CN102668327A - 定子组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在以最高至10Hz的频率运行的超导发电机(10)中使用的定子组件(100)。该定子组件包括具有多个限定多个槽(114)的齿(112)的铁磁定子绕组支撑件(102)，所述多个槽被配置成容纳和支撑定子绕组(130)。定子绕组支撑件被形成为使得槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。

Description

定子组件
相关申请的交叉引用
本申请要求在2009年9月29日提交的申请号为12/568,742的美国申请的优先权，其内容整体并入此处。
背景技术
发电仍然是旋转电机的重要应用。在美国以及全世界，风能是发展最快的电力能源之一，并且采用旋转电机的风力涡轮机用来将风能转换为可用电能。风力涡轮机的发电机部件包括发电机、控制电子设备以及将引入的低速旋转转换为适于发电的高速旋转的任意齿轮箱。在风力涡轮机中，发电机部件可为风力涡轮机总成本的大约三分之一。
在一些现有非超导发电机中，定子绕组被起磁通路径作用的护铁(backiron)所围绕。护铁经常是堆叠的层压片形式，所述层压片包括多个延伸在定子绕组之间以提供磁通路径且支撑定子绕组的铁齿，其中定子绕组位于在这些齿之间形成的槽中。在这种经常以60Hz或更高的高频率来运行的电机中，这些齿携载磁通，并且槽面积与齿面积之比大约为50％。这一比例在现有电机中对于容纳在这些电机中产生的磁通是所需要的。然而，在一些现有电机中，由于铁和铜在成本上的相对差异，实际上将相对于槽面积来增大齿面积作为一种降低电机成本的方法。
从二十世纪六十年代早期以来，超导发电机已经取得了发展。在这些电机中超导绕组的使用使得由绕组和电机中的增大的磁通密度所产生的磁动力得到显著提高。磁通密度被增大到存在由涡流损耗和铁齿的饱和度引起的高损耗的程度。结果是，由于磁通密度会导致这些构件中的高损耗，因而超导电机发展成不使用定子线圈之间的铁齿进行工作。在一些情况下，在这些电机中使用纤维复合齿(fiber-composite teeth)而不是铁齿来支撑定子线圈。然而，这种纤维复合齿制造起来非常昂贵。
发明内容
在一些方案中，本发明提供了一种在旋转电机中使用的定子组件。定子组件包括包含多个限定多个槽的齿的定子芯，所述多个槽被配置成容纳和支撑定子绕组。定子芯由铁磁材料形成，多个槽的宽度总和与多个齿的宽度和多个槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。
定子组件可以包括一个或多个如下特征：槽是在定子芯中形成的细长的、径向延伸的开口。多个齿径向向内延伸且周向地互相间隔开。定子组件还包括至少一个置于槽中的定子绕组，定子绕组包括由多股导线形成的线圈。定子芯包括由层压片构成的组件。多个槽的宽度总和与多个齿的宽度和多个槽的宽度的总和之比在0.70至0.90的范围内。多个槽的宽度总和与多个齿的宽度和多个槽的宽度的总和之比在0.75至0.90的范围内。定子组件还包括包含直部的定子绕组，其中直部被置于多个槽的一个中，并且直部被配置成大体将槽完全占据。直部的截面面积与槽面积大体相同。定子组件还包括包含直部的定子绕组，其中每个槽中布置有多个定子绕组直部。直部的截面面积是槽面积的大体一半，并且两个定子绕组直部被置于每个槽中。定子组件还包括至少一个定子绕组，所述定子绕组包括弯曲线圈。定子组件还包括至少一个包含布置在槽内的单独的线导体的定子绕组，使得径向的导体尺寸至少是周向的导体尺寸的1.5倍。定子组件还包括至少一个包含布置在槽内的单独的线导体的定子绕组，使得径向的导体尺寸至少是周向的导体尺寸的2倍。定子组件还包括至少一个包含布置在槽内的单独的线导体的定子绕组，使得径向的导体尺寸至少是周向的导体尺寸的3倍。
在其它方案中，本发明提供了一种旋转电机。所述旋转电机包括转子组件和定子组件。定子组件包括具有多个限定多个槽的齿的定子芯，所述多个槽被配置成容纳和支撑定子绕组。定子绕组支撑件由铁磁材料形成，多个槽的宽度总和与多个齿的宽度和多个槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。
所述旋转电机可以包括一个或多个如下特征：转子组件包括具有高温超导绕组的转子。转子组件和定子组件被配置成以最高至10Hz的频率来运行。转子组件和定子组件被配置成以最高至13Hz的频率来运行。转子组件和定子组件被配置成以大约2Hz的频率来运行。定子芯被配置成在运行期间具有大于1.8T的齿磁通密度。定子芯被配置成在运行期间具有大于2.0T的齿磁通密度。定子芯被配置成在运行期间具有大于2.2T的齿磁通密度。定子芯被配置成在运行期间具有大于2.4T的齿磁通密度。定子芯被配置成在运行期间具有大于2.6T的齿磁通密度。定子芯被配置成在运行期间具有大于2.8T的齿磁通密度。所述电机还包括具有直部的定子绕组，其中直部被置于所述槽的一个中，并且直部被配置成大体将槽完全占据。所述电机还包括具有直部的定子绕组，其中每个槽中布置有多个定子绕组直部。所述电机还包括至少一个具有布置在槽内的单独的线导体的定子绕组，使得径向的导体尺寸至少是周向的导体尺寸的1.5倍。所述电机还包括至少一个定子绕组，所述定子绕组包括弯曲线圈绕组。所述电机还包括位于定子组件和转子组件之间的大于15mm的气隙。所述电机还包括位于定子组件和转子组件之间的大于20mm的气隙。
超导电机特别适合在风力涡轮机应用中用作风驱动的直驱式发电机。由于风力涡轮机的低频(10Hz或更低)输出，因而能够提供低成本的超导发电机(其包括由铁磁材料形成的定子绕组支撑件)，而不会造成与高工作频率发电机相关的大功率损耗。使用由铁磁材料形成的定子绕组支撑件，使得发电机的成本相对较低。
如以下将更详细描述的，本发明的定子组件具有这一特征：其中有助于提高整体性能，也能降低HTS发电机的整体制造成本。尤其，低频超导发电机使整体槽面积与整体支撑件面积之比大于60％的定子支撑件设计成为可能。由于槽尺寸相对较大，因而槽内的导体的截面面积比现有电机中的大很多，使得发电量增大。
在一些实施例中，通过选择特定的定子绕组配置方式，而将单绕组置于相应的槽中。结果是，相对于其它定子绕组的配置方式，槽内的导体的截面面积被进一步增大，而在其他定子绕组的配置方式中，两个或多个定子绕组的腿部占据一个单槽，并且设置在多个独立的腿部之间的绝缘材料(insulation)减小了整个导体截面面积。
发电机包括由铁磁叠片(ferromagnetic lamination)形成且包括多个被设置来支撑定子线圈绕组的定子芯。相对于使用纤维复合材料，使用铁磁材料形成定子支撑件降低了制造成本。虽然定子支撑件的铁磁齿变得高度饱和，然而发电机以相对较低的频率来运行，从而使得由于齿饱和以及铜和热量产生引起的、与较高频率的电机相关的功率损耗最小化。
所示的超导同步发电机能够以10Hz或更低的发电机工作频率来产生大于2.8T的定子齿磁通密度。另外，在这些电机中采用位于定子组件和转子组件之间的大于15mm至20mm的气隙，进一步降低了损耗。
下面参照附图所示的本发明的实施例来说明实施本发明的模式。结合附图从下面提出的本发明的实施例的详细说明中，本发明的上述目的、其它目的、特性以及优点将变得显而易见。
附图说明
图1为发电机的示意性侧横截面图。
图2为图1的发电机的定子组件和转子组件的端部透视图。
图3为图1的发电机的不具有定子绕组的定子芯的部分剖视图。
图4为每个侧面将整个槽占据的弯曲定子绕组的透视图。
图5为具有被置于槽中的弯曲定子绕组的图1的发电机的定子芯的部分剖视图。
图6为位于定子芯内的弯曲定子绕组的端匝的透视图。
图7为图1的发电机的开路磁通分布图(profile)。
图8为弧长(米)与磁通密度(特斯拉)的图表，其代表具有非铁磁齿以及大于0.60的槽面积与支撑件(support)面积之比的发电机中的气隙磁通密度。
图9为弧长(米)与磁通密度(特斯拉)的图表，其代表具有铁磁齿以及大于0.60的槽面积与支撑件面积之比的发电机中的气隙磁通密度。
图10为弧长(米)与磁通密度(特斯拉)的图表，其代表具有铁磁齿、大于0.60的槽面积与支撑件面积之比、以及大于15mm的气隙的发电机中的气隙磁通密度。
图11为菱形定子绕组的透视图。
图12为具有被置于槽中的菱形定子绕组的图1的发电机的定子芯的部分剖视图。
图13为单层定子绕组的平面定子绕组部的透视图。
图14为单层定子绕组的加厚端绕组部的透视图。
图15为由多个单层定子绕组构成的组件的透视图。
具体实施方式
现在参照图1，发电机10是包括被安装在定子组件100内的转子组件40的旋转超导机器。如将在下文更详细描述的，发电机10被配置成在10Hz或更低的低频应用中使用。例如，当发电机10用作风力涡轮机中的发电机时，转子组件40和定子组件100被配置成以大约2Hz来运行。
转子组件40包括由高温超导体(HTS)形成的转子绕组42、扭矩传递系统50以及电磁屏蔽60。转子绕组42在低温恒温器34内由转子绕组支撑结构44支撑。虽然其它配置方式也可行，然而本实施例的转子绕组42包括几个以轨道结构方式形成的HTS子线圈。申请号为6,509,819的美国专利更为详细地对示例性的转子线圈结构进行了讨论，其全部内容通过引用的方式并入此处。扭矩传递系统50将转子组件产生的旋转力传递到输出轴30，并且扭矩传递系统50也被置于低温恒温器34中。扭矩传递系统50包括扭矩管52，其在一端处连接至转子绕组支撑结构44且在另一端处经由端片54连接至输出轴30。电磁屏蔽60环绕在低温恒温器34四周且由非磁性导电材料组成，这种材料通过减弱由定子电流产生的异步场来屏蔽转子绕组。另外，电磁屏蔽60将低温恒温器与定子组件中产生的热量屏蔽开。
发电机10还包括无刷励磁机16，以便为转子绕组42提供电流。励磁机16由变压器及相关电子设备(未示出)组成，以调节和控制用于转子绕组42的功率。使用气态氦(其在低温恒温器34内流通以冷却HTS转子绕组42)通过转子支撑结构来传导冷却转子绕组42。允许气态氦对于转子组件40向内以及向外流动的冷却剂供应管路48穿过同轴的氦气传输耦合器14(其为固定-旋转的管子接头(stationary-to-rotating union))。多个轴承32被安装在框架24中以支撑输出轴30的相对端，从而在定子组件100内能够可旋转且同轴地支撑转子组件40。
参照图2，定子组件100包括定子芯102和定子绕组130。定子芯102是中空圆柱体104，其为由堆压的铁磁片106构成的组件。为了形成定子芯102，对铁磁片106进行冲压以提供理想的齿形，将多个片106堆叠在一起以形成中空圆柱体104，并通过诸如环氧树脂等现有方法将其固定在一起。
也参照图3，定子芯102包括相邻于且包括定子芯102的外直径的护铁区108，以及多个从护铁区108径向向内延伸以形成槽114的定子齿112。每个齿112具有齿宽wT，所有的齿112具有大约相同的齿宽wT。所设置的齿112的数量部分取决于将在定子芯102中支撑的定子绕组130的配置方式。在示出的发电机10的实施例中，定子芯102设置有216个定子齿112。
如剖面图所示，定子齿112规则地且周向地互相间隔开，相邻的齿112之间的间隙限定了定子槽114。定子槽114为矩形，并且其槽宽wS对应于相邻的齿112之间的(周向的)距离。在本实施例中，定子槽114的矩形表明容纳在槽114中的定子绕组130的直部的矩形外周形状。多个齿112的径向最内边缘112a共同限定了定子芯102的圆柱形转子组件容纳孔(rotorassembly-receiving bore)116。在每对相邻的齿112之间限定了槽口120，通过该槽口120将定子绕组130嵌入槽中。
在孔116内支撑转子组件40，使得转子组件40和定子组件100同轴。利用这种布置方式，气隙118被设置在定子芯102的内表面(例如，孔表面116)和电磁屏蔽60的外表面62之间。
在示出的发电机10的实施例中，定子组件包括以三相或九相配置方式来布置的108个定子绕组130。对于三相配置方式来说，每相设置36个定子绕组130，导致了24极的布置方式。
参照图4至图6，定子绕组130由换位电缆(transposed wire cable)132形成，其中单独的铜线导体(157)被绞合和/或编织成降低涡流损耗的样式。换位电缆132可以包括利兹线、卢瑟福线、罗贝尔线或任何其它合适的换位导线。也能够通过使用在导线之间的端部换位、或者选择使用对于每个线圈串接的并在端部线圈连接处并联操作的单导线的设计来实现这种换位效果。
如果导体157的截面为矩形，则导体径向尺寸(即，与槽深dS对准的尺寸)长于其周向尺寸(即，与槽宽wS对准的尺寸)，以减少涡流损耗。典型的导体157的径向尺寸与周向尺寸的纵横比在1.5∶1至5∶1的范围内。应当注意的是，本文描述的纵横比与现有电机中的典型纵横比相反，其中在现有电机中由于跨槽泄漏(cross-slot leakage)(其中磁通线在两个相邻的齿之间跳跃)而使涡流损耗占主导地位。多股利兹线典型地具有1∶1的纵横比。
换位电缆132具有外绝缘护套，从而在多匝之间设置了绝缘层152，并且定子绕组130的外圆周包括一层接地绝缘材料(ground insulation)150。
换位电缆132围绕着与定子组件100的纵轴横切的轴进行缠绕，以形成细长的多匝绕组130，其包括由端匝部138连接的一对平行的直部136。这种情况下，定子绕组130是弯曲(cranked)绕组(图4)，其中直部136是多个平行延伸的线性细长部件。端匝部138包括U形匝140，其中U形匝140处于与直部136所处的那个平面横切的平面。结果是，一个端绕组腿部(endwinding leg portion)138a径向设置而向外伸出那个平面，而反向腿端绕组部(return leg end winding portion)138b设置在那个平面。端部138的特定形状使定子绕组130能够在各自的槽114之间延伸，并能够容纳其它定子绕组130的各自端部138的存在(图6)。
通过槽口120将定子绕组130的直部136嵌入槽114中，并且使用槽楔156将定子绕组130保持在槽114内。在一些实施例中，绝缘槽衬154设置于在定子绕组130与槽114的一个侧壁114a之间的槽114中。在这种配置方式中，槽衬154用作槽内的填充物(packing)，以确保均匀装填(1oad)。可选地，槽衬154(未示出)可以被配置成从三侧将定子绕组130包围，而使绕组130与所有的槽壁绝缘。由于直部136的矩形截面非常适合在设置在定子芯102中的相对较宽的槽114中使用，因而使用弯曲绕组130较为有利。尤其，直部136的截面面积与槽面积AS大体相同，其中槽面积AS被定义为槽宽wS乘以槽深dS(图3)，并且弯曲定子绕组130大体将槽114完全占据(图5)。
再次参照图1，经由电源供应线路22将定子绕组130电连接至外部电源转换器25，并且当将扭矩施加到使输出轴30旋转的转子时，产生了从HTS转子绕组42通过气隙118延伸且与定子130相互作用的交变磁通，从而进行发电。
通过现有方法来冷却定子绕组130。例如，在一些实施例中，可以传导冷却定子绕组130。在本实例中，能够通过护铁108来传导冷却直部136，并且能够通过气流或定子芯102的外直径上的液冷套(未示出)来提取热量。也能够通过强制对流来冷却端匝138。在其它实施例中，可以空气冷却定子绕组130。例如，能够在定子芯102中制造叠片间隙(未示出)，使得能够利用强制对流将空气从定子芯102的内直径流通到其外直径。也能够通过强制对流来冷却端匝138。在其它实施例中，能够通过直接液冷来冷却定子绕组130。例如，在定子槽面积内，能够通过利用添加的狭窄的冷却通道(未示出)与介质液体直接接触来冷却定子绕组130。在另一些其它实施例中，定子绕组130能被制造有构建在绕组中的内管，并且去离子水能够在所述管道中循环流动以提供直接冷却。在另一些其它实施例中，定子绕组130能够被制造有外部水冷却管道，具体而言，具有被构建在绕组的接地绝缘材料(ground insulation)外侧的管道。去离子水或淡水能够在所述管道中循环流动以使为定子绕组提供冷却。这种情况下，可将铜翅片(fin)装在这些管道上，以提高在接地绝缘材料(ground plan insulation)的外表面上的冷却。
再次参照图3，定子芯102被形成为使得总齿宽wT相对于总槽宽wS较小。尤其，槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内，其中槽的宽度总和被定义为：
总和wS＝∑wS1+wS2+wS3+...+wSN，
齿的宽度和槽的宽度的总和被定义为：
总和wS+wT＝wS1+wS2+wS3+...+wSN+wT1+wT2+wT3+...+wTN，以及
N为定子芯102中的槽数。在示出的实施例中，N＝216，但定子芯102不局限于这一槽数。
在其它实施例中，槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比在0.70至0.90的范围内。在另外的其它实施例中，槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比在0.75至0.90的范围内。
在发电机10的一些实施例中，槽宽wS可以是齿宽wT的至少两倍，并且齿在这种器件中的主要功能是为定子绕组130提供支撑。由于在高频电机中，这样的槽与齿之比与高损耗相关且与功率输出受限相关，因而定子芯由于形成有本文所公开的槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比而具有新颖性。相反，在发电机10中，相对大的槽面积可允许在槽内使用额外的导体，由于功率损耗伴随导体面积的增大而降低(尤其当导体被细分并被有效换位时)，因而这样较为有利。同样较为有利的是，虽然发电机10的定子齿114主要用于支撑定子绕组130，然而在其中使用铁磁材料也会引起气隙磁通量的适度增大(增大大约10％)。
另外，因为发电机10以低频(高至10Hz)运行，所以与铁磁齿以及槽中的铜导体相关的涡流损耗得以降低。
此外，较为有利的是，使用铁磁材料形成定子齿114能够廉价制造发电机10。
当发电机10以低频(例如，以大约2Hz)运行时，齿磁通密度大于1.8特斯拉(T)。如图7所示，其示出了所计算出的在定子组件和转子组件一部分上方的磁通密度，齿磁通密度被示出为大于3.0T。因此，发电机10被配置成使用磁通饱和的齿运行，并且在运行期间，发电机10的齿114所处的磁通密度要比现有超导发电机(其通常利用磁通密度小于1.8T的齿运行)中的磁通密度高很多。然而，尽管齿114是饱和的，但由于发电机10的低频运行，因而，造成的损耗(如ARMCO表标出的)会低于10kW。
现在参照图8，对于一种超导发电机示出了如在电磁屏蔽60的表面62处所测量的气隙中的磁通密度，其中该超导发电机包括形成有非铁磁齿(即，复合钢或不锈钢)的定子芯，而所包括的定子芯的槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。这个图示出在气隙中的磁通密度大于1T。此磁通密度比一些现有机器(其气隙具有大约1T的磁通密度)中的磁通密度大。此图表明了，相对于现有电机，由于使用HTS转子线圈而在气隙中产生了更多电力，并且还表明了革新性的定子构造(其包括在0.65至0.90范围内的槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比)不会阻碍足够的电力产生。
使用铁磁饱和的齿具有限制。例如，由于场的改变与通过的齿相关，因而电磁屏蔽60会有额外损耗。现在参照图9，对于一种超导发电机示出了如在电磁屏蔽60的表面62处测量的气隙中的磁通密度，该超导发电机包括形成有铁磁齿的定子芯)，而所包括的定子芯的槽的宽度总和与齿的宽度和槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。此图示出包括一些谐波含量的磁通密度，其中所述谐波含量如通过在大约0.09m和0.18m处的局部峰值(localized peak)所呈现出的。这种谐波含量不是想要的，因为它会在电磁屏蔽60上产生热量，并进而在转子组件40中造成功率损耗。然而，如图10所示，能够通过增大气隙118来避免这种谐波含量。例如，在一些实施例中，发电机10能够包括大于15mm的气隙。在其它实施例中，发电机10能够包括大于20mm的气隙。为了进行比较，在同样大小的现有发电机中，通常使用5mm至10mm的气隙。因此，相对较大的气隙118有益于在具体实施为发电机10的低速系统中的使用。
本文描述的发电机10采用了弯曲定子绕组130。然而，发电机10不局限于使用弯曲定子绕组130，而在本发明的范围内可以使用其它配置方式的绕组，例如但不限于，菱形绕组230或单层绕组330等。
现在参照图11，菱形绕组230包括通常卷绕成菱形的换位电缆132。通过重叠相邻的同相绕组的直部236，从而将菱形绕组230布置在定子槽114内，由此每个槽114容纳两个绕组230。尤其，一个直部236a占据一个槽114的径向向内位置，而另一个直部236b占据另一个槽114的径向向外位置。标准的菱形绕组具有的端部几何形状使得难以实现大于大约50％的槽填充。如图12所示，直部236的截面面积是槽面积AS的大约一半，菱形绕组230的直部236占据槽114的大约一半。由于在每个菱形绕组上存在接地绝缘材料150，并且双层绝缘形成在置于槽114中的两个绕组230之间，因而会导致槽114中的导体数在使用菱形绕组230时比在使用弯曲绕组130时小。
现在参照图13至图15，单层绕组330包括与加厚端(upset end)定子绕组330b(图14)结合使用的平面定子绕组330a(图13)。在平面定子绕组330a中，端匝部338a为U形，并且与直部336a位于同一平面。在加厚端定子绕组330b中，端匝部338b为U形但从直部336b所限定的平面向上延伸。当组装在一起时(图15)，加厚端定子绕组330b的直部336b位于与之处于同一平面的平面定子绕组330a的直部336a之间。另外，加厚端定子绕组的端匝部338b与平面定子绕组330a的端匝部338a平行并将其部分覆盖。类似弯曲绕组130，直部336a、336b的截面面积与槽面积AS大体相同，单层绕组330大体将槽114完全占据。另外，由于不同的绝缘要求，单层绕组具有优于弯曲绕组130的导体填充系数。然而，与单层绕组130相比，单层线圈330更加难以安装和支撑。
上文具体描述了定子组件100在发电机10中使用的选择示意性实施例。然而，本文描述的定子组件不局限于在发电机中使用。例如，定子组件能够在包括高扭矩、低速马达的其它类型的旋转电机中使用。
另外，应当理解，本文只描述了认为对阐明本发明必要的结构。假定其它现有结构以及系统的附属和辅助部件为本领域技术人员所知晓且理解。而且，虽然上文已描述了本发明的可行实例，然而本发明不局限于上述可行实例，而是在不背离权利要求所阐述的本发明的范围的情况下，可以实施各种设计修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(1-15删除)
16.一种同步旋转电机，包括：
转子组件，包括具有高温超导绕组的转子；以及
定子组件，所述定子组件包括由铁磁材料形成的定子芯，所述定子芯包括多个限定多个槽的齿，所述多个槽被配置成容纳和支撑定子绕组，
其中
所述转子组件和所述定子组件被配置成以最高至10Hz的频率运行，
所述定子芯齿被配置成在运行期间具有大于2.2T的交变磁通密度，以及
位于所述定子组件和所述转子组件之间的气隙大于20mm。
17.(17-18删除)
19.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件和所述定子组件被配置成以最高至3Hz的频率来运行。
20.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件和所述定子组件被配置成以大约2Hz的频率来运行。
21.(21-23删除)
24.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯齿被配置成在运行期间具有大于2.4T的交变磁通密度。
25.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯齿被配置成在运行期间具有大于2.6T的交变磁通密度。
26.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯齿被配置成在运行期间具有大于2.8T的交变磁通密度。
27.根据权利要求16所述的电机，还包括具有直部的定子绕组，其中所述直部被置于所述多个槽的一个槽中，并且所述直部被配置成大体将所述一个槽完全占据。
28.根据权利要求16所述的电机，还包括具有直部的定子绕组，其中在每个槽中布置多个定子绕组直部。
29.根据权利要求16所述的电机，还包括至少一个包含单独的线导体的定子绕组，所述单独的线导体布置在所述槽内使得其径向的导体尺寸至少是其周向的导体尺寸的1.5倍。
30.根据权利要求16所述的电机，还包括至少一个定子绕组，所述定子绕组包括弯曲线圈绕组。
31.(31-32删除)
33.根据权利要求16所述的电机，其中所述多个槽的宽度总和与所述多个齿的宽度和所述多个槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。
34.根据权利要求16所述的电机，其中所述气隙大于40mm。
35.根据权利要求16所述的电机，其中所述多个齿的径向最内边缘共同限定所述定子芯的孔，并且所述孔和所述转子绕组之间的环形区域不包含铁磁材料。
36.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件还包括设置在所述转子绕组和所述定子组件之间的非磁性电磁屏蔽。
37.一种风力涡轮机，包括根据权利要求16所述的电机。

Claims (32)

1.一种在旋转电机中使用的定子组件，所述定子组件包括：
定子芯，包含多个限定多个槽的齿，所述多个槽被配置成容纳和支撑定子绕组，
所述定子芯由铁磁材料形成，以及
所述多个槽的宽度总和与所述多个齿的宽度和所述多个槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。
2.根据权利要求1所述的定子组件，其中所述多个槽为在所述定子芯中形成的细长的、径向延伸的开口。
3.根据权利要求1所述的定子组件，其中所述多个齿径向向内延伸且周向地互相间隔开。
4.根据权利要求1所述的定子组件，还包括至少一个设置于一个槽中的定子绕组，所述定子绕组包括由多股导线形成的线圈。
5.根据权利要求1所述的定子组件，其中所述定子芯包括由多个层压片构成的组件。
6.根据权利要求1所述的定子组件，其中所述多个槽的宽度总和与所述多个齿的宽度和多个槽的宽度的总和之比在0.70至0.90的范围内。
7.根据权利要求1所述的定子组件，其中所述多个槽的宽度总和与所述多个齿的宽度和多个槽的宽度总和之比在0.75至0.90的范围内。
8.根据权利要求1所述的定子组件，还包括具有直部的定子绕组，其中所述直部被置于所述多个槽的一个槽中，并且所述直部被配置成大体将所述一个槽完全占据。
9.根据权利要求8所述的定子组件，其中所述直部的截面面积与槽面积大体相同。
10.根据权利要求1所述的定子组件，还包括具有直部的定子绕组，其中在每个槽中布置多个定子绕组直部。
11.根据权利要求10所述的定子组件，其中所述直部的截面面积是槽面积的大体一半，并且在每个槽中设置两个定子绕组直部。
12.根据权利要求1所述的定子组件，还包括至少一个定子绕组，所述定子绕组包括弯曲线圈绕组。
13.根据权利要求1所述的定子组件，还包括至少一个包含单独的线导体的定子绕组，所述单独的线导体布置在所述槽内使得其径向的导体尺寸至少是其周向的导体尺寸的1.5倍。
14.根据权利要求1所述的定子组件，还包括至少一个包含单独的线导体的定子绕组，所述单独的线导体布置在所述槽内使得其径向的导体尺寸至少是其周向的导体尺寸的2倍。
15.根据权利要求1所述的定子组件，还包括至少一个包含单独的线导体的定子绕组，所述单独的线导体布置在所述槽内使得其径向的导体尺寸至少是其周向的导体尺寸的3倍。
16.一种旋转电机，包括：
转子组件；以及
定子组件，所述定子组件包括具有多个限定多个槽的齿的定子芯，所述多个槽被配置成容纳和支撑定子绕组，
所述定子绕组的支撑件由铁磁材料形成，以及
所述多个槽的宽度总和与所述多个齿的宽度和所述多个槽的宽度的总和之比在0.65至0.90的范围内。
17.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件包括具有高温超导绕组的转子。
18.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件和所述定子组件被配置成以最高至10Hz的频率来运行。
19.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件和所述定子组件被配置成以最高至3Hz的频率来运行。
20.根据权利要求16所述的电机，其中所述转子组件和所述定子组件被配置成以大约2Hz的频率来运行。
21.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯被配置成在运行期间具有大于1.8T的齿磁通密度。
22.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯被配置成在运行期间具有大于2.0T的齿磁通密度。
23.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯被配置成在运行期间具有大于2.2T的齿磁通密度。
24.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯被配置成在运行期间具有大于2.4T的齿磁通密度。
25.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯被配置成在运行期间具有大于2.6T的齿磁通密度。
26.根据权利要求16所述的电机，其中所述定子芯被配置成在运行期间具有大于2.8T的齿磁通密度。
27.根据权利要求16所述的电机，还包括具有直部的定子绕组，其中所述直部被置于所述多个槽的一个槽中，并且所述直部被配置成大体将所述一个槽完全占据。
28.根据权利要求16所述的电机，还包括具有直部的定子绕组，其中在每个槽中布置多个定子绕组直部。
29.根据权利要求16所述的电机，还包括至少一个包含单独的线导体的定子绕组，所述单独的线导体布置在所述槽内使得其径向的导体尺寸至少是其周向的导体尺寸的1.5倍。
30.根据权利要求16所述的电机，还包括至少一个定子绕组，所述定子绕组包括弯曲线圈绕组。
31.根据权利要求16所述的电机，其中位于所述定子组件和所述转子组件之间的气隙大于15mm。
32.根据权利要求16所述的电机，其中位于所述定子组件和所述转子组件之间的气隙大于20mm。
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