CN219268586U - 定子线圈、发电机以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种定子线圈、发电机以及风力发电机组。定子线圈包括：置在端部位置处的导体、导体绝缘层、低阻层以及屏蔽层，导体绝缘层包覆在导体上，低阻层包覆在导体绝缘层上，屏蔽层设置在低阻层外侧，其中，低阻层的电阻率低于导体绝缘层的电阻率。本公开的定子线圈具有防晕结构。

Description

定子线圈、发电机以及风力发电机组

技术领域

本公开总体说来涉及电机领域，更具体地讲，涉及一种定子线圈、发电机以及风力发电机组。

背景技术

一般高压电机可达到10kV、20kV，在核电、水电领域存在高达24kV-27kV的电机，在这种情况下，电机的线圈全部是条式线圈，该条式线圈具有较长的渐开线部分，线圈嵌线完成后，需要通过焊接进行连接。目前高压电机的线圈一般有两种绝缘结构（即，多胶模压体系和少胶SVPI体系），但是不管哪种绝缘结构都无法满足27kV或超过27kV（例如，27kV-35kV）的高压电机的使用要求。现有的发电机的线圈结构可参考授权公告号为CN207283289U和申请公布号为CN109391063A的中国专利文献。

在风力发电机组（也可简称为风机或风电机组）上一般使用最高达到10kV的发电机，导致这一瓶颈的就是线圈的外绝缘问题。

将电压提升到35kV可以使发电机发电后直接并入风电场的变电站（35kV变110kV/220KV）中，如此便可节约变压器（该变压器容量与风机容量相当，价格昂贵，价格一般超过一百万）。除此之外，还可以节省掉发电机到该变压器之间的低/中压大电流电缆，既可进一步节约成本，又可以节约空间。

电机的定子线圈的端部与空气接触，线圈端部的导体部分电位是高电位，而且线圈端部存在着形变而引起的电场畸变，电场强度较高，现有的防晕结构已经无法满足高电压的要求。

实用新型内容

本公开的目的之一在于提供一种能够防晕的定子线圈。

根据本公开的第一方面，一种发电机的定子线圈包括：设置在端部位置处的导体、导体绝缘层、低阻层以及屏蔽层，导体绝缘层包覆在导体上，低阻层包覆在导体绝缘层上，屏蔽层设置在低阻层外侧；其中，低阻层的电阻率低于导体绝缘层的电阻率。

根据本公开的实施例，屏蔽层可包括网状的导体层和/或箔片状的导体层。

根据本公开的实施例，低阻层可包括低阻带和/或低阻漆层。

根据本公开的实施例，低阻带可包括玻璃布和炭黑。

根据本公开的实施例，导体绝缘层可包括第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层与导体接触，第二绝缘层可包覆在第一绝缘层上并且与低阻层接触。

根据本公开的实施例，第二绝缘层可包括云母带。

根据本公开的实施例，定子线圈还可包括包覆在屏蔽层上的辅助绝缘层。

根据本公开的第二方面，一种发电机包括：铁芯，以及如上所述的定子线圈，并且定子线圈缠绕在铁芯上，其中，定子线圈的端部暴露至铁芯的外部。

根据本公开的实施例，定子线圈的引出端可连接到汇流环或汇流排，并且屏蔽层可连接到铁芯，汇流环或汇流排的外侧可设置有低阻层和屏蔽层。

根据本公开的第三方面，一种风力发电机组包括如上所述的定子线圈，或如上所述的发电机。

包括根据本公开的实施例的定子线圈的风力发电机组可省略变压器及其连接线缆，由此可降低风力发电机组的成本。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本公开的第一实施例的定子线圈的缠绕结构的示意图；

图2是示出根据本公开的第二实施例的定子线圈的缠绕结构的示意图；

图3是示出根据本公开的实施例的定子线圈的端部的截面示意图。

标号说明：

1：外层；2：导体绝缘层；3：导体；4：端部盖板；5：通风道；6：铁芯；7：引出端；8：汇流环或汇流排；9：支架；13：低阻层；14：屏蔽层；31：第一直线延伸部分；32：第二直线延伸部分；33：弯曲部分。

具体实施方式

下面的具体实施方式用以帮助获得对在此描述的结构的全面理解。此外，为了更加清楚和简明，将省略或简化本领域公知的内容的描述。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语（诸如，在通用词典中定义的术语）应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

没有特殊说明，相同的标号一般是指相同的元素（例如，部件、步骤和方法）。在前的实施例中描述过的标号，在后的实施例中再次出现的，可将其省略。另外，不同或同一实施例中描述的技术特征可以以任意方式进行组合，只要组合后的实施例或技术方案是完整的且能够解决本申请的技术问题或实现本申请中描述或未描述但可根据上述完整的技术方案能够确定的技术效果即可。

本公开的定子线圈的端部采用低阻层加屏蔽层的防晕设计，从而将定子线圈的端部电场屏蔽掉，使定子线圈的端部与线圈槽部具有相同的电应力条件。下面将结合图1至图3对本公开的具体实施方式进行描述。

图1是示出根据本公开的第一实施例的定子线圈的缠绕结构的示意图，图2是示出根据本公开的第二实施例的定子线圈的缠绕结构的示意图，图3是示出根据本公开的实施例的沿线A-A截取的定子线圈端部的截面示意图。

参照图1至图3，根据本公开的实施例的发电机的定子线圈包括设置在定子线圈的端部位置的导体3、导体绝缘层2、低阻层13和屏蔽层14。

低阻层13和屏蔽层14两者的组合可形成为外层1（即，外屏蔽层），外层1可作为定子线圈的外屏蔽层，将定子线圈的端部电场屏蔽掉，使定子线圈的端部与位于铁芯6内侧的线圈槽部具有相同的电应力条件。外层1可以是定子线圈的最外层。

也就是说，在定子线圈的端部位置，定子线圈包括导体3、导体绝缘层2、低阻层13和屏蔽层14。

虽然没有示出，但是在定子线圈的中间位置（或者位于铁芯6内侧的定子线圈），定子线圈可包括导体3，作为示例，在该位置，定子线圈还可包括设置在导体3上的绝缘层。这里的绝缘层的构造可以与下文提及的第一绝缘的构造相同。

导体3可以利用导电材料形成。在一个示例中，导体3可利用铜、铁、铝等导电金属形成。优选地，导体3的主要材料可以为铜，并且可以少量掺杂其他金属或非金属材料。导体3作为线圈的中间芯材，位于整个线圈的中央。

作为示例，导体3可具有椭圆形、圆形等截面，导体3的截面形状不受具体限制。

参照图1至图3，导体绝缘层2可包覆在导体3上。导体绝缘层2可以包括主绝缘层，该主绝缘层可包括云母带，例如，少胶云母带、中胶云母带或多胶云母带。主绝缘层的材料不受具体限制，主绝缘层的电阻率可于低阻层13的电阻率。

在导体3的外部包覆有绝缘层的情况下，导体绝缘层2还可包括该绝缘层（绝缘膜），也就是说，导体绝缘层2可具有两层结构或更多层结构。

具体地，导体绝缘层2可包括第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层可包覆在导体3上。作为示例，第一绝缘层可以与导体3接触，第二绝缘层可包覆在第一绝缘层上并且与低阻层13接触。

绝缘膜（第一绝缘层）可利用缩醛漆（主要成分可以为聚乙烯醇缩甲醛）、聚氨酯漆（主要成分可以为聚氨基甲脂）、可焊性聚酯亚胺漆等形成。第一绝缘层（绝缘膜）的电阻率可以大于低阻层13的电阻率。

第一绝缘层可以是如上所述的绝缘膜，第二绝缘层可以是如上所述的主绝缘层。换言之，在线圈的中间位置，线圈可包括导体3以及包覆在导体3上的第一绝缘层。在定子线圈的端部位置，除了导体3以及包覆在导体3上的第一绝缘层（或绝缘膜）之外，定子线圈还可包括包覆在第一绝缘层上的第二绝缘层。

另外，虽然没有示出，但是在第一绝缘层与第二绝缘层之间和/或第一绝缘层的内侧还可设置有内屏蔽层，该内屏蔽层可以是涂层。

参照图1至图3，低阻层13可包覆在导体绝缘层2上，低阻层13的电阻率可低于导体绝缘层2的电阻率。低阻层13可设置在第二绝缘层与屏蔽层14之间。

当导体绝缘层2包括两层或更多层绝缘结构时，低阻层13的电阻率低于导体绝缘层2的电阻率是指低阻层13的电阻率低于导体绝缘层2中的每层绝缘层的电阻率。

低阻层13可利用低阻材料形成，该低阻材料可主要包括乙炔黑（气态、液态或固态有机物不完全燃烧时析出的碳），低阻层13可包括低阻带和/或低阻漆层。低阻带可包括玻璃布和炭黑。具体地，低阻带可主要含铁石棉带和浸半导体低阻漆的无碱玻璃纤维带。低阻带的电阻率可以在10³Ω·m至10⁴Ω·m的范围内。

低阻层13可以使外层1与导体绝缘层2之间充分接触或充分贴合，低阻层13也可以使外层1与铁芯6之间充分接触或充分贴合，使它们充分接触或充分贴合，可以防止高电位对铁芯6的局部放电（也就是说，如果有一处出现小的间隙，而这个小间隙的一侧线圈高电位，一侧是铁芯低电位，小间隙就会放电）。

参照图1至图3，屏蔽层14可设置在低阻层13外侧。屏蔽层14可利用导电材料（例如，金属）制成，屏蔽层14可包括网状或箔片状缠绕的导体层或导电层。作为示例，屏蔽层14可以包括金属丝缠绕或编织而成的网状导体层，屏蔽层14也可以是铜箔屏蔽层。另外，屏蔽层14也可利用石墨等材料形成。

如上所述，现有的线圈端部基本都是采用低阻带叠加高阻带进行防晕设计，但是现有的防晕设计随着电压升高已经不能满足使用条件。

根据本公开的实施例的定子线圈采用低阻带叠加屏蔽层（导电层（或导体层））进行防晕设计，可满足高电压（例如，27kV或更高）的防晕设计要求。也就是说，根据本公开的实施例的采用防晕设计的定子线圈可适于高压发电机（例如，35kV超高压发电机）。

虽然没有示出，但是定子线圈还可包括包覆在屏蔽层14上的辅助绝缘层。也就是说，在定子线圈的端部的位置，屏蔽层14或没有示出的辅助绝缘层可作为定子线圈的最外层，在定子线圈的中间位置（没有暴露到铁芯6的外部），导体3或第一绝缘层可作为定子线圈的最外层。

辅助绝缘层可利益缩醛漆（主要成分可以为聚乙烯醇缩甲醛）、聚氨酯漆（主要成分可以为聚氨基甲脂）、可焊性聚酯亚胺漆等形成，然而，本公开不限于此，辅助绝缘层还可包括其他类型的绝缘结构。

参照图1和图2，根据本公开的实施例的发电机可包括铁芯6以及缠绕在铁芯6上的定子线圈，定子线圈可缠绕在铁芯6的内侧的线圈槽部上，铁芯6可连接到支架9。铁芯6可利用硅钢片堆叠而成，但这仅仅是示例，铁芯6还可包括铁氧体、硅铁等。

参照图1和图2，定子线圈的端部暴露至铁芯6的外部。具体地，定子线圈的端部可从安装在铁芯6端部的端部盖板4向外暴露，并且可沿着铁芯6的硅钢片的堆叠方向向外延伸。

参照图2，定子线圈的端部可具有弯折结构。作为示例，该弯折结构可包括第一直线延伸部分31、第二直线延伸部分32和连接第一直线延伸部分和第二直线延伸部分的弯曲部分33。第一直线延伸部分31、第二直线延伸部分32可大体沿硅钢片的堆叠方向上延伸，弯曲部分33可设置在第一直线延伸部分31与第二直线延伸部分32之间，并且弯曲部分33可朝向铁芯6弯曲。

参照图1，定子线圈的引出端7可连接到汇流环或汇流排8，汇流环或汇流排8可连接到外部线缆。

参照图2，如果单相只有一条支路，那么定子线圈的引出端7可直接连接到外部线缆，而不需要汇流环或回流排8。定子线圈的引出端7的外侧也可设置有如上所述的外层1。

另外，参照图1，汇流环或汇流排8的外侧以及定子线圈的引出端7的外侧也可设置有外层1，汇流环或汇流排8的外层1以及汇流环或汇流排8与引出端7的T型连接位置的外层1可在施工时单独施加，除了T型连接位置以及汇流环或汇流排8上的外层1之外，其他位置的外层1可以是定子线圈的原有部分，即，可在安装定子线圈之前，就设置在定子线圈的外表面。

也就是说，汇流环或汇流排8的外侧和/或引出端7的外侧均可设置有低阻层13和包覆低阻层13的屏蔽层14，汇流环或汇流排8的外侧和/或引出端7的外侧的低阻层13和屏蔽层14可以与设置在线圈端部的低阻层13和屏蔽层14相同。

虽然没有示出，但是辅助绝缘层可设置在汇流环或汇流排8的外侧和/或引出端的外侧的屏蔽层14上。设置在汇流环或汇流排8的外侧和/或引出端7的外侧的屏蔽层14上的辅助绝缘层可以与上述辅助绝缘层的构造相同。

虽然没有示出，但是外层1的导体层（即，屏蔽层14）可电连接到铁芯6。例如，屏蔽层14可通过螺栓连接到铁芯6，或者屏蔽层14可焊接到铁芯6。

具体地，可在屏蔽层14上设置金属触点，然后将该金属触点焊接到铁芯6或连接到铁芯6的金属支架9。

另外，可以通过安装在铁芯6上的螺栓将铁芯6电连接到屏蔽层14或连接到设置在屏蔽层14上的金属触点。这里的金属触点可以是焊接触点，并且可以包括焊料等。另外，铁芯6上还可设置有通风道5，通风道5可沿着铁芯6的径向设置，由此可改善发电机的通风冷却效果。

可以使外层1与铁芯6和/或支架9等电位（零电位）连接，定子线圈的端部位置的引出端7以及汇流环或汇流排8位置的外层1均可与支架9或者其他零电位部件连接，如此便可使定子线圈的端部被屏蔽层屏蔽，外部空气就不会产生电晕问题。

可以在定子线圈的端部的引出端7与汇流环或汇流排8等连接（例如，焊接连接）后，包扎绝缘层，包扎绝缘层后，再在外侧设置外层1，布置完外层1后，在整个输出线路上都可构造接地装置（或连接到零电位部件），然后与外部线缆（外部线缆上本身就有金属屏蔽层）连接，由此完成整个发电机的线圈端部的防晕构造。

根据本公开的实施例的风力发电机组可包括如上所述的定子线圈或如上所述的发电机。

根据本公开的实施例的定子线圈具有改善的防晕能力。

包括根据本公开的实施例的定子线圈的风力发电机组可省略变压器及其连接线缆，由此可降低风力发电机组的成本。

虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，例如，可以将不同实施例的技术特征进行组合。

Claims (10)

1.一种发电机的定子线圈，其特征在于，所述定子线圈包括：设置在端部位置处的导体（3）、导体绝缘层（2）、低阻层（13）以及屏蔽层（14），

所述导体绝缘层（2）包覆在所述导体（3）上，所述低阻层（13）包覆在所述导体绝缘层（2）上，所述屏蔽层（14）设置在所述低阻层（13）外侧，

其中，所述低阻层（13）的电阻率低于所述导体绝缘层（2）的电阻率。

2.根据权利要求1所述的发电机的定子线圈，其特征在于，所述屏蔽层（14）包括网状的导体层和/或箔片状的导体层。

3.根据权利要求1所述的发电机的定子线圈，其特征在于，所述低阻层（13）包括低阻带和/或低阻漆层。

4.根据权利要求3所述的发电机的定子线圈，其特征在于，所述低阻带包括玻璃布和炭黑。

5.根据权利要求1所述的发电机的定子线圈，其特征在于，所述导体绝缘层（2）包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层与所述导体（3）接触，所述第二绝缘层包覆在所述第一绝缘层上并且与所述低阻层（13）接触。

6.根据权利要求5所述的发电机的定子线圈，其特征在于，所述第二绝缘层包括云母带。

7.根据权利要求1-6任一项所述的发电机的定子线圈，其特征在于，所述定子线圈还包括包覆在所述屏蔽层（14）上的辅助绝缘层。

8.一种发电机，其特征在于，包括：

铁芯（6），以及

根据权利要求1至7中的任一项所述的定子线圈，并且所述定子线圈缠绕在所述铁芯（6）上，

其中，所述定子线圈的所述端部暴露至所述铁芯（6）的外部。

9.根据权利要求8所述的发电机，其特征在于，所述定子线圈的引出端（7）连接到汇流环或汇流排（8），并且所述屏蔽层（14）连接到铁芯（6），所述汇流环或汇流排（8）的外侧设置有所述低阻层（13）和所述屏蔽层（14）。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的定子线圈，或根据权利要求8或9所述的发电机。

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