CN109412366B

CN109412366B - 用于直接驱动发电机的分段定子

Info

Publication number: CN109412366B
Application number: CN201810934953.3A
Authority: CN
Inventors: S.萨曼塔
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2038-08-16
Also published as: EP3444930B1; US11101722B2; EP3444930A1; US20190058380A1; CN109412366A

Abstract

本发明涉及一种用于直接驱动发电机的分段定子。一种制造用于发电机的定子的区段的方法，包括：‑制造在至少第一端槽和第二端槽之间周向地延伸的区段主体的第一步骤，‑将所述线圈集中绕组设置在所述区段主体的槽中的第二步骤，‑提供第一压板、第二压板，以用于分别将所述线圈保持在所述第一端槽和所述第二端槽中的第三步骤，‑对所述区段主体的所述槽中的线圈集中绕组施加真空压力浸渍的第四步骤，‑移除所述第一压板和所述第二压板以用于获得所述区段的第五步骤。

Description

用于直接驱动发电机的分段定子

技术领域

本发明涉及一种用于直接驱动发电机的分段定子，例如，用于风力涡轮机的直接驱动发电机。本发明还涉及一种制造分段定子的方法。本发明进一步涉及一种制造用于分段定子的定子区段的方法。

背景技术

发电机，例如安装在风力涡轮机中的发电机，通常包括相对于定子旋转的转子。

定子通常包括沿纵向轴线纵向延伸的框架主体，并且包括定子轭和从定子轭按照径向方向突出的多个齿。在定子中还限定了多个槽，每个槽由两个相邻的齿周向限定并且在定子轭和相应的齿径向端之间径向延伸。每个槽均容纳相应的绕组。

在该技术领域中，还已知构建直接驱动发电机，特别是用于风力涡轮机中的大型直接驱动发电机，包括具有分段结构的定子。定子区段可以被布置成沿着定子的圆周方向覆盖例如30度、60度、90度、120度（或任何其他角度）的弧。定子区段周向地连接在一起以形成定子（例如，定子可包括六个定子区段，每个定子区段覆盖60度的弧）。

对于这种类型的定子，可能期望使用集中绕组拓扑，该集中绕组拓扑由于较小的线圈悬垂而具有所示出的益处。特别地，与具有总轴向长度的定子相比，可以获得转矩的增加，即，包括有效长度和悬垂长度的长度，但是以分布式绕组拓扑为特征。

对于使用集中绕组拓扑的这种类型的定子，可能进一步期望制造已经包括绕组的区段，所述区段在制造过程的后续步骤中连接在一起以形成具有绕组的完整定子。

这种过程的主要不便之处在于确保每个区段的端线圈。由于线圈设计拓扑，在每个其极端圆周端处，定子区段必须包括相应的槽而不是齿。这发生是因为来自一个槽的每个线圈必须进入下一个相邻的槽。如果在定子的极端圆周端处使用半齿，则每个半齿与相邻区段的对应半齿连接，定子区段的与半齿相邻的槽将是半空的，因为空半部将必须包括来自相邻定子区段的绕组。如果在定子区段的一个圆周端处设置一个槽（在定子区段的另一个圆周端处设置齿），则是同样的。这显然与制造包括绕组的完整区段以将它们连接在一起以形成完整定子的要求形成对比。

可能的构造替代方案是在定子区段的圆周端处引入假齿或假半齿。然而，该解决方案效率不高，因为预期的电磁性能会丢失并且另外会产生更多的转矩波动。

因此，仍然需要提供一种定子设计，其有效地将集中绕组拓扑与定子的分段设计相结合。

发明内容

根据本申请的主题可以满足这种需要。

根据本发明的第一方面，提供了一种制造用于发电机的定子的定子区段的方法，该定子区段包括区段主体和线圈集中绕组，该方法包括：

- 制造在至少第一端槽和第二端槽之间周向地延伸的区段主体的第一步骤，第一端槽和第二端槽中的每者在区段主体的至少齿和相应的第一侧开口和第二侧开口之间周向地延伸，该区段主体周向地跨越在第一侧开口和第二侧开口之间，

- 将线圈集中绕组设置在区段主体的槽中的第二步骤，

- 在第一侧开口处设置第一压板和在第二侧开口处设置第二压板，以用于分别将线圈保持在第一端槽和第二端槽中的第三步骤，

- 对区段主体的槽中的线圈集中绕组施加真空压力浸渍的第四步骤，

- 移除第一压板和第二压板以用于获得定子区段的第五步骤。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于发电机的定子的定子区段，包括：

- 在至少第一端槽和第二端槽之间周向延伸的区段主体，第一端槽和第二端槽中的每者在区段主体的至少齿和相应的第一侧开口和第二侧开口之间周向地延伸，该区段主体周向地跨越在第一侧开口和第二侧开口之间，

- 在区段主体的槽中的线圈集中绕组。

特别地，这种定子区段可以通过上述制造用于发电机的定子的定子区段的方法获得。

根据本发明的第三方面，提供了一种制造发电机的定子的方法，包括：

- 如上所述制造多个定子区段，

- 以使得多个定子区段中的一个定子区段的第一端槽与多个定子区段中的另一个定子区段的第二端槽相邻的方式将多个区段周向地连接在一起。

根据本发明的第四方面，提供了一种通过上述方法获得的发电机的定子。特别地，根据本发明的定子包括多个槽，每个定子区段的第一端槽和第二端槽的周向延伸部为所述定子的每个槽的周向延伸部的一半。

包括本发明的定子的上述发电机可以有利地集成在风力涡轮机中。

有利地，在将真空压力浸渍施加到定子区段的步骤期间，分别通过第一压板和第二压板固定定子区段的第一端槽和第二端槽中的线圈。

根据本发明的实施例，制造定子区段的方法进一步包括在第三步骤和第四步骤之间的第一中间步骤，其分别在第一压板或第二压板与第一端槽或第二端槽中的线圈之间提供至少相分离器。

有利地，这允许制造包括已附接到端槽的相分离器的定子区段。

特别地，根据本发明的实施例，上述方法可以进一步包括，在第三步骤和第四步骤之间的第二中间步骤，其提供至少塑料箔，所述塑料箔将第一压板或第二压板分别与第一端槽或第二端槽中的线圈分开，或者与相分离器分开。

有利地，一旦已施加真空压力浸渍，塑料箔就允许容易地从线圈移除第一压板和第二压板。

根据本发明的其他实施例，将多个定子区段周向地连接在一起包括将连接元件插入一个定子区段的第一端槽与另一个相邻定子区段的第二端槽之间以用于将所述一个定子区段固定到所述相邻的定子区段的第六步骤。

在定子区段包括已附接到端槽的相分离器的情况下，连接元件可以为部分固化的树脂浸渍的绝缘层。在这样的情况下，将多个定子区段周向地连接在一起进一步包括通过将所述一个区段机械地压靠所述相邻定子区段而将所述一个区段固定到所述相邻定子区段的第七步骤。

在定子区段不包括已附接到端槽的相分离器的情况下，所述连接元件可以为玻璃纤维绝缘体条带。在这种情况下，周向连接在一起的多个区段包括通过在玻璃纤维绝缘体条带上浇注室温固化树脂而将所述一个定子区段固定到所述相邻定子区段的第七步骤。

根据本发明的其他实施例，可以提供用于存储和/或运输至少一个定子区段的容纳盒。

特别地，在容纳盒中可以设置第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板铰接到容纳盒，所述第一支撑板和第二支撑板分别可用于当容纳盒容纳一个定子区段时，支撑第一端槽和第二端槽中的线圈。在存储和/或运输期间，支撑板的功能类似于真空压力浸渍期间压板的功能。

从下文将描述的实施例的示例，本发明的上述方面和其他方面是明显的，并且参考实施例的示例进行解释。下面将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明不限于此。

附图说明

图1示出了根据本发明的与定子区段的轴向方向垂直的正视图。

图2示出了根据本发明的制造发电机定子的方法的第一实施例的第一框图。

图3示出了根据本发明的制造发电机定子的方法的第二实施例的第二框图。

图4示出了图2的方法的步骤。

图5示出了图2的方法的进一步步骤。

图6示出了在执行图3的方法时要使用的装置的顶视图。

图7示出了根据本发明的完整定子的沿轴向方向的局部顶部纵向视图。

图8示出了根据图7的剖面线VIII-VIII截取的图7的定子的剖视图。

具体实施方式

附图中的图示为示意性的。应指出，在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的附图标记。

用于发电机的定子（在附图中未整体表示）包括多个定子区段10。

参考图1，定子区段10包括沿着定子的纵向轴线Y（垂直于图1的平面）纵向延伸的区段主体11。以下术语轴向（或纵向）径向和周向参考定子的纵向轴线Y。

定子区段10具有常规结构，该常规结构包括多个齿15，多个齿15根据垂直于纵向轴线Y的径向方向R从区段主体11突出。定子区段10进一步包括多个中间槽23，每个槽23在两个相应的齿15、第一端槽和第二端槽22之间周向延伸。区段主体11在第一端槽21和第二端槽22之间周向延伸，第一端槽21和第二端槽22中的每者在区段主体11的相应的齿15（分别为定子区段10的第一齿15和最后齿15）和区段主体11的相应的第一侧开口31和第二侧开口32之间周向延伸。区段主体11在第一侧开口31和第二侧开口32之间周向跨越。

定子区段10进一步包括在区段主体11的槽21、22、23中的线圈集中绕组12。

根据本发明根据定子区段10的不同实施例，定子区段10可包括周向地包括在第一端槽21和第二端槽22之间的任何数量的中间槽23。第一端槽21和第二端槽22的周向延伸部为中间槽23的周向延伸部的一半。

根据本发明的可能实施例，根据本发明的定子区段10的最小版本仅包括在第一端槽21和第二端槽22之间的一个齿，即没有任何中间槽23。

参考图2和3，定子区段10可以根据以下方法1制造。

在方法1的第一步骤105中，制造区段主体11。

在方法1的第二步骤107中，线圈集中绕组12设置在区段主体11的槽21、22、23中。

在方法1的第三步骤110中，第一压板51设置在第一侧开口31处，以及第二压板52设置在第二侧开口32处，以用于分别将线圈保持在第一端槽21和第二端槽22中。在图4中示出了第一压板51设置在一个定子区段10的第一侧开口31处，并且第二压板52设置在另一个定子区段10的第二侧开口32处。然而，根据本发明，第一压板51和第二压板52两者被施加在同一定子区段10的相应的第一侧开口31和第二侧开口32处。在图4中示意性地示出有两个块的机械金属构件53、54设置在压板51、52和定子区段10之间，以在相应的第一侧开口31或者第二侧开口32处将压板51、52机械地连接到定子区段10。

由夹具构成的机械金属构件53、54的一个示例在图7和8中示出。每个夹具53、54分别在第一端槽21或第二端槽22中的相应的第一侧开口31或第二侧开口32与线圈集中绕组12的后表面12a之间起作用。线圈集中绕组12的后表面12a可在相应的空气管道59处接近，空气管道59设置有与纵向轴线Y正交的定子区段10。因此，每个夹具53、54施加在一个相应的空气管道59处。

在方法1的第四步骤115中，将真空压力浸渍（VPI）施加到定子区段10，并且特别是施加到先前设置在区段主体11的槽21、22、23中的线圈集中绕组12（利用该方法的第二步骤107）。

在方法1的第五步骤120中，在完成真空压力浸渍之后，移除第一压板51和第二压板52。在真空压力浸渍技术中使用的树脂确保了端槽21、22中的线圈绕组12保持就位，同时当压板51、52被移除时也是如此。在第五步骤120结束时，获得根据本发明的定子区段10。

仅参考图2，在上述方法1的可能的第一变体中，在上述第三步骤110和第四步骤115之间包括另外的方法步骤。

特别地，在第一中间步骤111中，相分离器61设置在第一压板51和第一端槽21中的线圈之间，并且另一相分离器61设置在第二压板52和第二端槽22之间。这允许在上述第五步骤120结束时，分别在第一侧开口31和第二侧开口32处获得包括两个相分离器61的定子区段10。在第二中间步骤112中，提供用于将第一压板51与第一端槽21中的线圈分开的塑料箔71，并且提供用于将第二压板52与第二端槽22分开的另一塑料箔71。当使用相分离器61时，塑料箔71被插入在相分离器61和压板51、52之间。作为塑料箔71，优选选择在该方法的第四步骤115中不粘附到在真空压力浸渍期间使用的树脂的材料箔。这确保了在方法1的第五步骤120期间容易地移除压板51、52。

分别参考图2和3，下面描述制造发电机定子的方法的两个实施例100、200。

通常，对于根据本发明的所有实施例，制造发电机的定子的方法包括首先通过制造上述定子区段10的方法1的步骤制造多个定子区段10。特别地，方法1可以包括第一步骤105、第二步骤107、第三步骤110、第四步骤115和第五步骤120的序列（如图3中所示）或第一步骤105、第二步骤107、第三步骤110、第一中间步骤111、第二中间步骤112、第四步骤115和第五步骤120的序列（如图2中所示）。在已完成制造定子区段10的方法1之后，方法100、200包括将多个定子区段10周向地连接在一起的阶段，使得一个定子区段10的第一端槽21与另一个定子区段的第二端槽22相邻。这种连接阶段包括第六步骤130，其将连接元件81插入在一个定子区段10的第一端槽21与另一个相邻定子区段10的第二端槽22之间，以用于将两个定子区段10彼此固定。

参考图2和5，制造发电机的定子的方法的第一实施例100在多个定子区段10已经制造之后施加，所述多个定子区段10包括在第一侧开口31处和在第二侧开口32处的相分离器61。在这样的实施例中，在方法100的第六步骤130处使用的连接元件81为部分固化的树脂浸渍的绝缘层。将多个定子区段10周向地连接在一起的阶段包括在第六步骤130之后的后续第一个第七步骤140，其通过将两个定子区段10彼此机械地压靠而将一个定子区段10固定到相邻的定子区段10。需要在相邻定子区段10的最后两个线圈之间施加压力，使得树脂可以从树脂浸渍的绝缘层81中出来并且将在一个定子区段10的第一端槽21和在相邻定子区段10的第二端槽22中的线圈绕组12连接在一起。

在图5中示意性地示出有块的另外的机械金属构件55设置在两个定子区段10之间以将它们彼此压靠。在第一个第七步骤140结束时，获得具有多个槽23的定子（未在附图中示出），所述多个槽具有全部相同的周向延伸部。在两个相邻定子区段10之间的界面处，槽23由连接在一起的一个定子区段10的一个第一端槽21和另一个定子区段10的一个第二端槽22构成。执行方法100的第八步骤150，以在槽23的径向端处提供多个楔形件，并通过在楔形件上浇注室温固化树脂将楔形件固定到所述定子。

参考图3和6，在已制造不包括相分离器61的多个定子区段10之后，应用制造发电机的定子的方法的第二实施例200。在这样的实施例中，连接元件81为玻璃纤维绝缘体条带。将多个定子区段10周向地连接在一起的阶段包括通过在玻璃纤维绝缘体条带81上浇注室温固化树脂将一个定子区段10固定到相邻的定子区段10的第二个第七步骤141。具有玻璃纤维的室温固化树脂胶将一个定子区段10的第一端槽21中和相邻定子区段10的第二端槽22中的线圈绕组12层压在一起。在第一个第七步骤140结束时，获得具有多个槽23的定子（未在附图中示出），所述多个槽具有全部相同的周向延伸部。在两个相邻定子区段10之间的界面处，槽23由连接在一起的一个定子区段10的一个第一端槽21和另一个定子区段10的一个第二端槽22构成。

可选地，在第五步骤120之后和第六步骤130之前，方法100、200可以进一步包括多个步骤。

特别地，可以提供用于存储和/或运输用方法1制造的一个或多个定子区段的容纳盒91（图6）。在容纳盒91中设置有第一支撑板92和第二支撑板93，第一支撑板92和第二支撑板93铰接到容纳盒91。当容纳盒91容纳一个定子区段10时，第一支撑板92和第二支撑板93分别可用于支撑第一端槽21和第二端槽22中的线圈。在存储和/或运输期间，支撑板92、93的功能类似于在方法1的第四步骤115处在所施加的真空压力浸渍期间压板51、52的功能。当容纳盒91用于存储和/或运输时，方法100、200包括在第六步骤130之前的用于将多个定子区段10周向地连接在一起的子组装阶段124、125。

当容纳盒91用于输送定子区段时，压板51、52在真空压力浸渍步骤之后被移除，并且定子区段10被放置在支撑板92、93之间容纳盒91内部。如下所述，紧接在组装过程之前，定子区段10将从容纳盒91被移除以形成完整的定子。

子组装阶段包括：

- 从相应的容纳盒91中抽出一个定子区段10并将定子区段10放置成与另一个定子区段10相邻近或两个相邻的定子区段10之间的步骤124，

- 将定子区段10机械地连接在一起的另一步骤125。

在子组装阶段之后，可以应用第六步骤130、第一个第七步骤140和第八步骤150的序列或第六步骤130和第二个第七步骤141的序列，以完成本发明的定子的制造。

Claims

1.一种制造（1）用于发电机的定子的定子区段（10）的方法，所述定子区段（10）包括区段主体（11）和线圈集中绕组（12），所述方法包括：

- 制造在至少第一端槽（21）和第二端槽（22）之间周向地延伸的区段主体（11）的第一步骤（105），所述第一端槽（21）和所述第二端槽（22）中的每者在所述区段主体（11）的至少齿（15）与相应的第一侧开口（31）和第二侧开口（32）之间周向地延伸，所述区段主体（11）周向地跨越在所述第一侧开口（31）和所述第二侧开口（32）之间，

- 将所述线圈集中绕组（12）设置在所述区段主体（11）的槽中的第二步骤（107），

- 在所述第一侧开口（31）处设置第一压板（51）和在所述第二侧开口（32）处设置第二压板（52），以用于分别将所述线圈保持在所述第一端槽（21）和所述第二端槽（22）中的第三步骤（110），

- 对所述区段主体（11）的槽中的线圈集中绕组（12）施加真空压力浸渍的第四步骤（115），

- 移除所述第一压板（51）和所述第二压板（52）以用于获得所述定子区段（10）的第五步骤（120），

提供（123）用于存储和/或运输多个定子区段（10）中的至少一个定子区段（10）的容纳盒（91），

其中，在所述容纳盒（91）中设置第一支撑板（92）和第二支撑板（93），所述第一支撑板（92）和第二支撑板（93）铰接到所述容纳盒（91），所述第一支撑板（92）和所述第二支撑板（93）分别可用于当所述容纳盒（91）容纳一个定子区段（10）时，支撑所述第一端槽（21）和所述第二端槽（22）中的所述线圈。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，在所述第三步骤（110）和所述第四步骤（115）之间：

- 分别在所述第一压板（51）与所述第一端槽（21）中的所述线圈之间以及在所述第二压板（52）与第二端槽（22）中的所述线圈之间设置至少相分离器（61）的第一中间步骤（111）。

3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括，在所述第三步骤（110）和所述第四步骤（115）之间：

- 提供至少塑料箔（71）的第二中间步骤（112），所述塑料箔（71）分别将所述第一压板（51）与所述第一端槽（21）中的所述线圈以及将所述第二压板（52）与第二端槽（22）中的所述线圈分开或与相分离器（61）分开。

4.一种制造（100、200）发电机的定子的方法，包括：

- 通过如权利要求1至3中任一项所述的方法制造多个定子区段（10），

- 以使得所述多个定子区段（10）中的一个定子区段（10）的第一端槽（21）与所述多个定子区段（10）中的另一个定子区段（10）的第二端槽（22）相邻的方式将所述多个定子区段（10）周向地连接在一起。

5.如权利要求4所述的方法，其中，将所述多个定子区段（10）周向地连接在一起包括：

- 在一个定子区段（10）的所述第一端槽（21）和另一个相邻定子区段（10）的所述第二端槽（22）之间插入连接元件（81）以用于将所述一个定子区段（10）固定到所述相邻的定子区段（10）的第六步骤（130）。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述连接元件（81）为部分固化的树脂浸渍层，并且其中，所述多个定子区段（10）周向地连接在一起包括第一个第七步骤（140），其通过将一个定子区段（10）机械地压靠所述相邻的定子区段（10），将一个定子区段（10）固定到所述相邻的定子区段（10）。

7.如权利要求5所述的方法，其中，所述连接元件（81）为玻璃纤维绝缘体条带，并且其中，所述多个定子区段（10）周向地连接在一起包括第二个第七步骤（141），其通过在所述玻璃纤维绝缘体条带上浇注室温固化树脂，将所述一个定子区段（10）固定到所述相邻的定子区段（10）。

8.如权利要求4所述的方法，其中，将所述多个定子区段（10）周向地连接在一起包括在插入连接元件（81）的第六步骤（130）之前的子组装阶段（124、125），所述子组装阶段（124、125）包括：

- 从相应的容纳盒（91）中抽出（124）一个定子区段（10）并将所述定子区段（10）放置成与至少另一个定子区段（10）相邻，

- 将所述一个定子区段（10）与所述另一个定子区段（10）机械地连接（125）。

9.一种用于发电机的定子的定子区段（10），包括：

- 在至少第一端槽（21）和第二端槽（22）之间周向地延伸的区段主体（11），所述第一端槽（21）和所述第二端槽（22）中的每者在所述区段主体（11）的至少齿（15）与相应的第一侧开口（31）和第二侧开口（32）之间周向地延伸，所述区段主体（11）周向地跨越在所述第一侧开口（31）和所述第二侧开口（32）之间，

- 在所述区段主体（11）的槽中的线圈集中绕组（12），

其中，设置用于存储和/或运输多个定子区段（10）中的至少一个定子区段（10）的容纳盒（91），

10.包括多个如权利要求9所述的定子区段（10）的发电机的定子，其中，以使得所述多个定子区段（10）中的一个定子区段（10）的第一端槽（21）与所述多个定子区段（10）中的另一个定子区段（10）的第二端槽（22）相邻的方式将所述多个定子区段（10）周向地连接在一起。

11.如权利要求10所述的定子，其中，所述定子包括多个槽（23），每个定子区段（10）的所述第一端槽（21）和所述第二端槽（22）的周向延伸部为所述定子的每个槽（23）的周向延伸部的一半。