EP3097627A2 - Synchrongenerator einer getriebelosen windenergieanlage - Google Patents

Synchrongenerator einer getriebelosen windenergieanlage

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EP3097627A2
EP3097627A2 EP14820778.0A EP14820778A EP3097627A2 EP 3097627 A2 EP3097627 A2 EP 3097627A2 EP 14820778 A EP14820778 A EP 14820778A EP 3097627 A2 EP3097627 A2 EP 3097627A2
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EP
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stator
segments
segment
teeth
grooves
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14820778.0A
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Inventor
Volker Diedrichs
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Wobben Properties GmbH
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Publication date
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a synchronous generator, in particular a multi-pole synchronous ring generator of a gearless wind turbine. Moreover, the present invention relates to a sheet set for producing a stator lamination stack of a stator of such a synchronous generator and to a corresponding method for producing such a stator lamination stack. Moreover, the present invention relates to a wind turbine with a synchronous generator.
  • Wind turbines are well known and generate electric power from wind by means of a generator.
  • Modern gearless wind turbines often have a multi-pole synchronous ring generator with a large air gap diameter.
  • the diameter of the air gap is at least 4 meters and usually extends to almost 5 meters.
  • Composite synchronous generators may even have an air gap diameter of about 10 meters.
  • noises are generated which can also find large resonance bodies due to the large design, such as, for example, the nacelle lining of a nacelle enclosing the synchronous generator or at least partially enclosing it.
  • the large design such as, for example, the nacelle lining of a nacelle enclosing the synchronous generator or at least partially enclosing it.
  • synchronous generators of a gearless wind turbine are very slow rotating generators that rotate at a typical speed of about 5 to 35 revolutions per minute. This slow speed can also produce special noises, especially when compared to generators that rotate at 1,500 or 3,000 revolutions per minute.
  • German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present PCT application the following state of the art research: US 6 321 439 B1, DE 10 2009 015 044 A1, WO 201 1/128 095 A2, DE 103 40 1 14 A1, DE 10 2005 061 892 A1, US 2004/0 036 374 A1, DE 199 23 925 A1, DE 101 10 466 A1, US Pat. No. 4,315,171 A and DE 15 38 772 B2
  • a synchronous generator according to claim 1 is proposed, in particular a multi-pole synchronous ring generator of a gearless wind turbine.
  • a multi-pole synchronous ring generator of a gearless wind turbine has a plurality of stator poles, in particular at least 48 stator teeth, often even significantly more stator teeth, in particular 96 stator teeth or even more stator teeth.
  • the magnetically active region of the generator namely both the rotor, which can also be referred to as a rotor, and the stator is arranged in an annular region around the axis of rotation of the synchronous generator.
  • a range of 0 to at least 50 percent of the radius of the air gap is free of materials that carry electrical current or electric field of the synchronous generator.
  • this interior is completely free and basically accessible. Frequently, this range is also more than 0 to 50 percent of the air gap radius, in particular up to 0 to 70 percent or even 0 to 80 percent of the air gap radius.
  • a support structure may be present in this inner region, but in some embodiments it may be formed axially offset.
  • the synchronous generator thus has a rotor and a stator.
  • the rotor is sometimes referred to as a runner in order to achieve a distinction to the aerodynamic rotor of the wind turbine linguistically.
  • the stator is provided with teeth and grooves therebetween. The grooves receive a stator winding, or a plurality of stator windings, so that the stator winding is thus arranged through the slots and around the teeth.
  • the stator is divided in the circumferential direction in stator segments, each having a plurality of teeth and a plurality of grooves and at least two stator segments are circumferentially offset from each other or entangled.
  • All the stator segments are arranged in the circumferential direction next to each other and moreover, in particular about a quarter of a quarter, or another amount, interlocked or offset, namely such that grooves and teeth of a stator alternately uniformly in the circumferential direction and this uniformity in the transition to the next adjacent stator segment is interrupted by there is a wider or narrower groove, a wider or narrower tooth, or an additional - possibly narrower - tooth or an additional - possibly narrower - groove is arranged, or a tooth is omitted.
  • the transition can basically also be realized differently.
  • adjacent stator segment then grooves and teeth alternate again evenly, in particular with the same slot width and respectively the same tooth width.
  • the stator can be subdivided into four stator segments 1 to 4 and each stator segment, which is also only given by way of example, each have 12 stator teeth, so that the stator comprises a total of 48 teeth and to that extent would be a comparatively small multi-pole synchronous ring generator of a gearless wind energy plant.
  • the first and third stator segment and thus the grooves and teeth of these two Stator segments would be compared to the second and fourth stator segment, ie offset or crossed their grooves or teeth.
  • At least one tooth forms a stator pole and correspondingly two stator poles form a pole pair, which is used here in a simplified way for stator pole pair.
  • a stator pole could also be formed from a plurality of teeth or a split tooth, which is not important here.
  • the number of pole pairs of each stator segment is a multiple of two.
  • the number of pole pairs of each stator segment is a multiple of six.
  • each stator segment can be designed as a permanent generator or independent virtual generator, which only shares the rotor with the other stator segments.
  • a described stand-alone stator segment can be provided with three-phase windings, in particular even with two independent three-phase windings. Both three-phase windings can accordingly generate a three-phase current signal and the three-phase current signals of these two independent three-phase windings can be shifted from each other. This improves downstream rectification.
  • the current signal can also simply be called current.
  • stator segments are provided and the stator segments are grouped into two segment groups, each with two stator segments.
  • the number of pole pairs of each segment group is a multiple of four. This makes it possible to independently wind each stator segment as described above and at the same time to provide the stator segments basically symmetrically, so that therefore all the stator segments are the same size, in simple terms, ie occupy respectively a quarter circle. Insofar as a tooth has been omitted in the transition between two adjacent and mutually entangled stator segments, this (omitted) tooth must nevertheless be counted. In other words, there would be a stator pole without a separate tooth or a stator pole pair with only one own tooth.
  • stator segments of a segment group have different numbers of pole pairs.
  • a stator with a total of 84 pole pairs, that is 168 teeth in particular can be divided into two segment groups with two stator segments each. The stator segments of these two segment groups alternate.
  • each segment group has two stator segments and each segment group has 42 pole pairs and, for example, a stator segment with 24 pole pairs and a stator segment with 18 pole pairs.
  • each segment group is in each case connected to a rectifier designed as a B12 bridge.
  • each segment group can be wound in such a way that it generates two three-phase systems as output current.
  • These two three-phase systems which thus result in six different phase currents, are rectified by means of this B12 bridge.
  • Each phase is thus fed to a branch of this B12 bridge, which rectifies this phase in a known manner with two diodes.
  • the rectified current of each of these phases is applied to a common DC link or other DC memory or DC memory.
  • both segment groups are connected to a B12 bridge and both segment groups generate two three-phase currents which are rectified, a rectified overall signal with very few harmonics can be achieved.
  • This is achieved in particular by virtue of the fact that at least two stator segments or two segment groups are offset or interlocked in the circumferential direction.
  • the six phases of one segment group are again shifted relative to the six phases of the other segment group in such a way that their superimposition in the rectified overall signal is reduced and thus leads to the lowest possible harmonics.
  • grooves and teeth of a respective stator are arranged equidistantly and the at least two stator segments in the circumferential direction offset or interlocked so that adjacent teeth of the adjacent stator segments or adjacent grooves of the adjacent stator segments have a different distance from each other, as adjacent teeth or grooves of the same stator segment ,
  • the grooves and teeth are thus arranged equidistantly in each case within their stator segment, in particular in such a way that all the grooves of a stator segment and in particular of the entire stator have the same width, that is to say extent in the circumferential direction. except for grooves in the transition or contact area of two adjacent stator segments.
  • stator segment or even of the entire stator have the same width, that is to say extent in the circumferential direction, except for teeth in the transitional or contact region between two adjacent stator segments.
  • the proposed embodiment of the stator thus corresponds to a stator with completely uniform teeth and grooves in the circumferential direction, this stator is divided into stator segments, in particular an even number equal stator segments and then every second stator by a proportion of a groove width or tooth width about the axis of rotation of Generators - mentally - would be twisted.
  • a synchronous generator with a stator in which a first and a second groove of a first stator segment or a first and a second tooth of the first stator segment have a mean distance from each other of n * a.
  • the variable a denotes the mean distance between two adjacent grooves or teeth of the first stator segment. This therefore describes the distance, for example, the center of the first groove to the middle of the second groove or the center of the first tooth to the center of the second tooth. Preferably, this is identical to the average of each spacing of adjacent teeth of the entire stator.
  • n is the number of groove pitches, that is, a number that is smaller by 1 than the number of grooves between the considered first and second groove and a number smaller by 1 than the number of teeth between the considered first and second grooves second tooth.
  • the distance between the first and a further groove, wherein the further groove lies on a second stator segment, or the distance of the first tooth to a further tooth, which lies on the second stator segment, is n * a + v or n * av ,
  • variable v here denotes the offset or the entanglement between the first and second stator segment. This entanglement is greater than 0, but smaller than the average groove spacing or average tooth spacing a. Whether this offset v is added or subtracted depends on whether the offset or the entanglement in the considered two stator segments is such that they are entangled or offset from one another, then the variable v would be subtracted, or they are offset from each other and in this case the variable v would be added.
  • the teeth or grooves of a stator segment are spaced apart by an n-times average distance, whereas the offset v is additionally added once again to the next, staggered or staggered stator segment.
  • the offset v and the groove spacing a or pitch a to understand a distance along the circumference or an angle relative to the axis of rotation of the generator and thus to understand the center axis of the stator.
  • the offset or the entanglement preferably has a value of 0.4 to 0.6 groove intervals or tooth spacings a. In particular, the offset is about half of such a groove spacing or tooth spacing a.
  • each stator segment takes up a part of the stator winding or stator windings as a winding segment, and winding segments of non-adjacent stator segments are interconnected.
  • a corresponding electrical connection is provided in addition to the mechanical entanglement or the mechanical offset of the stator segments. This is done in particular so that non-adjacent stator segments, ie in particular every second stator segment are interconnected, ie in particular in a parallel circuit or in a series connection.
  • These stator segments generate in their winding segments a current of the same frequency and phase.
  • stator segments stator segments and thus also not adjacent stator segments, so basically a second group of non-adjacent stator segments are also interconnected and produce together a current with the same frequency and phase.
  • a three-phase current which also applies to the corresponding first group of non-adjacent stator segments.
  • the interconnection takes place in each case as a series connection, so that the winding segments are connected to the next winding segment of the next, not adjacent stator segment can be connected directly there. It can thus be avoided parallel guidance to many lines.
  • the winding segments are mutually connected to a first and a second rectifier.
  • the winding segments of the first group of non-adjacent stator segments are connected to the first rectifier and the winding segments of the second group of non-adjacent stator segments are connected to the second rectifier.
  • the current of these two groups is rectified in operation with the respective inverter and fed to a DC voltage intermediate circuit, which is preferably common to both inverters.
  • the two inverters receive phase-shifted currents relative to one another and supply them accordingly to the common DC voltage intermediate circuit, as a result of which the harmonics can be reduced there.
  • the stator and / or the stator winding is formed point-symmetrical, in particular point-symmetrical to the axis of rotation of the synchronous generator.
  • the entanglement or the offset of the stator segments with each other may have no mirror symmetry in sections, but can achieve a uniform arrangement by the point symmetry, which can also be conveniently called rotational symmetry, so that the noise reduction described by the offset or the entanglement can be achieved, however, the generator can equally smoothly run around.
  • all the slots of the stator are the same, that is, they are not changed by the offset or the restriction.
  • the offset or the restriction is instead achieved by correspondingly adapted teeth. These can be enlarged or reduced, for example, in the circumferential direction in the contact region of adjacent stator segments. It can also be provided in each case an additional tooth. In this way, in particular, it is also achieved that the line strands of the stator winding can be routed in the same way in all grooves in the usual way.
  • the synchronous generator is preferably characterized in that the stator winding or the winding segments have phase windings in phases.
  • a winding strand is placed through a first groove, so basically led forward, and returned by a second groove.
  • Such laying through these first and second grooves is repeated, at least once, so that at least one loop is laid through these two grooves and thus around the intervening teeth.
  • three loops are laid through these two grooves and around the teeth in between, so that four turns are electromagnetically effective. The laying of this winding strand then continues mutatis mutandis in a third and fourth groove.
  • phase windings of other phases are mutatis mutandis misplaced.
  • three loops are laid through these two grooves and thus around the intervening teeth. This makes it possible to achieve a good ratio between the effort of winding on the one hand and the efficiency of the synchronous generator during operation, on the other hand.
  • the use of three loops is particularly advantageous for the synchronous generator of a wind turbine, which is operated gearless.
  • Three loops make it possible to continuously lay the respective winding strands for a stator segment.
  • winding strands are necessary, which have a large effective line cross-section, which is composed of a plurality of individual lines, which can nevertheless still be handled during winding.
  • a winding strand is continuously wound through a stator segment and in particular continuously through all the stator segments of a segment group.
  • problems in connection points can be avoided and in the continuous, uninterrupted winding of a winding strand for all stator segments of a segment group, these stator segments can be connected in series according to a simple manner in a simple manner.
  • a sheet set having a plurality of stator laminations is also proposed for assembling into a laminated stator core.
  • This sheet set is preferably designed so that it can produce a laminated stator core of a synchronous generator according to one of the embodiments described above.
  • the stator laminations of this sheet metal set all have several grooves and teeth.
  • the sheet set distinguishes three types of stator laminations, namely a normal sheet, an expanded sheet and a compression sheet.
  • the normal sheet basically corresponds to a conventional, known sheet of a stator of a synchronous generator without offset or entanglement. From a large number of such standard sheets, a stator sheet packet can be assembled.
  • a corresponding number of normal sheets are placed in a circle in a first layer and then a second layer is laid in the same way but offset to the sheets of the first layer, and so on until the laminated stator core is formed by many such staggered sheet metal layers.
  • the expansion plate and the compression plate are provided.
  • the stretch sheet basically corresponds in type to the normal sheet, but has a stretched area, in particular a widened tooth. This stretched region is thus provided for the transition region of two mutually entangled or staggered stator segments, namely, which are removed from each other according to the offset or the entanglement. This creates this stretched area, which this expansion plate provides.
  • the compression plate on a compressed area, which is provided for the transition region of two stator segments, which are offset from each other or interlocked.
  • these stretched or compressed areas are not in the middle of the respective stretch sheet or compression plate, but off-center about one third.
  • these stretch regions or compression regions are mirror-symmetrical, so that their shape thus remains unchanged when the corresponding stretch or compression plate is turned over from an upper side to a lower side or vice versa.
  • these dunnage and stretch sheets can be stacked in different layers overlapping one another, so that the respective stretch regions or compression areas come to lie exactly above each other, but without the corresponding stretch sheets or upsetting plates come to lie exactly on top of each other.
  • an overlapping layer formation during production of the laminated core can also be achieved in the region of the stretch regions or compression regions, without having to produce different sheets in each case.
  • the vertical integration therefore requires only a normal sheet, an expanded sheet and a compression plate to include.
  • the entire laminated core can be made, including stretched areas, including the transition areas between staggered or interlocked stator segments, including overlap.
  • a method for producing a laminated stator core is proposed, which is based on the production of a laminated stator core with the aid of a sheet metal set according to one of the embodiments described above. It is therefore proposed here that the stator lamination stack is first constructed in a layered manner in the usual way, wherein an expansion plate or an upsetting plate is respectively arranged for the transition regions. For the next layer an expanded sheet or upset plate is provided in the respective area, which is, however, reversed with respect to the respectively underlying sheet, ie with the top down or bottom up. Due to the non-central arrangement of the stretch region or compression area changes its position by turning the sheet and thus it can be achieved with one and the same sheet overlapping, so not completely stacked stacking. According to the invention, a wind turbine with a synchronous generator according to one of the embodiments described above is also proposed.
  • Fig. 1 shows a wind turbine schematically in a perspective view.
  • Fig. 2 shows an axial sectional view of a known synchronous generator.
  • Fig. 3 shows schematically a circuit diagram of a known, externally excited synchronous generator with two three-phase windings and diode rectifier downstream.
  • Fig. 4 shows a synchronous generator according to the invention in an axial sectional view.
  • Fig. 6 shows schematically a possibility of interconnecting the segments of a
  • FIG. 7 shows a synchronous generator in an axial sectional view according to a further embodiment with stator segments with different numbers of pole pairs.
  • Fig. 7A shows a detail of Fig. 7 illustrates a winding diagram of a synchronous generator of an embodiment. illustrates a winding diagram of a synchronous generator of another embodiment.
  • FIG. 1 shows a wind energy plant 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind in rotation and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.
  • FIG. 2 shows a known synchronous generator 201 in an axial sectional view, ie in a view in the direction of the axis of rotation 202, wherein the synchronous generator 201 is cut transversely to the axis of rotation 202.
  • the synchronous generator is designed as an internal rotor
  • the rotor generator 201 is designed as a multi-pole ring generator and has a free interior, which occupies over half of the total diameter or total radius of the synchronous generator 201.
  • 168 stator teeth 208 are provided.
  • stator slots 210 which alternate with and interpose stator teeth 208.
  • the rotor 204 has a number of rotor poles or pole shoes 212, between each of which grooves 214 with windings are provided.
  • the rotor grooves 214 are provided with windings for exciting the rotor.
  • the rotor 204 rotates relative to the stator 206 and the rotor poles 212 sweep past the stator poles 208. Between rotor 204 and stator 206, a narrow air gap 216 is present.
  • FIG. 3 illustrates an interconnection of a known synchronous generator 201 and schematically shows an excitation circuit 220 for exciting the rotor 204 by means of a direct current.
  • first and second three-phase stator windings 221 and 222, respectively, are shown. These are connected via a first interconnection 223 or second interconnection 224 via a first or second rectifier 225 or 226 and both rectifiers 225 and 226 feed on a common DC voltage intermediate circuit 228, which is symbolized by a capacitor.
  • FIG. 4 shows a synchronous generator 1 with an axis of rotation 2, a rotor or rotor 4, a stator 6, a plurality of stator teeth 8 and just as many stator slots 10, similar to FIG. 2.
  • the rotor or rotor 4 has rotor poles or pole shoes 12 and in between rotor grooves 14 on. Between the stator 6 and the rotor 4 there is an air gap 16.
  • the rotor or rotor 4 could be identical to the rotor or rotor 204 of FIG. However, according to the invention, the stator 6 differs from the stator 206 of FIG. 2.
  • the stator 6 is divided into four segments 31 to 34. Adjacent segments are mutually entangled or offset. Thus, the first and third segments 31, 33 are not entangled or offset relative to each other, but relative to the second and fourth segments 32, 34, respectively. Likewise, the second and fourth segments 32, 34 are not interleaved or staggered. There is thus a compressed region 36 or extended region 38 between adjacent segments, depending on whether the each adjacent segments to each other or away from each other or are entangled.
  • FIG. 4A indicates a section of the synchronous generator 1, which relates to a compressed region 36. Ways to accomplish this upset portion 36 are shown in FIGS. 5A-5D.
  • FIG. 4B shows a detail of the synchronous generator 1, which includes a stretched region 38.
  • stator tooth 8 + is present, whereas the remaining stator teeth 8 have a smaller, namely normal width, and are also equal to one another.
  • Figure 4A should have a narrowed tooth 8 " or other translation of the compressed area for the swaged area 36, with all the stator slots 10 being the same size and shape, which, however, is only one way of implementation for possibilities of realization, which are shown concretely in FIGS. 5A to 5D.
  • FIGS. 4B and 5A to 5D show that the teeth 12 and grooves 14 of the rotor or rotor 4 are unaffected by the segmentation and entanglement or sprain of the stator 6.
  • FIGS. 5A to 5D thus show cutouts according to the detail or placeholder of FIG. 4A, and show different possibilities for the specific embodiment of the compressed region 36, which in FIGS. 5A to 5D correspondingly designates 36A, 36B, 36C or 36D becomes.
  • the two stator segments 31 and 32 with respect to a conventional arrangement, which, for example.
  • Figure 2 shows, rotated towards each other.
  • This is about the measure of a groove width, wherein in the embodiment shown in FIG 4 and thus also according to the figures 5A to 5D, the groove width corresponds approximately to the width of the web 40 of each tooth 8.
  • this rotation of the two adjacent regions corresponds to each other to about half the average tooth spacing or groove spacing, ie a half distance from the tooth center to the center of the next tooth or from the center of a groove to the center of the next adjacent groove.
  • FIGURE 5A proposes to make the immediately adjacent grooves 10A 'and 10A "narrower and provide a divider 42A therebetween, which divider 42A may be the two Insofar, this separating web 42A can also have an electrically insulating function, the problem being that the grooves 10A 'and 10A "are smaller than the grooves 10 and Thus, it is also possible to accommodate fewer or poorer lines of the stator winding.
  • FIG. 5B an embodiment according to Figure 5B is proposed, in which in the compression region 36B, two boundary grooves 10B 'and 10B "are provided which have a greater depth than the remaining grooves 10.
  • the boundary grooves 10B' and 10B" are thus slimmer , but formed deeper and can thus take about as many lines or wires than the other grooves 10.
  • Figure 5C shows a very similar embodiment as Figure 5B, but with a divider 42C is provided, which is made of a different material than the stator lamination, so as the other stator teeth 8.
  • the material of the divider 42C is made of highly permeable, at least manufactured in comparison to the stator higher permeable material. For example, so-called mu-metal can be used.
  • the separating web 42C is not punched out of the corresponding sheet, but can be used after completion of the laminated core of the stator 6, possibly also together with the insertion of leads of the stator winding.
  • 5D shows that the two limit grooves 10D 'and 10D "are now immediately adjacent, without a stator tooth between them.
  • a separating web 42D can for example be provided as insulating paper or can be dispensed with altogether.
  • the limit grooves 10D' and 10D" in this case have the same shape as the other grooves 10 and have the same amount and the same size space for receiving lines of the stator winding. When inserting such lines of the stator winding, care should be taken to ensure that the limit grooves 10D ', 10D ", which are as evenly as possible in these two without an intermediate tooth, come to lie.
  • FIG. 6 illustrates the interconnection of the stator windings of a synchronous generator according to the invention schematically according to an embodiment.
  • a synchronous generator with a division of the stator according to Figure 4 is used.
  • There are thus four stator segments 31 to 34 are provided, wherein the first and third segments 31 and 33 are untranslated with each other, but are opposite to the second and fourth segments 32 and 34 entangled.
  • the second and fourth segments 32, 34 are also not entangled with each other or offset.
  • the first and third segments 31, 33 are thus schematically shown as a first region 44 or as a first segment group 44 and accordingly the second and fourth segments 32, 34 are shown schematically as a second region 46 and a second segment group 46, respectively ,
  • Both segment groups 44 and 46 each carry two three-phase stator windings 51 and 53 or 52 and 54.
  • both stator windings 51 and 53 or 52 and 54 extend through respective segments 31 and 33 or 32 and 34 of the relevant segment group 44 or Within a segment group 44 or 46, the strings of a stator winding 51 to 54 are electrically connected in series, namely by a star point 45 or 47 (only indicated) by a first stator segment 51 or 52, further by a second stator segment 53 and 54 and finally to one of the rectifiers 61 to 64.
  • two of the stator windings 51 to 54 run through each segment.
  • each of the four stator windings 51 to 54 is individually connected to a first to fourth rectifier 61 to 64. All four rectifiers 61 to 64 use the same DC intermediate circuit 66, in which they thus all feed together.
  • the DC intermediate circuit is also symbolized by a capacitor 68 and a load resistor 70 symbolically represents further elements to be connected, namely in particular one or more boost converters to be connected and / or one or more inverters to be connected for generating a sinusoidal alternating current to be fed into an electrical supply network.
  • the rectifiers 61 to 64 shown are each designed as passive, so-called B-6 rectifiers.
  • windings of both the first region 44 and the second region 46 are separately connected to a rectifier or a set of rectifiers, the currents generated differently by the entanglement or the offset with respect to possible harmonics can also be correspondingly supplied separately the respective rectifiers and thus separately fed to the DC voltage intermediate circuit 66 and fed there by the rectification.
  • the generated alternating currents are rectified, any harmonics or superimposed ripple, however, remain essentially available and can then be present in the DC voltage intermediate circuit, possibly attenuated as a voltage ripple or voltage fluctuations.
  • the ripples to be assigned to the first region 44 are displaced against the ripples which are to be assigned to the second region 46, being superimposed in the DC intermediate circuit and thus being able to mutually weaken each other.
  • the ripples of the first region 44 could compensate with the ripples of the second region 46.
  • the redundancy of the generator namely in particular of the stator can be increased.
  • a generator is also used with six phases, namely a first and second system with three phases each, and a stator with 12 slots per pole pitch and a diode rectifier.
  • Such a multi-pole synchronous ring generator according to the prior art can produce pulsating torques with harmonic components and the like. 12th order.
  • Such pulsating torques may, for example, assume a frequency of about 120 Hz, which of course depends on the speed, and may be annoying.
  • stator winding or stator windings into segments, in particular in four segments.
  • the grooves of the segments are entangled so that a shift of half a slot pitch between the segments is formed, as shown in Figure 4 with the enlargements 4A and 4B.
  • the configuration of these winding edge regions can be made as shown in FIGS. 5A to 5D. Other design options are also not excluded.
  • the interconnection relates in each case to two three-phase winding strands.
  • Each interconnected area thus consists of two three-phase winding strands.
  • each region is switched with a 12-pulse diode rectification circuit and a DC side parallel circuit.
  • FIG. 7 shows in a sectional view a synchronous generator 701 with a stator 706 with four stator segments or segments 731 to 734.
  • the stator segments 731 and 733 form a first segment group and the stator segments 732 and 734 form a second segment group.
  • Each of these segment groups 731, 733 and 732, 734 has 42 pole pairs and thus a number of pole pairs which is not a multiple of four. Accordingly, the stator segments of a segment group have different numbers of pole pairs, namely the first stator segment 731 has 24 pole pairs and the second stator segment 733 has 18 pole pairs. Accordingly, of the second segment group, the stator segment 732 has 24 pole pairs, and from the same segment group, the stator segment 734 has 18 pole pairs.
  • each of these four stator segments 731 to 734 has a multiple of six as the number of pole pairs, or in other words, the number of pole pairs of each of the stator segments 731 to 734 is divisible by the number six without remainder.
  • stator slots are identified by the reference numeral 710 and the stator teeth by the reference numeral 708.
  • the rotor 4 may correspond to the rotor 4 of FIG. 4, and to this end, reference will also be made to its further description for the explanation of FIG. 4.
  • the separation between the individual stator segments 731 to 734 is indicated by corresponding dividing lines 735.
  • This stretched area 738 with the widespread The tooth 708 + is arranged in the cutout B of FIG. 7, which is shown enlarged in FIG. 7A.
  • the remaining descriptions regarding the embodiment according to FIG. 4 and the enlarged illustration of FIG. 4B also apply mutatis mutandis to the embodiment of FIGS. 7 and 7A.
  • FIG. 8 illustrates the winding scheme for a synchronous generator according to an embodiment for a stator segment, such as the stator segment 733 of FIG. 7 with 18 pole pairs.
  • This stator segment which bears the reference numeral 833 in FIG. 8, is shown in FIG. 8 as a stretched element without curvature, thereby simplifying the illustration of the winding diagram.
  • FIG. 8 shows a plan view of corresponding teeth 808 and grooves 810 according to FIG. 8A, a side view of the stator segment 3 according to FIG.
  • FIG. 8B a side view of a likewise linearly illustrated part of the rotor 804 according to FIG. 8C, the illustration also being schematic here without curvature, and a plan view of the rotor teeth or pole pieces of the rotor 804 according to the representation D.
  • the view 8A of Figure 8 illustrates the winding scheme basically from the left beginning with the winding strand 850, which is laid through a first groove 851, ie Basically in a forward direction, and is returned by a second groove 852. This winding strand 850 is then guided to the first groove 851 and placed there again a second time and returned through the second groove 852 again. This is repeated two more times so that the winding string 850 is then placed around six teeth 808 in three complete loops 858.
  • windings are electromagnetically effective because the initially incoming winding strand, which comes from the left according to FIG. 8, 8A, finally with the part of the winding strand 850 which leaves the second groove 852 to the right, after at least the stator segment 833 shown is completely wound, electrically connected.
  • winding strand 850 After the winding strand 850 has been returned for the fourth time through the second groove 852, it is now inserted into a third groove 853 and returned through a fourth groove 854 and this is repeated until again three loops or four electrified yield magnetically effective turns. This is repeated again in a fifth and sixth groove 855 and 856, respectively, until the winding strand 850 according to FIG. 8, view 8A has arrived at the right side. From there, the winding strand 850 can be fed to a further stator segment, or be connected to an output in order to provide a current to be generated there.
  • the view 8B schematically shows all of the teeth 808 and grooves 810 of the stator segment 833.
  • the grooves 810 are labeled A through F, with one letter representing a phase winding phase.
  • the winding illustrated in view 8A in this case relates to the strand for the phase marked with the letter D.
  • Each D + denotes a return of the winding strand 850.
  • the remaining letters A to C and E and F are provided with corresponding symbols, ie "+" for the Hingart and "-" for the recycling.
  • the view 8B of FIG. 8 also shows that the winding strand is provided in each case in four layers in each stator slot 810. Incidentally, the view 8 B also indicates that a corresponding winding is provided in each case for the remaining phases A to C, E and F, as is the view for only one phase, which illustrates phase D.
  • the view 8C shows from the rotor 804 a cutout with six pole shoes 860, each having an alternating sense of direction, to generate a DC magnetic field in the excitation strands 862 each with a reverse direction with respect to the respective adjacent pole piece upon DC excitation.
  • Each pole piece 860 has a pole piece head 864 which is approximately arrow-shaped, as shown in the view 8D.
  • the direction of movement of the rotor 804 is directed in the direction of the movement arrow 866 as intended.
  • Two pole shoes 860 and thus two rotor poles, that is to say a rotor pole pair, extend in total over 12 stator teeth 808 or 12 stator slots 810 and thus over six stator pole pairs.
  • FIG. 9 shows or illustrates a winding diagram for a twelve-phase twelve-phase synchronous generator in a very similar representation to FIG. 8.
  • the underlying synchronous generator has four segments 931 to 934.
  • the first and third segments 931 and 933 form a first segment group and the second and fourth segments 932 and 934 form a second segment group.
  • Each of these two segment groups has two three-phase windings, ie six windings each. For illustration, but only one winding or only one winding strand 950 and 980, respectively.
  • FIG. 9 likewise shows four views in the sense of the views 8A to 8D, namely correspondingly as views 9A to 9D. However, only the representation 9A represents a continuous winding strand 950 or 980.
  • the winding strand 950 begins at a common star point 995.
  • the winding strand 950 is part of a three-phase winding with two further, not shown in FIG 9 winding strands. These three winding strands thus form a three-phase system and are connected to each other at the star point 995. From this star point 995 of the winding strand 950 is first passed through a first groove 951 and returned by a second groove 952 and laid by these two grooves 951, 952 in three loops 958 and thus four electromagnetically effective turns.
  • this winding strand 950 is led further to the first segment 931 and laid there through a third groove 953 and returned through a fourth groove 954 until three loops have formed.
  • the winding strand then continues in a fifth groove 955 and is repeatedly fed back through a sixth groove 956 to form three loops.
  • the plot for the winding string 950 ends at a connection point 996. From this connection point, the winding string 950 or another connected electrical line is fed to a rectifier such as the B-6 rectifier 61 according to FIG.
  • a winding of the second and fourth segments 932 and 934 of the second segment group takes place with the winding strand 980.
  • This winding is wound from the common star point 998 via a first to sixth groove 981 to 986 with corresponding loops 988 and ends at the connection point 999 for connection to a rectifier.
  • the synchronous generator according to FIG. 9 has a first and a second segment group, each having 18 pole pairs.
  • four stator segments 931 to 934 are provided, which are each grouped into two segment groups 931 and 933 as well as 932 and 934.
  • Each segment group thus does not have a number of pole pairs, which is a multiple of four, and thus the stator segments of a segment group have different numbers of pole pairs, namely the respective larger stator segment 931 or 932 twelve pole pairs and the respective smaller stator segment 933 or 934 six pole pairs.
  • FIG. Figure 9 is intended to illustrate the winding scheme.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchrongenerator (1), insbesondere vielpoliger Synchron-Ringgenerator (1) einer getriebelosen Windenergieanlage (101), zum Erzeugen elektrischen Stroms, umfassendeinen Rotor (4) und einen Stator (6) mit Zähnen (8) und dazwischen angeordneten Nuten (10) zum Aufnehmen einer Statorwicklung, wobei der Stator (6) in Umfangsrichtung in Statorsegmente (31-34) mit jeweils mehreren Zähnen (8) und Nuten (10) eingeteilt ist und wenigstens zwei Statorsegmente (31-34) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt oder verschränkt sind.

Description

Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchrongenerator, insbesondere einen vielpoligen Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Blechsatz zum Herstellen eines Statorblechpaketes eines Stators eines solchen Synchrongenerators sowie ein entsprechendes Verfahrens zum Herstellen eines solchen Statorblechpaketes. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator.
Windenergieanlagen sind allgemein bekannt und sie erzeugen elektrischen Strom aus Wind mittels eines Generators. Moderne getriebelose Windenergieanlagen weisen häufig einen vielpoligen Synchron-Ringgenerator mit großem Luftspaltdurchmesser auf. Der Durchmesser des Luftspalts beträgt hierbei wenigstens 4 Meter und reicht üblicherweise bis fast 5 Meter. Zusammengesetzte Synchrongeneratoren können sogar einen Luftspaltdurchmesser von etwa 10 Meter aufweisen.
Im Betrieb der Windenergieanlage, also des betreffenden Synchrongenerators entstehen Geräusche, die durch die große Bauform auch große Resonanzkörper finden können, wie beispielsweise die Gondelverkleidung einer den Synchrongenerator einschließenden oder zumindest teilweise einschließenden Gondel. Funktionsbedingt sind solche Synchrongeneratoren einer getriebelosen Windenergieanlage sehr langsam drehende Generatoren, die sich mit einer typischen Drehzahl von etwa 5 bis 35 Umdrehungen pro Minute drehen. Diese langsame Drehzahl kann auch entsprechend spezielle Geräusche erzeu- gen, insbesondere im Vergleich zu Generatoren, die sich mit 1.500 oder 3.000 Umdrehungen pro Minute drehen.
Solche Synchrongeneratoren getriebeloser Windenergieanlagen und damit die Windenergieanlagen, können aufgrund ihres Dauerbetriebs zu einer dauerhaften, störenden Geräuschquelle werden. Heutzutage werden besonders große, moderne Windenergiean- lagen zunehmend in größerem Abstand von Siedlungen aufgestellt und dort betrieben, sodass auch etwaige Geräusche der Windenergieanlage weniger störend wahrgenommen werden. Durch das Aufstellen mit größerem Abstand wird aber das tatsächliche Problem der Geräuschentwicklung nicht grundliegend behoben, sondern im Grunde nur verlagert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, wenigstens eins der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll die Geräuschentwicklung eines oben be- schriebenen Synchrongenerators reduziert werden. Zumindest soll eine gegenüber bekannten Lösungen alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender PCT-Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: US 6 321 439 B1 , DE 10 2009 015 044 A1 , WO 201 1/ 128 095 A2, DE 103 40 1 14 A1 , DE 10 2005 061 892 A1 , US 2004 / 0 036 374 A1 , DE 199 23 925 A1 , DE 101 10 466 A1 , US 4 315 171 A und DE 15 38 772 B2
Erfindungsgemäß wird ein Synchrongenerator gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, insbesondere ein vielpoliger Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage. Ein solcher vielpoliger Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage weist eine Vielzahl von Statorpolen auf, insbesondere wenigstens 48 Statorzähne, häufig sogar deutlich mehr Statorzähne wie insbesondere 96 Statorzähne oder noch mehr Statorzähne. Der magnetisch aktive Bereich des Generators, nämlich sowohl des Rotors, der auch als Läufer bezeichnet werden kann, als auch des Stators ist in einem ringförmigen Bereich um die Drehachse des Synchrongenerators angeordnet. So ist insbesondere ein Bereich von 0 bis wenigstens 50 Prozent des Radius des Luftspalts frei von Materialien, die elektrischen Strom oder elektrisches Feld des Synchrongenerators führen. Insbesondere ist dieser Innenraum vollständig frei und grundsätzlich auch begehbar. Häufig beträgt dieser Bereich auch mehr als 0 bis 50 Prozent des Luftspaltradius, insbesondere bis zu 0 bis 70 Prozent oder sogar 0 bis 80 Prozent des Luftspaltradius. Je nach Aufbau kann eine Tragstruktur in diesem inneren Bereich vorhanden sein, die aber in einigen Ausführungen axial versetzt ausgebildet sein kann.
Der Synchrongenerator weist somit einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor wird gelegentlich als Läufer bezeichnet, um auch eine Abgrenzung zum aerodynamischen Rotor der Windenergieanlage sprachlich zu erreichen. Der Stator ist mit Zähnen und dazwischen angeordneten Nuten versehen. Die Nuten nehmen eine Statorwicklung, oder mehrere Statorwicklungen, auf, sodass also die Statorwicklung durch die Nuten und um die Zähne angeordnet wird. Der Stator ist in Umfangsrichtung in Statorsegmente mit jeweils mehreren Zähnen und mehreren Nuten eingeteilt und wenigstens zwei Statorsegmente sind in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt oder verschränkt. Sämtliche Statorsegmente sind in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet und darüber hinaus insbesondere etwa um eine Viertelnutenbreite, oder einen anderen Betrag, gegeneinander verschränkt oder versetzt, nämlich so, dass sich Nuten und Zähne eines Statorsegmentes in Umfangsrichtung gleichmäßig abwechseln und diese Gleichmäßigkeit beim Übergang zum nächsten, benachbarten Statorsegment unterbrochen ist, indem dort eine breitere oder schmalere Nut, ein breiterer oder schmalerer Zahn, oder ein zusätzlicher - eventuell schmalerer - Zahn oder eine zusätzliche - eventuell schmalere - Nut angeordnet ist, oder ein Zahn ausgelassen ist. Der Übergang kann grundsätzlich auch noch anders realisiert sein. Auf diesem nächsten, benachbarten Statorsegment wechseln sich dann Nuten und Zähne wieder gleichmäßig ab, insbesondere mit jeweils gleicher Nutenbreite bzw. jeweils gleicher Zahnbreite. Hierdurch wird nun erreicht, dass in Umfangsrichtung vollständig gleichmäßig verteilte Rotor- bzw. Läuferpole bei der Drehbewegung des Rotors die Zähne bzw. Nuten der zueinander versetzten oder verschränkten Statorsegmente nicht jeweils exakt gleichzeitig erreichen, sondern um diesen Versatz bzw. diese Verschränkung eher bzw. später. Während also ein Rotorpol einen Statorzahn eines Statorsegmentes erreicht, erreicht ein entsprechender Rotorpol einen Statorzahn eines anderen, verschränkten bzw. versetzten Statorsegmentes etwas zeitverschoben. Als Konsequenz werden in diesen zueinander verschränkten bzw. versetzten Statorsegmenten leicht zueinander verschobene oszillierende, insbesondere sinusförmige Ströme erzeugt. Dies führt wiederum dazu, dass diese Ströme bei Überlagerung in der Amplitude verringerte Oberwellen hervorrufen können. In ähnlicher Weise kann sich auch eine unmittelbare Überlagerung von Geräuschen mit gleicher Frequenz aber unterschiedlicher Phase zu einer insgesamten Reduzierung des Geräuschs, insbesondere des Geräuschpegels führen. Diese beiden beschriebenen Effekte können auch zusammen wirken, sodass Synergieeffekte ausgenutzt werden können, die zu einer insgesamt starken Geräuschreduzierung führen können. Beispielsweise kann der Stator in vier Statorsegmente 1 bis 4 unterteilt sein und jedes Statorsegment kann, auch das ist nur beispielsweise angeführt, jeweils 12 Statorzähne aufweisen, sodass der Stator insgesamt 48 Zähne umfasst und insoweit ein vergleichsweise kleiner vielpoliger Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage wäre. Das erste und dritte Statorsegment und damit die Nuten und Zähne dieser beiden Statorsegmente, wären gegenüber dem zweiten und vierten Statorsegment, also deren Nuten bzw. Zähnen gegenüber versetzt bzw. verschränkt.
Vorzugsweise bildet wenigstens ein Zahn einen Statorpol und entsprechend zwei Statorpole ein Polpaar, was hier vereinfachend für Statorpolpaar begrifflich verwendet wird. Grundsätzlich könnte ein Statorpol auch aus mehreren Zähnen oder einem geteilten Zahn gebildet werden, worauf es hier nicht wesentlich ankommt. Jedenfalls wird zu dieser Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Anzahl Polpaare jedes Statorsegmentes ein Vielfaches von zwei ist. Insbesondere ist die Anzahl Polpaare jedes Statorsegmentes ein Vielfaches von sechs. Eine solche Ausgestaltung, dass nämlich die Anzahl Polpaare jedes Statorsegmentes wenigstes ein Vielfaches von zwei ist, ermöglicht das Vorsehen von Teilwicklungen für jedes Statorsegment. Somit kann jedes Statorsegment als ei- geständiger Generator oder eigenständiger virtueller Generator ausgebildet sein, der sich insofern lediglich den Rotor mit den anderen Statorsegmenten teilt.
Wenn die Anzahl Polpaare jedes Segmentes ein Vielfaches von sechs ist, kann ein beschriebenes eigenständiges Statorsegment mit dreiphasigen Wicklungen, insbesondere sogar mit zwei unabhängigen dreiphasigen Wicklungen versehen werden. Beide dreiphasigen Wicklungen können entsprechend ein dreiphasiges Stromsignal erzeugen und die dreiphasigen Stromsignale dieser beiden unabhängigen dreiphasigen Wicklungen können gegeneinander verschoben sein. Dadurch verbessert sich eine nachgelager- te Gleichrichtung. Das Stromsignal kann auch einfach als Strom bezeichnet werden.
Vorzugsweise sind vier Statorsegmente vorgesehen und die Statorsegmente sind in zwei Segmentgruppen mit je zwei Statorsegmenten gruppiert. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Anzahl Polpaare jeder Segmentgruppe ein Vielfaches von vier ist. Hierdurch ist es möglich, jedes Statorsegment wie oben beschrieben eigenständig zu wickeln und gleichzeitig die Statorsegmente im Grunde symmetrisch vorzusehen, so dass also alle Statorsegmente gleich groß sind, vereinfacht ausgedrückt, also jeweils einen Viertelkreis einnehmen. Insoweit im Übergang zweier benachbarter und gegeneinander verschränkter Statorsegmente ein Zahn ausgelassen wurde, ist dieser (ausgelassene) Zahn dennoch mitzuzählen. Anders ausgedrückt läge hier ein Statorpol ohne eigenen Zahn bzw. ein Statorpolpaar mit nur einem eigenen Zahn vor. Die Wirkung des Polpaars ist dennoch durch den entsprechenden Wicklungsabschnitt, den einen Zahn und einen oder mehrere andere Zähne gegeben. Alternativ, wenn die Anzahl Polpaare jeder Segmentgruppe kein Vielfaches von vier ist, wird vorgeschlagen, dass die Statorsegmente einer Segmentgruppe unterschiedlich viele Polpaare aufweisen. Bspw. kann ein Stator mit insgesamt 84 Polpaaren, also insbesondere 168 Zähnen in zwei Segmentgruppen mit jeweils zwei Statorsegmenten aufgeteilt werden. Die Statorsegmente dieser beiden Segmentgruppen wechseln sich dabei ab. Somit hat jede Segmentgruppe zwei Statorsegmente und jede Segmentgruppe hat 42 Polpaare und dabei bspw. ein Statorsegment mit 24 Polpaaren und ein Statorsegment mit 18 Pol paaren.
Für diese oder andere Ausführungsformen wird vorgeschlagen, dass jede Segmentgrup- pe jeweils mit einem als B12-Brücke ausgebildeten Gleichrichter verbunden ist. Hierbei kann jede Segmentgruppe so gewickelt sein, dass sie zwei Dreiphasensysteme als Ausgangsstrom erzeugt. Diese beiden Dreiphasensysteme, die im Ergebnis somit sechs unterschiedliche Phasenströme erzeugen, werden mittels dieser B12-Brücke gleichgerichtet. Jede Phase wird also einem Zweig dieser B12-Brücke zugeführt, der in bekannter Weise mit zwei Dioden diese Phase gleichrichtet. Der gleichgerichtete Strom jeder dieser Phasen wird auf einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis oder anderen Gleichspannungsspeicher oder Gleichstromspeicher gegeben.
Dadurch, dass beide Segmentgruppen mit einer B12-Brücke verbunden sind und beide Segmentgruppen jeweils zwei dreiphasige Ströme erzeugen, die gleichgerichtet werden, kann ein gleichgerichtetes Gesamtsignal mit sehr wenig Oberwellen erreicht werden. Dies wird besonders dadurch erreicht, dass wenigstens zwei Statorsegmente bzw. zwei Segmentgruppen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt oder verschränkt sind. Dadurch sind die sechs Phasen der einen Segmentgruppe nochmals gegenüber den sechs Phasen der anderen Segmentgruppe so verschoben, dass ihre Überlagerung im gleichgerichteten Gesamtsignal reduziert wird und damit zu möglichst geringen Oberwellen führt.
Vorzugsweise sind Nuten und Zähne jeweils eines Statorsegmentes äquidistant angeordnet und die wenigstens zwei Statorsegmente in Umfangsrichtung so gegeneinander versetzt bzw. verschränkt, dass benachbarte Zähne der benachbarten Statorsegmente oder benachbarten Nuten der benachbarten Statorsegmente einen anderen Abstand zueinander aufweisen, als benachbarte Zähne bzw. Nuten desselben Statorsegmentes. Die Nuten und Zähne sind also jeweils innerhalb ihres Statorsegmentes äquidistant angeordnet, insbesondere so, dass alle Nuten eines Statorsegmentes und insbesondere des gesamten Stators dieselbe Weite, also Ausdehnung in Umfangsrichtung aufweisen, bis auf Nuten im Übergangs- oder Kontaktbereich zweier benachbarter Statorsegmente. Entsprechend weisen auch alle Zähne eines Statorsegmentes oder sogar des gesamten Stators dieselbe Breite, also Ausdehnung in Umfangsrichtung, auf, bis auf Zähne im Übergangs- oder Kontaktbereich zwischen zwei benachbarten Statorsegmenten. Die vorgeschlagene Ausgestaltung des Stators entspricht somit einem Stator mit in Umfangsrichtung vollständig gleichmäßigen Zähnen und Nuten, wobei dieser Stator in Statorsegmente, insbesondere eine gerade Anzahl gleich großer Statorsegmente aufgeteilt wird und dann insbesondere jedes zweite Statorsegment um einen Anteil einer Nutbreite oder Zahnbreite um die Drehachse des Generators - gedanklich - verdreht würde.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Synchrongenerator mit einem Stator vorgeschlagen, bei dem eine erste und eine zweite Nut eines ersten Statorsegmentes bzw. ein erster und ein zweiter Zahn des ersten Statorsegmentes einen mittleren Abstand zueinander von n*a aufweisen. Die Variable a bezeichnet hierbei den mittleren Abstand zweier benachbarter Nuten bzw. Zähne des ersten Statorsegmentes. Dies beschreibt also den Abstand beispielsweise der Mitte der ersten Nut zur Mitte der zweiten Nut oder der Mitte des ersten Zahns zur Mitte des zweiten Zahns. Vorzugsweise ist dies identisch mit dem Mittelwert jedes Abstandes benachbarter Zähne des gesamten Stators.
Die Variable n ist die Anzahl der Nutabstände bzw. Zahnabstände, also eine Zahl, die um 1 kleiner ist als die Anzahl der Nuten zwischen der betrachteten ersten und zweiten Nut bzw. ein Zahl um 1 kleiner als die Anzahl der Zähne zwischen dem betrachteten ersten und zweiten Zahn.
Der Abstand zwischen der ersten und einer weiteren Nut, wobei die weitere Nut auf einem zweiten Statorsegment liegt, bzw. der Abstand des ersten Zahns zu einem weite- ren Zahn, welcher auf dem zweiten Statorsegment liegt, beträgt n*a+ v oder n*a-v.
Die Variable v bezeichnet hierbei den Versatz bzw. die Verschränkung zwischen dem ersten und zweiten Statorsegment. Diese Verschränkung ist insoweit größer als 0, aber kleiner als der mittlere Nutabstand bzw. mittlerer Zahnabstand a. Ob dieser Versatz v hinzuaddiert oder abgezogen wird, hängt davon ab, ob der Versatz bzw. die Verschrän- kung bei den betrachteten beiden Statorsegmenten so ist, dass diese aufeinander zu verschränkt bzw. versetzt sind, dann würde die Variable v abgezogen werden, oder ob sie voneinander weg versetzt bzw. verschränkt sind und in diesem Fall würde die Variable v hinzuaddiert werden.
Durch diese formelmäßige Beschreibung ist also erkennbar, dass die Zähne oder Nuten eines Statorsegmentes um einen n-fachen mittleren Abstand zueinander beabstandet sind, wohingegen übergreifend zu einem nächsten, dazu verschränkten oder versetzten Statorsegment zusätzlich noch einmalig der Versatz v hinzuzuaddieren bzw. abzuziehen ist. Grundsätzlich ist insoweit auch bei dem Versatz v als auch dem Nutenabstand a bzw. Zahnabstand a ein Abstand entlang des Umfangs zu verstehen bzw. ein Winkel bezogen auf die Drehachse des Generators und damit die Mittelachse des Stators zu verstehen. Vorzugsweise weist der Versatz bzw. die Verschränkung einen Wert 0,4 bis 0,6 Nutabständen bzw. Zahnabständen a auf. Insbesondere beträgt der Versatz etwa die Hälfte eines solchen Nutabstandes bzw. Zahnabstandes a. Hierdurch wird erreicht, dass die in den jeweiligen Statorsegmenten erzeugten Geräusche und/oder Ströme zu entsprechenden Geräuschen bzw. Strömen eine solche Phasenverschiebung aufweisen, dass die insgesamt für den Synchrongenerator resultierende Geräuschentwicklung möglichst gering ist. Dies wird insbesondere durch eine günstige Überlagerung der betreffenden Komponenten erreicht, die sich dadurch gegenseitig reduzieren.
Vorzugsweise nimmt jedes Statorsegment einen Teil der Statorwicklung bzw- Statorwicklungen als Wicklungssegment auf und Wicklungssegmente nicht benachbarter Sta- torsegmente sind miteinander verschaltet. Hierdurch wird zusätzlich zu der mechanischen Verschränkung bzw. der mechanischen Versatz der Statorsegmente auch eine entsprechende elektrische Verschaltung vorgesehen. Dies erfolgt insbesondere so, dass nicht benachbarte Statorsegmente, also insbesondere jedes zweite Statorsegment miteinander verschaltet sind, also insbesondere in einer Parallelschaltung oder in einer Reihenschaltung. Diese Statorsegmente erzeugen in ihren Wicklungssegmenten einen Strom gleicher Frequenz und Phasenlage. Die anderen, zwischen diesen nicht benachbarten Statorsegmenten angeordneten Statorsegmente und damit untereinander ebenfalls nicht benachbarte Statorsegmente, also im Grunde eine zweite Gruppe nicht benachbarter Statorsegmente, sind ebenfalls miteinander verschaltet und erzeugen ge- meinsam einen Strom mit gleicher Frequenz und Phasenlage. Dabei liegt hier meist ein dreiphasiger Strom vor, was auch für die entsprechende erste Gruppe nicht benachbarter Statorsegmente gilt. Vorzugsweise erfolgt die Verschaltung jeweils als Reihenschaltung, sodass die Wicklungssegmente mit dem nächsten Wicklungssegment des nächsten, nicht benachbarten Statorsegmentes unmittelbar dort verschaltet werden können. Es kann somit eine Parallelführung zu vieler Leitungen vermieden werden.
Vorzugsweise sind die Wicklungssegmente wechselseitig mit einem ersten und einem zweiten Gleichrichter verbunden. Es werden also die Wicklungssegmente der ersten Gruppe nicht benachbarter Statorsegmente mit dem ersten Gleichrichter verbunden und die Wicklungssegmente der zweiten Gruppe nicht benachbarter Statorsegmente mit dem zweiten Gleichrichter verbunden. Entsprechend wird der Strom dieser beiden Gruppen im Betrieb mit dem jeweiligen Wechselrichter gleichgerichtet und auf einen Gleichspannungszwischenkreis gespeist, der vorzugsweise für beide Wechselrichter gemeinsam ist. Dadurch kann auch erreicht werden, dass die beiden Wechselrichter zueinander phasenverschobene Ströme erhalten und entsprechend auf den gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis speisen, wodurch die Oberwellen dort verringert werden können. Hierdurch werden auch hier Oberwellen verringert, was wiederum positive Auswirkungen auf die Geräuschentwicklung haben kann, diese also reduzieren kann. Vorzugsweise ist der Stator und/oder die Statorwicklung punktsymmetrisch ausgebildet, insbesondere punktsymmetrisch zu der Drehachse des Synchrongenerators ausgebildet. Die Verschränkung bzw. der Versatz der Statorsegmente untereinander mag zwar abschnittsweise keine Spiegelsymmetrie aufweisen, kann aber durch die Punktsymmetrie, was auch zweckmäßiger Weise als Drehsymmetrie bezeichnet werden kann, insgesamt eine gleichmäßige Anordnung erreichen, sodass durch den Versatz bzw. die Verschränkung zwar die beschriebene Geräuschreduzierung erreicht werden kann, der Generator gleichwohl gleichmäßig also rund laufen kann.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass alle Nuten des Stators gleich sind, durch den Versatz bzw. die Beschränkung also nicht verändert werden. Der Versatz bzw. die Ver- schränkung wird stattdessen durch entsprechend angepasste Zähne erreicht. Diese können hierzu beispielsweise in Umfangsrichtung im Kontaktbereich benachbarter Statorsegmente vergrößert oder verkleinert sein. Es kann auch ein zusätzlicher Zahn jeweils vorgesehen sein. Hierdurch wird insbesondere auch erreicht, dass die Leitungsstränge der Statorwicklung gleichermaßen in allen Nuten in gewohnter Weise verlegt werden können.
Vorzugsweise ist der Synchrongenerator dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung bzw. die Wicklungssegmente phasenweise Wicklungsstränge aufweisen. Jeweils ein solcher Wicklungsstrang wird durch eine erste Nut gelegt, also im Grunde vorwärts geführt, und durch eine zweite Nut zurückgeführt. Ein solches Verlegen durch diese erste und zweite Nut wird wiederholt, zumindest einmal, so dass wenigstens eine Schleife durch diese beiden Nuten und damit um die dazwischenliegenden Zähne gelegt wird. Vorzugsweise werden drei Schleifen durch diese beiden Nuten und um die dazwi- schenliegenden Zähne gelegt, so dass elektromagnetisch wirksam vier Windungen vorhanden sind. Die Verlegung dieses Wicklungsstrangs setzt sich dann sinngemäß in einer dritten und vierten Nut fort.
Die Wicklungsstränge anderer Phasen werden sinngemäß ebenso verlegt. Vorzugsweise werden drei Schleifen durch diese beiden Nuten und damit um die dazwischenliegenden Zähne gelegt. Hierdurch kann ein gutes Verhältnis zwischen Aufwand des Wickeins einerseits und Effizienz des Synchrongenerators im Betrieb andererseits erreicht werden. Insbesondere die Verwendung von drei Schleifen ist besonders vorteilhaft für den Synchrongenerator einer Windenergieanlage, die getriebelos betrieben wird. Drei Schleifen ermöglichen, die jeweiligen Wicklungsstränge für ein Statorsegment kontinuierlich zu verlegen. Hierfür sind Wicklungsstränge nötig, die einen großen effektiven Leitungsquerschnitt aufweisen, der sich aus einer Vielzahl von Einzelleitungen zusammensetzt, der gleichwohl noch beim Wickeln gehandhabt werden kann. Gleichzeitig werden unnötig viele Wicklungsschritte durch einen zu dünnen Strang vermieden und es wird vermieden, einen so dicken Strang bei noch weniger Schleifen verwenden zu müssen, der eine Handhabung sehr erschweren würde oder zumindest das Aufsplitten eines Wicklungsstrangs in zwei parallel geführte Stränge vermeidet.
Vorzugsweise liegen zwischen der ersten und zweiten Nut bzw. in der wenigstens einen Schleife fünf Nuten und sechs Zähne. Die verbleibenden fünf Nuten können für fünf Wicklungsstränge für fünf weitere Phasen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist ein Wicklungsstrang kontinuierlich durch ein Statorsegment und insbesondere kontinuierlich durch alle Statorsegmente einer Segmentgruppe gewickelt. Hierdurch können Probleme bei Verbindungsstellen vermieden werden und bei der kontinuierlichen, unterbrechungsfreien Wicklung eines Wicklungsstranges für alle Statorsegmente einer Segmentgruppe können diese Statorsegmente entsprechend auf einfache Art und Weise elektrische in Reihe geschaltet werden. Erfindungsgemäß wird zudem ein Blechsatz mit mehreren Statorblechen zum Zusammensetzen zu einem Statorblechpaket vorgeschlagen. Dieser Blechsatz ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er ein Statorblechpaket eines Synchrongenerators gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen herstellen kann. Die Statorbleche dieses Blechsatzes weisen sämtlichst mehrere Nuten und Zähne auf. Der Blechsatz unterscheidet dabei drei Arten von Statorblechen, nämlich ein Normalblech, ein Streckblech und ein Stauchblech. Das Normalblech entspricht im Grunde einem herkömmlichen, bekannten Blech eines Stators eines Synchrongenerators ohne Versatz bzw. Verschränkung. Aus einer Vielzahl solcher Normalbleche kann eine Sta- torblechpaket zusammengesetzt werden. Hierzu werden entsprechend viele Normalbleche in einer ersten Schicht in einem Kreis gelegt und darauf wird eine zweite Schicht in gleicher Weise aber zu den Blechen der ersten Schicht versetzt gelegt, und so weiter bis das Statorblechpaket durch viele solcher zueinander versetzter Blechschichten gebildet ist. Zum Erreichen eines Statorblechpakets, bei dem Statorsegmente vorgesehen und gegeneinander versetzt oder verschränkt sind, werden jedoch weitere Bleche benötigt, die diesem Versatz bzw. dieser Verschränkung Rechnung tragen. Dazu sind das Streckblech und das Stauchblech vorgesehen. Das Streckblech entspricht im Grunde der Art nach auch dem Normalblech, weist aber einen gestreckten Bereich auf, insbesondere einen verbreiterten Zahn. Dieser gestreckte Bereich ist somit für den Übergangsbereich von zwei gegeneinander verschränkten bzw. versetzten Statorsegmenten vorgesehen, die nämlich entsprechend dem Versatz bzw. der Verschränkung voneinander entfernt sind. Dadurch entsteht dieser gestreckte Bereich, den dieses Streckblech vorsieht.
Entsprechend weist das Stauchblech einen gestauchten Bereich auf, der für den Über- gangsbereich zweier Statorsegmente vorgesehen ist, die aufeinander zu versetzt bzw. verschränkt sind.
Vorzugsweise sind diese gestreckten bzw. gestauchten Bereiche nicht in der Mitte des betreffenden Streckbleches bzw. Stauchbleches, sondern außermittig etwa nach einem Drittel. Außerdem sind diese Streckbereiche bzw. Stauchbereiche spiegelsymmetrisch, so dass ihre Gestalt also unverändert bleibt, wenn das entsprechende Streck- bzw. Stauchblech von einer Oberseite auf eine untere Seite oder umgekehrt umgedreht wird. Somit können auch diese Stau- und Streckbleche in verschiedenen Lagen überlappend übereinander geschichtet werden, sodass die jeweiligen Streckbereiche bzw. Stauchbereiche genau übereinander zu liegend kommen, ohne dass aber die entsprechenden Streckbleche bzw. Stauchbleche insgesamt genau übereinander zu liegen kommen. Es kann also eine Überlappende Schichtbildung beim Herstellen des Blechpaketes auch im Bereich der Streckbereiche bzw. Stauchbereiche erzielt werden, ohne dass jeweils unterschiedliche Bleche hergestellt werden müssten. Die Fertigungstiefe braucht hierfür also nur ein Normalblech, ein Streckblech und ein Stauchblech zu Umfassen. Mit diesen drei unterschiedlichen Arten von Blechen kann das gesamte Blechpaket hergestellt werden, einschließlich gestreckter bzw. gestauchter Bereiche, also einschließlich der Übergangsbereiche zwischen gegeneinander versetzten oder verschränkten Statorsegmenten, einschließlich Überlappung.
Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines Statorblechpaketes vorgeschlagen, das auf die Herstellung eines Statorblechpaketes mit Hilfe eines Blechsatzes gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen dazu aufbaut. Es wird hier also vorgeschlagen, dass das Statorblechpaket lagenweise zunächst in gewohnter Weise aufgebaut wird, wobei für die Übergangsbereiche jeweils ein Streckblech bzw. ein Stauchblech angeordnet wird. Für die nächste Lage wird in dem jeweiligen Bereich ein Streckblech bzw. Stauchblech vorgesehen, das jedoch gegenüber dem jeweils darunter liegenden Blech umgedreht ist, also mit der Oberseite nach unten bzw. Unterseite nach oben. Durch die nicht mittige Anordnung des Streckbereichs bzw. Stauchbereichs verändert sich durch das Umdrehen des Blechs seine Position und es kann somit mit ein und demselben Blech eine überlappende, also nicht vollständig aufeinander liegende Stapelung erreicht werden. Erfindungsgemäß wird zudem eine Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen.
Nachfolgend wird die Erfindung nun anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch unter Bezugnahme die begleitenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage schematisch in einer perspektivischen An- sieht.
Fig. 2 zeigt eine axiale Schnittansicht eines bekannten Synchrongenerators. Fig. 3 zeigt schematisch ein Schaltbild eines bekannten, fremderregten Synchrongenerators mit zwei dreiphasigen Wicklungen und nachgeschaltetem Diodengleichrichter.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Synchrongenerator in einer axialen Schnittansicht.
zeigen Ausschnitte der Fig. 4.
Fig. 5A
bis 5D zeigen verschieden Umsetzungsmöglichkeiten eines Übergangsbereichs als
Ausführungen zu dem Ausschnitt gemäß Fig. 4a.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Möglichkeit der Verschaltung der Segmente eines
Synchrongenerators mit nachgeordnetem Gleichrichter.
Fig. 7 zeigt einen Synchrongenerator in einer axialen Schnittansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Statorsegmenten mit unterschiedlich vielen Polpaaren.
Fig. 7A zeigt einen Ausschnitt der Fig. 7. verdeutlicht ein Wicklungsschema eines Synchrongenerators einer Ausführungsform. verdeutlicht ein Wicklungsschema eines Synchrongenerators einer weiteren Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Figur 2 zeigt einen bekannten Synchrongenerator 201 in einer axialen Schnittansicht, also in einer Sicht in Richtung der Drehachse 202, wobei der Synchrongenerator 201 quer zur Drehachse 202 geschnitten ist. Der Synchrongenerator ist als Innenläufer aus- gebildet und weist somit innen einen Rotor bzw. Läufer 204 auf und außen einen Stator 206. Der Synchrongenerator 201 ist als vielpoliger Ringgenerator ausgebildet und weist einen freien Innenraum auf, der über die Hälfte des Gesamtdurchmessers bzw. Gesamtradius des Synchrongenerators 201 einnimmt. Es sind exemplarisch 168 Statorzähne 208 vorgesehen. Es sind ebenso viele Statornuten 210 vorgesehen, die sich mit den Statorzähnen 208 abwechseln bzw. dazwischen angeordnet sind.
Der Läufer 204 weist einige Rotorpole bzw. Polschuhe 212 auf, zwischen denen jeweils Nuten 214 mit Wicklungen vorgesehen sind. Die Rotornuten 214 sind mit Wicklungen zur Erregung des Rotors ausgestattet. Im Betrieb dreht sich der Rotor 204 relativ zum Stator 206 und die Rotorpole 212 streichen an den Statorpolen 208 vorbei. Zwischen Rotor 204 und Stator 206 ist ein schmaler Luftspalt 216 vorhanden.
Figur 3 veranschaulicht eine Verschaltung eines bekannten Synchrongenerators 201 und zeigt schematisch einen Erregerkreis 220 zum Erregen des Rotors 204 mittels eines Gleichstroms. Schematisch sind eine erste und zweite dreiphasige Statorwicklung 221 bzw. 222 gezeigt. Diese sind über eine erste Verschaltung 223 bzw. zweite Verschaltung 224 über einen ersten bzw. zweiten Gleichrichter 225 bzw. 226 verschaltet und beide Gleichrichter 225 und 226 speisen auf einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis 228, der durch einen Kondensator symbolisiert wird. Figur 4 zeigt nun ganz ähnlich zu Figur 2 einen Synchrongenerator 1 mit einer Drehachse 2, einem Läufer bzw. Rotor 4, einem Stator 6, einer Vielzahl von Statorzähnen 8 und ebenso vielen Statornuten 10. Der Läufer bzw. Rotor 4 weist Rotorpole bzw. -polschuhe 12 und dazwischen Rotornuten 14 auf. Zwischen dem Stator 6 und dem Läufer 4 befindet sich ein Luftspalt 16. Der Rotor bzw. Läufer 4 könnte mit dem Rotor bzw. Läufer 204 der Figur 2 identisch sein. Der Stator 6 unterscheidet sich aber erfindungsgemäß von dem Stator 206 der Figur 2.
Insoweit ist der Stator 6 in vier Segmente 31 bis 34 unterteilt. Jeweils benachbarte Segmente sind gegeneinander verschränkt bzw. versetzt. So sind das erste und dritte Segment 31 , 33 zueinander nicht verschränkt bzw. versetzt, aber relativ zu dem zweiten bzw. vierten Segment 32, 34. Ebenso sind das zweite und vierte Segment 32, 34 nicht zueinander verschränkt oder versetzt. Es besteht hierdurch zwischen benachbarten Segmenten ein gestauchter Bereich 36 oder gestreckter Bereich 38, abhängig davon, ob die jeweils benachbarten Segmente aufeinander zu oder voneinander weg versetzt bzw. verschränkt sind. Figur 4A deutet dabei einen Ausschnitt des Synchrongenerators 1 an, der einen gestauchten Bereich 36 betrifft. Möglichkeiten, diesen gestauchten Bereich 36 auszuführen sind in den Figuren 5A-5D gezeigt. Figur 4B zeigt einen Ausschnitt aus dem Synchrongenerator 1 , der einen gestreckten Bereich 38 beinhaltet.
In Figur 4B ist für den gestreckten Bereich 38 zu erkennen, dass ein verbreiterter Statorzahn 8+ vorhanden ist, wohingegen die übrigen Statorzähne 8 eine dazu kleinere, nämlich normale Breite aufweisen und untereinander auch gleich breit sind.
Entsprechend sollte Figur 4A für den gestauchten Bereich 36 einen verschmälerten Zahn 8". oder andere Umsetzung des gestauchten Bereichs aufweisen, wobei sämtliche Statornuten 10 die gleiche Größe und Form haben, was insoweit allerdings nur eine Möglichkeit der Realisierung darstellt. Figur 4A ist nur ein Platzhalter für Möglichkeiten der Realisierung, die konkret in den Figuren 5A bis 5D dargestellt sind.
Auch die Vergrößerungen der Figuren 4B und 5A bis 5D zeigen, dass von dem Läufer bzw. Rotor 4 die Zähne 12 und Nuten 14 von der Segmentierung und Verschränkung bzw. Verstauchung des Stators 6 unberührt sind.
Die Figuren 5A bis 5D zeigen somit Ausschnitte gemäß dem Ausschnitt bzw. Platzhalter der Figur 4A, und zeigen dabei unterschiedliche Möglichkeiten für die konkrete Ausgestaltung des gestauchten Bereichs 36, der in diesen Figuren 5A bis 5D entsprechend als 36A, 36B, 36C bzw. 36D bezeichnet wird. In diesem gestauchten Bereich sind die beiden Statorsegmente 31 und 32 gegenüber einer üblichen Anordnung, die bspw. Figur 2 zeigt, aufeinander zu gedreht. Dies ist etwa um das Maß einer Nutbreite, wobei in der gezeigten Ausgestaltung gemäß Figur 4 und damit auch gemäß den Figuren 5A bis 5D die Nutbreite etwa der Breite des Stegs 40 jedes Zahns 8 entspricht. Vorzugsweise entspricht diese Verdrehung der beiden benachbarten Bereiche aufeinander zu etwa einem halben mittleren Zahnabstand bzw. Nutabstand, also einem halben Abstand von Zahnmitte zu der Mitte des nächsten Zahnes bzw. von der Mitte einer Nut zur Mitte der nächsten benachbarten Nut.
Zur Realisierung des Stauchbereichs 36A schlägt die Ausführungsform gemäß Figur 5Avor, die unmittelbar benachbarten Nuten 10A' und 10A" schmaler auszugestalten und dazwischen einen Trennsteg 42A vorzusehen. Dieser Trennsteg 42A kann diese beiden Nuten 10A' und 10A" voneinander trennen und dadurch auch etwaige eingelegte Leitungen der Statorwicklung voneinander trennen. Insoweit kann dieser Trennsteg 42A auch eine elektrisch isolierende Funktion haben. Problematisch hierbei ist, dass die Nuten 10A' und 10A" gegenüber den Nuten 10 verkleinert sind und somit auch weniger oder schlech- ter Leitungen der Statorwicklung aufnehmen können.
Als eine Alternative wird somit eine Ausgestaltung gemäß Figur 5B vorgeschlagen, bei der in den Stauchbereich 36B zwei Grenznuten 10B' und 10B" vorgesehen sind, die eine größere Tiefe aufweisen, als die übrigen Nuten 10. Die Grenznuten 10B' und 10B" sind somit schlanker, aber tiefer ausgebildet und können damit etwa gleich viele Leitungen bzw. Leitungsadern aufnehmen, wie die übrigen Nuten 10. Die beiden Grenznuten 10B' und 10B" werden durch einen Trennsteg 42B getrennt, der dasselbe Material aufweisen kann, wie die übrigen Zähne 8 und das Blechpaket des Stators 6 überhaupt.
Figur 5C zeigt eine ganz ähnliche Ausgestaltung wie Figur 5B, wobei aber ein Trennsteg 42C vorgesehen ist, der aus einem anderen Materials als das Statorblechpaket, also als die übrigen Statorzähne 8 gefertigt ist.. Das Material des Trennstegs 42C ist aus hoch- permeablem, zumindest im Vergleich zu dem Statorblech höher permeablem Werkstoff gefertigt. Dafür kann bspw. sogenanntes Mu-Metall verwendet werden. Durch diesen hochpermeablen Werkstoff kann der verringerte Querschnitt dieses Trennstegs 42C ganz oder teilweise kompensiert werden. Im Gegensatz zur Ausführung gemäß Figur 5B wird der Trennsteg 42C nicht mit aus dem entsprechenden Blech gestanzt, sondern kann nach Fertigstellung des Blechpakets des Stators 6 eingesetzt werden, möglicherweise auch zusammen mit dem Einsetzen von Leitungen der Statorwicklung.
Eine weitere Ausgestaltung zeigt die Figur 5D, demnach sind die beiden Grenznuten 10D' und 10D" nun unmittelbar benachbart, ohne einen Statorzahn dazwischen. Zur Trennung kann ein Trennsteg 42D bspw. als Isolierpapier vorgesehen sein oder gänzlich entfallen. Die Grenznuten 10D' und 10D" haben hierbei die gleiche Form wie die übrigen Nuten 10 und weisen entsprechend gleich viel und gleich großen Raum zum Aufnehmen von Leitungen der Statorwicklung auf. Beim Einlegen solcher Leitungen der Statorwicklung müsste darauf geachtet werden, dass die möglichst gleichmäßig in diesen beiden ohne Zwischenzahn benachbarten Grenznuten 10D', 10D" zuliegen kommen.
Figur 6 veranschaulicht die Verschaltung der Statorwicklungen eines erfindungsgemäßen Synchrongenerators schematisch gemäß einer Ausführungsform. Hierbei wird ein Synchrongenerator mit einer Aufteilung des Stators gemäß Figur 4 zugrundegelegt. Es sind somit vier Statorsegmente 31 bis 34 vorgesehen, wobei das erste und dritte Segment 31 und 33 untereinander unversetzt bzw. unverschränkt sind, aber gegenüber dem zweiten und vierten Segment 32 und 34 verschränkt sind. Das zweite und vierte Segment 32, 34 sind untereinander ebenfalls nicht verschränkt bzw. versetzt. Das erste und dritte Seg- ment 31 , 33 sind somit schematisch als ein erster Bereich 44 bzw. .als eine erste Segmentgruppe 44 und entsprechend sind das zweite und vierte Segment 32, 34 als ein zweiter Bereich 46 bzw. eine zweite Segmentgruppe 46 schematisch dargestellt.
Beide Segmentgruppen 44 und 46 tragen jeweils zwei dreiphasige Statorwicklungen 51 und 53 bzw. 52 und 54. Dabei verlaufen jeweils beide Statorwicklungen 51 und 53 bzw. 52 und 54 durch jeweils beide Segmente 31 und 33 bzw. 32 und 34 der betreffenden Segmentgruppe 44 bzw. 46. Innerhalb einer Segmentgruppe 44 bzw. 46 sind die Stränge jeweils einer Statorwicklung 51 bis 54 elektrisch in Reihe geschaltet, nämlich von einem Sternpunkt 45 bzw. 47 (nur angedeutet) durch ein erstes Statorsegment 51 oder 52, weiter durch ein zweites Statorsegment 53 bzw. 54 und schließlich zu einem der Gleich- richter 61 bis 64. Durch jedes Segment verlaufen somit zwei der Statorwicklungen 51 bis 54.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist dabei jede der vier Statorwicklungen 51 bis 54 einzeln an einen ersten bis vierten Gleichrichter 61 bis 64 angeschlossen. Alle vier Gleichrichter 61 bis 64 verwenden dabei denselben Gleichspannungszwischenkreis 66, in den sie somit alle gemeinsam einspeisen. Der Gleichspannungszwischenkreis ist auch durch einen Kondensator 68 symbolisiert und ein Lastwiderstand 70 steht symbolisch für weitere anzuschließende Elemente, nämlich insbesondere einen oder mehrere anzuschließende Hochsetzsteller und/oder einen oder mehrere anzuschließende Wechselrichter zum Erzeugen eines in ein elektrisches Versorgungsnetz einzuspeisenden sinusför- migen Wechselstroms.
Die gezeigten Gleichrichter 61 bis 64 sind jeweils als passive, sogenannte B-6- Gleichrichter ausgestaltet.
Dadurch, dass Wicklungen sowohl des ersten Bereichs 44 als auch des zweiten Bereichs 46 separat jeweils an einen Gleichrichter bzw. einen Satz von Gleichrichtern angeschlos- sen sind, können die durch die Verschränkung bzw. den Versatz hinsichtlich etwaiger Oberschwingungen unterschiedlich erzeugte Ströme auch entsprechend separat zu dem jeweiligen Gleichrichtern und damit separat zu dem Gleichspannungszwischenkreis 66 geführt und dort durch die Gleichrichtung eingespeist werden. Durch die Gleichrichtung werden die erzeugten Wechselströme gleichgerichtet, etwaige Oberschwingungen oder überlagerte Rippel bleiben jedoch im Wesentlichen vorhanden und können dann im Gleichspannungszwischenkreis ggf. abgeschwächt als Spannungsrippel oder Spannungsschwankungen vorhanden sein. Dabei sind die Rippel, die dem ersten Bereich 44 zu zuordnen sind, gegen die Rippeln, die dem zweiten Bereich 46 zu zuordnen sind, verschoben, werden dabei im Gleichspannungszwischenkreis überlagert und können sich dadurch gegenseitig abschwächen. Im optimalen, zumindest theoretischen Fall könnten sich die Rippel des ersten Bereichs 44 mit den Rippeln des zweiten Bereichs 46 kompensieren. Durch eine zusätzlich separate Verschaltung der einzelnen Segmente 31 bis 34 kann zudem die Redundanz des Generators, nämlich insbesondere des Stators erhöht werden.
Es wird somit ein vielpoliger Synchron-Ringgenerator einer Windenergieanlage vorgeschlagen, der insbesondere zu vorher bekannten Synchrongeneratoren ansonsten glei- eher Bauweise geräuschreduziert arbeiten kann.
Insbesondere wird auch ein Generator zugrunde gelegt mit sechs Phasen, nämlich ein erstes und zweites System mit je drei Phasen, und ein Stator mit 12 Nuten je Polteilung sowie einem Diodengleichrichter. Ein solcher vielpoliger Synchron-Ringgenerator gemäß dem Stand der Technik kann pulsierende Drehmomente erzeugen mit harmonischen Anteilen u.a. 12ter Ordnung. Solche pulsierenden Drehmomente können bspw. eine Frequenz von etwa 120Hz annehmen, die natürlich abhängig von der Drehzahl ist, und störend sein kann.
Zur Lösung wird somit vorgeschlagen, die Statorwicklung, bzw. Statorwicklungen in Segmente zu unterteilen, insbesondere in vier Segmente. Die Nuten der Segmente werden so verschränkt, dass eine Verschiebung von einer halben Nutteilung zwischen den Segmenten entsteht, wie Figur 4 mit den Vergrößerungen 4A und 4B zeigt. Es ergeben sich entsprechende Wicklungsrandbereiche, die als gestauchter Bereich 36 oder gestreckter Bereich 38 ausgebildet sein können, welche sich über den Umfang des Stators abwechseln. Die Gestaltung dieser Wicklungsrandbereiche kann wie in den Figuren 5A bis 5D gezeigt ist, vorgenommen werden. Weitere Gestaltungsmöglichkeiten sind ebenfalls nicht ausgeschlossen. Zudem wird vorgeschlagen, je zwei nicht nebeneinander liegende Segmente zu verschalten, nämlich zu einem Bereich. Typischerweise kann diese Verschaltung durch Reihenschaltung erfolgen. Die Verschaltung betrifft dabei jeweils zwei dreiphasige Wicklungsstränge. Jeder verschaltete Bereich besteht also aus je zwei dreiphasigen Wicklungs- strängen. Vorzugsweise wird jeder Bereich mit einer 12-pulsigen Diodengleichrichtungsschaltung und einer gleichspannungsseitigen Parallelschaltung geschaltet.
Der Lösungsvorschlag wurde besonders am Beispiel der Unterteilung eines Stators in vier Segmente erläutert. Es können aber auch andere Unterteilungen vorgenommen werden, im einfachsten Fall eine Unterteilung in zwei Segmente, wobei dann jedes ein- zelne Segment auch ein Bereich im Sinne des ersten bzw. zweiten Bereichs 44, 46 bildet. Ebenso kann eine Unterteilung in deutlich mehr als vier Segmente, vorzugsweise in eine gerade Anzahl von Segmenten vorgenommen werden.
Figur 7 zeigt in der Schnittansicht einen Synchrongenerator 701 mit einem Stator 706 mit vier Statorsegmenten bzw. Segmenten 731 bis 734. Die Statorsegmente 731 und 733 bilden eine erste Segmentgruppe und die Statorsegmente 732 und 734 bilden eine zweite Segmentgruppe. Jede dieser Segmentgruppen 731 , 733 bzw. 732, 734 weist 42 Polpaare auf und damit eine Anzahl Polpaare, die kein Vielfaches von vier ist. Entsprechend weisen die Statorsegmente einer Segmentgruppe unterschiedlich viele Polpaare auf, nämlich das erste Statorsegment 731 weist 24 Polpaare auf und das zweite Statorsegment 733 weist 18 Polpaare auf. Entsprechend weist von der zweiten Segmentgruppe das Statorsegment 732 24 Polpaare auf und von derselben Segmentgruppe weist das Statorsegment 734 18 Polpaare auf. Damit weist auch jedes dieser vier Statorsegmente 731 bis 734 als Anzahl Polpaare ein Vielfaches von sechs auf, oder anders ausgedrückt ist die Anzahl Polpaare jedes der Statorsegmente 731 bis 734 ohne Rest durch die Zahl Sechs teilbar.
Im Übrigen sind in der Figur 7 die Statornuten mit dem Bezugszeichen 710 und die Statorzähne mit dem Bezugszeichen 708 gekennzeichnet. Der Rotor 4 kann dem Rotor 4 der Figur 4 entsprechen und zu seiner weiteren Beschreibung wird insoweit auch zur Erläuterung zur Figur 4 verwiesen. Die Trennung zwischen den einzelnen Statorsegmente 731 bis 734 ist durch entsprechende Trennstriche 735 angedeutet. Gegenüber der Ausführungsform der Figur 4 ergibt sich dadurch eine Verschiebung des gestreckten Bereichs 738, der ebenfalls einen verbreiterten Statorzahn 708+ aufweist. Dieser gestreckte Bereich 738 mit dem verbreite- ten Zahn 708+ ist in dem Ausschnitt B der Figur 7 angeordnet, der vergrößert in Figur 7A dargestellt ist. Abgesehen von der Verschiebung dieses gestreckten Bereichs 738 bzw. verbreiterten Zahns 708+ gelten die übrigen Beschreibungen dazu zu der Ausführungsform gemäß Figur 4 und der vergrößerten Darstellung der Figur 4B sinngemäß auch für die Ausführungsform der Figur 7 bzw. 7A.
Der gestauchte Bereich 736 ist im Grunde unverändert und befindet sich auch in der Markierung A gemäß Figur 7. Für diese Markierung A kommen auch verschiedene Varianten in Betracht, wie sie in den Figuren 5A bis 5D beschrieben sind. Insoweit wird auf diese Figuren 5A bis 5D verwiesen. Figur 8 veranschaulicht das Wicklungsschema für einen Synchrongenerator gemäß einer Ausführungsform für ein Statorsegment, wie bspw. das Statorsegment 733 der Figur 7 mit 18 Polpaaren. Dieses Statorsegment, das in Figur 8 das Bezugszeichen 833 trägt, ist in Figur 8 als gestrecktes Element ohne Krümmung dargestellt, um dadurch die Veranschaulichung des Wickelschemas zu vereinfachen. Figur 8 zeigt dabei eine Draufsicht auf entsprechende Zähne 808 und Nuten 810 gemäß Ansicht 8A, eine Seitenansicht auf das Statorsegment 3 gemäß Ansicht 8B, eine Seitenansicht auf einen ebenfalls linear dargestellten Teil des Rotors 804 gemäß Ansicht 8C, wobei auch hier die Darstellung schematisch ist und ohne Krümmung, und eine Draufsicht auf die Rotorzähne bzw. Polschuhe des Rotors 804 gemäß der Darstellung D. Die Ansicht 8A der Figur 8 verdeutlicht das Wicklungsschema im Grunde von links beginnend mit dem Wicklungsstrang 850, der durch eine erste Nut 851 gelegt wird, also im Grunde in eine Vorwärtsrichtung, und durch eine zweite Nut 852 zurückgeführt wird. Dieser Wicklungsstrang 850 wird dann zur ersten Nut 851 geführt und dort ein weiteres Mal hindurch gelegt und durch die zweite Nut 852 wieder zurückgeführt. Dies wird noch zwei weitere Male wiederholt, so dass der Wicklungsstrang 850 dann um sechs Zähne 808 in drei vollständigen Schleifen 858 herum gelegt ist. Elektromagnetisch wirksam sind hierdurch aber vier Windungen, weil der Anfangs einlaufende Wicklungsstrang, der gemäß Figur 8, Ansicht 8A von links kommt, letztlich mit dem Teil des Wicklungsstrangs 850, der die zweite Nut 852 nach rechts verlässt, schließlich, nachdem wenigstens das gezeigte Statorsegment 833 vollständig gewickelt ist, elektrisch wirksam verbunden wird.
Nachdem der Wicklungsstrang 850 zum vierten Mal durch die zweite Nut 852 zurückgeführt wurde, wird er nun in eine dritte Nut 853 eingelegt und durch eine vierte Nut 854 zurückgeführt und dies wird wiederholt, bis sich wieder drei Schleifen bzw. vier elektro- magnetisch wirksame Windungen ergeben. Dies wird abermals in einer fünften und sechsten Nut 855 bzw. 856 wiederholt, bis der Wicklungsstrang 850 gemäß Figur 8, Ansicht 8A an der rechten Seite angekommen ist. Von dort kann der Wicklungsstrang 850 einem weiteren Statorsegment zugeleitet werden, oder an einen Ausgang ange- schlössen werden, um dort einen zu erzeugenden Strom bereitzustellen.
Die Ansicht 8B zeigt schematisch alle Zähne 808 und Nuten 810 des Statorsegmentes 833. Zur Veranschaulichung sind die Nuten 810 von A bis F gekennzeichnet, wobei jeweils ein Buchstabe für einen Wicklungsstrang einer Phase steht. Die in Ansicht 8A verdeutlichte Wicklung betrifft dabei den Strang für die Phase, die mit dem Buchstaben D gekennzeichnet ist. Dabei kennzeichnet D+ jeweils eine Hinführung des Wicklungsstrangs 850 und die D- kennzeichnet jeweils eine Rückführung des Wicklungsstranges 850. Die übrigen Buchstaben A bis C sowie E und F sind mit entsprechenden Symbolen versehen, also "+" für das Hinführen und "-" für das Zurückführen.
Der Ansicht 8B der Figur 8 ist auch zu entnehmen, dass der Wicklungsstrang jeweils in vier Lagen in jeder Statornut 810 vorgesehen ist. Im Übrigen deutet auch die Ansicht 8 B an, dass für die übrigen Phasen A bis C, E und F jeweils eine sinngemäße Wicklung vorgesehen ist, wie die Ansicht für nur eine Phase, die nämlich die Phase D verdeutlicht.
Die Ansicht 8C zeigt von dem Rotor 804 einen Ausschnitt mit sechs Polschuhen 860, die jeweils einen abwechselnden Richtungssinn aufweisen, um bei einer Erregung mittels Gleichstrom in den Erregersträngen 862 jeweils ein Magnetfeld mit umgekehrter Richtung bezogen auf den jeweiligen Nachbarpolschuh zu erzeugen. Jeder Polschuh 860 weist einen Polschuhkopf 864 auf, der etwa pfeilförmig ist, wie die Ansicht 8D erkennen lässt. Die Bewegungsrichtung des Rotors 804 ist bestimmungsgemäß in Richtung des Bewegungspfeils 866 gerichtet. Zwei Polschuhe 860 und damit zwei Rotorpole, also ein Rotor- polpaar, erstrecken sich insgesamt über 12 Statorzähne 808 bzw. 12 Statornuten 810 und damit über sechs Statorpolpaare.
Figur 9 zeigt bzw. verdeutlicht ein Wicklungsschema für einen zwölfpoligen Zwölf- Phasen-Synchrongenerator in einer ganz ähnlichen Darstellung wie die Figur 8. Der zugrunde liegende Synchrongenerator weist vier Segmente 931 bis 934 auf. Das erste und dritte Segment 931 und 933 bilden eine erste Segmentgruppe und das zweite und vierte Segment 932 und 934 bilden eine zweite Segmentgruppe. Jede dieser beiden Segmentgruppen weist zwei dreiphasige Wicklungen, jeweils also sechs Wicklungen auf. Zur Veranschaulichung ist aber jeweils nur eine Wicklung bzw. nur ein Wicklungsstrang 950 bzw. 980 dargestellt. Die Figur 9 zeigte ebenfalls vier Ansichten im Sinne der Ansichten 8A bis 8D, nämlich entsprechend als Ansichten 9A bis 9D. Allerdings gibt nur die Darstellung 9A einen durchgehenden Wicklungsstrang 950 bzw. 980 wieder.
Für die erste Segmentgruppe bestehend aus dem ersten und dritten Segment 931 und 933 beginnt der Wicklungsstrang 950 an einem gemeinsamen Sternpunkt 995. Der Wicklungsstrang 950 ist Teil einer dreiphasigen Wicklung mit zwei weiteren, in der Figur 9 aber nicht dargestellten Wicklungssträngen. Diese drei Wicklungsstränge bilden somit ein dreiphasiges System und sind an dem Sternpunkt 995 miteinander verbunden. Von diesem Sternpunkt 995 aus wird der Wicklungsstrang 950 zunächst durch eine erste Nut 951 geführt und durch eine zweite Nut 952 zurückgeführt und durch diese beiden Nuten 951 , 952 in drei Schleifen 958 und damit vier elektromagnetisch wirksame Windungen gelegt. Anschließend wird dieser Wicklungsstrang 950 weiter zum ersten Segment 931 geführt und dort durch eine dritte Nut 953 gelegt und durch eine vierte Nut 954 zurückgeführt, bis sich drei Schleifen gebildet haben. Der Wicklungsstrang setzt dann in einer fünften Nut 955 fort und wird unter Bildung von drei Schleifen mehrfach durch eine sechste Nut 956 zurückgeführt. Schließlich endet die Darstellung für den Wicklungsstrang 950 an einem Anschlusspunkt 996. Von diesem Anschlusspunkt wird der Wicklungsstrang 950 bzw. eine andere angeschlossene elektrische Leitung zu einem Gleichrichter wie dem B-6-Gleichrichter 61 gemäß Fig. 6 zugeführt, nämlich einem Zweig mit zwei Dioden. In gleicher Art und Weise werden die übrigen Nuten mit den übrigen fünf Strängen dieser zwei dreiphasigen Systeme versehen, so dass dann alle Nuten dieser ersten Segmentgruppe des ersten und zweiten Segmentes 931 und 933 ausgefüllt sind.
Sinngemäß erfolgt eine Wicklung des zweiten und vierten Segments 932 und 934 der zweiten Segmentgruppe mit dem Wicklungsstrang 980. Dieser wird von dem gemeinsa- men Sternpunkt 998 über eine erste bis sechste Nut 981 bis 986 mit entsprechenden Schleifen 988 gewickelt und endet am Anschlusspunkt 999 zum Anschließen an einen Gleichrichter.
Der Synchrongenerator gemäß Figur 9 weist eine erste und eine zweite Segmentgruppe mit jeweils 18 Polpaaren auf. Es sind also vier Statorsegmente 931 bis 934 vorgesehen, die jeweils in zwei Segmentgruppen 931 und 933 sowie 932 und 934 gruppiert sind. Jede Segmentgruppe weist somit nicht eine Anzahl Polpaare auf, die ein Vielfaches von vier ist und somit weisen die Statorsegmente einer Segmentgruppe unterschiedlich viele Polpaare auf, nämlich das jeweils größere Statorsegment 931 bzw. 932 zwölf Polpaare und das jeweils kleinere Statorsegment 933 bzw. 934 sechs Polpaare. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorgesehene Verschränkung zur vereinfachten Darstellung des Wicklungsschemas in Figur 9 nicht gezeigt wurde. Figur 9 soll das Wicklungsschema verdeutlichen.

Claims

Ansprüche
Synchrongenerator (1 ), insbesondere vielpoliger Synchron-Ringgenerator (1 ) einer getriebelosen Windenergieanlage (101 ), zum Erzeugen elektrischen Stroms, umfassend
einen Rotor (4) und
einen Stator (6) mit Zähnen (8) und dazwischen angeordneten Nuten (10) zum Aufnehmen einer Statorwicklung, wobei
der Stator (6) in Umfangsrichtung in Statorsegmente (31-34) mit jeweils mehreren Zähnen (8) und Nuten (10) eingeteilt ist und wenigstens zwei Statorsegmente (31- 34) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt oder verschränkt sind.
Synchrongenerator (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Zahn (8) einen Statorpol bildet und zwei Statorpole ein Polpaar bilden und die Anzahl Polpaare jedes Statorsegmentes (31— 34) ein Vielfaches von zwei, insbesondere ein Vielfaches von sechs ist.
Synchrongenerator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
vier Statorsegmente (31-34) vorgesehen sind und die Statorsegmente (31-34) in zwei Segmentgruppen (31 ,33; 32,34) gruppiert sind, wobei die Anzahl Polpaare jeder Segmentgruppe (31 ,33; 32,34) ein Vielfaches von vier ist, oder die Statorsegmente (31-34) einer Segmentgruppe (31 ,33; 32,34) unterschiedlich viele Polpaare aufweisen.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Nuten (10) und Zähne (8) jeweils eines Statorsegmentes (31-34) äquidistant angeordnet sind und
die wenigstens zwei Statorsegmente (31-34) in Umfangsrichtung so gegeneinander versetzt oder verschränkt sind, dass benachbarte Zähne (8) der benachbarten Statorsegmente (31-34) oder benachbarte Nuten (10) der benachbarten Statorsegmente (31-34) einen anderen Abstand zueinander aufweisen als benachbarte Zähne (8) bzw. Nuten (10) desselben Statorsegmentes (31-34). Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste und eine zweite Nut (10) eines ersten Statorsegmentes (31 ) oder ein erster und ein zweiter Zahn (8) des ersten Statorsegmentes (31 ) einen mittleren Abstand zu einander von n*a aufweisen, wobei
a ein mittlerer Abstand zweier benachbarter Nuten (10) bzw. Zähne (8) des ersten Statorsegmentes (31 ) ist und
n die Anzahl der zwischen der ersten und zweiten Nut (10) liegenden Nuten (10) bzw. zwischen dem ersten und zweiten Zahn (8) liegenden Zähne (8) weniger eins ist, und wobei
die erste Nut (10) zu einer weiteren Nut (10), die auf einem zweiten Statorsegment (32) liegt, bzw.
der erste Zahn (8) zu einem weiteren Zahn (8), der auf dem zweiten Statorsegment (32) liegt, einen mittleren Abstand von n*a+v oder n*a-v beträgt, wobei v den Versatz bzw. die Verschränkung zwischen dem ersten und dem zweiten Statorsegment (31 , 32) beschreibt und sowohl größer 0 als auch kleiner a ist.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Versatz bzw. die Verschränkung (v) einen Wert im Bereich von 0,2*a bis 0,3*a, insbesondere von 0,25a aufweist.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Statorsegment (31-34) einen Teil der Statorwicklung als Wicklungssegment (51-54) aufnimmt und Wicklungssegmente (51 , 53; 52, 54) nicht benachbarter Statorsegmente (31 , 33; 32, 34), insbesondere einer Segmentgruppe (31 ,33; 32,34), miteinander verschaltet sind und/oder die Wicklungssegment (51-54) wechselseitig mit einem ersten und einem zweiten Gleichrichter (61-64) verbunden sind, wobei beide Gleichrichter vorzugsweise auf einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis speisen, insbesondere ist jede Segmentgruppe (31 ,33; 32,34) jeweils mit einem als B12-Brücke ausgebildeten Gleichrichter verbunden.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Wicklungssegmente (51 , 53; 52, 54) nicht benachbarter Statorsegmente (31 , 33; 32, 34) mit einander elektrisch in Reihe verschaltet sind.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorwicklung bzw. die Wicklungssegmente phasenweise Wicklungsstränge (850) aufweisen,
ein Wicklungsstrang (850) in einem ersten Statorsegment (31 ) durch eine erste Nut (851 ) gelegt und durch eine zweite Nut (852) zurückgeführt wird, das Verlegen durch diese erste und zweite Nut (851 ,852) wiederholt wird, insbesondere so, dass wenigstens eine, insbesondere drei Schleifen durch diese beiden Nuten (851 , 852) und damit um die dazwischen liegenden Zähne (8) gelegt werden, so dass sich eine elektromagnetisch wirksame Windungszahl von vier ergibt, und
sich die Verlegung dieses Wicklungsstranges (850) dann in diesem Sinne in einer dritten und vierten Nut (853,854) und ggf. in entsprechend weiteren Nuten (855,856) fortsetzt, bis der Wicklungsstrang (850) zur einer ersten Nut eines weiteren Statorsegmentes (833) geführt wird, bzw. dort mit einem Wicklungsstrangs des weiteren Statorsegmentes verbunden wird, oder an einen Ausgang angeschlossen wird.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der ersten und zweiten Nut (851 ,852) bzw. in der wenigstens einen Schleife fünf Nuten (8) und sechs Zähne (10) liegen.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wicklungsstrang (850) kontinuierlich durch ein Statorsegment (31-34) und/oder durch alle Statorsegmente (31 ,33; 32,34) einer Segmentgruppe (31 ,33; 32,34) gewickelt wird.
Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stator (6) und/oder die Statorwicklung punktsymmetrisch ist, insbesondere zu einer Drehachse (2) des Synchrongenerators (1 ). Synchrongenerator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
alle Nuten (10) des Stators (6) gleich sind und der Versatz bzw. die Verschränkung (v) der Statorsegmente (31-34) durch entsprechend angepasste Zähne (8+, 8") erreicht wird, insbesondere durch in Umfangsrichtung vergrößerte oder verkleinerte Zähne (8+, 8") im Kontaktbereich benachbarter Statorsegmente (31-34).
Blechsatz mit mehreren Statorblechen zum Zusammensetzen zu einem Statorblechpaket, insbesondere eines Synchrongenerators (1 ) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes Statorblech mehrere Nutbereiche und mehrere Zahnbereiche zum Herstellen von Nuten (10) und Zähnen (8) aufweist, und der Blechsatz umfasst
wenigstens ein Normalblech mit Zahnbereichen und Nutbereichen zum Herstellen gleicher Nuten (10) bzw. Zähne (8),
wenigstens ein Streckblech mit einem gestreckten Bereich (38)
zum Herstellen eines in Umfangsrichtung verbreiterten Zahns (8+) oder Zahnbereichs, oder
zum Herstellen einer in Umfangsrichtung verbreiterten Nut oder Nutbereichs, und
wenigstens ein Stauchblech mit einem gestauchten Bereich (36) zum Herstellen eines in Umfangsrichtung verschmälerten Zahns (8 ) oder
Zahnbereichs, oder
zum Herstellen einer in Umfangsrichtung verschmälerten Nut oder Nutbereichs.
Blechsatz nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Streckblech seinen gestreckten Bereich (38) in Umfangsrichtung außermittig, insbesondere etwa in einem ersten oder letzten Drittel aufweist und/oder
der gestreckte Bereich (38) in Umfangsrichtung spiegelsymmetrisch ist und/oder
jedes Stauchblech seinen gestauchten Bereich (36) in Umfangsrichtung außermittig, insbesondere etwa in einem ersten oder letzten Drittel aufweist und/oder
der gestauchte Bereich (36) in Umfangsrichtung spiegelsymmetrisch ist.
16. Verfahren zum Herstellen eines Statorblechpaketes, umfassend die Schritte
Herstellen einer ersten Blechschicht aus Normalblechen, Streckblechen und Stauchblechen eines Blechsatzes gemäß Anspruch 10, wobei die Streckbleche in Bereichen angeordnet werden, in denen Statorsegmente mit einem positiven Versatz aneinander grenzen, und
die Stauchbleche in Bereichen angeordnet werden, in denen Statorsegmente mit einem negativen Versatz aneinander grenzen
Herstellen einer zweiten Blechschicht, wobei
Streckbleche und Stauchbleche
so gegenüber den Streckblechen bzw. Stauchblechen der ersten Schicht umgedreht werden, dass ihre Oberseite nach unten und ihre Unterseite nach oben kommt und
sie jeweils mit ihrem Streckbereich bzw. Stauchbereich aufeinander gelegt werden, wodurch eine teilweise Überlappung der jeweiligen Bleche dadurch entsteht, dass die Streckbereiche bzw. Stauchbereiche außermittig angeordnet sind.
17. Windenergieanlage (101 ) mit einem Synchrongenerator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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