DE102017206873A1

DE102017206873A1 - Stützstruktursegment für einen Generator einer Windturbine

Info

Publication number: DE102017206873A1
Application number: DE102017206873.6A
Authority: DE
Inventors: Mads Peter Zippor Leth Andersen; Bo Nedergaard Jacobsen; Saravanan Jayaraman; Stefan Schaldemose
Original assignee: Siemens Wind Power AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN110771008B; US20200136442A1; EP3596804A1; WO2018197057A1; US10886797B2; CN110771008A

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Stützstruktursegment für einen Stator eines Generators 101 insbesondere einer Windturbine, wobei das Stützstruktursegment ein Trägerelement umfasst, das sich in einer Axialrichtung AD erstreckt, wobei das Trägerelement 220 einen Basisabschnitt 220a, einen Seitenabschnitt 220b und einen oberen Abschnitt 220c umfasst und wobei der obere Abschnitt 220c so konfiguriert ist, dass er mittels einer Befestigungsverbindung mit einem Lamellenblechabschnitt 408 des Stators 103 gekoppelt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Stützstruktursegment für einen Generator einer Windturbine, einen Stator für einen Generator einer Windturbine, umfassend eine Mehrzahl solcher Stützstruktursegmente, und ein Verfahren zur Herstellung davon.
Stand der Technik
Windturbinen schließen typischerweise mehrere Blätter zur Erzeugung von mechanischer Rotationsenergie ein. Ein Generator innerhalb der Windturbine ist so konfiguriert, dass er elektrische Energie erzeugt, wenn die Blätter vom Wind angetrieben werden, um sich zu drehen. Daher sind Windturbinen so konstruiert, dass sie Windenergie effizient in eine Drehbewegung umwandeln, wodurch dem Generator ausreichend Rotationsenergie für die Erzeugung von elektrischer Energie zugeführt wird.
Der Generator einer Windturbine umfasst einen Stator und einen Rotor. Es gibt Konstruktionen, bei denen der Rotor in Bezug auf den Stator radial außenliegend angeordnet ist.
In einer unterschiedlichen Konstruktion ist der Stator in Bezug auf den Rotor radial außenliegend angeordnet. Der Stator umfasst einen Lamellenblechabschnitt, wobei der Lamellenblechabschnitt die Spulen für die Erzeugung von elektrischer Energie umfasst. Der Rotor umfasst eine Mehrzahl von Magneten. Bei der Drehung der Magneten wird Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt.
Die segmentierten Lamellenblechstapel des Stators müssen in einem festgelegten Abstand zu den Magneten des Rotors angeordnet werden. Dazu ist eine Stützstruktur zwischen dem Lamellenblechabschnitt des Stators und dem Rotor in den Stator integriert.
Eine solche Stützstruktur muss vielseitige Funktionen bieten. Sie muss eine Kollision zwischen dem Stator und dem Rotor verhindern, insbesondere hinsichtlich der signifikanten radialen und tangentialen elektromagnetischen (EM) Kräfte, die innerhalb des aktiven Generators erzeugt werden. Weiterhin muss sie das Auftreten von zusammenfallenden Eigenfrequenzen der segmentierten Anordnung und von elektromagnetischen Anregungskraftfrequenzen verhindern. Weiterhin muss die Stützstruktur allen Lastbedingungen des Generators dauerhaft, d. h. vorzugsweise während der gesamten Lebensdauer des Generators, widerstehen, und sollte eine wirksame Kühlung durch das Kanalisieren von Kühlluft ermöglichen.
Stützstrukturen als Teil eines Stators sind im Stand der Technik bekannt. Die Stützstruktur kann ein Trägerelement umfassen. Das Trägerelement dient zum Koppeln des Stützstruktursegments und daher der Stützstruktur als Ganzes mit dem Lamellenblechabschnitt des Stators. Bei den im Stand der Technik bekannten Trägerelementen in solchen Stützstrukturen handelt es sich um Trägerelemente vom T-Profil-Typ. Solche Trägerelemente haben einen Basisabschnitt, wobei in der Mitte des Basisabschnitts ein massives senkrechtes Element platziert ist.
Aufgrund einer begrenzten Oberfläche des Mittelelements kann das Koppeln der Trägerstruktur mit dem Lamellenblechabschnitt des Stators Verbindungen mit begrenzter Stabilität zur Folge haben. Solche Verbindungen sind möglicherweise nicht ausreichend, um die Stabilitätsanforderungen moderner Windturbinen zu erfüllen.
Weiterhin können herkömmliche Verbindungen nachteilig sein, weil die Berührungsfläche zwischen der Tragstruktur und dem Lamellenblechabschnitt bei der Herstellung des Stators möglicherweise unzugänglich ist. Daher kann es aufgrund der räumlichen Einschränkungen während des Herstellungsverfahrens von vornherein schwierig sein, die Verbindung herzustellen.
Weiterhin können im Stand der Technik beschriebene herkömmliche Verbindungen auch nachteilig werden, wenn der Stator während seiner Lebensdauer repariert werden muss, weil die relevanten Positionen möglicherweise nicht leicht zugänglich sind.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann in der Bereitstellung einer Stützstruktur für einen Stator insbesondere zur Verwendung in einem Generator einer Windturbine bestehen, der die Anforderungen bezüglich der mechanischen Stabilität erfüllt und gleichzeitig kostengünstig hergestellt werden kann und während der gesamten Lebensdauer des Generators eine leichte Wartung ermöglicht.
Diese Aufgabe kann durch ein Stützstruktursegment, einen Stator und ein Verfahren zur Herstellung des Stators gemäß dem Gegenstand der Hauptansprüche gelöst werden.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Stützstruktursegment für einen Stator eines Generators insbesondere einer Windturbine, wobei das Stützstruktursegment ein Trägerelement umfasst, das sich in einer Axialrichtung erstreckt, wobei das Trägerelement einen Basisabschnitt, einen Seitenabschnitt und einen oberen Abschnitt umfasst, wobei (in einer Profilansicht) der Basisabschnitt und der Seitenabschnitt mit einem Außenwinkel ϕ (Phi) in einem Bereich von etwa 70° bis etwa 130° relativ zueinander angeordnet sind, der Seitenabschnitt und der obere Abschnitt mit einem Innenwinkel θ (Theta) in einem Bereich von etwa 70° bis etwa 130° relativ zueinander angeordnet sind, wobei der Basisabschnitt mit dem Seitenabschnitt gekoppelt ist, der Seitenabschnitt mit dem oberen Abschnitt gekoppelt ist, der Basisabschnitt im Wesentlichen in einer radialen Richtung vom oberen Abschnitt beabstandet ist und der obere Abschnitt so konfiguriert ist, dass er mit einem Lamellenblechabschnitt des Stators mittels einer Befestigungsverbindung, vorzugsweise einer Schwalbenschwanzverbindung, gekoppelt ist, und wobei die Befestigungsverbindung vorzugsweise mittels einer Verschraubung am oberen Abschnitt befestigt ist.
Bei den erfindungsgemäßen Trägerelementen handelt es sich vorzugsweise um einteilige Elemente, und sie bestehen nicht aus mehreren verschiedenen Komponenten. Im Fall von Trägerelementen vom Mehrkomponententyp müssen wenigstens der Basisabschnitt und das getrennte senkrechte Element an seiner Mitte montiert werden. Im Gegensatz dazu kann die Herstellung von Einkomponententrägerelementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindungsgemäße kostengünstig sein, und sie erfordern kein individuelles Anpassen der Größe und der Abmessungen der Trägerelemente an die Größe und die Abmessungen des Generators, für den sie vorgesehen sind. Daher kann ein Skalieren der Stützstruktur, d. h. ein Anpassen der Stützstruktur an Generatoren mit unterschiedlichen Größen und Abmessungen, möglich sein. Vorzugsweise bedeutet der Begriff „Einkomponententrägerelement“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass wenigstens ein Trägerelement wenigstens einen Basisabschnitt und wenigstens einen Seitenabschnitt und wenigstens einen oberen Abschnitt umfasst, die zusammen ein einzelnes Materialstück bilden und/oder aus einen einzelnen Materialstück hergestellt werden. Insbesondere umfasst das wenigstens eine Trägerelement vorzugsweise wenigstens einen Basisabschnitt, wenigstens einen weiteren Basisabschnitt, wenigstens einen Seitenabschnitt, wenigstens einen weiteren Seitenabschnitt und wenigstens einen oberen Abschnitt, die alle zusammen ein einzelnes Materialstück bilden und/oder aus einem einzelnen Materialstück hergestellt werden.
Der Basisabschnitt, der Seitenabschnitt und der obere Abschnitt des Trägerelements beschreiben beispielsweise ein Profil vom Z-Typ. Noch mehr bevorzugt beschreiben in einer beispielhaften, unten weiter beschriebenen Ausführungsform der Basisabschnitt, der Seitenabschnitt, der obere Abschnitt, ein weiterer Seitenabschnitt und ein weiterer Basisabschnitt des Trägerelements ein Profil vom Ω-Typ (Profil vom Omega-Typ). Vorzugsweise umfasst der obere Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eine Mehrzahl von Schraubenlöchern, die den oberen Abschnitt vollständig durchdringen. Das Schraubenloch kann dann verwendet werden, um die Befestigungsverbindung durch das Einführen des Schraubenkörpers einer Schraube in das Schraubenloch zu bilden, wodurch der Schraubenkopf der Schraube in eine Ausnehmung (oder Aussparung) im Lamellenblechabschnitt eingeführt werden kann.
Dadurch bilden das Trägerelement oder eine Mehrzahl von Trägerelementen das Stützstruktursegment. Ein Lamellenblech oder eine Mehrzahl von Lamellenblechen des Stators kann mit dem Stützstruktursegment gekoppelt werden, und daher bildet die Stützstruktur als Ganzes einen Lamellenblechabschnitt des Stators. Insbesondere ist es nicht notwendig, die Lamellenbleche mit dem Oberseitenbereich des Trägerelements zu verschweißen. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Lamellenbleche durch die entsprechenden Befestigungsverbindungen an den Oberseiten der Trägerelemente entfernbar befestigt sein.
Vorzugsweise ist die Axialrichtung im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung als parallel zu einer Drehachse des Rotors für den Generator definiert. Die radiale Richtung ist diejenige Richtung, die durch die Drehachse des Rotors verläuft und senkrecht zur Axialrichtung ist. Die Umfangsrichtung ist als die Richtung um die Drehachse herum definiert, wobei sie senkrecht zur radialen Richtung und zur Axialrichtung ist.
Das Stützstruktursegment wird vorzugsweise mit einer Generatorkonstruktion verwendet, bei der der Stator bezüglich des Rotors radial außenliegend angeordnet ist, wobei sie aber nicht darauf beschränkt ist. Das Stützstruktursegment kann auch bei einer Generatorkonstruktion verwendet werden, bei der der Rotor bezüglich des Stators radial außenliegend angeordnet ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann es sich bei einer „Befestigungsverbindung“ um jede Verbindung handeln, die dazu geeignet ist, die Lamellenbleche mit den Trägerelementen des Stützstruktursegments zu koppeln. Insbesondere kann ein Vorsprung auf dem oberen Abschnitt des entsprechenden Trägerelements gebildet oder platziert sein, wodurch der Vorsprung, insbesondere ein Zapfenteil einer Schwalbenschwanzverbindung, dazu geeignet ist, zu einer entsprechenden Ausnehmung (oder eine Aussparung vom Nuttyp) im Lamellenblechabschnitt zu passen, um eine lös- und entfernbare Verbindung zu bilden. In einer solchen Ausführungsform kann die Befestigungsverbindung Schraubenlöcher und/oder Schrauben für eine Kopplung von Verbindungselementen (beispielsweise des Zapfens der Schwalbenschwanzverbindung) mit dem oberen Abschnitt des Trägerelements verwenden. Weiterhin kann die Befestigungsverbindung Verschraubungen umfassen.
Das Koppeln der Stützstruktur mit dem Lamellenblechabschnitt des Stators mittels einer Schwalbenschwanzverbindung ermöglicht qualitativ hochwertige Verbindungen, die eine geeignete Stabilität der Anordnung ergeben. Solche Verbindungen können ausreichend sein, um die Anforderungen von Windturbinen zu erfüllen.
Vorzugsweise umfasst der Begriff „Verschraubung“ Verbindungen, die durch das Bereitstellen eines Schraubenkörpers in einem Schraubenloch hergestellt werden. Der Begriff „Schraube“ umfasst auch jeglichen Typ einer Befestigungsvorrichtung mit einem Kopf und einem Körper.
Die Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Lamellenblechabschnitt kann bei der Herstellung des Stators leicht zugänglich sein. Vorteilhaft werden automatische Verfahren oder halbautomatische Herstellungsverfahren anwendbar.
Die leichte Zugänglichkeit der Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Lamellenblechabschnitt kann auch zum Vorteil werden, wenn der Stator während der Lebensdauer des Generators entfernt oder repariert werden muss. Da die Stützstruktur am Lamellenblechabschnitt des Stators im Wesentlichen reversibel befestigt ist, kann ein Entfernen oder Trennen der Stützstruktur nach der Herstellung der Windturbine möglich sein.
In einer noch spezielleren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Schraubenlöcher im oberen Abschnitt des Trägerelements gebildet, und die Befestigungsverbindung wird vom Kopf der Schraube gebildet, die so konfiguriert ist, dass sie zu einer entsprechenden Ausnehmung im Lamellenblechabschnitt passt.
Insbesondere handelt es sich bei der Befestigungsverbindung um eine Schwalbenschwanzverbindung, wobei die Zapfen sich auf dem oberen Abschnitt befinden und die entsprechenden Ausnehmungen im Lamellenblechabschnitt des Stators gebildet sind.
In einer noch spezielleren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Schraubenlöcher im oberen Abschnitt des Trägerelements gebildet, und die Schwalbenschwanzverbindung wird vom Kopf der Schraube gebildet, die so konfiguriert ist, dass sie zu einer entsprechenden Ausnehmung vom Nuttyp im Lamellenblechabschnitt passt.
Insbesondere kann der Außenwinkel ϕ in einem Bereich von etwa 85° bis etwa 120° und insbesondere in einem Bereich von etwa 85° bis etwa 105° sein. Weiterhin kann der Innenwinkel θ in einem Bereich von etwa 85° bis etwa 120° und insbesondere in einem Bereich von etwa 85° bis etwa 105° sein. Der Innenwinkel θ und der Außenwinkel ϕ können etwa denselben Wert annehmen.
Insbesondere erstreckt sich der Basisabschnitt im Wesentlichen in der Umfangsrichtung, wobei er mit dem Seitenabschnitt direkt verbunden ist. Der Seitenabschnitt erstreckt sich im Wesentlichen in der radialen Richtung. Ein Ende des Seitenabschnitts ist daher im Wesentlichen in radialer Richtung orientiert. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „erstreckt sich im Wesentlichen in der radialen Richtung“, dass der Seitenabschnitt sich innerhalb der vom Außenwinkel ausgedrückten Grenzen in der radialen Richtung erstreckt.
Insbesondere ist der Seitenabschnitt mit dem oberen Abschnitt direkt verbunden. Der obere Abschnitt erstreckt sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung. Die Enden des oberen Abschnitts sind daher im Wesentlichen in Umfangsrichtung orientiert. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „erstreckt sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung“, dass der obere Abschnitt sich innerhalb der vom Innenwinkel ausgedrückten Grenzen in der Umfangsrichtung erstreckt. Insbesondere bilden der Basisabschnitt, der Seitenabschnitt und der obere Abschnitt bei einer Ansicht in der Axialrichtung ein Profil vom Z-Typ.
Insbesondere umfasst die Stützstruktur eines der oben beschriebenen Trägerelemente oder eine Mehrzahl davon. Die Trägerelemente sind entlang der Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet und erstrecken sich im Allgemeinen entlang der Axialrichtung. Insbesondere umfasst ein Trägerelement den oberen Abschnitt, den Basisabschnitt und den Seitenabschnitt, die oben beschrieben sind. Der obere Abschnitt ist innerhalb einer oberen Ebene angeordnet, der Basisabschnitt ist innerhalb einer Basisebene angeordnet, und der Seitenabschnitt ist innerhalb der Seitenebene angeordnet. Der obere Abschnitt, der Basisabschnitt und der Seitenabschnitt erstrecken sich parallel zueinander entlang einer Längsrichtung, beispielsweise entlang der Axialrichtung.
Zwischen der oberen Ebene und der Seitenebene (d. h. deren Senkrechten) befindet sich der Innenwinkel von etwa 70° bis etwa 130°, insbesondere 90°. Zwischen der Basisebene und der Seitenebene (d. h. deren Senkrechten) befindet sich ein Außenwinkel von etwa 70° bis etwa 130°, insbesondere 90°.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement ein monolithisch geformtes Trägerelement, insbesondere ein monolithisch geformtes Metallträgerelement.
Die Herstellung eines monolithisch geformten Trägerelements ist kostengünstig und ermöglicht ein leichtes Anpassen der Größe und der Abmessungen der Trägerelemente an die Größe und die Abmessungen des Generators, für den sie vorgesehen sind. Daher kann ein Skalieren der Stützstruktur, d. h. ein Anpassen der Stützstruktur an Generatoren mit unterschiedlichen Größen und Abmessungen, effizient möglich sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Trägerelement weiterhin einen weiteren Seitenabschnitt, der mit dem oberen Abschnitt gekoppelt und vom Seitenabschnitt im Wesentlichen in der Umfangsrichtung beabstandet ist.
Der Ausdruck, dass der „weitere Seitenabschnitt“ „vom Seitenabschnitt beabstandet“ ist, bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung, dass der weitere Seitenabschnitt und der Seitenabschnitt in Bezug aufeinander so angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine Ausnehmung der Öffnung gebildet ist. Insbesondere befinden sich der weitere Seitenabschnitt und der Seitenabschnitt nicht in direktem Kontakt miteinander. Insbesondere ist das einzige Element, das zwischen dem weiteren Seitenabschnitt und dem Seitenabschnitt angeordnet wird, der obere Abschnitt, der daher als Abstandselement betrachtet werden kann.
Insbesondere ist der weitere Seitenabschnitt mit dem oberen Abschnitt direkt verbunden. Der weitere Seitenabschnitt erstreckt sich im Wesentlichen in der radialen Richtung, entgegengesetzt bezüglich der Ausdehnung des Seitenabschnitts. Ein Ende des weiteren Seitenabschnitts ist daher im Wesentlichen in radialer Richtung orientiert. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „erstreckt sich im Wesentlichen in der radialen Richtung“, dass der weitere Seitenabschnitt sich innerhalb der Grenzen, die durch einen weiteren Innenwinkel, bei dem es sich insbesondere um denselben Bereich handelt, der für den Innenwinkel aufgeführt ist, in der radialen Richtung erstreckt und wobei der weitere Innenwinkel die Orientierung des oberen Abschnitts und des weiteren Seitenabschnitts in Bezug aufeinander beschreibt.
Insbesondere wird ein Endabschnitt des Stützstruktursegments in Umfangsrichtung vom weiteren Seitenabschnitt des Trägerelements gebildet.
Wenn eine solche Konstruktion für das Stützstruktursegment verwendet wird, ist kein zusätzliches Element zur Bildung des Endabschnitts des Stützstruktursegments erforderlich. Stattdessen kann der Seitenabschnitt eines Trägerelements eines Stützstruktursegments mit dem Seitenabschnitt eines Trägerelements eines weiteren Stützstruktursegments gekoppelt sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Produktion der Stützstruktur und eine wirksame Anordnung einer Mehrzahl von Stützstruktursegmenten unter Bildung der vollständigen Stützstruktur.
Abschließend ermöglichen die Trägerelemente nicht nur eine stabile Verbindung des Stützstruktursegments mit der Lamellenstruktur, sondern zusätzlich das Bilden einer Verbindung mit benachbarten Stützstruktursegmenten in der Umfangsrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Trägerelement weiterhin einen weiteren Basisabschnitt, der mit dem weiteren Seitenabschnitt gekoppelt und vom oberen Abschnitt im Wesentlichen in der radialen Richtung beabstandet ist.
Insbesondere kann der weitere Basisabschnitt mit dem weiteren Seitenabschnitt direkt verbunden sein. Der weitere Basisabschnitt erstreckt sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung. Ein Ende des weiteren Basisabschnitts ist daher im Wesentlichen in Umfangsrichtung orientiert. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „erstreckt sich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung“, dass der weitere Basisabschnitt sich innerhalb der Grenzen, die durch einen weiteren Außenwinkel, bei dem es sich insbesondere um denselben Bereich handelt, der für den Außenwinkel aufgeführt ist, in der Umfangsrichtung erstreckt und wobei der weitere Außenwinkel die Orientierung des weiteren Seitenabschnitts und des weiteren Basisabschnitts in Bezug aufeinander beschreibt. Insbesondere bilden der Basisabschnitt, der Seitenabschnitt, der obere Abschnitt, der weitere Seitenabschnitt und der weitere Basisabschnitt bei einer Ansicht in der Axialrichtung ein Profil vom Ω-Typ (Profil vom Omega-Typ).
Insbesondere ist das Trägerelement symmetrisch in Bezug auf eine Spiegelebene, wobei die Spiegelebene mittig so durch das Trägerelement geführt ist, dass der obere Abschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Spiegelebene ist und wobei die Spiegelebene senkrecht zur Umfangsrichtung ist.
Dies kann eine feste Anbringung einer einzelnen Bodenplatte oder von einer Mehrzahl von Bodenplatten am Basisabschnitt und/oder am weiteren Basisabschnitt ermöglichen, was der Mehrzahl von Trägerelementen eine mechanische Stabilisierung verleihen kann, indem die Trägerelemente in der Umfangsrichtung verbunden werden.
Vorteilhafterweise kann ein Profil vom Ω-Typ aus einem heiß- oder kaltgewalzten Blech, insbesondere aus einem heiß- oder kaltgewalzten Stahlblech, hergestellt werden. Daher wird die Herstellung der Trägerelemente leicht und kostengünstig.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment wenigstens zwei Trägerelemente.
Insbesondere umfasst das Stützstruktursegment wenigstens 3, 4, 5, 6 oder 7 oder sogar mehr Trägerelemente.
Durch das Bereitstellen einer Mehrzahl von Trägerelementen kann eine stabile Kopplung der Stützstruktur mit dem Lamellenblechabschnitt erreicht werden. Weiterhin können die einzelnen Trägerelemente der Mehrzahl von getrennten Trägerelementen beabstandet sein, und zwischen zwei benachbarten Trägerelementen können Öffnungen gebildet sein, die einen Luftstrom in einer radialen Richtung ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment weiterhin ein Plattenelement, das sich in einer Umfangsrichtung wenigstens zwischen den wenigstens zwei Trägerelementen erstreckt.
Insbesondere ist das Plattenelement mit dem Seitenabschnitt oder dem weiteren Seitenabschnitt eines jeden der wenigstens zwei Trägerelemente gekoppelt.
Dies verleiht den auf diese Weise in Umfangsrichtung verbundenen Trägerelementen eine mechanische Stabilisierung.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich das Plattenelement in der Umfangsrichtung im Wesentlichen von einem Endabschnitt des Stützstruktursegments bis zu einem gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt des Stützstruktursegments, d. h. unter Bildung einer Ringstruktur.
Eine Mehrzahl von Ringstrukturen, die jeweils von einem einzelnen Plattenelement in der Umfangsrichtung gebildet werden, verleiht der Mehrzahl von Trägerelementen Stabilität, indem sie die Trägerelemente in der Umfangsrichtung verbinden. Dadurch werden die Trägerelemente fest und genau in ihrer Position gehalten, was die stabile Kopplung des Lamellenblechabschnitts mit dem Stützstruktursegment durch Befestigungsverbindungen ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Plattenelementen in der Umfangsrichtung ausgerichtet, die sich im Wesentlichen von einem Endabschnitt des Stützstruktursegments in der Umfangsrichtung bis zu einem gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt des Stützstruktursegments erstreckt.
In dieser Ausführungsform wird jede oder wenigstens eine der Ringstrukturen von einer Mehrzahl von Plattenelementen gebildet, die in der Umfangsrichtung miteinander gekoppelt sind, wodurch der Mehrzahl von Trägerelementen eine mechanische Stabilisierung verliehen wird. Vorteilhafterweise ermöglicht dies gleichzeitig während der Lebensdauer des Generators auf einfache Weise einen leichten Ersatz.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Plattenelement weiterhin einen Kanal, der so konfiguriert ist, dass er Luft in der Axialrichtung leitet.
Die Kanäle ermöglichen einen axialen Luftstrom und eine Kühlung, wenn der Generator aktiv ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment weiterhin eine obere Platte, wobei die obere Platte mit dem Trägerelement gekoppelt ist, wodurch die wenigstens zwei Trägerelemente in der Umfangsrichtung verbunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform bleibt durch das Verbinden der wenigstens zwei Trägerelemente durch die obere Platte in der Umfangsrichtung wenigstens ein Teil des oberen Abschnitts des Trägerelements unbedeckt. Dies ermöglicht vorteilhaft ein direktes Koppeln der oberen Platte mit einem Lamellenblechabschnitt mittels einer Befestigungsverbindung.
Die obere Platte verleiht der Mehrzahl von Trägerelementen eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente in der Umfangsrichtung verbunden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment eine obere Platte, die mit wenigstens zwei Trägerelementen gekoppelt ist, und wenigstens ein Plattenelement, das sich zwischen den wenigstens zwei Trägerelementen in einer Umfangsrichtung erstreckt. Insbesondere ist die obere Platte mit dem oberen Abschnitt des Trägerelements in der Umfangsrichtung gekoppelt, wobei aber wenigstens ein Teil des oberen Abschnitts des Trägerelements unbedeckt bleibt und das Plattenelement mit dem Seitenabschnitt oder dem weiteren Seitenabschnitt der wenigstens zwei Trägerelemente gekoppelt ist.
Dadurch werden die wenigstens zwei Trägerelemente in der Umfangsrichtung zweifach, d. h. durch die Plattenelemente und die obere Platte, stabilisiert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment weiterhin eine Bodenplatte, wobei die Bodenplatte mit dem Trägerelement, vorzugsweise mit dem Basisabschnitt des Trägerelements, gekoppelt ist, wodurch die wenigstens zwei Trägerelemente in der Umfangsrichtung verbunden werden.
Die Bodenplatte verleiht der Mehrzahl von Trägerelementen eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente in der Umfangsrichtung verbunden werden. Dadurch werden die Trägerelemente fest und genau in ihrer Position gehalten, was die stabile Kopplung des Lamellenblechabschnitts mit dem Stützstruktursegment durch Befestigungsverbindungen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment eine Bodenplatte, die mit dem Basisabschnitt von wenigstens zwei Trägerelementen gekoppelt ist, und wenigstens ein Plattenelement, das sich zwischen den wenigstens zwei Trägerelementen in einer Umfangsrichtung erstreckt.
Dadurch werden die wenigstens zwei Trägerelemente in der Umfangsrichtung zweifach, d. h. durch die Plattenelemente und durch die Bodenplatte, stabilisiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Stützstruktursegment eine obere Platte, die mit wenigstens zwei Trägerelementen gekoppelt ist, und wenigstens ein Plattenelement, das sich zwischen den wenigstens zwei Trägerelementen in einer Umfangsrichtung erstreckt, und eine Bodenplatte, die mit den wenigstens zwei Trägerelementen gekoppelt ist. Insbesondere ist die obere Platte mit dem oberen Abschnitt des Trägerelements in der Umfangsrichtung gekoppelt, wobei aber wenigstens ein Teil des oberen Abschnitts des Trägerelements unbedeckt bleibt und das Plattenelement mit dem Seitenabschnitt und/oder dem weiteren Seitenabschnitt der wenigstens zwei Trägerelemente gekoppelt ist und die untere Platte mit dem Basisabschnitt und/oder dem weiteren Basisabschnitt des Trägerelements in der Umfangsrichtung gekoppelt ist.
Dadurch werden die wenigstens zwei Trägerelemente in der Umfangsrichtung dreifach, d. h. durch die obere Platte, die Plattenelemente und durch die Bodenplatte, stabilisiert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für einen Generator insbesondere einer Windturbine, wobei der Stator einen Lamellenblechabschnitt und eine Stützstruktur umfasst, wobei die Stützstruktur eine Mehrzahl von Stützstruktursegmenten umfasst und der Lamellenblechabschnitt des Stators mittels einer Schwalbenschwanzverbindung mit dem oberen Abschnitt des Trägerelements gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stator wenigstens zwei Stützstruktursegmente, die mittels wenigstens eines Blockelements zwischen entsprechenden Endabschnitten der zwei Stützstruktursegmente in der Umfangsrichtung miteinander gekoppelt sind.
Insbesondere sind die Endabschnitte der Stützstruktursegmente in der Umfangsrichtung jeweils aus einem Seitenabschnitt des Trägerelements gebildet und befindet sich das wenigstens eine Blockelement in Kontakt mit den Seitenabschnitten des Trägerelements.
Bei einer solchen Architektur ist kein zusätzliches Endsegment erforderlich. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Stützstruktur. Weiterhin wird eine mechanisch stabile Anordnung des Stützstruktursegments zur Bildung der vollständigen Stützstruktur erreicht. Abschließend wirken die Trägerelemente zweifach, indem sie nicht nur eine stabile Verbindung des Stützstruktursegments mit der Lamellenstruktur ermöglichen, sondern zusätzlich das Bilden einer in der Umfangsrichtung stabilen Verbindung mit benachbarten Stützstruktursegmenten in Kombination mit dem Blockelement ermöglichen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Lamellenblechabschnitts und das Bereitstellen einer Stützstruktur, wobei die Stützstruktur eine Mehrzahl von Stützstruktursegmenten umfasst und wobei der Lamellenblechabschnitt des Stators mittels einer Befestigungsverbindung, vorzugsweise mittels einer Schwalbenschwanzverbindung, mit dem oberen Abschnitt des Trägerelements gekoppelt ist.
Der Begriff „Schwalbenschwanzverbindung“ umfasst im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch Ausführungsformen, bei denen anstelle von Schrauben nur Zapfen auf den oberen Abschnitten der Trägerelemente bereitgestellt sind und keine Schraubenlöcher erforderlich sind.
In einer Ausführungsform entsprechen in den oberen Abschnitt des Trägerelements eingeführte Schraubenköpfe den Zapfen der Schwalbenschwanzverbindung.
Die Schwalbenschwanzverbindung ist aufgrund der Art, in der die Schraubenköpfe, die den Zapfen entsprechen, und die entsprechenden Ausnehmungen im Lamellenblechabschnitt geformt sind, sehr stark. Daher ermöglicht die Schwalbenschwanzverbindung ein stabiles Koppeln des Lamellenblechabschnitts mit dem Stützstruktursegment.
Weiterhin ermöglicht dies eine sehr flexible Verbindung, die insbesondere vorteilhaft sein kann, wenn der Stator während der Lebensdauer des Generators entfernt oder repariert werden muss. Da die Stützstruktur am Lamellenblechabschnitt des Stators im Wesentlichen reversibel befestigt ist, ist ein Entfernen oder Trennen der Stützstruktur effizient möglich.
Es sei darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Gegenstände beschrieben worden sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Verfahrensansprüche beschrieben worden, während andere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Vorrichtungsansprüche beschrieben worden sind. Jedoch entnimmt ein Fachmann dem Obigen und der folgenden Beschreibung, dass, sofern nichts anderes aufgeführt ist, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Gegenständen gehört, auch jede beliebige Kombination von Merkmalen, die zu verschiedenen Gegenständen gehören, insbesondere von Merkmalen der Verfahrensansprüche und Merkmalen der Vorrichtungsansprüche, dahingehend betrachtet wird, als dass sie mit diesem Dokument offenbart ist.
Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen aus den Beispielen der hiernach zu beschreibenden Ausführungsform hervor und werden unter Bezugnahme auf die Beispiele der Ausführungsform erläutert.
Die Erfindung wird hiernach ausführlicher unter Bezugnahme auf Beispiele der Ausführungsform beschrieben, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist.
Zusammenfassend sind die Lamellenblechstapel in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mittels einer Schwalbenschwanzverbindung auf der Stützstruktur (insbesondere auf einem Stützstruktursegment) verschraubt. Die Stützstruktur besteht aus gebogenen Stahlplatten (d. h. Trägerelementen, insbesondere mit einem Omega-Profil), die vorzugsweise an die Enden an Stahlplatten (d. h. Druckplatten) geschweißt sind. Insbesondere werden die Omega-Profile entweder geteilt und auf eine Anzahl Stahlplatten oder Ringplatten (d. h. Plattenelemente) geschweißt, oder die Ringplatten werden geteilt und auf die Seiten und Innenseiten der Omega-Profile geschweißt. Insbesondere können an den Profilenden Flansche (d. h. Basisabschnitte) gebildet sein, um Strukturspannungen zu reduzieren. Benachbarte Segmente sind an den ganz außen angeordneten Omega-Profilen (d. h. Endabschnitten) miteinander verschraubt, wobei einer der Flansche (d. h. der Basisabschnitt, der weitere Basisabschnitt) von diesen Profilen entfernt worden ist. Mit diesen Profilen sind gegebenenfalls Stahlblöcke verschweißt.
Wie oben erläutert ist, können entweder die Omega-Profile (d. h. die Trägerelemente) oder die Ringplatten (d. h. die Plattenelemente) gespalten sein. Jeder Abschnitt mit Omega-Profil kann so geformt sein, dass eine Strukturspannung reduziert wird. Dies hat den Vorteil, dass für den Schweißprozess nur eine Befestigungskonfiguration erforderlich ist. Das Schweißen kann von der Außenseite mit nur einem leicht zugänglichen Start und Stopp für jedes Schweißen eines Omega-Profils erfolgen.
Es sei darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Gegenstände beschrieben worden sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Vorrichtungsansprüche beschrieben worden, während andere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Verfahrensansprüche beschrieben worden sind. Jedoch entnimmt ein Fachmann dem Obigen und der folgenden Beschreibung, dass, sofern nichts anderes aufgeführt ist, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Gegenständen gehört, auch jede beliebige Kombination von Merkmalen, die zu verschiedenen Gegenständen gehören, insbesondere von Merkmalen der Vorrichtungsansprüche und Merkmalen der Verfahrensansprüche, dahingehend betrachtet wird, als dass sie mit dieser Anmeldung offenbart ist.
Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen aus den Beispielen der hiernach zu beschreibenden Ausführungsform hervor und werden unter Bezugnahme auf die Beispiele der Ausführungsform erläutert. Die Erfindung wird hiernach ausführlicher unter Bezugnahme auf Beispiele der Ausführungsform beschrieben, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist.
Figurenliste

1 veranschaulicht einen Generator, der einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Stator eine Stützstruktur umfasst, die aus einer Mehrzahl von Stützstruktursegmenten besteht, in einer perspektivischen Ansicht.
2 veranschaulicht ein Stützstruktursegment gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Oberseite.
3 veranschaulicht ein Trägerelement des Stützstruktursegments gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
4 veranschaulicht ein Segment eines Stators, wobei der Stator ein Stützstruktursegment und ein mit der Stützstruktur gekoppeltes Segment des Lamellenblechabschnitts umfasst, in einem Querschnitt entlang der Axialrichtung.
5 veranschaulicht ein Segment eines Stators gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.
6 veranschaulicht ein Segment eines Stators gemäß der in 4 und 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
7 veranschaulicht ein Segment eines Stators, wobei der Stator ein Stützstruktursegment und ein mit der Stützstruktur gekoppeltes Segment des Lamellenblechabschnitts umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
8 veranschaulicht zwei miteinander gekoppelte Stützstruktursegmente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
9 veranschaulicht ein Stützstruktursegment gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Oberseite.
10 veranschaulicht ein Segment eines Stators mit einem Stützstruktursegment gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.
11 veranschaulicht ein Segment eines Stators mit einem Stützstruktursegment gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.
12 veranschaulicht ein Segment eines Stators mit einem Stützstruktursegment gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.

Ausführliche Beschreibung
Die Veranschaulichungen in den Zeichnungen sind schematisch. Es sei darauf hingewiesen, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Weiterhin werden räumlich relative Begriffe wie „vorne“ und „hinten“, „oberhalb“ und „unterhalb“, „links“ und „rechts“ etc. verwendet, um die Beziehung eines Elements zu (einem) anderen in den Figuren veranschaulichten Element(en) zu beschreiben. Somit können die räumlich relativen Begriffe für verwendete Orientierungen gelten, die von der in den Figuren veranschaulichten Orientierung abweichen. Offensichtlich dienen alle solche in den Figuren dargestellten, räumlich relativen Begriffe nur zur Erleichterung der Beschreibung und sind nicht notwendigerweise einschränkend, weil eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bei ihrer Verwendung Orientierungen einnehmen kann, die sich von den in den Figuren veranschaulichten unterscheiden können.
1 veranschaulicht einen Generator 101 insbesondere für eine Windturbine mit einem Rotor 110 und einem Stator 103. Der Rotor 110 dreht sich um eine Achse, die eine Axialrichtung AD definiert. Die Bewegung des äußeren Teils des Rotors 110 definiert eine Umfangsrichtung CD. Die von der Mitte des Generators nach außen weisende Richtung ist als die radiale Richtung RD definiert.
Der Stator 103 des Generators 101 umfasst einen (in 1 nicht dargestellten) Lamellenblechabschnitt und eine Stützstruktur 102. Die Stützstruktur 102 besteht aus einer Mehrzahl von Stützstruktursegmenten 105. Jedes der Stützstruktursegmente 105 ist in der Umfangsrichtung CD bezüglich der Drehbewegung des Generators mit einem benachbarten Stützstruktursegment 105 gekoppelt.
Die Stützstruktur 102 ist zwischen dem (nicht dargestellten) Lamellenblechabschnitt und dem Rotor 110 angeordnet.
2 veranschaulicht ein Stützstruktursegment 205 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Oberseite des Segments. Das Stützstruktursegment 205 ist zur Verwendung in einem Stator einer Windturbine konfiguriert. Das Stützstruktursegment 205 umfasst eine Mehrzahl von Trägerelementen 220. Jedes Trägerelement 220 erstreckt sich in einer Axialrichtung AD. Das Trägerelement 220 weist eine gewellte Form mit einem oberen Abschnitt 220c auf. Der obere Abschnitt 220c des Trägerelements 220 bildet ein Plateau. Im oberen Abschnitt 220c des Trägerelements 220 ist eine Mehrzahl von Schraubenlöchern 226 gebildet, die zur Aufnahme einer Schraube konfiguriert sind.
Das Stützstruktursegment 205 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Plattenelementen 230, die in der Axialrichtung AD gestapelt sind. Jedes der Mehrzahl von Plattenelementen 230 erstreckt sich in der Umfangsrichtung CD. Jedes der Plattenelemente 230 erstreckt sich in der Umfangsrichtung CD im Wesentlichen von einem Endabschnitt 221 des Stützstruktursegments 205 bis zu einem gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt 221' des Stützstruktursegments 205. Daher kann jedes Plattenelement 230 als Ringstruktur betrachtet werden, die in der Umfangsrichtung CD des Stützstruktursegments 205 gebildet ist. Jedes Plattensegment 230 erstreckt sich in der Umfangsrichtung CD durch Ausnehmungen mit angepasster Größe in den Trägerelementen 220, wobei die Abmessungen und die Form der Ausnehmungen denjenigen des Plattenelements 230 entsprechen. In einer anderen Ausführungsform können die Plattenelemente 230 mit den Seitenabschnitten der Trägerelemente 220 verschweißt sein. In noch einer anderen Ausführungsform können die Trägerelemente 220 segmentiert sein, wobei jedes Segment mit den Plattenelementen 230 in der Axialrichtung gekoppelt, beispielsweise verschweißt, ist.
Anstelle der Bildung einer jeden Ringstruktur durch ein einzelnes Plattenelement 230 kann jede Ringstruktur durch das Ausrichten einer Mehrzahl von einzelnen Plattenelementen 230 nebeneinander in der Umfangsrichtung CD gebildet werden. Jedes Plattenelement 230 ist in Umfangsrichtung CD mit einem Trägerelement 220, insbesondere mit einem Seitenabschnitt und/oder einem weiteren Seitenabschnitt eines Trägerelements 220 beispielsweise durch Schweißen und/oder durch eine Verbindung vom Verschraubungstyp gekoppelt. In einer solchen Ausführungsform ist jedes Plattenelement 230 zwischen benachbarten Trägerelementen 220 platziert und mit den Seitenabschnitten der benachbarten Trägerelemente 220 gekoppelt.
Die Ringstrukturen (oder Ringplatten) haben mehrere Zwecke. Erstens stabilisieren sie die Seitenabschnitte und Basisabschnitte der Trägerelemente insbesondere von Profilen des Omega-Typs. Zweitens bilden sie in der segmentierten Statoranordnung mittels der Segment-Segment-Verschraubung Ringe. Diese Ringe tragen zur Reduzierung einer radialen Verformung bei. Drittens tragen sie dazu bei, die tangentialen EM-Kräfte gleichmäßig auf den Trägerelementen, insbesondere den Profilen vom Omega-Typ, zu verteilen.
Die Plattenelemente umfassen Kanäle 232, die einen Luftstrom und eine Kühlung in der Axialrichtung AD ermöglichen, wenn der Generator aktiv ist.
Das Stützstruktursegment 205 umfasst weiterhin eine Druckplatte 240 an einem Ende des Stützstruktursegments 205 in Axialrichtung und eine weitere Druckplatte 240' am gegenüberliegenden Ende des Stützstruktursegments 205 in Axialrichtung.
Jede der beiden Druckplatten 240, 240' umfasst eine Mehrzahl von Kanälen 242, die einen Luftstrom und eine Kühlung in der Axialrichtung AD ermöglichen, wenn der Generator aktiv ist.
Jede der beiden Druckplatten 240, 240' umfasst eine Mehrzahl von Schraubenlöchern 246. Jede der beiden Druckplatten 240, 240' kann mittels der Mehrzahl von Schraubenlöchern 246 mit dem Rotor des Generators gekoppelt werden. Alternativ können die beiden Druckplatten 240, 240' an einen Rotor eines Generators geschweißt sein.
3 veranschaulicht ein Trägerelement 220 des Stützstruktursegments 205 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Das Trägerelement 220 umfasst einen Basisabschnitt 220a, einen weiteren Basisabschnitt 220a', einen Seitenabschnitt 220b, einen weiteren Seitenabschnitt 220b' und einen oberen Abschnitt 220c.
Der Basisabschnitt 220a und der Seitenabschnitt 220b sind mit einem Außenwinkel ϕ mit einem Wert von etwa 90° relativ zueinander angeordnet. Der Seitenabschnitt 220b und der obere Abschnitt 220c sind mit einem Innenwinkel θ mit einem Wert von etwa 90° relativ zueinander angeordnet.
Der weitere Basisabschnitt 220a' bzw. der weitere Seitenabschnitt 220b' sind (analog zum Basisabschnitt 220a bzw. zum Seitenabschnitt 220b) mit einem weiteren Außenwinkel, der ebenfalls einen Wert von etwa 90° hat, relativ zueinander angeordnet. Der weitere Seitenabschnitt 220b' und der obere Abschnitt 220c sind (analog zum Seitenabschnitt 220b und dem oberen Abschnitt 220c) mit einem weiteren Innenwinkel, der einen Wert von etwa 90° hat, relativ zueinander angeordnet.
Der obere Abschnitt 220c ist so konfiguriert, dass er mit einem Lamellenblechabschnitt des Stators gekoppelt ist. Diese Verbindung wird mittels einer Befestigungsverbindung erzeugt. Zur Bildung einer solchen Befestigungsverbindung ist im oberen Abschnitt 220c ein Schraubenloch angeordnet. Dazu bildet der obere Abschnitt 220c ein Plateau, das eine Oberfläche mit geeigneter Ausdehnung aufweist, um die Bildung von Schraubenlöchern darin und eine sichere Befestigung einer Schraube im Schraubenloch zu ermöglichen.
Der Basisabschnitt 220a und der weitere Basisabschnitt 220a' sind als Flanschelemente zur Befestigung beispielsweise einer Bodenplatte konfiguriert.
In der Ausführungsform von 3 sind der Seitenabschnitt 220b und der weitere Seitenabschnitt 220b' im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Dasselbe gilt für den oberen Abschnitt 220c in Bezug auf beide, den Basisabschnitt 220a und den weiteren Basisabschnitt 220a'.
Der Basisabschnitt 220a und der weitere Basisabschnitt 220a' umfassen jeweils Kanäle, die einen radialen Luftstrom und eine Kühlung ermöglichen, wenn der Generator aktiv ist. Die Kanäle des Basisabschnitts 220a und/oder des weiteren Basisabschnitts 220a' sind vorzugsweise als Mehrzahl von parallelen Schlitzen vorhanden, die in der Umfangsrichtung CD länglich sind.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Trägerelement 220 ein einteiliges Trägerelement, insbesondere ein monolithisch geformtes Trägerelement aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Der Basisabschnitt 220a, der Seitenabschnitt 220b, der obere Abschnitt 220c, der weitere Seitenabschnitt 220b' und der weitere Basisabschnitt 220a' bilden in dieser Reihenfolge das Trägerelement. Am Übergang vom Basisabschnitt 220a zum Seitenabschnitt 220b, vom Seitenabschnitt 220b zum oberen Abschnitt 220c, vom oberen Abschnitt 220c zum weiteren Seitenabschnitt 220b' und vom weiteren Seitenabschnitt 220b' zum weiteren Basisabschnitt 220a' weist das Trägerelement 220 abgerundete Ränder auf.
Zusammenfassend hat jedes Trägerelement 220 eine gewellte Form, die in der in 3 dargestellten Ausführungsform eine einzelne Wellung aufweist, die eine Form bildet, die als ein Omega beschrieben werden kann. Ein solches Profil vom Ω-Typ (Omega-Typ) unterscheidet sich von den bekannten Profilen, die nur einen relativ schmalen oberen Abschnitt aufweisen. Weil solche bekannten Profile kein Plateau mit einer Oberfläche mit geeigneter Ausdehnung aufweisen, können solche bekannten Profile nur qualitativ minderwertige Verbindungen zum Stator bilden. Weil die erfindungsgemäßen Profile einen Seitenabschnitt und einen weiteren Seitenabschnitt aufweisen, die voneinander beabstandet sind, können sie effizient hergestellt werden.
4 veranschaulicht ein Segment des Stators 403, wobei der Stator ein Stützstruktursegment 205 und ein Segment des Lamellenblechabschnitts 408 umfasst, in einem Querschnitt entlang der Axialrichtung.
Das in 4 veranschaulichte Stützstruktursegment 205 entspricht der in 2 beschriebenen Stützstruktur. 4 veranschaulicht die Anordnung des Stützstruktursegments 205 und des Lamellenblechabschnitts 408, d. h., dass veranschaulicht ist, wie das Stützstruktursegment 205 mit dem Lamellenblechabschnitt 408 gekoppelt sein kann, um (ein Segment des Stators 403) den Stator 403 zu bilden.
Der obere Abschnitt 220c des Trägerelements 220 in 4 ist mit dem Lamellenblechabschnitt 408 des Stators 403 gekoppelt. Diese Verbindung wird mittels einer Befestigungsverbindung erzeugt. Dazu wird ein Schraubenloch im oberen Abschnitt 220c des Trägerelements 220 bereitgestellt. Dazu wird ausgenutzt, dass der obere Abschnitt ein Plateau mit einer ausgedehnten Oberfläche bildet, wodurch die Bildung des Schraubenlochs darin ermöglicht wird. Eine Schraube 450 bildet mit dem Lamellenblechabschnitt 408 eine Verschraubung in Form einer Schwalbenschwanzverbindung. Die Schraube 450 umfasst einen Körper 450a und einen Kopf 450b. Der Körper 450a der Schraube 450 wird in das Schraubenloch im oberen Abschnitt des Trägerelements 220 eingeführt. Der Kopf 450b der Schraube 450 ist mit einer entsprechenden Ausnehmung 408a im Lamellenblechabschnitt 408 verbunden.
Der Lamellenblechabschnitt 408 besteht aus einer Mehrzahl von Lamellenblechen, die in der Axialrichtung AD gestapelt sind. In 4 ist veranschaulicht, dass ein einzelnes Lamellenblech des Blechabschnitts 408 mittels einer Schwalbenschwanzverbindung, die von einer Mehrzahl von Schrauben 450 gebildet ist, mit dem Stützstruktursegment 205 gekoppelt ist.
Da der Lamellenblechabschnitt 408 aus einer Mehrzahl von in Axialrichtung gestapelten Blechen besteht, können weitere Bleche des Lamellenblechabschnitts (die in Axialrichtung davor oder dahinter angeordnet sind - in 4 nicht dargestellt) mittels einer Schwalbenschwanzverbindung, die von einer Mehrzahl von Schrauben 450 auf dieselbe Weise gebildet wird, die in 4 veranschaulicht ist, mit dem Stützstruktursegment 205 gekoppelt werden.
5 veranschaulicht ein Segment des Stators 403 gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite. Das Stützstruktursegment 205 umfasst eine Mehrzahl von Trägerelementen 220, wobei sich jedes der Mehrzahl von Trägerelementen 220 in einer axialen Richtung AD erstreckt. Die perspektivische Ansicht der Unterseite des Stützstruktursegments 205 veranschaulicht, dass zwischen zwei benachbarten Trägerelementen 220 Öffnungen gebildet sind, die einen Luftstrom in einer radialen Richtung ermöglichen.
Die perspektivische Ansicht der Unterseite des Stützstruktursegments 205 veranschaulicht weiter, dass sich der Schraubenkörper 450a einer jeden Schraube in den Trägerelementen 220 in radialer Richtung erstreckt.
In der in 5 veranschaulichten Ausführungsform werden die Endabschnitte 221, 221' des Stützstruktursegments 205 von zusätzlichen Endabschnittsplatten 423 gebildet.
6 veranschaulicht ein Segment des Stators 403 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. 6 veranschaulicht deutlich, dass der Kopf 450b der Schraube 450 mit einer entsprechenden Ausnehmung 408a im Lamellenblechabschnitt 408 verbunden ist. Die verschiedenen Bleche des Lamellenblechabschnitts 408 sind nicht einzeln dargestellt. Aus 6 geht die ringartige Struktur des Stützstruktursegments 205 hervor. Die Plattenelemente 230 erstrecken sich in der Umfangsrichtung CD, wobei sie in der Umfangsrichtung CD des Stützstruktursegments 205 eine Ringstruktur bilden. Im Stützstruktursegment 205 gibt es mehrere Ringstrukturen (die jeweils von einem einzelnen Plattenelement 230 oder von einer Mehrzahl von benachbarten Plattenelementen 230 gebildet sein können).
Die Ringstrukturen verleihen der Mehrzahl von Trägerelementen 220 eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente 220 in der Umfangsrichtung verbunden werden. Dadurch werden die Trägerelemente 220 fest und genau in ihrer Position gehalten, was die stabile Kopplung des Lamellenblechabschnitts 408 mit dem Stützstruktursegment 205 durch Befestigungsverbindungen ermöglicht.
Ein Endabschnitt 221' des Stützstruktursegments 205 in der Umfangsrichtung CD wird von einem (weiteren) Seitenabschnitt 220b' des Trägerelements 220 gebildet, das in der Umfangsrichtung des Stützstruktursegments 205 am weitesten außen angeordnet ist. Dasselbe gilt für den entsprechenden gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt 221'. Der (weitere) Seitenabschnitt 220b' umfasst Schraubenlöcher 220d für die Bildung einer Verbindung mit einem benachbarten Stützstruktursegment.
7 veranschaulicht ein Segment des Stators 705 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. In der Ausführungsform von 7 wird ein Endabschnitt 221' des Stützstruktursegments 705 in Umfangsrichtung CD von einem L-förmigen Element 715 gebildet, das in der Umfangsrichtung des Stützstruktursegments 705 weiter außen als die Mehrzahl von Trägerelementen 220 angeordnet ist. Dasselbe gilt für den entsprechenden gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt 221, wo ein weiteres L-förmiges Element angeordnet ist.
8 veranschaulicht zwei miteinander gekoppelte Stützstruktursegmente 805, 805' gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Die Stützstruktur eines Stators umfasst eine Mehrzahl von Stützstruktursegmenten 805, 805'. In 8 ist gezeigt, wie zwei benachbarte Stützstruktursegmente 805, 805' miteinander gekoppelt sein können, wodurch die Stützstruktur gebildet wird.
Gemäß der Ausführungsform von 8 sind die zwei benachbarten Stützstruktursegmente 805, 805' durch zwei Blockelemente 856, die beide im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, miteinander gekoppelt. Die beiden Blockelemente sind in der Umfangsrichtung CD zwischen jeweiligen Endabschnitten 221 der zwei Stützstruktursegmente 805, 805' angeordnet. Die Endabschnitte 221 der Stützstruktursegmente 805, 805' werden in der Umfangsrichtung CD von entsprechenden Seitenabschnitten der jeweiligen Trägerelemente 220 der Stützstruktursegmente 805, 805' gebildet. Die zwei Blockelemente 856 sind durch eine Verschraubung 858 aneinander und an den Endabschnitten 221 der Stützstruktursegmente 805, 805' befestigt. Alternativ kann ein einzelnes Blockelement 856 verwendet werden, das durch eine Verschraubung 858 oder durch Schweißen an den Endabschnitten 221 der Stützstruktursegmente 805, 805' befestigt sein kann.
9 veranschaulicht ein Stützstruktursegment 905 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Oberseite. Das Stützstruktursegment 905 umfasst eine Mehrzahl von oberen Platten 960. Jede obere Platte 960 kann mit dem Trägerelement 220 gekoppelt sein, das die wenigstens zwei Trägerelemente 220 in der Umfangsrichtung CD verbindet.
Jede obere Platte 960 erstreckt sich in der axialen Richtung der Stützstruktur 905 und ist so angeordnet, dass die obere Platte 960, wenn sie mit den wenigstens zwei Trägerelementen 220 verbunden wird, in Umfangsrichtung wenigstens einen Teil eines jeden oberen Abschnitts 220c des Trägerelements 220 unbedeckt lässt. In diesem unbedeckten Abschnitt ist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 226 angeordnet, die ein Koppeln des Stützstruktursegments 905 mit einem Lamellenblechabschnitt durch eine Befestigungsverbindung ermöglichen.
Die obere Platte 960 verleiht der Mehrzahl von Trägerelementen 220 eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente 220 in der Umfangsrichtung CP verbunden werden.
Wie aus 9 auch hervorgeht, ist zum Koppeln einer Bodenplatte eine Mehrzahl von Schraubenlöchern 927 und Schrauben 928 im Basisabschnitt 220a angeordnet.
Jede obere Platte 960 umfasst Kanäle 962, die einen radialen Luftstrom und eine Kühlung ermöglichen, wenn der Generator aktiv ist.
Die oberen Platten 960 verleihen der Mehrzahl von Trägerelementen 220 eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente 220 in der Umfangsrichtung verbunden werden. Dadurch werden die Trägerelemente 220 in ihrer Position gehalten. Dies ermögliche eine stabile Kopplung eines Lamellenblechabschnitts mit dem Stützstruktursegment 905 durch Befestigungsverbindungen, insbesondere durch Schwalbenschwanzverbindungen.
10 veranschaulicht ein Segment des Stators 1003 mit einer Stützstruktur 1005 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.
Das Stützstruktursegment 1005 umfasst eine Mehrzahl von oberen Platten 960, wie in 9 beschrieben ist. Die perspektivische Ansicht der Unterseite des Stützstruktursegments 1005 veranschaulicht, dass sich zwischen zwei benachbarten Trägerelementen 220 Öffnungen befinden. Durch diese Öffnungen sind die oberen Platten 960 in 10 sichtbar.
Das Stützstruktursegment 1005 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Bodenplatten 1070. Jede Bodenplatte 1070 erstreckt sich in einer axialen Richtung der Stützstruktur 1005. Die Bodenplatte ist mit den Basisabschnitten 220a, 220a' des Trägerelements 220 gekoppelt. Die Basisabschnitte 220a, 220a' dienen als Flanschabschnitte. Die Bodenplatte 1070 umfasst Durchgangslöcher 1077, die die Bildung einer Verschraubung mit den Basisabschnitten 220a, 220a' mittels der Schrauben 928 ermöglichen. Dadurch ist die Bodenplatte 1070 mit dem Trägerelement 220 fest und genau verbunden.
Die Bodenplatte 1070 verleiht der Mehrzahl von Trägerelementen 220 eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente 220 in der Umfangsrichtung verbunden werden. In einer alternativen Ausführungsform können zusätzlich zur Stabilisierung, die durch die Bodenplatte und/oder die obere Platte erzielt wird, mehrere Ringplattenstrukturen (die jeweils aus einem einzelnen Plattenelement 230 oder einer Mehrzahl von benachbarten Plattenelementen 230 gebildet sein können) vorliegen, die sich in Umfangsrichtung im Stützstruktursegment 205 erstrecken.
Die Bodenplatte 1070 umfasst weiterhin Durchgangslöcher oder Kanäle, die einen radialen Luftstrom und eine Kühlung ermöglichen, wenn der Generator aktiv ist.
11 veranschaulicht ein Segment des Stators 1103 mit einem Stützstruktursegment 1105 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.
Das Stützstruktursegment 1105 umfasst weiterhin eine einzelne Bodenplatte 1170. Die einzelne Platte 1170 erstreckt sich in einer Umfangsrichtung der Stützstruktur 1005. Die Bodenplatte ist mit den Basisabschnitten des Trägerelements 220, die als Flanschabschnitte dienen, gekoppelt. Die Bodenplatte 1170 umfasst Durchgangslöcher 1177, die die Bildung der Verschraubung mit den Basisabschnitten 220a, 220a' des Trägerelements ermöglichen.
Weil die Bodenplatte 1170 als einzelne, sich in einer Umfangsrichtung erstreckende Bodenplatte geformt ist, weist sie eine Oberfläche mit geeigneter Ausdehnung auf, um das Vorhandensein relativ großer Luftkanäle 1172 zu ermöglichen, die einen radialen Luftstrom und eine Kühlung ermöglichen, wenn der Generator aktiv ist. Weiterhin ist die Bodenplatte mit den Endabschnitten 221, 221' des Stützstruktursegments 1105 gekoppelt, indem eine L-förmige Struktur 1174 mit Schraubenlöchern 1174a gebildet wird. Dies ist möglich, weil die Bodenplatte sich in der Umfangsrichtung CD im Wesentlichen von einem Endabschnitt 221 des Stützstruktursegments 1105 bis zu einem gegenüberliegenden Endabschnitt 221' des Stützstruktursegments erstreckt. Aufgrund der L-förmigen Struktur ist die Bodenplatte 1170 mittels einer Verschraubung und/oder Schweißung fest am Stützstruktursegment 1105 befestigt.
12 veranschaulicht ein Segment des Stators 1203 mit einem Stützstruktursegment 1205 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht der Unterseite.
Das Stützstruktursegment 1205 umfasst eine Mehrzahl von ringförmigen unteren Strukturen 1270, d. h. U-Profilen, die gebogen und gekrümmt sind und die mit den Trägerelementen 220 verschweißt oder verschraubt werden können.
Das Stützstruktursegment 1205 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Bodenplatten 1270. Jede ringförmige untere Struktur 1270 erstreckt sich in einer axialen Richtung der Stützstruktur 1205. Die ringförmigen unteren Strukturen sind mit den Basisabschnitten 220a, 220a' des Trägerelements 220 beispielsweise durch Schweißen gekoppelt, d. h., dass die Basisabschnitte 220a, 220a' als Befestigungsabschnitte dienen.
Die Ringstrukturen verleihen der Mehrzahl von Trägerelementen 220 eine mechanische Stabilisierung, indem die Trägerelemente 220 in der Umfangsrichtung verbunden werden. Dadurch werden die Trägerelemente 220 fest und genau in ihrer Position gehalten, was die stabile Kopplung des Lamellenblechabschnitts mit dem Stützstruktursegment 1205 durch Verschraubungen ermöglicht.
Die Endabschnitte der beiden Stützstruktursegmente 1205 können mittels der ringförmigen unteren Strukturen 1270 verbunden sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „umfasst“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und „eine“, „einer“ oder „eines“ eine Mehrzahl nicht ausschließt. In Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Elemente können auch kombiniert werden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass Bezugszeichen in den Patentansprüchen nicht dahingehend aufgefasst werden dürfen, dass sie den Rahmen der Patentansprüche einschränken.

Claims

Stützstruktursegment (105) für einen Stator (103) eines Generators (101) insbesondere einer Windturbine, wobei das Stützstruktursegment ein Trägerelement (220)umfasst, das sich in einer Axialrichtung (AD) erstreckt, wobei das Trägerelement (220) einen Basisabschnitt (220a), einen Seitenabschnitt (220b) und einen oberen Abschnitt (220c) umfasst, wobei der Basisabschnitt (220a) und der Seitenabschnitt (220b) mit einem Außenwinkel (ϕ) in einem Bereich von 70° bis 130° relativ zueinander angeordnet sind, der Seitenabschnitt (220b) und der obere Abschnitt (220c) mit einem Innenwinkel (θ) in einem Bereich von 70° bis 130° relativ zueinander angeordnet sind, der Basisabschnitt (220a) mit dem Seitenabschnitt (220b) gekoppelt ist, der Seitenabschnitt (220b) mit dem oberen Abschnitt (220c) gekoppelt ist, der Basisabschnitt (220a) im Wesentlichen in einer radialen Richtung (RD) vom oberen Abschnitt (220c) beabstandet ist und der obere Abschnitt (220c) so konfiguriert ist, dass er mittels einer Befestigungsverbindung mit einem Lamellenblechabschnitt (408) des Stators (103) gekoppelt ist.
Stützstruktursegment (105) nach Anspruch 1, wobei das Trägerelement (220) ein monolithisch geformtes Trägerelement, insbesondere ein monolithisch geformtes Metallträgerelement ist.
Stützstruktursegment (105) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Trägerelement (220) weiterhin einen weiteren Seitenabschnitt (220b') umfasst, der mit dem oberen Abschnitt (220c) gekoppelt und vom Seitenabschnitt (220b) im Wesentlichen in Umfangsrichtung (CD) beabstandet ist, wobei insbesondere ein Endabschnitt (221') des Stützstruktursegments (105) in Umfangsrichtung (CD) vom weiteren Seitenabschnitt (220b') des Trägerelements (220) gebildet wird.
Stützstruktursegment (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Trägerelement (220) weiterhin einen weiteren Basisabschnitt (220a') umfasst, der mit dem weiteren Seitenabschnitt (220b') gekoppelt und vom oberen Abschnitt (220c) im Wesentlichen in einer radialen Richtung (RD) beabstandet ist.
Stützstruktursegment (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Stützstruktursegment wenigstens zwei Trägerelemente (220) umfasst.
Stützstruktursegment (105) nach Anspruch 5, wobei das Stützstruktursegment weiterhin ein Plattenelement (230) umfasst, das sich in einer Umfangsrichtung (CD) wenigstens zwischen den wenigstens zwei Trägerelementen (220) erstreckt.
Stützstruktursegment (105) nach Anspruch 6, wobei sich das Plattenelement (230) in der Umfangsrichtung (CD) im Wesentlichen von einem Endabschnitt (221) des Stützstruktursegments (105) bis zu einem gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt (221') des Stützstruktursegments (105) erstreckt.
Stützstruktursegment (105) nach Anspruch 6, wobei eine Mehrzahl von Plattenelementen (230) in der Umfangsrichtung (CD) ausgerichtet ist, wobei sie sich im Wesentlichen von einem Endabschnitt (221) des Stützstruktursegments (105) in der Umfangsrichtung (CD) bis zu einem gegenüberliegenden weiteren Endabschnitt (221') des Stützstruktursegments (105) erstrecken.
Stützstruktursegment (105) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Plattenelement (230) weiterhin einen Kanal (232) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Luft in Axialrichtung (AD) leitet.
Stützstruktursegment (105, 905) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Stützstruktursegment weiterhin eine obere Platte (960) umfasst, wobei die obere Platte (960) mit dem Trägerelement (220) gekoppelt ist, das die wenigstens zwei Trägerelemente (220) in der Umfangsrichtung (CD) verbindet.
Stützstruktursegment (105, 905) nach Anspruch 10, wobei die Verbindung der wenigstens zwei Trägerelemente (220) durch die obere Platte (960) in Umfangsrichtung wenigstens einen Teil des oberen Abschnitts (220c) des Trägerelements (220) von der oberen Platte (960) unbedeckt lässt, wodurch eine Kopplung der oberen Platte (220c) mit einem Lamellenblechabschnitt (408) mittels einer Befestigungsverbindung ermöglicht wird.
Stützstruktursegment (105, 1005, 1105, 1205) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei das Stützstruktursegment weiterhin eine Bodenplatte (1070, 1170, 1270) umfasst, wobei die Bodenplatte mit dem Trägerelement (220), vorzugsweise mit dem Basisabschnitt (220a, 220a') des Trägerelements (220) gekoppelt ist, wodurch die wenigstens zwei Trägerelemente (220) in Umfangsrichtung verbunden sind.
Stator (103) für einen Generator (101) insbesondere einer Windturbine, wobei der Stator einen Lamellenblechabschnitt (408) und eine Stützstruktur (102) umfasst, wobei die Stützstruktur (102) eine Mehrzahl von Stützstruktursegmenten (105) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12 umfasst und der Lamellenblechabschnitt (408) des Stators (103) mittels einer Schwalbenschwanzverbindung (408a, 450a, 450b) mit dem oberen Abschnitt (220c) des Trägerelements (220) gekoppelt ist.
Stator (103) nach Anspruch 13, wobei wenigstens zwei Stützstruktursegmente (805, 805') der Mehrzahl von Stützstruktursegmenten (105) mittels wenigstens eines Blockelements (856) zwischen entsprechenden Endabschnitten (221, 221') der zwei Stützstruktursegmente (805, 805') in der Umfangsrichtung (CD) miteinander gekoppelt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Stators (103), wobei das Verfahren die Bereitstellung eines Lamellenblechabschnitts (408); die Bereitstellung einer Stützstruktur (102) umfasst, wobei die Stützstruktur (102) eine Mehrzahl von Stützstruktursegmenten (105) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12 umfasst; der Lamellenblechabschnitt (408) des Stators (103) mittels einer Befestigungsverbindung, mittels einer Schwalbenschwanzverbindung (408a, 450a, 450b) mit dem oberen Abschnitt (220c) des Trägerelements (220) gekoppelt ist.