CN106415996A - 无齿轮传动的风能设备的同步发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同步发电机(1)，尤其无齿轮传动的风能设备(101)的多极的同步环式发电机(1)，所述同步发电机用于产生电流，所述同步发电机包括：转子(4)和定子(6)，所述定子具有齿(8)和设置在其之间的槽(10)，所述槽用于容纳定子绕组，其中定子(6)沿环周方向分成定子区段(31‑34)，所述定子区段分别具有多个齿(8)和槽(10)并且至少两个定子区段(31‑34)沿环周方向相对于彼此错位或交叉。

Description

无齿轮传动的风能设备的同步发电机
技术领域
本发明涉及一种同步发电机，尤其无齿轮传动的风能设备的多极同步环式发电机。此外，本发明涉及一种叠片组，所述叠片组用于制造这种同步发电机的定子的定子叠片组并且本发明涉及一种用于制造这种定子叠片组的相应的方法。此外，本发明涉及一种具有同步发电机的风能设备。
背景技术
风能设备是众所周知的并且其借助于发电机由风产生电流。现代无齿轮传动的风能设备常常具有多极的同步环式发电机，所述同步环式发电机具有大的气隙直径。气隙的直径在此为至少4米并且通常达到几乎5米。所组成的同步发电机甚至可以具有约10米的气隙直径。
在风能设备运行中、即在相关的同步发电机运行中产生噪音，所述噪音也会通过大的构型找到大的谐振体，如例如包围或至少部分地包围同步发电机的吊舱的吊舱挡板。受制于功能，无齿轮传动的风能设备的这种同步发电机是非常缓慢地转动的发电机，所述发电机以约每分钟5至35转的典型转速转动。所述缓慢的转速也会相应地产生特殊的噪音，尤其与以每分钟1500或3000转的转速转动的发电机相比。
无齿轮传动的风能设备的这种同步发电机并且进而风能设备由于其连续运行而会变为持续的、干扰性的噪音源。现今，特别大的现代风能设备距住宅区的间距越来越大地架设并且在那运行，使得风能设备的可能的噪音也被感知不怎么干扰。
然而，通过以较大的间距进行架设并不能根本地消除噪音生成的实质性问题，而是基本上只转移所述问题。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述问题中的至少一个。尤其，要降低上文所述的同步发电机的噪音生成。至少要提出相对于已知的解决方案的替选解决方案。
德国专利和商标局在本PCT申请的优先权申请中检索到下述现有技术：US 6 321439 B1、DE 10 2009 015 044 A1、WO 2011/128 095 A2、DE 103 40 114 A1、DE 10 2005061 892 A1、US 2004/0 036 374 A1、DE 199 23 925 A1、DE 101 10 466 A1、US 4 315171 A和DE 15 38 772 B2。
根据本发明，提出根据权利要求1的同步发电机，尤其无齿轮传动的风能设备的多极同步环式发电机。无齿轮传动的风能设备的这种多极同步环式发电机具有多个定子极，尤其至少48个定子齿，通常甚至明显更多的定子齿如尤其96个定子齿或更多的定子齿。发电机的磁活性的区域即转子(也能够称作电枢)的以及定子的磁活性的区域设置在围绕同步发电机的旋转轴线的环形区域中。这样，气隙的半径的百分之0至50的区域没有引导同步发电机的电场或电流的材料。尤其，所述内腔完全空置并且原则上也是可通行的。通常，所述区域也为大于气隙半径的百分之0至50，尤其直至气隙半径的百分之0至70或甚至百分之0至80。根据构造，承载结构可以在所述内部区域中存在，然而所述承载结构可以在一些实施方案中以轴向错位的方式构成。
因此，同步发电机具有转子和定子。转子有时被称作电枢，以便实现在语言上与风能设备的空气动力学的转子的区分。
定子设有齿和设置在其之间的槽。槽容纳一个定子绕组或多个定子绕组，使得所述定子绕组穿过槽并且围绕齿设置。
定子沿环周方向分为定子区段，所述定子区段分别具有多个齿和多个槽并且至少两个定子区段沿环周方向相对于彼此错位或交叉。所有定子区段沿环周方向并排设置并且还尤其大致以四分之一槽宽度、或另一数值相对于彼此交叉或错位，即使得定子区段的槽和齿沿环周方向规律地交替并且该规律性在过渡到下一相邻的定子区段时通过下述方式中断，即在那设置有较宽的或较窄的槽、较宽的或较窄的齿、或附加的(可能更窄的)齿或附加的(可能更窄的)槽，或者略去一个齿。该过渡原则上也可以不同地实现。于是，在下一相邻的定子区段上，槽和齿又规律地交替，尤其分别以相同的槽宽度或分别相同的齿宽度交替。
由此现在实现，在转子转动运动时沿环周方向完全规则地分布的转子或电枢极并不分别精确同时地到达彼此错位或交叉的定子区段的齿或槽，而是以所述错位或所述交叉更早或更晚地到达彼此错位或交叉的定子区段的齿或槽。即在转子极到达定子区段的定子齿时，相应的转子极略微延时地到达另一交叉或错位的定子区段的定子齿。作为结果，在所述彼此交叉或错位的定子区段中产生彼此略微偏移的振荡的、尤其正弦电流。这又造成，在叠加时所述电流会引起幅值减小的谐波。以类似的方式，具有相同频率但不同相位的噪音的直接叠加也可以引起噪音的、尤其噪音水平的整体的降低。这两个所描述的效应也可以一起作用，使得能够充分利用协同效应，所述协同效应能够引起整体上极大的噪音降低。
例如，定子可以分为四个定子区段1至4并且每个定子区段(这也仅示例地列举)分别具有12个定子齿，使得定子总共包括48个齿并且就此而言是无齿轮传动的风能设备的相对较小的多极同步环式发电机。第一和第三定子区段并进而这两个定子区段的槽和齿相对于第二和第四定子区段、即其槽或齿彼此错位或交叉。
优选地，至少一个齿形成定子极并且相应的两个定子极形成极对，这在此在术语上简化地用于定子极对。原则上，定子极也可以由多个齿或分裂的齿形成，这在此不是非常重要。无论如何，对于所述实施方式提出，每个定子区段的极对数量是二的倍数。尤其，每个定子区段的极对数量是六的倍数。这种设计方案，即每个定子区段的极对数量至少是二的倍数，实现为每个定子区段设置子绕组。因此，每个定子区段可以构成为独立的发电机或独立的虚拟的发电机，其就此而言仅与其他定子区段共有所述转子。
当每个区段的极对数量是六的倍数时，所描述的独立的定子区段可以设有三相绕组，尤其甚至设有两个独立的三相绕组。两个三相绕组可以相应地产生三相电流信号并且这两个独立的三相绕组的三相电流信号可以相对于彼此偏移。由此改进位于下游的整流。电流信号也可以简单地称作电流。
优选地，设有四个定子区段并且定子区段分为两个区段组，所述区段组分别具有两个定子区段。为此提出，每个区段组的极对数量是四的倍数。由此可能的是，每个定子区段如上文所描述那样独立地缠绕并且同时基本上对称地设置定子区段，使得即所有定子区段是同样大的，简而言之，即分别占据四分之一圆。如果在两个相邻的且相对于彼此交叉的定子区段的过渡中略去一个齿，那么还是将该(略去的)齿计算在内。换言之，在此存在没有自己的齿的定子极或仅有一个自己的齿的定子极对。尽管如此，通过相应的绕组部段、一个齿和一个或多个其他的齿得到极对的作用。
作为替选方案，当每个区段组的极对数量不是四的倍数时，提出：区段组的定子区段具有不同数量的极对。例如，具有总共84个极对、即尤其168个齿的定子可以分为两个区段组，所述区段组分别具有两个定子区段。在此，这两个区段组的定子区段交替。因此，每个区段组具有两个定子区段并且每个区段组具有42个极对，并且在此为例如具有24个极对的定子区段和具有18个极对的定子区段。
对于所述实施方式或其他实施方式提出，每个区段组分别与构成为B12电桥的整流器连接。在此，每个区段组可以缠绕为，使得其产生两个三相系统作为输出电流。借助于该B12电桥整流这两个三相系统(其因此结果产生六个不同的相电流)。于是，每个相被输送给所述B12电桥的分支，所述分支以已知的方式借助于两个二极管整流所述相。每个所述相的被整流的电流被输出到共同的直流中间回路或其他直流电压储存器或直流电流储存器。
由于两个区段组与B12电桥连接并且两个区段组分别产生两个三相电流，所述三相电流被整流，所以可以实现具有非常少的谐波的被整流的总信号。这特别是通过下述方式实现，即至少两个定子区段或两个区段组沿环周方向相对于彼此错位或交叉。由此，一个区段组的六个相再次相对于另一区段组的六个相偏移，使得其在被整流的总信号中的叠加被降低并进而引起尽可能小的谐波。
优选地，等距地设置每一个定子区段的槽和齿并且将至少两个定子区段沿环周方向相对于彼此错位或交叉，使得相邻的定子区段的相邻的齿或相邻的定子区段的相邻的槽与同一定子区段的相邻的齿或槽相比彼此间具有不同的间距。因此，分别在其定子区段之内等距地设置槽和齿，尤其使得除了在两个相邻的定子区段的过渡或接触区域中的槽以外，定子区段的和尤其整个定子的所有槽具有相同的宽度、即沿环周方向的伸展。相应地，除了在两个相邻的定子区段之间的过渡或接触区域中的齿以外，定子区段的或甚至整个定子的所有齿也具有相同的宽度、即沿环周方向的伸展。
因此，所提出的定子的设计方案对应于具有沿环周方向完全有规律的齿和槽的定子，其中所述定子分为定子区段、尤其偶数数量的相同大小的定子区段，然后尤其每第二个定子区段围绕发电机的旋转轴线(理论地)转动了槽宽度或齿宽度的比例。
根据一个实施方式，提出一种具有定子的同步发电机，其中第一定子区段的第一和第二槽或第一定子区段的第一和第二齿彼此间具有为n*a的平均间距。在此，变量a表示第一定子区段的两个相邻的槽或齿的平均间距。因此，这例如说明第一槽的中心距第二槽的中心或第一齿的中心距第二齿的中心的间距。优选地，这与整个定子的相邻的齿的每个间距的平均值相同。
变量n表示槽间距或齿间距的数量，即比在所观察的第一和第二槽之间的槽数量小一的数或比在所观察的第一和第二齿之间的齿数量小的数。
在第一槽和另一槽之间的间距或者第一齿距另一齿之间的间距为n*a+v或n*a-v，其中另一槽位于第二定子区段上，所述另一齿位于第二定子区段上。
在此，变量v表示在第一和第二定子区段之间的错位或交叉。所述交叉就此而言大于0但小于平均槽间距或平均齿间距a。是否加上所述错位v或减去所述错位v取决于：在所观察的两个定子区段中的错位或交叉是否使得这两个定子区段朝向彼此地交叉或错位，则减去变量v，或者所述两个定子区段是否远离彼此地错位或交叉，并且在此情况下要加上变量v。
因此，通过这种公式化的说明可以看到，定子区段的齿和槽以n倍的平均间距彼此隔开，而叠加地对下一与其交叉或错位的定子区段附加地还一次性地加上或减去错位v。原则上，就此而言，错位v和槽间距a或齿间距a理解为沿着环周的间距或理解为关于发电机的旋转轴线并进而定子的中轴线的角。
优选地，错位或交叉具有数值为0.4至0.6的槽间距或齿间距a。尤其，错位大致为这样的槽间距或齿间距a的一半。由此实现，在相应的定子区段中产生的噪音和/或电流相对于相应的噪音或电流具有相移，使得对于同步发电机总共产生的噪音生成是尽可能小的。这尤其通过相关的分量的有利的叠加实现，所述分量由此减小彼此。
优选地，每个定子区段容纳作为绕组区段的一个定子绕组或多个定子绕组的一部分，并且不相邻的定子区段的绕组区段彼此互连。由此，除了定子区段的机械的交叉或机械的错位以外，也设有相应的电互连。这尤其实现，使得不相邻的定子区段、即尤其每第二个定子区段彼此互连，即尤其以串联电路方式互连或以并联电路方式互连。所述定子区段在其绕组区段中产生相同频率和相位的电流。其他在所述不相邻的定子区段之间设置的定子区段并且进而同样彼此间不相邻的定子区段、即原则上第二组不相邻的定子区段同样彼此互连并且共同地产生具有相同频率和相位的电流。在此，通常存在三相电流，这也适用于相应第一组不相邻的定子区段。优选地，互连分别以串联电路方式实现，使得绕组区段可以与下一不相邻的定子区段的下一绕组区段在此直接互连。由此，可以避免与多条导线的并联引导。
优选地，绕组区段与第一和第二整流器相互连接。因此，第一组不相邻的定子区段的绕组区段与第一整流器连接，并且第二组不相邻的定子区段的绕组区段与第二整流器连接。相应地，这两组的电流在运行中借助于相应的逆变器整流并且馈送到直流中间回路上，所述直流中间回路优选是对于两个逆变器共有的。由此也可以实现，两个逆变器获得相对于彼此相移的电流并且相应地馈送到共同的直流中间回路上，由此可以在那减小谐波。由此谐波在此也被减小，这还可以对噪音生成有正面的影响，即可以降低所述噪音生成。
优选地，定子和/或定子绕组点对称地构成，尤其相对于同步发电机的旋转轴线点对称地构成。定子区段彼此间的交叉或错位尽管可能局部不具有镜面对称性，但可以通过点对称(这更为恰当地也可以称作旋转对称)整体上实现有规律的布置，使得虽然通过错位或交叉可实现所描述的噪音降低，发电机仍然可以有规律地即循环地运行。
优选地提出，定子的所有槽是相同的，即不因错位或限制而改变。作为替代方案，错位或交叉通过相应匹配的齿实现。为此，所述齿例如可以沿环周方向在相邻的定子区段的接触区域中增大或缩小。也可以分别设有附加的齿。由此尤其也实现，定子绕组的导线束同样可以以常规的方式铺设到所有槽中。
优选地，同步发电机的特征在于，定子绕组或绕组区段逐相地具有绕组相。每一个这样的绕组相穿过第一槽铺设、即基本上向前引导，并且穿过第二槽引回。重复这种穿过第一和第二槽的铺设至少一次，使得至少一个环穿过这两个槽铺设并进而围绕位于其之间的齿铺设。优选地，三个环穿过这两个槽并且围绕位于其之间的齿铺设，使得四匝在电磁上有效地存在。于是，所述绕组相的铺设相应地在第三和第四槽中延伸。
相应同样地铺设其他相的绕组相。优选地，三个环穿过这两个槽并进而围绕位于其之间的齿铺设。由此，可以实现在一方面为缠绕的耗费与另一方面为同步发电机在运行方面的效率之间的良好的关系。尤其，三个环的使用对于风能设备的同步发电机是特别有利的，所述风能设备无齿轮传动地运行。三个环实现，连续地铺设定子区段的相应的绕组相。为此需要如下绕组相，所述绕组相具有大的有效的导线横截面，所述导线横截面由多个单导线组成，在缠绕时仍然还可以操作所述导线横截面。同时，避免由于过细的束而引起的不必要的大量的缠绕步骤并且避免在环较少时必须使用过粗的束，所述过粗的束会使得操作非常困难或者至少避免将绕组相分为两个并联地引导的束。
优选地，在第一和第二槽之间或在至少一个环中存在五个槽和六个齿。保留的五个槽可以设置用于五个其他相的五个绕组相。
优选地，绕组相连续地穿过定子区段并且尤其连续地穿过区段组的所有定子区段缠绕。由此，可以避免在连接部位上的问题并且在连续无中断地缠绕用于一个区段组的所有定子区段的绕组相时，这些定子区段相应地以简单的方式和方法串联地电连接。
根据本发明，还提出一种具有多个定子叠片的叠片组，所述多个定子叠片用于组成定子叠片组。所述叠片组优选构成为，使得其可以制造根据上文所描述的实施方式之一的同步发电机的定子叠片组。
所述叠片组的定子叠片总共具有多个槽和齿。在此，叠片组区分为三种定子叠片，即标准叠片、拉伸叠片和压缩叠片。标准叠片基本上对应于同步发电机的定子的没有错位或交叉的常规的已知的叠片。由多个这种标准叠片可以组成定子叠片组。为此，将相应多的标准叠片在第一层中铺设成一个圆并且在其上以相同的方式但与第一层的叠片错位地铺设第二层，以此类推，直至由多个这种彼此错位的叠片层形成定子叠片组。
为了实现定子叠片组，其中设有定子区段并且所述定子区段相对于彼此错位或交叉，然而需要其他叠片，所述叠片考虑所述错位或所述交叉。为此，设有拉伸叠片和压缩叠片。拉伸叠片在类型上基本上也对应于标准叠片，但具有被拉伸的区域，尤其加宽的齿。因此，所述被拉伸的区域设置为用于两个相对于彼此交叉和错位的定子区段的过渡区域，即这两个定子区段根据错位或交叉彼此远离。由此产生所述被拉伸的区域，所述拉伸叠片设有所述被拉伸的区域。
相应地，压缩叠片具有被压缩的区域，所述被压缩的区域设置为用于两个定子区段的过渡区域，这两个定子区段朝向彼此地错位或交叉。
优选地，所述被拉伸的或被压缩的区域并不在相关的拉伸叠片或压缩叠片的中心，而是偏心地大致在三分之一处。此外，所述拉伸区域或压缩区域是镜面对称的，使得当相应的拉伸叠片或压缩叠片从上侧翻转到下侧或从下侧翻转到上侧时，所述拉伸区域或压缩区域的构型保持不变。
因此，所述挡板和拉伸叠片也可以在不同的层中上下重叠地堆叠，使得相应的拉伸区域或压缩区域精确叠置，然而相应的拉伸叠片或压缩叠片总体上不精确叠置。因此，在制造叠片组时在拉伸区域或压缩区域中也可以实现重叠的层形成，而不必分别制造不同的叠片。为此，制造深度需要仅包围标准叠片、拉伸叠片和压缩叠片。借助于这三种不同种类的叠片可以制造整个叠片组，包含被拉伸的或被压缩的区域、即包含在相对于彼此错位或交叉的定子区段之间的过渡区域，包含重叠部。
此外，提出一种用于制造定子叠片组的方法，所述方法还构成为用于借助于根据上述实施方式中的一个的叠片组制造定子叠片组。即在此提出，首先以常规的方式分层地构成定子叠片组，其中对于过渡区域分别设置有拉伸叠片或压缩叠片。对于下一层，在相应的区域中设置拉伸叠片或压缩叠片，然而拉伸叠片或压缩叠片相对于分别位于下方的叠片翻转，即其上侧朝下或下侧朝上。由于拉伸区域或压缩区域的非居中的布置，通过将叠片翻转来改变其位置并进而借助于同一叠片可以实现重叠的、即非完全叠置的堆叠。
根据本发明，还提出一种具有根据上述实施方式中的一个所述的同步发电机的风能设备。
附图说明
现在，在下文中参照附图根据实施例示例地详细阐述本发明。
图1示出风能设备的示意性立体图。
图2示出已知的同步发电机的轴向剖视图。
图3示出已知的他励同步发电机的示意性电路图，所述他励同步发电机具有两个三相绕组和连接在下游的二极管整流器。
图4示出根据本发明的同步发电机的轴向剖视图。
图4A和4B示出图4的局部。
图5A至5D示出作为根据图4a的局部的实施方案的过渡区域的不同的实施可能性。
图6示出同步发电机的区段连带设置在下游的整流器的互连的可能性的示意图。
图7示出根据另一实施方式的同步发电机连带具有不同数量的极对的定子区段的轴向剖视图。
图7A示出图7的局部。
图8阐明一个实施方式的同步发电机的绕组图案。
图9阐明另一实施方式的同步发电机的绕组图案。
具体实施方式
图1示出风能设备100，所述风能设备具有塔102和吊舱104。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子106在运行中通过风被置于转动运动并且进而驱动在吊舱104中的发电机。
图2示出已知的同步发电机201的轴向剖视图，即以沿旋转轴线202的方向的视角示出，其中同步发电机201横向于旋转轴线202剖开。同步发电机构成为内电枢，以及进而在内部具有转子或电枢204并且在外部具有定子206。同步发电机201构成为多极环式发电机并且具有空置的内部空间，所述内部空间占据超过同步发电机201的总直径或总半径的一半。示例地设有168个定子齿208。同样设有多个定子槽210，所述定子槽与定子齿208交替或设置在所述定子齿之间。
电枢204具有一些转子极或极靴212，在所述转子极或极靴之间分别设有具有绕组的槽214。转子槽214配备有绕组，所述绕组用于激励转子。
在运行中，转子204相对于定子206旋转并且转子极212掠过定子极208。在转子204和定子206之间存在窄的气隙216。
图3示出已知的同步发电机201的互连并且示意地示出励磁电路220，所述励磁电路用于借助于直流电流激励转子204。示意示出的是三相的第一和第二定子绕组221或222。所述第一和第二定子绕组经由第一互连223或第二互连224经由第一或第二整流器225或226互连并且两个整流器225和226馈送到共同的直流中间回路228上，所述直流中间回路由电容器表示。
现在，图4完全类似于图2地示出同步发电机1，所述同步发电机具有旋转轴线2、电枢或转子4、定子6、多个定子齿8和同样多个定子槽10。电枢或转子4具有转子极或转子极靴12和在其之间具有转子槽14。在定子6和电枢4之间存在气隙16。转子或电枢4可以与图2的转子或电枢204相同的。然而，根据本发明，定子6与图2的定子206不同。
就此而言，定子6分为四个区段31至34。分别相邻的区段相对于彼此交叉或错位。因此，第一和第三区段31、33相对于彼此不交叉或错位，然而相对于第二或第四区段32、34交叉或错位。同样，第二和第四区段32、34相对于彼此不交叉或错位。由此，在相邻的区段之间存在被压缩的区域36或被拉伸的区域38，取决于：分别相邻的区段朝向彼此或远离彼此地错位或交叉。在此，图4A表明同步发电机1的局部，所述局部涉及被压缩的区域36。实现所述被压缩的区域36的可能性在图5A-5D中示出。图4B示出同步发电机1的局部，所述局部包含被拉伸的区域38。
在图4B中针对被拉伸的区域38可看到的是，存在加宽的定子齿8+，而其余的定子齿8具有相对此较小的、即正常的宽度并且彼此间是同样宽的。
相应地，针对被压缩的区域36的图4A应具有缩窄的齿8-或者具有被压缩的区域的其他实施方案，其中所有定子槽10都具有相同的大小和形状，然而这就此而言仅是实现的一个可能性。图4A仅为实现的可能性的占位，其在图5A至5D中具体地示出。
图4B和5A至5D的放大图也示出，电枢或转子4的齿12和槽14与定子6的压缩部或交叉部和区段部不接触。
图5A至5D因此根据图4A的占位或局部示出局部，并且在此示出用于被压缩的区域36的具体设计方案的不同的可能性，所述被压缩的区域在图5A至5D中相应地表示为36A、36B、36C或36D。相对于例如图2示出的常见布置，在所述被压缩的区域中，两个定子区段31和32朝向彼此地转动。这例如大致在槽宽度的程度，其中在根据图4并进而也根据图5A至5D示出的设计方案中槽宽度大致对应于每个齿8的连接片40的宽度。
优选地，这两个相邻的区域朝向彼此的转动大致对应于一半的平均齿距或槽距，即一半的从齿中心到下一齿的中心的间距或从槽的中心到下一相邻的槽的中心的间距。
为了实现压缩区域36A，提出根据图5A的实施方式，直接相邻的槽10A’和10A”更窄地构成并且在这两个槽之间设有分离片42A。所述分离片42A可以将这两个槽10A’和10A”彼此分离并由此也将定子绕组的可能的装入的导线彼此分离。就此而言，所述分离片42A也可以具有电绝缘的功能。在此有问题的是，槽10A’和10A”相对于槽10缩小并进而也会更少或更差地容纳定子绕组的导线。
作为替选方案因此提出一种根据图5B的设计方案，其中在压缩区域36B中设有两个边界槽10B’和10B”，所述边界槽具有比其余的槽10更大的深度。由此，边界槽10B’和10B”更细地但更深地构成并进而能够容纳与其余的槽10大致同样多的导线或导线芯。两个边界槽10B’和10B”通过分离片42B分离，所述分离片可以具有总是与其余的齿8和定子6的叠片组相同的材料。
图5C示出与图5B完全类似的设计方案，但其中设有分离片42C，所述分离片由与定子叠片组不同的材料构成，即制成为其余的定子齿8。分离片42C的材料由高导磁的、至少与定子叠片相比更高导磁性的材料制成。为此，例如可以使用所谓的Mu金属。由于这种高导磁的材料，所以可以完全地或部分地补偿分离片42C的减小的横截面。与根据图5B的实施方案不同，分离片42C并未一起由相应的板材冲压，而是可以在制成定子6的叠片组之后装入，可能也与定子绕组的导线的装入一起地进行。
图5D示出另一设计方案，据此这两个边界槽10D’和10D”现在直接相邻，而在所述两个边界槽之间不存在定子齿。为了分离，分离片42D例如可以设置为绝缘纸或者完全取消。边界槽10D’和10D”在此具有与其余的槽10相同的形状并且相应地具有同样多和同样大的空间，所述空间用于容纳定子绕组的导线。在装入定子绕组的这种导线时必须要注意的是，将这种导线在这两个没有中间齿的相邻的边界槽10D’和10D”中尽可能均匀地放置。
图6示意地根据一个实施方式阐明根据本发明的同步发电机的定子绕组的互连。在此，以定子根据图4来划分的同步发电机为基础。因此，设有四个定子区段31至34，其中第一和第三区段31和33相对于彼此不错位或不交叉，然而相对于第二和第四区段32和34交叉。第二和第四区段32、34同样相对于彼此不交叉或错位。因此，第一和第三区段31、33示意地示作第一区域44或第一区段组44以及第二和第四区段32、34相应示意地示作第二区域46或第二区段组46。
两个区段组44和46分别承载两个三相定子绕组51和53或52和54。在此，两个定子绕组51和53或52和54分别伸展穿过相关的区段组44或46的各两个区段31和33或32和34。在区段组44或46之内，各一个定子绕组51至54的相串联地电连接，即从中性点45或47(仅表明)通过第一定子区段51或52、进一步通过第二定子区段53或54并且最后连接到整流器61至64中的一个上。因此，每个区段被定子绕组51至54中的两个穿过。
在此，在示出的实施方式中，四个定子绕组51至54中的每个单独地连接到第一至第四整流器61至64上。在此，所有四个整流器61至64使用相同的直流中间回路66，因此所有整流器都共同地馈送到所述直流中间回路中。直流中间回路也由电容器68来表示并且负载电阻70象征性地代表其他要连接的元件，即尤其一个或多个要连接的升压转换器和/或一个或多个要连接的逆变器，以产生馈送到供电网中的正弦交流电流。
所示的整流器61至64分别设计为无源的所谓的B-6整流器。
由于第一区域44的以及第二区域46的绕组分别单独地连接到整流器或一组整流器上，所以由交叉或错位在可能的谐波振荡方面不同地产生的电流也可以相应地单独引导至各个整流器并进而单独地引导至直流中间线路66并且在那里通过整流被馈送。通过整流将所产生的交流电流整流，然而可能的谐波振荡或叠加的纹波基本上保持存在，然后可以在直流中间回路中必要时减弱地作为电压纹波或电压波动存在。在此，与第一区域44相关的纹波相对于与第二区域46相关的纹波偏移，在此在直流中间回路中叠加并且由此会相互减弱。在最优的至少理论的情况中，第一区域44的纹波可以与第二区域46的纹波抵消。
通过各个区段31至34的附加单独的互连还可以提高发电机的、即尤其定子的冗余度。
因此，提出一种风能设备的多极同步环式发电机，所述同步环式发电机尤其可以与在其他方面有相同结构方式的之前已知的同步发电机相比以降低噪音的方式工作。
尤其，基于具有六个相的发电机，即各具有三个相的第一和第二系统，和定子，该定子具有每个极距12个槽以及二极管整流器。根据现有技术的这种多极同步环式发电机可以产生脉冲式转矩，所述脉冲式转矩具有尤其12次的谐波分量。这种脉冲式转矩例如可以具有大约120Hz的频率，所述频率当然与转速有关，并且会是干扰性的。
因此对于解决方案提出，将一个或多个定子绕组分为区段、尤其分为四个区段。区段的槽交叉，使得在区段之间产生半个槽距的偏移，如图4以放大图4A和4B示出的那样。形成相应的绕组边缘区域，所述绕组边缘区域可以构成为被压缩的区域36或被拉伸的区域38，所述被压缩的区域或被拉伸的区域在定子的环周之上交替。这种绕组边缘区域的成型可以如在图5A至5D中示出的那样进行。同样不排除其他成型可能性。
此外提出，将各两个非并排的区段互连、即互连为一个区域。典型地，可以通过串联电路进行所述互连。在此，互连分别涉及两个三相绕组相。因此，每个互连的区域由各两个三相绕组相构成。优选地，每个区域与12脉冲的二极管整流电路和直流电压侧的并联电路连接。
建议的解决方案特别以将定子划分为四个区段为例来阐述。然而也可以进行其他划分，在最简单的情况下划分为两个区段，其中每个单个区段于是也形成根据第一或第二区域44、46的区域。同样可以划分为明显多于四个的区段、优选偶数数量的区段。
图7示出同步发电机701的剖视图，所述同步发电机具有定子706，所述定子具有四个定子区段或区段731至734。定子区段731和733形成第一区段组并且定子区段732和734形成第二区段组。这些区段组中的每个731、733或732、734具有42个极对并进而数量不是四的倍数的极对。相应地，区段组的定子区段具有不同数量的极对，即第一定子区段731具有24个极对以及第二定子区段733具有18个极对。相应地，在第二区段组中定子区段732具有24个极对并且在同一区段组中定子区段734具有18个极对。由此，这四个定子区段731至734中的每个也具有六的倍数作为极对数量，或者换言之，定子区段731至734中的每个的极对数量可以被六整除。
此外，在图7中，定子槽用附图标记710表示而定子齿用附图标记708表示。转子4可以对应于图4的转子4并且对于其进一步说明就此而言也可以参考对图4的描述。
在各个定子区段731至734之间的分离通过相应的分离线735表明。与图4的实施方式不同，由此得到被拉伸的区域738的偏移，所述被拉伸的区域同样具有加宽的定子齿708+。具有加宽的齿708+的所述被拉伸的区域738设置在图7的局部B中，所述局部B在图7A中放大地示出。除了被拉伸的区域738或加宽的齿708+的偏移以外，对此其余的说明适用根据图4的实施方式并且图4B的放大的示图因此也适用于图7或7A的实施方式。
被压缩的区域736基本上不变并且也位于根据图7的标记A中。对于所述标记A也考虑不同的变型方案，如其在图5A至5D中说明的那样。就此而言参照所述图5A至5D。
图8阐明用于根据定子区段的一个实施方式的同步发电机的绕组图案，如例如图7的定子区段733具有18个极对。在图8中带有附图标记833的所述定子区段在图8中示作无弯曲的被拉伸的元件，以便由此简化绕组图案的说明。在此，图8示出根据视图8A的相应的齿808和槽810的俯视图，根据视图8B的定子区段3的侧视图，根据视图8C的转子804的同样线性示出的部分的侧视图，其中示图在此也是示意的并且无弯曲，并且示出根据视图8D的转子804的极靴或转子齿的俯视图。
图8的视图8A基本上阐明从左侧以绕组相850起始的绕组图案，所述绕组相穿过第一槽851，即基本上沿前向方向铺设，并且穿过第二槽852引回。所述绕组相850于是引向第一槽851并且再一次穿过所述第一槽并且穿过第二槽852再引回。这再重复两次，使得绕组相850于是围绕在三个完整的环858中的六个齿808铺设。然而，由此四匝在电磁上是有效的，因为最后在至少所示的定子区段833被完全缠绕之后，开头处进入的绕组相(其根据图8，视图8A从左侧进来)最后与绕组相850的向右离开第二槽852的部分有效地电连接。
在绕组相850第四次穿过第二槽852被引回之后，现在所述绕组相装入第三槽853中并且穿过第四槽854引回并且这被重复，直至得到三个环或电磁上有效的四个匝。这再一次地在第五和第六槽855或856中重复，直至根据图8、视图8A的绕组相850到达右侧。绕组相850可以从那里导向另一定子区段，或者连接到输出端上，以便在那提供要产生的电流。
视图8B示意地示出定子区段833的所有齿808和槽810。为了说明，槽810由A至F标明，其中各一个字母代表一个相的一个绕组相。在此，在视图8A中说明的绕组涉及用字母D标明的相的绕组相。在此，D+相应地表示绕组相850的引入以及D-相应地表示绕组相850的引回。其余的字母A至C以及E和F设有相应的符号，即“+”表示引入以及“-”表示引回。
从图8的视图8B也可获知，绕组相分别以四个层设置在每个定子槽810中。此外，视图8B也表明，对于其余的相A至C、E和F分别设有与针对仅一个相、即说明相D的视图类似的绕组。
视图8C示出转子804中具有六个极靴860的局部，所述极靴分别具有交替的方向性，以便在激励时借助于在励磁相862中的直流电流分别产生具有相对于相应的相邻极靴的相反方向的磁场。每个极靴860具有极靴头864，所述极靴头例如是箭头形的，如图8D中可看到的那样。转子804的运动方向符合规定地沿运动箭头866的方向定向。两个极靴860并进而两个转子极、即转子极对总共在12个定子齿808或12个定子槽810上并进而在六个定子极对上延伸。
图9示出或说明用于十二极的十二相同步发电机的绕组图案，其与图8的示图非常相似。所基于的同步发电机具有四个区段931至934。第一和第三区段931和933形成第一区段组并且第二和第四区段932和934形成第二区段组。这两个区段组中的每个具有两个三相绕组，即各六个绕组。为了说明，然而分别示出仅一个绕组或仅一个绕组相950或980。图9同样示出以视图8A至8D形式的四个视图，即相应地作为视图9A至9D。然而，图9A仅描述连续的绕组相950或980。
对于由第一和第三区段931和933构成的第一区段组，绕组相950在共同的中性点995处起始。绕组相950是三相绕组的部分，所述绕组具有两个其他的但在图9中未示出的绕组相。由此，所述三个绕组相形成三相系统并且在中性点995处彼此连接。从所述中性点995起，绕组相950首先穿过第一槽951引导并且穿过第二槽952引回并且穿过在三条环958中的这两个槽951、952并进而铺设在电磁上有效的四个匝。接着，所述绕组相950进一步引向第一区段931并且在那穿过第三槽953铺设并且穿过第四槽954引回，直至形成三个环。于是，绕组相在第五槽955中继续并且在形成三个环的情况下多次穿过第六槽956引回。最后，用于绕组相950的示图在连接点996处结束。从所述连接点起，绕组相950或另一连接的电导线引向整流器如根据图6的B-6整流器61，即一个支路有两个二极管。
以相同的方式和方法，其余的槽设有这两个三相系统的其余五个相，使得第一和第二区段931和933的所述第一区段组的所有槽被填满。
相应地，进行具有绕组相980的第二区段组的第二和第四区段932和934的缠绕。所述绕组相从共同的中性点998经由第一至第六槽981至986以相应的环988缠绕并且在连接点999处结束，所述连接点用于连接到整流器。
根据图9的同步发电机具有第一和第二区段组，所述第一和第二区段组分别具有18个极对。因此，设有四个定子区段931至934，所述定子区段分别分组为两个区段组931和933以及932和934。因此，每个区段组不具有数量为四的倍数的极对并且因此定子组的定子区段具有不同数量的极对，即较大的定子区段931或932分别具有十二个极对而相应较小的定子区段933或934分别具有六个极对。要指出的是，为了简化地示出绕组图案在图9中未示出所设置的交叉。图9要说明绕组图案。

Claims (17)

1.一种同步发电机(1)，尤其无齿轮传动的风能设备(101)的多极同步环式发电机(1)，所述同步发电机用于产生电流，所述同步发电机包括：
-转子(4)，和
-定子(6)，所述定子具有齿(8)和设置在其之间的槽(10)，所述槽用于容纳定子绕组，其中
所述定子(6)沿环周方向分成定子区段(31-34)，所述定子区段分别具有多个齿(8)和槽(10)，并且至少两个定子区段(31-34)沿环周方向相对于彼此错位或交叉。
2.根据权利要求1所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
至少一个齿(8)形成定子极并且两个定子极形成极对并且每个定子区段(31-34)的极对数量是二的倍数、尤其六的倍数。
3.根据权利要求1或2所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
设有四个定子区段(31-34)并且所述定子区段(31-34)分组为两个区段组(31，33；32，34)，其中每个区段组(31，33；32，34)的极对数量是四的倍数，或者区段组(31，33；32，34)的定子区段(31-34)具有不同数量的极对。
4.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
-每一个定子区段(31-34)的槽(10)和齿(8)等距地设置；并且
-至少两个所述定子区段(31-34)沿环周方向相对于彼此错位或交叉，使得相邻的定子区段(31-34)的相邻的齿(8)或相邻的定子区段(31-34)的相邻的槽(10)彼此间的间距与同一定子区段(31-34)的相邻的齿(8)或槽(10)彼此间的间距不同。
5.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
-第一定子区段(31)的第一槽和第二槽(10)或者
-所述第一定子区段(31)的第一齿和第二齿(8)彼此间具有为n*a的平均间距，其中
-a是所述第一定子区段(31)的两个相邻的槽(10)或齿(8)的平均间距，并且
-n是位于所述第一槽和第二槽(10)之间的槽(10)的数量或位于所述第一齿和第二齿(8)之间的齿(8)的数量小一，并且其中
-所述第一槽(10)距位于第二定子区段(32)上的另一槽(10)的平均间距或
-所述第一齿(8)距位于所述第二定子区段(32)上的另一齿(8)的平均间距为n*a+v或n*a-v，其中v说明在所述第一定子区段和所述第二定子区段(31，32)之间的错位或交叉并且大于0且小于a。
6.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
所述错位或所述交叉(v)具有在0.2*a至0.3*a之间的值、尤其是0.25*a的值。
7.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
每个定子区段(31-34)容纳所述定子绕组的一部分作为绕组区段(51-54)，并且不相邻的定子区段(31，33；32，34)的、尤其一个区段组(31，33；32，34)的绕组区段(51，53；52，54)彼此互连和/或所述绕组区段(51-54)与第一整流器和第二整流器(61-64)相互连接，其中两个整流器优选馈送到共同的直流中间回路上，尤其每个区段组(31，33；32，34)分别与构成为B12电桥的整流器连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
不相邻的定子区段(31，33；32，34)的绕组区段(51，53；52，54)彼此串联地电连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
所述定子绕组或所述绕组区段逐相地具有绕组相(850)，
-绕组相(850)在第一定子区段(31)中穿过第一槽(851)铺设并且穿过第二槽(852)引回，
-重复穿过所述第一槽和第二槽(851，852)的铺设，尤其为至少一个、尤其三个环穿过所述两个槽(851，852)并进而围绕位于其之间的齿(8)铺设，使得形成在电磁上有效的为四的线圈数，并且
-所述绕组相(850)的铺设在此意义上在第三槽和第四槽(853，854)中和必要时在相应另外的槽(855，856)中继续，直至所述绕组相(850)引向另一定子区段(833)的第一槽，或者在那与所述另一定子区段的绕组相连接，或连接到输出端上。
10.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
在所述第一槽和第二槽(851，852)之间或在至少一个所述环中存在五个槽(8)和六个齿(10)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
所述绕组相(850)连续地穿过区段组(31，33；32，34)的所有的定子区段(31，33；32，34)和/或穿过一个定子区段(31-34)缠绕。
12.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
所述定子(6)和/或所述定子绕组是点对称的、尤其关于所述同步发电机(1)的旋转轴线(2)点是对称的。
13.根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)，
其特征在于，
所述定子(6)的所有槽(10)是相同的并且所述定子区段(31-34)的错位或交叉(v)通过相应匹配的齿(8+，8-)实现，尤其通过沿环周方向在相邻的定子区段(31-34)的接触区域中的增大或缩小的齿(8+，8-)实现。
14.一种具有多个定子叠片的叠片组，所述多个定子叠片用于组合成定子叠片组，尤其是根据上述权利要求中任一项所述的同步发电机(1)的定子叠片组，其中每个定子叠片具有多个槽区域和多个齿区域，所述多个槽区域和多个齿区域用于制造槽(10)和齿(8)，并且所述叠片组包括：
-至少一个标准叠片，所述标准叠片具有齿区域和槽区域，所述齿区域和槽区域用于制造相同的槽(10)或齿(8)，
-至少一个拉伸叠片，所述拉伸叠片具有被拉伸的区域(38)
-用于制造沿环周方向加宽的齿(8+)或齿区域，或
-用于制造沿环周方向加宽的槽和槽区域，和
-至少一个压缩叠片，所述压缩叠片具有被压缩的区域(36)
-用于制造沿环周方向缩窄的齿(8-)或齿区域，或
-用于制造沿环周方向缩窄的槽或槽区域。
15.根据权利要求14所述的叠片组，
其特征在于，
-每个拉伸叠片沿环周方向偏心地、尤其大致在第一三分之一处或在最后三分之一处具有其被拉伸的区域(38)，和/或
-所述被拉伸的区域(38)沿环周方向是镜面对称的，和/或
-每个压缩叠片沿环周方向偏心地、尤其大致在第一三分之一处或在最后三分之一处具有其被压缩的区域(36)，和/或
-所述被压缩的区域(36)沿环周方向是镜面对称的。
16.一种用于制造定子叠片组的方法，所述方法包括下述步骤：
-由根据权利要求10的叠片组的标准叠片、拉伸叠片和压缩叠片制造第一叠片层，其中
-所述拉伸叠片设置在下述区域中，在所述区域中定子区段以正的错位彼此邻接，和
-所述压缩叠片设置在下述区域中，在所述区域中定子区段以负的错位彼此邻接
-制造第二叠片层，其中
-拉伸叠片和压缩叠片
-相对于所述第一层的拉伸叠片或压缩叠片转动，使得所述拉伸叠片或压缩叠片的上侧朝下以及所述拉伸叠片或压缩叠片的下侧朝上，并且
-所述拉伸叠片或压缩叠片分别以其拉伸区域或压缩区域叠置，由此通过下述方式形成相应的叠片的部分重叠，即所述拉伸区域或压缩区域偏心地设置。
17.一种风能设备(101)，其具有根据权利要求1至13中任一项所述的同步发电机(1)。
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