CN108283024A - 用于发电机的定子以及用于风力涡轮机的磁通切换机 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于风力涡轮机的发电机(10)的定子(16)，所述定子(16)包括磁性框架(18)、磁体(36)和彼此间隔开的磁性区段(28)。磁体(36)用于将磁性区段(28)紧固到框架(18)。此外，提供了一种用于风力涡轮机的磁通切换机(10)，特别是用于风力涡轮机的发电机的磁通切换机(10)，所述磁通切换机(10)包括转子(12)和定子(16)。

Description

用于发电机的定子以及用于风力涡轮机的磁通切换机

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的发电机的定子。此外，本发明涉及一种用于风力涡轮机的磁通切换机。

背景技术

通常，风力涡轮机的发电机包括固定定子和移动转子。固定定子包括用于承载绕组的几个间隔开的区段。

因此，这些区段基本上是C形的，使得每个区段包括基底以及两个臂。一个区段的两个臂之一和相邻区段的邻近臂承载一个共同的绕组。这些区段还沿圆周布置以便围绕旋转的转子。

此外，相邻区段通过夹在这些区段之间的永磁体彼此固定。因此，这些区段由磁性材料制成。相邻区段的邻近臂都从不同侧面毗邻夹着的永磁体。

然而，永磁体和区段必须保持在其位置中，因为它们可以径向向外移动。因此，提供了与每个区段的基底和夹在相邻区段之间的永磁体接触的外轮缘。

已经证明，由于围绕并接触所有区段的轮缘对发电机的效率具有负面影响而发生泄漏磁通。

因此，本发明的目的是提供一种用于通过减少泄漏磁通来提高发电机的效率的简单的解决方案并方便这种机器的组装。

发明内容

提供了一种用于风力涡轮机的发电机的定子，其包括铁磁框架、磁体以及彼此间隔开的磁性区段。此外，磁体用于将磁性区段紧固到框架。

将磁性区段从诸如轮缘的环绕元件解耦，使得避免或至少减少泄漏磁通。这些区段与磁体接触，磁体转而与框架接触，以将区段保持在其位置中。不需要用于保持磁体和磁性区段的位置的环绕元件。该框架可以是发电机结构的部分，其可以耦合到发电机的壳体。磁体可以是永磁体。或者，磁体可以是电磁体或螺线管。

此外，每个磁性区段可以包括至少一个面向径向向内的C形轮廓，其中，每个磁性区段包括基底和两个臂。术语C形是指磁性区段的二维横截面表示，而磁性区段当然是三维的。

特别地，每个磁性区段可以基本上为C形，使得臂被形成在基底的外边缘处。

根据本发明的一个方面，框架可以包括支撑环和从支撑环径向向内延伸的固定杆。支撑环是定子的最外面部分，其给予定子刚度。固定杆可以相对于支撑环基本上垂直地布置。此外，固定杆可以径向向内呈锥形化。因此，固定杆可以被认为是锋利的齿。

此外，框架可以包括凹部，每个凹部形成在两个相邻的固定杆之间。当固定杆相对于支撑环垂直布置时，凹部可以被形成为环形分段。此外，可以将这些区段插入到间隙中以便实现定子的紧凑设计。

磁体中的至少一个可以被提供在一个磁性区段的两个臂之一和固定杆中的一个之间。因此，磁性区段通过磁体间接耦合到固定杆。由于锥形固定杆，所以确保区段保持其位置，因为它们不能径向向外移动。

根据本发明的另一方面，可以在每个磁性区段和框架之间提供间隙，该间隙特别能够由材料填充和/或用于冷却。该间隙确保在磁性区段和框架之间不提供直接接触，以避免或至少减少泄漏磁通。磁性区段仅仅与磁体接触。该间隙可以由诸如铜或铁的材料填充，以便建立混合激励的磁通切换机。

通常，每个磁性区段可以在其面侧中的两个上提供有至少一个磁体，其中，磁性区段和至少两个磁体形成分段，特别是预组装分段。面侧彼此相对。每个分段可以被单独组装，特别是被预组装。之后，可以将分段插入到对应的间隙中，使得提供在两个面侧上的磁体与限定对应间隙的固定杆相互作用以确保分段的固定。磁体可以胶粘到面侧。

此外，一个分段的磁体可以具有相反的磁性取向，以便确保到空气间隙中的磁通浓度。

相邻分段的磁体可以具有相同的磁性取向。相邻分段的相同的磁性取向改善了磁性区段的固定，因为相邻的磁性区段经由邻近的臂共享一个固定杆。相同的磁性取向确保磁场线从一个磁性区段的磁体直接延伸到相邻区段的磁体。这导致邻近磁体之间的吸引力。此外，为了确保所有相邻区段具有相同的磁性取向，使用偶数个区段。

根据本发明的一个实施例，磁性区段可以是€形的(就基本横截面几何结构而言，形状类似或基本上类似于货币欧元的符号)，使得提供两个中心腿和中间狭缝。术语€形(或欧元形)是指磁性区段的二维横截面视图，而磁性区段当然是三维的。磁场的这种设计引起磁通弱化。此外，改善了机械刚度以及固定。由典型的C形主要部分限定了€形，其中，提供至少突出到C形主要部分的内部区域中的两个附加平行臂。臂被布置在C形或C形弯曲主要部分的中心点(其在被认为是三维的情况下相当于线)的区域中，特别是使得每个臂具有距中间点(或在被认为是三维的情况下线)相同的距离，但是在该中心点(或在被认为是三维的情况下线)的不同侧上。中心点是C形主要部分的最外面点。对于确切的该表示中的字母“C”，中心点将是所显示的字符的最左侧的点。臂可以在C形主要部分的中心点中垂直于C形主要部分布置。

可以在狭缝内提供附加磁体，特别是永磁体。该附加磁体改善磁性区段的限定的磁化。

此外，附加磁体可以相对于用于紧固磁性区段的磁体具有相反的磁性取向。因此，磁性取向被更改为二比一，其中，具有第一磁性方向的磁体的数量相对于相反的磁性取向是两倍。

通常，磁体的强度可以保持与其尺寸几乎相同。

根据本发明的另一方面，磁性区段可以沿圆周间隔开。支撑环是定子的最外面部分，固定杆从支撑环径向向内延伸，使得在邻近固定杆之间形成径向分段的间隙。在这些间隙内，磁性区段在制造期间被插入，使得它们沿圆周被固定杆间隔开。

此外，提供至少一个绕组，特别是每个磁性区段的两个臂之间的至少一个集中绕组。绕组用于生成感应功率。可以通过集中绕组实现更高的特定电磁转矩，这意味着可以减小定子的重量和尺寸。

根据本发明的一个方面，磁性区段由铁或由层压堆叠制成。这些材料确保所需的刚度，此外，磁性区段可以被容易地制造并且价格低廉。

此外，磁体与支撑环间隔开。磁体仅经由固定杆与框架接触。据此，可以减少泄漏磁通。

此外，提供了一种用于风力涡轮机的磁通切换机，特别是用于风力涡轮机的发电机的磁通切换机，其包括转子和如上所述的定子。该磁通切换机易于组装，并且其具有更高的效率。上述定子的优点也可以应用于磁通切换机，因为这样的定子被提供。

本发明还提供一种风力涡轮机，其包括根据本发明的方面和实施例的定子和/或磁通切换机。

附图说明

本发明的另外的特征和优点将从下面的描述和从对其进行参考的附图变得显而易见。在附图中：

-图1是根据本发明的磁通切换机，

-图2示出具有根据第一实施例的分段的根据本发明的定子的细节，

-图3是可以由根据本发明的定子使用的根据第二实施例的分段的透视图，

-图4以分解图示出了图3所示的分段，

-图5是具有根据第二实施例的分段的根据本发明的定子的细节的透视图，以及

-图6是根据第三实施例的一个分段的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于风力涡轮机的磁通切换机10(特别是发电机)的示意图。

磁通切换机10包括具有转子齿14的转子12。转子齿14被提供在转子12的外圆周上。

此外，磁通切换机10包括定子16，定子16围绕转子12，使得转子齿14面向固定定子16。

定子16包括铁磁框架18，其由外部支撑环20和从支撑环20的内表面径向向内延伸的固定杆22形成。因此，固定杆22取向支撑环20的中心。

固定杆22还被形成为使得它们径向向内呈锥形化。因此，固定杆22可以被认为是锋利的齿。

通常，支撑环20和固定杆22一体地形成。

在邻近的固定杆22之间提供凹部24，其形成为环形分段(参见图2)。这些凹部24用于接纳分段26，其中，每个凹部24接纳一个分段26。

在该实施例中，每个分段26由基本上为C形的磁性区段28形成，该磁性区段28具有基底30和两个臂32，两个臂32从基底30在径向向内的方向上基本上垂直地突出。臂32布置在基底30的外边缘处，使得它们形成C形轮廓。术语C形是指磁性区段的横截面视图(二维)，而磁性区段28当然是三维的。

臂32具有面向圆周方向的两个面侧34，其中，每个面侧34被提供有磁体36，使得磁性区段28被两个磁体36横向包围。磁体36可以胶粘到面侧34上。在该实施例中，磁体36被形成为永磁体。

磁性区段28可以由铁或层压堆叠制成。

此外，每个分段26提供绕组38。绕组38被形成为集中绕组，其被插入在臂32的内侧之间，使得实现了分段26的紧凑设计。

每个分段26被插入到框架18的一个凹部24中，使得永磁体36各自毗邻对应的固定杆22。由于固定杆22的形状，提供了针对分段26的径向止动件，其确保保持分段26的位置，特别是磁性区段28、永磁体36和绕组38的位置。

由于框架18由磁性材料制成，所以永磁体36与框架18，特别是固定杆22以及与磁性区段28相互作用。因此，磁性区段28通过永磁体36固定到框架18。

因此，一个磁性区段28的永磁体36被取向为使得它们具有相反的磁性取向，其中，相邻分段26的邻近永磁体36具有相同的磁性取向。这确保了更好的固定，因为相邻区段28的邻近永磁体36彼此相互作用，从而在它们之间建立吸引力。

这由图1中的箭头M示出，其表示磁体36的磁通方向以及磁性区段28的磁通浓度(虚线箭头)。

此外，当在基底30和支撑环20之间形成间隙40时，在每个插入段26和支撑环20之间存在间隙40。这些间隙40确保在磁性区段28中的一个和环绕磁性区段28的外部支撑环20之间不提供直接接触。

永磁体36可以以完全面对的方式被设置在面侧34上，使得每个间隙40在两个邻近的固定杆22之间延伸，从而确保在永磁体36中的一个和支撑环20之间不提供直接接触。

在图1所示的实施例中，定子16包括十二个凹部24和插入到这些凹部24中的十二个分段26。

由于凹部24的形成，所以分段26以及特别是永磁体36，磁性区段28以及绕组38全都是沿圆周设置的。此外，当固定杆22将分段26彼此分离时，分段26沿圆周间隔开。

从图1可以看出，每个分段26的内圆周表面42可以具有圆形形状，使得所有分段26和固定杆22形成径向向内面向转子12及其转子齿14的连续表面。

在图3至图5中，示出了分段26的第二实施例，其中，C形磁性区段28被修改。根据第二实施例的磁性区段28具有€形，因为两个中心腿44和中间狭缝46被形成。术语€形或欧元符号形是指磁性区段28的横截面视图，而磁性区段28当然是三维的。两个中心腿44被取向为平行并突出到€形磁性区段28的内部区域，该€形磁性区段28还包括在两个中心腿44旁边的C形主要部分45。两个中心腿44被布置在距C形或C形弯曲主要部分45的中心点47(或相反中心线47)相同的距离处，其中，它们主要垂直于主要部分45的中心点47的切线而取向。中心点47是指€形磁性区段28的二维横截面视图，而47则是如由图3和图4中虚线所示的来自三维透视图的沿着磁性区段28的主体(特别主要部分45)延伸的中心线。

此外，磁体48被插入狭缝46中，该狭缝46可以具有与设置在磁性区段28的面侧34上的其他永磁体36相同的磁力。磁体48也可以是永磁体。

然而，磁体48的取向可以与永磁体36相反，使得与磁性取向有关的关系为2:1，因为提供了面侧34上的两个永磁体36和具有相反磁性取向的一个磁体48。

如图4所示，绕组38在其中间部分具有空隙50，其用于当被插入到磁性区段28中时接纳中心腿44和磁体48。因此，提供了分段26的紧凑设计。

在图5中，示出了包括第二实施例的分段26的定子16的透视图。

径向向内锥形的固定杆22以及圆形表面42变得明显。此外，示出了可由诸如铁或铜的材料填充的间隙40，以便提供混合式可激励磁通切换机10或用于冷却目的。

由于磁性区段28通过永磁体36固定到框架18，所以在框架18内不需要固定孔。

通常，磁通切换机10的相位差由定子分段26和转子齿14的数量的组合来管理。

提供了一种定子16以及磁通切换机10，其减少了泄漏磁通，因而提高了效率。

在图6中，示出了区段26的第三实施例，其包括基底30和承载绕组52的两个臂32。

与前述实施例中所示的C形区段26不同，臂32不被提供在附接有磁体36的基底30的外边缘处。

然而，该区段26还具有形成在臂32和基底30的位于臂32之间(特别是彼此面对的腿32的表面之间)的部分之间的C形轮廓54。

当区段26被附接到未在该图中示出的框架时，C形轮廓54面向径向向内。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机的发电机的定子，所述定子包括铁磁框架磁体和彼此间隔开的磁性区段，其中，所述磁体用于将所述磁性区段紧固到所述框架。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，每个磁性区段至少具有面向径向向内的C形轮廓，并且包括基底和两个臂，特别地，每个磁性区段基本上为C形。

3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，所述框架包括支撑环和从所述支撑环径向向内延伸的固定杆。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述框架包括凹部，每个凹部形成在两个相邻的固定杆之间。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的定子，其特征在于，所述磁体中的至少一个被提供在一个磁性区段的两个臂之一和所述固定杆中的一个之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，在每个磁性区段和所述框架之间提供间隙，所述间隙特别地能够由材料填充和/或用于冷却。

7.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，每个磁性区段在其面侧中的两个上被提供有至少一个磁体，其中，所述磁性区段和所述至少两个磁体形成分段，特别是预组装分段。

8.根据权利要求7所述的定子，其特征在于，一个分段的磁体具有相反的磁性取向。

9.根据权利要求7或8所述的定子，其特征在于，相邻分段的磁体具有相同的磁性取向。

10.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，所述磁性区段为€形，使得提供两个中心腿和中间狭缝。

11.根据权利要求10所述的定子，其特征在于，在所述狭缝内提供附加磁体，特别是永磁体。

12.根据权利要求11所述的定子，其特征在于，所述附加磁体相对于用于紧固所述磁性区段的所述磁体具有相反的磁性取向。

13.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，所述磁性区段沿圆周间隔开。

14.根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，提供至少一个绕组和/或所述磁性区段由铁制成或通过层压堆叠形成，所述至少一个绕组特别是每个磁性区段的两个臂之间的至少一个集中绕组。

15.一种用于风力涡轮机的磁通切换机，特别是用于风力涡轮机的发电机的磁通切换机，包括转子和根据前述权利要求中任一项所述的定子。