CN110635585B - 定子组件、发电机和用于产生电功率的风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定子组件、发电机和用于产生电功率的风力涡轮机。定子组件包括：第一和第二定子区段，二者沿定子组件的周向方向布置且彼此相邻定位并以间隙分开；相应多相线圈系统的至少一个第一和第二线圈组，对于相应线圈系统的每个相每个线圈组包括至少一个线圈，每个定子区段包括具有相应汇流排元件的第一和第二汇流排布置结构，每个汇流排元件分配给一个相；区段到区段连接器，其将第一定子区段的一个汇流排布置结构的每个汇流排元件连接到相邻第二定子区段的一个汇流排布置结构的分配给相同相的一个汇流排元件从而将间隙电气桥接。由此在每个区段中线圈组的每个线圈连接到一个汇流排布置结构的分配给相同相的一个汇流排元件。

Description

定子组件、发电机和用于产生电功率的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的发电机的技术领域。具体而言，本发明涉及一种包括多个定子区段的定子组件，该多个定子区段被电连接，以便传输利用电线圈产生的电功率。本发明还涉及发电机和具有这样的定子组件的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机可以建立在岸上或海上。通常在海上安装能够提供超过6MW的电功率的大型风力涡轮机。特别是出于维护原因，采用具有带永磁体的转子组件的自激发电机。在不久的将来，在海上风力涡轮机的领域中具有特殊专业知识的风力涡轮机制造商将提供能够提供超过10MW的量级的电功率的风力涡轮机。

这样的大型风力涡轮发电机通常被实现为具有内定子-外转子构造的自激发电机。由此，在定子框架结构的圆形外边缘处沿周向方向彼此相邻地安装多个定子区段，该多个定子区段各自包括若干个电线圈或绕组。在抗扭（torque proof）连接到风力转子并且在操作中围绕定子框架结构旋转的转子框架组件的圆形内表面处，安装有多个永磁体，当沿定子区段移动时，该多个永磁体产生通过每个电线圈的时间交变磁通（time alternatingmagnetic flux）。该时间交变磁通在每个电线圈中感生出电流。相应地通过该多个定子区段中的每一个在每个电线圈中产生的电流被收集或总和并产生发电机的电功率输出。例如在文献EP 3 252 928 A1中详细地描述了这样的系统。

大型定子通常被分段，以便于制造、运输和组装。然而，由于制造限制，在两个相邻的定子区段之间总是存在间隙。该间隙在电气系统（例如，三相系统）的相电压中产生不平衡。如果定子由两个（或更多个）线圈系统构成，则该间隙也会在不同线圈系统的相之间产生不平衡。此外，在单转换器操作下，由于线圈布局的不平衡，存在更多的转子涡流损耗。因此，不得不降低风力涡轮机的输出功率，以便将发电机、特别是磁体的温度维持在安全限度中。

到目前为止，通过在发电机的操作期间应用控制来考虑这些问题，例如通过使用改进的控制算法来最小化例如二次谐波纹波（harmonic ripple）。然而，在发电机的设计阶段尚未解决该问题。

文献EP 3 252 927 A1描述了一种分段式电枢组件，其包括：环形电枢，该环形电枢包括被间隙分开的多个电枢区段；以及具有至少两个多相绕组系统的绕组组。据此，每个绕组组包括用于多相绕组系统的每个相的一个绕组。在第一绕组分布中，每个电枢区段仅承载一个绕组系统的绕组组，使得相邻的电枢区段仅承载另一个绕组系统的绕组组。在第二绕组分布中，每个电枢区段承载绕组组的交替布置结构，其中，由一个电枢区段承载的布置结构是由相邻电枢区段承载的布置结构的镜像。然而，关于两个相邻定子区段之间的电连接，所述文献完全没有提及。

图14和图15示出了来自现有技术的关于两个定子区段之间的连接的示例。定子组件800具有：第一定子区段810和第二定子区段820，其中，第一定子区段810和第二定子区段820沿定子组件800的周向方向布置，并且其中，第一定子区段810和第二定子区段820彼此相邻定位并且以公差间隙（tolerance gap）G分开。

图14是用于承载两个多相线圈系统S1、S2的双定子的定子区段800及它们的线圈布置结构的抽象表示。实际上，图中所示的直的区段800是环形定子的弯曲部段。可以假定该图中所示的形式绕整个定子重复。第一多相线圈系统S1的第一线圈组包括标记为A1、B1、-C1的三个绕组。类似地，第二多相线圈系统S2的第二线圈组s1包括三个绕组A2、B2、-C2。使用典型的符号约定来描绘具有其标记的绕组，以指示电流流动方向。

根据图15，在定子组件810中，每个线圈组包括用于相应的多相线圈系统S1、S2的每个相的至少一个线圈。每个定子区段810、820都包括具有第一汇流排元件的第一汇流排布置结构B1和具有第二汇流排元件的第二汇流排布置结构B2，其中，每个汇流排元件被分配给一个相。

然而，这种布置结构仍然导致相绕组之间的电压不平衡（例如，绕组A和绕组B之间的电压与绕组B和绕组C之间的电压不同等）以及两个多相线圈系统S1、S2之间的电压不平衡。结果是在输出功率、转矩波动等上不期望地形成谐波。此外，如果系统S1、S2中的一个发生故障，则将存在显著的转子涡流损耗，从而导致输出功率的必要降额。

可能需要提供具有多个定子区段和至少两个电气系统的定子组件，其中，该电气系统的相电压是平衡的，并且其中，该定子组件能够以紧凑的方式实现。

发明内容

该需要可以通过根据本发明的定子组件、发电机和用于产生电功率的风力涡轮机来满足。本发明的有利实施例通过优选实施方案来描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种定子组件，其包括：第一定子区段和第二定子区段，其中，第一定子区段和第二定子区段沿定子组件的周向方向布置，并且其中，第一定子区段和第二定子区段彼此相邻定位并且以（公差）间隙分开。该定子组件还包括：第一多相线圈系统的至少一个第一线圈组，以及第二多相线圈系统的至少一个第二线圈组，其中，针对相应的多相线圈系统的每个相，每个线圈组包括至少一个线圈。每个定子区段包括具有第一汇流排元件的第一汇流排布置结构，以及具有第二汇流排元件的第二汇流排布置结构，每个汇流排元件被分配给一个相。该定子组件还包括：区段到区段连接器，其将第一定子区段的一个第一汇流排布置结构的每个汇流排元件连接到相邻的第二定子区段的一个汇流排布置结构的分配给相同相的一个汇流排元件，从而将所述间隙电气桥接。由此，在每个区段中，线圈组的每个线圈被连接到第一汇流排布置结构或第二汇流排布置结构的分配给相同相的一个汇流排元件。

在第一多相线圈系统分布中，每个定子区段承载第一多相线圈系统和第二多相线圈系统二者，并且其中，相对于第一定子区段和第二定子区段之间的间隙，由第一定子区段承载的线圈组的布置结构是由相邻的第二定子区段承载的线圈组的布置结构的镜像。

可替代地，在第二多相线圈系统分布中，每个单一的定子区段仅承载第一多相线圈系统或第二多相线圈系统的线圈组。

根据本发明的一个实施例，所描述的定子组件基于如下构思，即：可以提供具有多个定子区段和至少两个电气系统的定子组件，其中，该电气系统的相电压是平衡的。此外，以相同的方式，该定子组件能够以高效且紧凑的方式提供。当以柔性的方式使用一个或多个区段到区段连接器实现定子区段之间的连接时，可以实现这些有利实施例。第一定子区段的一个汇流排布置结构的每个汇流排元件可以被连接到相邻的第二定子区段的汇流排布置结构中的一个的分配给相同相的汇流排元件，以便将区段之间的间隙电气桥接。因为线圈组的每个线圈被连接到汇流排布置结构中的一个的分配给相同相的一个汇流排元件，所以存在如何柔性地连接相邻的定子区段的许多可能的选择，并且由此，可以实现所述电气系统的相电压平衡。

具体而言，因为所描述的区段到区段连接器以柔性的方式应用于所描述的第一多相线圈系统分布内或所描述的第二多相线圈系统分布中，所以电气系统的相电压的平衡得到高度改善。

根据本发明的一个实施例，可以实现由于相电压不平衡的改善而产生的大的电输出功率。例如，可存在2f和4f谐波的显著减少，并且可以克服主动控制2f纹波的需要。结果，可以在风力涡轮机中使用更小（更便宜）的DC侧电容器，其中，所述DC侧电容器的寿命/可靠性可以更长/更好。此外，可以实现在单系统操作下的转子涡流损耗的显著降低，从而导致在单系统操作下的更好的热能力（更好的容错操作能力）。

根据本发明的一个实施例，具有所描述的区段到区段连接的定子组件可以以简单和有效的方式被安装到例如风力涡轮机之类的工业上高度相关的设施的发电机。

在本申请的上下文中，术语“汇流排布置结构”可以特别地表示两个或更多个汇流排元件的布置结构。术语“汇流排（busbar）”可以特别地表示用于局部高电流功率分配的条带或条（或线缆），其特别是包括金属。可以借助于局部汇流排元件来实现不同线圈之间的适当电连接。可被分配给相应的定子区段的这些汇流排元件可以被构造成使得相应的定子区段将以紧凑的空间设计实现。所述定子组件内的每个定子区段可包括两个或更多个汇流排布置结构，其中，定子区段的每个线圈被连接到汇流排布置结构中的一个的汇流排元件中的一个。在一个实施例中，汇流排元件可以被实现为线缆。在另一个元件中，汇流排元件可以被实现为条带或条。例如，所述汇流排元件可包括铜或铝。汇流排布置结构可以被实现为收集和/或引导一个或多个汇流排元件的结构。

在本申请的上下文中，术语“周向布置的区段”可以特别地表示多个定子区段可以围绕定子组件的中心轴线沿圆形周界彼此相邻地布置。

在本申请的上下文中，术语“线圈组”可以特别地表示一组线圈，其中，每个“线圈”被分配给多相系统的特定相。例如，在三相系统中，在线圈系统内可存在三个线圈，该三个线圈各自分配给三相中的一个。每个线圈系统还可以被分配给特定的多相线圈系统，并且可以被布置在特定的定子区段处。此外，线圈系统的每个线圈可包括一个或多个线圈元件。所述线圈元件还可以被布置在线圈元件子集中。例如，线圈可包括并联连接的两个线圈元件子集，其中，每个线圈元件子集包括串联连接的三个线圈元件。每个线圈元件可以被表示为代表一匝的线圈的一部分。例如，线圈可包括二十匝。

根据本发明的另一方面，提供了一种发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机。该发电机包括：上面描述的定子组件，以及转子组件，该转子组件被构造和支撑成使得它可以围绕中心轴线旋转，特别是其中，该发电机具有内定子-外转子构造。

仅为了清楚起见，要提到的是，在所描述的（可选的）内定子-外转子构造中，包括电线圈的定子区段沿外方向径向定向。在正常操作期间，该转子组件的磁体在定子区段处产生时变磁场。由此，该磁体可以特别地是永磁体，其被布置在转子组件的外壁的内侧处。此外，在定子区段和（永）磁体之间设置有气隙。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于产生电功率的风力涡轮机，特别是海上风力涡轮机。该风力涡轮机包括：塔架；风力转子，其被布置在该塔架的顶部部分处，并且包括至少一个叶片；以及如上所述的发电机，其中，该发电机与该风力转子机械耦接。

特别是在所谓的直接驱动风力涡轮机中，该直接驱动风力涡轮机在i）从风捕获机械能的风力转子和ii）发电机之间没有齿轮箱，所述中心轴线可对应于风力转子的旋转轴线或者可与风力转子的旋转轴线对准。关于多个线圈组件和外部环形框架之间的空间关系，该中心轴线可以限定相应的线圈组件和外部环形框架（的轴向侧面）的（最短）距离的方向。

在本文档的上下文中，“径向”和“径向方向”意指垂直于与“中心轴线”对准的“轴向方向”。在本文档中用于描述定子组件的几何形状的圆柱坐标系中，沿中心线的“轴向方向”对应于“高度坐标”，并且“径向方向”对应于“中心轴线”和所关注的点之间的欧几里德距离。此外，“外部”意指径向外部，即较大的欧几里德距离，并且“内部”意指径向内部，即较小的欧几里德距离。

线圈中的线圈元件的数量和/或匝数是示例性实施例的示例。技术人员理解，线圈中的线圈元件的其他数量和/或匝数也是可能的，并且这些可以根据定子组件的期望属性来实施。

根据本发明的一个实施例，在第一多相线圈系统分布D1中，i）第一定子区段的第一线圈组的每个线圈被连接到第一定子区段的第一汇流排布置结构的分配给相同相的第一汇流排元件；ii）第一定子区段的第二线圈组的每个线圈被连接到第一定子区段的第二汇流排布置结构的分配给相同相的第二汇流排元件；iii）第二定子区段的第二线圈组的每个线圈被连接到第二定子区段的第二汇流排布置结构的分配给相同相的第二汇流排元件；以及iv）第二定子区段的第一线圈组的每个线圈被连接到第二定子区段的第一汇流排布置结构的分配给相同相的第一汇流排元件。

第一多相线圈系统D1的该实施例可以提供可平衡所述电气系统的相电压的优点。以这种方式，可以在使用紧凑且稳健的设计的同时高效地实现上面确定的技术优点。

根据另一实施例，在第一多相线圈系统分布D1中，i）第一定子区段的第一汇流排布置结构的每个第一汇流排元件被连接到第二定子区段的第二汇流排布置结构的分配给相同相的第二汇流排元件；以及ii）第一定子区段的第二汇流排布置结构的每个第二汇流排元件被连接到第二定子区段的第一汇流排布置结构的分配给相同相的第一汇流排元件。

在该实施例中，两个定子区段的汇流排布置结构以交叉的方式连接。例如，第一定子区段的第一汇流排布置结构的第一汇流排元件相应地被连接到第二定子区段的第二汇流排布置结构的第二汇流排元件。以相同的方式，第一定子区段的第二汇流排布置结构的第二汇流排元件相应地被连接到第二区段的第一汇流排布置结构的第一汇流排元件。

根据基于上述实施例的另一实施例，iii）第一定子区段的第一线圈组的每个线圈被连接到第一定子区段的第一汇流排布置结构的分配给相同相的第一汇流排元件；iv）第一定子区段的第二线圈组的每个线圈被连接到第一定子区段的第二汇流排布置结构的分配给相同相的第二汇流排元件；v）第二定子区段的第二线圈组的每个线圈被连接到第一汇流排布置结构的分配给相同相的第一汇流排元件；以及vi）第二定子区段的第一线圈组的每个线圈被连接到第二定子区段的第二汇流排布置结构的分配给相同相的第二汇流排元件。

第一多相线圈系统D1的该实施例也可以提供可平衡所述电气系统的相电压的优点。以这种方式，可以在使用紧凑且稳健的设计的同时高效地实现上面确定的技术优点。

根据另一实施例，在第一多相线圈系统分布D1中，每个线圈包括至少两个线圈元件，并且分配给相同相的每个线圈的线圈元件、特别是三个线圈元件串联连接。这具有在每个线圈组内建立高效且紧凑的电连接的优点。

根据另一实施例，在第二多相线圈系统分布D2中，每个线圈包括至少两个线圈元件，并且其中，分配给相同相的每个线圈的线圈元件、特别是六个线圈元件串联连接。这具有如下优点，即：在不同的线圈系统分布中，其中每个定子区段仅包括一个多相线圈系统的线圈组，在每个线圈组内也建立高效且紧凑的电连接。

第二多相线圈系统D2的该实施例也提供了可以平衡电气系统的相电压的优点。因此，也可以在使用紧凑且稳健的设计的同时高效地实现上面确定的技术优点。

根据另一实施例，在第二多相线圈系统分布D2中，每个线圈包括至少两个线圈元件，并且每个线圈包括至少两个线圈元件子集。由此，每个线圈元件被分配给包括至少两个线圈元件的线圈元件子集，每个线圈的线圈元件子集并联连接，并且每个线圈元件子集的线圈元件、特别是三个线圈元件串联连接。这具有如下优点，即：提供了针对定子组件的特别高效的设计。

第二多相线圈系统D2的该实施例还提供了如下优点，即：电气系统的相电压是平衡的，并且在使用紧凑且稳健的设计的同时可以高效地实现上面确定的技术优点。

根据另一实施例，所述区段到区段连接器是柔性的电连接器，其特别是包括铜或铝，该电连接器被构造成将第一定子区段的汇流排布置结构的汇流排元件中的一个可变地连接到第二定子区段的第一汇流排布置结构或第二汇流排布置结构的分配给相同相的汇流排元件中的一个。这具有如下优点，即：相邻定子区段的汇流排布置结构能够以柔性（或灵活，flexible）和动态的方式来连接。由此提供了一种设计，其可以使得能够实现平衡的相电压以及动态的操作模式。此外，柔性的连接器可用于处理相邻区段的不同热膨胀以及相邻区段的不同振动剖面（vibration profile）。

区段到区段连接器例如可由电气铜的薄片制成，其在端部处被压在一起以产生牢固的连接（例如，通过压焊）。然而，该区段到区段连接器的中间可保持机械柔性。该区段到区段连接器的端部可包括孔，以将该连接器机械地连接到定子区段的汇流排布置结构，例如通过使用螺母和螺栓来连接。

该连接器可以是至少部分机械柔性的，使得即使在非常大的定子组件（在直径上为几米）中，也能够实现紧凑且稳健的电连接。此外，该连接器可以以非常灵活的方式来应用，这是因为不同汇流排布置结构的不同汇流排元件可以根据操作条件彼此连接。柔性的汇流排连接器可以吸收相邻区段汇流排的不同热膨胀/收缩轮廓。由于相邻区段的不同振动水平，柔性汇流排上的机械应力也可能较小。

根据另一实施例，每个多相线圈系统包括三相。以这种方式，每个线圈组包括：i）分配给三相电流的第一电相的第一线圈；ii）分配给三相电流的第二电相的第二线圈；以及iii）分配给三相电流的第三电相的第三线圈。此外，每个汇流排布置结构还包括：i）第一汇流排相元件（phase element），其被分配给三相电流的第一电相（electric phase）；ii）第二汇流排相元件，其被分配给三相电流的第二电相；以及iii）第三汇流排相元件，其被分配给三相电流的第三电相。以这种方式，所描述的定子组件能够以稳健且紧凑的方式实施于工业相关的、特别是标准化的机器和/或应用中。

根据另一实施例，所述定子组件除第一定子区段和第二定子区段之外还包括至少四个另外的定子区段。例如用于风力涡轮机的大型发电机可包括例如六个、八个、十个、十二个或更多个定子区段。同样以这种方式，所描述的定子组件可以以稳健且紧凑的方式实施于工业相关的、特别是标准化的机器和/或应用中。

根据另一实施例，所述定子组件包括第三多相线圈系统。这样的第三系统可以是冗余的，并且仅在紧急情况下用作替代其他系统中的一个的替代者。可存在分配给第三多相线圈系统的第三线圈组，其中，每个线圈组包括分配给每个相的线圈。此外，还可存在具有第三汇流排元件的第三汇流排布置结构。由此，该第三多相线圈系统可以附加于第一和第二多相线圈系统并且与第一和第二多相线圈系统以相同的方式布置。

根据另一实施例，所述定子组件可包括第四多相线圈系统。所述定子组件还可包括多于四个多相系统。所述定子组件还可以具有两个具有多相线圈的系统以及多个具有多相线圈的系统。

根据另一实施例，所述发电机的外部环形框架具有大于7米、特别是大于8米并且更特别是大于9米的外径。

关于所述发电机的径向延伸或尺寸，应当清楚的是，所述发电机越大，电线圈布置结构就必须越大，以便提供定子区段的可靠电接触。具体而言，大型定子组件需要长电缆。在这种背景下，应当清楚的是，利用所描述的定子组件区段的（柔性的）区段到区段连接，即使是这样的大型发电机也能够以简单且可靠的方式来布置。

所述定子组件的外部框架结构的径向外部尺寸，或者替代地，所述转子组件的径向外侧，可以沿垂直于中心轴线、即相应地旋转轴线的径向方向限定所描述的发电机的几何尺寸。

必须要注意的是，已参考不同的主题描述了本发明的实施例。然而，本领域技术人员将从上面和下面的描述获悉，除非另有说明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合也被认为利用本文档公开。

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1根据本发明的一个实施例示出了包括发电机的风力涡轮机。

图2根据本发明的一个实施例示出了具有安装在径向外边缘处的多个定子区段的定子组件。

图3示出了具有六个定子区段的定子组件的实施例。

图4示出了关于两个相邻定子区段之间的间隙的图3的详细视图。

图5、图6示出了根据本发明的一个实施例的第一多相线圈系统分布D1。

图7、图8示出了根据本发明的另一实施例的第一多相线圈系统分布D1。

图9、图10示出了根据本发明的一个实施例的第二多相线圈系统分布D2。

图11、图12示出了根据本发明的另一实施例的第二多相线圈系统分布D2。

图13图示了根据本发明的一个实施例的定子组件中的两个多相线圈系统的电连接。

图14、图15示出了来自现有技术的定子区段连接。

具体实施方式

附图中的图例是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件或特征配有相同的附图标记，或者配有仅在第一数位内与相对应的附图标记不同的附图标记。为了避免不必要的重复，已关于先前描述的实施例说明过的元件或特征不会在本说明书的稍后位置处再次说明。

此外，例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”之类的空间相对术语被用于描述如图中所示的元件与另一元件的关系。因此，这些空间相对术语可应用于不同于图中所描绘的定向的使用中的定向。显然，所有这些空间相对术语仅是为了便于描述而参考图中所示的定向，并且不一定是限制性的，因为根据本发明的实施例的设备当在使用中时可采用与图中所示的那些定向不同的定向。

根据示例性实施例，可以获得以下优点：由于相电压不平衡的改善而产生的大的电输出功率；较低的功率纹波以及2f和4f谐波的显著降低；可以使用更小（更便宜）的DC侧电容器（DC link capacitor）；所述DC侧电容器的寿命/可靠性可以更长/更好；可以克服主动控制2f纹波的需要；并且在单系统操作下转子涡流损耗显著降低，从而导致在单系统操作下的更好的热能力（更好的容错操作能力）。

图1示出了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机180。风力涡轮机180包括塔架182，其被安装在未描绘出的基座上。在塔架182的顶部上布置有机舱184。在塔架182和机舱184之间设置有偏摆角调整装置183，该偏摆角调整装置183能够使机舱184围绕未描绘出的竖直轴线旋转，该竖直轴线基本上与塔架182的纵向延伸部对准。通过以适当的方式控制偏摆角调整装置183，可以确保在风力涡轮机180的正常操作期间，机舱184总是与当前风向适当地对准。

风力涡轮机180还包括具有两个或三个或更多个叶片192的风力转子190。在图1的透视图中，仅可见两个叶片192。风力转子190可围绕旋转轴线190a旋转。安装在轮毂194处的叶片192相对于旋转轴线190a径向延伸。

在轮毂194和叶片192之间相应地设置有叶片调整装置193，以便通过使相应的叶片192围绕未描绘出的轴线旋转来调整每个叶片192的叶片桨距角（pitch angle），该未描绘出的轴线基本上与叶片192的纵向延伸部平行地对准。通过控制叶片调整装置193，相应叶片192的叶片桨距角能够以如下方式来调整，即：使得至少当风不那么强时，可以从可获得的风力中获取最大的风力。然而，叶片桨距角也可以被有意地调整到某一位置，在该位置仅能捕获减小的风力。

毂罩（spinner）结构195覆盖轮毂194。借助于也可以称为鼻锥（或整流罩，nosecone）的毂罩结构195，将保护诸如叶片调整装置193之类的功能元件免受恶劣的外部环境影响。

在机舱184处设置有发电机100。根据电气工程的基本原理，发电机100包括定子组件110和转子组件120。如从图1中可以看到的，发电机100位于机舱184的前端和轮毂194之间。

根据这里描述的实施例，发电机100被实现为具有所谓的内定子-外转子构造。被附接到转子组件120的转子框架结构的永磁体122围绕未描绘出的定子区段行进，该定子区段被附接在定子组件110的定子框架结构处。在定子区段和永磁体之间形成有气隙，该定子区段包括用于检拾（pick up）时间交变磁感应的线圈或绕组。

应当清楚的是，所有定子区段的整体的空间布置结构的大尺寸需要合适的电线圈布置结构，用于将由定子区段（的线圈）产生的电功率发送到电功率收发器。根据这里描述的示例性实施例，该电功率收发器是功率转换器186。

风力转子190直接地或借助于可旋转轴196与转子组件120旋转地耦接。

还要提到的是，风力涡轮机180是所谓的直接驱动风力涡轮机，其中，在风力转子190和转子组件120之间没有设置齿轮箱。然而，要提到的是，发电机100也可以通过齿轮箱来间接地驱动，该齿轮箱可用于将风力转子190的转数通常转换成转子组件120的更高转数。

图2更详细地示出了发电机100的定子组件110。定子组件110是相对于旋转轴线190a以同心方式定位的环形结构。定子组件110包括内部环形框架218，其围绕未描绘出的轴承组件。该轴承组件为如图1中所描绘的转子组件120提供旋转支撑。具有圆形的外边缘212a和内边缘212b的外部环形框架212围绕内部环形框架218。环形凸缘215被设置在内部环形框架218和外部环形框架212之间。

如从图2中还可以看到的，所述定子组件包括多个定子区段200，该多个定子区段200各自具有若干个电绕组231。定子组件110的整个周界，或相应地，定子组件110的整个径向外边缘212a，以这些定子区段200覆盖。结果，沿周向方向，电绕组231彼此相邻地布置而没有任何显著的间隙。这允许将驱动图2中所示的转子组件120的机械能有效地转换成由该多个定子区段200所检拾的时间交变磁通产生的电能。

图3示出了发电机100，其中定子组件110被转子组件120围绕，该转子组件120被构造成围绕定子组件110旋转。图3具体地示出了根据图2的定子组件110的分段。在该实施例中，定子组件110包括六个区段200，包括布置在相邻的第二定子区段220和相邻的另一定子区段230之间的第一定子区段210。

图4示出了包括分段的定子组件110的发电机组件100的详细视图。该图示出了相邻的定子区段210和220之间的接合部，并且显示了相邻区段210和220之间的不可避免的间隙G。该图还示出了包含绕组的定子槽232和转子组件120的磁体M，该磁体M布置成跨气隙面向绕组。

关于第一多相线圈系统分布D1的图5和图7以及关于第二多相线圈系统分布D2的图9和图11是用于承载两个多相线圈系统S1、S2的双定子的定子区段200及它们的线圈布置结构的抽象表示。实际上，图中所示的直的区段200是环形定子的弯曲部段。在每种情况下，都可以假定图中所示的形式绕整个定子重复。第一多相线圈系统S1的第一线圈组s1包括标记为A1、B1、-C1的三个绕组。类似地，第二多相线圈系统S2的第二线圈组s2包括标记为A2、B2、-C2的三个绕组。使用典型的符号约定来描绘具有其标记的绕组，以指示电流流动方向。

关于第一多相线圈系统分布D1的图6和图8以及关于第二多相线圈系统分布D2的图10和图12相应地示出了定子组件110，其包括：第一定子区段210和第二定子区段220，其中，第一定子区段210和第二定子区段220沿定子组件110的周向方向布置，并且其中，第一定子区段210和第二定子区段220彼此相邻定位并且以间隙G分开。定子组件110还包括：第一多相线圈系统S1的一个第一线圈组s1以及第二多相线圈系统S2的一个第二线圈组s2。针对相应的多相线圈系统S1、S2的每个相u、v、w，每个线圈组s1、s2包括一个线圈s11、s12、s13、s21、s22、s23。每个定子区段210、220包括具有第一汇流排元件b11、b12、b13的第一汇流排布置结构B1，以及具有第二汇流排元件b21、b22、b23的第二汇流排布置结构B2，每个汇流排元件b1、b2被分配给一个相u、v、w。定子组件110还包括：区段到区段连接器250，其将第一定子区段210的每个汇流排元件b1、b2连接到相邻的第二定子区段220的第一汇流排布置结构B1或第二汇流排布置结构B2的分配给相同相的一个汇流排元件b1、b2，从而将间隙G电气桥接。由此，在每个区段210、220中，线圈组s1、s2的每个线圈被连接到第一汇流排布置结构B1或第二汇流排布置结构B2的分配给相同相的一个汇流排元件b1、b2。

每个多相线圈系统S1、S2包括三相u、v、w。每个线圈组s1、s2包括分配给三相电流的第一电相u的第一线圈s11、s21、分配给三相电流的第二电相v的第二线圈s12、s22以及分配给三相电流的第三电相w的第三线圈s13、s23。此外，每个汇流排布置结构B1、B2包括分配给三相电流的第一电相u的第一汇流排相元件b11、b21、分配给三相电流的第二电相v的第二汇流排相元件b12、b22以及分配给三相电流的第三电相w的第三汇流排相元件b13、b23。

图5和图7分别示出了第一多相线圈系统分布D1，其中，每个定子区段210、220承载第一多相线圈系统S1和第二多相线圈系统S2二者。相对于第一定子区段210和第二定子区段220之间的间隙G，由第一定子区段210承载的线圈组s1、s2的布置结构是由相邻的第二定子区段220承载的线圈组s2、s1的布置结构的镜像。对与第一定子区段210相邻的另一定子区段230而言也是如此，其中，线圈组s1、s2的布置结构是相对于第一定子区段210的镜像。以相同的方式，与第二定子区段220相邻的另一个另外的定子区段200具有为相对于第二定子区段220的镜像的线圈组s1、s2的布置结构。

图6具体地示出了一个示例性实施例，其中，第一定子区段210的第一汇流排布置结构B1的每个第一汇流排元件b11、b12、b13被连接到第二定子区段220的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相u、v、w的第二汇流排元件b21、b22、b23。此外，第一定子区段210的第二汇流排布置结构B2的每个第二汇流排元件b21、b22、b23被连接到第二定子区段220的第一汇流排布置结构B1的分配给相同相u、v、w的第一汇流排元件b11、b12、b13。

因此，相邻的定子区段210、220的汇流排布置结构B1、B2以交叉的方式连接。由此，每个线圈元件C包括二十匝（turn），并且三个线圈元件C在分配给一个特定相u、v、w的一个线圈内串联连接，使得每个线圈包括六十匝。

更具体而言，第一定子区段210的第一线圈组s1的每个线圈s11、s12、s13被连接到第一定子区段210的第一汇流排布置结构B1的分配给相同相u、v、w的第一汇流排元件b11、b12、b13。第一定子区段210的第二线圈组s2的每个线圈s21、s22、s23被连接到第一定子区段210的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相u、v、w的第二汇流排元件b21、b22、b23。第二定子区段220的第二线圈组s2的每个线圈s21、s22、s23被连接到第一汇流排布置结构B1的分配给相同相u、v、w的第一汇流排元件b11、b12、b13。第二定子区段220的第一线圈组s1的每个线圈s11、s12、s13被连接到第二定子区段220的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相u、v、w的第二汇流排元件b21、b22、b23。

图8示出了一个示例性实施例，其中，第一定子区段210的第一汇流排布置结构B1的每个第一汇流排元件b11、b12、b13被连接到第二定子区段220的第一汇流排布置结构B1的分配给相同相u、v、w的第一汇流排元件b11、b12、b13。此外，第一定子区段210的第二汇流排布置结构B2的每个第二汇流排元件b21、b22、b23被连接到第二定子区段220的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相u、v、w的第二汇流排元件b21、b22、b23。

第一定子区段210的第一线圈组s1的每个线圈s11、s12、s13被连接到第一定子区段210的第一汇流排布置结构B1的分配给相同相u、v、w的第一汇流排元件b11、b12、b13。此外，第一定子区段210的第二线圈组s2的每个线圈s21、s22、s23被连接到第一定子区段210的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相u、v、w的第二汇流排元件b21、b22、b23。第二定子区段220的第二线圈组s2的每个线圈s21、s22、s23被连接到第二定子区段220的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相u、v、w的第二汇流排元件b21、b22、b23，并且第二定子区段220的第一线圈组s1的每个线圈s11、s12、s13被连接到第二定子区段220的第一汇流排布置结构B1的分配给相同相u、v、w的第一汇流排元件b11、b12、b13。

由此，每个线圈元件C包括多匝（例如，二十匝），并且三个线圈元件C相应地在分配给一个相u、v、w的一个线圈内串联连接，使得每个线圈包括六十匝（例如）。

图9和图11具体地示出了第二多相线圈系统分布D2，其中，每个单一的定子区段200仅承载第一多相线圈系统S1或第二多相线圈系统S2的线圈组s1、s2。以这种方式，每个定子区段200仅包括一个多相线圈系统S1、S2。第一定子区段210仅承载分配给第一多相线圈系统S1的第一线圈组s1。相邻的第二定子区段220和相邻的另一定子区段230相应地又仅承载分配给第二多相线圈系统S2的第二线圈组s2。对另一个另外的定子区段200而言也是如此，该定子区段200与第二定子区段220相邻并且仅承载第一线圈组s1。

根据图10和图12，第一定子区段210的第一汇流排布置结构B1的每个第一汇流排元件b11、b12、b13被连接到第二定子区段220的第二汇流排布置结构B2的分配给相同相的第二汇流排元件b21、b22、b23。此外，第一定子区段210的第二汇流排布置结构B2的每个第二汇流排元件b21、b22、b23被连接到第二定子区段220的第一汇流排布置结构B1的分配给相同相的相应的第一汇流排元件b11、b12、b13。由此通过柔性的区段到区段连接器250来实现连接。

图10具体地示出了一个示例性实施例，其中，每个线圈包括六个线圈元件C。每个线圈内的线圈元件C串联连接。由此，每个线圈元件C包括多匝（例如，十匝）。因为六个线圈元件C相应地在一个线圈内串联连接，所以每个线圈包括六十匝。

图12具体地示出了一个示例性实施例，其中，每个线圈包括六个线圈元件C，并且每个线圈包括两个线圈元件子集a、b、c。每个线圈元件C被分配给一个线圈元件子集a、b、c，其中，每个线圈元件子集a、b、c包括三个线圈元件C。每个线圈的线圈元件子集a、b、c并联连接，并且每个线圈元件子集a、b、c的线圈元件C串联连接。由此，每个线圈元件C包括多匝（例如，二十匝），并且每个线圈元件子集a、b、c的三个线圈元件C串联连接。因此，每个线圈元件子集a、b、c包括六十匝。

图13示出了定子组件110内的两个多相线圈系统S1、S2的电连接的示例性实施例。定子组件110包括十二个区段200，其中，两个相邻的定子区段200总是并联连接。在每种情况下使用柔性的区段到区段连接器250来完成区段到区段的连接。每个多相线圈系统S1、S2相应地利用每个系统S1、S2的两个线缆出口750a、750b来连接到转换器（未描绘）。

应当注意的是，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且措词“一”、“一个”或“一种”的使用并不排除多个。此外，联系不同实施例描述的元件也可以被组合。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种定子组件（110），包括：

第一定子区段（210）；

第二定子区段（220）；

所述第一定子区段（210）和所述第二定子区段（220）沿所述定子组件（110）的周向方向布置，

其中，所述第一定子区段（210）和所述第二定子区段（220）彼此相邻定位并且以间隙（G）分开；

第一多相线圈系统（S1）的至少一个第一线圈组（s1），以及

第二多相线圈系统（S2）的至少一个第二线圈组（s2），

其中，对于相应的多相线圈系统（S1、S2）的每个相（u、v、w），每个线圈组（s1、s2）包括至少一个线圈（s1、s2、s3）；

其中，每个定子区段（210、220）包括：

具有第一汇流排元件（b1）的第一汇流排布置结构（B1），以及

具有第二汇流排元件（b2）的第二汇流排布置结构（B2），

每个汇流排元件（b1、b2）被分配给一个相（u、v、w），

区段到区段连接器（250），其将所述第一定子区段（210）的一个汇流排布置结构（B1、B2）的每个汇流排元件（b1、b2）连接到相邻的第二定子区段（220）的一个汇流排布置结构（B1、B2）的分配给相同相（u、v、w）的一个汇流排元件（b1、b2），从而将所述间隙（G）电气桥接；

其中，在每个区段（210、220）中，所述线圈组（s1、s2）的每个线圈被连接到所述第一汇流排布置结构（B1）或所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的一个汇流排元件（b1、b2）；

其中，在第一多相线圈系统分布（D1）中，每个定子区段（210、220）承载所述第一多相线圈系统（S1）和所述第二多相线圈系统（S2）二者，其中，相对于所述第一定子区段（210）和所述第二定子区段（220）之间的所述间隙（G），由所述第一定子区段（210）承载的线圈组（s1、s2）的布置结构是由相邻的第二定子区段（220）承载的线圈组（s2、s1）的布置结构的镜像；

或者

其中，在第二多相线圈系统分布（D2）中，每个单一的定子区段（200）仅承载所述第一多相线圈系统（S1）或所述第二多相线圈系统（S2）的线圈组（s1、s2）。

2.根据权利要求1所述的定子组件（110），

其特征在于，在所述第一多相线圈系统分布（D1）中，

所述第一定子区段（210）的所述第一线圈组（s1）的每个线圈（s11、s12、s13）被连接到所述第一定子区段（210）的所述第一汇流排布置结构（B1）的分配给相同相（u、v、w）的第一汇流排元件（b11、b12、b13），

其中，所述第一定子区段（210）的所述第二线圈组（s2）的每个线圈（s21、s22、s23）被连接到所述第一定子区段（210）的所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的第二汇流排元件（b21、b22、b23），

其中，所述第二定子区段（220）的所述第二线圈组（s2）的每个线圈（s21、s22、s23）被连接到所述第二定子区段（220）的所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的第二汇流排元件（b21、b22、b23），以及

其中，所述第二定子区段（220）的所述第一线圈组（s1）的每个线圈（s11、s12、s13）被连接到所述第二定子区段（220）的所述第一汇流排布置结构（B1）的分配给相同相（u、v、w）的第一汇流排元件（b11、b12、b13）。

3.根据权利要求1所述的定子组件（110），

其特征在于，在所述第一多相线圈系统分布（D1）中，

所述第一定子区段（210）的所述第一汇流排布置结构（B1）的每个第一汇流排元件（b11、b12、b13）被连接到所述第二定子区段（220）的所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的第二汇流排元件（b21、b22、b23），以及

其中，所述第一定子区段（210）的所述第二汇流排布置结构（B2）的每个第二汇流排元件（b21、b22、b23）被连接到所述第二定子区段（220）的所述第一汇流排布置结构（B1）的分配给相同相（u、v、w）的第一汇流排元件（b11、b12、b13）。

4.根据权利要求3所述的定子组件（110），

其特征在于，所述第一定子区段（210）的所述第一线圈组（s1）的每个线圈（s11、s12、s13）被连接到所述第一定子区段（210）的所述第一汇流排布置结构（B1）的分配给相同相（u、v、w）的第一汇流排元件（b11、b12、b13），

其中，所述第一定子区段（210）的所述第二线圈组（s2）的每个线圈（s21、s22、s23）被连接到所述第一定子区段（210）的所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的第二汇流排元件（b21、b22、b23），

其中，所述第二定子区段（220）的所述第二线圈组（s2）的每个线圈（s21、s22、s23）被连接到所述第一汇流排布置结构（B1）的分配给相同相（u、v、w）的第一汇流排元件（b11、b12、b13），以及

其中，所述第二定子区段（220）的所述第一线圈组（s1）的每个线圈（s11、s12、s13）被连接到所述第二定子区段（220）的所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的第二汇流排元件（b21、b22、b23）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的定子组件（110），

其特征在于，在所述第一多相线圈系统分布（D1）中，

每个线圈包括至少两个线圈元件（C），以及

其中，分配给相同相（u、v、w）的每个线圈的线圈元件（C）串联连接。

6.根据权利要求1所述的定子组件（110），

其特征在于，在所述第二多相线圈系统分布（D2）中，

每个线圈包括至少两个线圈元件（C），以及

其中，分配给相同相（u、v、w）的每个线圈的线圈元件（C）串联连接。

7.根据权利要求1所述的定子组件（110），其特征在于，在所述第二多相线圈系统分布（D2）中，

每个线圈包括至少两个线圈元件（C），并且每个线圈包括至少两个线圈元件子集（a、b、c），

其中，每个线圈元件（C）被分配给包括至少两个线圈元件（C）的一个线圈元件子集（a、b、c），

其中，每个线圈的线圈元件子集（a、b、c）并联连接，以及

每个线圈元件子集（a、b、c）的线圈元件（C）串联连接。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的定子组件（110），

其特征在于，所述区段到区段连接器（250）为柔性的电连接器，所述电连接器被构造成将所述第一定子区段（210）的一个汇流排布置结构（B1、B2）的汇流排元件（b1、b2）中的一个可变地连接到所述第二定子区段（220）的所述第一汇流排布置结构（B1）或所述第二汇流排布置结构（B2）的分配给相同相（u、v、w）的汇流排元件（b1、b2）中的一个。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的定子组件（110），

其特征在于，每个多相线圈系统（S1、S2）包括三相（u、v、w）；

其中，每个线圈组（s1、s2）包括：

分配给三相电流的第一电相（u）的第一线圈（s11、s21），

分配给所述三相电流的第二电相（v）的第二线圈（s12、s22），

分配给所述三相电流的第三电相（w）的第三线圈（s13、s23）；以及

其中，每个汇流排布置结构（B1、B2）包括：

分配给三相电流的第一电相（u）的第一汇流排相元件（b11、b21），

分配给所述三相电流的第二电相（v）的第二汇流排相元件（b12、b22），

分配给所述三相电流的第三电相（w）的第三汇流排相元件（b13、b23）。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的定子组件（110），

包括至少四个另外的定子区段（200）。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的定子组件（110），

包括第三多相线圈系统（S3）。

12.根据权利要求5所述的定子组件（110），

其特征在于，分配给相同相（u、v、w）的每个线圈的三个线圈元件（C）串联连接。

13.根据权利要求6所述的定子组件（110），

其特征在于，分配给相同相（u、v、w）的每个线圈的六个线圈元件（C）串联连接。

14.根据权利要求7所述的定子组件（110），

其特征在于，每个线圈元件子集（a、b、c）的三个线圈元件（C）串联连接。

15.根据权利要求8所述的定子组件（110），

其特征在于，所述柔性的电连接器包括铜或铝。

16.根据权利要求10所述的定子组件（110），

包括正好四个另外的定子区段（200）。

17.一种发电机（100），所述发电机（100）包括：

根据权利要求1至16中任一项所述的定子组件（110），以及

转子组件（120），其被构造和支撑成使得它能够围绕中心轴线（190a）旋转。

18.根据权利要求17所述的发电机（100），

其特征在于，所述发电机（100）用于风力涡轮机（180）。

19.根据权利要求17所述的发电机（100），

其特征在于，所述发电机（100）具有内定子-外转子构造。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的发电机（100），

其特征在于，所述定子组件（110）的外部环形框架（212）具有大于7米外径。

21.根据权利要求20所述的发电机（100），

其特征在于，所述外部环形框架（212）的所述外径大于8米。

22.根据权利要求21所述的发电机（100），

其特征在于，所述外部环形框架（212）的所述外径大于9米。

23.一种用于产生电功率的风力涡轮机（180），所述风力涡轮机（180）包括：

塔架（182）；

风力转子（190），其被布置在所述塔架（182）的顶部部分处，并且包括至少一个叶片（192）；以及

根据权利要求17至22中任一项所述的发电机（100），其中，所述发电机（100）与所述风力转子（190）机械耦接。

24.根据权利要求23所述的风力涡轮机（180），

其特征在于，所述风力涡轮机（180）为海上风力涡轮机。

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