WO2003012292A1 - Windenergieanlage mit ringgenerator - Google Patents

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WO2003012292A1
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Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine with a generator having a stator, wherein the grooves are formed at the inner or outer periphery spaced from each other for receiving a stator winding.
  • Such wind turbines are known and are e.g. manufactured and sold by ENERCON.
  • a known method for producing stator windings in generators comprises the use of so-called form coils. These form coils are in their form already adapted to the grooves and groove distances of the stator individual windings of the stator winding, which are first inserted individually into the grooves and then connected to each other.
  • the generator of the wind turbine which is subjected to mechanical and electrical stresses. From this combination problems arise when z. B. as a result of high electrical currents generated, the temperature in the region of the generator is also high and as a result of mechanical stress connections between individual components are subjected to vibrations. Is it due to the thermal expansion even a slight play or a relaxation, the mechanical stresses here can lead to a defect or even damage.
  • this phase for the generation of energy fails. Furthermore, there is an additional asymmetric load in the generator, since this phase acts as a result of the interruption as in idle mode. Mechanical damage caused by loose and freely moving components such as connecting sleeves are not even taken into account.
  • the object of the present invention is therefore to specify a stator with a winding in which these problems explained above are at least reduced.
  • all phases are wound continuously on the stator in each case.
  • the windings are produced from at least two conductor bundles, wherein a plurality of mutually insulated conductors is present in each conductor bundle.
  • Conductor bundles are inserted in slots in the stator in a predetermined order. sets and in likewise predetermined intervals, the order is changed so that alternately each of the conductor bundles is affected as evenly as possible by these effects. Due to this uniform influencing of all conductor bundles of a phase, compensatory measures can be dispensed with.
  • the stator In order to facilitate the handling of the stator during the production of the winding and to provide a work-physiologically favorable situation, the stator is held in a bearing device in which the grooves are at a favorable working height for the production of the winding and a rotation of the stator in the circumferential direction a desired level is allowed. This can preferably be done using a motor drive.
  • At least one support device for carrying at least one coil with winding wire is furthermore provided.
  • This support allows the handling of the winding wire, z. B. in the form of conductor bundles whose length is inventively dimensioned so that the phase can be continuously wound on the stator.
  • the required length of the conductor bundles leads to a considerable weight, which is manually no longer manageable.
  • a support carries three pairs of drums with winding wire, so that using such a support device, a three-phase system with two conductor bundles per Phase can be wound on the stator.
  • the drums are arranged with the winding wire pivotable about a central axis of rotation of the support device.
  • Figure 1 simplifies a stator of a ring generator in a holding device
  • FIG. 2 shows a cross section through a conductor bundle
  • Figure 3a shows a part of the stator according to the invention with inserted conductor bundles
  • FIG. 3b shows part of the stator slots according to the invention (alternative) with inserted conductor bundles
  • FIG. 3c shows a known structure of a stator winding
  • FIG. 3d shows a construction according to the invention of a stator winding
  • FIG. 4 simplifies a carrying device according to the invention in a side view
  • Figure 5 is a front view of a carrying device
  • Figure 6 shows the arrangement of Tragvorraume ⁇ and stator for producing a stator winding according to the invention.
  • reference numeral 10 denotes the stator having grooves 12 extending in the axial direction on the inner circumference. This is the most common type of generator.
  • the (not shown) runner is located within the stator 10. This design is referred to as an inner rotor.
  • the grooves 12 may be provided on the outer circumference of the stator.
  • the grooves 12 are shown enlarged in the figure.
  • the stator 10 is held in a holding device 14, which stands on the ground and thus holds the stator 10 and in particular the grooves 12 at a height which forms a work physiologically favorable working position.
  • stator 10 of a ring generator has a diameter of several meters and correspondingly high weight
  • stator 10 is rotatably mounted on pivot bearings 16 and can be rotated, for example, in the direction of the arrow by a desired amount to the machined grooves 12 in a to bring desired position.
  • this rotation of the stator 10 may be accomplished using a drive motor (not shown).
  • FIG. 2 shows a conductor bundle 20 which consists of a plurality of individual conductors 22 which are inserted as bundles into the grooves (reference numeral 12 in FIG. 1).
  • the individual conductors 22 are insulated from each other by a coating.
  • conductor bundles 20 from individual conductors 22 has the advantage that these conductor bundles are not fixed in their cross-sectional shape, but are variable, so that they are guided on the one hand by a relatively narrow groove opening, but on the other hand by appropriate deformation of the wider groove cross-section as possible can fill to achieve a good filling factor of the groove (reference numeral 12 in Figure 1).
  • FIG. 3 a shows a developed section from the inner periphery of the stator 10.
  • the grooves 12 are arranged horizontally next to each other here.
  • the conductor bundles are inserted, which are simplified here shown as circular conductor bundles 20.
  • two of these conductor bundles 20 are combined into one turn of a phase.
  • This is shown in the figure by webs 24, each connecting two of the conductor bundles 20. Accordingly, two turns of a phase are inserted in each groove as shown in this figure.
  • the individual conductor bundles are numbered from bottom to top with numbers 1 - 4. To distinguish the individual phases of the six-phase system shown here, these are identified below the groove with the designations P1-P6.
  • the conductor bundles 1 and 2 always form the first turn, while the conductor bundles 3 and 4 always form the second turn, which is inserted into the corresponding groove 12.
  • the phases P1 - P6 are shown side by side in ascending order and the sequence of the conductor bundles is indicated by the reference numerals 4, 3, 2, 1.
  • this phase sequence repeats beginning with P1.
  • the sequence of the conductor bundles 20 is now changed.
  • the first turn arranged in the groove 12 below still consists of the conductor bundles 1 and 2, these are interchanged in their order.
  • the second winding still consists of the conductor bundles 20 designated 3 and 4, but these are also interchanged in their order.
  • the arranged next phase P6 again has the already known sequence of the conductor bundles.
  • phase P1 - P6 are shown in the right part of this figure again.
  • the conductor bundles 20 of the phase P5 denoted by 1 and 2 or 3 and 4 are likewise shown reversed here.
  • the conductor bundles 20 denoted by 1 and 2 form the first turn
  • the conductor bundles 20 denoted by 3 and 4 form the second turn of this phase, but in turn the position of the conductor bundles is reversed within the turn.
  • both conductor bundles 20 are alternately subjected to this effect in a turn, so that with suitable selection of the position of exchange and frequency both conductor bundles 20 are subjected to a phase of this effect approximately uniformly, so that significant equalizing currents, the result from an uneven loading, not flow and thus the maximum possible power can be delivered by the generator.
  • FIG. 3b thus shows the illustration of the stator slots with stator windings or stator conductors inserted therein, wherein it can be seen that the stator slots are largely are filled with the windings and where the direction of current flow in the conductors (arrowhead, arrow cross) can be seen.
  • the arrangement of the phases compared to Figure 3a is changed to better illustrate the change in the winding sense.
  • the illustration according to FIG. 3b also makes it clear that more than 80%, preferably more than 95%, of the entire space of the stator slot is filled with windings and thus the proportion of air in the stator slot is extremely small.
  • Figure 3c shows a part of a conventionally produced winding, but without the representation of the stator and the grooves in which the winding is inserted.
  • the winding is formed from form coils 40 having two turns 41, 42. These windings 41, 42 are shown offset from each other for better visibility. In the (not shown in this figure) groove these are of course arranged exactly above the other.
  • the connection of the forming coils 40 of a phase with each other can be done by solder joints or screw-clamp connections or similar techniques.
  • FIG. 3d shows the embodiment according to the invention of a continuously wound phase.
  • part of the winding of a phase is shown.
  • the individual turns 41, 42 are also shown offset from each other to illustrate the nature of the execution.
  • Figure 4 shows a support device 30 for the conductor bundles used as winding wires in the side view.
  • An L-shaped base frame 31 ensures a secure footing of the entire support device 30.
  • a support plate 32 is connected via a pivot bearing 33 with the base frame 31.
  • support arms 34 befes- which extends from the center of the support plate 32 from a predetermined portion to the periphery of the support plate 32 toward and extend a predetermined length substantially horizontally from the support plate 32 away.
  • drums 36 are rotatably mounted with the conductor bundles used as a winding wire.
  • pivot bearing (not shown) is provided between the parallel to the support plate 32 extending vertical portion of the support arm 34 and its horizontally extending portion. This pivot bearing cooperates with a drive 35 and allows rotation of the horizontal portion of the support arm 34 about its longitudinal axis together with the drums 36 disposed thereon. This can be counteracted a twist that arises during winding of the stator winding between the conductor bundles of this winding.
  • FIG. 5 shows a front view of this carrying device 30.
  • a base frame 31 tapering from the base to the tip is shown.
  • To increase the stability of two trusses 38 and 39 are provided.
  • the support plate 32 is rotatably mounted on the support plate 32 are three each offset by an equal angle (120 °) support arms 34 are arranged, are attached to the substantially horizontally extending arms each two drums 36 for the conductor bundles. Due to the rotatable mounting of the support plate 32 and thus firmly connected via the support arms 34 drums 36 can be rotated by a second motor 37.
  • each conductor bundle 20 is inserted into a groove 12, bent at the end of the groove 12 in the winding head and led to a new, parallel groove 12 in the winding head. Then the conductor bundle 20 is again bent so that it can be inserted into this groove 12. At the exit of this groove 12, the conductor bundle 20 in the winding head is in turn bent so that it can be guided to the next groove 12. This results in course in the direction of the drum 36 extending conductor bundle 20, a corresponding rotation.
  • the drums 36 are arranged in pairs on the horizontal portions of the support arms 34. Since these horizontal sections are rotatable about their longitudinal axis by the drives 35, the drums 36 are rotated. In this way, a twisting. the Porterbüridel be counteracted by turning the corresponding support arm 34 counter.
  • a second drive 37 is disposed between the base frame 31 and the support plate 32 and allows rotation of the support plate 32 with all of the support arms 34 and drums 36 thereon to also perform the rotation of the stator 10 in the stator holder 14, and thus one Twisting of the conductor bundles to avoid.
  • FIG. 6 shows in simplified form and without a conductor bundle between the support devices 30 and the stator 10 the arrangement of two support devices 30 and a stator 10 to be exposed.
  • the stator 10 is mounted in a holding device 14 and rotatable in the circumferential direction (arrow direction). Since each of the support devices 30 also has rotatably mounted drums 36, they can perform the rotation of the stator by a corresponding rotation with. By providing two support devices 30, each with three drum pairs, it is therefore possible to simultaneously wind six phases on a stator.
  • the present invention is applicable not only to ring generators for wind turbines, but in principle to any synchronous machine, wherein it must be made clear that these are not miniature machines, but machines that have a considerable spatial extent and which regularly have connection values of possibly several 100 kW and more.
  • a rated output of more than 500 kW is typical for a ring generator of a wind energy plant; even generators with a nominal power of more than 4 MW are already being tested and will be used in the future.
  • Only the stator of the described synchronous machine weighs several tons, with ring generators with more than 4 MW, possibly even more than 50 tons.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem (Ring-) Generator, der einen Stator aufweist, bei dem am inneren oder äusseren Umfang voneinander beabstandet Nuten zur Aufnahme einer Statorwicklung ausgebildet sind. Um einen Stator mit einer Wicklung zu schaffen, bei dem die Störanfälligkeit infolge der hohen Belastung des Generators wenigstens verringert ist, ist die Statorwicklung ohne Unterbrechung durchgängig gewickelt.

Description

Windenergieanlage mit Ringgenerator
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Generator, der einen Stator aufweist, bei dem am inneren oder äußeren Umfang voneinander beabstandet Nuten zur Aufnahme einer Statorwicklung ausgebildet sind. Solche Windenergieanlagen sind bekannt und werden z.B. von der Firma ENERCON hergestellt und vertrieben.
Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen von Statorwicklungen bei Generatoren um- fasst die Verwendung sogenannter Formspulen. Diese Formspulen sind in ihrer Form bereits an die Nuten und Nutenabstände des Stators angepasste Einzelwicklungen der Statorwicklung, die zunächst einzeln in die Nuten eingelegt und dann untereinander verbunden werden.
Allerdings sind Windenergieanlagen während des Betriebes stets großen Belastun- gen ausgesetzt. Mit zunehmender Windgeschwindigkeit steigt die Leistung der Windenergieanlage aber gleichzeitig auch die mechanische Belastung. Daraus ergibt sich, dass die Beanspruchung der Windenergieanlage in mechanischer und in elektrischer Hinsicht im Wesentlichen gleichzeitig ansteigen. Bei hohen Windgeschwindigkeiten ist die mechanische Beanspruchung der Anlage hoch und gleichzeitig wird viel elektri- sehe Energie erzeugt, so dass auch die Beanspruchung der elektrischen Komponenten hoch ist.
Besonders beansprucht wird in diesem Fall der Generator der Windenergieanlage, der mechanischen und elektrischen Beanspruchungen unterworfen ist. Aus dieser Kombination ergeben sich Probleme, wenn z. B. in Folge hoher erzeugter elektrischer Ströme die Temperatur im Bereich des Generators ebenfalls hoch ist und in Folge mechanischer Beanspruchung Verbindungen zwischen einzelnen Komponenten mit Schwingungen beaufschlagt werden. Kommt es durch die thermische Ausdehnung noch zu einem geringfügigen Spiel bzw. einer Lockerung, können die mechanischen Belastungen hier zu einem Defekt oder sogar einer Beschädigung führen.
Betrifft diese Störung die Statorwicklung bzw. eine Phase davon, fällt zumindest diese Phase für die Energiegewinnung aus. Weiterhin entsteht eine zusätzliche asymmetrische Belastung im Generator, da diese Phase infolge der Unterbrechung wie im Leerlaufbetrieb wirkt. Dabei sind mechanische Schäden durch gelöste und frei bewegliche Bauteile wie Verbindungshülsen nicht einmal berücksichtigt.
Bei einem sechsphasig gewickelten Stator eines Generators mit 72 Polen ergeben sich 432. Formspulen, die durch 864 Verbindungsstellen untereinander verbunden sind. Diese Verbindungsstellen sind gewöhnlich als Schraub-, Klemm- oder Lötverbindungen ausgeführt.
Unter Berücksichtigung (beliebig kleiner) statistischer Wahrscheinlichkeiten ergibt sich aus der hohen Anzahl von Verbindungsstellen und den permanenten Lastwechseln, dass selbst bei einer sorgfältigen Herstellung der Verbindung zwischen den Formspulen hier eine beträchtliche Störungsquelle vorhanden ist. Dabei ist bei den vorstehenden Betrachtungen nur ein Stator berücksichtigt. Der Aspekt der Serienfertigung ver- deutlicht die tatsächliche Wahrscheinlichkeit einer solchen Störung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stator mit einer Wicklung anzugeben, bei dem diese oben erläuterten Probleme wenigstens verringert sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Windenergieanlage der eingangs genannten Art gelöst durch eine durchgängig ausgebildete Statorwicklung. Dadurch entfallen insbesondere Verbindungsmittel zwischen einzelnen Abschnitten einer Statorwicklung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sämtliche Phasen auf dem Stator jeweils durchgängig gewickelt.
Um Stromverdrängungs-Effekte in den einzelnen Windungen ausgleichen zu können, werden die Windungen aus wenigstens zwei Leiterbündeln hergestellt, wobei in je- dem Leiterbündel eine Mehrzahl gegeneinander isolierter Leiter vorhanden ist. Diese
Leiterbündel werden in einer vorgegebenen Reihenfolge in Nuten des Stators einge- legt und in ebenfalls vorgegebenen Abständen wird die Reihenfolge verändert, so dass alternierend jedes der Leiterbündel möglichst gleichmäßig von diesen Effekten betroffen ist. Durch diese gleichmäßige Beeinflussung aller Leiterbündel einer Phase kann auf Ausgleichsmaßnahmen verzichtet werden.
Um die Handhabung des Stators während der Herstellung der Wicklung zu erleichtern und eine arbeitsphysiologisch günstige Situation zu schaffen, wird der Stator in einer Lagervorrichtung gehalten, in welcher die Nuten in einer günstigen Arbeitshöhe für die Herstellung der Wicklung sind und eine Rotation des Stators in Umfangsrichtung um ein gewünschtes Maß gestattet. Dies kann bevorzugt unter Verwendung eines motorischen Antriebs erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin wenigstens eine Tragvorrichtung zum Tragen wenigstens einer Spule mit Wicklungsdraht vorge- sehen. Diese Tragvorrichtung gestattet die Handhabung des Wicklungsdrahtes, z. B. in Form von Leiterbündeln, deren Länge erfindungsgemäß so bemessen ist, dass sich die Phase auf dem Stator durchgängig wickeln lässt. Die dafür benötigte Länge der Leiterbündel führt zu einem beträchtlichem Gewicht, das manuell nicht mehr handhabbar ist.
In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform werden jeweils zwei Trommeln mit Wicklungsdraht paarweise gehandhabt, um so beide Leiterbündel gleichzeitig handhaben zu können und eine Tragvorrichtung trägt drei Paare der Trommeln mit Wicklungsdraht, so dass unter Verwendung einer solchen Tragvorrichtung ein drei- phasiges System mit jeweils zwei Leiterbündeln pro Phase auf dem Stator gewickelt werden kann.
In einer insbesondere bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Trommeln mit dem Wicklungsdraht um eine zentrale Drehachse der Tragvorrichtung herum schwenkbar angeordnet. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine sich aus der Drehung des Stators in der Haltevorrichtung ergebende Verdrehung der Leiterbündel durch entsprechendes Mitdrehen der Trommeln auf den Tragvorrichtungen auszugleichen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 vereinfacht einen Stator eines Ringgenerators in einer Haltevorrichtung;
Figur 2 einen Querschnitt durch ein Leiterbündel;
Figur 3a einen Teil der Statornuten gemäß der Erfindung mit eingelegten Leiter- bündeln;
Figur 3b einen Teil der Statornuten gemäß der Erfindung (Alternative) mit eingelegten Leiterbündeln;
Figur 3c einen bekannten Aufbau einer Statorwicklung;
Figur 3d einen erfindungsgemäßen Aufbau einer Statorwicklung;
Figur 4 vereinfacht eine erfindungsgemäße Tragvorrichtung in einer Seitenan- sieht;
Figur 5 eine Vorderansicht einer Tragvorrichtung; und
Figur 6 die Anordnung von Tragvorrichtungeη und Stator zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Statorwicklung.
In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 den Stator, der am inneren Umfang in axialer Richtung verlaufende Nuten 12 aufweist. Dies ist die häufigste Bauform eines Generators. Der (nicht dargestellte) Läufer befindet sich innerhalb des Stators 10. Diese Bauform wird als Innenläufer bezeichnet. Alternativ können die Nuten 12 bei einem sogenannten Außenläufer, bei dem der Läufer den Stator 10 umschließt, am äußeren Umfang des Stators vorgesehen sein. Die Nuten 12 sind in der Figur vergrößert dargestellt. Der Stator 10 ist in einer Haltevorrichtung 14 gehalten, die auf dem Boden steht und somit den Stator 10 und insbesondere die Nuten 12 in einer Höhe hält, die eine arbeitsphysiologisch günstige Arbeitsposition bildet. Da ein solcher Stator 10 eines Ringgenerators einen Durchmesser von mehreren Metern und entsprechend ein hohes Gewicht aufweist, ist der Stator 10 auf Drehlagern 16 drehbar gelagert und kann z.B. in Richtung des Pfeiles um ein gewünschtes Maß gedreht werden, um die zu bearbeitenden Nuten 12 in eine gewünschte Position zu bringen. Diese Drehung des Stators 10 kann natürlich unter Verwendung eines (nicht dargestellten) Antriebsmotors erfolgen.
In Figur 2 ist ein Leiterbündel 20 dargestellt, das aus einer Mehrzahl einzelner Leiter 22 besteht, die als Bündel in die Nuten (Bezugszeichen 12 in Figur 1) eingelegt wer- den. Dabei sind die einzelnen Leiter 22 durch eine Beschichtung gegeneinander isoliert.
Die Bildung von Leiterbündeln 20 aus einzelnen Leitern 22 hat den Vorteil, dass diese Leiterbündeln in ihrer Querschnittsform nicht festgelegt, sondern veränderbar sind, so dass sie einerseits durch eine relativ enge Nutöffnung geführt werden, aber andererseits dann durch entsprechende Verformung den breiteren Nutquerschnitt wei- testmöglich ausfüllen können, um eine guten Füllfaktor der Nut (Bezugszeichen 12 in Figur 1 ) zu erreichen.
Figur 3a zeigt eine abgewickelte Sektion vom Innenumfang des Stators 10. Die Nuten 12 sind hier horizontal nebeneinander angeordnet. In die Nuten 12 sind die Leiterbündel eingelegt, die hier vereinfacht als kreisrunde Leiterbündel 20 dargestellt sind. Jeweils zwei dieser Leiterbündel 20 werden zu einer Windung einer Phase zusam- mengefasst. Dieses ist in der Figur durch Stege 24 dargestellt, die jeweils zwei der Leiterbündel 20 verbinden. Demnach sind entsprechend der Darstellung in dieser Figur in jede Nut zwei Windungen einer Phase eingelegt. Zur einfacheren Übersicht sind die einzelnen Leiterbündel von unten nach oben mit Zahlen 1 - 4 durchnumme- riert. Zur Unterscheidung der einzelnen Phasen des hier dargestellten sechsphasigen Systems sind diese unterhalb der Nut mit den Bezeichnungen P1 - P6 kenntlich ge- macht.
In der Figur ist leicht zu erkennen, dass die Leiterbündel 1 und 2 stets die erste Windung bilden, während die Leiterbündel 3 und 4 stets die zweite Windung bilden, die in die entsprechende Nut 12 eingelegt ist. In der Figur 3a mit der Betrachtung links beginnend, sind die Phasen P1 - P6 nebeneinander in aufsteigender Reihenfolge dargestellt und die Abfolge der Leiterbündel ist durch die Bezugszeichen 4, 3, 2, 1 angegeben. Nach der Nut 12 mit der Phase P6 wiederholt sich diese Phasen-Folge erneut mit P1 beginnend. Bei der in dieser Figur dargestellten zweiten Nut 12 mit der Phase P5 ist nun die Reihenfolge der Leiterbündel 20 verändert. Die in der Nut 12 unten angeordnete erste Windung besteht zwar immer noch aus den Leiterbündeln 1 und 2, diese sind jedoch in ihrer Reihenfolge vertauscht. Ebenso besteht die zweite Windung immer noch aus den mit 3 und 4 bezeichneten Leiterbündeln 20, diese sind jedoch ebenfalls in ihrer Reihenfolge ver- tauscht. Die daneben angeordnete Phase P6 weist wieder die bereits bekannte Abfolge der Leiterbündel auf.
Im rechten Teil dieser Figur sind nochmals die Phasen P1 - P6 dargestellt. Zusätzlich zu der Vertauschung der mit 1 und 2 bzw. 3 und 4 bezeichneten Leiterbündel 20 der Phase P5 sind hier ebenfalls die Leiterbündel der Phase P3 vertauscht dargestellt. Natürlich bilden auch hier die mit 1 und 2 bezeichneten Leiterbündel 20 die erste Windung und die mit 3 und 4 bezeichneten Leiterbündel 20 bilden die zweite Windung dieser Phase, allerdings ist innerhalb der Windung wiederum die Position der Leiterbündel vertauscht.,
Der Grund für diese Vertauschung wird erkennbar, wenn man sich verdeutlicht, dass die magnetischen Feldlinien nicht nur in Längsrichtung der die Nuten 12 seitlich begrenzenden Schenkel 26 verlaufen, sondern auch durch die Nuten hindurch zwischen zwei Schenkeln 26 mit unterschiedlicher Polarität. Dadurch ergibt sich eine Stromver- drängung in den einzelnen Leiterbündeln 20 abhängig von deren Lage in der Nut 12.
Vertauscht man nun die Position der Leiterbündel in bestimmten Abständen, werden beide Leiterbündel 20 einer Windung entsprechend abwechselnd dieser Wirkung unterworfen, so dass bei geeigneter Auswahl der Vertauschungsposition und Häufigkeit beide Leiterbündel 20 einer Phase dieser Wirkung etwa gleichmäßig unterworfen sind, so dass nennenswerte Ausgleichsströme, die aus einer ungleichmäßigen Beaufschlagung resultieren, nicht fließen und somit der maximal mögliche Strom vom Generator abgegeben werden kann.
Figur 3b zeigt also die Darstellung der Statornuten mit darin eingelegten Statorwicklungen bzw. Statorleitern, wobei zu erkennen ist, dass die Statornuten weitestge- hend mit den Wicklungen gefüllt sind und wobei auch die Stromflussrichtung in den Leitern (Pfeilspitze, Pfeilkreuz) zu erkennen ist. Außerdem ist die Anordnung der Phasen gegenüber Figur 3a verändert, um auch den Wechsel im Wicklungssinn besser zu verdeutlichen. Die Darstellung gemäß Figur 3b macht aber auch deutlich, dass mehr als 80%, bevorzugt mehr als 95% des gesamten Raumes der Statornut mit Wicklungen ausgefüllt ist und somit der Luftanteil in der Statornut äußerst gering ist.
Figur 3c zeigt einen Teil einer konventionell hergestellten Wicklung, allerdings ohne die Darstellung des Stators und der Nuten, in welche die Wicklung eingelegt ist. Die Wicklung ist dabei aus Formspulen 40 gebildet, die zwei Windungen 41 , 42 aufweisen. Diese Windungen 41 , 42 sind zur besseren Erkennbarkeit zueinander versetzt dargestellt. In der (in dieser Figur nicht dargestellten) Nut sind diese natürlich exakt übereinander angeordnet.
Dargestellt sind drei Formspulen 40 einer Phase. Der Abstand ergibt sich daraus, dass zwischen Formspulen dieser Phase alternierend Formspulen der übrigen Phasen des Stators angeordnet, jedoch in der Figur nicht dargestellt sind. Die Verbindung der Formspulen 40 einer Phase untereinander kann durch Lötverbindungen oder Schraub-Klemm-Verbindungen oder ähnliche Techniken erfolgen.
Diese in Fig. 3c dargestellten Verbindungen sind potentielle Störungsquellen.
Figur 3d zeigt die erfindungsgemäße Ausführung einer durchgängig gewickelten Phase. Auch hier ist entsprechend der Darstellung in Fig. 3b wiederum ein Teil der Wick- lung einer Phase dargestellt. Dabei sind die einzelnen Windungen 41, 42 ebenfalls versetzt gegeneinander dargestellt, um die Art der Ausführung zu verdeutlichen.
Bei dieser Ausführungsform ist sofort erkennbar, dass die als potentielle Störungsquelle in Fig. 3b dargestellten Übergänge bei dieser Erfindung beseitigt sind. Eine Unterbrechung kann daher an den Übergängen zwischen den einzelnen Wicklungsabschnitten nicht mehr auftreten.
Figur 4 zeigt eine Tragvorrichtung 30 für die als Wicklungsdrähte verwendeten Leiterbündel in der Seitenansicht. Ein L-förmiges Grundgestell 31 bewirkt einen sicheren Stand der gesamten Tragvorrichtung 30. Eine Tragplatte 32 ist über ein Drehlager 33 mit dem Grundgestell 31 verbunden. Auf der Tragplatte 32 sind Tragarme 34 befes- tigt, die vom Zentrum der Tragplatte 32 aus einen vorgegebenen Abschnitt zur Peripherie der Tragplatte 32 hin verlaufen und sich eine vorgegebene Länge im Wesentlichen horizontal von der Tragplatte 32 fort erstrecken.
An diesen sich horizontal erstreckenden Abschnitten der Tragarme 34 sind Trommeln 36 mit den als Wicklungsdraht verwendeten Leiterbündeln drehbar befestigt.
Zwischen dem parallel zu der Tragplatte 32 verlaufenden vertikalen Abschnitt des Tragarmes 34 und dessen horizontal verlaufenden Abschnitt ist ein Drehlager (nicht dargestellt) vorgesehen. Dieses Drehlager wirkt mit einem Antrieb 35 zusammen und erlaubt eine Drehung des horizontalen Abschnittes des Tragarmes 34 um seine Längsachse zusammen mit den daran angeordneten Trommeln 36. Dadurch kann einer Verdrallung, die beim Wickeln der Statorwicklung zwischen den Leiterbündeln dieser Wicklung entsteht, entgegengewirkt werden.
Figur 5 zeigt eine Vorderansicht dieser Tragvorrichtung 30. Hier ist ein sich von der Basis zur Spitze hin verjüngendes Grundgestell 31 dargestellt. Zur Erhöhung der Stabilität sind zwei Traversen 38 und 39 vorgesehen.
Auf dem Grundgestell 31 ist die Tragplatte 32 drehbar angeordnet auf der Tragplatte 32 sind drei jeweils um einen gleichen Winkel (120°) versetzte Tragarme 34 angeordnet, an deren im Wesentlichen horizontal verlaufenden Auslegern jeweils zwei Trommeln 36 für die Leiterbündel befestigt sind. Durch die drehbare Lagerung der Tragplatte 32 und die damit über die Tragarme 34 fest verbundenen Trommeln 36 kann durch einen zweiten Motor 37 gedreht werden.
Beim Herstellen der Wicklung auf dem Stator 10 wird jedes Leiterbündel 20 in eine Nut 12 eingelegt, am Ende der Nut 12 im Wicklungskopf abgebogen und bis zu einer neuen, parallel verlaufenden Nut 12 im Wicklungskopf geführt. Dann wird das Leiter- bündel 20 wiederum so abgebogen, dass es in diese Nut 12 eingelegt werden kann. Am Ausgang dieser Nut 12 wird das Leiterbündel 20 im Wicklungskopf wiederum so abgebogen, dass es zu der nächsten Nut 12 geführt werden kann. Dadurch ergibt sich natürlich auch in dem zur Trommel 36 hin verlaufenden Leiterbündel 20 eine entsprechende Verdrehung. Die Trommeln 36 sind paarweise an den horizontalen Abschnitten der Tragarme 34 angeordnet. Da diese horizontalen Abschnitte durch die Antriebe 35 um ihre Längsachse drehbar sind, werden die Trommeln 36 mitgedreht. Auf diese Weise kann einer Verdrallung. der Leiterbüridel durch Drehen des entsprechenden Tragarmes 34 ent- gegen gewirkt werden.
Ein zweiter Antrieb 37 ist zwischen dem Grundgestell 31 und der Tragplatte 32 angeordnet und erlaubt eine Rotation der Tragplatte 32 mit sämtlichen darauf angeordneten Tragarmen 34 und Trommeln 36, um die Rotation des Stators 10 in dem Sta- torhalter 14 ebenfalls auszuführen und auf diese Weise eine Verdrallung der Leiterbündel zu vermeiden.
Figur 6 zeigt vereinfacht und ohne Leiterbündel zwischen den Tragvorrichtungen 30 und dem Stator 10 die Anordnung zweier Tragvorrichtungen 30 und eines zu bewi- ekelnden Stators 10. Der Stator 10 ist in einer Haltevorrichtung 14 gelagert und in Umfangsrichtung (Pfeilrichtung) drehbar. Da jede der Tragvorrichtungen 30 ebenfalls drehbar gelagerte Trommeln 36 aufweist, können diese die Drehung des Stators durch eine entsprechende Drehung mit ausführen bzw. nachvollziehen. Durch eine Bereitstellung von zwei Tragvorrichtungen 30 mit jeweils drei Trommel-Paaren kön- nen also gleichzeitig sechs Phasen auf einem Stator gewickelt werden.
Es liegt auf der Hand, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf Ringgeneratoren für Windenergieanlagen anwendbar ist, sondern grundsätzlich auf jede Synchronmaschine, wobei deutlich gemacht werden muss, dass es sich hierbei nicht um Kleinst- maschinen handelt, sondern um Maschinen, welche über einen erheblichen räumlichen Umfang verfügen und welche regelmäßig Anschlusswerte von unter Umständen mehreren 100 kW und mehr haben. Für einen Ringgenerator einer Windenergieanlage ist beispielsweise eine Nennleistung von mehr als 500 kW typisch, auch Generatoren mit einer Nennleistung von mehr als 4 MW werden bereits getestet und zukünftig eingesetzt. Allein der Stator der beschriebenen Synchronmaschine wiegt mehrere Tonnen, bei Ringgeneratoren mit über 4 MW, unter Umständen noch mehr als 50 Tonnen.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Windenergieanlage mit einem (Ring-)Generator, der einen Stator aufweist, bei dem am inneren oder äußeren Umfang voneinander beabstandet Nuten zur Aufnahme einer Statorwicklung ausgebildet sind, wobei die Wicklung ohne Unterbrechung durchgängig gewickelt ist.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Stator (10) mit wenigstens zwei durchgängig gewickelten Phasenwicklungen, bevorzugt 6-Phasenwicklungen.
3. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei innerhalb einer Nut nur jeweils Wicklungen einer Phase angeordnet sind.
4. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart Nutenwicklungen unterschiedlicher Phasen angeordnet sind.
5. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung einer Phase aus wenigstens einem Leiterbündel, bevorzugt aus wenigstens zwei Leiterbündeln besteht, wobei ein Leiterbündel aus einer Mehrzahl von gegeneinander isolierten Leitern besteht.
6. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass in einer Nut wenigstens zwei Leiterbündel übereinander angeordnet sind.
7. Windenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Nuten, in denen mehrere Leiterbündel angeordnet sind, die Lagen der Ober- und Unterleiterbündel in einer vorgegebenen Ordnung vertauscht sind.
8. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Nut zwei Windungen eingelegt sind, die bevorzugt der gleichen Phase entsprechen.
9. Vorrichtung zur Herstellung eines Stators einer Synchronmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lagervorrichtung für den Stator, in welcher der Stator ste- hend gehalten wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch wenigstens einen Antrieb zum Drehen des Stators in der Lagervorrichtung in seine Umfangsrichtung.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine von der Lagervorrichtung (14) getrennte Tragvorrichtung zum Halten wenigstens einer Trommel mit Wicklungsdraht
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch eine paarweise Anordnung mehrerer Trommeln, wobei die Paare der Trommeln auf einem gedachten Kreis gleichmäßig beabstandet angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch eine an jeder Stirnseite des Stators angeordnete Tragvorrichtung.
14. Vorrichtung nach einen der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzahl der Paare der Trommeln gleich der Anzahl der auf dem Stator zu wickelnden Phasen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Tragvorrichtungen je die Hälfte der Trommel trägt.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch eine im Wesentlichen vertikal angeordnete Tragplatte und vom Zentrum der Tragplatte nach außen verlaufende Tragarme zur Aufnahme der Trom- mein.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine drehbare Lagerung der Tragplatte.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Antrieb zum Drehen der Tragplatte in Umfangsrichtung.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommeln an einem im Wesentlichen horizontal verlaufenden Abschnitt der Tragarme (34) angebracht sind und dass der horizontal verlaufende Abschnitt um seine Längsachse drehbar ausgebildet ist.
20. Synchronmaschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator am inneren oder äußeren Umfang voneinander beabstandet ausgebildete Nuten zur Aufnahme einer Statoraufwickiung aufweist und wobei die Statorwicklung in den Nuten durchgängig ausgebildet ist.
21. Synchronmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung wenigstens 2-phasig, bevorzugt 6- phasig ausgebildet ist und wobei in benachbarten Nuten Wicklungen unterschiedli- eher Phasen liegen, wobei jede Wicklung aus wenigstens einem Leiter besteht, welcher eine Mehrzahl von Leitern aufweist, jede Wicklung bevorzugt aus zwei Leiterbündeln besteht, die in ihrer Anordnung zueinander innerhalb einer Nut gegebenenfalls über den Statorumfang vertauschbar sind.
22. Verwendung einer Synchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
23. Ringgenerator für eine Windenergieanlage, wobei der Stator fest am Maschinenträger der Windenergieanlage befestigt ist, der Läufer der Synchronmaschine hingegen mit dem Rotor der Windenergieanlage gekoppelt ist.
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