DE102012208550A1

DE102012208550A1 - Generator einer getriebelosen Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102012208550A1
Application number: DE201210208550
Authority: DE
Inventors: Wojciech Giengiel
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-28
Also published as: BR112014027340A2; JP2015523044A; AU2013265478A1; CN104334873A; CA2870404A1; CA2870404C; RU2599411C2; AU2013265478B2; US20150102605A1; TW201408874A; CN104334873B; MX2014013458A; NZ700703A; WO2013174700A1; JP6181161B2; CL2014003147A1; RU2014151732A; KR101800928B1; TWI545253B; IN2014DN08636A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator (1) einer getriebelosen Windenergieanlage (100), mit einem Stator (2) und einem Läufer (4), wobei der Stator (2) und/oder der Läufer (4) Wicklungen (14, 30) aus Aluminium aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator einer getriebelosen Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage mit einem solchen Generator und ein Verfahren zum Errichten einer Windenergieanlage.
Getriebelose Windenergieanlagen sind allgemein bekannt. Sie weisen einen aerodynamischen Rotor auf, der angetrieben durch den Wind unmittelbar einen elektrodynamischen Rotor, der zur Vermeidung von Verwechslungen auch als Läufer bezeichnet wird, dreht. Der aerodynamische Rotor und der Läufer sind hierbei starr gekoppelt und weisen dieselbe Drehzahl auf. Da der aerodynamische Rotor bei modernen Windenergieanlagen verhältnismäßig langsam dreht, beispielsweise im Bereich zwischen 5 und 25 Umdrehungen pro Minute, dreht auch der Läufer entsprechend langsam. Aus diesem Grunde ist ein Generator einer modernen getriebelosen Windenergieanlage ein Vielpolgenerator mit großem Durchmesser.
Solche großen Generatoren haben somit den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer Größe schwer zu handhaben, insbesondere schwer zu montieren sind und Probleme beim Transport aufgrund ihrer Größe bereiten können. Sie weisen Kupferwicklungen in großem Umfang auf und sind auch deshalb sehr schwer. Entsprechend aufwändig müssen Tragstrukturen ausgebildet sein.
Kupfer ist allerdings als Material für elektrische Leitungen in einem Generator aufgrund seiner guten elektrischen Eigenschaften konkurrenzlos. Insbesondere gibt es bisher kein anderes, in ausreichender Menge vorhandenes Material, das eine so hohe Leitfähigkeit wie Kupfer aufweist und dabei gleichzeitig verhältnismäßig unproblematisch verarbeitbar ist und dabei seine Eigenschaften im Grunde über den gesamten Temperaturbereich aufweist, der auf der Erde natürlicherweise dort vorkommt, wo Windenergieanlagen aufgestellt werden können. Durch die hohe Leitfähigkeit ist es somit möglich, Generatoren an entsprechender Stelle entsprechend klein zu bauen.
Die Baugröße bei Generatoren wird heutzutage insbesondere durch den Transport begrenzt. So ist insbesondere ein Generatordurchmesser, also ein Außendurchmesser des Generators, von 5 m eine kritische Größe für den Transport von Generatoren. Entsprechend ist der Luftspaltdurchmesser, also der Durchmesser des Generators im Bereich des Luftspalts, entsprechend klein. Der Luftspalt befindet sich zwischen Stator und Läufer und sein Durchmesser ist um die doppelte Dicke des Stators – im Falle eines Innenläufers – oder um die doppelte Dicke des Rotors – im Falle eines Außenläufers – kleiner als der Gesamtdurchmesser des Generators. Dabei bestimmt der Luftspaltdurchmesser ganz maßgeblich die Effizienz und elektrische Leistungsfähigkeit des Generators. Mit anderen Worten ist ein möglichst großer Luftspaltdurchmesser anzustreben. Entsprechend ist ein außen liegender Stator bzw. ein außen liegender Rotor so schlank wie möglich auszugestalten, damit der Luftspaltdurchmesser bei gegebenem Außendurchmesser von etwa 5 m so groß wie möglich ausgestaltet werden kann.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Generator in axialer Richtung zu erweitern, also länger zu machen. Hierdurch kann im Grunde bei gleichem Luftspaltdurchmesser der Generator in seiner Nennleistung erhöht werden. Allerdings weisen solche Verlängerungen in axialer Richtung Stabilitätsprobleme auf. Insbesondere wenn der außerhalb des Luftspalts liegende Teil des Generators möglichst schlank auszubilden ist, kann ein solcher länger ausgestalteter Generator schnell an seine Stabilitätsgrenzen stoßen. Es kommt hierbei hinzu, dass die Wicklungen ein großes Gewicht haben, aber im Grunde nicht zur mechanischen Stabilität beitragen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll ein Generator einer getriebelosen Windenergieanlage hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Stabilität und/oder Gewicht verbessert werden. Zumindest soll eine alternative Ausgestaltung gegenüber bisherigen Lösungen vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Generator nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein solcher Generator einer getriebelosen Windenergieanlage weist einen Stator und einen Läufer auf. Der Stator und/oder der Läufer weist Wicklungen aus Aluminium auf.
Es wurde erfindungsgemäß nämlich erkannt, dass Aluminium zwar eine schlechtere Leitfähigkeit als Kupfer aufweist, aber aufgrund seines vergleichsweise geringen Gewichts in dem Gesamtkonzept für den Generator dennoch von Vorteil sein kann.
Der schlechteren Leitfähigkeit des Aluminiums gegenüber Kupfer muss zunächst mit einem größeren Querschnitt der betreffenden Wicklungen begegnet werden, was zunächst zu einem höheren Volumenbedarf führt. Dem entgegen ist Aluminium aber deutlich leichter als Kupfer, so dass der Generator in seiner Gesamtheit trotzdem leichter wird. Durch das geringere Gewicht können ggf. auch die Anforderungen an die Tragstrukturen, also den mechanischen Aufbau der Windenergieanlage insgesamt und auch an den mechanischen Aufbau des Generators geringer ausfallen. Hierdurch kann wiederum Gewicht eingespart und ggf. Volumen zurückgewonnen werden.
Unter der Verwendung von Wicklungen aus Aluminium ist insbesondere zu verstehen, dass die Wicklungen aus Aluminium bestehen und natürlich Isolierungen aufweisen, insbesondere Isolationslack o.dgl. Es kommen grundsätzlich aber auch Legierungen für das Aluminium in Betracht, die beispielsweise einige Eigenschaften des Aluminiums beeinflussen können wie beispielsweise seine Verarbeitbarkeit, insbesondere Biegsamkeit. Entscheidend ist, dass Aluminium als leichtgewichtiger elektrischer Leiter zur Verfügung steht und einen Großteil der jeweiligen Wicklung bildet. Auf einige Beimengungen, die an der grundsätzlichen Leitfähigkeit und an dem grundsätzlichen spezifischen Gewicht des Aluminiums kaum etwas ändern, kommt es nicht an. Das Aluminium sollte für Gewicht und Leitfähigkeit der Wicklungen bestimmend sein.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Generator ein Außenläufer ist. Somit ist der Stator, nämlich der stehende Teil, innen und um diesen herum dreht sich der Läufer. Dies hat zunächst den Vorteil, dass der Luftspaltdurchmesser grundsätzlich erhöht werden kann, weil der Läufer grundsätzlich eine geringere Dicke benötigt als der Stator. Entsprechend benötigt der Läufer zwischen dem Luftspalt und einem maximalen Außendurchmesser weniger Platz, so dass der Luftspaltdurchmesser bei gegebenem Außendurchmesser erhöht werden kann.
Weiterhin ist zu beachten, dass bei einem Stator häufig Blechpakete vorgesehen sind, die luftspaltseitig mit Wicklungen versehen werden. Ein solches Statorblechpaket kann im Falle eines Außenläufers nach innen hin, also zur Mittelachse des Generators hin im Grunde beliebig verstärkt und mit Kühlkanälen u.dgl. versehen werden. Hier ist im Falle eines Außenläufers reichlich Platz für den Stator, so dass durch das Vorsehen eines Generators vom Typ Außenläufer de facto viel Platz für den Stator geschaffen wird.
Der Läufer, jedenfalls wenn dieser fremderregt ist, ist gänzlich anders aufgebaut, nämlich regelmäßig zusammengesetzt aus mit Wicklungen fertig bestückten Läuferpolen, die an ihrer dem Luftspalt abgewandten Seite an einer Tragkonstruktion, nämlich einem Zylindermantel, verbunden sind. Im Falle eines Generators vom Typ Außenläufer erstrecken sich somit die Polschuhkörper vom Luftspalt aus im Grunde leicht sternförmig nach außen. Mit anderen Worten nimmt der verfügbare Raum vom Luftspalt zur Tragkonstruktion hin zu. Das Unterbringen von Wicklungen für die Fremderregung wird somit erleichtert, weil im Falle eines Außenläufers hier mehr Platz zur Verfügung steht.
Somit wirkt die Verwendung von Aluminium jedenfalls für die Erregerwicklungen des Läufers positiv mit dem zusätzlichen Raumvolumen zusammen, das sich für den Außenläufertyp ergibt.
Die Aluminiumwicklungen können somit in vorteilhafter Weise für den Läufer vorgesehen sein. Das beschriebene zusätzliche Platzangebot zum Stützen des Stators kann ebenfalls auch dazu genutzt werden, Aluminiumwicklungen in dem Stator vorzusehen. Der Stator kann hierfür beispielsweise zusätzlichen Wickelraum durch eine Vergrößerung in radialer Richtung schaffen. Der Luftspaltdurchmesser ist hiervon unbeeinflusst. Auch eine etwaige Zunahme des magnetischen Widerstandes im Stator dürfte im Vergleich zum magnetischen Widerstand des Luftspalts vernachlässigbar sein. Gegebenenfalls ist mit einem leichteren Läufer, der aufgrund der Verwendung des leichten Aluminiums gegenüber einem Kupferläufer leichter geworden ist, eine starrere Struktur für den Läufer erreichbar, was eine Verringerung der Luftspaltdicke ermöglichen könnte, wodurch der magnetische Widerstand verringert werden könnte.
Vorzugsweise wird ein Generator mit einem Luftspaltdurchmesser von über 4,3 m vorgeschlagen. Hierdurch wird manifestiert, dass die vorliegende Erfindung Generatoren großer getriebeloser Windenergieanlagen betrifft. Die vorliegende Erfindung beansprucht nicht die Erfindung eines Generators mit Aluminiumwicklungen zu sein. Die Verwendung von Aluminiumwicklungen für einen großen Generator einer modernen getriebelosen Windenergieanlage ist für die Fachwelt bisher aber abwegig gewesen, weil stattdessen versucht wurde, Generatoren anderweitig zu optimieren. Dazu gehört ein möglichst geringes Volumen zu schaffen, was wiederum für den Fachmann bisher die Verwendung von Aluminium als Wicklungsmaterial ausgeschlossen hat.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein Außenläufer als Generatortyp verwendet wird, wobei der Läufer in Umfangsrichtung aus mehreren Läufersegmenten, insbesondere aus zwei, drei oder vier Läufersegmenten zusammengesetzt ist. Insbesondere sind die Läufersegmente dazu vorbereitet, beim Aufstellen der Windenergieanlage vor Ort zusammengesetzt zu werden. Vorzugsweise ist der Stator jedoch einstückig ausgebildet, insbesondere verfügt er über eine durchgängige Wicklung für jede Phase.
Durch die Verwendung von Aluminium als Wicklungsmaterial können Läufer, jedenfalls solche eines fremderregten Synchrongenerators, weniger Gewicht aufweisen und damit eine Konstruktion begünstigen, bei der der Rotor zusammengesetzt wird. Bereits bei der Verwendung von zwei im Grund jeweils halbkreisförmigen Läufersegmenten kann ein Generator mit einem Durchmesser von mehr als 5 m geschaffen werden, ohne dass die kritische Transportgröße von 5 m überschritten wird. Bei Verwendung eines einstückigen Stators eines solchen Außenläufers kann der Außendurchmesser des Stators, der etwa dem Luftspaltdurchmesser entspricht, etwa die kritische Transportgröße, insbesondere 5 m betragen. Der Läufer wird dann vor Ort zusammengesetzt, wenn ein Straßentransport nicht mehr erforderlich ist. In diesem Fall stellt die exakte Größe des Generators, nämlich des Läufersegments nur noch ein geringeres Problem dar. Nun ist viel entscheidender das Gewicht der Elemente. Das Gewicht kann jedoch durch die Verwendung von Aluminium reduziert werden. Um die gleiche absolute Leitfähigkeit statt mit Kupfer mit Aluminium zu realisieren, benötigt man etwa 50% mehr Wicklungsvolumen, das aber noch immer nur die Hälfte der entsprechenden Kupferwicklung wiegt. Trotz einer Volumenzunahme kann somit das Gewicht drastisch reduziert werden, wenn Aluminium verwendet wird. Durch die Verwendung eines geteilten Läufers besteht aber die Obergrenze für das Volumen nicht mehr, der Läufer kann etwas größer gestaltet werden und das führt – paradoxerweise – zu einem leichteren Läufer, weil nun Aluminium verwendet werden kann.
Entsprechend ist es vorteilhaft, dass der Generator als fremderregter Synchrongenerator ausgebildet ist und der Läufer Erregerwicklungen aus Aluminium aufweist. Dies ist wie beschrieben für einen Außenläufer, insbesondere geteilten Außenläufer, besonders vorteilhaft, kann aber auch für einen Innenläufer günstig sein.
Vorzugsweise weist der Generator eine Nennleistung von wenigstens 1 MW, insbesondere wenigstens 2 MW auf. Diese Ausführungsform unterstreicht zudem, dass die Erfindung insbesondere einen Generator einer getriebelosen Windenergieanlage der Megawattklasse betrifft. Solche Generatoren werden heutzutage optimiert und daher kam bisher Aluminium als Material für die Wicklungen nicht in Betracht. Es wurde aber erkannt, dass die Verwendung von Aluminium doch von Vorteil sein kann und keine Beschränkung oder Verschlechterung gegenüber Kupfer sein muss. Selbst wenn es bereits Generatoren mit Aluminiumwicklungen gibt, die möglicherweise auch in bestimmten Ländern zu bestimmten Zeiten aus Gründen von Rohstoffknappheit entwickelt wurden, so kann dies keinerlei Hinweis oder Anregung geben, einen Generator einer getriebelosen Windenergieanlagen der Megawattklasse mit Aluminiumwicklungen auszurüsten.
Vorzugsweise ist der Generator als Ringgenerator ausgebildet. Ein Ringgenerator beschreibt eine Bauform eines Generators, bei der der magnetisch wirksame Bereich im Wesentlichen auf einem Ringbereich konzentrisch um die Drehachse des Generators angeordnet ist. Insbesondere ist der magnetisch wirksame Bereich, nämlich vom Läufer und vom Stator nur im radial äußeren Viertel des Generators angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform schlägt vor, dass der Generator als langsam laufender Generator oder als vielpoliger Generator mit wenigstens 48, wenigstens 72, insbesondere wenigstens 192 Statorpolen ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist es günstig, den Generator als sechsphasigen Generator auszubilden.
Ein solcher Generator ist insbesondere für die Verwendung in modernen Windenergieanlagen vorzusehen. Durch seine Vielpoligkeit gestattet er einen sehr langsam laufenden Betrieb des Läufers, der sich aufgrund der Getriebelosigkeit an einen langsam drehenden aerodynamischen Rotor anpasst und mit diesem besonders gut zu verwenden ist. Dabei ist zu beachten, dass bei 48, 72, 192 oder noch mehr Statorpolen ein entsprechend hoher Wicklungsaufwand vorhanden ist. Insbesondere wenn eine solche Wicklung phasenweise durchgängig ist, ist eine Umstellung auf Aluminiumwicklungen ein riesiger Entwicklungsschritt. Bereits der zu bewickelnde Statorkörper, nämlich die Blechpakte sind an den geänderten Platzbedarf anzupassen. Ebenfalls ist die Handhabbarkeit des Aluminiums für solche Wicklungen neu zu lernen und ggf. sind Aluminiumlegierungen vorzusehen, die eine solche geänderte Wicklung erleichtern. Ein geänderter Stator ist auch hinsichtlich seiner Befestigung in der Windenergieanlage, insbesondere an einem entsprechenden Statorträger neu zu berücksichtigen. Dabei können sich Anschlusspunkte verändern, sowohl mechanische als auch elektrische, und es wird die Möglichkeit eröffnet, die gesamte Tragkonstruktion an das verringerte Gewicht anzupassen. Insbesondere die Verwendung einer Windenergieanlage, bei der der Generator also nicht auf einem Maschinenboden oder eigenem Fundament steht, führt bei einer grundlegenden Generatoränderung grundsätzlich zu der Notwendigkeit einer kompletten Überarbeitung der Gondelkonstruktion der Windenergieanlage, oder hat noch weitreichendere Konsequenzen.
Ebenfalls wird eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die einen Generator verwendet, wie er zumindest gemäß einer der obigen Ausführungsformen beschrieben wurde.
Ebenfalls wird ein Verfahren zum Errichten einer solchen Windenergieanlage vorgeschlagen. Vorzugsweise beinhaltet das das Montieren einer Windenergieanlage mit einem Generator mit teilbarem Außenläufer. Hierfür wird vorgeschlagen, zunächst den Stator des Generators auf einem Turm, nämlich an einer Gondel bzw. dem ersten Teil der Gondel zu montieren.
Der Läufer wird dann vor Ort bzw. parallel dazu vor Ort am Aufstellungsort oder in dessen Nähe, wie beispielsweise in einer Minifabrik, zusammengesetzt. Der so zusammengesetzte Läufer wird dann auf dem Turm zusammen mit dem bereits montierten Stator montiert, so dass der zusammengesetzte Läufer zusammen mit dem Stator im Wesentlichen den Generator bildet.
Die Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Ansicht.
2 zeigt einen Generator vom Typ Innenläufer in einer seitlichen Schnittansicht.
3 zeigt einen Generator vom Typ Außenläufer in einer seitlichen Schnittansicht.
4 zeigt schematisch zwei Polschuhe eines Läufers eines Generators vom Typ Innenläufer.
5 zeigt schematisch zwei Polschuhkörper eines Läufers eines Generators vom Typ Außenläufer.
1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
2 zeigt einen Generator 1 vom Typ Innenläufer und damit einen außen liegenden Stator 2 und einen dazu innen liegenden Läufer 4. Zwischen dem Stator 2 und dem Läufer 4 befindet sich der Luftspalt 6. Der Stator 2 wird über eine Statorglocke 8 auf einem Statorträger 10 getragen. Der Stator 2 weist Blechpakete 12 auf, die Wicklungen aufnehmen, von denen Wickelköpfe 14 gezeigt sind. Die Wickelköpfe 14 zeigen im Grunde die aus einer Statornut heraus in die nächste Statornut hinein gelegten Wicklungsdrähte. Die Blechpakete 12 des Stators 2 sind an einem Tragring 16 befestigt, der auch als Teil des Stators 2 angesehen werden kann. Mittels dieses Tragrings 16 ist der Stator 2 an einem Statorflansch 18 der Statorglocke 8 befestigt. Hierüber trägt die Statorglocke 8 den Stator 2. Darüber hinaus kann die Statorglocke 8 Gebläse zum Kühlen vorsehen, die in der Statorglocke 8 angeordnet sind. Hierdurch kann Luft zum Kühlen auch durch den Luftspalt 6 gedrückt werden, um dadurch im Bereich des Luftspalts zu kühlen.
2 zeigt zudem den Außenumfang 20 des Generators 1. Lediglich Handhabungslaschen 22 ragen darüber hinaus, was jedoch unproblematisch ist, da diese nicht über den gesamten Umfang vorhanden sind.
An den Statorträger 10 schließt sich ein nur teilweise dargestellter Achszapfen 24 an. Auf dem Achszapfen 24 ist der Läufer 2 über ein Läuferlager 26 gelagert. Dazu ist der Läufer 2 an einem Nabenabschnitt 28 befestigt, der auch mit Rotorblättern des aerodynamischen Rotors verbunden ist, so dass die Rotorblätter vom Wind bewegt den Läufer 4 über diesen Nabenabschnitt 28 drehen können.
Der Läufer 4 weist dabei Polschuhkörper mit Erregerwicklungen 30 auf. Zum Luftspalt 6 hin ist an den Erregerwicklungen 30 noch ein Teil des Polschuhs 32 zu erkennen. Zur dem Luftspalt 6 abgewandten Seite, also nach innen hin ist der Polschuh 32 mit der Erregerwicklung, die er trägt, an einem Läufertragring 34 befestigt, der wiederum mittels eines Läuferträgers 36 an dem Nabenabschnitt 28 befestigt ist. Der Läufertragring 34 ist im Grund ein zylindermantelförmiger, durchgängiger, massiver Abschnitt. Der Läuferträger 36 weist eine Vielzahl von Verstrebungen auf.
Es ist in der 2 zu erkennen, dass die radiale Ausdehnung des Läufers 4, nämlich von dem Läufertragring 34 zum Luftspalt 6 deutlich geringer ist als die radiale Ausdehnung des Stators 2, nämlich vom Luftspalt 6 zum Außenumfang 20.
Darüber hinaus ist eine Traglänge 38 eingezeichnet, die etwa die axiale Ausdehnung von der Statorglocke 8 zum ihr abgewandten Ende des Stators 2, nämlich des Wickelkopfes 14 dort beschreibt. Bei dieser Konstruktion ist diese axiale Traglänge verhältnismäßig lang und sie zeigt wie weit der Stator 2 von der Statorglocke 8 aus frei tragen muss. Aufgrund des innen liegenden Läufers 4 ist nämlich auf der der Statorglocke 8 abgewandten Seite keine weitere Stütz- oder Lagermöglichkeit für den Stator 2 vorhanden.
Der Generator 301 der 3 ist vom Typ Außenläufer. Entsprechend liegt der Stator 302 innen und der Läufer 304 außen. Der Stator 302 wird durch eine zentrale Statortragkonstruktion 308 auf dem Statorträger 310 getragen. Zur Kühlung ist in der Statortragkonstruktion 308 ein Gebläse 309 eingezeichnet. Der Stator 302 wird somit mittig getragen, was die Stabilität sehr erhöhen kann. Weiterhin kann er von innen her durch das Gebläse 309, das nur charakteristisch für weitere Gebläse steht, gekühlt werden. Der Stator 302 ist bei dieser Konstruktion von innen her zugänglich.
Der Läufer 304 weist einen außen liegenden Läufertragring 334 auf, der an einem Läuferträger 336 befestigt ist und von diesem auf dem Nabenabschnitt 328 getragen wird, der wiederum über ein Läuferlager 326 auf einem Achszapfen 324 gelagert wird.
Aufgrund der im Grunde vertauschten Anordnung von Stator 302 und Läufer 304 ergibt sich ein Luftspalt 306, der einen größeren Durchmesser aufweist als der Luftspalt 6 der 2 des Generators 1 vom Typ Innenläufer.
3 zeigt zudem noch eine günstige Anordnung einer Bremse 340, die über eine mit dem Läufer 304 verbundene Bremsscheibe 342 den Läufer 304 bei Bedarf festsetzen kann. In diesem Fall der angezogenen Bremse 340 ergibt sich ein stabiler Zustand, bei dem der Läufer 304 in axialer Richtung an zwei Seiten gehalten wird, nämlich an einer Seite letztlich über das Lager 326 und auf der anderen Seite über die festgezogene Bremse 340.
In 3 ist ebenfalls eine axiale Traglänge 338 eingezeichnet, die ebenfalls einen mittleren Abstand der Statortragkonstruktion 308 zum Läuferträger 336 zeigt. Hier ist der Abstand zwischen den beiden Tragkonstruktionen des Stators 302 und Läufers 304 deutlich verringert gegenüber der axialen Traglänge 38, die bei dem Generator vom Typ Innenläufer in der 2 gezeigt ist. Auch die axialen Traglänge 38 der 2 gibt einen mittleren Abstand zwischen den beiden Tragkonstruktionen für den Stator 2 einerseits und den Läufer 4 andererseits an. Je kleiner eine solche axiale Traglänge 38 bzw. 338 ist, umso höher ist die Stabilität, die erreicht werden kann, insbesondere auch eine Kippstabilität zwischen Stator und Läufer.
Der Außendurchmesser 344 des Außenumfangs 320 ist bei beiden gezeigten Generatoren der 2 und 3 identisch. Der Außenumfang 20 des Generators 1 der 2 weist somit ebenfalls den Außendurchmesser 344 auf. Trotz gleicher Außendurchmesser 344 ist es bei der Konstruktion der 3, die den Generator 301 des Typs Außenläufer zeigt, möglich, einen größeren Luftspaltdurchmesser für den Luftspalt 306 gegenüber dem Luftspalt 6 der 2 zu erreichen.
In 4 ist ein außen liegender Stator 402 und ein innen liegender Läufer 404 dargestellt. 4 zeigt sehr schematisch zwei Polschuhkörper 432 mit einem Schaft 450 und einem Polschuh 452. zwischen den beiden Polschuhkörpern 432, insbesondere zwischen den beiden Schäften 450 ist ein Wickelraum 454 ausgebildet. Hierin sind die Leitungen von Erregerwicklungen 430 anzuordnen. Da jeder Polschuhkörper 432 Erregerwicklungen 430 trägt, muss der Wickelraum 454 im Grund elektrische Leitungen von zwei Erregerwicklungen 430 aufnehmen.
Aufgrund der Tatsache, dass die Polschuhkörper 432 der 4 zu einem Innenläufer gehören, laufen die Schäfte 450 von den Polschuhen 452 aus zusammen, wodurch der Wickelraum 454 sich verengt. Dadurch können Probleme beim Unterbringen der Erregerwicklungen 430 entstehen.
In 5 ist ein innen liegender Stator 502 und ein außen liegender Läufer 504 gezeigt. 5 zeigt eine ähnliche schematische Darstellung von zwei Polschuhkörpern 532 jedoch von einem Außenläufer. Hier ist zu erkennen, dass sich die Schäfte 550 von den Polschuhen 552 aus entfernen, so dass sich ein Wickelraum 554 aufweitet und damit viel Raum für Leitungen von Erregerwicklungen 530 schafft.
Durch die 5, insbesondere im Vergleich zu der 4 wird veranschaulicht, dass allein durch die Verwendung eines Außenläufers ein deutlich erhöhter Wickelraum 554 geschaffen werden kann, was die Verwendung von Aluminium als Material für die Wicklungen begünstigt. Über die veranschaulichte Zunahme des absoluten Wickelraums 554 gegenüber dem absoluten Wickelraum 454 kann sich bei dem Außenläufer, der in 5 veranschaulicht ist, zudem die Handhabung und insbesondere Montage verbessern.
Darüber hinaus ist gemäß der 4 auch der sich anschließende Anschlussraum 456, der sich an die Schäfte 450 anschließt, verengt. Zur Veranschaulichung sind die Schäfte 450 gestrichelt weiter gezeichnet. Problematisch ist insbesondere, wie die Polschuhkörper und somit die Pole des Läufers insgesamt im Grunde einzeln vorgesehen und installiert werden. Der im Grunde vorhandene Platz im Anschlussraum 456 kann somit schwierig genutzt werden.
Dem entgegen vergrößert sich ein entsprechender Anschlussraum 556 gemäß der 5 aufgrund der Anordnung als Außenläufer.
Somit wird eine Lösung geschaffen, die vorschlägt, Aluminium in Generatoren einzusetzen. Was zunächst als antiquierte Notlösung erscheint, die ein Fachmann zum Konstruieren eines modernen Generators einer Windenergieanlage verwerfen würde, wenn er Kupfer zur Verfügung hat, stellt sich als eine vorteilhafte Lösung heraus. Der Einsatz von Aluminium in Generatoren mag weniger vorteilhaft sein, wenn es sich um einen Innenläufer handelt. Innenläufergeneratoren sind durch ihre Bauform konstruktiv begrenzt. Bei Außenläufergeneratoren jedoch werden die Generatoren anders definiert bzw. grundsätzlich anders konstruiert, was die Anwendung von Aluminium ermöglicht und sogar vorteilhaft werden lässt.
Es ist auch zu erwähnen, dass sich bei der Berechnung eines Läufers dieser üblicherweise an einem vorgegebenen Luftspaltradius r orientieren muss. Ausgehend von diesem Luftspaltradius ist der Innenläufer nach innen begrenzt, weil sich die Schäfte der Pole, deren Verlängerung durch die Hilfslinien 457 in 4 veranschaulicht wird, sonst an einem in 4 gezeigten Punkt P treffen würden. Hierdurch ist die radiale Ausdehnung eines Innenläufers begrenzt. Im Falle eines Außenläufers ergibt sich diese Grenze nicht, weil die Schäfte nach außen auseinander laufen, was durch die Hilfslinien 557 veranschaulicht wird, sich daher nicht treffen und daher in ihrer radialen Ausdehnung nicht begrenzt sind. Hierdurch eignet sich ein Außenläufer besonders gut zur Verwendung mit Aluminium-Wicklungen, die mehr Wickelraum benötigen.
Es wird vorgeschlagen, Aluminium für den Stator oder für den Läufer oder für beide einzusetzen. Bei der Konstruktion eines Außenläufers ist ein größerer Luftspaltdurchmesser erreichbar, was den Einsatz von Aluminium erlaubt bzw. begünstigt.
Als weitere Vorteile ergeben sich, dass die Kosten für Aluminium geringer sind und mitunter auch eine bessere Materialzugänglichkeit gegeben ist, jedenfalls bei einer Konstruktion des Außenläufers. Es wird somit Kupfer vermieden, zumindest in dem Stator oder dem Läufer. Zwar kann grundsätzlich mit Kupfer eine höhere Volumeneffizienz erreicht werden, dies verlangt aber einen höheren Preis, sowohl bei den direkten Kosten für das Material Kupfer als auch ggf. im Sinne eines Aufwandes der Konstruktion und der notwendigen Tragkonstruktion für das schwere Kupfer.

Claims

Generator (1) einer getriebelosen Windenergieanlage (100), mit einem Stator (2) und einem Läufer (4), wobei der Stator (2) und/oder der Läufer (4) Wicklungen (14, 30) aus Aluminium aufweist.
Generator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (1) ein Außenläufer ist.
Generator (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Luftspaltdurchmesser (6) von mehr als 4,3 m.
Generator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (4) in Umfangsrichtung aus mehreren Läufersegmenten, insbesondere aus zwei oder vier Läufersegmenten zusammengesetzt ist, wobei die Läufersegmente insbesondere dazu vorbereitet sind, beim Aufstellen der Windenergieanlage (100) vor Ort zusammengesetzt zu werden, wobei der Stator (2) vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, insbesondere eine durchgängige Wicklung (14) aufweist.
Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (1) als fremderregter Synchrongenerator (1) ausgebildet ist und der Läufer (4) Erregerwicklungen (30) aus Aluminium aufweist.
Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Nennleistung von wenigstens 500 kW, wenigstens einem MW, insbesondere von wenigstens zwei MW.
Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (1) als langsam laufender Generator (1) und/oder als vielpoliger Generator (1) mit wenigstens 48, wenigstens 72, insbesondere wenigstens 192 Statorpolen ausgebildet ist und/oder als 6-phasiger Generator (1) ausgebildet ist.
Windenergieanlage (100) mit einem Generator (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Errichten einer Windenergieanlage (100) nach Anspruch 8 umfassend die Schritte – Montieren des Stators (2) des Generators (1) auf einem Turm (102) der zu errichtenden Windenergieanlage (100), – Zusammensetzen des Läufers (4) des Generators (1) vor Ort am Aufstellungsort oder in dessen Nähe und – Montieren des so zusammengesetzten Läufers (4) auf dem Turm (102), um zusammen mit dem bereits montierten Stator (2) den Generator (1) zu bilden.