EP2805406A2 - Segemented electric machine with single-layer fractional-slot winding - Google Patents

Segemented electric machine with single-layer fractional-slot winding

Info

Publication number
EP2805406A2
EP2805406A2 EP13707822.6A EP13707822A EP2805406A2 EP 2805406 A2 EP2805406 A2 EP 2805406A2 EP 13707822 A EP13707822 A EP 13707822A EP 2805406 A2 EP2805406 A2 EP 2805406A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
rotor
dynamoelectric machine
coils
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13707822.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Brasas
Johannes Germishuizen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2805406A2 publication Critical patent/EP2805406A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • H02K7/1823Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12Machines characterised by the modularity of some components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a dynamoelectric machine having a stator, which, viewed in the circumferential direction, has a plurality of segments, which mechanically produce a stator, with a three-phase winding system embedded in slots of the stator.
  • harmonics of the air-gap field can not be reduced during operation of the dynamoelectric machine.
  • These harmonics are responsible, inter alia, for causing the winding to produce a comparatively large cogging torque.
  • the cogging torque must be kept as low as possible.
  • a basic form of a permanent magnet in the form of a cuboid this is not so easy and readily possible.
  • cuboid permanent magnets there are known two methods, which are preferably used in practice. On the one hand, a pole offset of the permanent magnets is selected, on the other hand a staggering of the permanent magnets on the rotor in the axial direction is brought about.
  • Another way to influence the cogging torque on the rotor side is to optimize the geometry of the permanent magnets.
  • This method of reducing the cogging torque in particular associated with the pole offset of the magnets or a staggering of the magnets on the rotor, reduces the cogging torque quite considerably.
  • the disadvantage here, however, is that the rotor must be made asymmetrical and / or the permanent magnets must be reworked consuming.
  • the present invention seeks to ei ⁇ ne to create a dynamoelectric machine, especially for the power class from a megawatt, such as Windkraftgene ⁇ generator, in which the cogging torque is reduced compared to conventional machines, with a simple production of the rotor.
  • a dynamo ⁇ electric machine in particular wind power generators with a stator having viewed in the circumferential direction a plurality of segments, the mechanical composition of the stator result, with the following features:
  • each of the segments has at least three coils or an integral multiple thereof
  • the winding system is designed as a single-layer break hole winding, such that the cogging torques of the dynamoelekt ⁇ cal machine are reduced,
  • Coil width wherein the coil width represents the distance of the two grooves in which the forward or return conductor of a coil is located
  • a segment of the stator extends over six slots or integer multiples thereof
  • At least one segment has only coils of two different ⁇ Licher phases (U, V, W).
  • all coils of the winding system have the same coil width. This simplifies the assembly . Per segment, the winding is still closed off ⁇ so that none of the coil outward and return conductor has in different segments.
  • a winding unit - ie the coils of a segment - in the factory mon ⁇ benefits, soaked and mechanically and electrically tested
  • a segment of the stator advantageously has at least six grooves or an integer multiple thereof, so that now with the respective coil width of the coil, a compact segment and thus transportable segment of a stator is provided.
  • the segments are preferably joined at their end faces and / or on the outer circumference by suitable connecting elements to each other and thus bil ⁇ generators to a stator of an external rotor or internal rotor.
  • This mechanical connection of the segments fixed with IH ren respective neighboring segments and positioning the segments to each other so that a uniform mechanical air gap of the generator without an offset to the Seg ment ⁇ boundaries results.
  • this fixation is the additional mechanical stiffening of the entire stator, which is advantageous for short-term load or surges.
  • the respective phases of the segments are electrically connected by ring-shaped, mutually insulated electrical conductors on one end face of the stator. This electrical contact is made on site at the plant.
  • the reduction of the cogging torque is as ⁇ achieved among other things by that at least one segment of the stator comprises two coils of the single ⁇ Lich three-phase system U, V, W.
  • the rotor has only one permanent magnet per magnetic pole, viewed in the circumferential direction.
  • the magnetic poles extend in the axial direction of the rotor, so that viewed in the axial direction quite a plurality of magnets are arranged one behind the other in the axial direction. It is particularly advantageous if the magnets are inserted in axial recesses ⁇ From the laminated core of the rotor is. This simplifies in particular the axial insertion and positio ⁇ ne of the permanent magnets. In this case, no advantages to be taken precautions, the permanent magnets in operation at the Ro ⁇ tor, for example by a bandage to fix the centrifugal forces take.
  • the common perma ⁇ nent magnets which are offered and manufactured in cuboidal shape in large numbers - and correspondingly inexpensive, can be used.
  • Such a stator with its rotor is particularly suitable for large Windkraftge ⁇ generators whose generator diameter is two, three four or even over five meters. It is in particular direct drive wind turbine generators, in which the wind turbine drives the rotor of the dynamoelectric machine directly, without any intermediate connection of a Getrie ⁇ bes would be necessary.
  • the Grundge ⁇ thanks of the invention can also be transferred to wind generators, which are connected via a transmission to the wind turbine.
  • Other large dynamoelectric machines such as pipe ⁇ mills, or underwater generators can be applied to the inventive manner with respect to the cogging torque optimization ⁇ ren.
  • the dynamoelectric machine can be advantageously designed as an external rotor or internal rotor. None changes with the basic idea according to the invention.
  • FIGS. 3 to 5 each show different winding plans of single-layer break-hole winding with different break hole winding factors
  • FIG. 7 is a longitudinal gating a nacelle of a wind power plant with a ⁇ external rotor generator.
  • FIG. 1 shows, in a basic representation, a nacelle of a wind power plant not shown in more detail, a wind power generator 100 being arranged in the nacelle, which is driven by a wind turbine 109 directly via a shaft 111.
  • the wind power generator 100 has, in a housing 120, a stator 101 which, facing a rotor 108, has grooves 102 in which a winding system 105 is embedded.
  • the rotor 108 is an air gap 114 from the stator
  • the stator 101 is, as can be seen in particular FIG 2, constructed in the circumferential direction of segments 103, the stator 101 to ⁇ sammenform about Statoritatis institute 104 and / or not shown flanges on the front sides of the stator 101. On the in the grooves
  • a rotor 108 In a stator bore is located substantially concentrically arranged a rotor 108, which is designed in this illustration as an inner rotor and on its the air gap 114 of the wind generator 100 side facing permanent magnets 110 has.
  • the poles formed by the permanent magnets 110 are either - considered in circumferential direction - einstü ⁇ one piece or composed of several individual magnets constructed. This is meets both segmented and non-segmented Roto ⁇ ren - as well as internal and external rotors. This is also applicable to external or internal permanent magnets 110.
  • These permanent magnets 110 are arranged in the axial extending Ta ⁇ rule in the laminated core of the rotor 108 and are referred to as a buried permanent magnets. In the circumferential direction, only one, in particular ⁇ cuboid, permanent magnet is provided per magnetic pole 107. These magnets are beneficial ⁇ way in particular for economic reasons.
  • these magnets can also be arranged on the rotor surface. Then they are by appropriate measures, bandages and / or adhesive and / or mechanical mounts to the laminated core of the rotor 108 to be ⁇ consolidate to accommodate the centrifugal forces can.
  • a plurality of permanent magnets 110 are arranged one behind the other. Since the reduction in the cogging torque takes place solely through the winding system of the stator ⁇ 101, graduations, the Perma ⁇ nentmagnete 110 or chamfers of the permanent magnets 110 in the rotor 108 are not necessary. Thus, the structure of such a rotor 108 simplified considerably, since now the Rastmo ⁇ elements are reduced by the winding system 105 of the stator 101.
  • the grooves 102 of a segment 103 of the stator 101 are either designed parallel-sided as shown, ie the groove width is constant. In a further embodiment, these grooves 102 are conical, ie in the direction of the groove bottom, the groove width increases. The flanks of the teeth are parallel. Ternative in implementation of the second Al, the cavities in the direction of the groove base are reinforced pour, or it can there explicitly cooling channels vorgese ⁇ hen be.
  • the segment boundaries of the stator 101 advantageously extend within a tooth, so that a mechanical protection of the winding system 105 during transport and Mon ⁇ days is given.
  • the winding system 105 in the open grooves can be additionally fixed by Nutver gleich institute.
  • FIGS. 3 to 5 now show winding plans for a single-layer break-hole winding with different break hole winding factors, wherein no coil connections are provided across segment boundaries.
  • a return conductor is designated - with "X” a forward conductor of the respective coil.
  • the designation of the respective phase U, V, W can be seen in FIG. 3 - but analogously to the winding plans of FIGS. 4, 5.
  • the respective contacting of the coils 112 of a phase takes place on-site, where the stator 101 is assembled.
  • This contacting is preferably carried out on an end face ⁇ side of the laminated core of the stator 101, for example, by a ring line 123 which electrically connects the coils 112 of each phase.
  • On the second end faces are only the winding heads.
  • N the number of slots of the stator
  • the number of phases is. At least individual segments 103 have only two phases of the three-phase system U, V, W.
  • the stator 101 thus has 54 slots. Accordingly, the rotor 108 corresponding thereto has twenty magnetic poles 107.
  • the stator now has 36 slots. At least individual segments 103 have only two phases of the three-phase system U, V, W.
  • the corresponding rotor 108 accordingly has ten magnetic poles 107. See also FIG 2, in which such a generator is shown by way of example.
  • the inventive arrangement of vorgefer ⁇ tigten coils 112 in the grooves 102, the current flooding X, 0 and their phase contact the Drehmomentwellig- speed of the dynamoelectric machine is significantly reduced during operation.
  • the corresponding rotor 108 has four magnetic poles 107. Due to the inventive arrangement of the prefabricated coils 112 in the grooves 102, the current flooding X, 0 and their Pha sinktontakttechnik the torque ripple of the dynamo ⁇ electric machine is significantly reduced during operation.
  • the arrangement according to the invention of the coils 112 or the conductors of the coils 112 creates a generator with comparatively low cogging torques, taking into account a simple manufacture of a large stator 101.
  • the electrical assignment of the coils 112 to the respective phases - that is, the electrical interconnection takes place on one end face of the stator 101.
  • the stator 101 is located, such as in particular the figure refer 7, essentially in the axial extension of the shaft 111.
  • the driving torque is, for example, a shaft of the wind turbine 109 and 111 by suitable mechanical fasteners to the formed Au ⁇ humbler rotor 108 transfer.
  • the rotor 108 is part of a hollow body 106 which surrounds the stator 101. This surrounds the stator 101 radially, wherein between Ro ⁇ tor 108 and stator 101 is an air gap 114, via the stator 101 and rotor 108 interact electromagnetically.
  • the permanent magnets 110 without additional laminated core 116 - as shown in FIG 7 - mounted directly on the hollow body 106. This is done by mechani ⁇ cal brackets and / or cohesive connections, eg bonding. This simplifies the manufacturing process of the outer ⁇ runner, since no additional elements must be fixed in the hollow body 106.
  • the rotor 108 is segmented in this embodiment.
  • the segmented hollow body 106 forms the magnetic conclusion of the permanent magnets 110.
  • the number of magnetic poles is not equal to the number of this rotor segment 115 opposite grooves. This also reduces the cogging moments.
  • the rotor segments 115 are mechanically connected to one another by suitable rotor connection elements 122.
  • the segment boundaries 119 extend within pole gaps 117 of the magnetic poles 107.
  • the stator 101 is, as shown in FIG. 6, structured in a segmented manner.
  • Each segment 103 in this case has six grooves, which are shown for reasons of clarity without the winding system 105.
  • the winding systems used in the grooves 102 can be seen in FIGS. 3 to 5.
  • the grooves 102 of a segment 103 of the stator 101 are designed with parallel edges, ie the groove width is constant over the radial groove height.
  • these grooves 102 are conical, ie, in the direction of the groove bottom, the groove width tapers. In this case, then the flanks of the teeth are pa ⁇ rallel.
  • the winding system 105 in the open grooves can additionally be fixed by slot closure elements.
  • both in the version with external rotor mecanica also a gearbox may be vitechal ⁇ tet to obtain, inter alia, the desired speed of the generator during nominal operation.
  • the segmented stator 101 as shown FIG 7 is basically provided ⁇ kept, for example, by suitable mechanical support members 121 on the housing 120th
  • the rotor 108 ⁇ ser arrangement can be considered as one piece or in the circumferential direction be executed segmented.
  • the coils 112 are preferably form coils, whose turns are constructed of flat wire.
  • the winding system according to the invention 105 is greater than 1 MW and / or diameters suitable greater than 2 meters for both in ⁇ denominator and external rotor of large dynamoelectric machines. This winding system is particularly advantageous in the case of stators 101 and / or segmented rotors 108 can be used.

Abstract

The invention relates to a dynamoelectric machine, in particular wind power generators with a stator (101), which has, when viewed in the circumferential direction, a plurality of segments (103) which, when combined mechanically, give the stator (101), having the following features: - each of the segments (103) has at least three coils (106) or an integral multiple thereof, - a three-phase winding system (U, V, W) is arranged in slots (102) in the stator (101), - a rotor (108) which forms magnetic poles (107) with permanent magnets (110), - the winding system is in the form of a single-layer fractional-slot winding such that the cogging torques of the dynamoelectric machine are reduced, - the coils of different segments (103) have identical coil widths, wherein the coil width represents the distance between the two slots in which the forward conductor or rear conductor of a coil is located, - a segment (103) of the stator (101) extends over six slots (102) or integral multiples thereof, - at least one segment (103) has only coils (103) of two different phases (U, V, W).

Description

Beschreibung description
Dynamoelektrische Maschine mit einer Einschichtbruchlochwick- lung Dynamoelectric machine with a single-layer break hole winding
Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einem Stator, der in Umfangsrichtung betrachtet, mehrere Segmente aufweist, die mechanisch zusammengesetzt einen Stator ergeben, mit einem dreiphasigen Wicklungssystem, das in Nuten des Stators eingebettet ist. The invention relates to a dynamoelectric machine having a stator, which, viewed in the circumferential direction, has a plurality of segments, which mechanically produce a stator, with a three-phase winding system embedded in slots of the stator.
Große dynamoelektrische Maschinen, wie z.B. Wind- und Gezei¬ tengeneratoren mit Statordurchmesser von mehr als zwei bis drei Metern, weisen u.a. das Problem auf, dass der Stator, gegebenenfalls auch der Rotor nicht aus einem Stück gefertigt werden bzw. nicht in einem Stück transportiert werden können. Dazu ist es deshalb notwendig, die Komponenten in Segmentbau¬ weise zu fertigen. Die Wicklung, die in einem segmentierten Stator eingelegt wird, sollte demnach in sich abgeschlossen sein. Aus fertigungstechnischen Gründen ist eine Überlappung einzelner Spulen über die Segmentgrenze hinaus nicht vorteil¬ haft, da die Montage dann vor Ort auf der Anlage durchgeführt werden muss und dort auch die erforderlichen elektrischen Prüfungen der Wicklung durchgeführt werden müssen. Dies er- höht den Montageaufwand erheblich. Large dynamoelectric machines, such as wind and Gezei ¬ tengeneratoren with stator diameter of more than two to three meters, have, among other things, the problem that the stator, possibly also the rotor are not made of one piece or are not transported in one piece can. Therefore, it is necessary to manufacture the components in Segmentbau ¬ way. The winding, which is inserted in a segmented stator should therefore be self-contained. For manufacturing reasons, an overlap of individual coils beyond the segment boundary is not advantageous ¬ adhesion, since the assembly must then be carried out on site on the system and there the necessary electrical tests of the winding must be performed. This considerably increases the assembly effort.
Deshalb werden bevorzugt Ganzlochwicklungen mit q=l einge¬ setzt, da diese für die Fertigung besonders gut geeignet sind, die Spulenweite konstant ist und es zwischen den Seg- menten des Stators zu keiner Überlappung der Spulen kommt. Therefore Full slot windings are preferred with q = l ¬ be recognized because they are particularly well suited to manufacture, the coil pitch is constant and there is no overlap of the coil between the elements of the stator segment.
Es ergibt sich hier jedoch aus elektromagnetischer Sicht das Problem, dass im Betrieb der dynamoelektrischen Maschine Oberwellen des Luftspaltfeldes nicht reduziert werden können. Diese Oberwellen sind u.a. dafür verantwortlich, dass durch die Wicklung ein vergleichsweise großes Rastmoment (cogging torque) verursacht wird. Insbesondere bei langsam laufenden Generatoren muss jedoch das Rastmoment so gering wie möglich gehalten werden. However, from an electromagnetic point of view, the problem arises here that harmonics of the air-gap field can not be reduced during operation of the dynamoelectric machine. These harmonics are responsible, inter alia, for causing the winding to produce a comparatively large cogging torque. Especially with slow-running Generators, however, the cogging torque must be kept as low as possible.
Bei einer Ganzlochwicklung mit q=l führen Oberwellen zu einer erheblichen Drehmomentenwelligkeit , was zu Geräuschen und zu Vibrationen im Stator und damit im Gehäuse und den angrenzenden Bauteilen führt. In a full-hole winding with q = l, harmonics lead to a considerable torque ripple, which leads to noise and vibrations in the stator and thus in the housing and the adjacent components.
Das angesprochene Rastmoment kann bei einer q=l-Wicklung so¬ mit nur auf der Rotorseite gesenkt werden. Insbesondere bei einer Grundform eines Permanentmagneten in Form eines Quaders ist dies nicht so einfach und ohne Weiteres möglich. Bei Ver¬ wendung quaderförmiger Permanentmagnete gibt es bekanntlich zwei Methoden, die in der Praxis bevorzugt eingesetzt werden. Zum einen wird ein Polversatz der Permanentmagnete gewählt zum anderen wird eine Staffelung der Permanentmagnete auf dem Rotor in axialer Richtung herbeigeführt. The mentioned cogging torque can be lowered with a q = l winding so ¬ only with the rotor side. In particular, in a basic form of a permanent magnet in the form of a cuboid, this is not so easy and readily possible. In Ver ¬ application cuboid permanent magnets, there are known two methods, which are preferably used in practice. On the one hand, a pole offset of the permanent magnets is selected, on the other hand a staggering of the permanent magnets on the rotor in the axial direction is brought about.
Eine weitere Möglichkeit das Rastmoment auf der Rotorseite zu beeinflussen, ist die Optimierung der Geometrie der Permanentmagnete. Diese Methode der Reduzierung der Rastmomente, insbesondere verbunden mit dem Polversatz der Magnete oder einer Staffelung der Magnete auf dem Rotor, reduziert das Rastmoment ganz erheblich. Nachteilig dabei ist jedoch, dass der Rotor unsymmetrisch gefertigt werden muss und/oder die Permanentmagnete aufwändig nachbearbeitet werden müssen. Another way to influence the cogging torque on the rotor side is to optimize the geometry of the permanent magnets. This method of reducing the cogging torque, in particular associated with the pole offset of the magnets or a staggering of the magnets on the rotor, reduces the cogging torque quite considerably. The disadvantage here, however, is that the rotor must be made asymmetrical and / or the permanent magnets must be reworked consuming.
Die aufgeführten Möglichkeiten zur Reduktion der Rastmomente verursachen auf jeden Fall einen erhöhten Fertigungsaufwand bei der Herstellung der dynamoelektrischen Maschine in dieser Leistungsklasse . The listed options for reducing the cogging torque definitely cause an increased production cost in the production of the dynamoelectric machine in this performance class.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei¬ ne dynamoelektrische Maschine zu schaffen, insbesondere für die Leistungsklasse ab einem Megawatt wie z.B. Windkraftgene¬ rator, bei der das Rastmoment gegenüber herkömmlichen Maschinen reduziert wird, bei einfacher Herstellung des Rotors. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine dynamo¬ elektrische Maschine, insbesondere Windkraftgeneratoren mit einem Stator, der in Umfangsrichtung betrachtet mehrere Segmente aufweist, die mechanisch zusammengesetzt den Stator ergeben, mit folgenden Merkmalen: Based on this, the present invention seeks to ei ¬ ne to create a dynamoelectric machine, especially for the power class from a megawatt, such as Windkraftgene ¬ generator, in which the cogging torque is reduced compared to conventional machines, with a simple production of the rotor. The solution of the object is achieved by a dynamo ¬ electric machine, in particular wind power generators with a stator having viewed in the circumferential direction a plurality of segments, the mechanical composition of the stator result, with the following features:
- jedes der Segmente weist zumindest drei Spulen oder ein ganzzahliges Vielfaches davon auf,  each of the segments has at least three coils or an integral multiple thereof,
- in Nuten des Stators ist ein dreiphasiges Wicklungssystem (U,V,W) angeordnet,  in grooves of the stator a three-phase winding system (U, V, W) is arranged,
- einen Rotor, der mit Permanentmagneten magnetische Pole ausbildet, a rotor which forms magnetic poles with permanent magnets,
- das Wicklungssystem ist als Einschicht-Bruchlochwicklung ausgebildet, derart, dass die Rastmomente der dynamoelekt¬ rischen Maschine reduziert sind, - The winding system is designed as a single-layer break hole winding, such that the cogging torques of the dynamoelekt ¬ cal machine are reduced,
- die Spulen unterschiedlicher Segmente weisen identische - The coils of different segments have identical
Spulenweite auf, wobei die Spulenweite die Entfernung der beiden Nuten darstellt, in denen sich der Hin- bzw. Rück- leiter einer Spule befindet,  Coil width, wherein the coil width represents the distance of the two grooves in which the forward or return conductor of a coil is located,
- ein Segment des Stators erstreckt sich über sechs Nuten oder ganzzahlige Vielfache davon,  a segment of the stator extends over six slots or integer multiples thereof,
- zumindest ein Segment weist nur Spulen zweier unterschied¬ licher Phasen (U,V,W) auf. - At least one segment has only coils of two different ¬ Licher phases (U, V, W).
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wicklungssystems der dynamoelektrischen Maschine lassen sich nunmehr allein auf Seiten des Stators die Rastmomente erheblich reduzieren oder gar kompensieren. Es entfällt somit eine aufwändige Be¬ arbeitung der Permanentmagneten und/oder des Rotors, bzw. die genaue Positionierung der Permanentmagnete auf oder im Blech- paket des Rotors. Due to the inventive design of the winding system of the dynamoelectric machine can now significantly reduce or even compensate for the cogging moments alone on the part of the stator. It thus eliminates a complex Be ¬ processing of the permanent magnet and / or the rotor, or the exact positioning of the permanent magnets on or in the sheet metal package of the rotor.
Vorteilhafterweise weisen dabei alle Spulen des Wicklungssys tems die gleiche Spulenweite auf. Das vereinfacht die Monta¬ ge. Pro Segment ist dabei die Wicklung weiterhin in sich ab¬ geschlossen, so dass keine der Spulen Hin- Und Rückleiter in unterschiedlichen Segmenten besitzt. Damit kann eine Wicklungseinheit - also die Spulen eines Segments - im Werk mon¬ tiert, getränkt und mechanisch und elektrisch geprüft werden Ein Segment des Stators weist vorteilhafterweise zumindest sechs Nuten oder ein ganzzahliges Vielfaches davon auf, so dass nunmehr mit der jeweiligen Spulenweite der Spulen ein kompaktes Segment und damit transportfähiges Segment eines Stators geschaffen ist. Mechanisch werden die Segmente vorzugsweise an ihren Stirnseiten und/oder am Außenumfang durch geeignete Verbindungselemente miteinander verbunden und bil¬ den somit einen Stator eines Außenläufer- oder Innenläufer- generators . Diese mechanische Verbindung der Segmente mit ih- ren jeweiligen Nachbarsegmenten fixiert und positioniert die Segmente zueinander derart, dass sich ein gleichmäßiger mechanischer Luftspalt des Generators ohne Versatz an den Seg¬ mentgrenzen ergibt. Außerdem dient diese Fixierung der zusätzlichen mechanischen Versteifung des gesamten Stators, was für kurzzeitige Last- oder Stromstöße vorteilhaft ist. Advantageously, all coils of the winding system have the same coil width. This simplifies the assembly . Per segment, the winding is still closed off ¬ so that none of the coil outward and return conductor has in different segments. Thus, a winding unit - ie the coils of a segment - in the factory mon ¬ benefits, soaked and mechanically and electrically tested A segment of the stator advantageously has at least six grooves or an integer multiple thereof, so that now with the respective coil width of the coil, a compact segment and thus transportable segment of a stator is provided. Mechanically the segments are preferably joined at their end faces and / or on the outer circumference by suitable connecting elements to each other and thus bil ¬ generators to a stator of an external rotor or internal rotor. This mechanical connection of the segments fixed with IH ren respective neighboring segments and positioning the segments to each other so that a uniform mechanical air gap of the generator without an offset to the Seg ment ¬ boundaries results. In addition, this fixation is the additional mechanical stiffening of the entire stator, which is advantageous for short-term load or surges.
Elektrisch verbunden werden die jeweiligen Phasen der Segmente durch ringförmig verlaufende, gegeneinander isolierte elektrische Leiter an einer Stirnseite des Stator. Diese elektrische Kontaktierung erfolgt auf der Anlage vor Ort. The respective phases of the segments are electrically connected by ring-shaped, mutually insulated electrical conductors on one end face of the stator. This electrical contact is made on site at the plant.
Erfindungsgemäß wird die Reduzierung der Rastmomente u.a. da¬ durch erreicht, dass zumindest ein Segment des Stators ledig¬ lich zwei Spulen des Dreiphasensystems U, V, W aufweist. According to the invention the reduction of the cogging torque is as ¬ achieved among other things by that at least one segment of the stator comprises two coils of the single ¬ Lich three-phase system U, V, W.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Wicklungen, auch in den Segmenten deren Spulen alle drei Phasen aufweisen, wird sowohl durch den konstruktiven Aufbau als auch durch die daraus resultierenden elektromagnetischen Eigenschaften im Betreib der dynamoelektrischen Maschine eine Reduzierung der Rastmomente geschaffen. The inventive arrangement of the windings, even in the segments whose coils have all three phases, a reduction of the cogging torques is created both by the structural design and by the resulting electromagnetic properties in the operation of the dynamoelectric machine.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor pro magnetischem Pol, in Umfangsrichtung betrachtet nur einen Permanentmagnet auf. Vorteilhafterweise erstrecken sich selbstverständlich die magnetischen Pole in axialer Richtung des Rotors, so dass in axialer Richtung betrachtet durchaus mehrere Magnete hintereinander in axialer Richtung angeordnet sind . Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Magnete in axiale Aus¬ nehmungen des Blechpakets des Rotors eingesetzt sind. Dies erleichtert insbesondere das axiale Einschieben und Positio¬ nieren der Permanentmagnete. In diesem Fall sind keine Vor- kehrungen zu treffen, die Permanentmagnete im Betrieb am Ro¬ tor, beispielsweise durch eine Bandage zu fixieren um die Fliehkräfte aufzunehmen. In a particularly preferred embodiment, the rotor has only one permanent magnet per magnetic pole, viewed in the circumferential direction. Advantageously, of course, the magnetic poles extend in the axial direction of the rotor, so that viewed in the axial direction quite a plurality of magnets are arranged one behind the other in the axial direction. It is particularly advantageous if the magnets are inserted in axial recesses ¬ From the laminated core of the rotor is. This simplifies in particular the axial insertion and positio ¬ ne of the permanent magnets. In this case, no advantages to be taken precautions, the permanent magnets in operation at the Ro ¬ tor, for example by a bandage to fix the centrifugal forces take.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die gängigen, in großer Stückzahl - und dementsprechend günstig herstellbaren Perma¬ nentmagnete, die in quaderförmiger Form angeboten und hergestellt werden, einsetzbar sind. Ein derartiger Stator mit seinem Rotor eignet sich insbesondere für große Windkraftge¬ neratoren, deren Generator-Durchmesser zwei, drei vier oder gar über fünf Meter beträgt. Dabei handelt es sich insbesondere um direkt angetriebene Windkraftgeneratoren, bei denen die Windturbine den Rotor der dynamoelektrischen Maschine direkt antreibt, ohne dass eine Zwischenschaltung eines Getrie¬ bes notwendig wäre. It is particularly advantageous if the common perma ¬ nent magnets, which are offered and manufactured in cuboidal shape in large numbers - and correspondingly inexpensive, can be used. Such a stator with its rotor is particularly suitable for large Windkraftge ¬ generators whose generator diameter is two, three four or even over five meters. It is in particular direct drive wind turbine generators, in which the wind turbine drives the rotor of the dynamoelectric machine directly, without any intermediate connection of a Getrie ¬ bes would be necessary.
Selbstverständlich lässt sich der erfindungsgemäße Grundge¬ danke aber auch auf Windgeneratoren übertragen, die über ein Getriebe mit der Windturbine verbunden sind. Auch andere große dynamoelektrische Maschinen, wie z.B. Rohr¬ mühlen, oder Unterwassergeneratoren lassen sich auf die erfinderische Art und Weise bezüglich der Rastmomente optimie¬ ren . Die dynamoelektrische Maschine kann vorteilhafterweise als Außenläufer oder Innenläufer ausgeführt werden. Am erfindungsgemäßen Grundgedanken ändert sich damit jeweils nichts. Of course, the Grundge ¬ thanks of the invention can also be transferred to wind generators, which are connected via a transmission to the wind turbine. Other large dynamoelectric machines such as pipe ¬ mills, or underwater generators can be applied to the inventive manner with respect to the cogging torque optimization ¬ ren. The dynamoelectric machine can be advantageously designed as an external rotor or internal rotor. Nothing changes with the basic idea according to the invention.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin- dung werden anhand der Figuren näher dargestellt. Darin zeigen : FIG 1 einen Längsanschnitt einer Gondel einer Wind¬ kraftanlage, The invention and advantageous embodiments of the invention are illustrated in more detail with reference to the figures. Show: 1 shows a longitudinal gate of a nacelle of a wind turbine ¬,
FIG 2 ein Segment eines Stators, mit dem Ausschnitt des  2 shows a segment of a stator, with the section of the
Rotors ,  Rotor,
FIG 3 bis 5 jeweils verschiedene Wicklungspläne von Ein- schichtbruchlochwicklung mit unterschiedlichen Bruchlochwicklungsfaktoren, FIGS. 3 to 5 each show different winding plans of single-layer break-hole winding with different break hole winding factors;
FIG 6 Ausschnitt eines Querschnitts eines Außenläufer¬ generators, 6 shows a detail of a cross section of an external rotor ¬ generator,
FIG 7 einen Längsanschnitt einer Gondel einer Wind¬ kraftanlage mit einem Außenläufergenerator. 7 is a longitudinal gating a nacelle of a wind power plant with a ¬ external rotor generator.
FIG 1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung eine nicht näher dargestellte Gondel einer Windkraftanlage, wobei in der Gondel ein Windkraftgenerator 100 angeordnet ist, der durch eine Windturbine 109 direkt über eine Welle 111 angetrieben wird. Der Windkraftgenerator 100 weist in einem Gehäuse 120 einen Stator 101 auf, der zu einem Rotor 108 gewandt Nuten 102 aufweist, in denen ein Wicklungssystem 105 eingebettet ist. Der Rotor 108 ist dabei einen Luftspalt 114 vom StatorFIG. 1 shows, in a basic representation, a nacelle of a wind power plant not shown in more detail, a wind power generator 100 being arranged in the nacelle, which is driven by a wind turbine 109 directly via a shaft 111. The wind power generator 100 has, in a housing 120, a stator 101 which, facing a rotor 108, has grooves 102 in which a winding system 105 is embedded. The rotor 108 is an air gap 114 from the stator
101 beabstandet. 101 spaced.
Der Stator 101 ist, wie insbesondere FIG 2 zu entnehmen, in Umfangsrichtung betrachtet aus Segmenten 103 aufgebaut, die über Statorverbindungselemente 104 und/oder über nicht näher dargestellte Flansche an den Stirnseiten des Stators 101, zu¬ sammengesetzt den Stator 101 ergeben. Auf das in den NutenThe stator 101 is, as can be seen in particular FIG 2, constructed in the circumferential direction of segments 103, the stator 101 to ¬ sammengesetzt about Statorverbindungselemente 104 and / or not shown flanges on the front sides of the stator 101. On the in the grooves
102 befindliche Wicklungssystem 105 wurde in dieser Darstel¬ lung aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Die Wick- lungssysteme sind den folgenden Figuren zu entnehmen. 102 located winding system 105 has been omitted in this depiction ¬ for reasons of clarity. The winding systems are shown in the following figures.
In einer Statorbohrung befindet sich im Wesentlichen konzentrisch angeordnet ein Rotor 108, der in dieser Darstellung als Innenläufer ausgeführt ist und auf seiner dem Luftspalt 114 des Windgenerators 100 zugewandten Seite Permanentmagnete 110 aufweist. Die durch die Permanentmagnete 110 gebildeten Pole sind entweder - in Umfangsrichtung betrachtet - einstü¬ ckig oder aus mehren einzelnen Magneten aufgebaut. Dies be- trifft sowohl segmentierte als auch nicht segmentierte Roto¬ ren - ebenso wie Innen- und Außenläufer. Diese ist ebenso bei außen- oder innenliegenden Permanentmagneten 110 anwendbar. Diese Permanentmagnete 110 sind in axialer verlaufenden Ta¬ schen im Blechpaket des Rotors 108 angeordnet und werden als vergrabene Permanentmagnete bezeichnet. In Umfangsrichtung betrachtet ist dabei pro magnetischem Pol 107 nur ein, insbe¬ sondere quaderförmiger, Permanentmagnet vorgesehen. Diese Magnete sind insbesondere aus ökonomischen Gründen vorteil¬ haft . In a stator bore is located substantially concentrically arranged a rotor 108, which is designed in this illustration as an inner rotor and on its the air gap 114 of the wind generator 100 side facing permanent magnets 110 has. The poles formed by the permanent magnets 110 are either - considered in circumferential direction - einstü ¬ one piece or composed of several individual magnets constructed. This is meets both segmented and non-segmented Roto ¬ ren - as well as internal and external rotors. This is also applicable to external or internal permanent magnets 110. These permanent magnets 110 are arranged in the axial extending Ta ¬ rule in the laminated core of the rotor 108 and are referred to as a buried permanent magnets. In the circumferential direction, only one, in particular ¬ cuboid, permanent magnet is provided per magnetic pole 107. These magnets are beneficial ¬ way in particular for economic reasons.
Ohne das Funktionsprinzip einzuschränken können diese Magnete auch an der Rotoroberfläche angeordnet werden. Dann sind sie durch geeignete Maßnahmen, Bandagen und/oder Kleber und/oder mechanische Halterungen am Blechpaket des Rotors 108 zu be¬ festigen, um die Fliehkräfte aufnehmen zu können. Without restricting the principle of operation, these magnets can also be arranged on the rotor surface. Then they are by appropriate measures, bandages and / or adhesive and / or mechanical mounts to the laminated core of the rotor 108 to be ¬ consolidate to accommodate the centrifugal forces can.
In axialer Erstreckung des Rotors 108 sind dabei durchaus mehrere Permanentmagnete 110 hintereinander angeordnet. Da die Reduzierung der Rastmomente allein durch das Wicklungs¬ system des Stators 101 erfolgt, sind Staffelungen der Perma¬ nentmagnete 110 oder Schrägungen der Permanentmagnete 110 im Rotor 108 nicht notwendig. Damit vereinfacht sich der Aufbau eines derartigen Rotors 108 erheblich, da nunmehr die Rastmo¬ mente durch das Wicklungssystem 105 des Stators 101 reduziert werden . In the axial extent of the rotor 108, a plurality of permanent magnets 110 are arranged one behind the other. Since the reduction in the cogging torque takes place solely through the winding system of the stator ¬ 101, graduations, the Perma ¬ nentmagnete 110 or chamfers of the permanent magnets 110 in the rotor 108 are not necessary. Thus, the structure of such a rotor 108 simplified considerably, since now the Rastmo ¬ elements are reduced by the winding system 105 of the stator 101.
Die Nuten 102 eines Segments 103 des Stators 101 sind entwe- der - wie dargestellt parallelflankig ausgeführt, d.h. die Nutbreite ist konstant. In einer weiteren Ausführungsform sind diese Nuten 102 konisch ausgeführt, d.h. in Richtung des Nutgrundes vergrößert sich die Nutbreite. Dabei sind die Flanken der Zähne parallel. Bei Realisierung der zweiten Al- ternative sind die Hohlräume in Richtung Nutgrund verstärkt auszugießen, oder es können dort explizit Kühlkanäle vorgese¬ hen werden. Die Segmentgrenzen des Stator 101 verlaufen vorteilhafterweise innerhalb eines Zahnes, damit ist ein mechanischer Schutz des Wicklungssystems 105 während des Transports und der Mon¬ tage gegeben. The grooves 102 of a segment 103 of the stator 101 are either designed parallel-sided as shown, ie the groove width is constant. In a further embodiment, these grooves 102 are conical, ie in the direction of the groove bottom, the groove width increases. The flanks of the teeth are parallel. Ternative in implementation of the second Al, the cavities in the direction of the groove base are reinforced pour, or it can there explicitly cooling channels vorgese ¬ hen be. The segment boundaries of the stator 101 advantageously extend within a tooth, so that a mechanical protection of the winding system 105 during transport and Mon ¬ days is given.
Das Wicklungssystem 105 in den offenen Nuten kann dabei zusätzlich durch Nutverschlusselemente fixiert werden. The winding system 105 in the open grooves can be additionally fixed by Nutverschlusselemente.
FIG 3 bis 5 zeigen nunmehr Wicklungspläne für eine Ein- schichtbruchlochwicklung mit unterschiedlichen Bruchlochwick- lungsfaktoren, wobei über Segmentgrenzen hinweg keinerlei Spulenverbindungen vorgesehen sind. Mit „0" ist dabei ein Rückleiter bezeichnet - mit „X" ein Hinleiter der jeweiligen Spule. Die Bezeichnung der jeweiligen Phase U, V, W ist der Figur 3 zu entnehmen - aber sinngemäß auf die Wicklungspläne der Figur 4, 5 zu übertragen. FIGS. 3 to 5 now show winding plans for a single-layer break-hole winding with different break hole winding factors, wherein no coil connections are provided across segment boundaries. With "0" a return conductor is designated - with "X" a forward conductor of the respective coil. The designation of the respective phase U, V, W can be seen in FIG. 3 - but analogously to the winding plans of FIGS. 4, 5.
Das jeweilige Kontaktieren der Spulen 112 einer Phase erfolgt auf der Anlage vor Ort, wo der Stator 101 zusammengebaut wird. Diese Kontaktierung wird vorzugsweise auf einer Stirn¬ seite des Blechpakets des Stators 101 beispielsweise durch eine Ringleitung 123 durchgeführt, die die Spulen 112 jeder Phase miteinander elektrisch verbindet. An der zweiten Stirnseiten befinden sich lediglich die Wickelköpfe. The respective contacting of the coils 112 of a phase takes place on-site, where the stator 101 is assembled. This contacting is preferably carried out on an end face ¬ side of the laminated core of the stator 101, for example, by a ring line 123 which electrically connects the coils 112 of each phase. On the second end faces are only the winding heads.
FIG 3 zeigt einen Wicklungsplan mit dem Bruchlochwicklungs- faktor q=0,9. Wobei grundsätzlich gemäß der mathematischen Beziehung 2p=N/ (q*m) , 2p - die Anzahl der Polpaare, 3 shows a winding plan with the Bruchlochwicklungs- factor q = 0.9. In principle, according to the mathematical relationship 2p = N / (q * m), 2p - the number of pole pairs,
q - der Bruchlochwicklungsfaktor, q - the break hole winding factor,
N - die Anzahl der Nuten des Stators und  N - the number of slots of the stator and
m - die Anzahl der Phasen ist. Dabei weisen zumindest einzelne Segmente 103 lediglich zwei Phasen des Dreiphasensystems U, V, W auf. Der Stator 101 hat somit 54 Nuten. Der dazu korrespondierende Rotor 108 weist demnach zwanzig magnetische Pole 107 auf. Durch die erfin- dungsgemäße Anordnung der vorgefertigten Spulen in den Nuten, deren Stromdurchflutung X, 0 und deren Phasenkontaktierung wird die Drehmomentwelligkeit der dynamoelektrischen Maschine im Betrieb erheblich reduziert. m - the number of phases is. At least individual segments 103 have only two phases of the three-phase system U, V, W. The stator 101 thus has 54 slots. Accordingly, the rotor 108 corresponding thereto has twenty magnetic poles 107. By inventing The proper arrangement of the prefabricated coils in the grooves, their current flooding X, 0 and their phase contact, the torque ripple of the dynamoelectric machine is significantly reduced during operation.
FIG 4 zeigt einen Wicklungsplan mit dem Bruchlochwicklungs- faktor q=l,2. Der Stator hat nunmehr 36 Nuten. Dabei weisen zumindest einzelne Segmente 103 lediglich zwei Phasen des Dreiphasensystems U, V, W auf. Der dazu korrespondierende Ro- tor 108 weist demnach zehn magnetische Pole 107 auf. Siehe auch FIG 2, in der ein derartiger Generator beispielhaft gezeigt ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der vorgefer¬ tigten Spulen 112 in den Nuten 102, deren Stromdurchflutung X, 0 und deren Phasenkontaktierung wird die Drehmomentwellig- keit der dynamoelektrischen Maschine im Betrieb erheblich reduziert . 4 shows a winding plan with the Bruchlochwicklungs- factor q = l, 2. The stator now has 36 slots. At least individual segments 103 have only two phases of the three-phase system U, V, W. The corresponding rotor 108 accordingly has ten magnetic poles 107. See also FIG 2, in which such a generator is shown by way of example. The inventive arrangement of vorgefer ¬ tigten coils 112 in the grooves 102, the current flooding X, 0 and their phase contact the Drehmomentwellig- speed of the dynamoelectric machine is significantly reduced during operation.
FIG 5 zeigt einen Wicklungsplan mit dem Bruchlochwicklungs- faktor q=l,5. Der Stator hat nunmehr 18 Nuten. Dabei weisen zumindest einzelne Segmente 103 lediglich zwei Phasen des5 shows a winding plan with the Bruchlochwicklungs- factor q = l, 5. The stator now has 18 slots. At least individual segments 103 have only two phases of the
Dreiphasensystems U, V, W auf. Der dazu korrespondierende Ro¬ tor 108 weist demnach vier magnetische Pole 107 auf. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der vorgefertigten Spulen 112 in den Nuten 102, deren Stromdurchflutung X, 0 und deren Pha- senkontaktierung wird die Drehmomentwelligkeit der dynamo¬ elektrischen Maschine im Betrieb erheblich reduziert. Three-phase system U, V, W on. Accordingly, the corresponding rotor 108 has four magnetic poles 107. Due to the inventive arrangement of the prefabricated coils 112 in the grooves 102, the current flooding X, 0 and their Pha sinktontaktierung the torque ripple of the dynamo ¬ electric machine is significantly reduced during operation.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spulen 112 bzw. der Leiter der Spulen 112 wird unter Berücksichtigung einer ein- fachen Herstellung eines großen Stators 101 ein Generator mit vergleichsweise geringen Rastmomenten geschaffen. The arrangement according to the invention of the coils 112 or the conductors of the coils 112 creates a generator with comparatively low cogging torques, taking into account a simple manufacture of a large stator 101.
Die elektrische Zuordnung der Spulen 112 an die jeweiligen Phasen - also die elektrische Verschaltung erfolgt auf einer Stirnseite des Stators 101. Dabei werden dort elektrisch von¬ einander isoliert Ringleitungen angebracht, die die jeweili¬ gen Spulen 112 einer jeden Phase U, V, W miteinander kontaktieren . Selbstverständlich ist die Erfindung, als auch die für Innenläufer getroffenen physikalische Aussagen auch auf Außenläufer zu übertragen. Dabei befindet sich der Stator 101, wie insbesondere der Figur 7 zu entnehmen ist, im Wesentlichen in axialer Verlängerung der Welle 111. Das Antriebsmoment wird von der Windturbine 109 und beispielsweise einer Welle 111 über geeignete mechanische Verbindungselemente an den als Au¬ ßenläufer ausgebildeten Rotor 108 übertragen. Der Rotor 108 ist dabei Teil eines Hohlkörpers 106, der den Stator 101 um- gibt. Dieser umgibt den Stator 101 radial, wobei zwischen Ro¬ tor 108 und Stator 101 ein Luftspalt 114 ist, über den Stator 101 und Rotor 108 elektromagnetisch wechselwirken. The electrical assignment of the coils 112 to the respective phases - that is, the electrical interconnection takes place on one end face of the stator 101. In this case, there are electrically insulated from ¬ isolated ring lines attached, the respec ¬ gene coils 112 of each phase U, V, W with each other to contact . It goes without saying that the invention as well as the physical statements made for internal rotors must also be applied to external rotors. Here, the stator 101 is located, such as in particular the figure refer 7, essentially in the axial extension of the shaft 111. The driving torque is, for example, a shaft of the wind turbine 109 and 111 by suitable mechanical fasteners to the formed Au ¬ ßenläufer rotor 108 transfer. The rotor 108 is part of a hollow body 106 which surrounds the stator 101. This surrounds the stator 101 radially, wherein between Ro ¬ tor 108 and stator 101 is an air gap 114, via the stator 101 and rotor 108 interact electromagnetically.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 110 ohne zusätzliches Blechpaket 116 - wie in FIG 7 - direkt an dem Hohlkörper 106 angebracht. Die geschieht durch mechani¬ sche Halterungen und/oder stoffschlüssige Verbindungen, z.B. Klebung. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess des Außen¬ läufers, da keine zusätzlichen Elemente im Hohlkörper 106 fi- xiert werden müssen. In this embodiment, the permanent magnets 110 without additional laminated core 116 - as shown in FIG 7 - mounted directly on the hollow body 106. This is done by mechani ¬ cal brackets and / or cohesive connections, eg bonding. This simplifies the manufacturing process of the outer ¬ runner, since no additional elements must be fixed in the hollow body 106.
Der Rotor 108 ist in dieser Ausführungsform segmentiert ausgebildet. Dabei bildet der segmentierte Hohlkörper 106 den magnetischen Rückschluss der Permanentmagnete 110. Die Anzahl der magnetischen Pole ist ungleich der Anzahl der diesem Rotorsegment 115 gegenüberliegenden Nuten. Dies reduziert ebenso die Rastmomente. The rotor 108 is segmented in this embodiment. In this case, the segmented hollow body 106 forms the magnetic conclusion of the permanent magnets 110. The number of magnetic poles is not equal to the number of this rotor segment 115 opposite grooves. This also reduces the cogging moments.
Die Rotorsegmente 115 sind durch geeignete Rotorverbindungs- elemente 122 miteinander mechanisch verbunden. Die Segmentgrenzen 119 verlaufen innerhalb von Pollücken 117 der magnetischen Pole 107. The rotor segments 115 are mechanically connected to one another by suitable rotor connection elements 122. The segment boundaries 119 extend within pole gaps 117 of the magnetic poles 107.
Der Stator 101 ist, wie in FIG 6 gezeigt, segmentiert aufge- baut. Jedes Segment 103 weist dabei sechs Nuten auf, die aus gründen der Übersichtlichkeit ohne das Wicklungssystem 105 dargestellt werden. Die in den Nuten 102 eingesetzten Wicklungssysteme sind den Figuren 3 bis 5 zu entnehmen. Die Nuten 102 eines Segments 103 des Stators 101 sind wie dargestellt, parallelflankig ausgeführt, d.h. die Nutbreite ist über die radiale Nuthöhe betrachtet konstant. In einer weiteren Ausführungsform sind diese Nuten 102 konisch ausgeführt, d.h. in Richtung des Nutgrundes verjüngt sich die Nutbreite. Dabei sind dann die Flanken der Zähne pa¬ rallel. Bei Realisierung der zweiten Alternative sind Hohlräume im Bereich der Nutöffnung, bei Einsatz rechteckförmiger Leiter - also in Richtung Luftspalt 114 verstärkt auszugie¬ ßen, oder es können dort explizit Kühlkanäle vorgesehen werden, um die Leiter einer Spule 112 in der Nut zu halten. The stator 101 is, as shown in FIG. 6, structured in a segmented manner. Each segment 103 in this case has six grooves, which are shown for reasons of clarity without the winding system 105. The winding systems used in the grooves 102 can be seen in FIGS. 3 to 5. As shown, the grooves 102 of a segment 103 of the stator 101 are designed with parallel edges, ie the groove width is constant over the radial groove height. In a further embodiment, these grooves 102 are conical, ie, in the direction of the groove bottom, the groove width tapers. In this case, then the flanks of the teeth are pa ¬ rallel. In implementation of the second alternative cavities in the region of the slot opening, rectangular in use are conductors - that is, in the direction of the air gap 114 amplifies auszugie ¬ SEN, or it can there explicitly cooling channels are provided to hold the circuit of a coil 112 in the groove.
Das Wicklungssystem 105 in den offenen Nuten kann dabei zu- sätzlich durch Nutverschlusselemente fixiert werden. The winding system 105 in the open grooves can additionally be fixed by slot closure elements.
Um größere Segmente 103 zu realisieren, weisen diese dann zwölf Nuten auf, sodass sich sechs Spulen 112 in den Nuten dieses Segments 103 befinden. To realize larger segments 103, these then have twelve grooves, so that six coils 112 are located in the grooves of this segment 103.
In dem Antriebsstrang sowohl bei der Ausführung mit Innenais auch Außenläufer kann auch ein Getriebe zwischengeschal¬ tet sein, um u.a. die gewünschte Drehzahl des Generators im Nennbetrieb zu erhalten. In the drive train, both in the version with external rotor Innenais also a gearbox may be zwischengeschal ¬ tet to obtain, inter alia, the desired speed of the generator during nominal operation.
Der segmentierte Stator 101 wird, wie FIG 7 prinzipiell dar¬ gestellt dabei beispielsweise durch geeignete mechanische Stützelemente 121 am Gehäuse 120 gehalten. Der Rotor 108 die¬ ser Anordnung kann ebenso in Umfangsrichtung betrachtet ein- teilig oder segmentiert ausgeführt sein. The segmented stator 101, as shown FIG 7 is basically provided ¬ kept, for example, by suitable mechanical support members 121 on the housing 120th The rotor 108 ¬ ser arrangement can be considered as one piece or in the circumferential direction be executed segmented.
Die Spulen 112 sind vorzugsweise Formspulen, deren Windungen aus Flachdraht aufgebaut sind. Das erfindungsgemäße Wicklungssystem 105 ist sowohl für In¬ nen- als auch Außenläufer großer dynamoelektrischer Maschinen größer 1 MW und/oder Durchmessern größer 2 Metern geeignet. Besonders vorteilhaft ist dieses Wicklungssystem bei segmen- tierten Statoren 101 und/oder segmentierten Rotoren 108 ein- setzbar . The coils 112 are preferably form coils, whose turns are constructed of flat wire. The winding system according to the invention 105 is greater than 1 MW and / or diameters suitable greater than 2 meters for both in ¬ denominator and external rotor of large dynamoelectric machines. This winding system is particularly advantageous in the case of stators 101 and / or segmented rotors 108 can be used.
Vorteilhafterweise entsprechen sich die von den Segmenten von Stator 101 und Rotor 108 aufgespannten Winkel 118, gemäß FIG 6. Dies erleichtert den Transport - insbesondere, da nun Seg¬ mente von Rotor 108 und Stator 101 zusammen als eine Einheit transportierbar sind. Advantageously, correspond to the spanned by the segments of stator 101 and rotor 108 angle 118, as shown in FIG 6. This facilitates the transport - in particular, since Seg ¬ ments of rotor 108 and stator 101 are now transported together as a unit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Dynamoelektrische Maschine, insbesondere Windkraftgenera¬ toren mit einem Stator (101), der in Umfangsrichtung betrach- tet mehrere Segmente (103) aufweist, die mechanisch zusammen¬ gesetzt den Stator (101) ergeben, mit folgenden Merkmalen:1. Dynamoelectric machine, in particular Windkraftgenera ¬ tors with a stator (101), which in the circumferential direction considered several segments (103), the mechanically together ¬ set the stator (101) result, with the following features:
- jedes der Segmente (103) weist zumindest drei Spulen (106) oder ein ganzzahliges Vielfaches davon auf, each of the segments (103) has at least three coils (106) or an integer multiple thereof,
- in Nuten (102) des Stators (101) ist ein dreiphasiges Wick- lungssystem (U,V,W) angeordnet,  - in grooves (102) of the stator (101) a three-phase winding system (U, V, W) is arranged,
- einen Rotor (108), der mit Permanentmagneten (110) magnetische Pole (107) ausbildet,  a rotor (108) which forms magnetic poles (107) with permanent magnets (110),
- das Wicklungssystem (105) ist als Einschicht-Bruchlochwick- lung ausgebildet, derart, dass die Rastmomente der dynamo- elektrischen Maschine reduziert sind,  the winding system (105) is designed as a single-layer break hole winding such that the cogging torques of the dynamo-electric machine are reduced,
- die Spulen (112) unterschiedlicher Segmente (103) weisen identische Spulenweite auf, wobei die Spulenweite die Ent¬ fernung der beiden Nuten (102) ist, in denen sich der Hinbzw. Rückleiter einer Spule (112) befindet, - The coils (112) of different segments (103) have identical coil width, wherein the coil width is the Ent ¬ distance of the two grooves (102) in which the Hinbzw. Return conductor of a coil (112) is located,
- ein Segment (103) des Stators (101) erstreckt sich über sechs Nuten (102) oder ganzzahlige Vielfache davon, a segment (103) of the stator (101) extends over six slots (102) or integer multiples thereof,
- zumindest ein Segment (103) des Stators (101) weist nur  - At least one segment (103) of the stator (101) has only
Spulen (106) zweier unterschiedlicher Phasen (U,V,W) auf.  Coils (106) of two different phases (U, V, W).
2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rotor (108) vergra¬ bene Permanentmagnete (110) oder Oberflächenmagnete aufweist. 2. Dynamoelectric machine according to claim 1, characterized in that the rotor (108) vergra ¬ bene permanent magnets (110) or surface magnets.
3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass pro magnetischem Pol3. The dynamoelectric machine according to claim 2, wherein a magnetic pole is formed per one of the magnetic poles
(107) des Rotors (108) in Umfangsrichtung betrachtet zumindest ein Permanentmagnet (110) vorgesehen ist. (107) of the rotor (108) viewed in the circumferential direction, at least one permanent magnet (110) is provided.
4. Dynamoelektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Permanentmagnete (110) quaderförmig ausgeführt sind. 4. Dynamoelectric machine according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (110) are cuboidal.
5. Dynamoelektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Nutenanzahl des Stators (101) vierundfünfzig (N=54) ist und der Rotor (108) zwanzig Pole aufweist, mit einem Bruchlochwicklungsfaktor von q=0,9. 5. A dynamoelectric machine according to any one of the preceding claims, wherein the number of slots of the stator (101) is fifty-four (N = 54), and the rotor (108) has twenty poles, with a pitch winding factor of q = 0.9.
6. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Nutenanzahl des Stators (101) sechsunddreißig (N=36) ist, der Rotor (108) zehn magnetische Pole aufweist und der Bruchloch¬ wicklungsfaktor q=l,2 ist. 6. Dynamoelectric machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the number of slots of the stator (101) is thirty-six (N = 36), the rotor (108) has ten magnetic poles and the Bruchloch ¬ winding factor q = l, 2 ,
7. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Nutenanzahl des Stators (101) achtzehn (N=18) ist, dass der Rotor (108) vier magnetische Pole aufweist und dass der 7. A dynamoelectric machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the number of slots of the stator (101) is eighteen (N = 18), that the rotor (108) has four magnetic poles, and that
Bruchlochwicklungsfaktor q=l,5 ist. Fracture hole winding factor q = 1, 5.
8. Windkraftgenerator (100) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Windkraftgenerator (100) von einer Windturbine (109) direkt oder über ein Getriebe angetrieben wird. 8. Wind power generator (100) according to any one of the preceding claims, that the wind power generator (100) by a wind turbine (109) is driven directly or via a transmission.
9. Windkraftgenerator (100) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es sich bei dem Wind- kraftgenerator (100) um eine dynamoelektrische Maschine mit einem Außen- oder Innenläufer handelt. 9. Wind power generator (100) according to claim 8, characterized in that the wind power generator (100) is a dynamoelectric machine with an external or internal rotor.
10. Windkraftanlage mit einem Windkraftgenerator (100) nach Anspruch 8 oder 9. 10. Wind turbine with a wind power generator (100) according to claim 8 or 9.
EP13707822.6A 2012-02-22 2013-02-18 Segemented electric machine with single-layer fractional-slot winding Withdrawn EP2805406A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012202735.1A DE102012202735B4 (en) 2012-02-22 2012-02-22 Dynamoelectric machine with a single-layer break hole winding
PCT/EP2013/053182 WO2013124239A2 (en) 2012-02-22 2013-02-18 Dynamoelectric machine with a single-layer fractional-slot winding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2805406A2 true EP2805406A2 (en) 2014-11-26

Family

ID=47833030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13707822.6A Withdrawn EP2805406A2 (en) 2012-02-22 2013-02-18 Segemented electric machine with single-layer fractional-slot winding

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2805406A2 (en)
DE (1) DE102012202735B4 (en)
WO (1) WO2013124239A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110337772A (en) * 2017-02-02 2019-10-15 西门子歌美飒可再生能源公司 segmented stator motor

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2924847A1 (en) * 2014-03-28 2015-09-30 Siemens Aktiengesellschaft Composite electric machine
DE102017119530A1 (en) 2017-08-25 2019-02-28 Wobben Properties Gmbh Generator rotor and generator stator and generator and wind turbine and method for transporting a generator
DK3514922T4 (en) * 2018-01-18 2023-01-30 Siemens Gamesa Renewable Energy As Electric machine with multi-winding set with fractional slits
EP3627666A1 (en) 2018-09-24 2020-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Magnetic active unit of a multiphase rotating electric machine
US11799343B2 (en) 2021-01-08 2023-10-24 Beta Air, Llc Methods and systems for a fractional concentrated stator configured for use in electric aircraft motor
CN113659739B (en) * 2021-08-17 2022-09-30 浙江大学 Novel modular motor stator

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044697B4 (en) * 2004-09-15 2009-02-26 Siemens Ag synchronous machine
DE102004044701B4 (en) * 2004-09-15 2008-01-31 Siemens Ag synchronous machine
CN101752973B (en) * 2008-12-13 2013-07-17 中山大洋电机股份有限公司 Direct drive motor
JP4715934B2 (en) * 2009-02-20 2011-07-06 株式会社デンソー 5-phase motor
DE102009032883A1 (en) * 2009-07-13 2011-01-27 Siemens Aktiengesellschaft Winding arrangement
EP2383868B1 (en) * 2010-04-28 2017-04-19 Siemens Aktiengesellschaft Winding arrangement

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013124239A2 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110337772A (en) * 2017-02-02 2019-10-15 西门子歌美飒可再生能源公司 segmented stator motor
US11196314B2 (en) 2017-02-02 2021-12-07 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Segmented stator electrical machine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012202735B4 (en) 2014-10-16
DE102012202735A1 (en) 2013-08-22
WO2013124239A2 (en) 2013-08-29
WO2013124239A3 (en) 2014-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2805406A2 (en) Segemented electric machine with single-layer fractional-slot winding
EP2115858B1 (en) Polyphase electrical machine
EP2639936B1 (en) Electrical machine with permanently excited rotor and permanently excited rotor
EP2696469B1 (en) Rotor for a permanently excited synchronous engine
EP2301140B1 (en) Permanently excited synchronous machine
EP2115857B1 (en) 18/8 synchronous motor
DE102009054069A1 (en) Three-phase dynamo-electric permanent-magnet synchronous machine
WO2006029969A1 (en) Synchronous motor
DE102010010127A1 (en) Optimized electrical machine for intelligent actuators
DE102018133578A1 (en) ELECTRICAL MACHINE WITH A PERMANENT MAGNET AND VARIABLE MAGNETIC ALIGNMENT
DE102012219175A1 (en) Rotating electrical machine
EP2327136A1 (en) Permanent-magnet synchronous motor and electric power-assisted steering system
DE102013200476A1 (en) Permanent magnet-excited two-pole synchronous machine e.g. wind force generator, for use as inner rotor machine in wind-power plant, has pockets comprising magnets that exhibits magnetization direction to form magnetic poles of rotor
EP2991207A1 (en) Dynamo-electric machine with reluctance and permanent magnet rotor
EP2550721B1 (en) Electric machine and steering device
DE102006003598A1 (en) Permanent excited synchronous motor has stator, axially running slots and number given in advance to these slots is provided with electrical conductors of coil system, in order to produce magnetic flow
DE102019206460B3 (en) Rotating multiphase transverse flux machine
EP2319164B1 (en) Rotor for an electric machine with a reduced cogging torque
EP2605367A1 (en) Transversal flux machine with Halbach arrays
DE102015110652B4 (en) ROTOR STATOR ARRANGEMENT FOR A HYBRID ROTATED SYNCHRONOUS MACHINE AND A ROTOR THEREFOR
DE102017004228A1 (en) Rotary electric machine with increased power
WO2013127436A1 (en) Electric motor
WO2019154573A1 (en) Permanently excited synchronous machine having reduced pendulum torque
DE102010041600A1 (en) Secondary part i.e. rotor, for use in permanently excited synchronous machine, has four poles with set of magnets having different masses, and non-magnetic material i.e. gap, positioned between magnets
DE102011055766A1 (en) Three-phase synchronous machine for power train of motor car, has rotor core having recesses that are multiplied in such way that two layers, preferably three layers of permanent magnets are arranged

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140820

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190903