 auf,
das an dem Kernbefestigungskranz 30 angebracht und mit
einem distalen Ende 404 des äußeren Rotorkranzes 44 verbunden
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform nimmt das Lager 16 im
Wesentlichen die gesamte, von der Nabe 58 auf den Sockel 18 übertragene
Belastung auf. Das Lager 402 überträgt Belastungen von dem äußeren Rotorkranz 44 auf
den Statorflansch 24, so dass die Stabilisierung des distalen Endes 404 begünstigt wird
und beispielsweise Schwingungen des äußeren Rotorkranzes 44 verringert
und außerdem
Veränderungen
des Luftspalts zwischen den magnetischen Elementen 40 und
dem Statorkern 32 weiter reduziert werden können.
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5 ist
eine schematische Seitenansicht eines Teiles eines anderen Generators 500 einer Windkraftanlage.
Der Windkraftgenerator 500 ist ähnlich dem (in 1 dargestellten)
Windkraftgenerator 10, und Komponenten des Windkraftgenerators 500,
die identisch mit Komponenten des Windkraftgenerators 10 sind,
sind in 5 unter Verwendung der gleichen
Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet. Bei der exemplarischen
Ausführungsform ist
der Windkraftgenerator 500 mit einem separaten Sockel 18,
der von dem Stator 14 getrennt ist und einer Nabe 58 veranschaulicht,
die von dem Rotor 12 getrennt ist, ähnlich wie bei der in 1 dargestellten Konstruktion.
Zu bemerken ist, dass der Windkraftgenerator 500 mit einem
einstückig
mit dem Stator 14 ausgebildeten Sockel 18 und/oder
einer einstückig mit
dem Rotor 12 ausgebildeten Nabe 58 gestaltet sein
kann, ähnlich
wie dies bei der in 2 dargestellten Konstruktion
der Fall ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist der Rotor 12 als
doppelseitiger Rotor dargestellt, wobei der Rotor 12 wenigstens ein
in Umfangsrichtung rings um einen äußeren Umfang eines radial inneren
Rotorkranzes 42 beabstandet angeordnetes magnetisches Element 40 und
wenigstens in Umfangsrichtung rings um einen inneren Umfang eines
radial äußeren Rotorkranzes 44 beabstandet
angeordnetes magnetisches Element 40 aufweist. Bei einer alternativen
Ausführungsform
ist der Rotor 12 ein einseitiger Rotor, wobei die Rotorkränze 42, 44 sich
axial parallel zu dem Statorkern 32 erstrecken. Der Windkraftgenerator 500 weist
ein zweites Lager 502 auf, das anschließend an ein distales Ende 504 des
Statorkerns 32 angeordnet ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
nimmt das Lager 16 im Wesentlichen die gesamte Belastung
auf, die von der Nabe 58 auf den Sockel 18 übertragen
wird. Das zweite Lager 502 an dem distalen Ende 504 überträgt Belastungen,
beispielsweise in den vorkragenden Statorkern 32 eingeleitete
Schwingungsbelastungen, von dem distalen Ende 504 auf den
Rotorkranz 44, wodurch die Stabilisierung des distalen
Endes 504 begünstigt,
beispielsweise Schwingungen des Statorkerns 32 verringert
und Veränderungen
des Luftspalts zwischen den magnetischen Elementen 40 und
dem Statorkern 32 ebenfalls reduziert werden können.
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6 ist
eine schematische Seitenansicht eines weiteren beispielhaften Generators 600 einer Windkraftanlage.
Der Windkraftgenerator 600 ist im Wesentlichen gleich dem
(in 1 dargestellten) Windkraftgenerator 10,
und Komponenten des Windkraftgenerators 600, die gleich
mit Komponenten des Windkraftgenerators 10 sind, sind in 6 unter
Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet.
Der Sockel 18 weist einen Körper 20 und einen
Sockelflansch 22 auf. Der Stator 14 ist so ausgebildet,
dass er an den Sockelflansch 22 über eine gegenseitige Stirnflächenanlage
des Sockelflansches 22 und eines komplementären Statorflansches 24 angefügt ist.
Bei der beispielhaften Ausführungsform
ist der Stator 14 an dem an ihn angepassten Flansch 22 über eine
Anzahl Schraubenbolzen befestigt, die in Umfangsrichtung voneinander
beabstandet, rings um die Längsachse 13 des
Windkraftgenerators 600 angeordnet sind. Bei einer alternativen Ausführungsform
ist der Stator 14 am Sockelflansch 22 durch Anschweißen und/oder
Verwendung anderer Befestigungsmittel befestigt. Der Stator 14 weist
einen Kernbefestigungskranz 30 auf, der sich axial von
dem Statorflansch 24 weg erstreckt. Bei der beispielhaften
Ausführungsform
ist ein Statorkern 32 an dem Kernbefestigungskranz 30 unter Verwendung
von Schraubenbolzen 26 angebracht. Der Statorkern 32 weist
wenigstens eine Wicklung 34 auf, die zur Erzeugung einer
elektrischen Ausgangsgröße des Windkraftgenerators 600 dient.
Bei der beispielhaften Ausführungsform
sind der Statorkern 32 und die Wicklung 34 als
doppelseitiger Stator veranschaulicht. Der Statorkern 32 und
die Wicklung 34 weisen ein radial inneres Teil 36 und
ein radial äußeres Teil 38 auf,
wobei jedes Teil getrennt für
sich von mit dem Rotor 12 verbundenen magnetischen Elementen
erregt werden kann. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist ein radial innerer
Teil 602 des Kernbefestigungskranzes 30 dazu ausgelegt,
den radial äußeren Laufring 54 des
Lagers 16 aufzunehmen. Der radial innere Laufring 52 des
Lagers 16 sitzt auf einem Lagerträger 604 des Rotors,
der von dem inneren Rotorkranz 42 vorragt.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
ist der Rotor 12 als doppelseitiger Rotor dargestellt,
wobei der Rotor 12 wenigstens ein magnetisches Element 40,
das in Umfangsrichtung rings um einen äußeren Umfang des radial inneren
Rotorkranzes 42 beabstandet angeordnet ist und wenigstens
ein magnetisches Element 40 auf, das in Umfangsrichtung rings
um einen inneren Umfang des radial äußeren Rotorkranzes 44 beabstandet
angeordnet ist. Die Rotorkränze 42, 44 erstrecken
sich axial parallel zu dem Statorkern 32. Ein Luftspalt
ist jeweils zwischen dem Teil 36 und den mit dem Kranz 42 verbundenen Magnetelementen 40 und
zwischen dem Teil 38 und den mit dem Kranz 44 verbundenen
magnetischen Elementen 40 ausgebildet. Angestrebt wird
die Gleichmäßigkeit
der Luftspalte, weil das von den Magnetelementen 40 erzeugte
Magnetfeld den jeweiligen Luftspalt durchquert, um mit den Statorwicklungen 34 zur
Erzeugung einer Spannung in den Statorwicklungen 34 zusammenzuwirken.
Die Rotorkränze 42, 44 können an
einem distalen Ende durch einen Rotorflansch 46 miteinander
verbunden sein, der sich radial von dem radial inneren Rotorkranz 42 zu dem
radial äußeren Rotorkranz 44 erstreckt.
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Das
Lager 16 erstreckt sich in Umfangsrichtung rings um den
Lagerträger 602 und
ist mit dem Stator 14 durch den radial inneren Teil 602 des
Kernbefestigungskranzes 30 verbunden. Der Lagerträger 604 und
der radial innere Teil 602 des Kernbefestigungskranzes 30 begrenzen
gemeinsam zwischen sich eine Lagerkammer 606. Bei der beispielhaften Ausführungsform
weist das Lager 16 einen inneren Laufring 52,
einen äußeren Laufring 54 und
Wälzkörper 56 auf.
Bei der beispielhaften Ausführungsform ist
eine Nabe 58 mit dem Lagerträger 604 des Rotors verbunden.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist
die Nabe 58 einstückig
mit dem Rotor 12 ausgebildet. Die Nabe 58 ist
mit wenigstens einem (nicht dargestellten) Blatt gekoppelt und überträgt von den Blättern erzeugte
und/oder in diesen induzierte Kräfte
auf den Rotor 12. Auf den Rotor 12 übertragene Belastungen
werden über
einen verhältnismäßig kurzen
Lastweg unmittelbar in das Lager 16 eingeleitet. Auf den
Rotor 12 einwirkende Belastungen kommen über verhältnismäßig wenig
Konstruktionsteile zur Einwirkung, wodurch die Minimierung von Deformationen,
die von einer Durchbiegung der Rotorstruktur herrühren, erleichtert
wird. Der Lastübertragungsweg durch
den Rotor 12 ist wegen der engen gegenseitigen Kopplung
der Nabe 58, des Lagerträgerflansches 604,
des Lagers 16 und des Stators 14 kurz. Ein radialer
Abstand 60 zwischen der Längsachse 13 und einem
Außenumfang
des äußeren Laufringes 54 ist
im Wesentlichen gleich einem radialen Abstand 62 zwischen
der Längsachse 13 und
einem Innenumfang der magnetischen Elemente 40. Da die
radialen Abstände 60, 62 im
Wesentlichen gleich sind, ist der Lastweg zur Übertragung von Belastungen
von der Nabe 58 durch den Rotor 12 konstruktiv
kurz, womit große
Belastungen von dem Rotor 12 aufgenommen werden können, ohne
dass in dem Rotor 12 große Biegemomente erzeugt würden. Solche
Biegemomente sind proportional der zur Einwirkung kommenden Belastungen
und einem Abstand, über
den die Belastungen zur Einwirkung kommen. Der Rotor 12 erlaubt
es, den Lastweg durch den Rotor 12 zu verkürzen, so
dass den Rotor 12 beaufschlagende Biegemomente verringert
werden und der Luftspalt zwischen dem radial inneren Teil 36 und
den magnetischen Elementen 40 im Wesentlichen gleichmäßig gehalten
werden kann.
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Der
im vorstehenden beschriebene Generator einer Windkraftanlage liefert
einen kostengünstigen
und zuverlässigen
Weg, um Belastungen von dem Rotor des Generators einer Windkraftanlage
auf den Sockel bzw. die Basis eines Windkraftgenerators zu übertragen.
Insbesonders begünstigt
ein Lager mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen gleich einem
Durchmesser der magnetischen Elemente des Rotors ist, das Minimieren
des Lastwegs von dem Rotor der Windkraftanlage zu dem Stator des
Rotors der Windkraftanlage. Die Belastungen wirken deshalb über einen
verhältnismäßig kürzeren Weg
ein und entwickeln geringere, eine Verformung des Rotors hervorrufende
Kräfte,
wodurch es erleichtert wird, in Kosten sparender und in hohem Maße zuverlässiger Weise
einen gleichmäßigen Luftspalt
zwischen dem Stator und dem Rotor aufrechtzuerhalten.
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Im
vorstehenden ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Generatorsystems
einer Windkraftanlage im Einzelnen be schrieben. Die dargestellten
Generatorkomponenten sind nicht auf die hier beschriebenen speziellen
Ausführungsformen beschränkt, sondern
die Komponenten jeder Ausführungsform
können
unabhängig
und getrennt von anderen hier beschriebenen Komponenten verwendet werden.
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Wenngleich
die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen
beschrieben wurde, so versteht sich für den Fachmann doch, dass die
Erfindung im Rahmen des Schutzbereiches der Patentansprüche mit
Abwandlungen ausgeführt
werden kann.