WO2019038421A1 - Generatorläufer und generatorstator sowie generator und windenergieanlage damit und verfahren zum transportieren eines generators - Google Patents

Generatorläufer und generatorstator sowie generator und windenergieanlage damit und verfahren zum transportieren eines generators Download PDF

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Jan Carsten Ziems
Wojciech GIENGIEL
Mats VOLLES
Michael Freese
Wilko Gudewer
Jan-Phillip KÖHLER
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Definitions

  • the invention relates to a generator rotor and a generator stator of a generator of a wind turbine.
  • the generator rotor together with the generator stator in the generator, is driven to be driven by an aerodynamic rotor and thus to generate electrical energy from the wind.
  • the invention relates to a method for transporting such a generator.
  • Wind energy plants in particular horizontal axis wind energy plants, which are gearless, are known from the prior art.
  • an aerodynamic rotor drives the generator rotor of a generator directly, so that the generator converts the kinetic energy gained from the wind into electrical energy.
  • the rotor of the generator thus rotates just as slowly as the aerodynamic rotor.
  • the generator has a relative to the rated power, relatively large generator diameter, in particular large air gap diameter on.
  • a relatively large differential speed between rotor and stator of the generator can be achieved in the region of the air gap.
  • Modern wind turbines have rated outputs of several megawatts, so they require air gap diameters of far more than 5 meters.
  • the maximum width that can and should be transported on the road is about 5 meters. This means that the maximum diameter of the generator during a transport may be 5 meters, when the generator is lying, ie with a rotation axis perpendicular to the road, transported. The diameter of a generator is thus limited.
  • Object of the present invention is therefore to meet the problems of the prior art.
  • a solution is to be proposed, which makes it possible to transport a generator with an air gap diameter of more than 5 meters with the least possible effort.
  • an alternative to the prior art should be proposed.
  • German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present application the following state of the art research: DE 10 2012 208 547 A1 and DE 10 2015 212 453 A1.
  • the present invention initially proposes a generator rotor for a wind turbine.
  • the generator rotor has at least one dividing plane in order to divide the generator rotor, which is also called a short runner, into at least two segments.
  • the dividing plane runs along asymmetrical cutting lines of the rotor through the rotor. This means that the rotor can be divided into segments by the dividing planes arranged according to the invention, wherein at least two segments have mutually different shapes and dimensions.
  • symmetrical cutting lines would correspond to lines extending from one point on the outer radius of the generator rotor through the center point to the opposite outer end on the radius of the generator rotor. Accordingly, asymmetrical cutting lines of the runner do not run straight through the center or the center, so they run outside the center. Accordingly, the planes of division run along the asymmetrical lines of intersection and divide the circular element formed by the rotor into at least two segments that are not straight halves, quarters or other large sectors of a circle, also called circular sectors.
  • This arrangement of the dividing planes makes it possible to provide the longest possible dividing planes, that is to say with a long chord, which comprise a continuously arranged number of connecting elements, for example screwing possibilities, whereby a clearance is reduced during assembly of the generator rotor at the installation site.
  • the generator rotor comprises a first segment.
  • the first segment has an opening for a bearing circumferentially bounded by the first segment.
  • the generator rotor as a whole therefore has the shape of a circular ring. Accordingly, a bearing can be connected to the first segment through this opening and a test run with the generator rotor can be carried out on the test stand. For transport, this bearing does not have to be removed again, but can remain connected to the first segment because the parting planes do not pass through this opening. Tolerances in the orientation of the bearing on the generator rotor, which cause the generator at the site behave differently than during the test run, are thus prevented.
  • the length of a dividing plane is longer than the width, that is to say the difference between outside and inside diameter of the rotor.
  • connecting elements are distributed uniformly over the length of the dividing plane.
  • the dividing plane runs parallel to a tangent of the rotor, preferably centrally between two parallel tangents on the outer diameter and the inner diameter of the rotor.
  • the game of the connecting elements of the segments is further averaged so that tolerances are reduced.
  • the opening in the first segment has a circumferential circular ring.
  • the annulus is connectable or connected to a bearing for rotatably supporting the rotor on a rotor axis.
  • the annulus is part of the first segment.
  • the first segment is thus equipped to connect it to a bearing so that the bearing and the first segment form an integral unit which does not have to be separated again after a test run.
  • a fine adjustment carried out during a test run or test run, in particular with regard to possible tolerances of the connecting elements between the bearing and the first segment, are therefore also provided in their entirety for later operation.
  • the first segment comprises an annular region which is arranged parallel to the plane of rotation of the rotor.
  • the annular region has a braking surface for braking the rotor and / or one or more locking recesses for locking the rotor. Thanks to the arranged on the first segment circular area for braking and / or locking the rotor, it is not necessary on the other segments that are different from the first segment to provide more areas for braking and / or locking, so no transitions of areas for locking or for braking at parting planes, which must be taken into account when aligning the segments at the installation site.
  • At least one segment has the contour of a circle segment.
  • a circle segment is called the face of a circular area bounded by a circular arc and a chord.
  • a generator rotor having a generator with an air gap diameter of more than 5 meters can easily disassemble at least one circular segment after complete assembly and carrying out a test run for transport.
  • Such a circle segment is later relatively accurate at the site again with the remaining part of the generator rotor connectable, so that despite tolerances a substantially exactly identical structure of the generator rotor at the site in comparison to the test stand is possible. All parts already mounted on the generator rotor, such as the bearing, can remain mounted on the rotor for transport. In particular, a quick disassembly after the test run and a quick installation at the Aufsannonsort are thus possible.
  • the rotor has two graduation planes which run parallel to one another.
  • the rotor is divisible by the two dividing planes into three segments, wherein two of the segments each have a contour of a circle segment and laterally adjacent to a segment which preferably corresponds to the first segment of one of the above-mentioned embodiments.
  • a generator rotor with a diameter of more than 5 meters can thus be prepared for transport in a very short time only by separating the generator rotor in the region of the dividing planes. At the site a quick restart is possible.
  • the generator rotor has a diameter of more than 6 meters, preferably more than 7 meters, in particular substantially 7.5 meters. All segments have a width in at least one dimension that is equal to or narrower than 5 meters.
  • the rotor is an internal rotor and additionally or alternatively the generator rotor is a foreign-excited generator rotor.
  • the invention relates to a stator for a wind turbine.
  • the stator has circumferentially adjacent grooves.
  • at least two separation points for separating the stator are each provided between two grooves.
  • Formed coils with two legs each are inserted or inserted in the slots.
  • Form coils per se are known and correspond to a multi-turn wound conductive material whose shape comprises two legs each having a plurality of electrical conductors whose electrical conductors in a first end and a second end, which may be called, for example, head and foot area, connected to each other.
  • a form coil thus has two electrical connections.
  • the legs of each mold coil are each arranged in different grooves.
  • At least two limbs of different shaping coils are arranged in several grooves, and at most one limb of a shaping coil is arranged at least in the grooves adjacent to the separation points.
  • the form coils are not arranged completely uniformly in the circumferential direction in the generator stator, but for a separation and / or assembly of the generator stator at the separation points is easily possible. As a result, a simple disassembly of the stator for transport on the one hand, but also a quick rebuilding of the transported stator for commissioning is guaranteed.
  • the shaping coils are two-layer forming coils.
  • the shaping coils are each arranged in the grooves such that five grooves are arranged in the circumferential direction between the grooves, in which the legs of a shaping coil are inserted. This allows a six-phase or 2x3-phase stator.
  • the shaping coils are each arranged in the grooves such that four grooves are arranged in the circumferential direction between the grooves, in which the legs of a shaping coil are inserted.
  • six grooves in front and six grooves behind a separation point have at most one leg of a shaping coil.
  • the invention includes a generator, which is preferably a synchronous generator.
  • the generator comprises a rotor according to one of the preceding embodiments as well as a stator, in particular according to one of the aforementioned embodiments.
  • the generator stator has one or more division regions, which can also be called a separation region, in order to divide the generator stator into two or more stator segments.
  • the invention relates to a wind turbine with a wind turbine tower, on which a nacelle is arranged with a generator according to one of the aforementioned embodiments.
  • the wind turbine comprises an aerodynamic rotor with a plurality of rotor blades for driving the generator.
  • the invention relates to a method for transporting a generator of a wind turbine, namely preferably a generator rotor according to one of the aforementioned embodiments and / or a generator stator according to one of the aforementioned embodiments.
  • the runner is divided into at least two segments for transport to a site at at least one division plane.
  • the division planes run along asymmetric cut lines of the runner in the runner.
  • the segments of the generator rotor are connected prior to dividing for transporting and a first segment, which has an opening, which is bounded circumferentially by the first segment, connected to a bearing.
  • the bearing remains connected to the first segment.
  • the stator is also separated for transport at its separation points.
  • the generator rotor but also the generator stator can be transported on public roads.
  • form coils are used in the stator before separation at its separation points for transport.
  • the form coils are inserted in circumferentially adjacent grooves.
  • the legs of each shaping coil are arranged in each case in different grooves, in each case at least two legs of different shaping coils in a plurality of grooves, and at most one leg of a shaping coil at least in the grooves adjacent to the separating points.
  • the generator is assembled after being transported exclusively with the preformed coils which were inserted into the stator before being transported. Accordingly, no further shaping coils or other types of coils in the region of the separating points are additionally used after transport. This allows for a connection of the coils in the region of the separation points be dispensed with and a faster construction of the generator at the site is possible.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a generator stator
  • Fig. 4 is a further schematic representation of a generator stator
  • FIG. 5 shows the steps of a method for transporting a generator rotor.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine 100 according to the invention.
  • the wind energy plant 100 has a tower 102 and a nacelle 104 on the tower 102.
  • An aerodynamic rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is provided on the nacelle 104.
  • the aerodynamic rotor 106 is set into rotary motion by the wind during operation of the wind turbine and thus also rotates an electrodynamic rotor or rotor of a generator, which is coupled directly or indirectly to the aerodynamic rotor 106.
  • the electric generator is disposed in the nacelle 104 and generates electrical energy.
  • the pitch angles of the rotor blades 108 can be changed by pitch motors on the rotor blade roots 108b of the respective rotor blades 108.
  • Fig. 2 shows a generator 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the generator 10 includes a generator rotor 12, which is shown here according to a first embodiment of the invention, and a generator stator 14, which is shown according to a first embodiment.
  • the generator stator 14 has two separation points 16a, 16b, at which the generator stator 14 is divided into two generator stator parts 17a, 17b for better illustration.
  • the generator stator 14 is thus divided into two halves.
  • the generator rotor 12 is divided into a first segment 18, which is also referred to below as the central segment, and two further segments 20a, 20b.
  • the generator rotor 12 has two graduation planes 22a, 22b.
  • the dividing planes 22a, 22b run along asymmetrical cutting lines 23a, 23b of the generator rotor 12.
  • the generator rotor 12 has an opening 24.
  • the opening 24 comprises a circumferential circular ring 26, which is already visibly provided with boreholes 28 in order to connect a bearing with the encircling circular ring 26. Accordingly, it is possible to separate the segments 18, 20a, 20b of the generator rotor 12 after a test run on a test stand for transport, without having to remove a bearing arranged in the region of the opening 24.
  • the generator rotor 12 Since the generator rotor 12 has only pole shoes with DC windings, the electrical connections of the further segments 20a, 20b for this only have to be made with the first segment 18, after a mechanical connection of the further segments 20a, 20b with the first segment 18 after the transport to set up the generator 10 is done.
  • the generator stator 14 however, has form coils 30, which are inserted in not shown here grooves of the generator stator 14.
  • FIG. 2 shows the form coils only as an example, the arrangement of the form coils 30 in the generator stator 14 being explained in more detail below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • Fig. 3 shows a cross section through a generator stator 17a, 17b of the generator stator 14 shown in Fig. 2
  • the separation points 16a, 16b are shown.
  • the generator stator 14 is shown in settlement.
  • the generator stator 14 has grooves 32 which are filled with the legs 34 of shaping coils 30.
  • the number of grooves 32 shown here is less than the number of slots of a real Generatorstatorteils 17a, 17b or as shown in Fig. 2 half of a generator stator 14.
  • this illustration is chosen here for an example for a better view. It can be seen that the grooves 32 in the region of the separation points 16a, 16b are filled only with a single leg 34 of a shaping coil 30. Accordingly, only the coils 30 are filled in a central region 36 each with two legs 34 different coils 30, whereas the six grooves 32, each in a region 38 before or after a separation point 16a, 16b, with maximum a leg 34 of a shaping coil 30 are filled.
  • the pole shoes 40 of the generator rotor 12 are still shown.
  • Fig. 4 shows an alternative assignment of the grooves 32 of a generator stator 17a, 17b with two separation points 16a, 16b.
  • the twelve central grooves 32 in the area 42 are occupied by a maximum of one leg 34 of a shaping coil 30. The remaining part of these grooves 32 in the area 42 thus remains empty.
  • step 50 the generator 10 is completely assembled.
  • the generator rotor 12 is assembled from its segments 18, 20a, 20b for complete assembly, and the stator 14 is connected to one another at its separation points 16a, 16b.
  • a bearing is connected. This serves to test the generator on a test stand in an optional step 52. In particular, fine adjustments are made in step 52.
  • step 54 the generator rotor 12 is then divided into segments 18, 20a, 20b only in the region of the dividing planes 22a, 22b.
  • the generator stator 14 is separated at its separation points 16a, 16b in Generatorstatormaschine 17a, 17b.
  • the segments 18, 20a, 20b of the generator rotor 12 and the halves of the generator stator 14 are loaded and transported in a step 56.
  • the bearing connected to the circulating circular ring 26 remains connected to the first segment 18 of the generator rotor 12.
  • step 58 after transport then the segments 18, 20a, 20b of the generator rotor 12 are connected to each other and also the generator stator 14 is again assembled at its separation points 16a, 16b.
  • the generator 10 is operated without the use of other shaping coils 30 than those which were already used in the generator stator 14 during transport, into the generator stator 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generatorläufer (12) für eine Windenergieanlage, wobei der Generatorläufer (12) mindestens eine Teilungsebene (22a, 22b) aufweist, um den Generatorläufer (12) in mindestens zwei Segmente (18, 20a, 20b) zu teilen. Die Teilungsebenen (22a, 22b) verlaufen entlang asymmetrischer Schnittlinien (23a. 23b) des Generatorläufers (12) im Generatorläufer (12). Ferner betrifft die Erfindung einen Generatorstator (14) für eine Windenergieanlage, einen Generator (10) einer Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage und ein Verfahren zum Transportieren eines Generators (10).

Description

Generatorläufer und Generatorstator sowie Generator und Windenergieanlage damit und Verfahren zum Transportieren eines Generators
Die Erfindung betrifft einen Generatorläufer und einen Generatorstator eines Generators einer Windenergieanlage. Der Generatorläufer dient zusammen mit dem Generatorstator im Generator, um angetrieben durch einen aerodynamischen Rotor in Bewegung versetzt zu werden und um somit elektrische Energie aus dem Wind zu erzeugen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Transportieren eines derartigen Generators.
Aus dem Stand der Technik sind Windenergieanlagen, insbesondere Horizontalachsen- windenergieanlagen, bekannt, die getriebelos sind. Bei diesen Windenergieanlagen treibt ein aerodynamischer Rotor den Generatorläufer eines Generators unmittelbar an, sodass der Generator die aus dem Wind gewonnene Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Der Läufer des Generators dreht sich damit ebenso langsam wie der aerodynamische Rotor. Zur Berücksichtigung einer solchen langsamen Drehzahl weist der Generator einen, bezogen auf die Nennleistung, verhältnismäßig großen Generatordurchmesser, insbesondere großen Luftspaltdurchmesser, auf. Somit kann trotz langsamer Drehzahl eine verhältnismäßig große Differenzgeschwindigkeit zwischen Läufer und Stator des Generators im Bereich des Luftspalts erreicht werden. Moderne Windenergieanlagen weisen Nennleistungen von mehreren Megawatt auf, sodass diese Luftspaltdurchmesser von weit mehr als 5 Metern benötigen.
Hierbei ist es problematisch, einen solchen Generator zum Aufstellungsort der Windenergieanlage zu transportieren. In vielen Ländern beträgt die Maximalbreite, die auf der Straße transportiert werden darf und kann, etwa 5 Meter. Das bedeutet, dass der maximale Durchmesser des Generators bei einem Transport 5 Meter betragen darf, wenn der Generator liegend, also mit einer Drehachse senkrecht zur Straße, transportiert wird. Der Durchmesser eines Generators ist hierdurch somit begrenzt.
Um dieses Transportproblem für Generatoren mit einem Luftspaltdurchmesser von mehr als 5 Metern zu lösen, wird daher im Stand der Technik vorgeschlagen, den Generator oder zumindest den Generatorstator und/oder Generatorläufer in gleich große Teile zu zerlegen und erst am Aufstellungsort zu montieren. Hierbei wird zum Beispiel vorgeschlagen, den Generatorläufer oder den Generatorstator in zwei Hälften oder vier Viertel aufzuteilen, wobei diese Teile dann jedenfalls schmaler als 5 Meter sind und somit prob- lemlos auf Straßen transportierbar sind. Ein Teilen des Generators zum Transport ist nötig, da ein Generator üblicherweise nach dessen Produktion vollständig auf einem Teststand montiert und die Funktionsweise überprüft wird. Hierbei findet eine Justierung insbesondere der beweglichen Teile statt, um einen gleichmäßigen Lauf des Generators zu gewährleisten. Nach dem Probelauf oder Testlauf des Generators wird dieser dann, wie bereits oben ausgeführt, in Hälften, Viertel oder noch kleiner zerteilt, um den Generator zum Aufstellungsort zu bringen. Am Aufstellungsort werden diese Hälften oder Viertel wieder zusammengesetzt.
Nachteilig hieran ist, dass ein gewisses Spiel im Bereich der Verbindungsstellen nicht gänzlich auszuschließen ist und daher eine Montage des Generators beim Wiederzu- sammensetzen des Generators dazu führen kann, dass dieser sich im Betrieb anders verhält, insbesondere ungleichmäßiger läuft, als zuvor auf dem Teststand. Insbesondere ist auch der Aufwand für das Demontieren und Montieren des Generators sehr hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, den Problemen des Standes der Technik zu begegnen. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die es ermöglicht, einen Generator mit einem Luftspaltdurchmesser von mehr als 5 Metern mit einem möglichst geringen Aufwand zu transportieren. Jedenfalls soll eine Alternative zum Stand der Technik vorgeschlagen werden.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2012 208 547 A1 und DE 10 2015 212 453 A1.
Die vorliegende Erfindung schlägt hierzu zunächst einen Generatorläufer für eine Windenergieanlage vor. Der Generatorläufer weist mindestens eine Teilungsebene auf, um den Generatorläufer, der auch kurz Läufer genannt wird, in mindestens zwei Segmente zu teilen. Erfindungsgemäß läuft die Teilungsebene entlang asymmetrischer Schnittlinien des Läufers durch den Läufer. Das heißt, der Läufer ist durch die erfindungsgemäß angeordneten Teilungsebenen in Segmente teilbar, wobei mindestens zwei Segmente zueinander unterschiedliche Formen und Dimensionen aufweisen.
Stellt man sich also den Generatorläufer als kreisrundes Element vor, so würden symmetrische Schnittlinien Linien entsprechen, die von einem Punkt auf dem äußeren Radius des Generatorläufers durch den Mittelpunkt bis zum gegenüberliegenden äußeren Ende auf dem Radius des Generatorläufers verlaufen. Asymmetrische Schnittlinien des Läufers verlaufen demnach gerade nicht durch das Zentrum bzw. den Mittelpunkt, verlaufen also außenmittig. Die Teilungsebenen verlaufen demnach entlang der asymmetrischen Schnittlinien und teilen das durch den Läufer gebildete kreisrunde Element in mindestens zwei Segmente ein, die gerade nicht Hälften, Viertel oder anders große Kreissektoren, die auch Kreisausschnitte genannt werden, sind. Diese Anordnung der Teilungsebenen ermöglicht es, möglichst lange Teilungsebenen, also mit einer langen Kreissehne, vorzusehen, die eine kontinuierlich angeordnete Anzahl von Verbindungselementen, beispielsweise Verschraubungsmöglichkeiten, umfassen, wodurch ein Spiel beim Zusammensetzen des Generatorläufers am Aufstellungsort reduziert wird. Insbesondere ist es daher möglich, den Generatorläufer einerseits in mehrere Segmente zum Transport zu unterteilen und am Aufstellungsort sehr präzise wieder zusammenzusetzen. Ungleichmäßigkeiten oder ein anderes Verhalten gegenüber einem Verhalten in einem Teststand werden dadurch weitestgehend reduziert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst der Generatorläufer ein erstes Segment. Das erste Segment weist eine Öffnung für ein Lager auf, die umlaufend durch das erste Segment begrenzt ist. Der Generatorläufer insgesamt weist somit die Form eines Kreisrings auf. Durch diese Öffnung lässt sich demnach ein Lager mit dem ersten Segment verbinden und auf dem Teststand ein Probelauf mit dem Generatorläufer durchführen. Zum Transport muss dieses Lager nicht wieder entfernt werden, sondern kann mit dem ersten Segment verbunden bleiben, da die Teilungsebenen nicht durch diese Öffnung hindurch verlaufen. Toleranzen bei der Ausrichtung des Lagers am Generatorläufer, die dazu führen, dass der Generator am Aufstellungsort ein anderes Verhalten aufweist als beim Testlauf, werden somit verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Länge einer Teilungsebene länger als die Breite, also die Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser, des Läufers. Gemäß einer Ausführungsform sind Verbindungselemente gleichmäßig über die Länge der Teilungsebene verteilt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft die Teilungsebene parallel zu einer Tangente des Läufers, vorzugsweise mittig zwischen zwei parallelen Tangenten am Außendurchmesser und am Innendurchmesser des Läufers. Hierdurch wird weiter das Spiel der Verbindungselemente der Segmente gemittelt, sodass Toleranzen reduziert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Öffnung im ersten Segment einen umlaufenden Kreisring auf. Der Kreisring ist mit einem Lager zum drehbaren Lagern des Läufers auf einer Läuferachse verbindbar oder verbunden. Außerdem ist der Kreisring Bestandteil des ersten Segments. Durch Vorsehen eines Kreisrings im ersten Segment ist somit das erste Segment ausgestattet, um dieses mit einem Lager zu verbinden, sodass Lager und erstes Segment eine integrale Einheit bilden, die nach einem Probelauf nicht wieder getrennt werden muss. Eine bei einem Probelauf oder Testlauf durchgeführte Feinjustierung, insbesondere im Hinblick auf mögliche Toleranzen der Verbindungselemente zwischen dem Lager und dem ersten Segment, sind somit vollumfänglich auch für einen späteren Betrieb bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Segment einen kreisringförmigen Bereich, der parallel zur Rotationsebene des Läufers angeordnet ist. Der kreisringförmige Bereich weist eine Bremsfläche zum Bremsen des Läufers und/oder ein oder mehrere Arretierungsausnehmungen zum Arretieren des Läufers auf. Dank des am ersten Segment angeordneten kreisförmigen Bereichs zum Bremsen und/oder Arretieren des Läufers ist es auf den weiteren Segmenten, die unterschiedlich zum ersten Segment sind, nicht nötig, weitere Bereiche zum Bremsen und/oder Arretieren vorzusehen, sodass keine Übergänge von Bereichen zur Arretierung oder zum Bremsen an Teilungsebenen auftreten, die bei der Ausrichtung der Segmente am Aufstellungsort berücksichtigt werden müssen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist mindestens ein Segment die Kontur eines Kreissegments auf. Ein Kreissegment nennt man die Teilfläche einer Kreisfläche, die von einem Kreisbogen und einer Kreissehne begrenzt wird. Vorzugsweise kann somit von einem Generatorläufer, der einen Generator mit einem Luftspaltdurchmesser von mehr als 5 Metern aufweist, einfach mindestens ein Kreissegment nach dem kompletten Montieren und dem Durchführen eines Testlaufs für den Transport wieder demontiert werden. Ein derartiges Kreissegment ist später verhältnismäßig genau am Aufstellungsort wieder mit dem übrigen Teil des Generatorläufers verbindbar, sodass trotz Toleranzen ein im Wesentlichen exakt identischer Aufbau des Generatorläufers am Aufstellungsort im Vergleich zum Teststand möglich ist. Alle bereits am Generatorläufer montierten Teile, wie beispielsweise das Lager, können zum Transport am Läufer montiert bleiben. Insbesondere sind somit auch eine schnelle Demontage nach dem Testlauf sowie eine schnelle Montage am Aufsteilungsort möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Läufer zwei Teilungsebenen auf, die parallel zueinander verlaufen. Der Läufer ist durch die zwei Teilungsebenen in drei Segmente teilbar, wobei zwei der Segmente jeweils eine Kontur eines Kreissegments aufweisen und seitlich an ein Segment, das vorzugsweise dem ersten Segment eines der oben genannten Ausführungsformen entspricht, angrenzen.
In einfacher Weise lässt sich somit ein Generatorläufer mit einem Durchmesser von mehr als 5 Metern nur durch Auftrennen des Generatorläufers im Bereich der Teilungsebenen in sehr kurzer Zeit für den Transport vorbereiten. Am Aufstellungsort ist eine schnelle Wiederinbetriebnahme möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Generatorläufer einen Durchmesser von mehr als 6 Metern, vorzugsweise mehr als 7 Metern, insbesondere im Wesentlichen 7,5 Meter, auf. Alle Segmente weisen in zumindest einer Dimension eine Breite auf, die gleich oder schmaler als 5 Meter ist. Durch derartige Generatorläufer kann eine langsame schonende Drehzahl der Windenergieanlage bei gleichzeitig großer Differenzgeschwindigkeit zwischen Generatorläufer und Generatorstator gewährleistet werden, um eine Nennleistung von mehreren Megawatt zu erzeugen, wobei derartige Generatorläufer durch die erfindungsgemäße Anordnung der Teilungsebenen auf öffentlichen Straßen transportierbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Läufer ein Innenläufer und zusätzlich oder alternativ ist der Generatorläufer ein fremderregter Generatorläufer.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Stator für eine Windenergieanlage. Der Stator weist umlaufend nebeneinanderliegende Nuten auf. Außerdem sind mindestens zwei Trennstellen zum Trennen des Stators jeweils zwischen zwei Nuten vorgesehen. In die Nuten sind Formspulen mit jeweils zwei Schenkeln eingesetzt oder eingelegt. Formspulen an sich sind bekannt und entsprechen einem in mehreren Windungen gewickelten leitenden Material, dessen Form zwei Schenkel jeweils mit mehreren elektrischen Leitern umfasst, deren elektrische Leiter in einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die zum Beispiel auch Kopf- und Fußbereich genannt werden können, miteinander verbunden sind. Eine Formspule weist demnach zwei elektrische Anschlüsse auf. Gemäß der Erfindung sind die Schenkel jeder Formspule jeweils in unterschiedlichen Nuten angeordnet. In mehreren Nuten sind jeweils mindestens zwei Schenkel unterschiedlicher Formspulen und zumindest in den zu den Trennstellen benachbarten Nuten maximal ein Schenkel einer Formspule angeordnet. Hierbei wird zwar in Kauf genommen, dass die Formspulen nicht vollständig gleichmäßig in Umlaufrichtung im Generatorstator angeordnet sind, aber dafür ein Trennen und/oder Zusammensetzen des Generatorstators an den Trennstellen problemlos möglich ist. Hierdurch ist ein einfaches Auseinandernehmen des Stators zum Transport einerseits, aber auch ein schneller Wiederaufbau des transportierten Stators zur Inbetriebnahme gewährleistet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Formspulen Zweischichtformspulen.
Gemäß einer Ausführungsform des Generatorstators sind die Formspulen jeweils derart in den Nuten angeordnet, dass zwischen den Nuten, in die die Schenkel einer Formspule eingelegt sind, in Umfangsrichtung fünf Nuten angeordnet sind. Hierdurch ist ein sechs- phasiger bzw. 2x3-phasiger Stator möglich.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Formspulen jeweils derart in den Nuten angeordnet, dass zwischen den Nuten, in die die Schenkel einer Formspule eingelegt sind, in Umfangsrichtung vier Nuten angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen in Umfangsrichtung sechs Nuten vor und sechs Nuten hinter einer Trennstelle maximal einen Schenkel einer Formspule auf.
Außerdem umfasst die Erfindung einen Generator, der vorzugsweise ein Synchrongenerator ist. Der Generator weist einen Läufer nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen sowie einen Stator, insbesondere nach einer der vorgenannten Ausführungsformen, auf. Gemäß einer Ausgestaltung des Generators weist der Generatorstator ein oder mehrere Teilungsbereiche, die auch Trennbereich genannt werden können, auf, um den Generatorstator in zwei oder mehr Statorsegmente zu teilen. Somit ist der gesamte Generator einfach transportierbar. Außerdem betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage mit einem Windenergieanlagen- turm, auf der eine Gondel mit einem Generator nach einer der vorgenannten Ausführungsformen angeordnet ist. Außerdem umfasst die Windenergieanlage einen aerodynamischen Rotor mit mehreren Rotorblättern zum Antreiben des Generators. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Transportieren eines Generators einer Windenergieanlage, nämlich vorzugsweise eines Generatorläufers nach einer der vorgenannten Ausführungsformen und/oder eines Generatorstators nach einer der vorgenannten Ausführungsformen. Gemäß dem Verfahren wird der Läufer zum Transport an einen Aufstellungsort an mindestens einer Teilungsebene in mindestens zwei Segmente geteilt. Die Teilungsebenen laufen entlang asymmetrischer Schnittlinien des Läufers im Läufer.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Segmente des Generatorläufers vor dem Teilen zum Transportieren verbunden und ein erstes Segment, das eine Öffnung aufweist, die umlaufend durch das erste Segment begrenzt ist, mit einem Lager verbunden. Zum Transportieren bleibt das Lager mit dem ersten Segment verbun- den.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auch der Stator zum Transport an seinen Trennstellen getrennt. Hierdurch ist nicht nur der Generatorläufer, sondern auch der Generatorstator auf öffentlichen Straßen transportierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden in den Stator vor dem Trennen an seinen Trennstellen zum Transport Formspulen eingesetzt. Die Formspulen werden in umlaufend nebeneinanderliegende Nuten eingelegt. Die Schenkel jeder Formspule werden in jeweils unterschiedlichen Nuten, in mehreren Nuten jeweils mindestens zwei Schenkel unterschiedlicher Formspulen und zumindest in den zu den Trennstellen benachbarten Nuten maximal ein Schenkel einer Formspule angeordnet. Somit ist ein einfaches Trennen zum Transport des Stators an seinen Trennstellen möglich, da hier keine Formspulen entfernt werden müssen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Generator nach dem Transport zusammengesetzt ausschließlich mit den Formspulen betrieben, die vor dem Transport in den Stator eingesetzt wurden. Es werden demnach keine weiteren Formspu- len oder andersartige Spulen im Bereich der Trennstellen zusätzlich nach dem Transport eingesetzt. Hierdurch kann auf eine Verbindung der Spulen im Bereich der Trennstellen verzichtet werden und ein schneller Aufbau des Generators am Aufstellungsort ist möglich.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele.
In den Figuren zeigen
Fig. 1 eine Windenergieanlage,
Fig. 2 einen Generator,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Generatorstators,
Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung eines Generatorstators und
Fig. 5 die Schritte eines Verfahrens zum Transportieren eines Generatorläufers.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage 100 gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf dem Turm 102 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 vorgesehen. Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch einen elektrodynamischen Rotor oder Läufer eines Generators, welcher direkt oder indirekt mit dem aerodynamischen Rotor 106 gekoppelt ist. Der elektrische Generator ist in der Gondel 104 angeordnet und erzeugt elektrische Energie. Die Pitchwinkel der Rotorblätter 108 können durch Pitchmotoren an den Rotorblattwurzeln 108b der jeweiligen Rotorblätter 108 verändert werden.
Fig. 2 zeigt einen Generator 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Generator 10 umfasst einen Generatorläufer 12, der hier gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sowie einen Generatorstator 14, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Der Generatorstator 14 weist zwei Trennstellen 16a, 16b auf, an denen der Generatorstator 14 zur besseren Darstellung in zwei Generatorstatorteile 17a, 17b geteilt ist. Der Generatorstator 14 ist somit in zwei Hälften geteilt. Demgegenüber ist der Generatoriäufer 12 in ein erstes Segment 18, das im Folgenden auch zentrales Segment genannt wird, und zwei weitere Segmente 20a, 20b geteilt. Der Generatorläufer 12 weist hierzu zwei Teilungsebenen 22a, 22b auf. Die Teilungsebenen 22a, 22b laufen entlang asymmetrischer Schnittlinien 23a, 23b des Generatorläufers 12. Außerdem weist der Generatorläufer 12 eine Öffnung 24 auf. Die Öffnung 24 umfasst einen umlaufenden Kreisring 26, der hier schon sichtbar mit Bohrlöchern 28 versehen ist, um ein Lager mit dem umlaufenden Kreisring 26 zu verbinden. Demnach ist ein Trennen der Segmente 18, 20a, 20b des Generatorläufers 12 nach einem Probelauf auf einem Teststand für den Transport möglich, ohne dass ein im Bereich der Öffnung 24 angeord- netes Lager entfernt werden muss.
Da der Generatorläufer 12 lediglich Polschuhe mit Gleichstromwicklungen aufweist, müssen die elektrischen Verbindungen der weiteren Segmente 20a, 20b hierfür lediglich mit dem ersten Segment 18 hergestellt werden, nachdem eine mechanische Verbindung der weiteren Segmente 20a, 20b mit dem ersten Segment 18 nach dem Transport zum Aufstellen des Generators 10 erfolgt ist.
Der Generatorstator 14 weist hingegen Formspulen 30 auf, die in hier nicht dargestellten Nuten des Generatorstators 14 eingelegt sind. Fig. 2 stellt die Formspulen nur exemplarisch dar, wobei unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 im Folgenden genauer die Anordnung der Formspulen 30 im Generatorstator 14 erläutert wird. Demnach zeigt Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Generatorstatorteil 17a, 17b des in Fig. 2 dargestellten Generatorstators 14. Hierbei sind die Trennstellen 16a, 16b dargestellt. Zur besseren Übersicht ist der Generatorstator 14 in Abwicklung dargestellt.
Der Generatorstator 14 weist Nuten 32 auf, die mit den Schenkeln 34 von Formspulen 30 gefüllt sind. Wiederum ist die Anzahl der hier dargestellten Nuten 32 geringer als die Anzahl der Nuten eines realen Generatorstatorteils 17a, 17b oder einer wie in Fig. 2 dargestellten Hälfte eines Generatorstators 14. Diese Darstellung ist jedoch hier exemplarisch zur besseren Ansicht gewählt. Es ist erkennbar, dass die Nuten 32 im Bereich der Trennstellen 16a, 16b nur mit einem einzigen Schenkel 34 einer Formspule 30 gefüllt sind. Demnach sind lediglich die Spulen 30 in einem mittleren Bereich 36 jeweils mit zwei Schenkeln 34 unterschiedlicher Spulen 30 gefüllt, wogegen die sechs Nuten 32, die jeweils in einem Bereich 38 vor oder nach einer Trennstelle 16a, 16b liegen, mit maximal einem Schenkel 34 einer Formspule 30 gefüllt sind. Beispielhaft sind noch die Polschuhe 40 des Generatorläufers 12 dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine alternative Belegung der Nuten 32 eines Generatorstatorteils 17a, 17b mit zwei Trennstellen 16a, 16b. Hierbei sind zusätzlich die zwölf mittig liegenden Nuten 32 im Bereich 42 mit maximal einem Schenkel 34 einer Formspule 30 belegt. Der übrige Teil dieser Nuten 32 im Bereich 42 bleibt demnach leer.
Fig. 5 zeigt die Schritte des Ablaufs eines Verfahrens zum Transport eines Generators 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem Schritt 50 wird der Generator 10 komplett montiert. Insbesondere wird der Generatorläufer 12 zur kompletten Montage aus seinen Segmenten 18, 20a, 20b zusammengesetzt und der Stator 14 an seinen Trennstellen 16a, 16b miteinander verbunden. Mit dem umlaufenden Kreisring 26 der Öffnung 24 des Generatorläufers 12 wird ein Lager verbunden. Dies dient, um in einem optionalen Schritt 52 den Generator auf einem Teststand zu testen. Insbesondere werden im Schritt 52 Feinjustierungen vorgenommen. Im Schritt 54 wird dann der Generatorläufer 12 lediglich im Bereich der Teilungsebenen 22a, 22b in Segmente 18, 20a, 20b geteilt. Auch der Generatorstator 14 wird an seinen Trennstellen 16a, 16b in Generatorstatorteile 17a, 17b getrennt. Die Segmente 18, 20a, 20b des Generatorläufers 12 sowie die Hälften des Generatorstators 14 werden in einem Schritt 56 verladen und transportiert. Insbesondere bleibt hierbei das mit dem umlaufen- den Kreisring 26 verbundene Lager mit dem ersten Segment 18 des Generatorläufers 12 verbunden. Im Schritt 58 nach dem Transport werden dann die Segmente 18, 20a, 20b des Generatorläufers 12 miteinander verbunden und auch der Generatorstator 14 wird wieder an seinen Trennstellen 16a, 16b zusammengesetzt. Im Schritt 60 wird der Generator 10 betrieben, ohne dass weitere Formspulen 30 als die, die schon bereits beim Transport im Generatorstator 14 eingesetzt waren, in den Generatorstator 14 eingesetzt wurden.

Claims

Ansprüche
1. Generatorläufer für eine Windenergieanlage (100), wobei der Generatorläufer (12) mindestens eine Teilungsebene (22a, 22b) aufweist, um den Generatorläufer (12) in mindestens zwei Segmente (18, 20a, 20b) zu teilen, wobei die Teilungsebenen (22a, 22b) entlang asymmetrischer Schnittlinien (23a, 23b) des Generatorläufers (12) durch den Generatorläufer (12) verlaufen.
2. Generatorläufer nach Anspruch 1 , wobei ein erstes Segment (18) eine Öffnung (24) für ein Lager aufweist, die umlaufend durch das erste Segment (18) begrenzt ist.
3. Generatorläufer nach Anspruch 2, wobei die Öffnung (24) einen umlaufenden Kreisring (26) aufweist, der mit einem Lager zum drehbaren Lager des Generatorläufers
(12) auf einer Läuferachse verbindbar oder verbunden ist, und der Kreisring (26) Bestandteil des ersten Segments (18) ist.
4. Generatorläufer nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste Segment (18) einen kreisförmigen Bereich, der parallel zur Rotationsebene des Generatorläufers (12) ange- ordnet ist, aufweist, der eine Bremsfläche zum Bremsen des Generatorläufers (12) und/oder ein oder mehrere Arretierungsausnehmungen zum Arretieren des Generatorläufers (12) umfasst.
5. Generatorläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Segment (20a, 20b) die Kontur eines Kreissegments aufweist.
6. Generatorläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generatorläufer (12) zwei Teilungsebenen (22a, 22b) aufweist, die parallel zueinander verlaufen, und der Generatorläufer (12) durch die zwei Teilungsebenen (22a, 22b) in drei Segmente (18, 20a, 20b) teilbar ist, wobei zwei der Segmente (20a, 20b) jeweils eine Kontur eines Kreissegments aufweisen.
7. Generatorläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generatorläufer (12) einen Durchmesser von mehr als 6 Metern, vorzugsweise mehr als 7 Metern, insbesondere im Wesentlichen 7,5 Meter, aufweist und alle Segmente (18, 20a, 20b) jeweils zumindest in einer Dimension gleich oder schmaler als 5 Meter sind.
8. Generatorläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generatorläufer (12) ein Innenläufer ist und/oder fremderregt ist.
9. Generatorstator für eine Windenergieanlage (100), wobei der Generatorstator (14) umlaufend nebeneinanderliegende Nuten (32) und mindestens zwei Trennstellen (16a, 16b) zum Trennen des Generatorstators (14) jeweils zwischen zwei Nuten (32) aufweist und Formspulen (30) mit jeweils zwei Schenkeln (34) in die Nuten (32) eingelegt sind, wobei die Schenkel (34) jeder Formspule (30) jeweils in unterschiedliche Nuten (32), in mehrere Nuten (32) jeweils mindestens zwei Schenkel (34) unterschiedlicher Formspulen (30) und zumindest in den zu den Trennstellen (16a, 16b) benachbarten Nuten (32) maximal ein Schenkel (34) einer Formspule (30) angeordnet ist.
10. Generatorstator nach Anspruch 9, wobei die Formspulen (30) jeweils derart in den Nuten (32) angeordnet sind, dass zwischen den Nuten (32), in die die Schenkel (34) einer Formspule (30) eingelegt sind, in Umfangsrichtung vier oder fünf Nuten (32) angeordnet sind.
11. Generatorstator nach Anspruch 9 oder 10, wobei in Umfangsrichtung sechs Nuten (32) vor und sechs Nuten (32) hinter einer Trennstelle (16a, 16b) maximal einen Schenkel (34) einer Formspule (30) aufweisen.
12. Generator, insbesondere Synchrongenerator, mit einem Generatorläufer (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Generatorstator (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
13. Generator nach Anspruch 12, wobei der Generatorstator (14) ein oder mehrere Trennstellen (16a, 16b) aufweist, um den Generatorstator (14) in zwei oder mehr Generatorstatorteile (17a, 17b) zu teilen.
14. Windenergieanlage mit einem Windenergieanlagenturm (102), einer auf dem Windenergieanlagenturm (102) angeordneten Gondel (104), einem Generator (10) nach
Anspruch 12 oder 13 und einem aerodynamischen Rotor (106) mit mehreren Rotorblättern (108) zum Antreiben des Generators (10).
15. Verfahren zum Transportieren eines Generators (10) einer Windenergieanlage (100), insbesondere mit einem Generatorläufer (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einem Generatorstator (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei der Generatorläufer (12) zum Transport an einen Aufstellungsort an mindestens einer Teilungsebene (22a, 22b) in mindestens zwei Segmente (18, 20a, 20b) geteilt wird, wobei die Teilungsebene (22a, 22b) entlang einer asymmetrischen Schnittlinie (23a, 23b) des Generatorläufers (12) durch den Generatorläufer (12) verlaufen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei ein erstes Segment (18) des Generatorläufers (12), das eine Öffnung (24) aufweist, die umlaufend durch das erste Segment (18) begrenzt ist, vor dem Teilen zum Transportieren (54) mit einem Lager verbunden wird und zum Transportieren das Lager mit dem ersten Segment (18) verbunden bleibt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Generatorstator (12) zum Trans- port an seinen Trennstellen (16a, 16b) getrennt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei in den Generatorstator (12) vor dem Teilen (54) an seinen Trennstellen (16a, 16b) zum Transport Formspulen (30) eingesetzt werden, wobei die Formspulen (30) in umlaufend nebeneinanderliegende Nuten (32) eingelegt werden, sodass die Schenkel (34) jeder Formspule (30) jeweils in unterschiedliche Nuten (32), in mehrere Nuten (32) jeweils mindestens zwei Schenkel (34) unterschiedlicher Formspulen (30) und zumindest in den zu den Trennstellen (16a, 16b) benachbarten Nuten (32) maximal ein Schenkel (34) einer Formspule (30) angeordnet werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Generator (10) nach dem Transport (56) ausschließlich mit Formspulen (30) betrieben wird, die vor dem
Transport (56) in den Generatorstator (14) eingesetzt wurden.
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