CN110192327A - 定子部段的叠片组的承载结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机的定子部段(13)的叠片组(9)的承载结构体(17)，电机具有外转子，承载结构体具有：两个接合板(5)和两个弯曲的压板(1)，它们分别利用它们的纵侧面相互对置，接合板和压板包围一个能预设的空间并且能够在接合板和压板的邻接边缘处相连；在压板(1)之间基本沿径向指向的板条或肋条(3)；至少一个具有多边形留空部的元件，该元件与肋条(3)的纵侧面连接并且形成承载结构体(17)的基板。

Description

定子部段的叠片组的承载结构体
技术领域
本发明涉及一种外转子式发电机的定子部段的叠片组的承载结构体、一种定子部段、一种定子、一种外转子式发电机、一种风力发电设备、以及用于定子部段或定子的制造方法。
背景技术
在大型电机、尤其是运转缓慢的扭矩电机和发电机中有利的是，定子的叠片组不作为整体制造。因此，定子的叠片组以分段的结构形式、也就是按部段构造，这些部段以后在定子处组装成一个封闭环。
在利用外转子直接驱动的大型风力发电机中，通过将这种定子部段拧紧到与风力发电设备的机舱的机器安装室连接的法兰上，实现各个定子部段的安装。具有内转子的定子的分段式构造例如由文献US 2012/0133145或者WO 2014/000757A1公开。
然而，在这些实施方案中不利的是，为了实现定子部段和定子在机舱内的稳定固定，机械方面的开销巨大。因为充分固定只有在使用相应的机械开销和由此附加的重量的情况下才能实现，所以这尤其在风力发电设备的机舱中是不利的。
发明内容
因此，本发明所基于的目的是，给出一种用于定子的定子部段的承载结构体，该承载结构体特别轻，但能够承受并且吸收在风力发电设备运行时出现的力。
提出的目的通过一种电机的定子部段的叠片组的承载结构体来实现，电机具有外转子，承载结构体具有：
-两个接合板和两个弯曲的压板，它们分别利用它们的纵侧面相互对置，接合板和压板包围一个能预设的空间并且能够在接合板和压板的邻接边缘处相连；
-在压板之间基本沿径向指向的板条或肋条；
-至少一个具有多边形留空部的元件，该元件与肋条的一个纵侧面连接并且形成承载结构体的基板。
提出的目的同样也通过一种具有根据本发明的承载结构体的定子部段来实现，其中，压板连同在叠片组的端侧上沿径向布置的压指(Druckfinger)一起在轴向上固定该叠片组。因此，不管叠片组是一体构造还是由沿轴向相互间隔开的子叠片组组成的，该叠片组是稳定的组合体。
提出的目的同样也通过一种具有根据本发明的承载结构体的、电机的定子部段来实现，其中，叠片组的在轴向上的固定通过压板并且通过用粘合漆粘住叠片组的最后的多个片或最开始的多个片来实现。同样地，不管叠片组是一体构造还是由沿轴向相互间隔开的子叠片组组成的，该叠片组是稳定的组合体。在此，不仅子叠片组的各个片还有整个叠片组的片能够是粘在一起的。
提出的目的同样也通过一种具有根据本发明的定子部段的定子来实现，其中，定子部段沿周向观察至少与另一个定子部段的能相邻布置的接合板机械连接。
借助形状配合或材料配合的连接，定子部段在径向内置的承载结构体处的附加固定导致对整个定子的进一步加固。
提出的目的同样也通过一种具有根据本发明的定子的外转子式发电机来实现，该定子以合适的方式和方法与风力发电设备的机舱框架抗扭转地连接，该框架又承载风力发电设备的机舱。
提出的目的同样也通过一种具有这类外转子式发电机的风力发电设备来实现，其中，由此在定子的以及机舱的重量相对较小的同时，此外还简化了整个风力发电设备的安装。
提出的目的同样也通过一种用于根据本发明的定子部段的制造方法来实现，该方法具有以下步骤：
-提供具有接合板、板条和压板的承载结构体，它们在板条的纵侧面上借助多边形的元件、尤其是网状金属片相互连接；
-将定子部段的预包装的叠片组在板条的背离网状金属片的一侧上布置在承载结构体上；
-将绕组系统、尤其是线圈绕组系统插入定子部段的叠片组的凹槽内。
提出的目的同样也通过一种用于根据本发明的定子的制造方法来实现，该方法具有以下步骤：
-通过经由定子部段的接合片和/或延伸超过定子部段的支撑结构体来相互连接定子部段的方式，组合各个定子部段；
-使定子部段的各个线圈的绕组系统相互电接触并且与至少一个转换器电接触。
根据本发明，承载结构体从此仅仅还具有必要的机械部件，以便实现定子部段的和定子的以及最终整个外转子式发电机的、充分的固定和稳定，从而还能够吸收在风力发电设备运行时产生的力。
同样地，通过承载结构体的这种构造方案能够确保外转子式发电机的空隙轮廓的高的精确度。通过这种构造，能够更准确并且更持久地设定外转子式发电机的转子与定子之间的气隙。
通过具有多边形留空部的、位于承载结构体的径向内侧上的元件、以及尤其通过焊接相互固定在一起的各个板条和/或压板和/或接合板，承载结构体现在由比较简单的基础元件构成。因此，承载结构体连同叠片组一起构成自支撑式的、比较轻的三明治结构。
该元件因此是承载结构体的一种基板。
多个接合板和多个压板包围的空间在凹陷侧被该元件占据并且在凸起侧被叠片组占据。
在此，从凸起侧安置和焊接到承载结构体上的叠片组的支撑性能尤其集成到承载结构体中。因此，定子部段的叠片组不仅承担用于形成和引导电磁场的电磁功能，而且还同时承担机械承载功能。
该元件、尤其是网状金属片定位和固定在承载结构体的凹陷部分处。叠片组在此定位和固定在承载结构体的凸起部分上。
以有利的方式，借此在最少材料和最小壁厚度的情况下实现定子部段所需要的硬度，这又是较小重量和较低成本的前提。在运输定子部段时，在风力发电设备的机舱中安装定子时，小的重量尤其特别有利。
因此能够完全消除迄今公知的、在定子部段或定子中的切向肋片。除了节省重量以外，因为能够相对更好地接触到设置承载结构体中的焊点，还能实现在制造技术上更加简单的实施方案。
有利地，该元件由非磁性的金属片制成，其设置在承载结构体的径向靠内的一侧、也就是凹陷侧上，并且各个板条元件和/或压板和/或接合板尤其通过焊接相互固定在一起。因此，承载结构体由相对简单的基础元件构成，从而连同定子部段的叠片组一起形成自支撑式的三明治结构。
该元件或金属片的留空部是圆形的或者多角形的。金属片因此形成网状金属片。因此，重量进一步减少，而不影响元件或金属片的相关平面内与其相关的硬度。
有利地，网状金属片在此如下地实现，即在承载结构体的弧度的方向上的网孔尺寸对应于板条或肋条的间距，该弧度是由弯曲的压板预设的，在弧度方向上的网孔尺寸对应于板条元件的间距的整数倍。因此进一步优化重量。
网孔有利地由平行和垂直于板条或肋条延伸的接片形成。在此，接片在朝着板条的方向上与板条至少部分地焊接在板条的长的窄面上。为了在这里能够设置充足的焊点，至少在焊点处，接片的宽度至少是板条在那里的现有宽度的两倍。也就是说，板条的延伸体能够从一个压板跳到另一个，板条在高度和宽度上尤其不同。这导致重量的进一步减少，而不影响承载结构体的机械稳定性。
通过承载结构体的凹陷侧上的网状金属片和承载结构体的凸起侧上的叠片组、以及压板和压指还有接合板，确保了定子部段的充分定位和固定。由此能够非常准确地设置外转子式发电机的气隙。
接合板、压板和网状金属片优选地由常见类型的钢制成，这进一步减少了这类承载结构体的材料成本并且让加工更容易。
附图说明
借助在原理上描述的实施例更详细地阐述本发明以及本发明的另外的有利构造方案；图中示出：
图1示出一个承载结构体的立体图，
图2示出另一个承载结构体的立体图，
图3示出没有绕组的定子部段的横截面，
图4示出定子部段的另外的视图，
图5示出具有单件式的叠片组的承载结构体，
图6示出具有错开布置的网状金属片的承载结构体，
图7示出直接驱动的风力发电设备的外转子式发电机的、原理上的纵向剖面图。
具体实施方式
图1示出了承载结构体17，其在进一步的生产过程中形成风力发电设备的直接驱动的外转子式发电机的定子12的定子部段13的基底。
该承载结构体17构造为弯曲的并且具有多个接合板5，接合板在定子部段13的已安装状态下建立起与沿周向直接相邻的另外的定子部段13的机械接触。承载结构体17具有凹陷部分23和凸起部分24。在承载结构体17的端侧处存在压板1，压板优选地具有开口8，通过这些开口能够在风力发电设备运行时输送或排导用于冷却定子12的叠片组9的冷却气体。
在另一个实施方式中，压板1是封闭的，也就是说压板没有开口8。因此，承载结构体17仅仅在上方和下方或多或少地实施为敞开的。在切向面中观察，承载结构体17因此是封闭的。
在径向上进一步靠内处，在承载结构体17的凹陷侧上设有压板1的法兰6，法兰实现至直接驱动的风力发电设备的、例如轴承单元16的另外的固定装置的连接。
在压板1之间主要延伸有基本沿径向指向的板条元件、板条或肋条3,其与网状金属片4材料配合地、尤其通过焊接相连。在此，在这种情况下，网状金属片4的在压板1之间延伸的接片7的间距、也就是网孔尺寸对应于肋条3的间距。在此，接片7的宽度在其与肋条3连接处至少是板条元件或肋条3的宽度的两倍。该前提尤其是在板条3和/或接片7的厚度有变化时很重要，以便确保接片7和肋条3的材料配合的连接。
板条或肋条3优选地在接片7上或者接片处延伸，以便原理上实现网状金属片4的肋条3和接片7与这些接片7的点式或线式的焊接连接。
图2以立体图示出了承载结构体17的另一个类似的实施方式，其中，接合片5具有固定开口18，以便与相邻的定子部段13的另外的接合片5机械连接。同样地，压板1具有开口8，开口在所示情况下是圆形的。网状金属片4在其轴向延伸的接片7之间、也就是在弧度的圆周方向上紧跟着接片7部分地具有轻的材料缩减部21，以便使网状金属4能够容易地折叠，从而形成弧度。这尤其是在网状金属片4比较厚时是有利的，网状金属片的厚度大致对应于压板的厚度，或者还要更厚。
图3以一个定子部段的横截面示出了叠片组9在板条形式的元件或肋条3上以及在压板1之间的布置方式，还示出了肋条3在网状金属片4的轴向延伸的接片7上的固定方式。同样还能看到压板1的法兰6的布置方式，利用该法兰能够将定子部段13固定在未详细示出的轴承单元16或支撑结构体22的其他固定元件处。
网状金属片4在至少一个角处具有开放的网孔25，以便还能够更好地补偿在焊接过程中产生的力。
图4以另一个立体图示出了没有绕组系统的定子部段13，其中，由压板1以及压指2固定、定位和包装轴向分层的叠片组9。叠片组9在该图中通过使子叠片组11沿轴向接续布置的方式构造。在子叠片组11之间，由这些子叠片组11之间的间隙形成径向上的散热槽10，散热槽能够在发电机或马达运行时对定子部段13以及定子进行散热。这种间隙通过径向延伸的中间元件形成，中间元件在包装叠片组9时插入。
可选地，也能通过压板1以及借助粘合漆对叠片组9的最开始的多个片或最后的多个片进行粘合来固定、定位和包装定子部段13的轴向分层的叠片组9，从而不必强制地存在压指2。在此，3到大约20个金属片分别配有粘合漆。在一些实施方式中，这能简化定子部段13的制造。
图5以另一个立体图示出了没有绕组系统的定子部段13，其中，由压板1以及压指2固定、定位和包装在轴向上分层的叠片组9。叠片组9在该图中构造为单件式的叠片组9，其不具有形成子叠片组11之间的散热槽的、径向延伸的间距保持件。
图6以立体图示出了承载结构体17，其中，肋条3“跨过”网状金属片4的网孔。换句话说，从叠片组9的一侧、也就是从一个压板1向另一个压板1延伸的肋条3仅仅在切向延伸的接片上具有与网状金属片4接触的触点。因此，只有在那里才会实现在肋条3与网状金属片4的、尤其是切向延伸的接片之间的连接。该连接优选地是焊接连接。
焊接连接在本实施方式中优选地实施为点式或者线式的。
在一种可行的实施方式中，几乎实施为方形的板条或板条元件或者肋条的厚度、以及网状金属片的厚度在此大致是压板1的或接合板5的厚度的两倍。
在另一种可行的实施方式中，几乎实施为方形的板条或板条元件或者肋条3的厚度、以及网状金属片4的厚度在此大致等于压板1的或接合板5的厚度。
这样的“厚度设计”还与风力发电设备运行时预期的可能的机械负荷有关。
图7以原理上的纵向剖面图示出了定子12在轴承单元16上的布置方式。同样地，该图示出了作为发电机的外转子的转子20，其具有朝向电机的气隙27的永磁体26。在此，在原理上示出的单层或双层绕组系统14能够由线圈尺寸相同或不同的模型线圈构成。其同样能够是期望的绕组，也能够是包围的绕组。优选地，每个定子部段13配备有其完整的绕组系统14并且在安装部位处与定子12电连接。
这种构造方案不仅适用于风力发电机，承载结构体17同样也适合用作为驱动器中、例如在原材料工业中的大型电机的基座。

Claims (11)

1.一种电机的定子部段(13)的叠片组(9)的承载结构体(17)，所述电机具有外转子，所述承载结构体具有：
-两个接合板(5)和两个弯曲的压板(1)，所述接合板和所述压板分别以所述接合板的和所述压板的纵侧面相互对置，所述接合板和所述压板包围一个能预设的空间并且能够在所述接合板和所述压板的邻接边缘处相连；
-在所述压板(1)之间基本沿径向指向的板条或肋条(3)；
-至少一个具有多边形留空部的元件，所述元件与所述肋条(3)的纵侧面连接，并且所述元件形成所述承载结构体(17)的基板；其中，
-所述元件具有网状的结构并且构造为网状金属片(4)。
2.根据权利要求1所述的承载结构体(17)，其特征在于，所述元件由金属片制成。
3.根据前述权利要求中任一项或多项所述的承载结构体(17)，其特征在于，所述元件实施为网状金属片(4)，所述网状金属片的网孔尺寸对应于所述肋条(3)的间距，或者所述网状金属片的网孔尺寸对应于所述肋条(3)的间距的整数倍。
4.一种电机的定子部段(13)，所述定子部段具有根据前述权利要求中任一项或多项所述的承载结构体(17)，其中，所述压板(1)连同在所述叠片组(9)的端侧上沿径向布置的压指(2)一起在轴向上固定所述叠片组(9)。
5.一种电机的定子部段(13)，所述定子部段具有根据权利要求1至4中任一项或多项所述的承载结构体(17)，其中，所述叠片组(9)的在轴向上的固定通过压板(1)并且通过用粘合漆粘住叠片组(9)的最后的多个片或最开始的多个片来实现。
6.一种电机的定子(12)，所述定子具有根据权利要求4或5所述的定子部段(13)，其特征在于，所述定子部段(13)沿周向观察至少与另一个定子部段(13)的能相邻布置的接合板(5)机械连接。
7.根据权利要求6所述的定子(12)，其特征在于，所述定子部段(13)经由接合板(5)和/或通过延伸超过所述定子部段(13)的支撑结构体(22)相互连接。
8.一种外转子式发电机或外转子式马达，具有根据权利要求6或7所述的定子(12)，其中，转子具有永磁体(26)。
9.一种风力发电设备，具有根据权利要求8所述的外转子式发电机。
10.一种用于根据权利要求4或5所述的定子部段(13)的制造方法，所述制造方法具有以下步骤：
-提供具有接合板(5)、肋条(3)和压板(1)的承载结构体(17)，所述接合板、所述肋条和所述压板在所述肋条(3)的纵侧面上借助具有多边形留空部的元件、尤其是网状金属片(4)相互连接；
-将定子部段(13)的预包装的叠片组(9)在板条(3)的背离所述网状金属片(4)的一侧上布置在所述承载结构体(17)上；
-将绕组系统、尤其是线圈绕组系统插入所述定子部段(13)的所述叠片组(9)的凹槽内。
11.一种用于根据权利要求6或7所述的定子(12)的制造方法，所述制造方法具有以下步骤：
-通过经由所述定子部段的接合片(5)和/或延伸超过所述定子部段(13)的支撑结构体(22)来相互连接所述定子部段(13)的方式，组合各个定子部段(13)；
-使所述定子部段(31)的各个线圈的绕组系统相互电接触并且与至少一个转换器电接触。
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