WO2009122283A2 - Generatorgehäuse für eine windenergieanlage - Google Patents

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WO2009122283A2
WO2009122283A2 PCT/IB2009/005312 IB2009005312W WO2009122283A2 WO 2009122283 A2 WO2009122283 A2 WO 2009122283A2 IB 2009005312 W IB2009005312 W IB 2009005312W WO 2009122283 A2 WO2009122283 A2 WO 2009122283A2
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cooling
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cooling channel
generator
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Aerodyn Engineering GmbH
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    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a generator housing for receiving a stator and a rotor rotating about a drive shaft.
  • the invention relates to a generator housing for the generator of a wind turbine.
  • Generators are an integral part of wind turbines. Recently, as the power of the newly developed generators has increased, so has the demand for cooling of these generators. However, adequate cooling is absolutely necessary in order to be able to counteract damage to the generator components, in particular under full load. Especially the increased with increasing power density
  • Heat accumulation requires adequately dimensioned cooling in order not to damage the electrical windings arranged in the windings.
  • coolant for example a liquid, e.g. Water or oil, or a gas or gas mixture, e.g. Air, resorted to flow around the components to be cooled either in special, separated from the components by a wall cooling channels or completely flow around the components.
  • the latter is realized for example by a guided in the nacelle of a wind turbine air flow, as this is known for example from DE 10 2004 014 876 Al.
  • EP 0 967 708 A2 discloses additional elements which are arranged on the circumference of the stator for dissipating heat (in this case with an electric motor). However, it is necessary to provide an additional component that would add weight to a wind turbine. In addition, also here a relatively large space-engaging deflection devices for the formation of mutually communicating, meandering cooling channels are necessary.
  • the object of the invention is therefore to provide a generator for a wind turbine, which has compact dimensions, a relatively low weight and means that ensure adequate cooling of all components of the generator.
  • the basic idea of the invention is to provide a generator housing whose wall has a meandering cooling channel system formed by cooling channel sections over at least a partial length of the generator housing, which channel is formed by webs whose length shorter than the partial length of the generator housing occupied by the cooling system.
  • the webs are arranged shorter than the cooling channel sections and offset relative to each other such that a coolant must pass through the cooling channel sections along at least part of the circumference of the generator housing in a meandering manner.
  • Fig. 1 is a schematic view of the cooling channels for explaining the
  • FIG. 3 is a perspective view of the generator housing of Figure 2
  • Fig. 4 is a sectional view in the longitudinal direction of the generator housing according to a particularly preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 5 is a sectional side view of a particularly preferred designed wind turbine.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the invention in a schematic, unwound view of the cooling section provided in the generator housing.
  • the first cooling channel sections 30 on both sides of the second cooling channel section 35 are combined with each other in a manner communicating with cooling channels meandering in the radial direction, wherein the second cooling channel section 35 is formed as a linear channel in the example shown.
  • the linear section in the axial direction between the closure elements 60 shown in FIG. 1 and the cooling channel sections 30, 35 and the cooling channels, respectively, which closes the front side is referred to as the cooling channel section 30, 35.
  • the first cooling channel sections 30 are formed by adjacently arranged webs 40, wherein each two adjacent webs of the first cooling channel sections 30 are in axial
  • first cooling channel sections 30 Position opposite ends of the first cooling channel sections 30. It is understood that the first cooling channel sections 30 are formed at the ends not open, but closed. This can be carried out in any manner which is suitable for the person skilled in the art or particularly preferably as described below by means of the preferred annular end element 60. It is further understood that connections must be provided which allow the supply and discharge of coolant (see Fig. 4).
  • the second cooling channel sections 35 particularly preferably have openings in the radial direction, through which air circulating in the generator space can enter the second cooling channels 35 and leave them again.
  • Fig. 2 shows a cross section through an inventive generator housing.
  • the generator housing 10 is formed as a hollow cylinder with a circular cross-section.
  • the cross-section of the hollow cylinder along the axial extent of the generator housing 10 can be constant or variable, e.g. with a tapered wall 20 may be formed.
  • the thickness of the wall 20 of the generator housing 10 along the axial extent of the generator housing 10 may be formed in sections of different thickness to special constructive, e.g. static or functional requirements.
  • the wall 20 of the exemplary generator housing 10 of FIG. 2 has along its circumference a plurality of bores 50, which for connecting the generator housing 10 on the one hand with the gear housing and on the other hand with the head piece of Serve wind turbine (see Fig. 5).
  • a wind turbine with a generally rotatable gondola mounted on a tower, which receives a generator, a gearbox and a rotor bearing for supporting a rotor connected to a hub supporting at least one rotor blade, wherein at least a portion of the nacelle of Generator housing is formed.
  • a nacelle ie a nacelle housing, can be dispensed with as far as possible.
  • gearbox housing and bearing housing and head piece designed such that the outer wall of these components at the same time represents the outer wall of the wind turbine, ie these elements without further paneling, namely a gondola, get along, can be a very compact and relatively lighter in terms of the weight of such a system Construction achieved and thereby costs are saved.
  • cooling channel sections 30 are formed by webs 40, which do not completely separate two adjacent cooling channel sections 30, but each form a common wall of adjacent cooling channel sections 30, which are projected from one end, i. one end of adjacent cooling channel sections 30, close to, but not completely opposite, the opposite face, i. the other end of the adjacent cooling channel sections 30, rich. This is structurally achieved in that the length of the webs 40 is shorter than the length of the cooling channel sections 30, whereby the adjacent cooling channel sections 30 are thus formed communicating with each other.
  • two webs 40 forming a cooling channel section 30 start at opposite ends of the cooling channel section, i. that the respectively adjacent webs 40 are arranged offset to one another and the mutually communicating cooling channel sections 30 form a meandering coolant line system.
  • the cooling channel sections 30 are formed as a partial length of the generator housing passing through open channel sections 30. These are closed at their two ends by a respective ring element (annular end cap), so that a meandering cooling system is formed. It is preferred provided that the webs 40 and the inner and outer walls 20, 25 of the cooling sections 30, 35 form a flange on which the ring member 60 is applied including a seal, not shown in the drawings and fixedly connected to the webs 40. Elaborate and large-scale deflection devices for the formation of meandering cooling systems are thus eliminated.
  • individual cooling channel sections 30 can be combined to form functional groups, so that not all of the cooling channel sections 30 must be designed to communicate with one another.
  • first cooling channel sections 30 mentioned above, further cooling channel sections 35 not communicating with these first cooling channel sections 30 are provided. These may be formed, for example, like the above-mentioned first cooling channel sections 30.
  • the second cooling channel sections 35 may also be simple linear channels in the generator wall 10, which particularly preferably lead a coolant that differs from the coolant guided in the first cooling channels 30.
  • the second cooling channels 35 can be released, for example by means of a suitable control, in particular at peak loads and an associated increased heat production and thus regulate the cooling performance. However, it is understood that such a control does not have to be present and the second cooling channels 35 can also be flowed through permanently by a coolant.
  • the coolant flowing through the first cooling channels and / or second cooling channels 35 may be, for example, water or a water / glycol mixture.
  • the coolant may also be a gas or gas mixture, eg air. If the coolant is a liquid, care should be taken in particular that the first and / or the second cooling channels 30, 35 or the Generator housing 10 consist of a material that is not attacked by the coolant and with the coolant does not undergo a chemical reaction that could lead to the cooling channels blocking deposits.
  • the walls of the cooling channel sections 30, 35, ie the webs 40 may have a coating which ensures unchanged flow properties during the life of the wind energy plant.
  • first cooling channels 30 are traversed by a cooling liquid and the second cooling channels 35 of air. These can be designed as cycles.
  • air is circulated in the generator interior for dissipating the heat accumulating in the winding heads and guided into the second cooling channel sections 35 in order to deliver the heat transported with the air to the liquid circuit guided in the first cooling channels 30.
  • the basic idea of a preferred exemplary embodiment is to conically form the generator housing on its inner surface so that a surface pressure achieved between the stator and generator housing by axial clamping contributes to a good heat transfer.
  • the generator housing 10 is formed in two parts and consists of a hollow cylindrical body 12 and the cooling channels receiving heat sink 14, both of which can be connected together.
  • Particularly preferred is the cone-shaped Formation of thedekö ⁇ ers 14 on its inner and / or outer surface, as this is possible to put the heat sink 14 when inserted into the body 12 of the generator housing 10 tight in terms of surface pressure to the laminated core 16 and thus a very good heat transfer between laminated core 16th and to achieve heat sink 14.
  • adjusting means 18 are provided which determines the relative position of thedekö ⁇ ers 14 for Grundkö ⁇ er 12 and the laminated cores 16.
  • thedegro ⁇ er 14 on its the laminated cores 16 facing inner side for example, have a spray galvanizing.
  • the present invention makes it possible to produce a compact generator with integrated cooling, which is particularly suitable for the construction of a very compact wind energy plant.
  • FIG. 5 shows a sectional side view of a particularly preferred wind energy plant, which will be described in detail below.
  • the rotor formed by the rotor blades 1 10 and the hub 112 of the wind turbine is supported by the rotor bearing 116 and transmits the forces and moments to the subsequent components.
  • the gearbox is integrated in the gear housing 1 18.
  • the downstream generator is installed in the generator housing 120. Both housing 1 18, 120 have approximately the same diameter and are bolted together.
  • the generator housing 120 is in turn screwed to a head carrier 122, which initiates the loads via an azimuth bearing 142 in a tower 1 14. All required units and components are housed in these elements.
  • An additional nacelle cover for weather protection and to accommodate ancillaries is not required.
  • both housings are externally provided with cooling fins.
  • the hub 112 is connected via the screw 152 to the ring gear 124 of the first gear stage.
  • This ring gear 124 is pressed into the inner ring of the rotor bearing 16 and firmly connected.
  • the outer ring 130 of the rotor bearing 116 is fixedly connected by the screws 154 with the gear housing 118 and via this with the generator housing 120.
  • the labyrinth seal 150 seals the gear 136 to the outside.
  • the planet wheels 156 of first gear stage are mounted on spherical bearings 126. These plain bearings 126 are mounted on the transmission housing 1 18 via trunnions 128.
  • the planet gears 156 transmit the torque to the sun gear 158.
  • a curved toothing is mounted, which transmits the torque to the intermediate shaft 160.
  • This intermediate shaft 160 in turn is inserted into the planet carrier 162 of the second planetary stage.
  • the second planetary stage 132 is also integrated with the transmission housing 118 and drives the sun gear with the transmission shaft 166.
  • This transmission shaft 166 is torsionally connected to the generator drive flange 168 by arc splines.
  • the generator 134 is designed as a permanently excited synchronous generator, which is installed in the generator housing 120 according to the invention and provided with cooling channels 136.
  • the cooling circuit is operated by the feed pump 164 and the waste heat discharged through the radiator 148 to the outside air.
  • the generator housing 120 is connected to the glands 138 to the head carrier 122.
  • the headgear 122 includes the wind direction tracking actuators 144, the vertical brakes 140, the gearbox and generator coolers 148, the filter oil reservoir 146 with filters and circulation pumps, and the generator cooling circuit circulation pump 164. Through the two gear stages and the generator, a central tube 170 is performed centrally, in which the power supply for the rotor blade adjustment is laid. About the rotary feedthrough or the slip ring 172, the required energy from the stationary part of the head carrier 122 is transmitted to the rotating hub 112.

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Abstract

Generatorgehäuse (10) zur Aufnahme eines Stators und eines um eine Antriebswelle rotierenden Rotors, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von das Generatorgehäuse ( 10) auf wenigstens einer Teillänge in axialer Richtung durchziehenden ersten Kühlkanalabschnitten (30), die durch eine Mehrzahl axial verlaufender Stege (40) gebildet sind, deren Länge kürzer als die Länge der ersten Kühlkanalabschnitte (30) ist, wobei jeweils benachbarte, die ersten Kühlkanalabschnitte (30) bildende Stege (40) jeweils an gegenüberliegenden axialen Enden der ersten Kühlkanalabschnitte (30) ansetzen.

Description

Generatorgehäuse für eine Windenergieanlage
Die Erfindung betrifft ein Generatorgehäuse zur Aufnahme eines Stators und eines um eine Antriebswelle rotierenden Rotors. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Generatorgehäuse für den Generator einer Windenergieanlage.
Generatoren sind ein integraler Bestandteil von Windenergieanlagen. In letzter Zeit ist mit zunehmendem Anstieg der Leistung der neu entwickelten Generatoren auch der Kühlbedarf dieser Generatoren deutlich angestiegen. Eine ausreichende Kühlung ist jedoch zwingend erforderlich, um einer Beschädigung der Generatorkomponenten, insbesondere bei Volllast entgegenwirken zu können. Speziell der mit zunehmender Leistungsdichte gestiegene
Wärmeanfall erfordert eine ausreichend dimensionierte Kühlung, um gerade die in den Wickelköpfen angeordneten elektrischen Wicklungen nicht zu beschädigen.
Hierfür wird auf Kühlmittel, beispielsweise eine Flüssigkeit, z.B. Wasser oder Öl, oder ein Gas oder Gasgemisch, z.B. Luft, zurückgegriffen, die die zu kühlenden Komponenten entweder in besonderen, von den Komponenten durch eine Wandung getrennten Kühlkanälen umströmen oder die Komponenten vollständig umfließen. Letzteres wird beispielsweise durch einen in der Gondel einer Windenergieanlage geführten Luftstrom realisiert, wie diese beispielsweise aus der DE 10 2004 014 876 Al bekannt ist.
Allerdings weist eine Luftkühlung bestimmte Nachteile auf. Zum einen ist der zur Realisierung eines Luftstroms in der Gondel einer Windenergieanlage benötigte Platz erheblich. Zum anderen ergibt sich aus der Verwendung von Luft als Kühlmittel, insbesondere bei Offshore-Windenergieanlagen, das Problem einer erhöhten
Korrosionsgefährdung. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken werden zwar Filter und geschlossene Kreislaufsysteme vorgesehen. Diese sind jedoch nicht so effizient wie die bekannten Wasserkühlungssysteme mit einem Wasser/Glykol-Gemisch mit im Verhältnis höherer Wärmekapazität und besitzen zudem noch einen größeren Platzbedarf. Vorrangig werden jedoch Lösungen gesucht, die kompaktere Windenergieanlagen ermöglichen. Beispielsweise ist es bekannt, die Blechpakete eines Stators mit Bohrungen zu versehen, in die Kühlkanäle eingezogen werden. Obwohl durch unmittelbaren Kontakt des Stators mit den Kühlkanälen ein guter Wärmeübergang erreicht werden kann, ist diese Ausführung aufgrund sehr genau auszuführender Abmessungen arbeitstechnisch sehr aufwändig. Außerdem muss in dem Fall, dass die die Blechpakete durchziehenden Kühlkanäle miteinander kommunizierend verbunden werden sollen, über die Durchführung durch die Blechpakete hinaus zusätzlicher Platz für die Verbindung der Kühlkanäle untereinander geschaffen werden. Schließlich besteht auch das Problem, dass die Kühlflüssigkeit bei einem Defekt eines Kühlkanals direkt in den Generator läuft und hier Schädigungen hervorruft.
Andererseits sind beispielsweise aus der EP 0 967 708 A2 zusätzliche Elemente bekannt, die zur Wärmeabführung (hier bei einem Elektromotor) am Umfang des Stators angeordnet sind. Jedoch ist es notwendig ein zusätzliches Bauelement zu schaffen, das einer Windenergieanlage zusätzliches Gewicht verleihen würde. Außerdem sind auch hier einen relativ großen Raum einnehmende Umlenkeinrichtungen zur Ausbildung miteinander kommunizierender, mäandrierender Kühlkanäle notwendig.
Insgesamt ist festzustellen, dass die bekannten Mittel zum Bewirken einer Kühlung insbesondere des Generators einer Windenergieanlage sehr aufwändig sind, einen großen Raum einnehmen und das Gewicht einer Windenergieanlage teils stark erhöhen. Die bekannten Kühlungsmaßnahmen für Generatoren stehen daher einer kompakten und relativ leichtgewichtigen Ausführung einer Windenergieanlage entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Generator für eine Windenergieanlage bereitzustellen, der kompakte Maße, ein relativ geringes Gewicht und Mittel aufweist, die eine hinreichende Kühlung aller Komponenten des Generators gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch ein Generatorgehäuse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, ein Generatorgehäuse zu schaffen, dessen Wandung ein über wenigstens eine Teillänge des Generatorgehäuses durch Kühlkanalabschnitte gebildetes mäandrierendes Kühlkanalsystem aufweist, das durch Stege gebildet wird, deren Länge kürzer als die vom Kühlsystem eingenommene Teillänge des Generatorgehäuses ist. Hierzu ist es also notwendig, dass die Stege kürzer als die Kühlkanalabschnitte und zueinander derart versetzt angeordnet sind, dass ein Kühlmittel die Kühlkanalabschnitte entlang wenigstens einen Teils des Umfangs des Generatorgehäuses mäandrierend durchlaufen muss.
Mit dieser Ausgestaltung eines Generatorgehäuses können kompakte und relativ leichtgewichtige Generatoren geschaffen werden, wobei auf einen guten Wärmeübergang der vom Gehäuse aufgenommenen Generatorelemente zum Generatorgehäuse zu achten ist Insbesondere können Windenergieanlagen vom erfindungsgemäßen Generatorgehäuse profitieren, da hiermit eine Platz und Gewicht sparende Alternative zu herkömmlichen Generatoren geschaffen wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Kühlkanäle zur Erläuterung des
Kühlprinzips,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Generatorgehäuse nach der Erfindung,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Generatorgehäuses aus Fig 2,
Fig. 4 eine Schnittansicht in Längsrichtung des Generatorgehäuses nach einem besonders bevorzugt ausgebildeten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung und
Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Windenergieanlage.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung in einer schematischen, abgewickelten Ansicht des im Generatorgehäuse vorgesehenen Kühlabschnitts. Deutlich zu erkennen ist die Mehrzahl von das Generatorgehäuse in axialer Richtung durchziehenden ersten Kühlkanalabschnitten 30, wobei in dieser Ansicht auch ein zweiter Kühlkanal 35 eingezeichnet ist. Die ersten Kühlkanalabschnitte 30 zu beiden Seiten des zweiten Kühlkanalabschnitts 35 sind miteinander kommunizierend zu in radialer Richtung mäandrierenden Kühlkanälen zusammengefasst, wobei der zweite Kühlkanalabschnitt 35 im gezeigten Beispiel als linearer Kanal ausgebildet ist. Als Kühlkanalabschnitt 30, 35 wird dabei der lineare Abschnitt in axialer Richtung zwischen den in Fig. 1 gezeigten, die Kühlkanalabschnitte 30, 35 bzw. die Kühlkanäle stirnseitig verschließenden Abschlusselemente 60 bezeichnet.
Die ersten Kühlkanalabschnitte 30 sind durch benachbart angeordnete Stege 40 gebildet, wobei je zwei benachbarte Stege der ersten Kühlkanalabschnitte 30 an sich in axialer
Richtung gegenüberliegenden Enden der ersten Kühlkanalabschnitte 30 ansetzen. Es versteht sich, dass die ersten Kühlkanalabschnitte 30 an deren Enden nicht offen, sondern geschlossen ausgebildet sind. Dieses kann in jeder für den Fachmann geeigneten Art und Weise oder besonders bevorzugt wie im Folgenden durch das bevorzugte ringförmige Abschlusselement 60 beschrieben erfolgen. Es versteht sich weiterhin, dass Anschlüsse vorgesehen sein müssen, die eine Zu- und Ableitung von Kühlmittel ermöglichen (vgl. Fig. 4)
Die zweiten Kühlkanalabschnitte 35 hingegen weisen besonders bevorzugt in radialer Richtung Öffnungen auf, durch die im Generatorraum zirkulierende Luft in die zweiten Kühlkanäle 35 eintreten und diese wieder verlassen kann.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Generatorgehäuse. Das Generatorgehäuse 10 ist als Hohlzylinder mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet. Dabei kann der Querschnitt des Hohlzylinders entlang der axialen Erstreckung des Generatorgehäuses 10 konstant oder veränderlich, z.B. mit einer konisch zulaufenden Wandung 20, ausgebildet sein. Darüber hinaus kann auch die Dicke der Wandung 20 des Generatorgehäuses 10 entlang der axialen Erstreckung des Generatorgehäuses 10 abschnittsweise unterschiedlich dick ausgebildet sein, um besonderen konstruktiven, z.B. statischen oder funktionellen, Erfordernissen zu genügen.
Die Wandung 20 des beispielhaften Generatorgehäuses 10 von Fig. 2 weist entlang ihres Umfangs eine Vielzahl von Bohrungen 50 auf, die zur Verbindung des Generatorgehäuses 10 einerseits mit dem Getriebegehäuse und andererseits mit dem Kopfstück der Windenergieanlage dienen (vgl. Fig. 5). Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausbildung einer Windenergieanlage mit einer auf einem Turm, im Allgemeinen drehbar angeordneten Gondel, die einen Generator, ein Getriebe und ein Rotorlager zur Lagerung eines mit einer wenigstens ein Rotorblatt tragenden Nabe verbundenen Rotors aufnimmt, wobei wenigstens ein Teilabschnitt der Gondel vom Generatorgehäuse gebildet ist. Das bedeutet, dass bei einer derartigen Ausgestaltung auf eine Gondel, d.h. ein Gondelgehäuse, weitestgehend verzichtet werden kann. Sind auch Getriebegehäuse und Lagergehäuse und Kopfstück derart ausgebildet, dass die Außenwandung dieser Bauelemente zugleich die Außenwandung der Windenergieanlage darstellt, d.h. diese Elemente ohne weitere Verkleidung, nämlich eine Gondel, auskommen, kann ein sehr kompakter und in Bezug auf das Gewicht einer derartigen Anlage relativ leichter Aufbau erreicht und dadurch Kosten eingespart werden.
Weiterhin sind auch im Querschnitt des Generatorgehäuses 10 von Fig. 2 die in der Wandung 20 des Generatorgehäuses angeordneten Kühlkanalabschnitte 30 deutlich zu erkennen. Die Kühlkanalabschnitte 30 sind durch Stege 40 gebildet, die zwei benachbarte Kühlkanalabschnitte 30 nicht vollständig voneinander trennen, sondern jeweils eine gemeinsame Wandung benachbarter Kühlkanalabschnitte 30 bilden, die von einer Stirnseite, d.h. einem Ende benachbarter Kühlkanalabschnitte 30, bis nahe, aber nicht vollständig zur gegenüberliegenden Stirnseite, d.h. dem anderen Ende der benachbarten Kühlkanalabschnitte 30, reichen. Dieses wird konstruktiv dadurch erreicht, dass die Länge der Stege 40 kürzer als die Länge der Kühlkanalabschnitte 30 ist, wodurch die benachbarten Kühlkanalabschnitte 30 also miteinander kommunizierend ausgebildet sind.
Dabei ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass zwei einen Kühlkanalabschnitt 30 bildende Stege 40 an gegenüberliegenden Enden des Kühlkanalabschnitts ansetzen, d.h. das die jeweils benachbarten Stege 40 zueinander versetzt angeordnet sind und die miteinander kommunizierenden Kühlkanalabschnitte 30 ein mäandrierendes Kühlmittelleitungssystem ausbilden.
Im gezeigten Beispiel sind die Kühlkanalabschnitte 30 als eine Teillänge des Generatorgehäuses durchziehende offene Kanalabschnitte 30 ausgebildet. Diese werden an ihren beiden Enden durch jeweils ein Ringelement (ringförmiger Abschlussdeckel) verschlossen, sodass ein mäanderförmiges Kühlsystem entsteht. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stege 40 und die Innen- und Außenwandung 20, 25 der Kühlabschnitte 30, 35 einen Flansch ausbilden, auf den das Ringelement 60 einschließlich einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Dichtung aufgebracht und fest mit den Stegen 40 verbunden wird. Aufwändige und großräumige Umlenkeinrichtungen zur Ausbildung von mäandrierenden Kühlsystemen entfallen somit.
Bevorzugt können einzelne Kühlkanalabschnitte 30 zu funktionellen Gruppen zusammengefasst sein, sodass nicht alle Kühlkanalabschnitte 30 miteinander kommunizierend ausgebildet sein müssen. Beispielsweise ist es möglich, den Umfang des Generatorgehäuses 10 in vier Sektoren zu unterteilen, in denen die Kühlkanalabschnitte 30 miteinander, nicht aber mit Kühlkanalabschnitten 30 anderer Sektoren kommunizieren. Da das in den mäandrierenden Kühlkanälen 30 geführte Kühlmittel nicht entlang des gesamten Umfangs des Generatorgehäuses 10 geführt werden muss, kann eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr erreicht werden, wobei auch ein übermäßiger Temperaturanstieg im Kühlmittel vermieden werden kann.
Weiter ist auch bevorzugt vorgesehen, dass zu den oben genannten, ersten Kühlkanalabschnitten 30 weitere mit diesen ersten Kühlkanalabschnitten 30 nicht kommunizierende zweite Kühlkanalabschnitte 35 vorgesehen sind. Diese können beispielsweise wie die oben genannten ersten Kühlkanalabschnitte 30 ausgebildet sein. Es kann sich bei den zweiten Kühlkanalabschnitten 35 aber auch um einfache lineare Kanäle in der Generatorwandung 10 handeln, die besonders bevorzugt ein sich von dem in den ersten Kühlkanälen 30 geführten Kühlmittel unterscheidendes Kühlmittel führen. Die zweiten Kühlkanäle 35 können insbesondere bei Spitzenlasten und einer damit verbundenen erhöhten Wärmeproduktion beispielsweise mittels einer geeigneten Steuerung freigegeben werden und so die Kühlungsleistung regulieren. Es versteht sich jedoch, dass eine derartige Steuerung nicht vorhanden sein muss und auch die zweiten Kühlkanäle 35 permanent von einem Kühlmittel durchströmt sein können.
Das die ersten Kühlkanäle und/oder zweiten Kühlkanäle 35 durchströmende Kühlmittel kann beispielsweise Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch sein. Das Kühlmittel kann auch ein Gas oder Gasgemisch, z.B. Luft, sein. Ist das Kühlmittel eine Flüssigkeit ist insbesondere darauf zu achten, dass die ersten und/oder die zweiten Kühlkanäle 30, 35 bzw. das Generatorgehäuse 10 aus einem Material bestehen, dass nicht vom Kühlmittel angegriffen wird und mit dem Kühlmittel keine chemische Reaktion eingeht, die zu die Kühlkanäle blockierenden Ablagerungen führen könnte. Alternativ können die Wandungen der Kühlkanalabschnitte 30, 35, i.e. die Stege 40, eine Beschichtung aufweisen, die während der Lebensdauer der Windenergieanlage unveränderte Strömungseigenschaften gewährleistet.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die ersten Kühlkanäle 30 von einer Kühlflüssigkeit und die zweiten Kühlkanäle 35 von Luft durchströmt werden. Diese können als Kreisläufe ausgebildet sein. Insbesondere ist nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass im Generatorinnenraum Luft zum Abführen der in den Wickelköpfen anfallenden Wärme umgewälzt und in die zweiten Kühlkanalabschnitte 35 geführt wird, um dort die mit der Luft transportierte Wärme an den in den ersten Kühlkanälen 30 geführten Flüssigkeitskreislauf abzugeben.
Die Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Generatoren ist sehr aufwändig. Insbesondere ist es sehr aufwändig die Einzelteile der Generatoren in ihren Abmessungen aufeinander abzustimmen und die Einzelteile zusammenzusetzen. Da dieses regelmäßig durch Temperaturunterschiede zwischen den Einzelbestandteilen, d.h. durch Erwärmen einiger Bestandteile erfolgt, ist das gesamte Verfahren sehr arbeits-, zeit- und kostenaufwändig.
Insbesondere bei der vorliegenden Erfindung ist es aufgrund der im Generatorgehäuse angeordneten Kühlanordnung notwendig, einen guten Wärmeübergang zwischen Stator und Gehäuse zu schaffen.
Grundgedanke eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist es nun das Generatorgehäuse auf seiner Innenoberfläche konisch auszubilden, sodass eine durch axiale Verspannung erreichte Flächenpressung zwischen Stator und Generatorgehäuse zu einem guten Wärmeübergang beiträgt.
Nach einem weiteren in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Generatorgehäuse 10 zweiteilig ausgebildet ist und aus einem hohlzylindrischen Grundkörper 12 und einem die Kühlkanäle aufnehmenden Kühlkörper 14 besteht, die beide miteinander verbunden werden können. Besonders bevorzugt ist die konusförmige Ausbildung des Kühlköφers 14 auf seiner Innen- und/oder Außenoberfläche, da hierdurch ermöglicht ist, den Kühlkörper 14 bei Einsetzen in den Grundkörper 12 des Generatorgehäuses 10 stramm im Sinne einer Flächenpressung an das Blechpaket 16 zu setzen und damit einen sehr guten Wärmeübergang zwischen Blechpaket 16 und Kühlkörper 14 zu erreichen. Insbesondere sind hierfür Stellmittel 18 vorgesehen, die die relative Position des Kühlköφers 14 zum Grundköφer 12 und den Blechpaketen 16 bestimmt. Für einen guten Wärmeübergang kann der Kühlköφer 14 auf seiner den Blechpaketen 16 zugewandten inneren Seite beispielsweise eine Spritzverzinkung aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht aufgrund des erfindungsgemäßen Generatorgehäuses 10 die Herstellung eines kompakten Generators mit integrierter Kühlung, der insbesondere zum Bau einer sehr kompakten Windenergieanlage geeignet ist.
Schließlich zeigt Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Windenergieanlage, die im Folgenden im Detail beschrieben wird.
Der durch die Rotorblätter 1 10 und die Nabe 112 der Windenergieanlage gebildete Rotor wird durch das Rotorlager 116 gelagert und überträgt die Kräfte und Momente auf die nachfolgenden Bauteile. Das Getriebe ist im Getriebegehäuse 1 18 integriert. Der nachgeschaltete Generator ist im Generatorgehäuse 120 eingebaut. Beide Gehäuse 1 18, 120 haben in etwa den gleichen Durchmesser und sind miteinander verschraubt. Das Generatorgehäuse 120 ist wiederum mit einem Kopfträger 122 verschraubt, der die Lasten über ein Azimutlager 142 in einen Turm 1 14 einleitet. Alle erforderlichen Aggregate und Komponenten sind in diesen Elementen untergebracht. Eine zusätzliche Gondelverkleidung zum Witterungsschutz und zur Aufnahme von Nebenaggregaten ist nicht erforderlich. Zur teilweisen Abfuhr der Verlustwärme an die Außenluft sind beide Gehäuse außen mit Kühlrippen versehen.
Die Nabe 112 ist über die Verschraubung 152 mit dem Hohlrad 124 der ersten Getriebestufe verbunden. Dieses Hohlrad 124 ist in den Innenring der Rotorlagers 16 eingepresst und fest verbunden. Der Außenring 130 des Rotorlagers 116 ist durch die Schrauben 154 mit dem Getriebegehäuse 118 und über dieses mit dem Generatorgehäuse 120 fest verbunden. Die Labyrinthdichtung 150 dichtet das Getriebe 136 nach außen ab. Die Planetenräder 156 der ersten Getriebestufe sind über sphärische Gleitlager 126 gelagert. Diese Gleitlager 126 werden über Lagerzapfen 128 an dem Getriebegehäuse 1 18 befestigt. Die Planetenräder 156 übertragen das Drehmoment an das Sonnenrad 158. Zentrisch im Sonnenrad ist eine Bogenverzahnung angebracht, die das Drehmoment auf die Zwischenwelle 160 überträgt. Diese Zwischenwelle 160 wiederum ist in den Planetenträger 162 der zweiten Planetenstufe eingesteckt. Die zweite Planetenstufe 132 ist ebenfalls in das Getriebegehäuse 1 18 integriert und treibt das Sonnenrad mit der Übertragungswelle 166 an. Diese Übertragungswelle 166 ist durch eine Bogenverzahnung mit dem Generatorantriebsflansch 168 drehmomentmäßig verbunden. Der Generator 134 ist als permanent erregter Synchrongenerator ausgeführt, der in das erfindungsgemäße Generatorgehäuse 120 eingebaut und mit Kühlkanälen 136 versehen ist. Der Kühlkreislauf wird durch die Förderpumpe 164 betrieben und die Abwärme durch den Kühler 148 an die Außenluft abgeführt. Das Generatorgehäuse 120 ist mit den Verschraubungen 138 mit dem Kopfträger 122 verbunden. Der Kopfträger 122 beinhaltet die Verstellantriebe 144 für die Windrichtungsnachführung, die Vertikalbremsen 140, die Kühler 148 für das Getriebe und den Generator, den Getriebeölbehälter 146 mit Filtern und Umwälzpumpen sowie die Umwälzpumpe 164 für den Generatorkühlkreislauf. Durch die beiden Getriebestufen und den Generator ist ein zentrales Rohr 170 zentrisch durchgeführt, in dem die Energieversorgung für die Rotorblattverstellung verlegt ist. Über die Drehdurchführung bzw. den Schleifring 172 wird die erforderliche Energie vom still stehenden Teil des Kopfträgers 122 auf die drehende Nabe 112 übertragen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Generatorgehäuse (10) zur Aufnahme eines Stators und eines um eine Antriebswelle rotierenden Rotors,
gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von das Generatorgehäuse (10) auf wenigstens einer Teillänge in axialer Richtung durchziehenden ersten Kühlkanalabschnitten (30), die durch eine Mehrzahl axial verlaufender Stege (40) gebildet sind, deren Länge kürzer als die Länge der ersten Kühlkanalabschnitte (30) ist,
wobei jeweils benachbarte, die ersten Kühlkanalabschnitte (30) bildende Stege (40) jeweils an gegenüberliegenden axialen Enden der ersten Kühlkanalabschnitte (30) ansetzen.
2. Generatorgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einen
Kühlkanalabschnitt (30) bildenden Wandungen (20, 25) und Stege (40) einen Flansch zur Aufnahme eines die Kühlkanalabschnitte (30, 35) stirnseitig verschließenden Rings (60) bilden.
3. Generatorgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanalabschnitte (30) zu einer Mehrzahl von radial mäandrierenden Kühlkanalen zusammengefasst sind.
4. Generatorgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanalabschnitte (30) zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit eingerichtet sind.
5. Generatorgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mit den ersten Kühlkanalabschnitten (30) nicht kommunizierende zweite Kühlkanalabschnitte (35).
6. Generatorgehäuse (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kühlkanalabschnitte (35) miteinander kommunizierend ausgebildet sind.
7. Generatorgehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche des Generatorgehäuses (10) konisch ausgebildet ist.
8. Generatorgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorgehäuse (10) aus einem hohlzylindrischen Grundkörper und einem die Kühlkanalabschnitte (30, 35) aufnehmenden, mit dem Grundkörper verbundenen Kühlkörper besteht.
9. Generatorgehäuse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenoberfläche und/oder Außenoberfläche konisch ausgebildet ist.
10. Generator, gekennzeichnet durch ein Generatorgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
1 1. Windenergieanlage mit einem Turm, einer einen Generator und ein Rotorlager aufnehmenden Gondel und einem im Rotorlager gelagerten, eine Nabe mit wenigstens einem Rotorblatt tragenden Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Teilabschnitt der Gondel vom Generatorgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildet ist.
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