WO2012130752A2 - Polschuh eines generators, vorzugsweise eines generators einer windenergieanlage - Google Patents

Polschuh eines generators, vorzugsweise eines generators einer windenergieanlage Download PDF

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Wilko Gudewer
Arno Hildebrand
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    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine

Definitions

  • Pole shoe of a generator preferably a generator of a wind turbine
  • the present invention relates to a pole piece, in particular a pole piece of a generator.
  • a pole piece is a member made of a high permeability material such as iron.
  • the pole piece serves to let out and distribute the magnetic field lines of a permanent magnet or a winding in a defined form.
  • the magnetic exciter field is distributed by a pole piece in a circular segment on the armature.
  • the course of the flux density is homogenized along the armature circulation.
  • the stator have pole pieces, but also the armature of DC motors or the rotor (rotor) of turbogenerators.
  • the pole pieces of electrically excited AC / AC machines and the armature of DC motors are thereby i. Gen. laminated in order to avoid Wrbelstromlage.
  • Object of the present invention is to develop a pole piece, in particular a generator, in particular a generator of a wind turbine, in mechanical and / or thermal terms.
  • a pole piece in particular a generator, with the features of claim 1, claim 5 and claim 7, a generator with the features of claim 1 1 and a wind turbine with the features of claim 12.
  • a pole piece in particular a generator, provided with a Polpa- ket, which is executed laminated, at least one winding which is arranged around the Polvol around, and a body which penetrates the laminated Polvolon in the longitudinal direction and the plurality of transverse Engagement points, preferably at most three transversely directed engagement points, in each of which a holding means can engage to secure the pole piece on a substrate, in particular the rotor or stator of a generator.
  • the advantage here is that the number of attachment points of the pole piece can be reduced to the ground. These joints have a disturbing effect on the substrate, since it must have corresponding holes, bolts, screws or the like.
  • the design of the substrate is limited by the specification of the attachment points of the pole piece.
  • preferably at most three engagement points are provided in the pole pack of the pole piece.
  • the ground can be designed more freely and the pole piece can be mounted there with less effort.
  • a cooling in the ground better act on the pole piece, since the heat transfer is disturbed by fewer attachment points.
  • the cooling can be arranged in or under the ground closer to the pole piece, since it is disturbed by fewer attachment points less in their arrangement.
  • preferably three engagement points may be provided in the pole pack, but it may also be particularly preferred to provide only two engagement points or a single point of engagement.
  • the at most three engagement points are provided at the ends and optionally in the middle of the pole packet. This can be a Stable attachment of Polvols can be achieved with a few intervention points and fasteners.
  • the maximum of three engagement points are provided so that heat can be emitted from the pole piece to at least one cooling area in the underground, in particular in the rotor or stator of a generator, via the surfaces of the pole shoe between the engagement points.
  • the points of engagement of the Polvols in conjunction with a cooling in the underground improved cooling of the pole piece can be achieved.
  • the retaining means are screws, in particular of the thickness M24. By these screws can be done easily attachment. Also, secure fastenings can be achieved by using stronger screws such as M24 screws.
  • the present invention also relates to a pole piece, in particular a generator, with a Polvol that is executed laminated, at least one winding, which is arranged around the Polvol around, and an insulation means, which is arranged between the Polither and the winding.
  • the insulation means creates an adhesive bond between the pole package and the winding.
  • the use of the insulating means as an adhesive bond leads to a secure hold of the winding relative to the pole package, so that, for example, occurring in the rotor of a generator centrifugal forces on the pole piece less can lead to a shift of the windings against the Polither.
  • the insulation means comprises a fiber composite material and / or a glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • Such insulation means are flexible, stable and resilient.
  • Fiber composite materials or glass fiber reinforced plastics (GRP) are non-conductive and thus serve for electrical insulation. They are thermally well conductive and can then pass the heat from the windings in the sheets when used as insulation means in a pole piece, from where the heat can then be derived by cooling measures.
  • fiber composite or glass fiber reinforced plastic (GRP) may be soaked by adhesive or coated with adhesive to produce an adhesive bond between the windings and the laminated core of the pole piece.
  • the fiber composite material comprises meta-aramid fibers. Such fibers are also known as Nomex or Kevlar. These fibers are very stable with a comparatively low weight and a small thickness compared to materials which are conventionally used as insulation means.
  • the present invention also relates to a pole piece, in particular a generator, having a pole pack that is laminated, at least one package disposed around the pile package, and at least one end piece disposed between at least one end of the pile pack in the longitudinal direction between the pile package and winding is provided.
  • the tail has rounded edges to provide an edge-to-edge transition between tail and pole package for the toilet.
  • the tail and / or a side piece is concave, i. domed, adapted to receive the winding in the valley of the concavity. This makes it possible to walk up the toilet, e.g. avoided or reduced by attacking centrifugal forces.
  • the end piece and / or the side piece has at least one protruding edge which runs parallel to the winding. As a result of this edge, it is alternatively or additionally possible to avoid traveling up the walls beyond the upper edge of the pile packet.
  • the end piece is provided on an element mounted on the Polither.
  • this element a connection between the outermost sheet of Polvols and a compound of the sheets in the longitudinal direction, which in turn can be smoothly and flush terminated by the tail to ensure a smooth surface against the insulation means and the Wcklung.
  • the end piece also acts electrically insulating, as it defines a distance between the windings and the Polither. Preferably, a distance of 20 mm must be provided by the end piece in order to avoid leakage currents.
  • Fig. 1 is a perspective view of a pole piece in an assembled state
  • Fig. 2 shows a perspective view of a pole piece in the form of an exploded drawing
  • Fig. 3 shows a perspective sectional view of the pole piece in the form of an exploded drawing
  • Fig. 4 is a perspective sectional view of the pole piece in the assembled state
  • Fig. 5 shows a first perspective detail view of one end of the pole piece
  • Fig. 6 shows a second perspective detail view of one end of the pole piece
  • Fig. 7 shows a third perspective detail view of one end of the pole piece
  • Fig. 8 shows a fourth perspective detail view of one end of the pole piece
  • FIG. 9 shows a perspective detailed view of an edge rounding from the front in a first embodiment
  • Fig. 10 is a perspective detail view of an edge rounding from the rear in the first embodiment
  • Fig. 11a shows a perspective detailed view of an edge rounding 1 from the front in a second embodiment
  • Fig. 11b shows a plan view of an edge rounding 1 in the second embodiment
  • Fig. 1 c shows a front view of an edge rounding 1 in the second embodiment
  • Fig. 1 d shows a detailed view of an edge rounding 1 in the second embodiment.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a pole piece in an assembled state.
  • the upper portion of the Polvols 4 can be seen, which is enclosed by a winding 6 or a plurality of windings 6.
  • the upper ends of the respective end piece 1 can be seen.
  • the pole piece is shown attached to a substrate 9.
  • the substrate 9 may be, for example, the rotor or stator of a generator.
  • Fig. 2 shows a perspective view of a pole piece in the form of an exploded drawing.
  • Fig. 3 shows a perspective sectional view of the pole piece in the form of an exploded view.
  • Fig. 4 shows a perspective sectional view of the pole piece in the assembled state.
  • the interior of the pole piece is formed by a plurality of sheets, which together form the iron core of the pole piece in the form of Polvols 4. Due to the lathed design of the pole piece, eddy currents within the pole piece can be avoided or at least reduced. In this case, the sheets are joined together in the longitudinal direction A to form the pile package 4. At its upper edge, i. On its side facing away from the substrate 9, the pole package 4 is designed with a projection which protrudes laterally beyond the windings 6 in order to hold them in the radial direction with respect to the substrate 9.
  • a U-shaped side piece 5 is further shown, which can be provided between the Polvol 4 and the windings 6.
  • the side piece 5 is U-shaped, ie with two angled edges at the top and bottom, designed to also project laterally beyond the windings 6 and to keep them in the radial direction with respect to the substrate 9. In this case, only the upper edge of the U-shaped side piece 5 is required to counteract radial centrifugal forces, which is why the U-shaped side piece 5 could be designed to be L-shaped, ie with an angled edge above.
  • protrusion protruding beyond the windings 6 can be formed either by the upper edge of the pile package 4 or by the upper edge of the U-shaped side piece 5, or both elements 4, 5 can be jointly provided with corresponding protrusions.
  • Around the napped Polvol 4 around an insulating means is provided.
  • the winding 6 is arranged around the insulating means.
  • the insulating means electrically isolates the Polvolon 4 and the Wcklung 6 against each other.
  • the insulation means can contribute to a good heat transfer from the current-carrying coils 6 to the pole packet 4 and support the stability of the windings 6 with respect to the pole packet 4 as adhesive insulating material, ie additionally or alternatively to the upper edges of the pole packet 4 and / or the upper Edge of the side piece 5 counteract radial forces.
  • the insulating means is not shown in the illustration of FIG. 2, but its arrangement and configuration of the U-shaped side piece 5 to completely isolate the Wcklung 6 from the substrate 9 and the Polvol 4, the heat transfer from the windings 6 to To ensure ground 9 and the Polvol 4 and to improve the stability of the windings 6 relative to the Polvol 4.
  • This bolt 7 is passed in the longitudinal direction A through the sheets of Polvols 4 to hold the sheets together.
  • the bolt 7 protrudes at the two ends of the Polvols 4 on the sheets out to engage in at least one of the elements 1, 2, 3, see Fig. 5 to 11 d.
  • the bolt 7 can also be designed so that the ends flush with the outermost sheets of the Polvols 4 at both or at least one end.
  • the bolt 7 should therefore be referred to below as a longitudinal bolt 7.
  • engagement points are provided in the longitudinal bolt 7.
  • the corresponding sheets of Polvols 4 recesses.
  • the pole piece shown has a longitudinal bolt 7 with at most three transversely directed engagement points.
  • two engagement points can be arranged near the two ends of the pole piece such that the two engagement points are spaced as far as possible from each other and the transverse pin 8 can engage securely in the longitudinal bolt 7.
  • a third transverse pin 8 can engage in a third engagement point which is provided approximately centrally in the longitudinal direction A in the longitudinal bolt 7. In this way, the largest possible distances between the cross bolt 8 are possible.
  • the pole shoe has a direct contact with the substrate 9 via the corresponding side of the pole packet 4, so that direct heat conduction from the pole shoe into the substrate 9 takes place.
  • This heat can be caused, for example, by the currents 6 flowing through the current and thereby reach dimensions such that this heat must be dissipated as well as possible in order to avoid overheating and damage to the pole piece.
  • a cooling in the substrate 9 may be provided, which preferably runs directly under the contact areas, i. which extends between the cross bolt 8.
  • the attachment can be achieved by means of For example, only three screws as a cross pin 8 done, but can be performed to achieve the same fastening security as M24 screws.
  • this reduction of the transverse bolts 8 is possible only with constant stability of the attachment, because the sheets of Polvols 4 by the L Lucassbol- zen 7 in the longitudinal direction A are held together.
  • a means for improving the heat conduction such as a thermal paste.
  • the sheets of the pile pack 4 are connected to one another via a weld seam on the underside, ie the side of the pile pack 4 resting on the base 9.
  • a corresponding recess is provided in the sheets or introduced into the composite sheets of Polvolvol 4.
  • the welding material is introduced, that is applied. If this weld is used in addition to the longitudinal bolt 7 according to the invention, then an air-filled intermediate space can form in this recess between the welding material and the substrate 9, which deteriorates the heat conduction between the pile package 4 and the substrate 9.
  • this space is to be filled with a means for improving the heat conduction, such as a thermal paste, in order to avoid a thermally insulating effect of the air trapped in the recess.
  • a material which has a fiber composite material or a glass fiber reinforced plastic (GRP) is used as insulation material in the pole shoe.
  • This material can be provided with an adhesive to produce in this way an adhesive bond between the Polither 4 and the winding 6.
  • the isolation means is to be provided such that it ensures on the one hand the electrical insulation and a good thermal conductivity between the Polither 4 and the winding 6.
  • an insulating means which has a good thermal conductivity in order to best transfer the heat of the heat 6 caused by the exciting current to the polar packet 4 via the insulating means, so that the heat from there, e.g. can be removed via the substrate 9 and its cooling from the pole piece.
  • a thermal compound or the like between PolDP 4 and insulation means and or or between see insulating means and winding 6 are provided.
  • a fiber composite material is used as insulating means, which consists for example of aramid fibers.
  • Aramid fibers are fibers of aramids or aromatic polyamides (polyaramides). These are sold, for example, under the brand names "Nomex” and “Kevlar” by DuPont. These fibers include meta-aramid fibers, which are specifically used for fire protection.
  • aramid paper An application of these aramid fibers as aramid paper is the use as electrical insulation eg in electric motors or as layer insulation in transformers.
  • This Paper is very thin and at the same time very stable. Due to its paper properties, for example, it can be impregnated with resin such as epoxy or even coated with adhesive to obtain an adhesive surface.
  • an insulating agent can be created by means of an aramid paper, which can withstand high mechanical loads at low thickness and low weight and can be provided at the same time adhesive.
  • shear forces can occur due to the changing centrifugal forces which can act on the winding 6 at different generator rotational speeds, which must be absorbed by the insulating means.
  • Such a slightly conductive connection can lead to flashovers between Polvol 4 and winding 6, which would then expand the connection, so that the isolation would no longer exist. Therefore, a material such as the aramid paper is advantageous as an insulating material, the mechanical stability of a suitable thickness of the insulating material can withstand such punctual and sharp loads such as welding picks.
  • the PolDP 4 of the pole piece is made of sheets. These sheets can be held together by the longitudinal bolt 7 or via other measures and means.
  • the aramid paper is to be cut in order to be adapted to the geometry of the pile packet 4 and of the winding 6.
  • the aramid paper is impregnated with the resin or coated with an adhesive and allowed to dry if necessary, so that the resin or the adhesive adheres in or to the paper.
  • the impregnated aramid paper can also be compressed under heating to obtain a desired geometry. In this case, the compression of a small thickness of the aramid paper can be achieved.
  • the aramid paper can thereby be given a stable geometry, for example with angled edges in the longitudinal direction A, to achieve a U-shaped profile of the insulating means, whereby the winding 6 in the U-shaped insulating means can be taken and so a corresponding geometry of the Polvols 4 and the side piece 5, ie with outstanding edges for receiving the winding 6, partially or completely eliminated.
  • the aramid paper is placed as insulating material around the flanks of Polvols 4. At the ends of the Polvols 4 can be made by the element 1 isolation. Then, the coil 6 is wound on the adhesive aramid paper so that the coils adhere to the aramid paper, which in turn adheres to the pole pack 4.
  • Fig. 5 shows a first perspective detail view of one end of the pole piece. It is the Polvol 4 shown with a recess extending in the longitudinal direction A, in which the longitudinal bolt 7 can be inserted (not shown).
  • a first element 3 is added, which should be referred to as additional package 3.
  • the additional package 3 is adapted to the geometry of the Polvols 4 and represents the outermost plate of the Polvols 4.
  • the additional package 3, however, at the same time has a recess on the side so that the element 3, i. the edge rounding 1 (see FIGS. 8 to 11 d) can be slipped over this edge of the additional package 3. In other words, the additional package 3 is not adapted to the sweep of the Polvols 4 executed.
  • Fig. 6 shows a second perspective detail view of one end of the pole piece.
  • a second element 2 is added, which should be designated as a pressure piece 2.
  • the pressure piece 2 is adapted to the geometry of the additional package 3, wherein the pressure piece 2 is designed shorter than the additional package 3 in the upper region, so that the additional package 3 is shown protruding beyond the pressure piece 2.
  • the pressure piece 2 lifts in the upper region of the underlying additional package 3, so that the edge rounding 1 can be slipped over both side and in the upper area on the pressure piece 2 over.
  • Fig. 7 shows a third perspective detail view of one end of the pole piece.
  • the longitudinal bolt 7 has been inserted into the recess, which penetrates both the sheets of Polvols 4 and the additional package 3 and the pressure piece 2 in the same way. In this way, the sheets of Polvols 4, the additional package 3 and the pressure piece 2 are held together by the longitudinal bolt 7.
  • the longitudinal bolt 7 centers the additional package 3 and the pressure piece 2.
  • the pressure piece 2 is welded to the longitudinal bolt 7.
  • Fig. 8 shows a fourth perspective detail view of one end of the pole piece. In this illustration, the end is completed by means of a third element 1, which shall be referred to as edge rounding 1.
  • edge rounding 1 a flat and smooth surface of the Polvols 4 can be created so that even at the two ends of the Polvols 4, the windings 6 can rest smoothly and safely.
  • the edge rounding 1 prevents damage to the winding 6 which could occur due to sharp edges or creases in the underground under the winding 6, ie at the end-side elements 1, 2, 3 of the pile packet 4.
  • the welded joint between the pressure piece 2 and the longitudinal bolt 7 is covered by the edge rounding 1.
  • the insulation means may be wrapped around the ends of the pile packet 4, i. Be performed over the edge rounding 1, so that even damage to the insulation means by a smooth edge rounding 1 can be avoided.
  • the edge rounding 1 itself can be provided of an insulating material, so that in this area, if appropriate, the insulating agent can be omitted in order to save material and time in the production.
  • edge rounding 1 shows a perspective detailed view of an edge rounding 1 from the front in a first embodiment.
  • 10 shows a perspective detail view of an edge rounding 1 from the rear in the first embodiment.
  • the edge rounding 1 is designed so that it can completely enclose the additional package 3 and the pressure piece 2 laterally in order to produce a flat and smooth surface with respect to the insulating means and the winding 6.
  • the edge rounding 1 has excellent edges at the top and bottom to hold the coil 6 in these directions, e.g. against centrifugal forces occurring in rotating operation.
  • the edge rounding 1 has a recess 1 a, in which a band can be guided in order to adjust the end of the Wcklung 6.
  • the combination of the elements 1, 2, 3, ie the additional package 3, the pressure piece 2 and the edge rounding 1, is provided. So far, it has been known to provide a header to complete the end of the laminated Polvols 4. In this case, no longitudinal bolt 7 has been used and instead fixed the laminated Polvol 4 with several smaller cross bolt 8 on the substrate 9. However, according to the invention, a longitudinal bolt 7 is provided to hold together the sheets of Polvols 4 and to serve as attachment for a few but stronger cross bolt 8, the longitudinal bolt 7 can protrude beyond the outermost sheet of Polvols 4 and must be fixed in this case become. If an end piece is placed on this extension of the pole packet 4, the weight and length of the pole piece are unfavorably increased. For example, an end piece with a thickness of 26 mm would be placed on the end of Polvols 4.
  • the additional package 3 as the outermost plate of the Polvols 4 has, for example, a thickness of 18 mm.
  • the additional package 3 corresponds to a sheet of Polvols 4 with a lateral recess for receiving the Kantenverrundung. 1
  • the pressure piece 2 has, for example, a thickness of 6 mm and serves to fix the longitudinal pin 7.
  • the edge rounding 1 has, for example, a thickness of 3 mm and rounds off the end of the pole piece 4. Due to the arrangement of the edge rounding 1 on the pressure piece 2, the head piece 1, 2 of the Polvols invention 4 has a total thickness of 9 mm.
  • 11 a shows a perspective detail view of an edge rounding 1 from the front in a second embodiment.
  • 11 b shows a plan view of an edge rounding 1 in the second embodiment.
  • 11 c shows a front view of an edge rounding 1 in the second embodiment.
  • Fig. 11d shows a detailed view of an edge rounding 1 in the second embodiment.
  • the edge rounding 1 has an indentation, ie the edge rounding 1 is concave so that it can receive the winding 6 in the recess of the concavity. In this way, a displacement of the Wcklung 6 against the edge rounding 1 can be counteracted, which can occur by the centrifugal forces during rotation of the pole piece, for example on the rotor of a generator. Due to the geometry of the edge rounding 1, the winding 6 is held in the depression of the concave surface even if the winding 6 expands by heat and is arranged looser around the pole packet 4 than in the cooled and tensioned state.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polschuh, insbesondere eines Generators,mit einem Polpaket (4), das geblecht ausgeführt ist, wenigstens einer Wicklung (6), die um das Polpaket (4) herum angeordnet ist, und einem Körper (7), der das geblechte Polpaket (4) in dessen Längsrichtung (A) durchdringt und der mehrere quer gerichtete Eingriffsstellen, vorzugsweise höchstens drei quer gerichtete Eingriffsstellen, aufweist, in die jeweils ein Haltemittel (8) eingreifen kann, um den Polschuh auf einem Untergrund (9), insbesondere dem Rotor oder Stator eines Generators, zu befestigen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Polschuh, insbesondere eines Generators, mit einem Polpaket (4), das geblecht ausgeführt ist, wenigstens einer Wicklung (6), die um das Polpaket (4) herum angeordnet ist, und einem Isolationsmittel (5), welches zwischendem Polpaket (4) und der Wicklung (6) angeordnet ist, wobei das Isolationsmittel (5) einen Faserverbundwerkstoff aufweist, und wobei das Isolationsmittel (5) eine Klebeverbindung zwischen dem Polpaket (4) und der Wicklung (6) erzeugt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Polschuh, insbesondere eines Generators, mit einem Polpaket (4), das geblecht ausgeführt ist, wenigstens einer Wicklung (6), die um das Polpaket (4) herum angeordnet ist, und wenigstens einem Endstück (1), das an wenigstens einem Ende des Polpakets (4) in dessen Längsrichtung (A) zwischen Polpaket (4) und Wicklung (6) vorgesehen ist, wobei das Endstück (1) abgerundete Kanten aufweist, um einen kantenfreien Übergang zwischen Endstück (1) und Polpaket (4) für die Wicklung zu schaffen.

Description

Polschuh eines Generators, vorzugsweise eines Generators einer Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polschuh, insbesondere einen Polschuh eines Generators.
Ein Polschuh ist ein Bauteil aus einem Material mit hoher Permeabilität wie zum Beispiel Eisen. Der Polschuh dient dazu, die magnetischen Feldlinien eines Permanentmagneten oder einer Wicklung in einer definierten Form heraustreten zu lassen und zu verteilen. Beispielsweise wird in einem Elektromotor das magnetische Erregerfeld durch einen Polschuh kreissegmentförmig auf den Anker verteilt. Dadurch wird der Verlauf der Flussdichte entlang des Ankerumlaufes homogenisiert. Dabei kann nicht nur der Stator Polschuhe besitzen, sondern auch der Anker von Gleichstrommotoren oder der Rotor (Läu- fer) von Turbogeneratoren. Die Polschuhe elektrisch erregter Wechsel-/Drehstromma- schinen sowie der Anker von Gleichstrommotoren werden dabei i. Allg. geblecht ausgeführt, um Wrbelstromverluste zu vermeiden.
In Wndenergieanlagen werden Drehstrom-Asynchron-Generatoren oder Drehstrom-Syn- chron-Generatoren eingesetzt, die jeweils Polschuhe im Rotor bzw. Stator aufweisen. Aufgrund der zunehmenden Größe der Generatoren von Wndenergieanlagen und der damit einhergehenden steigenden Belastung stoßen die bekannten Ausführungsformen der Polschuhe in mechanischer und thermischer Hinsicht an ihre Belastungsgrenzen.
Als Stand der Technik geht die Erfindung aus von den Dokumenten
DE 198 59 065 A1 , US 3,445,702 A, DE 951 943 B, DE 10 2006 029 628 A1 , DE 38 04 728 A1 , AT 180 982 B, DE 387 328 A und DE 19 1 1 596 U.
Es wird aber gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nicht besonders geeignet sind einen Polschuh eines Generators einer Wndenergieanlage so auszubilden, dass über den langen Zeitraum der Betriebszeit der Wndenergieanlage (regelmäßig 20 Jahre und mehr) die Polschuhe sicher auf ihrem Untergrund (z.B. Rotor oder Stator eines Generators) befestigt werden können, so dass im Laufe der Betriebszeit aufgrund der einwirkenden Fliehkräfte es immer wieder vorkommt, dass sich einzelne Polschuhe ganz oder teilweise lösen, was zu erheblichen Problemen im Betrieb der Windenergieanlage führt und im schlimmsten Fall sogar den gesamten Generator zer- stört. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Polschuh, insbesondere eines Generators, insbesondere eines Generators einer Windenergieanlage, in mechanischer und bzw. oder thermischer Hinsicht weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Polschuh, insbesondere eines Genera- tors, mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , Anspruch 5 und Anspruch 7, einem Generator mit den Merkmalen nach Anspruch 1 1 sowie eine Windenergieanlage mit den Merkmalen nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit wird ein Polschuh, insbesondere eines Generators, vorgesehen mit einem Polpa- ket, das geblecht ausgeführt ist, wenigstens einer Wicklung, die um das Polpaket herum angeordnet ist, und einem Körper, der das geblechte Polpaket in dessen Längsrichtung durchdringt und der mehrere quer gerichtete Eingriffsstellen, vorzugsweise höchstens drei quer gerichtete Eingriffsstellen, aufweist, in die jeweils ein Haltemittel eingreifen kann, um den Polschuh auf einem Untergrund, insbesondere dem Rotor oder Stator eines Generators, zu befestigen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Anzahl der Befestigungsstellen des Polschuhs mit dem Untergrund reduziert werden kann. Diese Verbindungsstellen wirken sich störend auf den Untergrund aus, da dieser entsprechende Bohrungen, Bolzen, Schrauben oder dergleichen aufweisen muss. Auch wird die Ausgestaltung des Untergrunds durch die Vorgabe der Befestigungsstellen des Polschuhs eingeschränkt.
Daher werden erfindungsgemäß vorzugsweise höchstens drei Eingriffsstellen in dem Polpaket des Polschuhs vorgesehen. Hierdurch kann der Untergrund freier gestaltet und der Polschuh mit weniger Aufwand dort montiert werden. Auch kann beispielsweise eine Kühlung im Untergrund besser auf den Polschuh wirken, da die Wärmeübertragung von weniger Befestigungsstellen gestört wird. Auch kann die Kühlung im oder unter dem Untergrund näher am Polschuh angeordnet werden, da sie durch weniger Befestigungsstellen weniger in ihrer Anordnung gestört wird. Dabei können vorzugsweise drei Eingriffsstellen in dem Polpaket vorgesehen sein, es können aber auch besonders bevorzugt lediglich zwei Eingriffsstellen oder eine einzige Eingriffsstelle vorgesehen sein. Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die höchstens drei Eingriffsstellen an den Enden und gegebenenfalls in der Mitte des Polpakets vorgesehen. Hierdurch kann eine stabile Befestigung des Polpakets auch mit wenigen Eingriffsstellen und Befestigungsmitteln erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die höchstens drei Eingriffsstellen so vorgesehen, dass über die Flächen des Polschuhs zwischen den Eingriffsstellen Wärme von dem Polschuh an wenigstens einen Kühlbereich im Untergrund, insbesondere im Rotor oder Stator eines Generators, abgegeben werden kann. Auf diese Weise kann durch die Reduzierung der Eingriffsstellen des Polpakets im Zusammenspiel mit einer Kühlung im Untergrund eine verbesserte Kühlung des Polschuhs erreicht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Haltemittel Schrauben, insbesondere der Stärke M24. Durch diese Schrauben kann auf einfache Weise eine Befestigung erfolgen. Auch kann durch die Verwendung stärkerer Schrauben wie beispielsweise M24-Schrau- ben eine sichere Befestigung erfolgen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Polschuh, insbesondere eines Generators, mit einem Polpaket, das geblecht ausgeführt ist, wenigstens einer Wicklung, die um das Polpaket herum angeordnet ist, und einem Isolationsmittel, welches zwischen dem Polpaket und der Wicklung angeordnet ist. Das Isolationsmittel erzeugt eine Klebeverbindung zwischen dem Polpaket und der Wicklung.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Verwendung des Isolationsmittels als Klebeverbindung zu einem sicheren Halt der Wicklung gegenüber dem Polpaket führt, so dass beispielsweise bei dem Rotor eines Generators auftretende Fliehkräfte auf den Polschuh weniger zu einer Verschiebung der Wicklungen gegenüber dem Polpaket führen können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Isolationsmittel einen Faserverbundwerkstoff und bzw. oder einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) auf. Derartige Isolationsmittel sind flexibel, stabil und belastbar. Faserverbundwerkstoffe bzw. glasfaserver- stärkte Kunststoffe (GFK) sind nicht leitend und dienen damit der elektrischen Isolation. Sie sind thermisch gut leitend und können so bei der Verwendung als Isolationsmittel bei einem Polschuh die Wärme aus den Wicklungen in die Bleche weiterleiten, von wo die Wärme dann durch Kühlmaßnahmen abgeleitet werden kann. Ferner können Faserverbundwerkstoff bzw. glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) durch Klebstoff getränkt oder mit Klebstoff beschichtet sein, um eine Klebeverbindung zwischen den Wicklungen und dem Blechpaket des Polschuhs herzustellen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Faserverbundwerkstoff Meta- Aramidfasern auf. Derartige Fasern sind auch als Nomex oder Kevlar bekannt. Diese Fasern sind bei einem vergleichsweise geringen Gewicht und einer geringen Dicke sehr stabil im Vergleich zu Werkstoffen, die herkömmlich als Isolationsmittel eingesetzt wer- den.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Polschuh, insbesondere eines Generators, mit einem Polpaket, das geblecht ausgeführt ist, wenigstens einer Wcklung, die um das Polpaket herum angeordnet ist, und wenigstens einem Endstück, das an wenigstens einem Ende des Polpakets in dessen Längsrichtung zwischen Polpaket und Wicklung vorgesehen ist. Das Endstück weist abgerundete Kanten auf, um einen kantenfreien Übergang zwischen Endstück und Polpaket für die Wcklung zu schaffen.
Vorteilhaft ist dabei, dass durch das abgerundete Endstück eine Beschädigung der Wcklungen und des Isolationsmittels an den Kanten des Polpakets vermieden werden kann. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist bzw. sind das Endstück und bzw. oder ein Seitenstück konkav, d.h. nach innen gewölbt, ausgebildet, um die Wicklung in der Senke der Konkavität aufzunehmen. Hierdurch wird ein Hochwandern der Wcklung z.B. durch angreifende Fliehkräfte vermieden bzw. reduziert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist bzw. weisen das Endstück und bzw. oder das Seitenstück wenigstens eine hervorstehende Kante auf, die parallel zu der Wicklung verläuft. Durch diese Kante kann alternativ oder zusätzlich ein Hochwandern der Wcklungen über die obere Kante des Polpakets hinaus vermieden werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Endstück auf einem Element aufgesetzt auf dem Polpaket vorgesehen. Durch dieses Element kann eine Verbindung zwischen dem äußersten Blech des Polpakets und einer Verbindung der Bleche in Längsrichtung erfolgen, die dann wiederum durch das Endstück glatt und bündig abgeschlossen werden kann, um gegenüber dem Isolationsmittel und der Wcklung eine glatte Oberfläche zu gewährleisten. Ferner wirkt das Endstück auch elektrisch isolierend, da es einen Abstand zwischen den Wicklungen und dem Polpaket definiert. Vorzugsweise ist durch das End- stück ein Abstand von 20 mm vorzusehen, um Kriechströme zu vermeiden. Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf folgende Figuren näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Polschuhs in einem zusammengesetzten Zustand;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Polschuhs in Form einer Explosionszeichnung;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Polschuhs in Form einer Explosionszeichnung;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Polschuhs in dem zusammengesetzten Zustand;
Fig. 5 zeigt eine erste perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs;
Fig. 6 zeigt eine zweite perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs;
Fig. 7 zeigt eine dritte perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs;
Fig. 8 zeigt eine vierte perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs;
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Kantenverrundung von vorne in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Kantenverrundung von hinten in der ersten Ausführungsform;
Fig. 1 1 a zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Kantenverrundung 1 von vorne in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 1 1 b zeigt eine Draufsicht auf eine Kantenverrundung 1 in der zweiten Ausführungsform; Fig. 1 1 c zeigt eine Vorderansicht auf eine Kantenverrundung 1 in der zweiten Ausführungsform; und
Fig. 1 1 d zeigt eine Detailansicht einer Kantenverrundung 1 in der zweiten Ausführungsform. Fig. 1 zeigt eine Perspektive Ansicht eines Polschuhs in einem zusammengesetzten Zustand. In dieser Darstellung ist der obere Bereich des Polpakets 4 zu erkennen, der von einer Wicklung 6 oder auch einer Vielzahl von Wicklungen 6 umschlossen wird. An den beiden Enden des Polpakets 4 sind die oberen Enden des jeweiligen Endstücks 1 zu erkennen. Der Polschuh ist auf einem Untergrund 9 befestigt dargestellt. Der Untergrund 9 kann beispielsweise der Rotor oder Stator eines Generators sein.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Polschuhs in Form einer Explosionszeichnung. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Polschuhs in Form einer Explosionszeichnung. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Polschuhs in dem zusammengesetzten Zustand. Das Innere des Polschuhs wird durch eine Vielzahl von Blechen gebildet, die zusammen den Eisenkern des Polschuhs in Form des Polpakets 4 bilden. Durch die geblechte Ausbildung des Polschuhs können Wirbelströme innerhalb des Polschuhs vermieden oder zumindest reduziert werden. Dabei werden die Bleche in der Längsrichtung A aneinander gefügt, um das Polpaket 4 zu bilden. An seiner oberen Kante, d.h. an seiner dem Untergrund 9 abgewandten Seite, ist das Polpaket 4 mit einem Vorsprung ausgestaltet, der über die Wicklungen 6 seitlich herüber ragt, um diese in radialer Richtung bzgl. des Untergrunds 9 zu halten.
In der Fig. 2 ist ferner ein U-förmiges Seitenstück 5 gezeigt, das zwischen dem Polpaket 4 und den Wicklungen 6 vorgesehen werden kann. Das Seitenstück 5 ist U-förmig, d.h. mit zwei abgewinkelten Kanten oben und unten, ausgeführt, um ebenfalls über die Wicklungen 6 seitlich herüber zu ragen und diese in radialer Richtung bzgl. des Untergrunds 9 zu halten. Dabei ist lediglich die obere Kante des U-förmigen Seitenstücks 5 erforderlich, um radialen Fliehkräften entgegenzuwirken, weshalb das U-förmige Seitenstück 5 auf L- förmig ausgeführt sein könnte, d.h. mit einer abgewinkelten Kante oben. Somit kann ein solcher, über die Wicklungen 6 hinaus ragender Vorsprung entweder durch die obere Kante des Polpakets 4 oder durch die obere Kante des U-förmigen Seitenstücks 5 gebildet werden oder es können beide Elemente 4, 5 mit entsprechenden Vorsprüngen gemeinsam vorgesehen werden. Um das geblechte Polpaket 4 herum ist ein Isolationsmittel vorgesehen. Um das Isolationsmittel wird die Wicklung 6 angeordnet. Das Isolationsmittel isoliert das Polpaket 4 und die Wcklung 6 elektrisch gegeneinander. Ferner kann das Isolationsmittel zu einer guten Wärmeübertragung von den stromdurchflossenen Wcklungen 6 zu dem Polpaket 4 beitragen und als klebendes Isolationsmaterial die Stabilität der Wicklungen 6 gegenüber dem Polpaket 4 unterstützen, d.h. zusätzlich oder alternativ zu den oberen Kanten des Polpakets 4 und bzw. oder der oberen Kante des Seitenstücks 5 radialen Kräften entgegenwirken.
Das Isolationsmittel ist in der Darstellung der Fig. 2 nicht dargestellt, doch entspricht seine Anordnung und Ausgestaltung der des U-förmigen Seitenstücks 5, um die Wcklung 6 vollständig gegenüber dem Untergrund 9 und dem Polpaket 4 zu isolieren, die Wärmeübertragung von den Wicklungen 6 zum Untergrund 9 und dem Polpaket 4 zu gewährleisten und die Stabilität der Wicklungen 6 gegenüber dem Polpaket 4 zu verbessern.
An den beiden Enden des Polpakets 4 in Längsrichtung A, d.h. an dessen Stirnflächen, ist jeweils eine Anordnung verschiedener Elemente 1 , 2, 3 vorgesehen, die mit Bezug zu den Fig. 5 bis 11 d näher betrachtet und erläutert werden. Die Elemente 1 , 2, 3 dienen dabei der Aufnahme und Führung der Wicklung 6 an dem jeweiligen Ende des Polpakets 4.
Weiterhin weist der Polschuh einen Körper 7 auf, der beispielsweise als zylindrischer Bolzen 7 ausgebildet sein kann. Dieser Bolzen 7 wird in der Längsrichtung A durch die Bleche des Polpakets 4 hindurchgeführt, um die Bleche zusammenzuhalten. Dabei ragt der Bolzen 7 an den beiden Enden des Polpakets 4 über die Bleche hinaus, um in wenigstens eines der Elemente 1 , 2, 3 einzugreifen, siehe Fig. 5 bis 11 d. Der Bolzen 7 kann allerdings auch so ausgebildet sein, dass der mit den äußersten Blechen des Polpakets 4 an beiden oder wenigstens einem Ende bündig abschließt. Der Bolzen 7 soll daher im Folgenden als Längsbolzen 7 bezeichnet werden. In der Querrichtung des Polschuhs in Richtung des Untergrunds 9 sind Eingriffsstellen in dem Längsbolzen 7 vorgesehen. Hierzu weisen die entsprechenden Bleche des Polpakets 4 Aussparungen auf. In diese Eingriffsstellen des Längsbolzens 7 können Schrauben oder Bolzen 8 durch die Aussparungen des Polpakets 4 hindurch eingreifen, die wiederum auf dem Untergrund 9 vorgesehen sind. Diese quer zur Längsrichtung A eingreifenden Bolzen 8 sollen daher als Querbolzen 8 bezeichnet werden. Ist der Untergrund 9 beispielsweise der Außengurt 9 (Gurt 9) eines Rotors eines Generators, so kann der Polschuh durch die Querbolzen 8 auf diesem befestigt werden.
Erfindungsgemäß weist der dargestellte Polschuh einen Längsbolzen 7 mit höchstens drei quer gerichteten Eingriffsstellen auf. Dabei können beispielsweise zwei Eingriffsstellen nahe den beiden Enden des Polschuhs derart angeordnet sein, dass die beiden Eingriffsstellen möglichst weit voneinander beabstandet sind und die Querbolzen 8 mit sicherem Halt in den Längsbolzen 7 eingreifen können. Gegebenenfalls kann ein dritter Querbolzen 8 in eine dritte Eingriffsstelle eingreifen, die ungefähr mittig in der Längsrich- tung A im Längsbolzen 7 vorgesehen ist. Auf diese Weise werden möglichst große Abstände zwischen den Querbolzen 8 ermöglicht. In diesen Zwischenräumen hat der Polschuh über die entsprechende Seite des Polpakets 4 einen direkten Kontakt mit dem Untergrund 9, so dass eine direkte Wärmeleitung von dem Polschuh in den Untergrund 9 erfolgt. Diese Wärme kann beispielsweise durch die stromdurchflossenen Wcklungen 6 hervorgerufen werden und dabei Ausmaße erreichen, dass diese Wärme möglichst gut abgeführt werden muss, um eine Überhitzung und Beschädigung des Polschuhs zu vermeiden. Hierzu sind möglichst viele und durchgehende Kontaktflächen zwischen den Polpaket 4 und dem Untergrund 9 vorteilhaft, um die Wärme an den Untergrund 9 abzuführen. Dabei kann beispielsweise eine Kühlung in dem Untergrund 9 vorgesehen sein, die vorzugsweise direkt unter den Kontaktbereichen verläuft, d.h. die zwischen den Querbolzen 8 verläuft.
Daher ist es vorteilhaft und erstrebenswert, den Polschuh mit möglichst wenig Querbolzen 8 auf dem Untergrund 9 befestigen zu können, da hierdurch die Bereiche vergrößert werden, in denen eine Kühlung im Untergrund 9 direkt an den Kontaktflächen zwischen Polpaket 4 und Untergrund 9 vorgesehen werden kann. Wurden beispielsweise bisher Polschuhe bei den Generatoren von Wndenergieanlagen am Rotor mit zehn M12- Schrauben als Querbolzen 8 befestigt, so kann erfindungsgemäß die Befestigung durch lediglich beispielsweise drei Schrauben als Querbolzen 8 erfolgen, die jedoch zur Erreichung der gleichen Befestigungssicherheit als M24-Schrauben ausgeführt sein können. Diese Reduzierung der Querbolzen 8 ist jedoch lediglich dadurch bei gleichbleibender Stabilität der Befestigung möglich, weil die Bleche des Polpakets 4 durch den Längsbol- zen 7 in der Längsrichtung A zusammengehalten werden.
Ein solcher längs verlaufender Bolzen 7 wurde bisher nicht verwendet, da mittels der mehreren kleineren M12-Sch rauben als Querbolzen 8 die stabile Befestigung des Polschuhs 4 auf dem Untergrund 9 auch ohne den Längsbolzen 7 möglich war. Wird jedoch die Befestigung des Polpakets 4 auf dem Untergrund 9 mit weniger Querbolzen 8 durch- geführt, so führt dies zu einer geringen Stabilität zwischen den einzelnen Blechen des Polpakets 4, die durch den Längsbolzen 7 wieder ausgeglichen wird. Dies bedeutet, dass durch die Anordnung des Längsbolzens 7 und der höchstens drei Querbolzen 8 eine vergleichbare Stabilität des Polpakets 4 gegenüber dem Untergrund 9 erreicht werden kann wie bisher mit beispielweise zehn kleineren Querbolzen 8, die über die Länge des Polpakets 4 verteilt angeordnet sind. Jedoch ermöglichen die hierdurch vergrößerten Freiräume zwischen den einzelnen wenigen Querbolzen 8 eine verbesserte Wärmeübertragung auf den Untergrund 9 und damit eine verbesserte Kühlungsmöglichkeit des Polpakets 4 und damit auch der Wicklungen 6.
Um diese Wärmeleitung zwischen dem Polpaket 4 und dem Untergrund 9 zu verbessern, kann zwischen dem Polpaket 4 und dem Untergrund 9 ein Mittel zur Verbesserung der Wärmeleitung wie beispielsweise eine Wärmeleitpaste vorgesehen sein.
Ferner ist zu beachten, dass herkömmlich die Bleche des Polpakets 4 über eine Schweißnaht an der Unterseite, d.h. der auf dem Untergrund 9 aufliegenden Seite des Polpakets 4, miteinander verbunden werden. Hierzu wird in den Blechen eine entspre- chende Aussparung vorgesehen oder in die zusammengesetzten Bleche des Polpakets 4 eingebracht. In die Aussparung wird dann das Schweißmaterial eingebracht, d.h. aufgetragen. Wird diese Schweißnaht zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Längsbolzen 7 verwendet, so kann sich in dieser Aussparung zwischen dem Schweißmaterial und dem Untergrund 9 ein luftgefüllter Zwischenraum ausbilden, der die Wärmeleitung zwischen dem Polpaket 4 und dem Untergrund 9 verschlechtert. Daher ist insbesondere dieser Zwischenraum mit einem Mittel zur Verbesserung der Wärmeleitung wie beispielsweise einer Wärmeleitpaste auszufüllen, um eine thermisch isolierende Wrkung der in der Aussparung eingeschlossen Luft zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird bei dem Polschuh als Isolationsmittel ein Material verwendet, das einen Faserverbundwerkstoff oder einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) aufweist. Dieses Material kann mit einem Klebemittel versehen werden, um auf diese Art und Weise eine Klebeverbindung zwischen dem Polpaket 4 und der Wicklung 6 zu erzeugen. Dabei ist das Isolationsmittel derart vorzusehen, dass es zum einen die elektrische Isolation sowie eine gute thermische Leitfähigkeit zwischen dem Polpaket 4 und der Wicklung 6 gewährleistet. Zum anderen soll gleichzeitig eine derartige Klebewirkung zwischen dem Polpaket 4 und der Wicklung 6 erreicht werden, dass die Wcklung 6 gegenüber dem Polpaket 4 nicht beweglich ist. Eine derartige Relativbewegung kann z.B. beim Einsatz des Polschuhs im Rotor eines Generators durch die Fliehkräfte hervorgerufen werden. Hierdurch kann sich im schlimmsten Fall die Wicklung 6 zumindest teilweise vom Polpaket 4 in radialer Richtung, d.h. senkrecht zum Untergrund 9, lösen, wodurch der Polschuh seine Wirkung verliert bzw. in dieser zumindest reduziert wird und die Umgebung durch die gelöste Wcklung 6 beschädigt werden kann. Um ein solches Ablösen im Betrieb zu vermeiden, kann neben weiteren mechanischen Maßnahmen eine Klebeverbindung durch das Isolationsmittel erzeugt werden, dass dieser Fall des Ablösens auch bei starken Fliehkräften und anhaltendem Betrieb sicher vermieden oder zumindest dessen Eintrittswahrscheinlichkeit reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorteilhaft, ein Isolationsmittel zu verwenden, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, um die Wärme der Wcklung 6, die durch den Erregerstrom hervorgerufen wird, bestmöglich über das Isolationsmittel an das Polpaket 4 zu übertragen, damit die Wärme von dort z.B. über den Untergrund 9 und dessen Kühlung aus dem Polschuh abgeführt werden kann. Hierzu kann optional auch eine Wärmeleitpaste oder dergleichen zwischen Polpaket 4 und Isolationsmittel und bzw. oder zwi- sehen Isolationsmittel und Wicklung 6 vorgesehen werden.
Erfindungsgemäß wird als Isolationsmittel ein Faserverbundwerkstoff verwendet, der beispielsweise aus Aramidfasern besteht. Aramidfasern sind Fasern aus Aramiden oder aromatischen Polyamiden (Polyaramiden). Diese werden beispielsweise unter den Markennamen „Nomex" und „Kevlar" von der Firma DuPont vertrieben. Zu diesen Fasern gehören die Meta-Aramidfasern, die speziell für den Brandschutz eingesetzt werden.
Eine Anwendung dieser Aramidfasern als Aramidpapier ist die Verwendung als Elektro- Isolation z.B. bei Elektromotoren oder als Lagenisolation in Transformatoren. Dieses Papier ist sehr dünn und gleichzeitig sehr stabil. Aufgrund seiner Papiereigenschaften kann es beispielsweise mit Harz wie z.B. Epoxidharz getränkt oder auch mit Klebstoff beschichtet werden, um eine klebende Oberfläche zu erhalten.
Somit kann mittels eines Aramidpapiers ein Isolationsmittel geschaffen werden, welches bei geringer Dicke und geringem Gewicht hohe mechanische Belastungen aushalten kann und gleichzeitig klebend vorgesehen werden kann. Hierbei können durch die wechselnden Fliehkräfte, die auf die Wicklung 6 bei unterschiedlichen Generatorumdrehungsgeschwindigkeiten wirken können, Scherkräfte auftreten, die durch das Isolationsmittel aufgenommen werden können müssen. Dabei ist auch zu beachten, dass auf einem Polpaket 4 durch den Herstellungsprozess Schweißpickel auftreten können, die das Isolationsmaterial durchdringen und dadurch eine leitende Verbindung zwischen Polpaket 4 und Wicklung 6 herstellen können. Eine solche geringfügig leitende Verbindung kann zu Überschlägen zwischen Polpaket 4 und Wicklung 6 führen, die dann die Verbindung ausweiten würden, so dass die Isolation nicht mehr gegeben wäre. Daher ist als Isolationsmaterial ein Material wie beispielsweise das Aramidpapier vorteilhaft, dessen mechanische Stabilität bei einer geeigneten Dicke des Isolationsmaterials auch derartigen punktuellen und spitzen Belastungen wie Schweißpickel widerstehen kann.
Die Herstellung eines Polschuhs mit einem Isolationsmittel, das ein harzgetränktes oder klebstoffbeschichtetes Aramidpapier aufweist, kann wie folgt erfolgen:
Zunächst ist das Polpaket 4 des Polschuhs aus Blechen herzustellen. Dabei können diese Bleche durch den Längsbolzen 7 oder auch über andere Maßnahmen und Mittel zusammengehalten werden. Als weiterer Schritt ist das Aramidpapier zuzuschneiden, um der Geometrie des Polpakets 4 und der Wicklung 6 angepasst zu sein. Dann ist das Aramidpapier mit dem Harz zu tränken oder mit einem Klebstoff zu beschichten und gegebenenfalls trocknen zu lassen, damit das Harz bzw. der Klebstoff in bzw. an dem Papier haften bleibt. Hierzu kann das getränkte Aramidpapier auch unter Erwärmung zusammengedrückt werden, um eine gewünschte Geometrie zu erhalten. Dabei kann durch das Zusammendrücken auch eine geringe Dicke des Aramidpapiers erreicht wer- den. Auch kann dem Aramidpapier hierdurch eine stabile Geometrie beispielsweise mit angewinkelten Kanten in Längsrichtung A gegeben werden, um ein U-förmiges Profil des Isolationsmittels zu erreichen, wodurch die Wicklung 6 in dem U-förmigen Isolationsmittel aufgenommen werden kann und so eine entsprechende Geometrie des Polpakets 4 und des Seitenstücks 5, d.h. mit hervorragenden Kanten zur Aufnahme der Wicklung 6, teilweise oder vollständig entfallen kann.
Dann wird das Aramidpapier als Isolationsmaterial um die Flanken des Polpakets 4 gelegt. An den Enden des Polpakets 4 kann eine Isolation durch das Element 1 erfolgen. Dann wird die Wicklung 6 auf das klebende Aramidpapier herum gewickelt, so dass die Wicklungen an dem Aramidpapier anhaften, welches wiederum auf dem Polpaket 4 klebt.
Fig. 5 zeigt eine erste perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs. Es ist das Polpaket 4 dargestellt mit einer in Längsrichtung A verlaufenden Aussparung, in die der Längsbolzen 7 eingefügt werden kann (nicht dargestellt). Auf das Ende des Polpakets 4 ist ein erstes Element 3 angefügt, welches als Zusatzpaket 3 bezeichnet werden soll. Das Zusatzpaket 3 ist der Geometrie des Polpakets 4 angepasst ausgestaltet und stellt das äußerste Blech des Polpakets 4 dar. Das Zusatzpaket 3 weist jedoch gleichzeitig seitlich eine Aussparung derart auf, dass das Element 3, d.h. die Kantenverrundung 1 (siehe Fig. 8 bis 11 d) über diese Kante des Zusatzpakets 3 herübergestülpt werden kann. In anderen Worten ist das Zusatzpaket 3 nicht an die Pfeilung des Polpakets 4 angepasst ausgeführt.
Fig. 6 zeigt eine zweite perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs. Auf das Zusatzpaket 3 ist ein zweites Element 2 angefügt, welches als Druckstück 2 bezeich- net werden soll. Das Druckstück 2 ist der Geometrie des Zusatzpakets 3 angepasst, wobei das Druckstück 2 im oberen Bereich kürzer als das Zusatzpaket 3 ausgestaltet ist, so dass das Zusatzpaket 3 über das Druckstück 2 hinausragend dargestellt ist. Hierdurch hebt sich das Druckstück 2 im oberen Bereich von dem darunterliegenden Zusatzpaket 3 ab, so dass die Kantenverrundung 1 sowohl seitlich als auch im oberen Bereich über das Druckstück 2 herüber gestülpt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine dritte perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs. In dieser Darstellung ist der Längsbolzen 7 in die Aussparung eingefügt worden, die sowohl die Bleche des Polpakets 4 als auch das Zusatzpaket 3 und das Druckstück 2 in gleicher Weise durchdringt. Auf diese Weise werden die Bleche des Polpakets 4, das Zusatzpaket 3 und das Druckstück 2 durch den Längsbolzen 7 zusammengehalten. Dabei zentriert der Längsbolzen 7 das Zusatzpaket 3 und das Druckstück 2. Zur Sicherung des Aufbaus wird das Druckstück 2 mit dem Längsbolzen 7 verschweißt. Fig. 8 zeigt eine vierte perspektivische Detailansicht eines Endes des Polschuhs. In dieser Darstellung ist das Ende mittels eines dritten Elements 1 , welches als Kantenverrundung 1 bezeichnet werden soll, abgeschlossen. Durch diesen Abschluss mittels der Kantenverrundung 1 kann eine ebene und glatte Oberfläche des Polpakets 4 geschaffen werden, so dass auch an den beiden Enden des Polpakets 4 die Wicklungen 6 glatt und sicher anliegen können. Anders herum ausgedrückt verhindert die Kantenverrundung 1 eine Beschädigung der Wicklung 6, die durch scharfe Kanten oder Knicke im Untergrund unter der Wicklung 6, d.h. an den endseitigen Elementen 1 , 2, 3 des Polpakets 4, auftreten könnten. Dabei wird beispielsweise die Schweißverbindung zwischen Druckstück 2 und Längsbolzen 7 durch die Kantenverrundung 1 abgedeckt.
Auch kann das Isolationsmittel um die Enden des Polpakets 4 herum, d.h. über die Kantenverrundung 1 , ausgeführt werden, so dass auch eine Beschädigung des Isolationsmittels durch eine glatte Kantenverrundung 1 vermieden werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Kantenverrundung 1 selbst aus einem isolierenden Material vorgese- hen sein, so dass in diesem Bereich gegebenenfalls das Isolationsmittel weggelassen werden kann, um Material und Zeit bei der Herstellung zu sparen.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Kantenverrundung 1 von vorne in einer ersten Ausführungsform. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Kantenverrundung 1 von hinten in der ersten Ausführungsform. Dabei ist zu erkennen, dass die Kantenverrundung 1 so ausgeführt ist, dass sie das Zusatzpaket 3 und das Druckstück 2 seitlich vollständig umschließen kann, um gegenüber dem Isolationsmittel und der Wicklung 6 eine ebene und glatte Oberfläche zu erzeugen. Ferner weist die Kantenverrundung 1 oben und unten hervorragende Kanten auf, um die Wicklung 6 in diesen Richtungen halten zu können, z.B. gegen im rotierenden Betrieb auftretende Fliehkräfte. Ferner weist die Kantenverrundung 1 eine Aussparung 1 a auf, in der ein Band geführt werden kann, um das Ende der Wcklung 6 zu justieren.
Erfindungsgemäß wird dabei die Kombination der Elemente 1 , 2, 3, d.h. das Zusatzpaket 3, das Druckstück 2 und die Kantenverrundung 1 , vorgesehen. Bisher war es bekannt, ein Kopfstück vorzusehen, um das Ende des geblechten Polpakets 4 abzuschließen. Dabei wurde bisher kein Längsbolzen 7 verwendet und stattdessen das geblechte Polpaket 4 mit mehreren kleineren Querbolzen 8 am Untergrund 9 befestigt. Wird nun erfindungsgemäß jedoch ein Längsbolzen 7 vorgesehen, um die Bleche des Polpakets 4 zusammenzuhalten und um als Befestigung für wenige aber stärkere Querbolzen 8 zu dienen, so kann der Längsbolzen 7 über das äußerste Blech des Polpakets 4 hinaus ragen und muss in diesem Fall dort fixiert werden. Wird auf diese Verlängerung des Polpakets 4 ein Endstück aufgesetzt, so werden Gewicht und Länge des Polschuhs unvorteilhaft erhöht. Beispielsweise würde ein Endstück mit einer Dicke von 26 mm auf das Ende des Polpakets 4 aufgesetzt werden.
Daher wird erfindungsgemäß eine Kombination von mehreren Elementen 1 , 2, 3 am Ende des Polpakets 4 als Endstück vorgesehen. Das Zusatzpaket 3 als äußerstes Blech des Polpakets 4 weist beispielsweise eine Dicke von 18 mm auf. Das Zusatzpaket 3 entspricht einem Blech des Polpakets 4 mit einer seitlichen Aussparung zur Aufnahme der Kantenverrundung 1 . Das Druckstück 2 weist beispielsweise eine Dicke von 6 mm auf und dient der Fixierung des Längsbolzens 7. Die Kantenverrundung 1 weist beispielsweise eine Dicke von 3 mm auf und rundet das Ende des Polpakets 4 ab. Durch die Anordnung der Kantenverrundung 1 über das Druckstück 2 weist das erfindungsgemäße Kopfstück 1 , 2 des Polpakets 4 eine Gesamtdicke von 9 mm auf.
Durch diese Reduzierung der Dicke des Kopfstücks wird eine Materialersparnis gegenüber dem bisherigen Kopfstück erreicht, die sich auf das verwendete Kupfer auswirkt, da das bisherige Kopfstück aus Kupfer gefertigt wurde. Dabei kann pro Polschuh eine Mate- rialersparnis bei dem betrachteten Polschuh eines Generators einer Wndenergieanlage von 2,31 kg erreicht werden. Bei 72 Polschuhen können hierdurch 166,3 kg Kupfer eingespart werden.
Fig. 11a zeigt eine perspektivische Detailansicht einer Kantenverrundung 1 von vorne in einer zweiten Ausführungsform. Fig. 11 b zeigt eine Draufsicht auf eine Kantenverrun- dung 1 in der zweiten Ausführungsform. Fig. 11 c zeigt eine Vorderansicht auf eine Kantenverrundung 1 in der zweiten Ausführungsform. Fig. 11 d zeigt eine Detailansicht einer Kantenverrundung 1 in der zweiten Ausführungsform.
In dieser zweiten Ausführungsform weist die Kantenverrundung 1 eine Einbauchung auf, d.h. die Kantenverrundung 1 ist konkav so ausgeführt, dass sie die Wicklung 6 in der Senke der Konkavität aufnehmen kann. Hierdurch kann einer Verschiebung der Wcklung 6 gegenüber der Kantenverrundung 1 entgegengewirkt werden, die durch die Fliehkräfte bei einer Drehung des Polschuhs, z.B. auf dem Rotor eines Generators, auftreten kann. Durch die Geometrie der Kantenverrundung 1 wird die Wicklung 6 auch dann, falls sich die Wicklung 6 durch Wärme ausdehnt und lockerer um das Polpaket 4 angeordnet ist als im abgekühlten und gespannten Zustand, in der Senke der konkaven Fläche gehalten.
Dahingegen würde auf einer geraden Fläche die Gefahr bestehen, dass die Wicklung 6, beispielsweise durch sich wiederholendes Ausweiten bei Erwärmung und Verengen bei Abkühlung bei gleichzeitig auftretenden Fliehkräften, nach und nach von dem Polpaket 4 herunter wandern würde. Diesem Fall kann durch die konkave Ausgestaltung der Kantenverrundung 1 entgegengewirkt werden. Dabei ergänzt sich diese Ausgestaltung mit dem Verkleben der Wicklung 6 gegenüber dem Polpaket 4 durch das klebende Isolati- onsmittel und die U-förmige Ausformung des Seitenstücks 5, welches durch seine ebenfalls konkave Ausgestaltung eine vergleichbare Wrkung an den Seiten des Polschuhs aufweist wie die zuvor beschriebene konkave Ausgestaltung der Kantenverrundung 1 an den Enden des Polschuhs.

Claims

A n s p r ü c h e
1 . Polschuh, insbesondere eines Generators, mit
einem Polpaket (4), das geblecht ausgeführt ist,
wenigstens einer Wicklung (6), die um das Polpaket (4) herum angeordnet ist, und einem Körper (7), der das geblechte Polpaket (4) in Längsrichtung (A) durchdringt und der mehrere quer gerichtete Eingriffsstellen, vorzugsweise höchstens drei quer gerichtete Eingriffsstellen, aufweist, in die jeweils ein Haltemittel (8) eingreifen kann, um den Polschuh auf einem Untergrund (9), insbesondere dem Rotor oder Stator eines Generators, zu befestigen.
2. Polschuh nach Anspruch 1 ,
wobei die höchstens drei Eingriffsstellen an den Enden und gegebenenfalls in der Mitte des Polpakets (4) vorgesehen sind.
3. Polschuh nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die höchstens drei Eingriffsstellen so vorgesehen sind, dass über die Flächen des Polschuhs zwischen den Eingriffsstellen Wärme von dem Polschuh an wenigstens einen Kühlbereich im Untergrund (9), insbesondere im Rotor oder Stator eines Generators, abgegeben werden kann.
4. Polschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Haltemittel (8) Schrauben, insbesondere der Stärke M24, sind.
5. Polschuh, insbesondere eines Generators, mit
einem Polpaket (4), das geblecht ausgeführt ist,
wenigstens einer Wicklung (6), die um das Polpaket (4) herum angeordnet ist, und einem Isolationsmittel, welches zwischen dem Polpaket (4) und der Wcklung (6) angeordnet ist,
wobei das Isolationsmittel eine Klebeverbindung zwischen dem Polpaket (4) und der Wicklung (6) erzeugt.
6. Polschuh nach Anspruch 5,
wobei das Isolationsmittel einen Faserverbundwerkstoff und/oder einen glasfaserverstärkten Kunststoff aufweist.
7. Polschuh nach Anspruch 6,
wobei der Faserverbundwerkstoff Meta-Aramidfasern aufweist.
8. Polschuh, insbesondere eines Generators, mit
einem Polpaket (4), das geblecht ausgeführt ist,
wenigstens einer Wicklung (6), die um das Polpaket (4) herum angeordnet ist, und wenigstens einem Endstück (1 ), das an wenigstens einem Ende des Polpakets (4) in dessen Längsrichtung (A) zwischen Polpaket (4) und Wcklung (6) vorgesehen ist, wobei das Endstück (1) abgerundete Kanten aufweist, um einen kantenfreien
Übergang zwischen Endstück (1 ) und Polpaket (4) für die Wicklung zu schaffen.
9. Polschuh nach Anspruch 8,
wobei das Endstück (1) und/oder ein Seitenstück (5) konkav, d.h. nach innen gewölbt, ausgebildet ist/sind, um die Wcklung (6) in der Senke der Konkavität aufzunehmen.
10. Polschuh nach Anspruch 8 oder 9,
wobei das Endstück (1) und/oder das Seitenstück (5) wenigstens eine hervorstehende Kante aufweist/aufweisen, die parallel zu der Wicklung (6) verläuft.
1 1 . Polschuh nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei das Endstück (1) auf einem Element (2) aufgesetzt auf dem Polpaket (4) vorgesehen wird.
12. Generator, mit
einem Polschuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Windenergieanlage, mit
einem Generator nach Anspruch 12.
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