CN102684348A - 用于机电换能器的定子线圈段和机电换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机电换能器的定子线圈段和机电换能器。描述了一种用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段，该定子线圈装置包括：第一线圈（107a、207a、307a），其被布置在沿径向方向（115、215、315）的第一径向位置（r1）处并适于连接到第一功率电子设备（103）的输入端子（121），其中，所述径向方向垂直于机电换能器的转动轴（111、211、311、411）；以及第二线圈（109a、209a、309a），其被布置在沿径向方向的第二径向位置（r2）处并适于连接到第二功率电子设备（105）的输入端子（124），其中，所述第二径向位置不同于所述第一径向位置。

Description

用于机电换能器的定子线圈段和机电换能器

技术领域

本发明涉及用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段并且涉及包括至少一个定子线圈段的机电换能器，特别是发电机。特别地，本发明涉及用于机电换能器的定子线圈段，并且涉及机电换能器，特别是发电机，其包括至少一个定子线圈段，其中，所述机电换能器是容错的（fault-tolerant），并且同时在故障操作期间和之后二者都产生与常规机电换能器、特别是常规发电机相比而言较少的噪声和/或振动以及较高的输出效率。所述定子线圈段、机电换能器、特别是发电机可以特别地被用于风力涡轮发电机。

背景技术

风力涡轮机系统可以包括风力涡轮机塔架、安装在塔架顶部处的机舱，其中，机舱容纳发电机。可以将一个或多个转子叶片连接到发电机的旋转轴。旋转轴可以包括沿着圆周方向（垂直于旋转轴）分布的一个或多个（永久）磁体。发电机还可以包括定子线圈装置，其包括被布置为使得在被连接到旋转轴的所述至少一个磁体旋转时感应出电压和电流的多个定子线圈。由于转子的旋转速度可以取决于风速、机舱相对于风向的取向、一个或多个转子叶片的叶片桨距角和其它因素，所以感应的电流和电压（或电能）可以以可变频率振荡。为了将由发电机提供的电能供应给向一个或多个消耗装置供应电能的公用电网（utility grid），需要将由发电机产生的电能（或电压和/或电流）变换成固定频率的电压和电流（或能流），其中，所述固定频率可以对应于预定公用电网频率，诸如50 Hz或60 Hz。

出于此目的，可以将定子线圈装置连接到转换器，该转换器可以适合于将由发电机提供的可变频率输入电压转换成固定频率输出电压或电流（或能流）。特别地，可以将该转换器视为功率电子设备（特别地包括一个或多个功率晶体管（诸如隔离栅双极性晶体管（IGBT））的功率电子设备）的特定表示。可以由以高频率来开关功率晶体管的一个或多个控制电路来控制包括在转换器中的所述多个功率晶体管的导通状态。

从而，可能存在转换器出现故障的风险。在此类故障的情况下，必须立即关断整个发电机，直至有故障的转换器被修理或替换。同时，风力涡轮机不能产生电能，从而降低了风力涡轮机的效率。

可能存在对用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段的需要，并且还可能存在对特别是用于风力涡轮机的机电换能器，特别是发电机的需要，其中，定子线圈段和/或机电换能器的效率得到改善，特别地，其中还改善了定子线圈段和/或机电换能器的可靠性和耐用性。

发明内容

由根据独立权利要求的主题来满足此需要。由从属权利要求来描述本发明的有利实施例。

根据一个实施例，提供了有利定子线圈段和由多个定子线圈段组成的定子线圈装置，其中，所述定子线圈装置特别适合于风力涡轮发电机。

根据一个实施例，用于机电换能器（其特别适合于将机械能变换成电能，诸如发电机，或者用于将电能变换成机械能，诸如电动机）、特别是用于从机械能（特别地由风力涡轮机的旋转轴提供的旋转能）产生电能的发电机的定子线圈段（其特别地是发电机或电动机的静态部分，其中，所述段特别地可以是圆周段，诸如跨越圆形定子线圈装置的0－30°、0－60°或0－90°的段），其中，定子线圈装置包括第一线圈（特别地包括可以被绝缘层覆盖的导电导线的一个或多个导线绕组），其被沿着径向方向布置在第一径向位置处（使得例如第一线圈的中心被布置在第一径向位置处）并适于连接到第一功率电子设备（特别地当机电换能器是发电机时为转换器，或者当机电换能器是电动机时为电源）的输入端子，其中，所述径向方向垂直于机电换能器的转动轴（其中，特别地，所述转动轴可以是风力涡轮机的发电机的转子轴的转动轴）；以及第二线圈（特别地也包括一个或多个导线绕组），其被沿着径向方向布置在第二径向位置处并适于被连接到第二功率电子设备（特别是转换器）的输入端子，其中，所述第二径向位置不同于第一径向位置。

特别地，可以将第二线圈的中心布置在第二径向位置处。特别地，可以使第一线圈和第二线圈沿着径向方向间隔开。特别地，可以使第一线圈和第二线圈沿着径向方向间隔开，使得第一线圈和第二线圈被相互隔离，特别是被相互电隔离，但是使得第一线圈和第二线圈相互邻近，使得除了用于将第一线圈从第二线圈电隔离的隔离层、隔离元件或隔离结构之外，沿径向方向在第一线圈与第二线圈之间不存在不必要的空的空间。

可以将第一线圈（特别地在第一线圈的第一端处）连接到诸如第一转换器的第一功率电子设备的输入端子，并且可以将第二线圈（特别地在其一端处）连接到诸如第二转换器的第二功率电子设备的输入端子。从而，使得能够从第一线圈向第一转换器并从第二线圈向第二转换器供应电能。因此，即使第一转换器和第二转换器中的一个出现故障，并且当需要关断故障转换器时，电能仍然被连续地供应给运行的转换器以便改善发电机的效率，所述发电机包括由根据本发明的实施例的多个定子线圈段组装而成的定子线圈装置。可以通过缠绕铜线并使铜线的多个绕组相互隔离来制造第一线圈和/或第二线圈。

根据一个实施例，第一线圈和第二线圈（特别是第一线圈的中心和第二线圈的中心）被沿着圆周方向布置在相同（或至少近似相同）的圆周位置处（其可以例如被表示为圆柱坐标系的方位角φ），所述圆周方向成垂直于转动轴（其可以由圆柱坐标系的z轴定义）且其还垂直于径向方向。

通过将第一线圈和第二线圈定位于相同的圆周位置处，可以减少在第一转换器或第二转换器中的一个出现故障情况下的力的失衡，以增加包括多个定子线圈段的发电机的耐用性。特别地，作用于发电机的转子和定子组件的不期望力分量可能不会在幅值方面变得明显很大，并且可能不会导致组件的疲劳且可能不会导致显著的噪声和振动。特别地，与常规机电换能器、特别是发电机相比，在第一转换器和第二转换器中的一个出现故障的情况下，可以减少噪声和/或振动。

此外，可以由发电机中的永久磁体（包括在发电机的转子部分中）在短路期间针对定子MMF（磁动势）的耐受能力来确定其最小厚度。通过限制短路MMF，可以将磁体选择为更薄，在其还与发电机设计和成本的总体最优化相匹配的情况下。由于在两个转换器中的一个中的断路故障期间，每个槽的每个线圈组的匝数与一层系统相比是其一半，所以可以将短路MMF减少为原来的1/2或类似的。结果，可以将磁体选择为更薄，这可以导致发电机的更低的成本和/或更高的性能。

特别地，可以将第一线圈和第二线圈以及还有第一功率电子设备和第二功率电子设备定额（rate）在标称功率（电流或电压），其是定子线圈段将包括仅一个线圈而不是沿径向方向间隔开的两个线圈时的标称功率的一半。从而，与常规系统相比，可以减少通过第一线圈和第二线圈的电流。在转换器系统中的一个中发生短路故障的情况下，故障系统被开路以防止高短路电流的流动。在故障线圈组被从电源断开之后，有利地对于提出的双层系统而言，非故障的另一组线圈仍将提供一半的输出功率。在此所谓的半功率操作期间，由于电流在机器圆周周围是均匀分布的，所以与其中仅以一个层来布置线圈的常规多转换器系统相比，在定子线圈装置的组件、机电换能器或系统的其它组件上将存在更小得多的电磁感应力。结果，将存在较少的噪声和/或振动以及定子和转子组件的较少磨损，这增加了风力发电机的可靠性和使用寿命，其应具有便宜、可靠且高效的操作达约20年。

有利地，当第一转换器和第二转换器中的一个出现故障时，发电机仍可以以一半的标称功率继续。磁动势（MMF）可以与分别在第一线圈和第二线圈内的串联匝数成比例，其中，与常规系统相比，可以将第一线圈和第二线圈内的每个槽的串联匝数减少为原来的一半。

特别地，根据本发明的实施例，提供了准确地具有第一线圈和第二线圈、因此形成两个径向线圈层的定子线圈段。此外，可以使用定子线圈段来准确地连接到风力涡轮机系统的两个转换器。

根据本发明的一个实施例，将第一线圈和第二线圈布置在沿转动轴的相同（或至少近似相同）的轴向位置处。从而，可以减少在第一转换器和第二转换器中的一个出现故障的情况下作用在组件上的磁动势或电磁力的失衡，因此导致由多个定子线圈段和固定在旋转轴处的多个磁体组装而成的发电机的更大耐用性和可靠性。

根据一个实施例，定子线圈段还包括径向地布置在第一线圈与第二线圈之间的绝缘元件（特别是电绝缘元件、特别是被附接于第一线圈和/或第二线圈的绝缘层）。

特别地，可以在第一线圈与第二转换器之间提供绝缘元件以使第一线圈从第二线圈电隔离和/或分离。特别地，在特别地涉及第一功率电子设备和/或第二功率电子设备的快速切换的操作期间，在第一线圈与第二线圈之间可以发生高压。特别地，高压可以是由于第一功率电子设备和第二功率电子设备、特别是第一转换器和第二转换器的切换的不准确同步而引起的。因此，特别地，径向地布置在第一线圈与第二线圈之间的绝缘元件可以耐受比绝缘或隔离层更高的电压，利用所述绝缘或隔离层，第一线圈的导线绕组或第二线圈的导线绕组被相互电隔离。理想地，可以以同步方式来切换第一转换器和第二转换器，以减少第一线圈与第二线圈之间的潜在电压。

根据本发明的一个实施例，所述定子线圈段还包括至少一个另外的第一线圈（特别地2、3、4、5或6至20个另外的第一线圈），其与第一线圈串联地（即相互前后地）连接（使得公共电流、特别是第一电流流过所有的第一线圈并被供应给第一功率电子设备、特别地供应给第一转换器），并被布置在与第一线圈不同的圆周位置处（使得特别地被串联地连接的多个第一线圈限定定子线圈段的圆周范围）；和/或至少一个另外的第二线圈（特别地2、3、4、5或6至20个另外的第二线圈），其与第二线圈串联地连接并布置在与第二线圈不同的圆周位置处。

特别地，另外的第一线圈的数目可以等于另外的第二线圈的数目。通过提供串联连接的第一线圈和串联连接的第二线圈，可以使作用在系统的组件、特别是发电机上的磁动势或电磁力分布在更大的空间区域上，特别地从而改善发电机的可靠性和/或耐用性。

根据定子线圈段的一个实施例，所述至少一个另外的第一线圈被布置在第二径向位置处（因此在与第一线圈不同的径向位置处）且特别地在与第一线圈相同的轴向位置处和/或其中，所述至少一个另外的第二线圈被布置在第一径向位置处（因此特别地在与第二线圈不同的径向位置处）且特别地在与第二线圈相同的轴向位置处。

特别地，可以将第一串联连接线圈和第二串联连接线圈调换以便同样地位于磁轭（yoke）的槽的顶部和底部，以平衡感应电压和电感。作为调换的结果，两个线圈组的电感变得更加平衡且理想地相等，这又简化了发电机的控制。调换的另一优点是焦耳损耗变得平衡且对于两个线圈组而言理想地相等，这接着又增加了发电机的输出效率。特别地，在一个定子线圈段内，可以存在多个串联连接的第一线圈和多个串联连接的第二线圈的一个、两个、三个、四个或者甚至更多的调换。因此，特别地，定位于第一径向位置处的第一串联连接线圈的数目可以等于被布置在第一径向位置处的串联连接第二线圈的数目。特别地，定位于第二径向位置处的串联连接第一线圈的数目可以等于被定位于第二径向位置处的串联连接第二线圈的数目。

根据一个实施例，所述定子线圈段还包括磁轭（或支撑结构），其包括铁磁材料（其可以被在第一线圈内流动的第一电流和/或被在第二线圈内流动的第二电流磁化）以便支撑第一线圈和第二线圈（特别地用于补充（accompany）第一线圈和第二线圈），该磁轭包括基底部分（特别地具有相对于机电换能器的转动轴旋转地对称的旋转对称形状）和从基底部分突出（特别地从基底部分径向地突出、特别地从基底部分径向向外地突出）的第一突出体（protrusion），使得形成至少第一槽（一个或多个突出体之间的空隙空间，该空隙空间使得能够对第一线圈和/或第二线圈的至少一部分进行定位）和第二槽（其也可以提供空隙空间），其中，第一线圈的第一部分和第二线圈的第一部分被布置在第一槽中，并且其中，第一线圈的第二部分和第二线圈的第二部分被布置在第二槽中。

特别地，可以采用分布式绕组来向第一转换器和第二转换器的不同输入端子提供两个、三个、四个或者甚至更多不同的电相。根据一个实施例，第一线圈和第二线圈分别提供第一电流和第二电流，第一电流处于与第二电流相同的电相。为了产生多于一个相，定子线圈段可以包括其它线圈，其中，可以采用不同的绕组技术。

该磁轭可以有利地增加在一个或多个永久磁体相对于第一线圈和/或第二线圈旋转时在第一线圈和/或第二线圈内感应的电压和/或电流。此外，磁轭可以有利地支撑第一线圈和第二线圈以使其被保持在固定（定子）位置处。

根据一个实施例，第一突出体可以径向地向外突出。此外，特别地，一个或多个另外的突出体也可以径向地向外突出。在其它实施例中，第一突出体和/或还有其它突出体可以径向地向内突出或可以轴向地突出。

根据本发明的一个实施例，所述磁轭还包括从磁轭的基底部分突出（特别地从基底部分径向地向外突出）的第二突出体（特别地在与第一突出体不同的圆周位置处），其中，在第一突出体的一侧上形成第一槽，其中，在第一突出体的另一侧和第二突出体的一侧上形成第三槽，其中，在第二突出体的另一侧上形成第二槽，使得第三槽在第一突出体与第二突出体之间和第一槽与第二槽之间。

因此，特别地，第一线圈未被布置在邻近于一个突出体的槽中，但是第一线圈被布置在第一槽和第二槽中，其中，第三槽在第一槽与第二槽之间。从而，特别地当支持多个相（诸如三个相）时，可以采用对应于不同相的分布式线圈绕组。

根据本发明的一个实施例，所述定子线圈段还包括至少一个其它第一线圈（特别地提供表示与第一电流不同的相的其它第一电流），其被布置在第一径向位置处（因此在与第一线圈相同的径向位置处）并适于被连接到第一功率电子设备（特别地第一转换器）的另一输入端子（与另一相相关联）；至少一个其它第二线圈（提供具有其它相、特别是与流过所述其它第一线圈的其它第一电流相同的相的另一第二电流），其被布置在第二径向位置处（因此在与第二线圈相同的径向位置处）并适于被连接到第二功率电子设备（特别地第二转换器）的另一输入端子（与所述其它相相关联），其中，根据分布式绕组的实施例，特别地，所述其它第一线圈的第一部分和所述其它第二线圈的第一部分被布置在第三槽中。

此外，可以提供多于一个其它第一线圈和多于一个其它第二线圈，其中，所述至少一个其它第一线圈和所述至少一个其它第二线圈中的每一个可以表示或者可以被提供为用于使得能够实现具有特定电相的电流。特别地，总共可以支持三个相。

根据定子线圈段的一个实施例，所述定子线圈段还包括至少一个第三线圈（或者两个、三个、四个、五个或者甚至更多第三线圈），其被布置在不同于第一径向位置且不同于第二径向位置的至少一个第三径向位置处并适于被连接到至少一个第三功率电子设备的输入端子。

因此，特别地，所述至少一个第三线圈可以表示堆叠在由第一线圈或第二线圈沿径向方向形成的径向层的顶部上的另外的线圈层。特别地，层的数目可以对应于功率电子设备的数目、特别是转换器的数目。从而，在功率电子设备中的一个、特别是转换器中的一个出现故障的情况下，可以降低标称功率输出的减少，以因此改善包括所述多个定子线圈段的发电机的效率。

根据本发明的一个实施例，所述定子线圈段还包括：第一汇流条（特别是用于传导第一电流、特别是高电流的电导体），其被连接到第一线圈的一端（特别地连接到形成第一线圈的卷绕导线的一端）；第二汇流条，其被连接到第二线圈的一端（特别地连接到形成第二线圈的卷绕导线的一端），其中，所述第一汇流条可连接到第一功率电子设备的输入端子，并且所述第二汇流条可连接到第二功率电子设备的输入端子，其中，特别地，第一线圈的另一端（特别地形成第一线圈的导线的另一端）和第二线圈的另一端（特别地形成第二线圈的卷绕导线的第二端）可连接到或被连接到接地（或接地线）电位。第一汇流条和第二汇流条有利地允许将第一电流和/或第二电流传导至第一电子设备和/或第二功率电子设备。

根据本发明的一个实施例，提供了一种机电换能器，特别是发电机，其特别地用于风力涡轮机，其中，机电换能器包括：沿圆周方向并排地布置以形成环形定子线圈装置的多个定子线圈段，其中，每个定子线圈段是根据如上所述的实施例配置的；以及至少一个（特别是永久）磁体（特别是布置在不同圆周位置处的多个磁体），其被布置为被电感地耦合到所述多个定子线圈段中的至少一个的第一线圈和第二线圈中的至少一个，其中，所述磁体可围绕转动轴旋转。

特别地，所述至少一个磁体（特别地所述多个磁体）被固定地连接到转动轴。特别地，可以从第一线圈和第二线圈径向地向外或径向地向内布置磁体。由于包括在机电换能器中的每个定子线圈段处的第一线圈和第二线圈的布置，与常规机电换能器相比，上述机电换能器可以具有改善的效率、可靠性和耐用性。

特别地，机电换能器可以包括准确地四个定子线圈段、六个定子线圈段、八个定子线圈段或十个至二十个定子线圈段。特别地，包括在机电换能器中的定子线圈段的数目可以取决于由所述多个定子线圈段组装而成的环形定子线圈装置的直径。特别地，包括在机电换能器中的多个定子线圈段的数目可以取决于定子线圈段的曲率。

根据本发明的一个实施例，所述机电换能器还包括：第一功率电子设备（特别地第一转换器），其具有第一功率电子设备的输入端子，其中，第一功率电子设备的输入端子被连接到第一线圈（特别地被连接到形成第一线圈的导线的一端）；以及第二功率电子设备（特别地第二转换器），其具有第二功率电子设备的输入端子，其中，第二功率电子设备的输入端子被连接到第二线圈（特别地被连接到形成第二线圈的卷绕导线的一端）。

此外，特别地，机电换能器可以包括用于传导具有其它相的电流的其它线圈，使得支持总共两个相、三个相、四个相、五个相、六个相或者甚至更多相。特别地，可以支持三个相，并且第一转换器和第二转换器可以每个都包括三个不同输入端子，用于输入对应于三个不同相的电流或能量信号，其中，所述相特别地被相对于彼此移位120°。

必须注意的是已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已参考方法类型权利要求描述了某些实施例，而且参考装置类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域的技术人员将从以上和以下描述推断，除非另外通知，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题有关的特征之间、特别是方法类型权利要求的特征和装置类型权利要求的特征之间的任何组合将被认为是利用本文档来公开的。

本发明的上文定义的方面和其它方面从下文将描述的实施例的示例是显而易见的，并将参考实施例的示例来对其进行解释。在下文中将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于所述实施例的示例。

附图说明

现在参考附图来描述本发明的实施例。本发明不限于所图示或所描述的实施例。

图1示意性地图示根据本发明的实施例的定子线圈段的沿径向方向的透视图，所述定子线圈段被连接到汇流条系统，其被连接到两个转换器以便形成根据本发明的实施例的机电换能器；

图2示意性地图示当沿着在图1中被标记为II的方向在轴向方向上观看时包括永久磁体的图1所示的机电换能器；

图3示意性地图示如沿着垂直于径向方向且垂直于圆周方向的轴向方向看的根据本发明的实施例的定子线圈段的一部分；

图4示意性地图示如沿着轴向方向看的根据本发明的实施例的发电机的一部分；以及

图5示意性地图示根据比较示例的机电换能器。

具体实施方式

附图中的图示采取示意性形式。应注意的是在不同的图中，为相似或相同的元件提供相同的参考标记或提供参考标记，其仅在第一数字内不同于相应的参考标记。

图1示意性地图示（近似地从径向方向115）根据本发明的实施例的定子线圈段100，其被连接到汇流条系统101、102，该汇流条系统101、102又分别被连接到第一连接器103和第二连接器105。定子线圈段100包括共同地用参考标记107来表示的一组六个串联连接的第一线圈107a至107f和共同地用参考标记109来表示的一组串联连接的第二线圈109a至109f。

定子线圈段100可以用于发电机，其中，多个磁体围绕转动轴111旋转。转动轴111对应于发电机的轴向方向。第一线圈组107以及第二线圈组109沿圆周方向113延伸，例如跨越90°的角间隔。图1的图示示出定子线圈段，其实际上是变平到绘图平面中的弧的一部分，使得圆周方向113和轴向方向111形成直角坐标系。径向方向115垂直于轴向方向111、垂直于圆周方向113并因此垂直于图1的绘图平面。

特别地，第一线圈组107沿着径向方向115与第二线圈组109间隔开。此外，第一线圈组107与第二线圈组109电隔离和分离。线圈107中的每个都包括导电导线的一个或多个导线绕组，其中，导线绕组被相互隔离。

第一线圈107a（是串联连接的第一线圈组107a－107f中的第一线圈）的一端被连接到第一汇流条117（还被标记为a1）。第一线圈107f（是串联连接的第一线圈组107a－107f中的最后第一线圈）的一端被连接到第一接地汇流条119（在图1中还被标记为n1）。第一汇流条117被连接到第一转换器103的输入端子121。通过第一线圈组107a－107f，在被电感地耦合到第一线圈组107a－107f的（未示出的）一个或多个永久磁体旋转时感应出电流I1，其中，磁体围绕转动轴111旋转。

第一线圈107a－107f中的每一个中的导线匝数是常规定子线圈段中的匝数的一半，其中，仅沿着圆周方向在特定圆周位置处提供一个线圈。

特别地，第二线圈109a具有与第一线圈107a不同的径向位置，但是第二线圈109a具有与第一线圈107a相同的轴向位置和相同的圆周位置。这也分别适用于对应的对107b、109b；...；107f、109f。形成第二线圈109a的导线的一端被连接到第二汇流条122且形成第二线圈109f的导线的一端被连接到第二中性汇流条123（在图1中还标记为n2）。第二汇流条122又被连接到第二转换器105的输入端子124。

特别地，第一转换器103和第二转换器105被配置为将可变频率能流或电流或电压信号变换成固定频率能流或电压或电流信号，特别地具有将被提供给公用电网（未示出）的50 Hz或60 Hz的频率。从而，第一转换器的输入端子122接收具有第一相的第一电流I1。另外的输入端子125和126接收在另外的线圈（图1中未示出）中感应的电流，其中，这些另外的线圈具有与电流I1不同的相。

类似地，第二转换器105具有另外的输入端子127和128，其用于接收具有与第二电流I2不同的相的电流。特别地，第一电流I1和第二电流I2具有相同的相。也就是说，由于第一线圈组107a－107f具有与第二线圈组109a－109f相同的对应圆周位置。

根据图1所示的装置，提供了2层、2转换器发电机系统。特别地，第一线圈107a－107f和第二线圈109a－109f是以沿径向方向115间隔开的双层配置布置的。与图5所示的常规系统相比，增加了可靠性和效率，因为当第一转换器103或第二转换器105中的一个出现故障时，发电机可以继续操作，而在图5中，转换器503的故障要求关断发电机。特别地，图5所示的比较示例的三个线圈507a、507b和507c被串联地连接且其一端被连接到汇流条517，而另一端被连接到中性汇流条119。每个线圈507a－507f由许多串联线匝组成，其中，串联线匝的数目是N，使得线圈507a－507f中的每个填充磁轭中的一个槽。

相反地，根据本发明的一个实施例，第一107a－107f和第二线圈109a－109f的匝数是N/2。从而，定子槽（例如图3所示）的仅一半被第一线圈107a－107f或第二线圈109a－109f填充。然而，当第一线圈107a－107f和第二线圈109a－109f被沿径向方向115相互上下堆叠时，（一个或多个）定子槽本质上被填充。

图1所示的系统特别地可以应用于直接驱动发电机，其定子可以由若干个定子段组成以促进制造和物流，从而降低成本。因此，必需的是整数倍的串联的线圈组填充一个段的完整跨距，因为可以针对不同的段单独地制造线圈的插入物和各段。

图2示意性地图示包括图1所示的定子线圈段100的发电机的各部分。图2图示沿着轴向方向211的发电机部分，其中，发电机部分（实际上是弧的一部分）被变平以位于图2的绘图平面内。特别地，轴向方向被标记为参考标记211，用参考标记213来标记圆周方向并用参考标记215来标记径向方向。

第一线圈207a的第一部分207a1被布置在第一槽230中且第一线圈207a的第二部分207a2被布置在第二槽232中。根据本发明的不同实施例，在两个槽230和232之间，可以布置零个、一个、两个、三个或者甚至更多个槽。此外，第二线圈209a的第一部分209a1也位于第一槽230中且第二线圈209a的第二部分209a2位于第二槽232中。多个磁体234被布置为被电感地耦合到第一线圈组207a－207f和第二线圈组209a－209f。

如从图2能够看到的，第一线圈207a－207f中的一些被布置在第一径向位置r1处且第二线圈209a－209f中的一些被布置在不同于第一径向位置r1的第二径向位置r2处。如从图2能够看到的，第一线圈207a－207f中的其它一些被布置在第二径向位置r2处且第二线圈209a－209f中的其它一些被布置在不同于第一径向位置r2的第一径向位置r1处。在这些不同的群组之间存在调换区域233，其中，第一和第二线圈的导线沿径向方向相互交叉。

特别地，在第一线圈207a－207f和第二线圈209a－209f之间，将一组对应的绝缘元件236布置为将第一线圈与第二线圈电隔离。定子线圈段200沿圆周方向213延伸至范围Δφ。根据示例性实施例，Δφ可以例如是30°、60°、90°、120°。

图3图示根据本发明的实施例的定子线圈段300的一部分的截面视图。定子线圈段300包括磁轭335，其包括基底部分337以及至少第一突出体338和第二突出体340。在第一突出体338的一侧上形成了第一槽342，其中，在第一突出体338的另一侧和第二突出体340的一侧上形成了第三槽344。在第二突出体340的另一侧上，形成了第二槽343，使得第三槽344在第一突出体338与第二突出体340之间且在第一槽342与第二槽343之间。

特别地，第一突出体338和第二突出体340沿着对应的径向方向315突出。第一线圈307a的第一部分307a1和第二线圈309a的第一部分309a1被布置在第一槽342中。第一线圈307a的第二部分307a2和第二线圈309a的第二部分309a2被布置在第二槽343中，其中，绝缘元件336被径向地布置在第一槽342和第二槽343二者中的第一线圈307a和第二线圈309a之间。

在第三槽344中，在第二突出体340的一侧上，布置了另一第一线圈340a的第一部分340a1和另一第二线圈346a的第一部分346a1。所述另一第一线圈340a和所述另一第二线圈346a被提供为特别地分别经由输入端子125、127或126和128中的一个向第一转换器103和第二转换器105供应另一电流（分别地另一第一电流和另一第二电流，特别地具有与第一电流和第二电流不同的相）。此外，在第三槽344内，在第一突出体338的另一侧上，另一另外的第一线圈348a的第二部分348a2和另一另外的第二线圈349a的第二部分349a2被布置为向第一转换器103和105提供电流信号（甚至具有不同的相），其分别可以特别地经由端子125、127或126、128中的一个被供应给转换器。这些电流提供另外的相。

图4示意性地图示包括可以如图1、2和/或3所示地配置的多个定子线圈段（特别地包括四个定子线圈段）的磁轭435。图4描绘如沿着轴向方向411看的磁轭435。磁轭435包括基底部分437、第一突出体438、第二突出体440和第三突出体439，从而提供第一槽442、在第二突出体440与第三突出体439之间的第二槽443，并在第一突出体438与第二突出体440之间提供第三槽444。

特别地，四个定子线圈段400可以形成磁轭装置435的环形圈。如上文特别地参考图2和3所解释的，第一线圈和第二线圈（以及还有其它第一线圈和其它第二线圈以及还有其它另外的其它第一线圈、其它另外的其它第二线圈）被布置在第一槽442、第二槽443和第三槽444内。

从而，第一线圈（或它们中的至少一些）被布置在第一径向距离处且第二线圈（或它们中的至少一些）被布置在不同于第一径向位置的第二径向位置处。可以将结果得到的定子线圈段组装以形成如图4所示的环形结构。另外，可以提供从突出体438、440和439径向向外地定位的被可旋转地支撑的永久磁体（图4中未示出）。特别地，在一个定子线圈段中的第一线圈或第二线圈组中，可以将槽的数目计算为2*m*（每个相的串联线圈的数目）。从而，此等式充当确定用于提出的多转换器多层风力发电机的槽、定子段和/或串联线圈的数目的约束。

应注意的是术语“包括”不排除其它元件或步骤且“一”或“一个”不排除多个。还可以将结合不同实施例所述的元件组合。还应注意的是不应将权利要求中的参考符号理解为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段，该定子线圈装置包括：

· 第一线圈（107a、207a、307a），其被布置在沿径向方向（115、215、315）的第一径向位置（r1）处并适于连接到第一功率电子设备（103）的输入端子（121），其中，所述径向方向垂直于机电换能器的转动轴（111、211、311、411）；以及

· 第二线圈（109a、209a、309a），其被布置在沿径向方向的第二径向位置（r2）处并适于连接到第二功率电子设备（105）的输入端子（124），其中，所述第二径向位置不同于所述第一径向位置。

2.根据权利要求1所述的定子线圈段，其中，所述第一线圈和所述第二线圈被沿着圆周方向（113、213、313）布置在相同的圆周位置处，所述圆周方向（113、213、313）垂直于转动轴且垂直于径向方向。

3.根据权利要求1或2所述的定子线圈段，其中，所述第一线圈和所述第二线圈沿着转动轴（111、211、311）被布置在相同的轴向位置处。

4.根据前述权利要求中的一项所述的定子线圈段，还包括：

· 绝缘元件（236、336），其被径向地布置在第一线圈与第二线圈之间。

5.根据前述权利要求中的一项所述的定子线圈段，还包括：

· 至少一个另外的第一线圈（107b），其与第一线圈（107a）串联地连接并且被布置在与第一线圈不同的圆周位置处；以及/或者

· 至少一个另外的第二线圈（109b），其与第二线圈（109a）串联地连接并且被布置在与第二线圈不同的圆周位置处。

6.根据权利要求5所述的定子线圈段，其中，所述至少一个另外的第一线圈（107f）被布置在第二径向位置（r2）处且特别地在与第一线圈相同的轴向位置处，以及/或者其中，所述至少一个另外的第二线圈（109f）被布置在第一径向位置（r1）处且特别地在与第二线圈相同的轴向位置处。

7.根据前述权利要求中的一项所述的定子线圈段，还包括：

· 磁轭（335、435），其包括用于支撑第一线圈和第二线圈的铁磁材料，该磁轭包括基底部分（337、437）和第一突出体（338、438），其从所述基底部分突出，使得形成至少第一槽（342、442）和第二槽（343、443），

其中，第一线圈的第一部分（307a1）和第二线圈的第一部分（309a1）被布置在第一槽（342）中，并且其中，第一线圈的第二部分（307a2）和第二线圈的第二部分（309a2）被布置在第二槽（343）中。

8.根据权利要求7所述的定子线圈段，其中，所述第一突出体径向地向外突出。

9.根据权利要求7或8所述的定子线圈段，其中，所述磁轭还包括从磁轭的基底部分突出的第二突出体（340），

其中，在第一突出体的一侧上形成第一槽，

其中，在第一突出体的另一侧上且在第二突出体的一侧上形成第三槽（344），

其中，在第二突出体的另一侧上形成第二槽，使得第三槽在第一突出体与第二突出体之间且在第一槽与第二槽之间。

10.根据权利要求9所述的定子线圈段，还包括；

· 至少一个其它第一线圈（340a），其被布置在第一径向位置处且适于连接到第一功率电子设备的另一输入端子；

· 至少一个其它第二线圈（346a），其被布置在第二径向位置处并适于连接到第二功率电子设备的另一输入端子，

其中，特别地，所述其它第一线圈的第一部分（340a1）和所述其它第二线圈的第一部分（346a1）被布置在第三槽中。

11.根据前述权利要求中的一项所述的定子线圈段，还包括：

· 至少一个第三线圈，其被布置在不同于第一径向位置且不同于第二径向位置的至少一个第三径向位置处并适于连接到至少一个第三功率电子设备的输入端子。

12.根据前述权利要求中的一项所述的定子线圈段，还包括：

· 第一汇流条（117），其被连接到第一线圈（107a）的一端；

· 第二汇流条（122），其被连接到第二线圈（109a）的一端，其中，所述第一汇流条能够连接到第一功率电子设备（103）的输入端子（121）且第二汇流条（122）能够连接到第二功率电子设备（105）的输入端子（124），其中，特别地，第一线圈的另一端和第二线圈的另一端被连接到接地电位（119、123）。

13.特别地用于风力涡轮机的机电换能器，特别是发电机，该机电换能器包括：

· 多个定子线圈段（100、200、300、400），其沿圆周方向（413）并排地布置以便形成环形定子线圈装置，其中，每个定子线圈段是根据前述权利要求中的一项而配置的；

· 至少一个磁体（234），其被布置为电感地耦合到所述多个定子线圈段中的至少一个的第一线圈和第二线圈中的至少一个，其中，所述磁体能够围绕转动轴旋转。

14.根据前述权利要求所述的机电换能器，还包括：

· 第一功率电子设备（103），特别是第一转换器，其具有第一功率电子设备的输入端子，其中，所述第一功率电子设备的输入端子被连接到第一线圈；以及

· 第二功率电子设备（105），特别是第二转换器，其具有第二功率电子设备的输入端子，其中，所述第二功率电子设备的输入端子被连接到第二线圈。

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