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Die Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere für eine Windkraftanlage, welcher einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Stator ein Statorjoch umfasst, das eine Anzahl von sich axial erstreckenden Statorwicklungen aufweist, die in jeweiligen Endwicklungen enden, wobei drei in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Statorwicklungen einen jeweiligen Satz von Statorwicklungen bilden.
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Bekanntlich wandeln elektrische Maschinen, wie Generatoren oder Elektromotoren, mechanische Energie in elektrische Energie um oder umgekehrt. Während des Betriebs jeweiliger elektrischer Maschinen können thermische Verluste auftreten, welche den Wirkungsgrad verringern oder sogar Schäden verursachen können.
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Bei einem herkömmlichen Generator sind thermische Verluste oder Kupferverluste regelmäßig im Bereich der Endwicklungen oder überstehenden Wicklungen anzutreffen, d. h. der jeweiligen Abschnitte von Ständerwicklungen, die sich axial von dem Statorjoch weg erstrecken. Das heißt, die Gestaltung der Endwicklungen oder überstehenden Wicklungen ist gewöhnlich nicht im Hinblick auf jeweilige thermische Verluste optimiert.
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Thermische Verluste können auch auf Entmagnetisierungseffekten von Permanentmagneten des Rotors infolge von Kurzschlüssen, hohen Temperaturen usw. beruhen, da derartige Entmagnetisierungseffekte gewöhnlich zu einer Erhöhung von Statorströmen führen. Daher müssen entsprechende entmagnetisierte Permanentmagneten ausgewechselt werden, was oftmals mit mühsamen und kostenaufwändigen Wartungsarbeiten verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Generator bereitzustellen, insbesondere im Hinblick auf die Gestaltung der Endwicklungen sowie auf die Wartungsfreundlichkeit.
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Dies wird erfindungsgemäß durch einen Generator der eingangs beschriebenen Art erreicht, wobei sich auf wenigstens einer Stirnseite des Generators, wenn man einen jeweiligen Satz von Statorwicklungen betrachtet, bezüglich einer axialen Mittelachse des Generators erste Endwicklungen senkrecht von dem Statorjoch weg in einer radial nach außen gerichteten Richtung erstrecken, sich zweite Endwicklungen von dem Statorjoch weg in axialer Richtung erstrecken und sich dritte Endwicklungen senkrecht von dem Statorjoch weg in einer radial nach innen gerichteten Richtung erstrecken.
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Das erfindungsgemäße Prinzip sieht eine neue Konstruktion von jeweiligen Endwicklungen vor, d. h. von entsprechenden Abschnitten von Statorwicklungen, die sich von dem Statorjoch weg erstrecken. Die Statorwicklungen sind separat in jeweiligen axialen Schlitzen des Statorjoches aufgenommen, d. h. jeder Schlitz nimmt eine einzige Statorwicklung auf. Dabei können sich, in Bezug auf eine Mittelachse des Generators oder Stators, jeweilige Endwicklungen entweder senkrecht von dem Statorjoch weg in einer radial nach außen gerichteten Richtung erstrecken (erste Endwicklungen) oder von dem Statorjoch weg in axialer Richtung erstrecken (zweite Endwicklungen) oder senkrecht von dem Statorjoch weg in einer radial nach innen gerichteten Richtung erstrecken (dritte Endwicklungen). Vorzugsweise sind die jeweiligen ersten, zweiten und dritten Endwicklungen in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, d. h. jeweilige erste Endwicklungen sind vorzugsweise zweiten oder dritten Endwicklungen in Umfangsrichtung benachbart, jeweilige zweite Endwicklungen sind vorzugsweise ersten oder dritten Endwicklungen in Umfangsrichtung benachbart und jeweilige dritte Endwicklungen sind vorzugsweise ersten oder zweiten Endwicklungen in Umfangsrichtung benachbart.
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Zum besseren Verständnis der konkreten Konstruktion der jeweiligen Endwicklungen ist es hilfreich, die jeweiligen Endwicklungen theoretisch in entsprechende Abschnitte zu unterteilen. Auf diese Weise umfassen die Endwicklungen jeweils einen ersten Abschnitt, der direkt aus dem Statorjoch austritt, einen jeweiligen, im Wesentlichen U-förmigen zweiten Abschnitt, der sich an den ersten Abschnitt anschließt, und einen dritten Abschnitt, der wieder in das Statorjoch eintritt und sich an den zweiten Abschnitt anschließt.
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Folglich ist der zweite Abschnitt zwischen einem jeweiligen ersten und dritten Abschnitt angeordnet, sodass ein zweiter Abschnitt einen jeweiligen ersten Abschnitt mit einem jeweiligen dritten Abschnitt verbindet oder umgekehrt. Der zweite Abschnitt kann auch als das freie Ende einer jeweiligen Endwicklung angesehen werden. Der erste und der dritte Abschnitt haben gewöhnlich dieselbe Form und/oder Ausrichtung.
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Was die jeweiligen ersten Endwicklungen anbelangt, so ist der erste Abschnitt in radial nach außen gerichteter Richtung gebogen, sodass sich der zweite Abschnitt im Wesentlichen in radialer Richtung und Umfangsrichtung erstreckt, d. h. die Öffnung des „U“ ist der radial nach innen gerichteten Richtung zugewandt. Der dritte Abschnitt ist analog zu dem ersten Abschnitt gebogen, da der erste und dritte Abschnitt einander in Form und Ausrichtung entsprechen. Somit erscheinen die ersten Endwicklungen, wenn eine jeweilige Stirnseite des Stators in axialer Richtung betrachtet wird, als ein umgekehrtes „U“.
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Was die jeweiligen zweiten Endwicklungen anbelangt, so erstreckt sich der erste Abschnitt in axialer Richtung und der zweite Abschnitt befindet sich in derselben radialen Ebene wie der erste Abschnitt und erstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Der dritte Abschnitt weist dieselbe Ausrichtung wie der erste Abschnitt auf, d. h. er erstreckt sich ebenfalls in axialer Richtung. Somit erscheinen die zweiten Endwicklungen, wenn der Außen- oder Innendurchmesser des Stators in radialer Richtung betrachtet werden, als ein „U“.
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Was die jeweiligen dritten Endwicklungen anbelangt, so ist der erste Abschnitt in radial nach innen gerichteter Richtung gebogen, sodass sich der zweite Abschnitt im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt, d. h. die Öffnung des „U“ ist der radial nach außen gerichteten Richtung zugewandt. Der dritte Abschnitt ist analog zu dem ersten Abschnitt gebogen, da der erste und dritte Abschnitt einander in Form und Ausrichtung entsprechen. Somit erscheinen die ersten Endwicklungen, wenn eine jeweilige Stirnseite des Stators in axialer Richtung betrachtet wird, als ein normales „U“.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion der jeweiligen Endwicklungen kann mit –90°/0°/+90° bzw. +90°/0°/–90° bezeichnet werden. Dabei geben die Zahlen den Winkel oder Biegewinkel der Endwicklungen relativ zu der axialen Mittelachse des Generators an, d. h. +90°/–90° bedeutet „sich senkrecht in radial nach außen oder innen gerichteter Richtung bezüglich der Mittelachse erstreckend“ und 0° bedeutet „sich parallel zu der Mittelachse erstreckend“.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion der Endwicklungen kann auf beiden Stirnseiten oder einer der Stirnseiten des Stators bzw. Generators vorgesehen sein.
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Wie aus beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich ist, sieht die erfindungsgemäße Konstruktion der Endwicklungen regelmäßig in Umfangsrichtung angeordnete Einsetzschlitze zwischen jeweiligen in Umfangsrichtung benachbarten ersten oder dritten Endwicklungen vor, welche eine axiale Einfügung entsprechender Komponenten des Rotors, wie insbesondere von Permanentmagneten, ermöglichen.
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Jede jeweilige Statorwicklung ist einer speziellen Stromphase zugeordnet. Sofern es sich um einen Dreiphasengenerator handelt, umfasst jeder Satz von Statorwicklungen drei Statorwicklungen, die sich hinsichtlich der Stromphase unterscheiden. Somit stellt das erfindungsgemäße Prinzip sicher, dass die jeweiligen unterschiedlichen Phasen denselben elektrischen Widerstand aufweisen, was zu symmetrischen Strömen führt. Das erfindungsgemäße Prinzip beruht auf einer Anordnung mit einem Schlitz pro Phase, wobei jeder Statorschlitz eine Statorwicklung aufnimmt.
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Allgemein ist das erfindungsgemäße Prinzip sowohl für Generatoren mit einer Konfiguration mit Außenrotor und Innenstator als auch für Generatoren mit einer Konfiguration mit Außenstator und Innenrotor anwendbar.
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Sowohl der Rotor als auch der Stator des Generators können in jeweilige, insbesondere ringsegmentähnlich geformte, Rotorsegmente bzw. Statorsegmente aufgeteilt sein.
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Es ist bevorzugt, dass jeweilige Sätze von Statorwicklungen in Umfangsrichtung wiederholt in benachbarten ersten, zweiten und dritten Sätzen von Statorwicklungen angeordnet sind, wobei jeder Satz von Statorwicklungen in Umfangsrichtung auf andere Weise angeordnete erste, zweite und dritte Endwicklungen umfasst. Somit sind, wenn erste Sätze von Statorwicklungen mit „A“, zweite Sätze von Statorwicklungen mit „B“ und dritte Sätze von Statorwicklungen mit „C“ bezeichnet werden, jeweilige erste (A), zweite (B) und dritte (C) Sätze von Statorwicklungen in Umfangsrichtung benachbart gemäß dem Prinzip ABC, ABC, ABC usw. angeordnet. Die jeweiligen ersten (A), zweiten (B) und dritten (C) Sätze von Statorwicklungen enthalten jeweils drei entsprechende Statorwicklungen. Die Endwicklungen der Statorwicklungen der jeweiligen Sätze von Statorwicklungen unterscheiden sich in ihrer Ausrichtung, d. h. ihrer Anordnung oder den jeweiligen ersten, zweiten und dritten Endwicklungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweilige Sätze von Statorwicklungen in Umfangsrichtung wiederholt in benachbarten ersten, zweiten und dritten Sätzen von Statorwicklungen angeordnet, wobei ein erster Satz von Statorwicklungen eine Konfiguration aufweist, bei der auf erste Endwicklungen zweite Endwicklungen folgen, auf welche dritte Endwicklungen folgen, wobei ein zweiter Satz von Statorwicklungen, der dem ersten Satz von Statorwicklungen benachbart angeordnet ist, eine Konfiguration aufweist, bei der auf zweite Endwicklungen dritte Endwicklungen folgen, auf welche erste Endwicklungen folgen, und wobei ein dritter Satz von Statorwicklungen, der dem zweiten Satz von Statorwicklungen benachbart angeordnet ist, eine Konfiguration aufweist, bei der auf dritte Endwicklungen erste Endwicklungen folgen, auf welche zweite Endwicklungen folgen. Folglich ist gemäß dieser Ausführungsform die Umfangsanordnung der jeweiligen ersten (1), zweiten (2) und dritten (3) Endwicklungen der jeweiligen ersten (A), zweiten (B) und dritten (C) Sätze von Statorwicklungen A:123, B:231, C:312, A:123, B:231, C:312 usw.
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Natürlich sind verschiedene andere Anordnungen jeweiliger erster (1), zweiter (2) und dritter (3) Endwicklungen von jeweiligen ersten (A), zweiten (B) und dritten (C) Sätzen von Statorwicklungen möglich. Nachstehend wird eine Liste entsprechender Beispiele angegeben, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt:
A:132, B:231, C:321, A:132, B:231, C:321 usw.
A:321, B:123, C:132, A:321, B:123, C:132 usw.
A:312, B:123, C:312, A:312, B:123, C:312 usw.
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Im Allgemeinen ist es im Hinblick auf eine jeweilige Gruppe von ersten (A), zweiten (B) und dritten (C) Sätzen von Statorwicklungen wünschenswert, dass sich der Umfangsspalt zwischen jeweiligen ersten (1) oder dritten (3) Endwicklungen, d. h. der Spalt zwischen jeweiligen ersten (1) Endwicklungen und in Umfangsrichtung nachfolgenden oder sich anschließenden ersten (1) Endwicklungen, über mehr als drei axiale Schlitze des Statorjoches erstreckt, wobei, wie oben erwähnt, jeder Schlitz jeweils eine einzige Statorwicklung aufnimmt. Wie aus den oben erwähnten Beispielen ersichtlich ist, ist immer ein Abstand von vier jeweiligen Statorschlitzen zwischen den ersten (1) oder dritten (3) Endwicklungen der jeweiligen ersten (A) und zweiten (B) Sätze von Statorwicklungen vorhanden.
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Es ist möglich, dass die radialen Abmessungen der ersten oder dritten Endwicklungen die radialen Abmessungen des Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator übersteigen. Dies ermöglicht eine axial kompakte Konstruktion des Stators und des Generators als Ganzes, da sich die jeweiligen ersten und dritten Endwicklungen in radialer Richtung erstrecken und nur die zweiten Endwicklungen sich in axialer Richtung erstrecken.
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Der Rotor kann einen Rotorrahmen umfassen, der den Rotor stützt, wobei der Rotorrahmen einen sich radial erstreckenden Abschnitt umfasst, wobei entsprechend ausgerichtete Sätze von Endwicklungen nur an der axialen Stirnseite des Stators angebracht sind, welche von dem sich radial erstreckenden Abschnitt des Rotorrahmens abgewandt ist. Daher kann, wie oben erwähnt, die erfindungsgemäße Konstruktion der jeweiligen Endwicklungen nur auf eine einzige oder auf beide Stirnseiten des Stators angewendet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Konstruktion der jeweiligen Endwicklungen nur auf das Nicht-Antriebsende des Generators angewendet wird. Sofern der Generator als eine Energieerzeugungseinheit einer Windkraftanlage vorgesehen ist, ist das Nicht-Antriebsende als die jeweilige Seite des Generators definiert, die von der Rotornabe abgewandt ist, während das Antriebsende des Generators als die jeweilige Seite des Generators definiert ist, die der Rotornabe zugewandt ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Rotor sich axial erstreckende Aufnahmeabschnitte, insbesondere Aussparungen, umfasst, wobei ein jeweiliger Aufnahmeabschnitt dazu eingerichtet ist, mindestens einen Permanentmagneten oder mindestens eine Grundplatte, die mindestens einen Permanentmagneten trägt, mindestens teilweise aufzunehmen. Die Aufnahmeabschnitte können als axiale Schlitze, Nuten oder Ähnliches vorgesehen sein. Der Querschnitt eines jeweiligen Aufnahmeabschnitts ist an den Querschnitt eines jeweiligen Bauteils des Rotors, d. h. eines Permanentmagneten oder einer jeweiligen Grundplatte, die mindestens einen Permanentmagneten trägt, angepasst. Daher passen jeweilige Bauteile des Rotors leicht in einen jeweiligen Aufnahmeabschnitt oder können in axialer Richtung leicht in ihn eingesetzt werden.
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Der Rotor kann mindestens einen sich radial erstreckenden Vorsprung umfassen, der an dem axialen Ende eines jeweiligen Aufnahmeabschnitts anliegt. Der sich radial erstreckende Vorsprung kann als ein Anschlag oder Blockierelement vorgesehen sein, der bzw. das eine jeweilige axiale Position des freien Endes eines eingesetzten oder einzusetzenden Bauteils des Rotors definiert. Vorzugsweise ist der jeweilige sich radial erstreckende Vorsprung in einer axialen Position angeordnet, die einer Stirnseite des Rotors entspricht.
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Es ist wünschenswert, dass eine Stirnseite eines Permanentmagneten des Rotors mindestens ein Griffmittel umfasst. Das Griffmittel erleichtert die Handhabung eines jeweiligen Permanentmagneten, d. h. das axiale Einsetzen oder Entfernen jeweiliger Permanentmagneten in den bzw. aus dem Rotor, d. h. insbesondere in die bzw. aus den jeweiligen sich axial erstreckenden Aufnahmeabschnitten. Ein jeweiliges Griffmittel ist vorzugsweise lösbar mit einem entsprechenden Verbindungsmittel eines Hebezeugs verbindbar.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage, insbesondere eine Windkraftanlage mit Direktantrieb, die einen Generator wie oben beschrieben umfasst. Die Windkraftanlage kann eine Offshore-Windkraftanlage sein.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren oder Demontieren eines Generators, insbesondere eines Generators wie oben beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Generators, der in Umfangsrichtung Einsetzschlitze zum Einsetzen jeweiliger Bauteile des Rotors, insbesondere von Permanentmagneten des Rotors, aufweist, wobei die Einsetzschlitze vorgesehen werden, indem Sätze von Statorwicklungen gebildet werden, wobei jeder Satz von Statorwicklungen in einem ersten Schritt drei in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Statorwicklungen umfasst. Auf wenigstens einer Stirnseite des Generators erstrecken sich, wenn man einen jeweiligen Satz von Statorwicklungen betrachtet, bezüglich einer axialen Mittelachse des Generators erste Endwicklungen senkrecht von dem Statorjoch weg in einer radial nach außen gerichteten Richtung, zweite Endwicklungen erstrecken sich von dem Statorjoch weg in axialer Richtung und dritte Endwicklungen erstrecken sich senkrecht von dem Statorjoch weg in einer radial nach innen gerichteten Richtung.
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Der zweite Schritt betrifft das axiale Einsetzen mindestens eines jeweiligen Bauteils des Rotors von der Stirnseite des Generators her durch einen jeweiligen Einsetzschlitz oder das axiale Entfernen mindestens eines jeweiligen Bauteils des Rotors durch einen jeweiligen Einsetzschlitz.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das einfache Montieren oder Demontieren jeweiliger Bauteile des Rotors, insbesondere von Permanentmagneten, wobei die jeweiligen Bauteile des Rotors durch jeweilige sich in Umfangsrichtung erstreckende Einsetzschlitze, die durch die erfindungsgemäße Konstruktion jeweiliger Endwicklungen gebildet werden, axial in den Rotor eingesetzt oder aus ihm entfernt werden. Dabei bieten die Einsetzschlitze ausreichend Platz, um jeweilige Bauteile des Generators, insbesondere Permanentmagneten des Rotors, einzusetzen.
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Es ist möglich, dass vor dem Einsetzen des mindestens einen Bauteils des Rotors der Stator an einem Strukturbauteil des Generators befestigt wird. Somit wird eine feste und mechanisch stabile Verbindung des Stators mit dem Generator, gewährleistet, bevor das mindestens eine Bauteil des Rotors eingesetzt wird, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn jeweilige Permanentmagneten des Rotors installiert werden müssen, da magnetische Wechselwirkungen zwischen dem Rotor und dem Stator, die zu entsprechenden Strukturbeanspruchungen des Generators führen, verringert werden können.
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Dabei ist es bevorzugt, dass mindestens ein Abstandselement in einem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor eingesetzt wird, nachdem der Stator an dem Strukturbauteil des Generators angebracht worden ist. Entsprechende Abstandselemente sind dazu eingerichtet, den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator während der Montage oder Demontage des Generators beizubehalten oder zu verändern. Somit können Strukturbeanspruchungen des Generators, die durch magnetische Wechselwirkungen zwischen den Permanentmagneten des Rotors und des Stators entstehen, verringert werden.
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Nachdem das Einsetzen der Bauteile des Rotors beendet ist, kann eine Rotorbremsscheibe an dem Rotor angebracht werden. Folglich kann dies als der letzte Schritt der Montage eines jeweiligen Generators angesehen werden, da die sich radial erstreckende Bremsscheibe das Einsetzen oder Herausnehmen jeweiliger Bauteile des Rotors in axialer Richtung verhindert. In ähnlicher Weise ist das Demontieren einer jeweiligen Bremsscheibe der erste Schritt, wenn jeweilige Bauteile des Rotors ausgebaut oder ausgewechselt werden.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Prinzipdarstellungen zeigenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
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1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Generators zeigt, der innerhalb einer Windkraftanlage angeordnet ist;
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2 eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit in 1 zeigt;
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3 eine perspektivische Ansicht eines jeweiligen Satzes von Statorwicklungen zeigt; und
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4, 5 zwei beispielhafte Schemata der Anordnung jeweiliger Endwicklungen in Umfangsrichtung zeigen.
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1 zeigt eine Prinzip-Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Generators 1, der innerhalb einer Windkraftanlage 2 angeordnet ist, d. h. in der Gondel 3 der Windkraftanlage 2. Die Windkraftanlage 2 ist eine Windkraftanlage mit Direktantrieb. Der Generator 1 dient als die Energieerzeugungseinheit der Windkraftanlage 2.
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Der Generator 1 umfasst auf bekannte Weise einen Rotor 4 und einen Stator 5, wobei der Rotor 4 bezüglich des Stators 5 mittels entsprechender Lager 6 drehbar gelagert ist. Der Stator 5 umfasst ein Statorjoch 7, das aus einer Anzahl von axial fluchtenden Metallplatten (nicht dargestellt) besteht, die eine Anzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig ausgerichteten axialen Schlitzen 8 bilden (siehe 3). Jeder Schlitz 8 nimmt Statorwicklungen 9 auf. Dabei ist eine Konfiguration von einem Schlitz 8 pro Pol und pro Phase vorgesehen, d. h. in Umfangsrichtung benachbarte Statorwicklungen 9 unterscheiden sich in ihrer Stromphase.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, übersteigen die radialen Abmessungen der ersten Endwicklungen 12a die radialen Abmessungen des Luftspaltes zwischen dem Rotor 4, d. h. den Permanentmagneten 14 des Rotors 4, und dem Stator 5.
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Der Rotor 4, d. h. ein Rotorrahmen 20, umfasst sich axial erstreckende Aufnahmeabschnitte in der Form von sich axial erstreckenden Aussparungen 16. Eine jeweilige Aussparung 16 ist dazu eingerichtet, einen Permanentmagneten 14 oder einen jeweiligen Permanentmagneten 14, der an einer Grundplatte 15 befestigt ist, wenigstens teilweise aufzunehmen. Daher können jeweilige Permanentmagneten 14 leicht in axialer Richtung in entsprechende Aussparungen 16 eingesetzt oder aus diesen entfernt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen Permanentmagneten 14 ein Handhabungsmittel (nicht dargestellt) umfassen, das axiale Bewegungen der Permanentmagneten 14 innerhalb der Aussparungen 16 erleichtert.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Rotorrahmen 20 einen sich radial erstreckenden Vorsprung 17, der an dem axialen Ende eines jeweiligen Aufnahmeabschnitts, d. h. einer jeweiligen Aussparung 16 anliegt. Der Vorsprung 17 dient als ein Blockier- oder Anschlagmittel, das axiale Bewegungen jeweiliger Permanentmagneten 14 verhindert. Somit liegt ein Permanentmagnet 14, wenn er vollständig eingesetzt ist, axial an dem Vorsprung 17 an.
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Der Generator 1 weist an Antriebsende 10 auf, d. h. die linke Seite des Generators 1, und ein Nicht-Antriebsende 11, d. h. die rechte Seite des Generators 1. Das Antriebsende 10 ist der Rotornabe (nicht dargestellt) der Windkraftanlage 2 zugewandt, während das Nicht-Antriebsende 11 von der Rotornabe der Windkraftanlage 2 abgewandt ist.
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Wie ersichtlich ist, unterscheidet sich die Konfiguration bzw. Ausrichtung jeweiliger Endwicklungen 12 (oder überstehender Wicklungen) am Antriebsende 10 von derjenigen am Nicht-Antriebsende 11. Die Konfiguration jeweiliger Endwicklungen 12, die sich am Antriebsende 10 von dem Statorjoch 7 weg erstrecken, ist 0°/–45°/–90° bezüglich einer axialen Mittelachse 22 des Generators 1.
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Das erfindungsgemäße Prinzip wird unter Bezugnahme auf die jeweiligen Endwicklungen 12 erläutert, die sich an dem Nicht-Antriebsende 11 des Generators 1 von dem Statorjoch 7 weg erstrecken. Wie ersichtlich ist, sind die jeweiligen Endwicklungen 12 in einer Anordnung 90°/0°/–90° bezüglich einer axialen Mittelachse 22 des Generators 1 konfiguriert (siehe auch 2, 3).
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Das erfindungsgemäße Prinzip ist am besten verständlich, wenn drei in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Statorwicklungen 9 theoretisch zu einem jeweiligen Satz von Statorwicklungen A, B, C zusammengefasst werden. Somit umfasst jeder Satz von Statorwicklungen A, B, C drei in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Statorwicklungen 9. Betrachtet man einen jeweiligen Satz von Statorwicklungen A, B, C, wie zum Beispiel in 3 dargestellt, so erstrecken sich erste Endwicklungen 12a senkrecht von dem Statorjoch 7 weg in einer radial nach außen gerichteten Richtung, zweite Endwicklungen 12b erstrecken sich von dem Statorjoch 7 weg in axialer Richtung und dritte Endwicklungen 12c erstrecken sich senkrecht von dem Statorjoch 7 weg in einer radial nach innen gerichteten Richtung bezüglich der Mittelachse 22 des Generators 1.
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Auf eine solche Weise weisen verschiedene Phasen immer denselben elektrischen Widerstand auf, sodass symmetrische Ströme gewährleistet werden können. Außerdem wird ein Umfangsspalt 13 zwischen jeweiligen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden ersten oder dritten Endwicklungen 12a, 12b von benachbart angeordneten Sätzen von Statorwicklungen A, B gebildet. Wie weiter unten erläutert wird, ist der Umfangsspalt 13 bereit, jeweilige Komponenten des Rotors 4, d. h. insbesondere Permanentmagneten 14 des Rotors 4, aufzunehmen. Die Permanentmagneten 14 sind vorzugsweise an einer Grundplate 15 befestigt.
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Wie aus 4, 5 ersichtlich ist, sind jeweilige Sätze von Statorwicklungen A, B, C in Umfangsrichtung wiederholt entsprechend ABC, ABC usw. angeordnet. Jeder jeweilige Satz von Statorwicklungen A, B, C umfasst in Umfangsrichtung unterschiedlich angeordnete erste, zweite und dritte Endwicklungen 12. Auch in diesem Falle werden erste Endwicklungen mit 12a bezeichnet, zweite Endwicklungen werden mit 12b bezeichnet und dritte Endwicklungen werden mit 12c bezeichnet. Schlitze 8 des Statorjoches 7 sind schematisch als Punkte dargestellt.
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4 zeigt ein Schema von drei jeweiligen Sätzen von in Umfangsrichtung wiederholt angeordneten ersten, zweiten und dritten Sätzen von Statorwicklungen A, B, C. Dabei weist der erste Satz von Statorwicklungen A, d. h. der jeweilige Satz von Statorwicklungen auf der linken Seite, eine Konfiguration auf, bei der auf erste Endwicklungen 12a zweite Endwicklungen 12b folgen, auf welche dritte Endwicklungen 12c folgen. Der zweite Satz von Statorwicklungen B ist dem ersten Satz von Statorwicklungen A benachbart angeordnet. Der zweite Satz von Statorwicklungen B weist eine Konfiguration auf, bei der auf zweite Endwicklungen 12b dritte Endwicklungen 12c folgen, auf welche erste Endwicklungen 12a folgen. Der zweite Satz von Statorwicklungen C ist dem zweiten Satz von Statorwicklungen B benachbart angeordnet. Bei der Konfiguration des dritten Satzes von Statorwicklungen C folgen auf dritte Endwicklungen 12c erste Endwicklungen 12a, auf welche zweite Endwicklungen 12b folgen.
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Wie ersichtlich ist, wird ein Umfangsspalt 13 zwischen jeweiligen ersten Endwicklungen 12a von jeweiligen in Umfangsrichtung benachbarten Sätzen von Statorwicklungen A, B gebildet. Der Umfangsspalt 13 erstreckt sich über eine Strecke von vier jeweiligen Statorschlitzen 8. Somit ist der Spalt 13 ausreichend breit, sodass das Einsetzen oder Entfernen von jeweiligen Bauteilen des Rotors 4, wie zum Beispiel der Permanentmagneten 14, leicht realisierbar ist.
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Dasselbe gilt für die Konfiguration jeweiliger erster, zweiter und dritter Endwicklungen 12a, 12b, 12c, wie in 5 dargestellt. Dabei weist der erste Satz von Statorwicklungen A eine Konfiguration auf, bei der auf dritte Endwicklungen 12c zweite Endwicklungen 12b folgen, auf welche erste Endwicklungen 12a folgen. Ein zweiter Satz von Statorwicklungen B, der dem ersten Satz von Statorwicklungen A benachbart angeordnet ist, weist eine Konfiguration auf, bei der auf erste Endwicklungen 12a zweite Endwicklungen 12b folgen, auf welche dritte Endwicklungen 12c folgen. Ein dritter Satz von Statorwicklungen C, der dem zweiten Satz von Statorwicklungen B benachbart angeordnet ist, weist eine Konfiguration auf, bei der auf erste Endwicklungen 12a dritte Endwicklungen 12c folgen, auf welche zweite Endwicklungen 12b folgen. Auch in diesem Falle wird ein jeweiliger Umfangsspalt 13, der sich in Umfangsrichtung entlang von vier aufeinanderfolgenden Schlitzen 8 erstreckt, zwischen jeweiligen dritten Endwicklungen 12c des ersten Satzes von Statorwicklungen A und des zweiten Satzes von Statorwicklungen B gebildet.
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In jedem Falle umfasst jeder Satz von Statorwicklungen A, B, C in Umfangsrichtung unterschiedlich angeordnete erste, zweite und dritte Endwicklungen 12a, 12b, 12c.
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Das erfindungsgemäße Prinzip betrifft außerdem ein Verfahren zum Montieren oder Demontieren eines Generators 1, welches die Schritte des Bereitstellens eines jeweiligen Generators umfasst, wie in 1–3 dargestellt. Der Generator 1 weist in Umfangsrichtung angeordnete Einsetzschlitze (siehe Spalte 13) auf, die durch die erfindungsgemäße Konfiguration von jeweiligen Endwicklungen 12 am Nicht-Antriebsende 11 eines Generators 1 gebildet werden. Die Einsetzschlitze, d. h. die Spalte 13, werden gebildet, indem Sätze von Statorwicklungen A, B, C gebildet werden, wobei jeder Satz von Statorwicklungen drei in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Statorwicklungen 9 umfasst. Dabei erstrecken sich, wenn man einen jeweiligen Satz von Statorwicklungen A, B, C betrachtet, erste Endwicklungen 12a senkrecht von dem Statorjoch 7 weg in einer radial nach außen gerichteten Richtung, zweite Endwicklungen 12b erstrecken sich von dem Statorjoch weg in axialer Richtung und dritte Endwicklungen 12c erstrecken sich senkrecht von dem Statorjoch 7 weg in einer radial nach innen gerichteten Richtung bezüglich einer Mittelachse 22 des Generators 1.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein axiales Einsetzen (siehe Pfeil 21) mindestens eines jeweiligen Bauteils des Rotors 4 von dem Nicht-Antriebsende 11 des Generators 1 her durch einen jeweiligen Einsetzschlitz bzw. Spalt 13. Alternativ dazu ist ein axiales Entfernen mindestens eines jeweiligen Bauteils des Rotors 4 durch die jeweiligen Einsetzschlitze oder Spalte 13 möglich (siehe Pfeil 21).
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Natürlich wird die Montage oder Demontage des Generators durchgeführt, wenn sich der Generator 1 in einer Serviceposition befindet und nicht in Betrieb ist, d. h. wenn der Rotor 4 gegen Drehung gesichert ist.
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Es ist bevorzugt, dass, wenn der Generator 1 montiert wird, zunächst der Rotor 4 ohne Permanentmagneten 14 installiert wird und danach der zusammengebaute Stator 5 in den Rotor 4 eingesetzt wird (kalte Paarung). Dabei ist eine sich radial erstreckende Bremsscheibe 18 noch nicht installiert. In dem Luftspalt zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 4 werden Abstandselemente 19 eingesetzt, nachdem der Stator 5 an einem Strukturbauteil des Generators 1, wie etwa einer nichtrotierenden Hauptwelle oder Ähnlichem, angebracht wurde. Die Abstandselemente 19 verhindern radiale Bewegungen infolge von magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 5.
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Somit ist das Einsetzen von Permanentmagneten 14 oder das Entfernen von entmagnetisierten Permanentmagneten 14 leicht durchführbar, wobei im letzteren Falle die elektromagnetischen Wechselwirkungen vergleichsweise gering sein dürften, sodass ein Ausbau von jeweiligen entmagnetisierten Permanentmagneten 14 leicht durchgeführt werden kann.
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Insgesamt gesehen, gewährleistet das erfindungsgemäße Prinzip einen hohen Wirkungsgrad des Generators 1 aufgrund geringerer Überstandsverluste (Overhang Losses) sowie eine bessere Wartbarkeit infolge der Möglichkeit, jeweilige Bauteile des Rotors 4 axial einzusetzen oder auszuwechseln.
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Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform ausführlich beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung durch die offenbarten Beispiele, aus denen der Fachmann andere Varianten abzuleiten in der Lage ist, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, nicht eingeschränkt.
