ПОЛЮСНЫЙ БАШМАК ГЕНЕРАТОРА, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО ГЕНЕРАТОРА ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2015 года по МПК H02K3/52 

Настоящее изобретение касается полюсного башмака, в частности полюсного башмака генератора.

Полюсный башмак является конструктивным элементом из материала с высокой магнитной проницаемостью, такого как, например, железо. Полюсный башмак служит для того, чтобы заставлять выходить в определенной форме и распределять линии магнитного поля постоянного магнита или обмотки. Например, в электродвигателе магнитное поле возбудителя распределяется полюсным башмаком по якорю в форме сегмента круга. Благодаря этому изменение плотности потока по периметру якоря выравнивается. При этом не только статор может иметь полюсный башмак, но и якорь двигателей постоянного тока или ротор (рабочее колесо) турбогенератора. При этом полюсный башмак электрически возбуждаемых машин переменного/трехфазного тока, а также якорь двигателей постоянного тока обычно выполняются шихтованными, во избежание потерь от вихревых токов.

В ветровых энергетических установках применяются асинхронные генераторы трехфазного тока или синхронные генераторы трехфазного тока, которые в каждом случае имеют полюсные башмаки в роторе или, соответственно, статоре. Вследствие увеличивающегося размера генераторов ветровых энергетических установок и сопутствующего этому повышения нагрузки известные варианты осуществления полюсных башмаков доходят до пределов своей нагрузки в механическом и термическом отношении.

В качестве уровня техники изобретение исходит из документов: DE 198 59 065 A1, US 3445702 A, DE 951 943 B, DE 10 2006 029 628 A1, DE 38 04 728 A1, AT 180 982 B, DE 387 328 A и DE 19 11 596 U.

Но оказывается, что известные из уровня техники решения не особенно хорошо подходят для того, чтобы выполнять полюсный башмак генератора ветровой энергетической установки так, чтобы в течение долгого периода времени эксплуатации ветровой энергетической установки (как правило, 20 лет и более) полюсные башмаки могли надежно крепиться к своему основанию (например, ротору или статору генератора), так что в течение времени эксплуатации вследствие действующих центробежных сил снова и снова происходит полное или частичное отсоединение полюсных башмаков, что приводит к значительным проблемам в эксплуатации ветровой энергетической установки и в худшем случае даже разрушает весь генератор.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствовать полюсный башмак, в частности, генератора, в частности генератора ветровой энергетической установки, в механическом и/или, соответственно, термическом отношении.

В соответствии с изобретением задача решается с помощью полюсного башмака, в частности, генератора, с признаками по п.1, п.5 и п.7 формулы изобретения, генератора с признаками по п.11, а также ветровой энергетической установки с признаками по п.12 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, предусматривается полюсный башмак, в частности, генератора, включающий в себя полюсный пакет, который выполнен шихтованным, по меньшей мере одну обмотку, которая расположена вокруг полюсного пакета, и элемент, который проходит через шихтованный полюсный пакет в его продольном направлении и который имеет несколько поперечно направленных мест контакта, предпочтительно не более трех поперечно направленных мест контакта, в которые может вставляться по одному средству фиксации для крепления полюсного башмака к основанию, в частности ротору или статору генератора.

Предпочтительно при этом, чтобы можно было сократить количество мест крепления полюсного башмака к основанию. Эти места соединения оказывают вредное воздействие на основание, так как оно должно иметь соответствующие сверления, болты, винты или тому подобные. Конфигурация основания при задании мест крепления полюсного башмака также ограничивается.

Поэтому в соответствии с изобретением предпочтительно в полюсном пакете полюсного башмака предусмотрено не более трех мест контакта. Благодаря этому основание может выполняться более свободно, и полюсный башмак может монтироваться там с меньшими усилиями. Также, например, охлаждение в основании может лучше действовать на полюсный башмак, так как теплопередача нарушается меньшим количеством мест крепления. Охлаждение также может быть расположено в основании или под основанием ближе к полюсному башмаку, так как его расположению мешает меньшее количество мест крепления. При этом в полюсном пакете могут быть предпочтительно предусмотрены три места контакта, но особенно предпочтительно могут быть также предусмотрены два места контакта или одно единственное место контакта.

По одному из аспектов изобретения предусмотрены не более трех мест контакта на концах и при необходимости в середине полюсного пакета. Благодаря этому может достигаться прочное крепление полюсного пакета даже при небольшом количестве мест контакта и средств крепления.

По другому аспекту изобретения не более трех мест контакта предусмотрены так, чтобы через поверхности полюсного башмака между местами контакта тепло могло отдаваться от полюсного башмака по меньшей мере к одной области охлаждения в основании, в частности в роторе или статоре генератора. Таким образом, при сокращении мест контакта полюсного пакета в сочетании с охлаждением в основании может достигаться улучшенное охлаждение полюсного башмака.

По одному из аспектов изобретения средства фиксации представляют собой винты, в частности, толщиной М24. С помощью этих винтов крепление может осуществляться простым образом. Надежное крепление может также осуществляться с применением винтов большей толщины, таких как, например, винты М24.

Настоящее изобретение касается также полюсного башмака, в частности, генератора, включающего в себя полюсной пакет, который выполнен шихтованным, по меньшей мере одну обмотку, которая расположена вокруг полюсного пакета, и средство изоляции, которое расположено между полюсным пакетом и обмоткой. Средство изоляции создает клеевое соединение между полюсным пакетом и обмоткой.

При этом предпочтительно, чтобы применение средства изоляции в качестве клеевого соединения приводило к надежной фиксации обмотки относительно полюсного пакета, так чтобы, например, возникающие у ротора генератора центробежные силы, действующие на полюсный башмак, могли меньше приводить к смещению обмоток относительно полюсного пакета.

По одному из аспектов изобретения средство изоляции содержит волокнистый композитный материал и/или стеклопластик (СП). Такого рода средства изоляции являются гибкими, устойчивыми и способными нести нагрузку. Волокнистые композитные материалы или, соответственно, стеклопластики (СП) не являются проводящими и поэтому служат для электрической изоляции. Они хорошо проводят тепло и, таким образом, при применении в качестве средства изоляции у полюсного башмака могут передавать тепло из обмоток в стальные листы, откуда тепло затем может отводиться посредством мер охлаждения. Кроме того, волокнистый композитный материал или, соответственно, стеклопластик (СП) могут быть пропитаны клеем или покрыты клеем для создания клеевого соединения между обмотками и пакетом листовой стали.

По другому аспекту изобретения волокнистый композитный материал включает в себя мета-арамидные волокна. Такого рода волокна известны также как «Номекс» или «Кевлар». Эти волокна при сравнительно небольшом весе и небольшой толщине очень устойчивы по сравнению с материалами, которые традиционно применяются в качестве средств изоляции.

Настоящее изобретение касается также полюсного башмака, в частности, генератора, включающего в себя полюсный пакет, который выполнен шихтованным, по меньшей мере одну обмотку, которая расположена вокруг полюсного пакета, и по меньшей мере один концевой элемент, который предусмотрен по меньшей мере на одном конце полюсного пакета в его продольном направлении между полюсным пакетом и обмоткой. Концевой элемент имеет закругленные кромки для создания перехода без углов между концевым элементом и полюсным пакетом для обмотки.

При этом предпочтительно, чтобы с помощью закругленного концевого элемента могло предотвращаться повреждение обмоток и средства изоляции на кромках полюсного пакета.

По одному из аспектов изобретения концевой элемент и/или боковой элемент выполнен или, соответственно, выполнены вогнутыми, т.е. изогнутыми внутрь для помещения обмотки во впадину вогнутости. Благодаря этому предотвращается или, соответственно, уменьшается смещение обмотки вверх, например, действующими центробежными силами.

По другому аспекту изобретения концевой элемент и/или боковой элемент имеет или, соответственно, имеют по меньшей мере одну выступающую кромку, которая проходит параллельно обмотке. С помощью этой кромки альтернативно или дополнительно может предотвращаться смещение обмоток вверх за верхнюю кромку полюсного пакета.

По одному из аспектов изобретения на полюсном пакете предусматривается концевой элемент, надетый на элемент. С помощью этого элемента может осуществляться соединение между крайним наружным стальным листом полюсного пакета и соединением стальных листов в продольном направлении, которое затем снова может закрываться концевым элементом гладко и заподлицо, для обеспечения гладкой поверхности со стороны средства изоляции и обмотки. Кроме того, концевой элемент оказывает также электрически изолирующее действие, так как он задает расстояние между обмотками и полюсным пакетом. Предпочтительно посредством концевого элемента предусмотрено расстояние, равное 20 мм, для предотвращения токов утечки.

Примеры осуществления и преимущества изобретения поясняются подробнее ниже со ссылкой на следующие фигуры:

фиг.1: показан вид в перспективе полюсного башмака в собранном состоянии;

фиг.2: показан вид в перспективе полюсного башмака в виде покомпонентного чертежа;

фиг.3: показан вид в перспективе сечения полюсного башмака в виде покомпонентного чертежа;

фиг.4: показан вид в перспективе сечения полюсного башмака в собранном состоянии;

фиг.5: показан первый детальный вид в перспективе конца полюсного башмака;

фиг.6: показан второй детальный вид в перспективе конца полюсного башмака;

фиг.7: показан третий детальный вид в перспективе конца полюсного башмака;

фиг.8: показан четвертый детальный вид в перспективе конца полюсного башмака;

фиг.9: показан детальный вид в перспективе закругления кромки спереди в первом варианте осуществления;

фиг.10: показан детальный вид в перспективе закругления кромки сзади в первом варианте осуществления;

фиг.11a: показан детальный вид в перспективе закругления 1 кромки спереди во втором варианте осуществления;

фиг.11b: показан вид сверху закругления 1 кромки во втором варианте осуществления;

фиг.11c: показан вид спереди закругления 1 кромки во втором варианте осуществления;

фиг.11d: показан детальный вид закругления 1 кромки во втором варианте осуществления;

На фиг.1 показан вид в перспективе полюсного башмака в собранном состоянии. На этом изображении видна верхняя область полюсного пакета 4, которая охватывается обмоткой 6 или же множеством обмоток 6. На двух концах полюсного пакета 4 видны верхние концы каждого концевого элемента 1. Полюсный башмак изображен закрепленным на основании 9. Это основание 9 может быть, например, ротором или статором генератора.

На фиг.2 показан вид в перспективе полюсного башмака в виде покомпонентного чертежа. На фиг.3 показан вид в перспективе сечения полюсного башмака в виде покомпонентного чертежа. На фиг.4 показан вид в перспективе сечения полюсного башмака в собранном состоянии.

Внутренняя область полюсного башмака образуется множеством стальных листов, которые вместе образуют железный сердечник полюсного башмака в виде полюсного пакета 4. Благодаря шихтованному исполнению полюсного башмака вихревые токи внутри полюсного башмака могут предотвращаться или по меньшей мере сокращаться. При этом стальные листы в продольном направлении A соединяются друг с другом для образования полюсного пакета 4. На своей верхней кромке, т.е. на своей обращенной к основанию 9 стороне, полюсной пакет 4 снабжен выступом, который выдается за обмотки 6 сбоку, чтобы удерживать их в радиальном направлении относительно основания 9.

На фиг.2 показан также U-образный боковой элемент 5, который может быть предусмотрен между полюсным пакетом 4 и обмотками 6. Боковой элемент 5 выполнен U-образным, т.е. с двумя отогнутыми кромками вверху и внизу, чтобы также сбоку выдаваться за обмотки 6 над ними и удерживать их в радиальном направлении относительно основания 9. При этом только верхняя кромка U-образного бокового элемента 5 нужна для того, чтобы противодействовать радиальным центробежным силам, поэтому U-образный боковой элемент 5 мог бы быть выполнен также L-образным, т.е. с одной отогнутой кромкой вверху.

Таким образом, такой выдающийся за обмотки 6 выступ может образовываться либо верхней кромкой полюсного пакета 4, либо верхней кромкой U-образного бокового элемента 5, или могут предусматриваться оба элемента 4, 5 вместе с соответствующими выступами.

Вокруг шихтованного полюсного пакета 4 предусмотрено средство изоляции. Вокруг средства изоляции располагается обмотка 6. Средство изоляции электрически изолирует полюсной пакет 4 и обмотку 6 друг от друга. Кроме того, средство изоляции может способствовать хорошей теплопередаче от обмоток 6, в которых протекает ток, к полюсному пакету 4 и в качестве клейкого изоляционного материала поддерживать устойчивость обмоток 6 относительно полюсного пакета 4, т.е. противодействовать радиальным силам дополнительно или альтернативно верхним кромкам полюсного пакета 4 и/или верхней кромке бокового элемента 5.

Средство изоляции на изображении фиг.2 не изображено, однако его расположение и конфигурация соответствуют расположению и конфигурации U-образного бокового элемента 5, чтобы полностью изолировать обмотку 6 относительно основания 9 и полюсного пакета 4, обеспечивать теплопередачу от обмоток 6 к основанию 9 и полюсному пакету 4 и улучшать устойчивость обмоток 6 относительно полюсного пакета 4.

На двух концах полюсного пакета 4 в продольном направлении A, на каждой из его торцевых поверхностей предусмотрено расположение разных элементов 1, 2, 3, которые рассматриваются и поясняются со ссылкой на фиг.5-11d. Элементы 1, 2, 3 служат при этом для помещения и направления обмотки 6 на каждом конце полюсного пакета 4.

Кроме того, полюсный башмак имеет элемент 7, который, например, может быть выполнен в виде цилиндрического пальца 7. Этот палец 7 в продольном направлении A продевается через стальные листы полюсного пакета 4, чтобы удерживать эти стальные листы вместе. При этом палец 7 на двух концах полюсного пакета 4 выдается за стальные листы, чтобы вставляться по меньшей мере в один из элементов 1, 2, 3, см. фиг.5-11d. Палец 7 может быть, впрочем, также выполнен так, чтобы он заканчивался заподлицо с крайними наружными стальными листами полюсного пакета 4 на двух или по меньшей мере одном конце. Поэтому палец 7 будет далее называться продольным пальцем 7.

В поперечном направлении полюсного башмака в направлении основания 9 в продольном пальце 7 предусмотрены места контакта. Для этого соответствующие стальные листы полюсного пакета 4 имеют выемки. В эти места контакта продольного пальца 7 могут вставляться винты или пальцы 8 через выемки полюсного пакета 4, которые, в свою очередь, предусмотрены на основании 9. Поэтому эти вставляющиеся поперечно продольному направлению A пальцы 8 будут называться поперечными пальцами 8. Если основание 9 представляет собой, например, наружный пояс 9 (пояс 9) ротора генератора, то полюсный башмак может крепиться к нему посредством поперечных пальцев 8.

В соответствии с изобретением изображенный полюсный башмак имеет продольный палец 7, снабженный не более чем тремя поперечно направленными местами контакта. При этом, например, два места контакта могут быть расположены вблизи от двух концов полюсного башмака таким образом, чтобы оба места контакта были удалены как можно дальше друг от друга, и поперечные пальцы 8 могли вставляться в продольный палец 7 с надежной фиксацией. При необходимости третий поперечный палец 8 может вставляться в третье место контакта, которое предусмотрено в продольном направлении A в продольном пальце 7 примерно в середине. Таким образом, получаются наибольшие возможные расстояния между поперечными пальцами 8. В этих промежутках полюсный башмак через соответствующую сторону полюсного пакета 4 имеет непосредственный контакт с основанием 9, так что происходит непосредственная теплопередача от полюсного башмака в основание 9.

Это тепло может, например, обусловливаться обмотками 6, по которым протекает ток, и при этом достигать таких масштабов, что необходимо как можно лучше отводить это тепло во избежание перегрева и повреждения полюсного башмака. Для этого предпочтительно как можно большее количество сплошных контактных поверхностей между полюсным пакетом 4 и основанием 9, чтобы отводить тепло к основанию 9. При этом, например, в основании 9 может быть предусмотрено охлаждение, которое предпочтительно проходит непосредственно под контактными областями, т.е. которое проходит между поперечными пальцами 8.

Поэтому предпочтительно и следует стремиться к тому, чтобы можно было крепить полюсный башмак к основанию 9 с помощью как можно меньшего количества поперечных пальцев 8, так как при этом увеличиваются области, в которых охлаждение в основании 9 может быть предусмотрено непосредственно у контактных поверхностей между полюсным пакетом 4 и основанием 9. Если, например, до сих пор полюсные башмаки у генераторов ветровых энергетических установок крепились к ротору десятью винтами М12 в качестве поперечных пальцев 8, то в соответствии с изобретением крепление может осуществляться с помощью, например, только трех винтов в качестве поперечных пальцев 8, которые, однако, для достижения такой же надежности крепления могут быть выполнены в виде винтов М24. Это сокращение количества поперечных пальцев 8 возможно, однако, при одинаковой устойчивости крепления только благодаря тому, что стальные листы полюсного пакета 4 удерживаются вместе продольным пальцем 7 в продольном направлении A.

Такой продольно проходящий палец 7 до сих пор не применялся, так как посредством нескольких меньшего размера винтов М12 в качестве поперечных пальцев 8 было возможно устойчивое крепление полюсного башмака 4 к основанию 9 даже без продольного пальца 7. Однако если крепление полюсного пакета 4 к основанию 9 осуществляется с помощью меньшего количества поперечных пальцев 8, то это приводит к низкой устойчивости между отдельными стальными листами полюсного пакета 4, которая снова компенсируется продольным пальцем 7. Это означает, что благодаря расположению продольного пальца 7 и не более трех поперечных пальцев 8 может достигаться сравнимая устойчивость полюсного пакета 4 относительно основания 9, как до сих пор, например, с помощью десяти поперечных пальцев 8 меньшего размера, которые расположены, будучи распределены по длине полюсного пакета 4. Однако увеличенные при этом свободные пространства между отдельными имеющимися в небольшом количестве поперечными пальцами 8 позволяют осуществлять улучшенную теплопередачу на основание 9 и вместе с тем получить улучшенную возможность охлаждения полюсного пакета 4 и при этом также обмоток 6.

Для улучшения этой теплопередачи между полюсным пакетом 4 и основанием 9 между полюсным пакетом 4 и основанием 9 может быть предусмотрено средство для улучшения теплопередачи, такое как, например, теплопроводящая паста.

Кроме того, следует учитывать, что традиционно стальные листы полюсного пакета 4 соединяются друг с другом посредством сварного шва на нижней стороне, т.е. на прилегающей к основанию 9 стороне полюсного пакета 4. Для этого в стальных листах предусматривается соответствующая выемка или выполняется в собранных вместе стальных листах полюсного пакета 4. В эту выемку затем вводится, т.е. наплавляется, сварочный материал. Если этот сварной шов применяется дополнительно к предлагаемому изобретением продольному пальцу 7, то в этой выемке между сварочным материалом и основанием 9 может образовываться заполненный воздухом промежуток, который ухудшает теплопередачу между полюсным пакетом 4 и основанием 9. Поэтому, в частности, этот промежуток должен заполняться средством для улучшения теплопередачи, таким как, например, теплопроводящая паста, во избежание теплоизолирующего действия воздуха, заключенного в выемке.

В соответствии с изобретением у полюсного башмака в качестве средства изоляции применяется материал, который содержит волокнистый композитный материал и/или стеклопластик (СП). Этот материал может снабжаться клеящим средством, чтобы таким образом создать клеевое соединение между полюсным пакетом 4 и обмоткой 6. При этом средство изоляции должно предусматриваться таким образом, чтобы оно, с одной стороны, обеспечивало электрическую изоляцию, а также хорошую теплопроводность между полюсным пакетом 4 и обмоткой 6. С другой стороны, одновременно должен достигаться такой эффект склеивания между полюсным пакетом 4 и обмоткой 6, чтобы обмотка 6 не была подвижной относительно полюсного пакета 4. Такого рода относительное движение может, например, вызываться центробежными силами при применении полюсного башмака в роторе генератора. Из-за этого в худшем случае обмотка 6 по меньшей мере частично может отсоединяться от полюсного пакета 4 в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно основанию 9, из-за чего полюсный башмак теряет свое действие или, соответственно, это действие по меньшей мере снижается, и окружению может быть нанесен вред отсоединенной обмоткой 6.

Во избежание такого отсоединения при эксплуатации наряду с другими механическими мерами может создаваться клеевое соединение посредством средства изоляции, чтобы этот случай отсоединения мог надежно предотвращаться, или по меньшей мере вероятность его наступления могла уменьшаться даже при сильных центробежных силах и длительной эксплуатации.

В соответствии с изобретением также предпочтительно применять средство изоляции, которое обладает хорошей теплопроводностью, чтобы наилучшим образом передавать тепло обмотки 6, обусловленное током возбудителя, через средство изоляции к полюсному пакету 4, чтобы это тепло оттуда, например, через основание 9 и посредством его охлаждения могло отводиться от полюсного башмака. Для этого опционально может также предусматриваться теплопроводящая паста или тому подобное между полюсным пакетом 4 и средством изоляции и/или между средством изоляции и обмоткой 6.

В соответствии с изобретением в качестве средства изоляции применяется волокнистый композитный материал, который, например, состоит из арамидных волокон. Арамидные волокна представляют собой волокна из арамидов или ароматических полиамидов (полиарамидов). Они поставляются фирмой DuPont под маркой «Номекс» или «Кевлар». К этим волокнам относятся мета-арамидные волокна, которые применяются специально для противопожарной защиты.

Одним из случаев применения этих арамидных волокон в виде арамидной бумаги является применение в качестве электроизоляции, например, у электродвигателей или изоляции между слоями в трансформаторах. Эта бумага очень тонкая и одновременно очень прочная. Благодаря своим бумажным свойствам она может, например, пропитываться смолой, такой как, например, эпоксидная смола, или же покрываться клеем для получения клейкой поверхности.

Таким образом, посредством арамидной бумаги может создаваться средство изоляции, которое при небольшой толщине и небольшом весе может выдерживать высокие механические нагрузки и одновременно может предусматриваться клейким. При этом вследствие изменяющихся центробежных сил, которые могут действовать на обмотку 6 при различных скоростях вращения генератора, могут возникать силы среза, возможностью восприятия которых должно обладать средство изоляции.

При этом следует учитывать, что на полюсном пакете 4 вследствие процесса изготовления могут возникать бугорки из сварочного шлака, которые пронизывают изоляционный материал и тем самым могут создавать проводящее соединение между полюсным пакетом 4 и обмоткой 6. Такое соединение с низкой проводимостью может приводить к пробоям между полюсным пакетом 4 и обмоткой 6, которые тогда растягивали бы соединение, так что изоляции больше не было бы. Поэтому в качестве изоляционного материала предпочтителен материал, такой как, например, арамидная бумага, механическая устойчивость которого при надлежащей толщине изоляционного материала может также противостоять такого рода точечным и пиковым нагрузкам, как бугорки из сварочного шлака.

Изготовление полюсного башмака, снабженного средством изоляции, которое содержит пропитанную смолой или покрытую клеем арамидную бумагу, может осуществляться следующим образом.

Сначала изготавливается полюсный пакет 4 полюсного башмака из стальных листов. Причем эти стальные листы могут удерживаться вместе с помощью продольного пальца 7 или же посредством других мер и средств. В качестве следующего шага арамидная бумага должна нарезаться, чтобы она подходила к геометрии полюсного пакета 4 и обмотки 6. Затем арамидная бумага должна пропитываться смолой или покрываться клеем и при необходимости оставляться сушиться, чтобы смола или, соответственно, клей пристали внутри бумаги или, соответственно, к бумаге. Для этого пропитанная арамидная бумага может также сдавливаться при нагреве для получения желаемой геометрии. Причем вследствие этого сдавливания может также достигаться малая толщина арамидной бумаги. Тем самым арамидной бумаге может также придаваться устойчивая геометрия, например, с отогнутыми кромками в продольном направлении A, для достижения U-образного профиля средства изоляции, благодаря чему обмотка 6 может помещаться в U-образное средство изоляции, и, таким образом, соответствующая геометрия полюсного пакета 4 и бокового элемента 5, т.е. с выдающимися кромками для помещения обмотки 6, может частично или полностью не предусматриваться.

Затем арамидная бумага в качестве изоляционного материала укладывается вокруг боковых сторон полюсного пакета 4. На концах полюсного пакета 4 может осуществляться изоляция посредством элемента 1. Затем обмотка 6 наматывается на клейкую арамидную бумагу, так чтобы витки прилипали к арамидной бумаге, которая, в свою очередь, приклеивается к полюсному пакету 4.

На фиг.5 показан первый детальный вид в перспективе конца полюсного башмака. Изображен полюсный пакет 4 с проходящей в продольном направлении A выемкой, в которую может вставляться продольный палец 7 (не изображен). К концу полюсного пакета 4 присоединен первый элемент 3, который будет называться дополнительным пакетом 3. Дополнительный пакет 3 выполнен в соответствии с геометрией полюсного пакета 4 и представляет собой крайний наружный стальной лист полюсного пакета 4. Однако одновременно дополнительный пакет 3 имеет сбоку выемку, таким образом, что элемент 3, т.е. закругление 1 кромки (см. фиг.8-11d) может надеваться на эту кромку дополнительного пакета 3. Другими словами, дополнительный пакет 3 не выполнен в соответствии со стреловидной формой полюсного пакета 4.

На фиг.6 показан второй детальный вид в перспективе конца полюсного башмака. К дополнительному пакету 3 присоединен второй элемент 2, который будет называться прижимным элементом 2. Прижимной элемент 2 соответствует геометрии дополнительного пакета 3, при этом прижимной элемент 2 в верхней области выполнен короче, чем дополнительный пакет 3, так что дополнительный пакет 3 изображен выдающимся за прижимной элемент 2. Благодаря этому прижимной элемент 2 в верхней области поднимается над находящимся под ним дополнительным пакетом 3, так что закругление 1 кромки как сбоку, так и в верхней области может надеваться на прижимной элемент 2.

На фиг.7 показан третий детальный вид в перспективе конца полюсного башмака. На этом изображении продольный палец 7 был вставлен в выемку, которая одинаковым образом пронизывает как стальные листы полюсного пакета 4, так и дополнительный пакет 3 и прижимной элемент 2. Таким образом, стальные листы полюсного пакета 4, дополнительный пакет 3 и прижимной элемент 2 удерживаются вместе продольным пальцем 7. При этом продольный палец 7 центрирует дополнительный пакет 3 и прижимной элемент 2. Для фиксации конструкции прижимной элемент 2 сварен с продольным пальцем 7.

На фиг.8 показан четвертый вид в перспективе конца полюсного башмака. На этом изображении конец закрыт посредством третьего элемента 1, который будет называться закруглением 1 кромки. Благодаря этому закрытию посредством закругления 1 кромки может создаваться ровная и гладкая поверхность полюсного пакета 4, так что также на двух концах полюсного пакета 4 обмотки 6 могут прилегать гладко и надежно. Иначе выражаясь, закругление 1 кромки препятствует повреждению обмотки 6, которое могло бы произойти из-за острых кромок или углов в основании под обмоткой 6, т.е. на концевых элементах 1, 2, 3 полюсного пакета 4. При этом, например, сварное соединение между прижимным элементом 2 и продольным пальцем 7 закрыто закруглением 1 кромки.

Также средство изоляции может выполняться вокруг концов полюсного пакета 4, т.е. поверх закругления 1 кромки, так что благодаря гладкому закруглению 1 кромки можно также избежать повреждения средства изоляции. Альтернативно или дополнительно само закругление 1 кромки может быть предусмотрено из изолирующего материала, так что в этой области при необходимости средство изоляции может отсутствовать для экономии материала и времени при изготовлении.

На фиг.9 показан детальный вид в перспективе закругления 1 кромки спереди в первом варианте осуществления. На фиг.10 показан детальный вид в перспективе закругления 1 кромки сзади в первом варианте осуществления.

При этом можно видеть, что закругление 1 кромки выполнено так, что оно может сбоку полностью охватывать дополнительный пакет 3 и прижимной элемент 2, чтобы создавать ровную и гладкую поверхность со стороны средства изоляции и обмотки 6. Кроме того, закругление 1 кромки имеет вверху и внизу выдающиеся кромки, чтобы можно было удерживать обмотку 6 в этих направлениях, например, от возникающих при вращательном движении центробежных сил. Кроме того, закругление 1 кромки имеет выемку 1a, в которой может направляться лента для юстировки конца обмотки 6.

В соответствии с изобретением при этом предусмотрена комбинация элементов 1, 2, 3, т.е. дополнительного пакета 3, прижимного элемента 2 и закругления 1 кромки. До сих пор была известна возможность предусматривать головной элемент для закрытия конца шихтованного полюсного пакета 4. При этом до сих пор продольный палец 7 не применялся, а вместо этого шихтованный полюсный пакет 4 крепился к основанию 9 с помощью большого количества поперечных пальцев 8 меньшего размера.

Однако если теперь в соответствии с изобретением предусматривается продольный палец 7, чтобы удерживать вместе стальные листы полюсного пакета 4 и чтобы служить в качестве крепления для меньшего количества, но более толстых поперечных пальцев 8, то продольный палец 7 может выдаваться за крайний наружный стальной лист полюсного пакета 4 и в этом случае должен там фиксироваться. Если на это продолжение полюсного пакета 4 надевается концевой элемент, то вес и длина полюсного башмака непредпочтительным образом увеличиваются. Например, на конец полюсного пакета 4 надевался бы концевой элемент с толщиной 26 мм.

Поэтому в соответствии с изобретением в качестве концевого элемента на конце полюсного пакета 4 предусмотрена комбинация нескольких элементов 1, 2, 3. Дополнительный пакет 3 в виде крайнего наружного стального листа полюсного пакета 4 имеет, например, толщину 18 мм. Дополнительный пакет 3 соответствует стальному листу полюсного пакета 4 с боковой выемкой для помещения закругления 1 кромки. Прижимной элемент 2 имеет, например, толщину 6 мм и служит для фиксации продольного пальца 7. Закругление 1 кромки имеет, например, толщину 3 мм и закругляет конец полюсного пакета 4. Благодаря расположению закругления 1 кромки над прижимным элементом 2 предлагаемый изобретением головной элемент 1, 2 полюсного пакета 4 имеет общую толщину 9 мм.

Благодаря этому уменьшению толщины головного элемента по сравнению с прежним головным элементом достигается экономия материала, которая сказывается на применяемой меди, так как прежний головной элемент изготавливался из меди. При этом на один полюсный башмак может достигаться экономия материала у рассматриваемого полюсного башмака генератора ветровой энергетической установки, равная 2,31 кг. При 72 полюсных башмаках при этом может экономиться 166,3 кг меди.

На фиг.11a показан детальный вид в перспективе закругления 1 кромки спереди во втором варианте осуществления. На фиг.11b показан вид сверху закругления 1 кромки во втором варианте осуществления. На фиг.11c показан вид спереди закругления 1 кромки во втором варианте осуществления. На фиг.11d показан детальный вид закругления 1 кромки во втором варианте осуществления.

В этом втором варианте осуществления закругление 1 кромки имеет вогнутость, т.е. закругление 1 кромки выполнено вогнутым таким образом, что в нем во впадине вогнутости может помещаться обмотка 6. Это может противодействовать смещению обмотки 6 относительно закругления 1 кромки, которое может происходить вследствие центробежных сил при вращении полюсного башмака, например, на роторе генератора.

Благодаря геометрии закругления 1 кромки обмотка 6 даже тогда, когда эта обмотка 6 расширяется вследствие тепла и более свободно расположена вокруг полюсного пакета 4, чем в охлажденном и натянутом состоянии, удерживается во впадине вогнутой поверхности.

В отличие от этого, на прямой поверхности возникала бы опасность, что обмотка 6, например, вследствие повторяющегося расширения при нагреве и сокращения при остывании при одновременно возникающих центробежных силах постепенно смещалась бы от полюсного пакета 4 вниз. Этому случаю можно противодействовать путем вогнутой конфигурации закругления 1 кромки. Причем этот вариант осуществления дополняется приклеиванием обмотки 6 к полюсному пакету 4 посредством клейкого средства изоляции и U-образной формы бокового элемента 5, который вследствие своей также вогнутой конфигурации оказывает на боковые стороны полюсного башмака действие, сравнимое с описанной выше вогнутой конфигурацией закругления 1 кромки на концах полюсного башмака.

Изобретение касается полюсного башмака, в частности полюсного башмака генератора. Технический результат заключается в повышении надёжности и увеличении срока службы полюсного башмака. Полюсный башмак включает в себя полюсный пакет, выполненный шихтованным, по меньшей мере одну обмотку, расположенную вокруг полюсного пакета, и концевой элемент, предусмотренный по меньшей мере на одном конце полюсного пакета. Концевой элемент имеет закруглённые кромки для перехода без углов между концевым элементом и полюсным пакетом. Полюсный башмак может использоваться в генераторах, в частности в генераторах ветроэнергетической установки. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Полюсный башмак, в частности, генератора, включающий в себя
полюсный пакет (4), который выполнен шихтованным,
по меньшей мере одну обмотку (6), которая расположена вокруг полюсного пакета (4), и
по меньшей мере один концевой элемент (1), который предусмотрен по меньшей мере на одном конце полюсного пакета (4) в его продольном направлении (А) между полюсным пакетом (4) и обмоткой (6),
при этом концевой элемент (1) имеет закругленные кромки для создания перехода без углов между концевым элементом (1) и полюсным пакетом (4) для обмотки.

2. Полюсный башмак по п. 1,
включающий в себя боковой элемент (5), причем концевой элемент (1) и/или боковой элемент (5) выполнен/выполнены вогнутыми, т.е. изогнутыми внутрь, для размещения обмотки (6) во впадину вогнутости.

3. Полюсный башмак по п. 1 или 2,
включающий в себя боковой элемент (5), причем концевой элемент (1) и/или боковой элемент (5) имеет/имеют по меньшей мере одну выступающую кромку, которая проходит параллельно обмотке (6).

4. Полюсный башмак по п. 1 или 2,
в котором на полюсном пакете (4) предусматривают концевой элемент (1), надетый на прижимной элемент (2).

5. Полюсный башмак по п. 1 или 2, включающий в себя
элемент (7), который проходит через шихтованный полюсный пакет (4) в продольном направлении (А) и который имеет несколько поперечно направленных мест контакта, предпочтительно не более трех поперечно направленных мест контакта, выполненных с возможностью вставления в них по одному средству (8) фиксации для крепления полюсного башмака к основанию (9), в частности ротору или статору генератора.

6. Полюсный башмак по п. 5,
в котором указанные не более трех мест контакта предусмотрены на концах и при необходимости в середине полюсного пакета (4).

7. Полюсный башмак по п. 5 или 6,
в котором указанные не более трех мест контакта предусмотрены так, что через поверхности полюсного башмака между местами контакта обеспечивается возможность отдачи тепла от полюсного башмака по меньшей мере к одной области охлаждения в основании (9), в частности в роторе или статоре генератора.

8. Полюсный башмак по п. 5,
в котором средства (8) фиксации представляют собой винты, в частности, толщиной М24.

9. Полюсный башмак по п. 1 или 2, включающий в себя
средство изоляции, которое расположено между полюсным пакетом (4) и обмоткой (6),
при этом средство изоляции создает клеевое соединение между полюсным пакетом (4) и обмоткой (6).

10. Полюсный башмак по п. 9,
в котором средство изоляции содержит волокнистый композитный материал и/или стеклопластик.

11. Полюсный башмак по п. 10,
при этом волокнистый композитный материал включает в себя мета-арамидные волокна.

12. Генератор, снабженный полюсным башмаком по одному из предыдущих пунктов.

13. Ветровая энергетическая установка, снабженная генератором по п. 12.