CN107580746A - 无传动装置的风能设备的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成型线圈(8)，所述成型线圈是无传动装置的风能设备(100)的同步发电机的转子的成型线圈，所述成型线圈用于围绕限定中心轴线的极靴设置，其中所述成型线圈(8)具有多个匝(3)和由叠片(2)组成。

Description

无传动装置的风能设备的转子

技术领域

本发明涉及一种成型线圈，所述成型线圈是无传动装置的风能设备的同步发电机的转子的成型线圈。此外，本发明涉及一种具有这样的成型线圈的发电机，并且本发明涉及一种具有这样的发电机的风能设备。此外，本发明还涉及一种用于制造成型线圈的方法。

背景技术

风能设备是已知的并且具有发电机。在此，现代的和强大的风能设备应用无传动装置的设计方案，其中发电机能够由风能设备的空气动力学的转子直接地、无需中间接入传动装置地驱动。这样的发电机也称为无传动装置的风能设备的发电机。这样的发电机的特征在于大的气隙直径。这样的气隙直径可以具有直至10m的值，如例如在E-126型的ENERCON风能设备中情况如此。在此，4m至5m的气隙直径在无传动装置的风能设备中是常见的。

此外，这种无传动装置的风能设备的发电机是多极的并且尤其可以构成为环形发电机，其中电作用和磁作用的元件基本上仅存在于气隙周围的环形区域中。

为了在未使用永磁体的转子中建立磁场，对于每个转子极或每个极靴设有励磁绕组，以便经由相应的电激励产生磁场。这样的发电机或这样的同步机也能够称为他励的发电机或他励的同步机。此外，下文中用术语“转子”表示发电机的转子。除非另作说明。

为了产生磁场，需要相应的励磁电流，特别是在额定运行中所述励磁电流也会引起相应的励磁绕组和相应的极靴的发热。这种发热的主要原因是，在励磁绕组中产生电流热，在他励的无传动装置的风能设备中存在其中一些励磁绕组。这种发热会是极大的，尽管绕组大部分由于使用铜而具有相对低的欧姆电阻。此外，这样的铜绕组在其之间大部分会具有中间空间，所述中间空间至少妨碍热传递并进而妨碍散热。此外，无传动装置的风能设备的设计方案按照铜价会是相当昂贵的，因为需要相当多的铜。另一方面，实际上不存在比铜具有更好的传导性的材料，至少在工业领域中可用的材料之中不存在。

此外，所描述的他励的设计方案还会由于如下原因是耗费的：极靴与其绕组为了绝缘浸渍到相应的绝缘浴中，这通常实施为，使得浸渍完成装配的整个转子。除了由此施加的绝缘常常妨碍热传递并进而妨碍散热的问题之外，将这样的完整的转子浸渍到相应的绝缘浴中也是耗费的。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是，解决上述问题中的至少一个。尤其要提出下述解决方案，所述解决方案是更低成本的和/或热学上更有效，尤其能够更好地将热导出。至少相对于目前已知的解决方案要提出一种替选的解决方案。

根据本发明，提出一种根据权利要求1所述的成型线圈。因此，提出无传动装置的风能设备的同步发电机的转子的成型线圈，所述成型线圈用于围绕限定中心轴线的极靴设置。在转子的极靴上使用成型线圈隐含，这涉及他励的同步发电机。因此，成型线圈围绕极靴设置。在该设置方式中，成型线圈于是是所述极靴的励磁绕组并且产生磁场，所述磁场在极靴中被引导并且基本上平行于极靴的中心轴线伸展。

在此，成型线圈具有多个匝并且由叠片组成。因此，所述匝由叠片组成。

相应地在所述无传动装置的同步发电机中，成型线圈分别由叠片组成。由此尤其可以实现的是，每个匝的这些叠片平面地贴靠，并且由此，如果沿层方向出现不同的温度，可以对相邻的叠片进行改善的热传递。此外，也能够在每个叠片内比较好地进行热传递，因为在该处不存在隔热的中间空间。在此，热传递能够特别直接地在径向上向外进行。

此外能够通过使用叠片良好地预先确定叠片的形状并且进而预先确定成型线圈的整体形状并且在其余方面也予以影响。

优选的是，所述叠片沿极靴的轴向方向，即沿关于极靴的中心轴线的轴向方向层叠。尤其是，所述叠片仅沿极靴的该轴向方向层叠，即在每个平面中仅有一个叠片而没有并排的多个叠片。因此，自极靴或其中心轴线起，在成型线圈中沿径向方向不存在中断，因为每个叠片当其仅沿轴向方向层叠时从极靴径向离开向外伸展。相应地，热也能够在每个层中径向向外导出到成型线圈的径向外边缘。因此，能够有利地构造热传递并进而结果有利地构造冷却过程。

根据一个实施形式提出，叠片构造为，使得成型线圈相比于平坦的表面具有增大的表面，尤其是由于叠片的斜切的棱边和/或由于相邻的叠片的不同的宽度而引起的带棱纹的或带肋纹的表面。这涉及背离极靴的表面，即关于极靴或其中心轴线径向向外取向。所述表面也能够称作为外表面。尤其，这可以涉及下述表面，所述表面共同形成成型线圈的基本上环绕的外侧表面。在该区域中因此叠片能够设有斜切的棱边。如果现在具有斜切的棱边的所述叠片彼此堆叠或层叠，以便形成成型线圈，那么所述斜切的棱边组成带棱纹的表面。此外或替选地，叠片能够设有不同的宽度，尤其设有交替不同的宽度。如果所述叠片彼此层叠，因此每第二个叠片突出并由此形成肋状结构或肋状形状并进而在该处形成带肋纹的表面。

在两个示例地详述的情况中，结果是成型线圈的整个外表面增加。特别是，当此外每个叠片从极靴连续地伸展至所述带棱纹的或带肋纹的表面时，在该处能够相对容易地传输热并且更容易地在该增大的表面上将其辐射。还考虑的是，设有下述构造，在该构造中冷却介质如空气流沿着所述棱部或肋部流动，以便由此在该处将热散出。

根据另一实施形式提出，所述成型线圈分别具有由叠片构成的半个匝或一个匝，并且所述叠片组成为成型线圈的多个匝。对于由叠片构成或由叠片提供半个匝的情况优选提出，这样的叠片是大致L形的。这具有特别的优点：这样的叠片能够以非常少的边角料冲制。特别是两个相同的L形状能够拼合成矩形或者冲制成矩形形状。

以这种方式和方法，能够逐平面地准备叠片或者逐平面地准备两个叠片。因此，这样的叠片能够基本上由平坦的金属板成型。对此考虑，由大的整个金属板冲制出相应的叠片或者例如通过激光切割来切割出相应的叠片。特别是在使用多个L形的叠片时，所述叠片能够以非常少的边角料切割出。因此仅还需要将所述单叠片连接。这例如能够通过焊接或钎焊进行并且在两个这种所提及的示例中由此也产生具有高的电导率的连接部。优选地，此外或者替选地也能够设有形状配合的连接部，例如所谓的燕尾连接部，其中两个待连接的部件之一具有大致燕尾形的凸起，而所述另一部件具有与此对应的燕尾形的凹部。

因此，特别是切割出或冲制出所述叠片，使得这样切割出或冲制出的形状匹配于所述极靴，成型线圈和由此各相关的匝要包围所述极靴。所述匝围绕所述极靴放置因此并不通过将材料围绕所述极靴弯曲的方式进行，而是冲制出所述形状并且不再需要弯曲。由此也可行的是，实际上构造围绕所述极靴的任何任意的形状。尤其，这种由叠片制成的匝也能够紧密地围绕尖锐的棱边构造和放置。由此由原理决定地避免在围绕这样的尖锐的角部或棱边弯曲时材料中可能会产生的问题。

根据一个优选的设计方案，叠片由铝制成。铝具有比铜差的传导性，然而在此重量较轻。因此例如能够将转子或其极靴连带成型线圈在其结构形状上略微增大，所述成型线圈也能够称为极靴线圈。因此可以提出一种转子，该转子在电学上表现类似于在例如略微较小的结构空间中具有铜线圈的转子。这样的具有铝的构造因此会比具有较小的结构体积的类似的铜解决方案更轻。此外可以预期，这样的铝解决方案也会比类似地描述的铜解决方案价格更低廉。因此令人意外地能够通过使用铝改善这种情况，尽管铝比铜传导性差。

根据一个设计方案，叠片由铜制成，特别是以便利用铜的良好的传导性。

优选的是，成型线圈的特征在于，所述成型线圈为了绝缘而浸渍到具有绝缘漆的浴中，尤其是不带极靴并且不带其它绕组体地浸渍。在这种情况下成型线圈的质量也发挥作用，即所述成型线圈在不具有极靴的情况下能够具有高的机械稳定性。所述成型线圈因此能够为了绝缘而浸渍到具有绝缘漆的浴中，在此无需安置在极靴上。尤其，所述浸渍过程是可行的，而不必将整个转子浸渍。成型线圈的这种浸渍，尤其是单独浸渍也可视为，即通过如下方式：绝缘漆到处都均匀地润湿成型线圈的叠片并且在凝固之后相应均匀地覆盖所述叠片。优选地，成型线圈以略微展开的状态浸渍，其方式为：至少实现在叠片平面之间有较小的间距，从而使绝缘漆也能够到达叠片之间。

根据本发明还提出一种发电机，所述发电机设置用于无传动装置的风能设备并且具有带有成型线圈的转子，所述成型线圈如上文中结合至少一个实施形式已描述的那样构成。

根据本发明还提出一种具有这样的同步发电机的风能设备。

此外，根据本发明提出一种用于制造根据权利要求9所述的成型线圈的方法。

据此，首先从大的金属板中切割出或冲制出叠片，尤其两个叠片。然后根据叠片以何种形状和以何种数量存在，将这些叠片连接成一个或多个匝。尤其，冲制出或切割出多个叠片，使得由此能够制造成型线圈的完整的绕组。

例如，对于具有20个匝的绕组的成型线圈而言前提是，冲制出或切割出40个L形的叠片。所述L形的叠片然后能够逐渐组合和连接，如例如焊接或钎焊，以便由此形成这种被组合的绕组。尤其，在该示例中在子步骤中各两个L形的叠片连接成一个匝。必要时，第一和第四十个叠片与其余38个叠片不同，因为这两个叠片必须设有相应的端子。否则也能够假设，完整的绕组基本上形成成型线圈。在此，在语言上尤其因此在这两个元件之间加以区分，因为绕组也能够表示相对于制成的成型线圈的中间状态，例如不具有绝缘漆的成型线圈。

相应地也提出，将这样制成的绕组浸渍到具有绝缘漆的浴中，以便由此使所述绕组绝缘，即也使各个匝和进而各个叠片相互间绝缘，当然除了连接部位之外，但是在所述连接部位处也考虑，再次移除所涂覆的绝缘漆。

根据本发明还提出一种用于制造设有成型线圈的极靴的方法。据此，首先根据所描述的实施形式中的至少一个制造或提供成型线圈。为此，所述制造能够按照所描述的制造方法根据所描述的实施形式中的至少一个来实施。

于是，将所述成型线圈安置或推移到极靴上并且然后与极靴这样组装的成型线圈被填充，尤其用合成树脂填充。在此能够使用传统的合成树脂，所述合成树脂在其它情况下也用于浸渍或填充线圈或变压器。

因此能够将所述成型线圈良好和牢固地并且以相对简单的方式和方法固定在极靴上。由此解决下述问题：通过传统的缠绕并不形成牢固的连接。

在这种情况下优选使用铝构成的成型线圈，并且所述成型线圈能够通过所描述的制造或连接方法良好地固定。在此，也考虑到下述事实：铝相较于铜随着温度更强地膨胀，并且此外也比芯明显更强地膨胀，在此，在所述芯上其应放置在极靴上。

此外或替选地提出，成型线圈的尺寸确定为，使得所述成型线圈能够松散有略微间隙地安置或推移到极靴上。在此，也考虑不同的膨胀系数，并且通过成型线圈的这种略微更大的尺寸设计形成在成型线圈和极靴之间的相应略微更大的中间空间。然后将所述中间空间以所描述的方式和方法用树脂填充，并且相应地使用更多的树脂，所述树脂因此必要时能够提供由于所提及的不同的温度系数而可能会需要的补偿。

附图说明

现在，在下文中示例性地参照所附的附图详细阐述本发明。

图1以立体视图示出风能设备。

图2示意性地示出用于成型线圈的两个L形的叠片。

图3以立体的且示意性的视图示出由根据图2的叠片构成的成型线圈的绕组或成型线圈。

图4和图5以示出轮廓的侧视图图解说明不同的带棱纹的表面。

图6以立体视图示出成型线圈的绕组的一部分。

图7示出设置在吊舱中的发电机的局部。

具体实施方式

图1示出风能设备100，所述风能设备具有塔架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和整流罩110。所述转子106在运行时被风置于转动运动中并进而驱动吊舱104中的发电机。

图2以俯视图示出两个L形的叠片2。这两个L形的叠片2能够具有相同的形状并且在连接缝4处彼此连接成绕组3。由此也能够避免从一个匝到下一个匝的重叠。在其它连接棱边6和7上，这两个L形的叠片2能够与其它叠片即在更高或更深的层片或平面中连接，以制造成型线圈，这在此在图2中没有示出。

图3于是示意性地示出完成的绕组8，所述绕组由八个层片并进而16个根据图2的叠片2组成。因此，绕组8基本上已经形成成型线圈。

图4以侧视图示出绕组8’的四个层片，所述侧视图对应于根据图3的绕组8的右侧的视图。然而，在图4中未示出连接缝4并且此外在图5中也未示出连接缝4。更确切地说，图4要通过示出其轮廓来图解说明外表面10。所述外表面10由各个叠片2’的棱边形成，所述叠片通过挤压过程而具有拱曲的棱边12。所述叠片2’以其拱曲的棱边12的层叠得到所示出的带棱纹的表面10，在图4中通过所选择的立体图示出表面的轮廓。

在图4中还示出绕组8’的又一局部并且在这两个绕组8’之间形成空气通道14，所述空气通道的侧壁通过外表面10的轮廓限定。

因此一方面已实现，外表面10的表面通过拱曲的棱边12增大并且此外实现，获得具有引导沟或引导槽的空气通道14。

图5示出叠片2”的一个替选的构成方案。所述叠片2”具有经切割的棱边16，所述棱边因此也引起具有增大的表面的外表面18。

为此，除了子绕组8”以外也局部地示出两个另外的子绕组8”。其在图5中的视图只应用于示出得到的空气通道20或20’的不同可能性。在空气通道20中，即在图5中左部所示，切割棱边在空气通道20两侧沿相同的方向取向并且由此给定空气通道20的形状。

在右部示出的空气通道20’中，相邻的切割棱边16和16’相反地定向，这对外表面18或18’的尺寸没有影响，但是对空气通道20’的形状有影响。

图6最终以立体视图示出绕组68的一部分，所述绕组由五个L形的叠片62分别在连接缝64处组成。此外，图6的绕组68或子绕组68略微展开地示出。在所述位置中，所述子绕组68能够良好地浸渍到由绝缘漆构成的浴中。但是在此这仅以图解说明的方式示出并且优选对于完整的绕组而言才建议这样的绝缘浸渍过程，即在还补上另外的叠片62的情况下。

图7示意性地以侧视图示出发电机130。所述发电机具有定子132和可相对于所述定子转动地支承的电动力学的转子134并且借助其定子132经由轴颈136固定在机器载体138上。定子132具有定子载体140和定子叠片组142，所述定子叠片组形成发电机130的定子极并且经由定子环144固定在定子载体140上。电动力学的转子134具有转子极靴146，所述转子极靴形成转子极并且经由转子载体148和轴承150可围绕转动轴线152转动地支承在轴颈136上。定子叠片组142和转子极靴146仅分开有窄的气隙154，所述气隙为数毫米厚，尤其小于6mm，但是具有数米的直径，尤其大于4m的直径。定子叠片组142和转子极靴146各自分别形成环并且一起也是环形的，使得发电机130是环形发电机。根据规定，发电机130的电动力学的转子134连同空气动力学的转子的转子毂156一起转动，其中示出转子叶片158的起始部分。

因此，根据本发明提出一种由组合的叠片构成的成型线圈。所述成型线圈也可以称为极靴线圈。优选地，这样的极靴线圈由一半或全部匝构成，所述匝从金属板切割，通过合适的连接技术组合。因此得到叠片线圈。焊接，例如搅拌摩擦焊接，和钎焊特别适合作为连接技术，因为由此能够建立所需的导电连接。

例如将激光切割、水切割和冲压考虑作为切割技术。一半匝在切割时具有下述优点：能够将所述一半匝以L形或者尽可能类似地从金属板切割并且由此具有非常少的边角料。

与一半匝相比，在使用全部匝时具有下述优点：仅需要一半那么多的连接部，而在裁切时会产生显著更多的边角料。

本发明的显著优点是，与由线缠绕的线圈相比提供极靴的改进的冷却。这特别是通过下述方式实现：在所提出的解决方案的每个匝中，热可以直接流到线圈表面。与竖直缠绕的线圈相比，所切割的叠片线圈以任意的二维几何形状制造并进而不需要弯曲梯度，在竖直缠绕的线圈中叠片或类似的能传导的材料以其面围绕中心轴线设置并且不垂直于中心轴线设置。其中要不然竖直缠绕的线圈相对于热流而言可以具有类似于在此提出的解决方案的优点。

对于所提出的成型线圈或叠片线圈或极靴线圈，其中所述术语能够同义地应用，铜适合但铝也是适合的。在此，由于上文中已经阐述的原因，铝优选被推荐。

此外提出，通过合适的切割工具或合适的再处理能够为线圈给出对于冷却适宜的轮廓。例如，线圈能够在外棱边处倾斜地切割，使得通过在线圈的外面上叠置的匝产生锯齿形表面。这样增大的表面引起至冷却介质的热传导提高，所述冷却介质通常是在极之间的空气。同样地，各个匝能够由叠片例如挤压成型，使得在外棱边上产生合适几何形状的冷却片或冷却肋。

因此，通过本发明特别是实现线圈的冷却改善。通过在导体材料内，即在匝的叠片内从内向外的非常好的热流，能够将所产生的热直接输出到线圈表面。

除了浸渍由叠片制成的绕组，也考虑使用完成绝缘的叠片。然后必要时还必须在焊缝处进行重新绝缘。

此外，在所提出的解决方案中，除了良好的导热性和散热性，与以传统方式缠绕的线圈相比也具有略微更好的填充系数。

此外，所提出的解决方案能够引起更大的或更高的绕组头，但是对此在无传动装置的风能设备的发电机中通常存在足够的空间。可能稍高地出现的磁损耗能够容易地通过一个或两个另外的匝补偿。

Claims (13)

1.一种成型线圈(8)，所述成型线圈是无传动装置的风能设备(100)的同步发电机的转子的成型线圈，所述成型线圈用于围绕限定中心轴线的极靴设置，其中所述成型线圈(8)具有多个匝(3)并且由叠片(2)组成。

2.根据权利要求1所述的成型线圈(8)，其特征在于，所述匝(3)在所述极靴的轴向方向上层叠，尤其是仅在所述极靴的轴向方向上层叠。

3.根据权利要求1或2所述的成型线圈(8)，其特征在于，所述叠片(2)构造为，使得所述成型线圈(8)具有相较于平坦的表面增大的表面(10)，尤其是通过所述叠片(2)的斜切的棱边(16)和/或通过相邻的叠片(2)的不同宽度引起的带棱纹的或带肋纹的表面。

4.根据上述权利要求中任一项所述的成型线圈(8)，其特征在于，每个匝(3)或半个匝(2)由叠片(2)组成并且所述叠片(2)组成为所述成型线圈(8)的多个匝(3)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的成型线圈(8)，其特征在于，所述叠片(2)由铝或铜制成。

6.根据上述权利要求中任一项所述的成型线圈(8)，其特征在于，为了绝缘，所述成型线圈(8)浸渍到具有绝缘漆的浴中，尤其是不带所述极靴地浸渍到具有绝缘漆的浴中。

7.根据上述权利要求中任一项所述的成型线圈(8)，其特征在于，每两个L形的叠片连接成一个匝，其中这每两个L形的叠片具有相同的形状并且利用连接缝彼此连接成一个匝。

8.一种无传动装置的风能设备(100)的同步发电机，所述同步发电机具有转子，所述转子具有至少一个根据上述权利要求中任一项所述的成型线圈(8)。

9.一种风能设备(100)，所述风能设备具有根据权利要求8所述的同步电机。

10.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的成型线圈(8)的方法，其包括如下步骤：

-冲制出或切割出至少两个叠片(2)，用以产生所述成型线圈(8)的一个或多个匝(3)，以及

-将所述叠片(2)连接成一或多个匝(3)，尤其是连接成所述成型线圈(8)的完整的绕组(8)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在将所述完整的绕组(8)的所述叠片(2)连接之后，将所述绕组(8)浸渍到具有绝缘漆的浴中。

12.一种用于制造设置有成型线圈(8)的极靴的方法，其包括如下步骤：

-制造或提供根据权利要求1至7中任一项所述的成型线圈(8)，

-将所述成型线圈(8)安置在所述极靴上，以及

-将在成型线圈(8)和极靴之间的中间空间填充，尤其以合成树脂填充所述中间空间。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

-所述成型线圈(8)由铝制成，和/或

-所述成型线圈(8)尺寸设计为，使得所述成型线圈能够松散有略微间隙地安置到所述极靴上。