CN104184225A

CN104184225A - 具有可变形的定子的电机

Info

Publication number: CN104184225A
Application number: CN201410220449.9A
Authority: CN
Inventors: A.J.马德森
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2014-12-03
Also published as: EP2806533A1; US20140346908A1

Abstract

本发明涉及一种电机、尤其用于风力涡轮机的发电机。该电机具有转子和定子，其中该转子相对于定子围绕旋转轴线可旋转地进行布置。转子和定子如此布置，使得定子的定子表面和转子的转子表面隔开。转子表面沿周向围绕旋转轴线构造成圆形。定子如此可变形地构造，使得在转子和定子之间没有施加磁相互作用时定子表面在定子的至少一段内部沿周向围绕旋转轴线具有非圆形的表面轮廓，并且在转子和定子之间施加磁相互作用时所述定子如此变形，从而使得定子表面沿周向围绕旋转轴线构造成圆形，进而使得定子表面和转子表面之间的间距是恒定的。

Description

具有可变形的定子的电机

技术领域

本发明涉及一种电机、尤其用于风力涡轮机的发电机以及一种用于制造该电机或者说用于风力涡轮机的发电机的方法。

背景技术

电机、例如用于风力涡轮机的发电机由转子和定子组成，其中转子相对于定子旋转。为风力涡轮机使用发电机，该发电机具有位于外部的转子并且包围位于内部的定子。在转子和定子之间存在高的磁相互作用。这尤其对定子而言导致定子在发电机运行期间变形并且其表面轮廓偏离圆形形状。换句话说，圆形的转子与定子之间的缝隙沿周向是不恒定的并且根据局部的磁相互作用的大小剧烈改变。转子和定子之间的缝隙的这种不恒定影响了电机或者说发电机的效率。

发明内容

本发明的任务是提供一种具有高效率的电机。

该任务通过按独立权利要求所述的电机、尤其用于风力涡轮机的发电机以及用于制造该电机、尤其用于制造用于风力涡轮机的发电机的方法得到解决。

根据本发明的第一方面提供一种电机、尤其用于风力涡轮机的发电机。该电机具有转子和定子。转子相对于定子围绕旋转轴线可旋转地进行布置。转子和定子如此布置，从而使得定子的定子表面和转子的转子表面隔开。转子表面沿周向围绕旋转轴线构造成圆的。

在此，定子如此可变形地构造，从而在转子和定子之间没有施加磁相互作用时，使得所述定子表面（在至少一个定子段内部）沿周向围绕旋转轴线具有非圆形的表面轮廓。此外，定子如此可变形地构造，从而在转子和定子之间施加磁相互作用时使得定子如此进行变形，从而使得定子表面沿周向围绕旋转轴线构造成圆形，进而使得定子表面和转子表面之间的间距是恒定的。

所述电机例如是电动机或者发电机。该电机尤其是用于风力涡轮机的发电机。在现代的风力涡轮机中使用无传动机构的技术。风力涡轮机的风力叶片在此直接驱动发电机的转子。因为转子和风力叶片之间没有在中间连接传动机构并且转子的转速相应较小，因此转子和定子具有大的直径。定子的直径例如能够在3.5m到4.5m[米]之间。

该转子例如是外部环绕的转子并且包围定子。在本发明的其他示例性的实施方式中所述转子是内部环绕的转子，从而使得定子包围转子。

所述转子例如具有沿周向并肩排列的永磁体，所述永磁体例如交替地具有不同的极性。

所述定子例如具有多个能够布置在定子表面上的定子线圈。此外，所述定子例如具有多个通道，所述通道至少以一个组件平行于旋转轴线延伸。所述通道能够用作冷却通道或者所述通道能够构造用于容纳相应的定子线圈。

所述定子能够由整体的、圆形的段制成或者由多个沿周向前后相互（例如可松开地）固定的定子段制成。

由于线圈和永磁体的布置，在定子和转子之间存在大的磁相互作用。尤其在电机运行时例如借助于定子线圈如此控制该磁相互作用，使得围绕定子表面环绕地作用有所谓的磁性拉力。

所述磁相互作用使得定子变形并且例如朝向转子吸引或者由转子排斥。例如通过布置在转子和/或定子上的永磁体引起转子和定子之间的磁相互作用。该磁相互作用由此能够在电机的运行中或者静止中起作用。

所述磁相互作用对于电机的确定的运行状态、例如静止或全负载能够例如根据经验或者基于试验预先确定。根据对所述磁相互作用的强度和局部曲线的认知能够预先确定定子变形的程度。

基于此，根据本发明如此制造所述定子或者说其定子段，从而在转子和定子之间没有施加磁相互作用时、例如在将永磁体装配在转子上之前，所述定子没有圆形的表面轮廓。所述定子例如在没有施加磁相互作用时具有（相对于圆形曲线）压扁的表面轮廓。

所述定子的可变形性能够如此预先确定，从而基于发电机运行或者静止时转子和定子之间可预测的磁相互作用使得定子如此变形，从而在施加磁相互作用时所述定子具有圆形的表面轮廓。

所述定子的可变形性例如能够有关于材料选择、壁厚或者说轮廓厚度并且取决于几何尺寸、例如定子的直径。

尤其以板层结构构造所述定子，其中多个定子板沿轴向前后布置。由于定子的这种板层结构，该定子具有与例如转子相比更小的刚性。板层结构的定子的可变形性同样是可预先确定的。

定子表面是定子的面对转子的表面。相应地，转子表面是转子的面对定子的表面。在定子表面和转子表面之间形成缝隙。定子表面和转子表面之间的这种缝隙或者说径向间距由于电机运行期间定子的变形而是恒定的。在电机运行以外，定子变形，也就是说在转子和定子之间没有施加磁性相互作用时，缝隙由于定子的原始非圆形的设计而不是恒定的。转子表面和定子表面之间的缝隙在电机运行期间、也就是在转子和定子之间施加磁相互作用时沿径向为约2mm到约8mm[毫米]之间。

根据本发明的另一方面描述了一种用于制造电机、尤其用于制造用于风力涡轮机的发电机的方法。该电机具有与上面所述电机相同的特征。根据制造方法，将转子相对于定子可旋转地进行布置。此外，根据制造方法使定子如此可变形地构造，使得在转子和定子之间没有施加磁相互作用时所述定子表面沿周向围绕旋转轴线具有非圆形的表面轮廓，并且使得在转子和定子之间施加磁相互作用时定子如此变形，使得定子表面沿周向围绕旋转轴线构造成圆形，进而使得定子表面和转子表面之间的间距是恒定的。

此外，根据本发明的示例性的实施方式能够在转子上布置多个永磁体，从而在转子和定子之间产生磁相互作用。根据所述方法的另一示例性的实施方式，在将转子相对于定子可旋转地进行布置之后将永磁体布置在转子上。

根据本发明制造带有定子表面的定子，该定子表面在转子和定子之间没有作用磁相互作用时沿轴向（也就是沿着转子的旋转轴线）具有不平的（波纹状的）表面并且/或者沿周向没有圆形的表面轮廓。在转子和定子之间施加磁相互作用之后、例如在电机运行期间又或者在其静止期间，所述定子如此变形，使得定子表面沿轴向具有平坦的表面轮廓并且沿周向具有圆形的表面轮廓。由此，在电机运行期间或者说在转子和定子之间施加磁相互作用期间，在转子和定子之间形成缝隙，其中该缝隙在整个定子表面和整个转子表面之间是恒定的。

通过在转子和定子之间构造恒定的间距提高了电机的效率。此外，定子能够构造得更没有刚性并且更柔性，因为其在施加磁相互作用期间的变形是可预先确定的并且由此计划用于在转子表面和定子表面之间形成恒定的间距。为了由此更不刚性地并且柔性地制造定子，需要更少的材料使用，从而能够降低电机的制造成本和重量。

要指出的是，参照不同的发明主题描述本发明的实施方式。尤其描述本发明带有装置权利要求的一些实施方式以及本发明带有方法权利要求的其他实施方式。然而对于本领域技术人员来说，在该申请文件的阅读中要立即清楚，只要没有明确的其他表述，除了配属于发明主题的一个类型的特征的组合之外也能够实现配属于发明主题的不同类型的特征的任意组合。

附图说明

下面为了进一步解释以及为了更好地理解本发明，参照附图更详细地描述实施例。

图1示出了按本发明的示例性的实施方式的电机的示意图；

图2示出了按本发明的示例性的实施方式的定子的透视图。

相同的或者类似的组件在附图中设有相同的附图标记。附图中的图示是示意性的并且没有按比例示出。

具体实施方式

图1示出了电机100，该电机例如是用于风力涡轮机的发电机。电机100具有转子120和定子110。图1中的实施例例如具有外部环绕的转子120，该转子包围定子110。为了更好地一览，仅仅局部示出所述转子120。

所述转子120相对于定子110围绕旋转轴线101可旋转地进行布置。该转子120和定子110如此布置，使得定子的定子表面111与转子的转子表面121隔开。定子110的定子表面111是定子的面对转子120的表面。转子120的转子表面121是转子120的面对定子表面111的表面。

所述转子120刚性地并且不可变形地构造，从而使得转子表面121沿周向102围绕旋转轴线101构造成圆形并且不会受到磁力的影响。

所述定子110如此可变形地构造，使得在转子120和定子110之间没有施加磁相互作用时所述定子表面111沿周向102围绕旋转轴线101具有非圆形的表面轮廓（相应于图1中的实线）。此外，所述定子110如此可变形地构造，使得在转子120和定子110之间施加磁相互作用时所述定子110能够如此变形，从而使得定子表面111沿周向102围绕旋转轴线101构造成圆形，进而使得定子表面111和转子表面121之间的间距x是恒定的（图1中的虚线）。

如此制造定子110，使得定子110在没有磁相互作用时不具有圆形的表面形状并且根据运行状态I具有压扁的表面形状。

只有在转子120和定子110之间施加磁相互作用之后，定子才如此变形，使得定子110或者说其定子表面111具有圆形或者说圆的表面轮廓形状（根据运行状态II）。

代表关于旋转轴线101的径向间距x的间距x在运行状态II中是恒定的，在所述运行状态II中在转子120和定子110之间施加磁相互作用。

在转子120的表面上、尤其在转子表面121上能够布置多个永磁体122。

此外，所述定子110如此可变形地构造，使得在转子120和定子110之间没有施加磁相互作用时所述定子表面111在定子110的至少一段内部沿着旋转轴线101的轴向具有不平坦的表面轮廓（例如波纹状的表面轮廓，取决于转子120和定子110之间磁相互作用的强度和构成），并且使得在转子120和定子110之间施加磁相互作用时定子110如此变形，从而使得定子表面111沿着朝旋转轴线101的轴向具有平滑的（连续的、也就是平滑而非波纹状的、平坦的）表面轮廓，进而使得定子表面111与转子表面121之间的间距x沿周向102并且还沿轴向恒定。

图2示出了定子110的透视图。该定子110例如能够由多个定子段201到206构成，所述定子段沿周向10布置在彼此旁。所述定子段201到206中的每段都能够相应地具有沿周向102非圆形的形状或者说非圆形的表面轮廓和/或沿着关于旋转轴线101的轴向不平坦的表面轮廓。每个定子段201到206都能够相互独立地并且单个地具有预先确定的变形特性，从而使得定子110沿周向102能够匹配转子120和定子110之间不同的局部磁相互作用，从而在具有磁相互作用的运行状态II中每个定子段201到206都具有圆形的、平滑的表面轮廓。由此能够在电机100运行期间在运行状态II中提供转子120和定子110之间恒定的间距x。

要补充指出的是，“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”不排除多个。此外还要指出，参照上述实施例之一所描述的特征或步骤也能够用在与其他上述实施例的其他特征或步骤的组合中。权利要求中的附图标记不视作限制。

Claims

1. 电机（100）、尤其用于风力涡轮机的发电机，所述电机（100）具有

转子（120），以及

定子（110），

其中所述转子（120）相对于所述定子（110）围绕旋转轴线（101）可旋转地进行布置，

其中所述转子（120）和所述定子（110）如此布置，使得所述定子（110）的定子表面（111）和所述转子（120）的转子表面（121）隔开，

其中所述转子表面（121）沿周向（102）围绕所述旋转轴线（101）构造成圆形，

其中所述定子（110）如此可变形地构造，

使得在所述转子（120）和所述定子（110）之间没有施加磁相互作用时所述定子表面（111）在所述定子（110）的至少一段内部沿周向（102）围绕所述旋转轴线（101）具有非圆形的表面轮廓，并且

使得在所述转子（120）和所述定子（110）之间施加磁相互作用时所述定子（110）如此变形，从而使得所述定子表面（111）沿周向（102）围绕所述旋转轴线（101）构造成圆形，进而使得所述定子表面（111）和所述转子表面（121）之间的间距是恒定的。

2. 按权利要求1所述的电机（100），其中所述定子（110）如此可变形地构造，

使得在所述转子（120）和所述定子（110）之间没有施加磁相互作用时所述定子表面（111）在所述定子（110）的至少一段内部沿相对于所述旋转轴线（101）的轴向具有不平坦的表面轮廓，并且

使得在所述转子（120）和所述定子（110）之间施加磁相互作用时所述定子（110）如此变形，从而使得定子表面（111）沿相对于所述旋转轴线（101）的轴向具有平滑的表面轮廓，进而使得所述定子表面（111）和所述转子表面（121）之间的间距是恒定的。

3. 按权利要求1或2所述的电机（100），其中所述转子（120）是外部环绕的转子（120）并且包围所述定子（110）。

4. 按权利要求1到3所述的电机（100），其中所述转子（120）是内部环绕的转子（120）并且所述定子（110）包围所述转子（120）。

5. 按权利要求1到4中任一项所述的电机（100），

其中所述转子（120）具有至少一个永磁体（122）用于在所述转子（120）和所述定子（110）之间产生磁相互作用。

6. 按权利要求1到5中任一项所述的电机（100），

其中所述定子（110）具有多个通道，所述通道借助至少一个组件沿着所述旋转轴线（101）延伸。

7. 按权利要求6所述的电机（100），

其中所述定子（110）具有至少一个布置在所述通道之一中的定子线圈。

8. 按权利要求1到7中任一项所述的电机（100），

其中所述定子（110）由多个定子段组成，所述定子段沿周向（102）前后相互固定。

9. 用于制造电机、尤其用于制造用于风力涡轮机的发电机的方法，所述方法具有

相对于定子（110）围绕旋转轴线（101）可旋转地布置转子（120），

其中所述转子（120）和定子（110）如此布置，使得所述定子（110）的定子表面（111）和所述转子（120）的转子表面（121）隔开，

其中所述转子表面（121）沿周向（102）围绕所述旋转轴线（101）构造成圆形，并且

可变形地如此构造定子（110），

使得在所述转子（120）和所述定子（110）之间没有施加磁相互作用时所述定子表面（111）沿周向（102）围绕所述旋转轴线（101）具有非圆形的表面轮廓，并且

使得在所述转子（120）和所述定子（110）之间施加磁相互作用时所述定子（110）如此变形，从而使得所述定子表面（111）沿周向（102）围绕所述旋转轴线（101）构造成圆形，进而使得所述定子表面（111）与所述转子表面（121）之间的间距是恒定的。

10. 按权利要求9所述的方法，

将永磁体布置在所述转子（120）上，从而在所述转子（120）和所述定子（110）之间产生磁相互作用。

11. 按权利要求10所述的方法，

其中在将所述转子（120）相对于所述定子（110）可旋转地进行布置之后将所述永磁体布置在所述转子（120）上。