CN113169617A - 用于电机、风力涡轮机的定子及用于制造定子的方法 - Google Patents

Abstract

用于电机，特别是风力涡轮机（21）的发电机（24）的定子（1），其中圆柱定子（1）包括多个相似的定子节段（3），每个定子节段（3）构成定子（1）的圆周的部分，并且对于每个提供到所述电机或由所述电机提供的相位，每个定子节段具有至少一个线圈元件（8）和一个预安装汇流条节段（9），其中每个汇流条节段（9）电气连接到相应相位的线圈元件（8），其中至少两个圆周地邻近的定子节段（3）形成区段（4,5,6,7），并且径向地相对的偶数个区段（4,5,6,7）中的多个子集被分别沿定子（1）的圆周分配到在相应连接位置（15,16）处的连接件（13,14），其特征在于，在每个区段（4,5,6,7）中，通过使用节段连接装置（11）连接属于相同相位的邻近的定子节段（3）的汇流条节段（9）来提供用于每个相位的分节段汇流条（12），并且每个区段（4,5,6,7）的分节段汇流条（12）由附加、连续汇流条（17）连接到相应连接件（13,14），所述每个区段的分节段汇流条（12）与它们的关联连接位置（15,16）间隔距离，所述附加、连续汇流条在最靠近连接位置（15,16）的分节段汇流条（9）的端部和连接位置（15,16）之间绕过每个定子节段（3）。

Description

用于电机、风力涡轮机的定子及用于制造定子的方法

技术领域

本发明涉及用于电机的定子，特别是用于风力涡轮机的发电机的定子，其中圆柱定子包括多个相似的定子节段，每个定子节段构成定子的圆周的部分，并且对于每个提供到电机或由电机提供的相位，每个定子节段具有至少一个线圈元件和一个预安装汇流条节段，其中汇流条节段电气连接到相应相位的线圈元件，其中至少两个圆周地邻近的定子节段形成区段，并且偶数个径向地相对的区段中的多个子集被分别沿定子的圆周分配到在相应连接位置处的连接件。本发明还涉及具有带有这样的定子的发电机的风力涡轮机以及用于制造这样的定子的方法。

背景技术

大电机，特别是用于风力涡轮机的发电机，经常过于沉重且/或庞大（extensive）而难以作为一个部分来制造，特别是对于板、线圈元件和构成定子本体的其他构件的堆叠。因此已经提出从相似的定子节段构建定子本体，每个定子节段覆盖定子的圆周的部分，例如覆盖预定义的角度。定子节段所覆盖的角度总和为360°，使得组装定子节段得到圆柱定子本体。在大多数情况下，定子将基本上具有中空圆柱的形状。为了组装电机，添加了转子。

例如，定子被已知为由附接到彼此的十二个定子节段制成。在该种情况下，每个定子节段覆盖30°的成角度间隔。

为了将电功率提供到电机或为了汲取由电机产生的电功率，其中通常使用三个相位，需要使用通常在定子的面中的一个处的某个圆周连接位置处提供的连接件来将线圈元件连接到至少一个相应的外部线路（line）。为了将此电气连接提供到连接件，通常使用由铜制成的汇流条，所述汇流条在圆周方向上围绕整个定子延伸，并且连接到相应相位的线圈元件。为了促进定子的制造和组装，已经提出在定子节段的相应正面上提供预安装汇流条节段，使得一旦定子节段被组装以形成定子本体，就可在需要产生用于每个相位的分节段汇流条以将线圈元件连接到连接位置并且因此连接到连接件的情况下使用节段连接装置。例如，在使用三个相位的电机的情况下，每个定子节段可已经设有三个预安装汇流条节段，每个预安装汇流条节段用于一个相位。可省略节段连接装置，使得形成两个分节段汇流条部分，一个分节段汇流条部分用于对应相位的两个连接线路中的每个。

在定子的不同部分将被分配到不同的电气系统时会产生问题。例如，在由十二个定子节段制成的定子中，可限定四个分离区段，每个分离区段包括三个邻近的定子节段，使得形成两对径向地相对的区段。现在，每对径向地相对的区段可被分配到不同的电气系统，使得定子在沿圆周的不同的位置处需要两个连接件，每个连接件特别地连接到两条线路以用于每个相位。在该情况下，已经提出使每个定子节段设有六个预安装汇流条节段，使得它们中的三个可分别用于每个连接件。

然而，用于这些汇流条节段的空间非常受限，使得形成在定子节段和定子本身的生产中的问题。对于铜的量，使用六个汇流条节段以用于每个定子节段也是昂贵的。另外，对于使用节段连接装置来连接所有那些汇流条节段以形成分节段汇流条的努力是非常高的。直到在，已经接受了狭窄空间限制（constraint）以及铜和连接部分中的高成本。

因此，当前发明的目标是提供一种具有更简单的布局的定子设计，使得减少成本且简化安装。

发明内容

该目标通过提供定子、风力涡轮机和用于制造根据独立权利要求的定子的方法来实现。在从属权利要求中描述有利的实施例。

如起初所描述的定子中，在每个区段中，通过使用节段连接装置流连接属于相同相位的邻近的定子节段的汇流条节段来提供用于每个相位的分节段汇流条，并且每个区段的分节段汇流条由附加、连续汇流条连接到相应连接件，所述每个区段的分节段汇流条和它们的关联连接位置间隔距离，所述附加、连续汇流条在最靠近连接位置的分节段汇流条的端部和该连接位置之间绕过每个定子节段。

当然，所限定的区段被分离（disjoint），使得每个节段仅连接到至少一个连接件。如所已知的那样，每个连接件允许连接两条线路以用于每个相位。优选地，使用三个相位的电流，使得存在由已连接的预安装汇流条节段和三个附加、连续汇流条形成的三个分节段汇流条。当然，通常所注意到的是，将不在每个节段的边界处提供节段连接装置，形成例如不同区段的和/或被分配到相位的不同线路的不同节段汇流条部分。

因此所提出的是，将每个定子节段上的预安装汇流条节段的数量减少到所使用的相位的数量，特别是三个，虽然具有用以连接到多于一个电气系统的多于一个的连接件。典型地，每个节段可连接到电气系统中的一个的所有三个相位。为了能够也将每个区段的分节段汇流条连接到已间隔距离的连接件，添加了附加、更长、连续的汇流条，所述汇流条在连接位置和分节段汇流条的相应端部之间绕过所有定子节段，因为不需要将任何电气连接提供到已绕过的定子节段。例如，在四个区段各自具有连接到两个电气系统的三个定子节段的情况下，用于每个相位的两个长的连续汇流条足以（suffice）提供相关的电气连接。也就是说，附加、连续汇流条在该情况中具有三个定子节段的长度，该长度总计等于六个节段，同时整个定子具有十二个。因此，节省了汇流条的铜的四分之一，以及半个节段连接装置。而且在通常的情况下，因为在圆周的部分中，不需要附加、连续汇流条，所以需要较少的铜以及较少的节段连接装置，因为在定子节段上提供了较少的预安装汇流条节段。

本发明还解决空间限制问题，因为在需要的情况下，可在添加附加、连续汇流条之前将三个预安装汇流条节段电气连接，进而确保经简化的生产和制造过程。总而言之，由标准柔性汇流条解决方案来保证系统的连接，该标准柔性汇流条解决方案使用长的、附加、连续汇流条来连接被固定到节段的分节段汇流条，所述长的、附加、连续汇流条在第二汇流条系统中绕过其他定子节段。

在这方面中，一种用于制造根据本发明的定子的方法包括下列步骤：

- 使定子节段设有预安装汇流条节段，所述预安装汇流条节段附接到所述定子节段并且使用所提供的定子节段来构建圆柱定子，

- 使用节段连接装置来连接每个区段的邻近的相应汇流条节段，以形成所述分节段汇流条，之后

- 添加附加、连续汇流条。

根据本发明的定子在风力涡轮机的发电机中作为电机特别有利，因为通常这些发电机非常大并且被以多个（例如十二个）定子节段提供，所述定子节段被组装以形成定子本体。对于风力涡轮机，多个电气系统经常被连接到在风力涡轮机中使用的每个发电机。连接件全部将被制作在发电机的一个面处。因此，本发明还涉及风力涡轮机，其包括具有根据本发明的定子的至少一个发电机。当然，所注意到的是，所有对于定子的陈述还可被应用到方法和风力涡轮机。

特别地，电气系统（例如在风力涡轮机中）可为整流器（converter）。在示例性实施例中，可提供两个整流器作为风力涡轮机的机舱中的电气系统，特别地，所述两个整流器各自在相对于毂的机舱的端部上的一个侧向的侧部上。在这些整流器中的一个失效的情况下，风力涡轮机仍然可被操作。

总之，本发明提供以下优点：铜的量的减少以及节段到节段连接装置。另外，到预安装汇流条节段的容易的接近是可能的。可在离开定子节段系统的柔性汇流条之间提供更多的空间。

本发明简化了汇流条的布局，特别是通过使用跨越多个定子节段的连续汇流条，所述汇流条可例如适于热膨胀等。总之，可实现每个发电机的材料成本的显著减少以及经减少的生产中的组装时间。

优选地，附加、连续汇流条定位在与每个被绕过的定子节段的分节段汇流条相同的径向位置中，但是在相对于定子节段的分节段汇流条的一侧上纵向地移动。以此方式，在节段连接装置已经被用来连接将被绕过的区段的节段之后，平行于分节段汇流条的空间可被用来在那里放置附加、连续的汇流条，进而提供紧凑的设计。

在具体实施例中，连接位置可在两个邻近区段的边界处。如果所述区段中的至少一个（连接件被放置在其边界处）已经被分配到该连接件，那么对于该区段不需要附加、连续汇流条。在另一方面，到被分配到相同电气系统的至少另一个区段的距离可被最大限度地减小，特别是在总共四个区段的情况下到必须被绕过的一个区段的距离，并且因此，相同的连接件也可被最大限度地减小。在该四个区段的具体实施例中，连接位置可被定位在邻近边界处，并且因此连接件也可被定位在邻近边界处，也就是说，被定位在一个已限定区段的相对的边界处。在这样的构造中，仅在圆周的一半中需要附加连续汇流条。

可由交叉连接装置来将分节段汇流条连接到关联的附加、连续汇流条，特别地进而在汇流条之间桥接纵向或径向距离。优选地，因为附加、连续汇流条的位置相对于预安装汇流条节段的位置纵向地移动，所以纵向距离可由交叉连接装置桥接。假使相应汇流条的端部将被圆周地交叠连接，那么可使用简单的板状交叉连接装置。

然而，备选地可能的是，至少一个交叉连接装置中的至少一个是柔性的，并且还特别地被成形成连接圆周地间隔距离的相应汇流条端部。已知的柔性汇流条能够被以90°角弯曲，而不占用过多空间。因此，它们尤其适合作为交叉连接装置，特别是在以下的情况下：将被连接的汇流条端部不仅在纵向上，并且还在圆周上位移。

如已经解释的那样，在优选的具体实施例中，定子可包括四个区段，其中在两个邻近区段的邻近边界处提供两个连接位置，其中提供两组附加连续汇流条，每组跨越一个区段。在四个区段的情况下，所述区段还可被称为“象限”。

所注意到的是，通常仅在定子的一个面侧需要汇流条，因为相对的侧部仅具有线圈头。

附图说明

结合附图，当前发明的附加细节和优点从下列优选实施例的描述中变得明显，其中

图1是根据本发明的定子的原理主视图，

图2示出了定子的第一细节的透视图，

图3示出了定子的第二细节的透视图，

图4示出了第一连接件的透视图，

图5示出了第二连接件和交叉连接装置的透视图，

图6是第二连接件区域的备选构造的透视图，并且

图7示出了根据本发明的风力涡轮机。

具体实施方式

图1是根据本发明的定子的正面的原理图。与仅在图1中指示的转子2组合，在该情况下，电机形成风力涡轮机的发电机。在示例中，可使用192个磁极（pole）。

定子1由十二个节段3构建，其中三个邻近节段3各自形成区段4,5,6,7。每个节段具有：至少一个线圈元件8，也仅如在图1中所指示的那样；以及如例如在图2的透视图中可看见的那样，由铜制成的三个预安装汇流条节段9，其被固定到节段3。定子1所属于的发电机使用三个相位，使得每个汇流条节段9与一个相位相关联，并且因此电气连接到相应的线圈元件8。在位于区段4,5,6,7内的两个节段3的边界10处，节段连接装置11被用于连接邻近的汇流条节段，进而形成分节段汇流条12，其中分节段汇流条12的部分覆盖定子1的圆周方向的整个360°。

在转子2中的192个磁极的示例中，16个磁极与每个节段相关联。

在当前实施例中，相对区段4,5和6,7将被连接到不同的电气系统，例如整流器，使得提供了在不同连接位置15,16（一个左，一个右）处的两个连接件13,14，每个连接件能够连接到六条线路（每个相位两个）。然而区段7和4各自的分节段汇流条12终止在它们的相应连接件13,14的连接位置15,16处，以便也能够将区段6和5的分节段汇流条12连接到它们的相应连接件13,14，附加、连续汇流条17（每个相位一个）被用来绕过相应区段4,5，也就是说，两组三个附加、连续汇流条17中的每组具有三个节段3的长度，即连续地通过区段内边界（intra-section boundary）10，如可在图3中看见的那样。在安装定子1时，首先使用节段连接装置11来将汇流条节段9连接到分节段汇流条12，之后添加附加、连续汇流条17。为了获得紧凑的设计，在分节段汇流条12的径向位置处添加附加、连续汇流条17，如也可从附图中看见的那样。

仅需要两组三个附加、连续汇流条17，一组（即图1的右部那组）将区段5的分节段汇流条12连接到连接件14，一组（即图1中上部那组）将区段6连接到连接件13。区段5和区段7都不具有附加、连续汇流条17，使得减少了复杂性，减少了铜的量并且需要更少的连接部分。

图4和图5示出了连接件13,14的透视图。如可从图4中看见的那样，在连接件13中，提供容易的连接作为到区段7的汇流条节段9/分节段汇流条12的直接连接，并且连接到区段6的分节段汇流条12的附加、连续汇流条17是足够的。

另外，对于连接件14，区段6的分节段汇流条12的端部需要被连接到区段4的附加连续汇流条17，进而被引导到连接位置15，也就是说，将提供交叉连接。在图5的实施例中，因为仅需要提供在区段6的汇流条节段9的端部和区段4的（对应地延长的）附加、连续汇流条17的端部之间的纵向距离，所以使用板状（plate-like）交叉连接装置18。

在图6的透视图中示出了备选的解决方案，其中区段4的附加连续汇流条17也与区段6的分节段汇流条12的端部圆周地间隔距离，使得已经使用了包括柔性汇流条的连接装置19，其中柔性汇流条已经被弯曲成90°角以桥接纵向和圆周距离。

在该实施例中，连接位置15,16定位在区段边界20处。

图7示出了根据本发明的风力涡轮机21。风力涡轮机21包括承载机舱23的塔架22。使用与风力涡轮机21的叶片25相互作用的风来驱动具有根据当前发明的定子1的发电机24。

尽管已经参考优选实施例详细描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例限制，技术人员能够从所公开的示例中得到其他变型而不脱离本发明的范围。

Claims (8)

1.用于电机、特别是风力涡轮机（21）的发电机（24）的定子（1），其中圆柱定子（1）包括多个相似的定子节段（3），每个定子节段（3）构成所述定子（1）的圆周的部分，并且对于每个提供到所述电机或由所述电机提供的相位，每个定子节段具有至少一个线圈元件（8）和一个预安装汇流条节段（9），其中每个汇流条节段（9）电气连接到相应相位的线圈元件（8），其中至少两个圆周地邻近的定子节段（3）形成区段（4,5,6,7），并且偶数个径向地相对的区段（4,5,6,7）中的多个子集被分别沿所述定子（1）的圆周分配到在相应连接位置（15,16）处的连接件（13,14），

其特征在于，

在每个区段（4,5,6,7）中，通过使用节段连接装置（11）连接属于相同相位的邻近的定子节段（3）的汇流条节段（9）来提供用于每个相位的分节段汇流条（12），并且

每个区段（4,5,6,7）的分节段汇流条（12）由附加、连续汇流条（17）连接到相应连接件（13,14），所述每个区段的分节段汇流条（12）与它们的关联连接位置（15,16）间隔距离，所述附加、连续汇流条在最靠近连接位置（15,16）的分节段汇流条（9）的端部和连接位置（15,16）之间绕过每个定子节段（3）。

2.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，所述附加、连续汇流条（17）定位在与每个被绕过的定子节段（3）的分节段汇流条（12）相同的径向位置中，但是在相对于所述定子节段（3）的分节段汇流条（12）的一侧上纵向地移动。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的定子（1），其特征在于，所述连接位置（15,16）在两个邻近区段（4,5,6,7）的边界（20）处。

4.根据前述权利要求中的任一项的定子（1），其特征在于，所述分节段汇流条（12）由交叉连接装置（18,19）连接到关联的附加、连续汇流条（17），特别是在汇流条（12,17）之间桥接纵向距离。

5.根据权利要求4所述的定子（1），其特征在于，所述至少一个交叉连接装置（19）中的至少一个是柔性的，并且还特别地被成形成连接被圆周地间隔距离的相应汇流条端部。

6.根据前述权利要求中的任一项的定子（1），其特征在于，其包括四个区段（4,5,6,7），其中在两个邻近区段（4,5,6,7）的邻近边界（20）处提供两个连接位置（15,16），其中提供两组附加、连续汇流条（17），每组跨越一个区段（4,6）。

7.风力涡轮机（21），所述风力涡轮机包括具有根据前述权利要求中的任一项的定子（1）的至少一个发电机（24）。

8.用于制造根据权利要求1至权利要求6中的任一项的定子（1）的方法，其中

- 所述定子节段（3）设有预安装汇流条节段89），所述预安装汇流条节段附接到所述定子节段，并且所述定子节段被用来构建圆柱定子（1），

-使用节段连接装置（11）来至少部分地连接邻近的相应汇流条节段（9），以形成所述分节段汇流条（12），之后

- 添加所述附加、连续汇流条（17）。

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