WO2015172991A1 - Synchrongenerator einer getriebelosen windenergieanlage - Google Patents

Synchrongenerator einer getriebelosen windenergieanlage Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a synchronous generator, in particular a multi-pole synchronous ring generator of a gearless wind turbine. Furthermore, the present invention relates to a generator stator for such a synchronous generator and to a wind turbine with such a synchronous generator.
  • the German Patent and Trademark Office has investigated the following documents DE 10 2011 078 025 A1, US 2005/0 029889 A1, AT 513 114 A1, DE 20 1011 078025 A1 and US 2005/0 218 744 A1.
  • Wind turbines are well known They generate electricity from wind by means of a generator.
  • Modern gearless wind turbines often have a much pol igen synchronous ring generator with a large air gap diameter.
  • the diameter of the air gap is at least four meters and usually extends to almost five meters.
  • Synchronous generators composed of several parts may well have air gap diameters in the range of ten meters or more.
  • the efficiency of the synchronous generator significantly influences the efficiency of the entire wind turbine when generating electricity. In order to achieve the highest possible efficiency in power generation, it is therefore important to make the stator winding optimal. This also includes, as far as possible to accommodate a large number Lelterböndel in the stator winding.
  • a synchronous generator in particular a much pol iger synchronous ring generator of a gearless wind turbine, proposed for generating electric current, with a rotor and a Stator, wherein the stator has a plurality of grooves for receiving a stator winding in the form of conductor bundles, wherein the grooves each have a groove bottom, the surface is profiled such that when filling a first, groove base layer conductor bundle occupies a predetermined orientation by the profile.
  • multi-pole in a synchronous ring generator of a gearless wind turbine is meant a plurality of stator poles, in particular a training with at least 48 stator teeth, often even significantly more stator teeth such as 96 stator teeth or even more stator teeth.
  • the magnetically active region of the generator namely both the rotor, which can also be referred to as a rotor, and the stator is arranged in an annular region about the axis of rotation of the synchronous generator.
  • a range of 0 to at least 50 percent of the radius of the air gap is free of materials that carry electrical current or electric field of the synchronous generator. In particular, this interior is completely free and basically accessible.
  • this range is also more than 0 to 50 percent of the air gap radius, in particular up to 0 to 70 percent or even 0 to 80 percent of the air gap radius.
  • a support structure may be present in this inner region, but in some embodiments it may be formed axially offset.
  • synchronous generators of a gearless wind turbine are slowly rotating generators. Under slowly rotating here is understood depending on the size of the system, a speed of less than 40 revolutions per minute, in particular from about 4 to 35 revolutions per minute.
  • the invention is based on the recognition that poor space utilization within a slot of the stator occurs when the lowest-lying layers in the groove, that is, closest to the groove base, are routed irregularly.
  • the invention starts, in that a starting profile for the filling with conductor bundles is specified on the groove base by means of profiling. Due to the profiling of the groove bottom, the conductor bundles, which are first filled in the groove, are placed in a predetermined orientation. According to the invention, this first layer then forms, as it were, a follow-up profile for the second layer of conductor bundles to be filled into the groove by means of the already pre-oriented conductor bundle. That in turn forms the next following profile for the layerêtbündei to be arranged above, and so on.
  • the entire structure of the conductor bundles in the groove becomes more uniform.
  • the degree of filling also referred to as the packing density increases within the groove.
  • the respective underlying bundles of conductors are automatically printed in a uniform complaint - and occupy a corresponding position between the already laid bundles of conductors.
  • the decisive factor is simply that the number of conductor bundles placed there is determined by the profile of the groove base area, and that these are kept at a distance from one another. See in particular the below explained advantageous further education.
  • the profile has one or more projections which project from the groove base, and or one or more recesses, which are embedded in the groove bottom.
  • the profile is adapted to position the nutgrundseitkjen Porterbündei at a distance A to each other, which is selected so that the maximum number of layers in the first layer Baren Porterbündei is reduced compared to an unprofiled groove bottom It may initially seem counterproductive, not so to pack many letter bundles as possible into the bottom side bottom layer. In fact, it has been found within the scope of the invention that it is straight Such limitation is also advantageous, which leads to a uniform formation of the letter bundle structure in the groove.
  • a distance A 'between adjacent projections or between adjacent recesses is substantially equal to the distance A between the respective adjacent conductor bundles within a layer of letter bundles.
  • the term distance means the center distance, that is to say the distance from center to center of a respective conductor bundle or from center to center of a respective projection or a respective recess.
  • the distance A 'between adjacent projections and or adjacent recesses depending on the diameter d of the conductor bundles is selected such that each conductor bundle of a second layer stacked on the first layer bears against two adjacent conductor bundles from the underlying first layer.
  • the distance A 'or A is in a range of 1.5 times to 1.85 times the conductor bundle diameter d.
  • the distance A or A ' is in a range from 1.7 times to 1.75 times the conductor bundle diameter d.
  • the distance A or A ' is the - times the conductor bundle diameter d.
  • the grooves each extend from one revolution! surface of the stator inwards and have a constant groove width B on.
  • they have two parallel groove walls which extend from the circumferential surface towards the groove base.
  • the groove width B results as the sum of the conductor bundle diameter and a product of the letter bundle diameter d and the coefficient C, or an integer positive multiple of this product.
  • "n" is one Less than the number of conductor bundles, the two adjacent layers, for example, the first, the groove bottom closest layer and the subsequent second layer can be sorted.
  • C is in the range of 0.86 to 0.87. Particularly preferred is.
  • the projections of the profile have a height h above the groove base, which is in each case at most half of the conductor bundle diameter D.
  • the recesses of the profile have a depth into the groove base, which is in each case at most half of the conductor bundle.
  • the projections and or recesses on the groove bottom towards beveled side surfaces This facilitates the filling of the groove with the nutgrundseltigen, first layer of conductor bundles.
  • the inserted conductor bundles can slide along the oblique to the groove bottom and are brought in this way faster in their intended position
  • the invention thus proposes a stator of a synchronous generator, in particular a multipole synchronous ring generator of a gearless wind turbine, wherein the stator has a plurality of grooves for receiving a stator winding in the form of conductor bundles, wherein the grooves each one Have groove base, the surface is profiled so that when filling a first base side layer of conductor bundles assumes a predetermined by the profile orientation
  • the stator described above solves the problem underlying the synchronous generator according to the invention in the same way.
  • stator according to the invention is preferably developed in the same way as the synchronous generator according to the invention, so reference is made to the above-described preferred embodiments of the synchronous generator with respect to preferred embodiments of the stator.
  • the invention further relates to a wind turbine, in particular a gearless wind turbine, with a synchronous generator.
  • a wind turbine in particular a gearless wind turbine
  • a synchronous generator According to the invention, it is proposed that the synchronous generator is designed according to one of the preferred embodiments described above
  • FIG. 1 shows a wind turbine schematically in a perspective view
  • FIG. 2 shows a gondola of the wind power plant according to FIG. 1 schematically in a perspective sectional view
  • FIG. 3 simplifies a schematic perspective view of a stator of FIG
  • Figure 4a is a schematic cross-sectional view of a groove in a stator according to the prior art.
  • Figure 4b is a schematic cross-sectional view of a groove of an inventive
  • Figure 1 shows a wind turbine 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged
  • the rotor 106 is in Betri eb by the wind in a rotational movement and thereby drives a Generator 1 ( Figure 2) in the nacelle 104 at.
  • the nacelle 104 is shown in FIG.
  • the nacelle 104 is rotatably mounted on the tower 102 and driven by an azimuth drive 7 in a generally known manner.
  • a machine carrier 9, which holds a synchronous generator 1 is arranged in the nacelle 104.
  • the synchronous generator 1 is formed according to the present invention and is in particular a slow-rotating, multi-pole synchronous ring generator.
  • the synchronous generator 1 has a stator 3 and an internal rotor 5, also referred to as a rotor.
  • the rotor or rotor 5 is connected to a rotor hub 13, which transmits the rotational movement of the rotor blades 108 caused by the wind to the synchronous generator 1.
  • FIG. 3 shows the stator 3 in isolation.
  • the stator 3 has a stator ring 16 with an inner circumferential surface 18.
  • the inner circumferential surface is bounded by a first end face 14 and a second end face 16 opposite the first end face 14.
  • a plurality of grooves 17 are provided in the inner circumferential surface 18, which are provided for receiving the stator winding in the form of conductor bundles 25, 27, 29 (FIG. 4b) ) are formed.
  • the structural design of the grooves 17 is shown in FIG. 4b.
  • the grooves 17 extend between the first end face 14 and the second end face 16 and are aligned parallel to a longitudinal axis A.
  • the longitudinal axis A is the axis of rotation of the rotor 5 in the generator 1.
  • FIG. 4a shows a groove 17 of a stator 3 according to the invention or synchronous generator 1.
  • the groove 17 has a groove width B.
  • the groove is bounded laterally by two parallel side walls 19 a, b, which extend from the circulation surface 18 (FIG. 3) to a groove bottom 21.
  • a plurality of, in the present example, four, inwardly projecting VorsprQnge 23 are formed, each having a height h with respect to the groove bottom 21.
  • the protrusions 23 are arranged at a distance of A 'from each other. Due to the arrangement of the projections, a first, base-side layer 25 of conductor bundles L is arranged in the groove 17 at the bottom.
  • TheêtbOndel of the first layer 25 are arranged to each other at a distance A, due to the projections 23.
  • the distance A corresponds to the distance A 'of the VorsprQnge each other, in each case the distances of the center points are considered to each other.
  • the projections 23 orientation of the conductor bundles L of the first layer 25 are in continuous filling conductor bundles L in a second layer 27 respectively inserted into the groove that they in the gaps or .Täemper "between two adjacent conductor bundles L of the first layer A uniform spacing of the projections 23 relative to each other thus results not only in a uniform spacing of the conductor bundles L of the first layer 25 but also a uniform spacing of the conductor bundles L of the second layer 27.
  • the height h is less than or equal to half the letter bundle diameter d.
  • the distance A between two adjacent conductor bundles is in a range of 1.5 times to 1.85 times the conductor bundle diameter d ,
  • each conductor bundle with the exception of the conductor bundles arranged at the edges of the groove 17-side walls 19a, b and groove base 21-are six closest Neighbors, ideally with three nearest bundles of wires each an equilateral triangle span each other.
  • This achieves an optimized filling or packing density in comparison with the illustration according to FIG. 4a.
  • Particularly preferred are the Projections 23 formed of the same material as the conductor bundles L, whereby the space occupied by the projections 23 can still be used.
  • Each sub-layer of the second layer 27 and each subsequent layer 29 is preferably located at two points of contact on respectively underlying letter bundles.
  • the conductor bundles L of the second layer 27 may also come into contact with the projections 23, although due to the limited height h of the projections 23, the formation of an irregularity is restricted.
  • the width B of the groove 17 according to FIG. 4b in the present case is .d (1 + 7C), where C is in the range from 0.85 to 0.95.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchrongenerator (1), insbesondere einen vielpoligen Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage (100), zum Erzeugen elektrischen Stroms, mit einem Rotor (4) und einem Stator (3). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Stator (3) eine Vielzahl von Nuten (17) zur Aufnahme einer Statorwicklung in Form von Leiterbündeln (L) aufweist, wobei die Nuten jeweils einen Nutgrund (21) aufweisen, dessen Oberfläche derart profiliert ist, dass bei Befüllung eine erste, nutgrundseitige Schicht (25) Leiterbündel eine durch das Profil vorgegebene Orientierung einnimmt. Ferner betrifft die Erfindung einen Stator (3) für einen solchen Generator sowie eine Windenergieanlage (100) mit einem solchen Generator.

Description

Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchrongenerator, insbesondere einen viel pol igen Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage. Femer betrifft die vorliegende Erfindung einen Generatorstator für einen solchen Synchrongenerator sowie eine Windenergieanlage mit einem solchen Synchrongenerator. In der prioritätsbegründenden deutschen Anmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert DE 10 2011 078 025 A1, US 2005 / 0 029889 A1, AT 513 114 A1, DE 20 1011 078025 A1 und US 2005 / 0 218 744 A1.
Windenergieanlagen sind allgemein bekannt Sie erzeugen elektrischen Strom aus Wind mittels eines Generators. Moderne getriebelose Windenergieanlagen weisen häufig einen viel pol igen Synchron- Ringgenerator mit großem Luftspaltdurchmesser auf. Der Durchmesser des Luftspalts beträgt hierbei wenigstens vier Meter und reicht üblicherweise bis fast fünf Meter. Aus mehreren Teilen zusammengesetzte Synchrongeneratoren können durchaus Luftspaltdurchmesser im Bereich von zehn Metern oder mehr aufweisen. Der Wirkungsgrad des Synchrongenerators beeinflusst maßgeblich die Effizienz der gesamten Windenergieanlage bei Stromgewinnung. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Stromgewinnung zu erzielen, kommt es daher darauf an, die Statorwicklung optimal zu gestalten. Hierzu gehört insbesondere auch, möglichst eine hohe Anzahl Lelterböndel in der Statorwicklung unterzubringen. Da die Erzeugung der Statorwicklung mittels Befüllens der im Stator vorgesehenen Nuten allerdings häufig manuell erfolgt, um die geforderte Qualität und Sicherheit des Generators zu gewährleisten, kommt es bisweilen zu Schwankungen hinsichtlich der Befüllung der jeweiligen Nuten und zu nicht optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden FüIIraums In den Nuten.
Somit wird es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll der Wirkungsgrad des Synchrongenerators verbessert werden.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einem Synchrongenerator der eingangs bezeichneten Art, indem dieser gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist Insbesondere wird ein Synchrongenerator, insbesondere ein viel pol iger Synchron- Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage, zum Erzeugen elektrischen Stroms vorgeschlagen, mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator eine Vielzahl von Nuten zur Aufnahme einer Statorwicklung in Form von Leiterbündeln aufweist, wobei die Nuten jeweils einen Nutgrund aufweisen, dessen Oberfläche derart profiliert ist, dass bei Befüllung eine erste, nutgrundseitige Schicht Leiterbündel eine durch das Profil vorgegebenen Orientierung einnimmt.
Unter "vielpolig" wird bei einem Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage eine Vielzahl von Statorpolen verstanden, insbesondere eine Ausbildung mit wenigstens 48 Statorzähnen, häufig sogar mit deutlich mehr Statorzähnen wie insbesondere 96 Statorzähnen oder noch mehr Statorzähnen. Der magnetisch aktive Bereich des Generators, nämlich sowohl des Rotors, der auch als Läufer bezeichnet werden kann, als auch des Stators Ist in einem ringförmigen Bereich um die Drehachse des Synchrongenerators angeordnet. So ist insbesondere ein Bereich von 0 bis wenigstens 50 Prozent des Radius des Luftspalts frei von Materialien, die elektrischen Strom oder elektrisches Feld des Synchrongenerators führen. Insbesondere ist dieser Innenraum vollständig frei und grundsätzlich auch begehbar. Häufig beträgt dieser Bereich auch mehr als 0 bis 50 Prozent des Luftspaltradius, insbesondere bis zu 0 bis 70 Prozent oder sogar 0 bis 80 Prozent des Luftspaltradius. Je nach Aufbau kann eine Tragstruktur in diesem inneren Bereich vorhanden sein, die aber in einigen Ausführungen axial versetzt ausgebildet sein kann. Funktionsbedingt sind solche Synchrongeneratoren einer getriebelosen Windenergieanlage langsam drehende Generatoren. Unter langsam drehend wird hier je nach Anlagengröße eine Drehzahl von unterhalb 40 Umdrehungen pro Minute, insbesondere von etwa 4 bis 35 Umdrehungen pro Minute verstanden. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es zu mangelhafter Raumnutzung innerhalb einer Nut des Stators dann kommt, wenn die in der Nut untersten, also dem Nutgrund nächstliegenden Schichten von Leiterbündeln unregelmäßig verlegt sind. Dies fuhrt zu einer ungleichmäßigen Verteilung auch der darü beiliegenden Leiterbündei und somit zwangsläufig zu einer Bildung von ungenutzten Zwischenräumen. Hier setzt die Erfindung an, indem am Nutgrund mittels Profflierung ein Startprofil für die Befüllung mit Leiterbündeln vorgegeben wird. Bedingt durch die Profilierung des Nutgrundes legen sich die als Erste in die Nut eingefüllten Leiterbündei in eine vorbestimmte Orientierung. Diese erste Schicht bildet erfindungsgemäß sodann mittels der bereits vororientierten Leiterbündei gewissermaßen ein Folgeprofil für die zweite in die Nut einzufüllende Schicht Leiterbündel. Jene bildet wiederum das nächste Folgeprofil für die darüber anzuordnende Schicht Leiterbündei, und so weiter. Bereits durch das Definieren einer ungefähren Lage der ersten Schicht am Nutgrund wird auf diese Weise die gesamte Struktur der Leiterbündel in der Nut gleichmäßiger. Bereits aufgrund dieser Gleichmäßigkeit kommt es weniger stark zu einer Bildung von ungenutzten Zwischenräumen, wodurch der Füllgrad, auch bezeichnet als die Packungsdichte, innerhalb der Nut steigt. Es kommt dabei erfindungsgemäß nicht darauf an, die nutgrundseitige Schicht Leiterbündel exakt zu positionieren. Aufgrund der Im Ansc uss eingefüllten Leiterbündel werden die jeweils darunter liegenden Leiterbündel automatisch in eine gleichmäßige Beanstandung gedruckt - und nehmen eine entsprechende Position zwischen den bereits verlegten Leiterbündeln ein. Somit kommt es maßgeblich lediglich darauf an, dass durch das Profil der Nutgrundfläche die Anzahl der dort platzierten Leiterbünde) festgelegt wird, und dass diese in einem Abstand zueinander gehalten werden. Siehe hierzu insbesondere die nachfolgend erläuterten vorteilhaften Weiterbfldungen.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Profil einen oder mehrere Vorsprünge auf, die von dem Nutgrund vorstehen, und oder eine oder mehrere Ausnehmungen, die in den Nutgrund eingelassen sind.
Vorzugsweise Ist das Profil dazu eingerichtet, die nutgrundseitkjen Leiterbündei in einem Abstand A zueinander zu positionleren, welcher so gewählt ist dass die Anzahl der maximal in der ersten Schicht anorden baren Leiterbündei im Vergleich zu einem unprofilierten Nutgrund reduziert ist Es mag zunächst kontraproduktiv erscheinen, nicht so viele Letterbündel wie möglich in die nutgrundseitige unterste Schicht zu packen. Tatsächlich hat es sich im Rahmen der Erfindung aber herausgestellt, dass es gerade auch eine solche Limitierung Ist, die vorteilhaft zu einer gleichmäßigen Ausbildung der Letterbündelstruktur in der Nut führt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Abstand A' zwischen benachbarten Vorsprüngen beziehungsweise zwischen benachbarten Ausnehmungen im Wesentlichen gleich dem Abstand A zwischen den Jeweils benachbarten Leiterbündeln innerhalb einer Schicht von Letterbündeln. Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Begriff des AbStands der Mittenabstand, also der Abstand von Mitte zu Mitte eines jeweiligen Leiterbündels beziehungsweise von Mitte zu Mitte eines Jeweiligen Vorsprungs beziehungsweise einer jeweiligen Ausnehmung verstanden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand A' zwischen benachbarten Vorsprängen und oder benachbarten Ausnehmungen in Abhängigkeit des Durchmessers d der Leiterbündel so gewählt, dass jedes Leiterbündel einer auf die erste Schicht gestapelten zweiten Schicht an zwei benachbarten Leiterbündeln aus der darunterliegenden ersten Schicht anliegt.
Vorzugsweise liegt der Abstand A' bzw. A in einem Bereich vom 1,5fachen bis 1,85fachen des Leiterbündeldurchmessers d.
Besonders bevorzugt liegt der Abstand A bzw. A' in einem Bereich vom 1,7-fachen bis 1,75-fachen des Leiterbündeldurchmessers d. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand A bzw. A' das - fache des Leiterbündeldurchmessers d. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Nuten Jeweils von einer Umlauf! äche des Stators aus nach innen und weisen eine konstante Nutbreite B auf. Somit weisen sie insbesondere zwei parallel Nutwände auf, die sich von der Umlauffläche aus zum Nutgrund hin erstrecken. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ergibt sich die Nutbreite B aus der Gleichung B =d (1 +n.C) , wobei d der Letterbündeldurchmesser, n eine positive natürliche Zahl, und C ein Koeffizient Im Bereich von 0,85 bis 0,95 sind. Mit anderen Worten ergibt sich die Nutbreite B als Summe aus dem Leiterbündeldurchmesser und einem Produkt aus dem Letterbündeldurchmesser d und dem Koeffizienten C, oder einem ganzzahlig positiven Vielfachen dieses Produktes. Insbesondere Ist„n" um eins geringer als die Anzahl der Leiterbündel, die zwei benachbarten Schichten, beispielsweise der ersten, dem Nutgrund nächstgelegenen Schicht und der darauf folgenden zweiten Schicht, artgeordnet werden können. Bei n=7 ergibt sich beispielsweise eine Nutbreite B, bei der Je vier Leiterbündel in benachbarten Schichten angeordnet werden. Bei n=8 ergibt sich eine Breite, bei abwechselnd fünf Leiterbündel in einer, und vier Letterbündel in der benachbarten Schicht in die Nut eingelegt werden können. Bei anderen geraden und ungeraden Zahlen für n verhält sich dies entsprechend. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt C im Bereich von 0,86 bis 0,87. Besonders bevorzugt beträgt .
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsfbrm weisen die Vorsprünge des Profils eine Höhe h über dem Nutgrund auf, die jeweils maximal die Hälfte des Leiterbündeldurchmessers D beträgt Alternativ oder zusätzlich weisen die Ausnehmungen des Profils an Tiefe In den Nutgrund hinein auf, die Jeweils maximal die Hälfte des Leiterbündeldurch- messer d beträgt Durch die Begrenzung der Höhe beziehungsweise Tiefe des Profils relativ zum Nutgrund wird verhindert, dass Leiterbündel der zweiten Schicht, die auf die nutgrundseiüge Schicht Leiterbündel aufgelegt wird, in ungewollter Welse ausschließlich auf den Vorsprüngen beziehungsweise den Bereichen zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen zur Anlage kommen, nicht aber in Anlage mit den benachbarten Leiterbündeln, wodurch wiederum ein gewisses Risiko einer ungleichmäßigen Ausbfldung vermieden wird. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Vorsprünge und oder Ausnehmungen zum Nutgrund hin abgeschrägte Seitenflächen auf. Dies erleichtert das Befüllen der Nut mit der nutgrundseltigen, ersten Schicht Leiterbündel. Die eingelegten Leiterbündel können entlang der schrägen zum Nutgrund hin gleiten und werden auf diese Weise schneller in die für sie vorgesehene Position gebracht
Eine Vielzahl der Merkmale des erfindungsgemäßen Synchrongenerators ist verkörpert im Stator dieses Synchrongenerators. Gemäß einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß somit ein Stator eines Synchrongenerators vorgeschlagen, insbesondere eines vielpol igen Synchron-Ringgenerators einer getriebelosen Windenergieanlage, wobei der Stator eine Vielzahl von Nuten zur Aufnahme einer Statorwicklung in Form von Leiterbündeln aufweist, wobei die Nuten jeweils einen Nutgrund aufweisen, dessen Oberflache derart profiliert ist dass bei Befüllung eine erste, nutgrundseitige Schicht Leiterbündel eine durch das Profil vorgegebene Orientierung einnimmt Auf diese Weise löst auch der vorstehend beschriebene Stator die beim erfindungsgemäßen Synchrongenerator zugrunde gelegte Aufgabe auf gleiche Weise. Hinsichtlich der Vorteile uns zugrundeliegender Erkenntnisse für diesen erfindungsgemäßen Aspekt wird auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Synchrongenerator verwiesen.
Der erfindungsgemäße Stator ist vorzugsweise in gleicher Weise weitergebildet wie der erfindungsgemäße Synchrongenerator, sodass bezüglich bevorzugter Ausführungsformen des Stators auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Synchrongenerators verwiesen wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Windenergieanlage, insbesondere eine getriebelose Windenergieanlage, mit einem Synchrongenerator. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Synchrongenerator nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten AusfQhrungsformen ausgebildet Ist
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine Windenergieanlage schematisch in einer perspektivischen Ansicht
Figur 2 eine Gondel der Windenergieanlage gemäß Figur 1 schematisch in einer perspektivischen Schnittansicht,
Figur 3 vereinfacht eine schematische perspektivische Ansicht eines Stators der
Windenergieanlage gemäß den Figuren 1 und 2,
Figur 4a eine schematische Querschnittsansicht einer Nut in einem Stator gemäß dem Stand der Technik, und
Figur 4b eine schematische Querschnittsansicht einer Nut eines erfindungsgemäßen
Stators eines erfindungsgemäßen Synchrongenerators. Nachfolgend können identische Bezugszeichen ähnliche, aber nicht identische Elemente zeigen. Außerdem können gleiche Elemente in unterschiedlichem Maßstab dargestellt sein.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet Der Rotor 106 wird in Betri eb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator 1 (Figur 2) in der Gondel 104 an.
Die Gondel 104 ist in Figur 2 gezeigt. Die Gondel 104 ist drehbar an dem Turm 102 montiert und mittels eines Azimutantriebs 7 in allgemein bekannter Weise angetrieben verbunden. In ferner allgemein bekannter Weise Ist in der Gondel 104 ein Maschinenträger 9 angeordnet, der einen Sychrongenerator 1 hält. Der Synchrongenerator 1 ist gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet und ist insbesondere ein langsam drehender, viel poliger Synchron-Ringgenerator. Der Synchrongenerator 1 weist einen Stator 3 und einen innen laufenden Rotor 5 auf, auch bezeichnet als Läufer. Der Rotor beziehungsweise Läufer 5 ist mit einer Rotornabe 13 verbunden, die die durch den Wind verursachte Rotationsbewegung der Rotorblätter 108 an den Synchrongenerator 1 übertragt.
Figur 3 zeigt den Stator 3 in Alleinstellung. Der Stator 3 weist einen Statorring 16 mit einer inneren Umlauffläche 18 auf. Die innere Umlauffläche ist von einer ersten Stirnseite 14 sowie einer der ersten Stirnselte 14 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 16 begrenzt In der inneren Umlauffläche 18 ist eine Vielzahl von Nuten 17 vorgesehen, die zur Aufnahme der Statorwicklung in Form von Leiterbündeln 25, 27, 29 (Figur 4b) ausgebildet sind. Der strukturelle Aufbau der Nuten 17 ergibt sich aus Figur 4b. Die Nuten 17 erstrecken sich zwischen der ersten Stirnseite 14 und der zweiten Stirnseite 16 und sind parallel zu einer Längsachse A ausgerichtet Die Längsachse A ist die Rotationsachse des Rotors 5 im Generator 1.
Die Ausgestaltung der Nuten 17 wird im Folgenden insbesondere auch unter vergleichender Betrachtung zu einer nicht erfindungsgemäßen, nicht profilierten Nut N gemäß Figur 4a erörtert. Bei der Nut N gemäß Figur 4a ist deutlich zu erkennen, dass eine Vielzahl von Leiterbündeln L In Im Wesentlichen ungeordneter Anordnung in die Nut N eingefüllt ist Hierdurch ergeben sich Bereiche mit geringer Packungsdichte, beispielsweise die Bereiche B1 und B2. Insgesamt ist somit bei der Nut N gemäß Figur 4a nur eine suboptimale Befüllung erfolgt Im Kontrast dazu zeigt Figur 4b eine Nut 17 eines erfindungsgemäßen Stators 3 beziehungsweise Synchrongenerators 1. Die Nut 17 weist eine Nutbreite B auf. Die Nut wird seitlich begrenzt von zwei parallelen Seitenwänden 19a, b, die sich von der Umlauffläche 18 (Figur 3) zu einem Nutgrund 21 hin erstrecken. An der Fläche des Nutgrundes 21 sind mehrere, vorliegend beispielsweise vier, nach innen vorstehende VorsprQnge 23 ausgebildet, die jeweils eine Höhe h gegenüber dem Nutgrund 21 aufweisen. Die VorsprQnge 23 sind zueinander jeweils in einem Abstand von A' angeordnet. Aufgrund der Anordnung der VorsprQnge 23 ist eine erste, nutgrundseitige Schicht 25 von Leiterbündeln L in der Nut 17 zuunterst angeordnet. Die LeiterbOndel der ersten Schicht 25 sind zueinander jeweils in einem Abstand A angeordnet, bedingt durch die Vorsprünge 23. Vorzugsweise entspricht der Abstand A dem Abstand A' der VorsprQnge zueinander, wobei hier jeweils die Abstände der Mittenpunkte zueinander betrachtet werden.
Aufgrund der durch die VorsprQnge 23 vorgegebenen Orientierung der Leiterbündel L der ersten Schicht 25 sind bei fortgesetzter Befüllung Leiterbündel L in einer zweiten Schicht 27 jeweils so in die Nut eingelegt, dass sie in den Lücken oder .Tälern" zwischen zwei benachbarten Leiterbündeln L der ersten Schicht 25 angeordnet werden. Eine gleichmäßige Beabstandung der VorsprQnge 23 zueinander ergibt somit neben einer gleichmäßigen Beabstandung der Leiterbündel L der ersten Schicht 25 auch eine gleichmäßige Beabstandung der Leiterbündel L der zweiten Schicht 27. Dieses wird sukzessive für eine dritte Schicht 29 aus Leiterbündeln und weitere Schichten fortgesetzt. Die Leiterbündel haben alle denselben Durchmesser d. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Höhe h kleiner oder gleich der Hälfte des Letterbündeldurchmessers d. Der Abstand A zwischen zwei benachbarten LeiterbQndeln liegt In einem Bereich vom 1,5fachen bis zum 1,85fachen des Leiterbündeldurcnmes- sers d.
Wie aus Figur 4b unmittelbar zu erkennen ist, fügen sich die Mittenpunkte aller Leiterbündel in der gezeichneten Querschnittsansicht in ein gleichmäßiges Gitter ein, sodass jedes Leiterbündel mit Ausnahme der an den Rändern der Nut 17 - Seitenwände 19a,b und Nutgrund 21 - angeordneten Leiterbündel sechs nächstliegende Nachbarn hat, wobei idealerweise jeweils drei nächstliegende Leiterbündel ein gleichseitiges Dreieck miteinander aufspannen. Hierdurch wird eine im Vergleich zu der Darstellung gemäß Figur 4a optimierte Füll- oder Packungsdichte erreicht. Besonders bevorzugt sind die Vorsprünge 23 aus dem gleichen Material wie die Leiterbündel L ausgebildet, wodurch auch der von den Vorsprängen 23 eingenommene Raum noch genutzt werden kann.
Jedes LelterbQndel der zweiten Schicht 27 und Jeder folgenden Schicht 29 liegt vorzugsweise an zwei Berührungspunkten auf jeweils darunter liegenden Letterbündeln auf. Die Leiterbündel L der zweiten Schicht 27 können Im Einzelfall auch mit den Vorsprüngen 23 in Kontakt kommen, wobei allerdings aufgrund der beschränkten Höhe h der Vorsprünge 23 das Ausbilden einer Unregelmäßigkeit eingeschränkt wird.
Die Breite B der Nut 17 gemäß Figur 4b beträgt im vorliegenden Fall .d (1 +7C) , wobei C im Bereich von 0,85 bis 0,95 liegt.

Claims

Ansprüche 1. Synchrongenerator (1), ins besondere viel poliger Synchron-Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage (100), zum Erzeugen elektrischen Stroms, mit einem Rotor (4) und einem Stator (3), wobei der Stator (3) eine Vielzahl von Nuten (17) zur Aufnahme einer Statorwicklung in Form von Lerterbündeln (L) aufweist,
wobei die Nuten Jeweils einen Nutgrund (21) aufweisen, dessen Oberfläche derart profiliert ist, dass bei Befüllung eine erste, nutgrundseitige Schicht (25) Leiterbündel eine durch das Profil vorgegebene Orientierung einnimmt.
2. Synchrongenerator nach Anspruch 1 ,
wobei das Profil einen oder mehrere Vorsprünge (23) aufweist, die von dem Nutgrund vorstehen, und oder eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist, die in den Nutgrund eingelassen sind.
3. Synchrongenerator nach Anspruch 2 ,
wobei das Profil dazu eingerichtet ist die nutgrundseitigen Leiterbündel in einem Abstand (A) zueinander zu positionieren, welcher so gewählt ist, dass die Anzahl der maximal in der ersten Schicht anordenbaren Leiterbündel im Vergleich zu einem unprofilierten Nutgrund reduziert ist.
4. Synchrongenerator nach Anspruch 3,
wobei ein Abstand (Α') jeweils benachbarter Vorsprünge und oder ein Abstand Jeweils benachbarter Ausnehmungen im Wesentlichen gleich dem Abstand (A) ist.
5. Synchrongenerator nach Anspruch 3 oder 4,
wobei der Abstand (Α') zwischen benachbarten Vorsprüngen und/oder benachbarten Ausnehmungen in Abhängigkeit eines Durchmessers (d) der Leiterbündel so gewählt ist, dass jedes Leiterbündel einer auf die erste Schicht (25) gestapelten zweiten Schicht (27) an zwei benachbarten Leiterbündeln aus der darunterliegenden ersten Schicht anliegt.
6. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei der Abstand (A) in einem Bereich vom 1,5- bis 1,B5fachen des Leiterbündeldurchmessers (d) liegt.
7. Synchrongenerator nach Anspruch 3 bis 6,
wobei der Abstand (A) in einem (Bereich vom 1,7- bis 1,75fachen des Leiterbündeldurch- messers (d) liegt.
8. Synchrongenerator nach Anspruch 3 bis 7,
wobei der Abstand (A) das - fache des Leiterbündeldurchmessers (d) beträgt.
Figure imgf000013_0002
9. Synchrongenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei eich die Nuten (17) jeweils von einer Umlauffläche (18) des Stators aus nach innen erstrecken, und jeweils eine, vorzugsweise konstante, Nutbreite (B) aufweisen.
10. Synchrongenerator nach Anspruch 9,
wobei die Nutbreite (B) abschnittsweise oder vollständig sich aus der Gleichung
B = d(i + n.C)
ergibt, wobei
d der LefterbQndeldurchmesser,
n eine positive natürliche Zahl, und
C ein Koeffizient im Bereich von 0,85 bis 0,95 sind.
11. Synchrongenerator nach Anspruch 9,
wobei C Im Bereich von 0,86 bis 0,87 liegt.
12. Synchrongenerator nach Anspruch 10 oder 11 , wobei ist.
Figure imgf000013_0001
13. Synchrongenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Voreprünge (23) eine Höhe (h) über dem Nutgrund (21) und/oder die Ausnehmungen des Profils eine Tiefe in den Nutgrund hinein aufweisen, die jeweils maximal die Hälfte des LeiterbQndeldurchmessers (d) betragen. 14. Synchrongenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Vorsprünge (23) und/oder Ausnehmungen zum Nutgrund (21) hin abgeschrägte Seitenflächen aufweisen. 15. Stator (3) eines Synchrongenerators (1), insbesondere eines vielpoligen Synchron- Ringgenerators einer getriebelosen Windenergieanlage (100), wobei der Stator eine Vielzahl von Nuten (17) zur Aufnahme einer Statorwicklung in Form von Lelterbündeln (L) aufweist,
wobei die Nuten jeweils einen Nutgrund (21) aufweisen, dessen Oberfläche derart profiliert Ist dass bei Befüllung eine erste, nutgrundseitige Schicht (25) Leiterbündel eine durch das Profil vorgegebene Orientierung einnimmt 16. Windenergieanlage (100), insbesondere getriebelose Windenergieanlage, mit einem Synchrongenerator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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