WO2012130814A2 - Polschuh - Google Patents

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a pole piece of an electrical machine, in particular a rotor of an electrical generator of a wind turbine.
  • the present invention relates to a generator, in particular a ring generator, as well as a Polschuhkühl redesign and a wind turbine.
  • the present invention relates to a method for producing a pole piece and to a method for operating a power plant.
  • a pole piece generally serves to guide a magnetic field and to let out and distribute the magnetic field lines in a defined shape.
  • a pole piece consists of a material with a high permeability.
  • pole shoes are arranged in the stator and / or in the rotor of the generator.
  • a pole piece is in the following a Polschuhblechun, which is constructed to avoid or at least reduce eddy currents from many individual, mutually insulated laminations understood.
  • Such a pole piece essentially consists of a pole shoe head and a pole shoe body.
  • a generator cooling is known.
  • the document relates to a power plant with a ring generator and a nacelle housing of the wind turbine surrounding the ring generator, the nacelle housing having a thermally conductive housing section in the region of the bovine generator and a predetermined distance being formed between the outer circumference of the ring generator and the thermally conductive housing section, so that the heat energy is above or below the wind turbine is transmitted through air.
  • water cooling or combined air-water cooling are known.
  • Such prior art solutions sometimes have a low cooling capacity or are very expensive and expensive due to design changes to the generator.
  • the following publications are generally referred to: CH 425 984 A, US Pat. No. 6,774,504 B1 and EP 0 793 870 B1.
  • Such a pole piece of an electrical machine in particular a rotor of an electrical generator of a wind turbine, has a pole shoe body for guiding a magnetic field and for receiving a winding for guiding an electric current, in particular an exciter current, for generating the magnetic field.
  • the PolschuhSystem is either completely or partially surrounded by at least one heat sink, which can also be called Polschuhkühlvik, cooled to cool the pole piece.
  • the heat sink is disposed between the pole piece and the Wcklung. The Wcklung can be part of the pole piece.
  • the heat sink is preferably formed so that it receives the winding and thus forms a cooled, in particular water-cooled bobbin.
  • the PolschuhSuper is for example laminated and made of iron.
  • the pole shoe body is in the form of a cuboid, in which the corners are recessed.
  • the recess material of the winding is saved.
  • a pole piece is fastened, for example, in a rotor of a generator of a wind power plant, by arranging a cooling system, the excitation current which is fed into the winding and thus the power of the generator can be increased. Because the heat sink is located between the pole piece body and the winding, a close thermal contact between the heat sink and the heat source, ie the winding, is achieved and the heat source is cooled directly. The heat is thus dissipated before the pole piece is too warm, so that there is no damage due to overheating of the winding. Warming that occurs in the pole shoe body, such as by eddy current losses and iron losses can also get from the PolschuhMech to the heat sink and be removed in a simple manner.
  • the heat sink is designed as a wound body.
  • the winding body is preferably adapted to the PolschuhSystem and is pushed onto this.
  • the winding is arranged on the winding body.
  • the heat sink between the Polschuh- body and the winding and the heat of the heat source can be dissipated directly.
  • a winding body and a heat sink could be arranged between the winding and the pole shoe body.
  • the pole piece has an electrical insulation means to electrically insulate the heat sink against the winding and / or to conduct heat from the heat to the heat sink.
  • the insulating means may comprise, for example, an insulating film, mica disks or ceramic plates.
  • electrically insulating layers of oxides such as, for example, aluminum oxide, are also suitable as passivation layers.
  • the heat sink is designed to be hollow for guiding a cooling medium.
  • a cooling medium in particular a cooling liquid is used.
  • a cooling liquid may include, for example, water.
  • cooling liquid has an antifreeze agent such as glycol. This ensures that the cooling liquid does not freeze even when the electric machine is at a standstill.
  • the cooling medium may also be gaseous or at least partially have solid substances or substance mixtures, or be formed for example as a gel.
  • the heat sink is made of aluminum.
  • Aluminum has the advantage that it is a good heat-conductive metal and thus the heat loss can be derived by heat conduction from the heat-generating component, so the winding.
  • the heat sink could also be made of copper, which is also a good heat conductive metal.
  • the heat sink at least two connection points for connection to a cooling system, so that the cooling system can form a cooling circuit together with the heat sink.
  • one or the cooling medium is introduced via one of the connection points and the cooling medium is discharged via one of the other connection points.
  • the cooling medium flows into the heat sink with an inlet temperature which is lower than the temperature of the heat source, and there is a heat transfer from the warmer to the colder medium, ie to the cooling medium.
  • the heated cooling medium is removed and introduced after cooling again in the cooling circuit.
  • the cooling takes place for example by means of a recooler, which emits the dissipated heat to the environment.
  • Such a recooler is arranged, for example, in a wind turbine in or on the nacelle of the wind turbine. If the pole shoe body is provided with recesses at its corners, as already described above, the connection points of the heat sink can be arranged in these recesses, or in two of these recesses, and thereby make efficient use of the space.
  • the pole piece is prepared for use in a salient pole machine, in particular a ring generator.
  • a salient pole machine is a three-phase synchronous machine designed for low speeds, which is used as a generator, for example, in wind turbines.
  • a ring generator is characterized by a high number of rotor and stator poles, which are arranged annularly along the air gap. Due to the large number of poles, for example, 30, 40, in particular 48, 50 and more rotor poles can be provided, a very slowly rotating operation is made possible, in which the generator with less than 30, 20, 15 and in particular less than 10 U per minute turns.
  • the invention comprises a generator, in particular a ring generator, for converting kinetic energy into electrical energy with a stator and a rotor.
  • the stator and / or the rotor at least two pole pieces according to the invention.
  • a ring generator for example a wind energy plant
  • the excitation of the magnetic field takes place via the pole shoes attached to the rotor. If these pole pieces are cooled directly, the power of the wind turbine can be increased thereby or an increase can be made possible by the fact that power loss generated by a high excitation current is dissipated.
  • the life of the wind turbine can be increased by a good cooling and therefore by avoiding too high temperatures.
  • liquid cooling instead of cooling by ambient air, exposure to the ambient air can be avoided. Moisture and dirt can be kept away from the system.
  • the at least two pole pieces on the rotor or the stator in each case a so arranged around the respective heat sink winding, that the heat sink between PolschuhSystem and winding is arranged. Direct cooling of the heat source is thus possible.
  • the invention proposes a Polschuhksselêtêtterrorism for cooling a pole piece and for use with a pole piece according to the invention.
  • a Polschuhksselêtêtterrorism is designed as a rigid body and adapted to a pole piece, in particular to the Polschuhscale a pole piece.
  • the Polschuhksselêtterrorism can be used for various embodiments of the pole piece, such as various sizes or shapes. In this case, the pole piece learns even little or no structural changes.
  • the pole shoe body After mounting the heat sink and the insulating foil, the pole shoe body can be provided with the winding and introduced into the electrical machine. Only the connections for the cooling circuit and the associated cooling system result in a different structural design compared to generators without or with other cooling.
  • a receiving space for receiving a Polschuh moments has or forms.
  • a receiving space is understood to be a space defined by the shape of the heat sink, which is intended to receive at least the part of the pole shoe body which is separated from the body Polschuhkühlmaschine should be surrounded.
  • the heat sink which is preferably designed as a rigid body, can be pushed without great effort, for example, on the pole piece.
  • a wind turbine with a generator according to the invention is proposed according to the invention.
  • the required heat output can be dissipated by a cooling system and thus the performance can be increased.
  • a method for producing a pole piece according to the invention comprises the following steps: 1. First, one or the heat sink is arranged on one or the pole shoe body for cooling the pole piece. This can be done for example by pushing on the pole piece.
  • the heat sink is arranged on the pole shoe body in such a way that it completely or partially surrounds the pole shoe body and is arranged between the heat sink and the pole shoe body.
  • the general manufacturing method of a pole piece is supplemented only by the arrangement of the heat sink.
  • the generator is cooled by means of a cooling medium, in particular by a cooling liquid which is pumped through at least one Polschuhkühlmaschine.
  • the medium for cooling the generator is preferably routed via a connection point or points to a recooler.
  • This recooler is located in or on the nacelle of the wind turbine, preferably on at least one outer side of the nacelle.
  • Such a recooler for example, exposed to an air flow and has a sufficiently large surface area to ensure a required heat dissipation.
  • the cooling medium in the recooler can be cooled and fed via one or more connection terminals. be pumped back into the Polschuhkühlmaschine to continue to dissipate the heat loss of the pole piece can.
  • Figure 1 shows a wound body with a Polschuhkühl redesign invention.
  • Figure 2 shows an embodiment of a Polschuhkühl stressess.
  • Figure 3 shows another embodiment of a Polschuhkühl stressess.
  • FIG. 4 shows a connection region of a pole shoe cooling body according to a further embodiment.
  • FIG. 5 shows a pole shoe cooling body with a pole shoe body of a pole shoe according to a further embodiment.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a pole piece according to the invention.
  • Figure 7 shows a section of a pole piece according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows a winding body 100 for a pole piece with a heat sink in the form of a Polschuhkühlianus 101, two connection points 102 and a receiving space 103.
  • the Polschuhkühlterrorism 101 which consists of three via the connection points 102 interconnected part bodies 106, already on the winding body 100th appropriate.
  • a receiving space 103 is provided to accommodate a pole piece.
  • the heat sink 101 encloses the receiving space 103 and thus completely after insertion of the Polschuhworkss the Polschuhoasa, so that a uniform cooling is ensured.
  • connection points 102 on the heat sink 101.
  • the cooling medium is admitted, for example, via one of the connection points 102 led a recooler and cooled there. Via the second connection point 102, the cooling medium is pumped back into the heat sink 101.
  • the illustrated winding body 100 is pushed onto a pole shoe body of a pole piece.
  • an insulation means not shown here is applied, on which in turn a winding is arranged.
  • the thus prepared pole piece can then be attached to the appropriate location of the electrical machine.
  • FIG. 2 shows a rigid heat sink 201, which encompasses three likewise rigid partial bodies 206.
  • the heat sink 201 defines a receiving space 203 for receiving a PolschuhMechs.
  • the three partial heat sinks each form a rigid, circumferential and hollow band-like element, can be passed through the water as a cooling liquid. If the pole shoe body is inserted into the receiving space 203, the heat sink 201 encloses this almost completely, so that a uniform cooling is ensured.
  • connection points 202 can be seen in FIG. As a result, the cooling medium can be introduced or removed into the heat sink 201.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a heat sink 301 with three part bodies 306.
  • the latter also has a receiving space 303 for receiving a pole shoe body and two connection points 302 for supplying or discharging a cooling medium.
  • the heat sinks 201 according to FIGS. 2 and 301 according to FIG. 3 differ essentially by the size of the pole piece or pole shoe body of the pole piece to be accommodated.
  • FIG. 4 shows a partial section of a heat sink 401, which consists of three partial bodies 406 brought together at the connection points 402.
  • the connection points 402 are tubular. Within the tubular connection points 402, connecting points 405 to the hollow partial bodies 406 can be seen. In this way, the cooling medium can be pumped from one of the connection points 402 via the connection points 405 into the heat sink 401, in order to flow through the latter and dissipate the heat. By the other of the two connection points 402, the cooling medium is discharged via the connection points 405 again.
  • a receiving space 403 for receiving a pole piece body is partially shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a pole shoe body 504 of a pole shoe. Furthermore, a heat sink 501 with three partial bodies 506, which encloses the pole shoe body 504, can be seen.
  • the pole piece body 504 is made of a material having a high permeability such as iron. In addition, it is made of laminated mesh to avoid or reduce eddy currents within the pole piece.
  • the pole shoe body 504 is formed in the shape of a cuboid, in which the respective corners 507 are flattened. In the area of these flattened corners, connections for connecting the heat sink to a cooling circuit can be arranged.
  • connection points 502 for guiding the cooling medium to or from a recooler can be seen.
  • the pole piece may also comprise a package, not shown here, which is attached to the heat sink 501.
  • the pole piece can be installed in the electric machine, for example in a rotor of a generator of a wind turbine.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a pole shoe 600 according to the invention.
  • the pole shoe 600 is designed in the shape of an arrow in the region of its pole shoe head 610.
  • the illustrated pole shoe head 610 and pole shoe body 620 together form the pole shoe 600.
  • the pole shoe 600 is preferably produced from individual sheet metal laminations which are insulated from one another. Therefore, the pole piece 600 is also referred to as a Polschuhblechb.
  • Polschuhkühlève is arranged, which surrounds the Polschuh Sciences 620 wholly or partially. Then a winding is attached, which is directly cooled by the close thermal contact with the heat sink.
  • FIG. 7 shows a pole shoe body 704 of a pole shoe. Furthermore, a heat sink 701 can be seen, which is not divided into partial bodies, but is formed as a body. The heat sink 701 encloses the pole shoe body 704 substantially from three sides. The cutout of the pole shoe body 704 shows two corner regions 707, which respectively have a recess 717. In one of these two recesses 717, a connection 727 in the form of a connection pipe is provided for connecting the heat sink 701 in order to connect the heat sink 701 to a cooling circuit. In the region of the further recess, a corresponding connection 727 is still missing and guide channels 730 can be seen, which are designed to guide a cooling medium in the cooling body 701.
  • connection 727 is to be provided on completion, which is arranged in one of the recesses 717 and is thereby at least partially integrated into the pole shoe body 704.
  • the heat sink can here, possibly supplemented by insulation, take a winding and thereby form a cooled bobbin.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Polschuh einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors eines elektrischen Generators einer Windenergieanlage, umfassen einen Polschuhkörper zum Führen eines Magnetfeldes und zum Aufnehmen einer Wicklung zum Führen eines elektrischen Stroms, insbesondere eines Erregerstroms, zum Erzeugen des magnetischen Feldes, wenigstens einen den Polschuhkörper ganz oder teilweise umgebenden Kühlkörper zum Kühlen des Polschuhs, wobei der Kühlkörper zwischen dem Polschuhkörper und der Wicklung angeordnet ist.

Description

Polschuh
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polschuh einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors eines elektrischen Generators einer Windenergieanlage. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung einen Generator, insbesondere einen Ringgenerator, sowie einen Polschuhkühlkörper und eine Windenergieanlage. Außerdem betrifft die vorliegen- de Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Polschuhs sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wndenergieanlage.
Ein Polschuh dient im Allgemeinen dazu, ein magnetisches Feld zu führen und die magnetischen Feldlinien in einer definierten Form heraustreten zu lassen und zu verteilen. Dabei besteht solch ein Polschuh aus einem Material mit einer hohen Permeabilität. In elektrischen Maschinen, beispielsweise in einem elektrischen Generator einer Windenergieanlage, sind Polschuhe in dem Stator und/oder in dem Rotor des Generators angeordnet. Unter einem Polschuh wird im nachfolgenden ein Polschuhblechpaket, das zur Vermeidung oder zumindest zur Reduzierung von Wirbelströmen aus vielen einzelnen, voneinander isolierten Blechlamellen aufgebaut ist, verstanden. Ein solcher Polschuh besteht dabei im Wesentlichen aus einem Polschuhkopf und einem Polschuhkörper.
Insbesondere bei langsam drehenden Generatoren wie bei solchen einer getriebelosen Wndenergieanlage wird ein hoher Erregerstrom benötigt, also der Strom, der durch eine Erregerwicklung fließt und dabei ein magnetisches Feld erzeugt. Dies führt zu einem Anstieg der Erregerverlustleisung. Eine Möglichkeit, die Leistung eines solchen Genera- tors zu erhöhen, besteht darin den Erregerstrom zu erhöhen. Um die hierbei steigende Verlustenergie abzuführen werden Kühlsysteme zum Kühlen des Generators eingesetzt.
Aus dem Dokument DE 10 124 268 A1 ist beispielsweise eine Generatorkühlung bekannt. Das Dokument betrifft eine Wndenergieanlage mit einem Ringgenerator und einem den Ringgenerator umgebenen Gondelgehäuse der Windenergieanlage, wobei das Gondelgehäuse im Bereich des Rindgenerators einen wärmeleitenden Gehäuseabschnitt aufweist und zwischen dem Außenumfang des Ringgenerators und dem wärmeleitenden Gehäuseabschnitt ein vorgegebener Abstand ausgebildet ist, so dass die Wärmeenergie über bzw. durch Luft übertragen wird. Allgemein sind für Generatoren Luftkühlungen, Wasserkühlungen oder kombinierte Luft- Wasser-Kühlungen bekannt. Solche vorbekannten Lösungen weisen teilweise eine geringe Kühlleistung auf oder sind durch konstruktive Änderungen am Generator sehr teuer und aufwendig. Als weiterer Stand der Technik wird an dieser Stelle allgemein auf folgende Druckschriften hingewiesen: CH 425 984 A, US 6 774 504 B1 sowie EP 0 793 870 B1 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, wenigstens eines der oben beschriebenen Probleme zu beheben, zumindest zu verringern. Insbesondere soll ein verbessertes Kühlen eines Polschuhs einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors eines elektrischen Generators einer Windenergieanlage, ermöglicht werden. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Polschuh einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
Ein solcher Polschuh einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors eines elektrischen Generators einer Windenergieanlage, weist einen Polschuhkörper zum Führen eines Magnetfeldes und zum Aufnehmen einer Wicklung zum Führen eines elektrischen Stroms, insbesondere eines Erregerstroms, zum Erzeugen des magnetischen Feldes auf. Dabei ist der Polschuhkörper entweder ganz oder teilweise von wenigstens einem Kühlkörper, der auch Polschuhkühlkörper genannt werden kann, zum Kühlen des Polschuhs umgeben. Der Kühlkörper ist zwischen dem Polschuhkörper und der Wcklung angeordnet. Die Wcklung kann dabei Teil des Polschuhs sein.
Der Kühlkörper ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er die Wicklung aufnimmt und somit einen gekühlten, insbesondere wassergekühlten Spulenkörper bildet.
Der Polschuhkörper ist dabei beispielsweise geblecht und aus Eisen ausgeführt. Dadurch können Wirbelströme innerhalb des Polschuhs vermieden oder zumindest reduziert werden. Vorzugsweise ist der Polschuhkörper in Form eines Quaders ausbildet, bei dem die Ecken ausgespart werden. Durch die Aussparung wird Material der Wicklung eingespart. Beispielsweise können bei einer Wicklung eines Polschuhs eines Rotors eines Generators einer Windenergieanlage, insbesondere aus Kupfer, bis zu oder sogar mehr als 2kg oder mehr als 3kg Material pro Polschuh eingespart werden. Ist ein solcher Polschuh beispielsweise in einem Rotor eines Generators einer Windenergieanlage befestigt, so kann durch das Anordnen einer Kühlung der Erregerstrom, der in die Wicklung gespeist wird, und somit die Leistung des Generators erhöht werden. Dadurch, dass sich der Kühlkörper zwischen dem Polschuhkörper und der Wicklung befin- det, kommt ein enger Wärmekontakt zwischen dem Kühlkörper und der Wärmequelle, also der Wicklung, zustande und die Wärmequelle wird direkt gekühlt. Die Wärme wird somit bevor der Polschuh zu warm wird abgeführt, so dass es zu keiner Schädigung durch Überhitzung der Wicklung kommt. Erwärmungen, die in dem Polschuhkörper auftreten, wie z.B. durch Wirbelstromverluste und Eisenverluste können ebenfalls vom Polschuhkörper zum Kühlkörper gelangen und auf einfache Weise abgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polschuhs ist der Kühlkörper als Wickelkörper ausgebildet. Dabei ist der Wickelkörper vorzugsweise an den Polschuhkörper angepasst und wird auf diesen aufgeschoben. Auf den Wickelkörper wird die Wicklung angeordnet. Somit befindet sich der Kühlkörper zwischen dem Polschuh- körper und der Wicklung und die Wärme der Wärmequelle kann direkt abgeführt werden. Alternativ könnten ein Wickelkörper und ein Kühlkörper zwischen der Wicklung und dem Polschuhkörper angeordnet sein.
Vorzugsweise weist der Polschuh ein elektrisches Isolationsmittel auf, um den Kühlkörper gegen die Wicklung elektrisch zu isolieren und/oder um Wärme von der Wcklung zu dem Kühlkörper zu leiten. Das Isolationsmittel kann beispielsweise eine Isolationsfolie, Glimmerscheiben oder Keramikplättchen umfassen. Es kommen zur Isolation auch elektrisch isolierende Schichten aus Oxiden, wie bspw. Aluminium-Oxid, auch als Passivierungs- schichten bekannt in Betracht. Weiterhin kommen zum Isolieren Schichten in Form von Lacken in Betracht, z.B. ähnlich wie der Isolationslack eines Kupferdrahtes. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polschuhs ist der Kühlkörper zum Führen eines Kühlmediums hohl ausgestaltet. Als Kühlmedium wird insbesondere eine Kühlflüssigkeit verwendet. Eine solche Kühlflüssigkeit kann beispielsweise Wasser umfassen. Dies hat den Vorteil, dass ein gleichmäßiger Wärmetransport gewährleistet wird und eine große Wärmemenge abgeführt wird. Vorteilhaft ist es, wenn eine solche Kühlflüssigkeit ein Gefrierschutzmittel wie zum Beispiel Glykol aufweist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit auch bei einem Stillstand der elektrischen Maschine nicht gefriert. Alternativ kann das Kühlmedium auch gasförmig sein oder zumindest teilweise feste Stoffe oder Stoffgemischen aufweisen, oder beispielsweise als Gel ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper aus Aluminium gefertigt ist. Aluminium hat den Vorteil, dass es ein gut wärmeleitfähiges Metall ist und somit die Verlustwärme durch Wärmeleitung vom wärmeerzeugenden Bauelement, also der Wicklung, ableiten kann. Alternativ könnte der Kühlkörper ebenfalls aus Kupfer, das ebenfalls ein gut wärmeleitfähiges Metall ist, gefertigt sein.
Vorzugsweise weist der Kühlkörper wenigstens zwei Anschlussstellen zur Anbindung an ein Kühlsystem auf, so dass das Kühlsystem zusammen mit dem Kühlkörper einen Kühlkreislauf bilden kann. Dabei wird über eine der Anschlussstellen ein bzw. das Kühlmedium eingeleitet und über eine der anderen Anschlussstellen das Kühlmedium abgeführt. Somit strömt das Kühlmedium mit einer Eingangstemperatur, die kleiner ist als die Temperatur der Wärmequelle, in den Kühlkörper, und es findet ein Wärmedurchgang von dem wärmeren zu dem kälteren Medium, also zu dem Kühlmedium, statt. Danach wird das erwärmte Kühlmedium abgeführt und nach Abkühlung erneut in den Kühlkreislauf eingebracht. Dabei erfolgt das Abkühlen beispielsweise mittels eines Rückkühlers, der die abzuführende Wärme an die Umgebung abgibt. Ein solcher Rückkühler ist zum Beispiel bei einer Windenergieanlage in oder an der Gondel der Windenergieanlage angeordnet. Wird der Polschuhkörper mit Aussparungen an seinen Ecken versehen, wie oben bereits beschrieben wurde, können die Anschlussstellen des Kühlkörpers in diesen Aussparungen, bzw. in zweien dieser Aussparungen, angeordnet werden und dadurch den Platz effizient ausnutzen.
Erfindungsgemäß wird der Polschuh zur Verwendung in einer Schenkelpolmaschine, insbesondere einem Ringgenerator vorbereitet. Eine solche Schenkelpolmaschine ist eine für niedrige Drehzahlen konstruierte Drehstromsynchronmaschine, die beispielsweise bei Windenergieanlagen als Generator verwendet wird. Ein Ringgenerator zeichnet sich durch eine hohe Anzahl an Rotor- und Stator- Polen aus, die ringförmig entlang des Luftspaltes angeordnet sind. Durch die hohe Anzahl an Polen, es können bspw. 30, 40, insbesondere 48, 50 und mehr Rotorpole vorgesehen sein, wird ein sehr langsam drehender Betrieb ermöglicht, bei dem sich der Generator mit weniger als 30, 20, 15 und insbesondere weniger als 10 U pro Minute dreht. Vorzugsweise umfasst die Erfindung einen Generator, insbesondere einen Ringgenerator, zum Wandeln einer Bewegungsenergie in eine elektrische Energie mit einem Stator und einem Rotor. Dabei weist der Stator und/oder der Rotor wenigstens zwei erfindungsgemäße Polschuhe auf. Bei einem solchen Ringgenerator, zum Beispiel einer Windener- gieanlage, erfolgt die Erregung des magnetischen Feldes über die am Rotor angebrachten Polschuhe. Werden diese Polschuhe direkt gekühlt, kann die Leistung der Windenergieanlage dadurch gesteigert werden bzw. eine Steigerung kann dadurch ermöglicht werden, dass durch einen hohen Erregungsstrom erzeugte Verlustleistung abgeführt wird. Andererseits kann die Lebensdauer der Windenergieanlage durch eine gute Küh- lung und daher durch Vermeidung zu hoher Temperaturen erhöht werden. Durch Verwendung einer Flüssigkeitskühlung statt einer Kühlung durch Umgebungsluft kann eine Belastung durch die Umgebungsluft vermieden werden. Feuchte und Schmutz kann aus der Anlage fern gehalten werden.
Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Polschuhe an dem Rotor oder dem Stator jeweils eine so um den jeweiligen Kühlkörper angeordnete Wicklung auf, dass der Kühlkörper zwischen Polschuhkörper und Wicklung angeordnet ist. Eine direkte Kühlung der Wärmequelle ist somit möglich.
Zudem wird erfindungsgemäß ein Polschuhkühlkörper zum Kühlen eines Polschuhs und zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Polschuh vorgeschlagen. Ein solcher Polschuhkühlkörper ist als starrer Körper ausgebildet und an einen Polschuh, insbesondere an den Polschuhkörper eines Polschuhs, angepasst. Somit kann der Polschuhkühlkörper für verschiedene Ausführungsformen des Polschuhs wie beispielsweise verschiedene Größen oder Formen verwendet werden. Dabei erfährt der Polschuh selbst keine oder nur geringe konstruktive Änderungen. Der Polschuhkörper kann nach dem Anbrin- gen des Kühlkörpers und der Isolationsfolie mit der Wicklung versehen werden und in die elektrische Maschine eingebracht werden. Lediglich die Anschlüsse für den Kühlkreislauf und das damit verbundene Kühlsystem resultieren in einer abweichenden konstruktiven Ausgestaltung gegenüber Generatoren ohne oder mit anderer Kühlung.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Polschuhkühlkörper, der hier auch vereinfachend nur als Kühlkörper bezeichnet wird, einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Polschuhkörpers aufweist bzw. ausbildet. Unter einem Aufnahmeraum wird hier ein durch die Form des Kühlkörpers festgelegter Raum verstanden, der dazu vorgesehen ist, zumindest den Teil des Polschuhkörpers aufzunehmen, der von dem Polschuhkühlkörper umgeben sein soll. Hierdurch kann der Kühlkörper, der vorzugsweise als starrer Körper ausgebildet ist, ohne großen Aufwand beispielsweise auf den Polschuhkörper aufgeschoben werden.
Außerdem wird erfindungsgemäß eine Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Generator vorgeschlagen. Dabei kann die erforderliche Wärmeleistung durch ein Kühlsystem abgeführt werden und somit die Leistung gesteigert werden.
Zudem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Polschuhs vorgeschlagen. Vorzugsweise umfasst ein solches Verfahren die folgenden Schritte: 1 . Zunächst wird ein bzw. der Kühlkörper auf einem bzw. dem Polschuhkörper zum Kühlen des Polschuhs angeordnet. Dies kann beispielsweise durch Aufschieben auf den Polschuhkörper durchgeführt werden.
2. Anschließend wird eine bzw. die Wicklung auf dem Kühlkörper angeordnet. Dabei ist der Kühlkörper auf dem Polschuhkörper so angeordnet, dass er den Polschuh- körper ganz oder teilweise umgibt und zwischen der Wcklung und dem Polschuhkörper angeordnet ist. Somit wird das generelle Herstellungsverfahren eines Polschuhs lediglich durch das Anordnen des Kühlkörpers ergänzt.
Alternativ wird vorgeschlagen, die Wicklung auf dem Kühlkörper vorzusehen und dann den Kühlkörper zusammen mit der darauf bereits angeordneten Wicklung auf den Pol- schuhkörper aufzuschieben.
Außerdem wird ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage vorgeschlagen. Dabei wird der Generator mittels eines Kühlmediums, insbesondere durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt, das durch wenigstens einen Polschuhkühlkörper gepumpt wird. Vorzugsweise wird beim Betreiben einer Windenergieanlage das Medium zum Kühlen des Generators über eine bzw. die Anschlussstelle zu einem Rückkühler geführt. Dieser Rückkühler befindet sich in oder an der Gondel der Windenergieanlage, vorzugsweise an wenigstens einer Außenseite der Gondel. Ein solcher Rückkühler ist beispielsweise einer Luftströmung ausgesetzt und weist eine ausreichend große Oberfläche auf, um eine erforderliche Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Dadurch kann das Kühl- medium in dem Rückkühler gekühlt werden und über eine bzw. die weitere Anschluss- stelle zurück in den Polschuhkühlkörper gepumpt werden, um weiterhin die Verlustwärme des Polschuhs abführen zu können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Wickelkörper mit einem erfindungsgemäßen Polschuhkühlkörper.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Polschuhkühlkörpers.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Polschuhkühlkörpers.
Figur 4 zeigt einen Anschlussbereich eines Polschuhkühlkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Figur 5 zeigt einen Polschuhkühlkörper mit einem Polschuhkörper eines Polschuhs gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polschuhs.
Figur 7 zeigt einen Ausschnitt eines Polschuhs gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Figur 1 zeigt einen Wickelkörper 100 für einen Polschuh mit einem Kühlkörper in Form eines Polschuhkühlkörpers 101 , zwei Anschlussstellen 102 und einem Aufnahmeraum 103. Dabei ist der Polschuhkühlkörper 101 , der aus drei über die Anschlussstellen 102 miteinander verbundenen Teilkörpern 106 besteht, bereits auf dem Wickelkörper 100 angebracht. Um einen Polschuhkörper aufzunehmen, ist ein Aufnahmeraum 103 vorgesehen. Der Kühlkörper 101 umschließt den Aufnahmeraum 103 und somit nach Einschieben des Polschuhkörpers auch den Polschuhkörper vollständig, so dass eine gleichmäßige Kühlung gewährleistet ist.
Um ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, in den Kühlkörper 101 hinein zu pumpen und wieder abführen zu können, befinden sich an dem Kühlkörper 101 zwei Anschlussstellen 102. Über eine der Anschlussstellen 102 wird das Kühlmedium beispielsweise zu einem Rückkühler geführt und dort gekühlt. Über die zweite Anschlussstelle 102 wird das Kühlmedium zurück in den Kühlkörper 101 gepumpt.
Der dargestellte Wickelkörper 100 wird auf einen Polschuhkörper eines Polschuhs geschoben. Auf dem Kühlkörper 101 wird ein hier nicht dargestelltes Isolationsmittel ange- bracht, auf dem wiederum eine Wicklung angeordnet wird. Der so vorbereitete Polschuh kann dann an der entsprechenden Stelle der elektrischen Maschine angebracht werden.
Figur 2 zeigt einen starren Kühlkörper 201 , der drei ebenfalls starre Teilkörper 206 um- fasst. Der Kühlkörper 201 begrenzt einen Aufnahmeraum 203 zum Aufnehmen eines Polschuhkörpers. Die drei Teilkühlkörper bilden jeweils ein starres, umlaufendes und hohles bandähnliches Element, durch das Wasser als Kühlflüssigkeit geleitet werden kann. Wird der Polschuhkörper in den Aufnahmeraum 203 eingeschoben, umschließt der Kühlkörper 201 diesen fast vollständig, so dass eine gleichmäßige Kühlung gewährleistet ist.
Zudem sind in Figur 2 zwei Anschlussstellen 202 zu erkennen. Hierdurch kann das Kühlmedium in den Kühlkörper 201 eingeleitet bzw. abgeführt werden.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kühlkörpers 301 mit drei Teilkörpern 306. Auch dieser weist einen Aufnahmeraum 303 zum Aufnehmen eines Polschuhkörpers sowie zwei Anschlussstellen 302 zum Zuführen bzw. Abführen eines Kühlmediums auf. Die Kühlkörper 201 gemäß Figur 2 und 301 gemäß Figur 3 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Größe des aufzunehmenden Polschuhs bzw. Polschuhkörpers des Polschuhs.
In Figur 4 ist ein Teilausschnitt eines Kühlkörpers 401 , der aus drei an den Anschlussstellen 402 zusammengebrachten Teilkörpern 406 besteht, zu erkennen. Die Anschlussstellen 402 sind rohrförmig ausgebildet. Innerhalb der rohrförmigen Anschlussstellen 402 sind Verbindungsstellen 405 zu den hohl ausgeführten Teilkörpern 406 zu erkennen. Hierdurch kann das Kühlmedium von einer der Anschlussstellen 402 über die Verbindungsstellen 405 in den Kühlkörper 401 gepumpt werden, um diesen zu durchströmen und die Wärme abzuführen. Durch die andere der beiden Anschlussstellen 402 wird das Kühlmedium über die Verbindungsstellen 405 wieder abgeführt. Zudem ist in Figur 4 ein Aufnahmeraum 403 zum Aufnehmen eines Polschuhkörpers teilweise dargestellt.
In Figur 5 ist ein Polschuhkörper 504 eines Polschuhs dargestellt. Weiterhin ist ein Kühlkörper 501 mit drei Teilkörpern 506, der den Polschuhkörper 504 umschließt, zu erken- nen. Dabei ist der Polschuhkörper 504 aus einem Material, das eine hohe Permeabilität wie beispielsweise Eisen, hergestellt. Zudem ist er geblecht ausgeführt, um Wirbelströme innerhalb des Polschuhs zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Der Polschuhkörper 504 ist in Form eines Quaders ausgebildet, bei dem die jeweiligen Ecken 507 abgeflacht sind. Im Bereich dieser abgeflachten Ecken können Anschlüsse zum Anschließen des Kühlkör- pers an einen Kühlkreislauf angeordnet werden.
Weiterhin sind zwei Anschlussstellen 502 zum Führen des Kühlmediums zu bzw. von einem Rückkühler zu erkennen.
Der Polschuh kann ebenfalls eine hier nicht dargestellte Wcklung umfassen, die auf den Kühlkörper 501 angebracht wird. So kann der Polschuh in die elektrische Maschine, beispielsweise in einen Rotor eines Generators einer Windenergieanlage eingebaut werden.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polschuhs 600. Dabei ist der Polschuh 600 im Bereich seines Polschuhkopfes 610 pfeilförmig ausgebildet. Der dargestellte Polschuhkopf 610 und Polschuhkörper 620 bilden gemeinsam den Polschuh 600. Vorzugsweise ist der Polschuh 600 aus einzelnen voneinander isolierten Blechlamellen hergestellt. Daher wird der Polschuh 600 auch als Polschuhblechpaket bezeichnet.
Auf dem dargestellten Polschuhkörper 620 wird ein erfindungsgemäßer, hier nicht dargestellter, Polschuhkühlkörper angeordnet, der den Polschuhkörper 620 ganz oder teilweise umgibt. Darauf wird eine Wicklung angebracht, die durch den engen Wärmekontakt zu dem Kühlkörper direkt gekühlt wird.
Figur 7 zeigt einen Polschuhkörper 704 eines Polschuhs. Weiterhin ist ein Kühlkörper 701 zu erkennen, der nicht in Teilkörpern unterteilt ist, sondern als ein Körper ausgebildet ist. Der Kühlkörper 701 umschließt den Polschuhkörper 704 im Wesentlichen von drei Sei- ten. Der Ausschnitt des Polschuhkörpers 704 zeigt zwei Eckenbereiche 707, die jeweils eine Ausnehmung 717 aufweisen. In einer dieser beiden Ausnehmungen 717 ist zum Anschließen des Kühlkörpers 701 ein Anschluss 727 in Form eines Anschlussrohrs vorgesehen, um den Kühlkörper 701 an einen Kühlkreislauf anzuschließen. Im Bereich der weiteren Ausnehmung fehlt ein entsprechender Anschluss 727 noch und es sind Führungskanäle 730 zu erkennen, die zum Führen eines Kühlmediums in dem Kühlkörper 701 ausgebildet sind. Auch hier ist bei Fertigstellung ein solcher Anschluss 727 vorzusehen, der in einer der Ausnehmungen 717 angeordnet wird und dadurch zumindest teilweise in den Polschuhkörper 704 integriert wird. Der Kühlkörper kann hierbei, ggf. ergänzt durch eine Isolation, eine Wicklung aufnehmen und dadurch einen gekühlten Spulenkörper bilden.

Claims

Ansprüche
Polschuh (600) einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors eines elektrischen Generators einer Windenergieanlage, umfassend einen Polschuhkörper (504) zum Führen eines Magnetfeldes und zum Aufnehmen einer Wicklung zum Führen eines elektrischen Stroms, insbesondere eines Erregerstroms, zum Erzeugen des magnetischen Feldes, wenigstens einen den Polschuhkörper (504) ganz oder teilweise umgebenden Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) zum Kühlen des Polschuhs (100, 500), wobei der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) zwischen dem Polschuhkörper (504) und der Wcklung angeordnet ist.
Polschuh (600) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) als Wickelkörper (100) zum Aufnehmen der Wicklung ausgebildet ist.
Polschuh (600) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Isolationsmittel, insbesondere eine Isolationsfolie zum elektrischen Isolieren des Kühlkörpers (101 , 201 , 301 , 501) gegen die Wicklung, und/oder zum Leiten von Wärme von der Wicklung zu dem Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501).
Polschuh (600) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) zum Führen eines Kühlmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, hohl ausgestaltet ist.
Polschuh (600) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) aus Aluminium gefertigt ist.
Polschuh (600) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) wenigstens zwei Anschlussstellen (102, 202, 303, 403, 503) zur Anbindung an ein Kühlsystem aufweist, wobei über eine der Anschlussstellen ein bzw. das Kühlmedium eingeleitet und über eine der anderen Anschlussstellen (102, 202, 302, 402, 502) das Kühlmedium abgeführt wird.
7. Polschuh (600) nach einem der vorstehenden Ansprüche, vorbereitet zur Verwendung in Schenkelpolmaschinen. 8. Generator, insbesondere Ringgenerator, zum Wandeln einer Bewegungsenergie in eine elektrische Energie mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator und/oder der Rotor wenigstens zwei Polschuhe (600) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweisen.
9. Generator gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Polschuhe (600) an dem Rotor oder dem Stator befestigt sind, derart, dass jeder
Polschuh eine so um den jeweiligen Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) angeordnete Wicklung aufweist, dass der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) zwischen Polschuhkörper (504) und Wicklung angeordnet ist.
10. Polschuhkühlkörper zum Kühlen eines Polschuhs (600) und zur Verwendung mit einem Polschuh (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Polschuhkühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) als starrer Körper ausgebildet ist und an einen Polschuh (100, 500), insbesondere einen Polschuhkörper (504) eines Polschuhs (100, 500), angepasst ist.
1 1 . Polschuhkühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Aufnahmeraum (103, 203, 303, 403) zum Aufnehmen eines Polschuhkörpers (504).
12. Wndenergieanlage mit einem Generator nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
13. Verfahren zum Herstellen eines Polschuhs (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte in folgender Reihenfolge:
1 . Anordnen eines bzw. des Kühlkörpers (101 , 201 , 301 , 501) auf einem bzw. dem Polschuhkörper (504) zum Kühlen des Polschuhs (600),
2. Anordnen einer bzw. der Wicklung auf dem Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501), wobei der Kühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) auf dem Polschuhkörper (504) so angeordnet wird, dass er den Polschuhkörper (504) ganz oder teilweise umgibt und zwischen der Wicklung und dem Polschuhkörper (504) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage nach Anspruch 12, wobei der Generator mittels eines Kühlmediums, insbesondere durch eine Kühlflüssigkeit, gekühlt wird, das durch wenigstens einen Polschuhkühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) gepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium über eine bzw. die Anschlussstelle (102, 202, 302, 402, 502) zu einem Rückkühler geführt wird, wobei das Kühlmedium in dem Rückkühler gekühlt wird und über eine bzw. die weitere Anschlussstelle (102, 202, 302, 402, 502) zurück in den Polschuhkühlkörper (101 , 201 , 301 , 501) gepumpt wird.
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