JP2019515636A - ギヤレス型風力発電装置の同期発電機並びに同期発電機の製造方法および成形コイルの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】連続するストランドを手作業でステータに巻付ける方法よりも手間暇の掛からない解決策を提案する。【解決手段】ロータ（１０６）とステータ（１３２）を含む、ギヤレス型風力発電装置の同期発電機であって、前記ステータ（１３２）は、歯（３４）を備えるステータリング（３０）と、歯の間に配置された、ステータ巻線を受け入れるための溝（３２）とを有し、前記ステータリング（３０）は、それぞれ同数の溝（３２）を備えるステータセグメントに周方向に分割されており、一セグメント（３６）内において複数の溝（３２）は互いに円周方向に実質的に同じ間隔（３３）を有し、２つのセグメント（３６）の少なくとも１つの接続領域（３８，４０）において、２つの異なるセグメント（３６）のそれぞれ一方に配設された、隣接する少なくとも２つの溝（３２）の間隔（４２）は、一セグメント（３６）内の溝（３２）の間隔（３３）とは異なっており、前記ステータ巻線は成形コイル（１０）によって形成されている。【選択図】 図７

Description

本発明は、同期発電機、とりわけギヤレス型風力発電装置の４極同期リング発電機に関する。さらに本発明は、この種の同期発電機の製造方法並びに成形コイルの使用に関する。

風力発電装置は、一般的に公知であり、これは風から発電機によって電流を発電する。現代のギヤレス型風力発電装置は、大きな空隙直径を備える４極同期リング発電機をしばしば有する。ここで空隙の直径は少なくとも４ｍであり、通常はほぼ５ｍにまで達する。それどころか組み立てられた同期発電機は、約１０ｍの空隙直径を有することがある。

風力発電装置、すなわち該当する同期発電機の稼働時には振動によってノイズが発生する。この振動は、大型の構造形式を通って例えば風力発電装置のナセル外装のような大きな共振体にも伝達され、それによりこのノイズはさらに増幅される。機能に起因してギヤレス型風力発電装置のこのような同期発電機は非常に緩慢に回転する発電機であり、典型的には約５から３５回転／分の回転数で回転する。さらにこの緩慢な回転数は、とりわけ例えば１，５００または３，０００回転／分のような高い回転速度で回転する発電機と比較して、特別のノイズを助長することもある。

ギヤレス型風力発電装置のこのような同期発電機は、すなわち発電装置自体も、持続的に運転するため持続的な障害ノイズ源となり得る。昨今、現代の特に大型の風力発電装置は、集落からますます離れた距離に設置され、そこで稼働される。そのため、風力発電装置の場合によるノイズもさほど障害として知覚されない。

したがって、このノイズ発生を低減するために、ロータおよびステータを有する同期発電機が公知であり、このステータは、ノイズ発生に対抗作用するために特別の構造を有している。例えば、ステータの巻線、すなわちステータ巻線を受け入れる溝と歯を、均等ではなく、ステータの周方向に不均等に位置決めすることが公知である。

これにより周方向に均等に分散されたロータ極ないし回転子極がロータの回転運動の際に、互いにずらされた、または十字に配置された対応の歯ないし溝に、それぞれ正確に同時には達しないことが達成される。これにより振動が低減され、もってこの種の発電機のノイズ発生、ひいてはすべての発電装置自体のノイズ発生も低減される。

この種の発電機のステータの巻線は、通常、例えば銅から作製された絶縁エンドレスワイヤにより形成される。さらに１つのストランドのワイヤはそれぞれ複数の巻線ターン（Windungen）を有する複数の溝に巻き付けられ、したがって１つのストランドは連続するワイヤ部材から作製される。ステータのこの巻付けは非常に手間暇が掛かり、とりわけ湾曲箇所においてワイヤの非障害性（Unversehrtheit）並びにワイヤの絶縁性を巻付けの際にすでに監視するために、有利には手作業で行わなければならない。

WO 2012/097107 A1 EP 2 454 802 B1

したがって本発明の基礎とする課題は、前記問題の少なくとも１つに対処し、とりわけ連続するストランドを手作業でステータに巻付ける方法よりも手間暇の掛からない解決策を提案することである。少なくともこれまで公知の解決策に取り代わる代替的な解決策を提案することが望まれる。

ドイツ特許商標庁は、本出願の優先出願においてWO 2012/097107 A1とEP 2 454 802 B1を調査した。

本発明によればギヤレス型風力発電装置の同期発電機が提案される。この同期発電機は、とりわけギヤレス型風力発電装置の４極同期リング発電機である。ギヤレス型風力発電装置のそのような４極同期リング発電機は、複数のステータ極、とりわけ少なくとも４８のステータ歯、それどころかしばしば特に９６のステータ歯のように格段に多数のステータ歯を有する。発電機の磁気的に活性な領域、すなわち回転子とも称することのできるロータとステータの磁気的活性領域は、同期発電機の回転軸を中心にリング状の領域内に配置されている。したがって空隙の半径の０から５０％の領域には、同期発電機の電流または電界を導く材料が存在しない。とりわけこの内部空間は完全に空いており、基本的に歩くことができる。しばしばこの領域は空隙半径の０〜５０％超、とりわけ０〜７０％、またはそれどころか空隙半径の０〜８０％である。構造に応じてこの内部空間に支持構造体を設けることができる。しかしこの支持構造体は、いくつかの実施形態では軸方向にずらして構成することができる。

したがって同期発電機はロータとステータを含み、ステータは、歯（複数）を備えるステータリングと、歯の間に配置され、ステータ巻線を受け入れるための溝（複数）とを有する。ステータリングは、本発明によれば周方向にステータセグメント（複数）に分割されている。各ステータセグメントは同数の溝を有し、一セグメント内の溝は周方向に実質的に同じ間隔を互いに有する。

とりわけ、２つのセグメントが周方向に並んで配置されていて隣り合っている、または接触している領域に対応する２つのセグメントの接続領域では、２つの隣接する溝、すなわち２つの異なるセグメントのそれぞれ一方、すなわちこの接続領域に並んで配置されたセグメントのそれぞれ一方に割り当てられた２つの溝の間隔は、一セグメント内の溝が互いに有する間隔とは異なっている。したがって隣接して並ぶ２つの異なるセグメントの２つの溝は、一セグメント内の溝の間隔よりも大きいか、または小さい間隔を有する。さらにステータ巻線は成形コイルと共に（を介して）形成される。ここで成形コイルは、とりわけ導電性導体から作製されており、この成形コイルはあらかじめ規定された形状の複数の巻線ターンで取り付けられており、２つの端子（接続端子）を有する。これらの接続端子により成形コイルは、発電機の直列に接続された複数のコイルによって１つのストランドを形成するために、さらなる成形コイルと接続することができる。

これまでは、溝が異なって離間しているため、この種のステータのための成形コイルは非経済的であることが当てはまった。なぜなら一ステータ内のこれらすべての成形コイルが同じ形状を有する場合にだけ成形コイルは経済的だからである。しかし溝間隔が異なる同期発電機においては、先ずもってこの利点は明らかに存在しない。なぜなら、異なる幅で離間された溝に配置することができるようにし、かつ同時に電力損失を勘案するためには、大きさの異なる成形コイルを選択しなければならないからである。

しかし、ステータがそれぞれ同数の溝を有する複数のセグメントに分割される場合、一セグメント内に常に一定数の成形コイル、とりわけ単層成形コイルを設けることができ、したがって溝間隔が異なっていても同形状の成形コイルを使用することができることが認識された。したがってここでは、セグメントをも跨いで溝（複数）に装填される成形コイルを設けるのではなく、セグメントの成形コイルが互いに接続される。

かくて、エンドレスワイヤによる高価な手巻きを使用せずに、非対称に分散された溝を有する比較的に有利な同期発電機が実現可能である。

一実施形態によれば、成形コイルはそれぞれ２つの柄部（Schenkel）を有し、これらの柄部は、巻線ヘッドとも称される２つのコイルヘッドにより互いに接続されており、接続端子（複数）は好ましくは一方のコイルヘッドの領域に配置されている。接続端子の領域を除いて、ステータ巻線のすべての成形コイルの柄部とコイルヘッドは同じ形状を有する。これによりすべての成形コイルを、製造の際に実質的に同じ装置で予成形することができ、したがってロット数の大きな成形コイルを製造することができ、これにより製造コストがさらに低減される。

さらなる一実施形態によれば、ステータにある各成形コイルの柄部は、ステータの同じ半径領域に配置されている。ここで１つの半径領域は、ステータ軸を中心に延在し、異なる半径を有する２つの円の間の領域に相当する。したがって有利にはステータにあるすべての成形コイルのすべての柄部は、ステータの中心点に対して同じ間隔を有する。成形コイルのこの配置は単層の配置に相当し、各溝には一成形コイルの１つの個別の柄部だけが配置されている。成形コイルを溝（複数）の中にこのように単層に配置することにより、さらに、同じ成形コイルの柄部を、２つのセグメントの接続領域において隣接するセグメント（複数）の溝（複数）に装填しなくてもよいことが保証される。このような装填は、単層以外にしばしば使用される２層の巻線の場合である。すなわち成形コイルが２層に配置される場合、例えば成形コイルもセグメントを跨いで（segmentuebergreifend）配置しなければならないことになる。ここでは形状の異なる成形コイルが再び必要となろう。すなわち、一セグメント内にあり、セグメントを跨ぐ溝（複数）を互いに接続するための形状を有する成形コイルが必要となろう。

さらなる一実施形態によれば、各セグメントはそれぞれ６つの、または６の倍数の成形コイルを有する。さらにこの実施形態によれば、一セグメントの成形コイルの６つの接続端子が、周方向でこれの前方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でこれの後方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続されている。これによりステータの６つのストランドが形成され、発電機は６相発電機として駆動することができる。さらにこれにより振動が緩和される。なぜならトルクリプルが、通常の３相ではなく６相であることに基づき低減されるからである。

さらなる一実施形態によれば、接続端子のそれぞれ２つが、Ｕ字形状を有する接続要素と接続される。ここでＵ字形状の両端部は、別の成形コイルの一接続端子とそれぞれ接続されている。Ｕ字形の接続要素が特に有利である。なぜなら、これらは周方向に並んで互いに１８０度だけ回転して配置することができ、これによりＵ字形の１つまたは複数の端部が、他方の接続要素のＵ字形の２つの端部の間の中央空間に入り込むことができ、これによってスペースを節約する構造が可能だからである。

さらなる一実施形態によれば、ステータに対して材料の異なる成形コイルが使用される。ここでは第１の比抵抗を備える成形コイルが、一セグメント内の溝の間隔よりも互いに小さい間隔を有する溝に少なくとも装填される。しかし残りの多数の溝には、第１の抵抗よりも比抵抗の大きい抵抗が装着される。

動作時における成形コイルの柄部の熱発生は、成形コイルが作製された材料の比抵抗に直接的に関連している。すなわち、比抵抗が大きくなるにつれ、成形コイルを通って電流が流れる際の熱発生も増大する。

したがって、成形コイルの２つの柄部が非常に密に並んで配置されている溝（複数）の領域では、ステータにおける熱発生全体を所定の限界値内に維持するために、他の溝におけるよりも比較的に小さな熱発生に抑えることが必要である。したがって、少なくとも互いに比較的小さな間隔を有する溝に比抵抗が比較的に小さい成形コイルを装着することは、互いに比較的大きな間隔を有する溝に装着するよりも特に有利な結果をもたらす。

さらなる有利な一実施形態によれば、一セグメント内の溝の間隔よりも小さい間隔を有する溝には、銅によりまたは銅から作製された成形コイルの柄部が装着され、残りの多数の溝には、アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイルの柄部がそれぞれ装着される。アルミニウムは安価に大量に調達可能であり、同時に簡単に加工することができる。したがって多数の溝にはアルミニウム製の成形コイルを装着するのが特に有利である。銅も十分な量で調達可能である。確かに銅はアルミニウムより高い調達価格を有しているが、銅は比較的小さな比抵抗を有しており、したがって銅を使用することは、少なくとも非常に密に並んで配置された溝において有利である。なぜなら温度挙動およびこれに結び付いたステータの熱発生の際の利点が、比較的に高い調達価格を相殺するからである。

さらなる一実施形態によれば、アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイルの少なくとも１つの接続端子は、銅によりまたは銅から作製された成形コイルの少なくとも１つの接続端子と接続されている。この接続は、最上位の選択肢にしたがい銅アルミニウム合金から作製された接続要素によって行われる。銅およびアルミニウムのこの種の合金は、異なる材料から作製された成形コイルの接続端子間で確実な接続を形成するために用いられる。

さらなる一代替例によれば、接続要素は、２つの導体材料から継ぎ合わされた接続要素である。したがって接続要素は、例えば一方の側では銅から作製され、他方の側ではアルミニウムから作製され、２つの材料は、例えば冷間圧接、攪拌摩擦溶接またはプレスろう付けないし圧接により互いに接続されている。

さらなる一実施形態によれば、銅コイルおよびアルミニウムコイル、すなわち２つの異なる成形コイルが、アルミニウムから作製された接続要素によって互いに接続されており、銅コイルの製造時に、ステータへの装着前にすでに、冷間圧接、攪拌摩擦溶接、プレスろう付けまたは圧接によって銅コイルと接続されている。

さらなる一実施形態によれば、ステータのステータリングは、それぞれとりわけ２つのセグメントの接続領域にあるそれぞれ少なくとも２つの箇所において、とりわけ２つの異なるセグメントのそれぞれ一方に配設された隣接する２つの溝であって、一セグメント内の溝の間隔よりも大きな間隔を有する２つの溝の間では、複数のステータリング部分から作製されており、互いに接続されている。

したがってステータリングは、複数のステータリング部分から作製されている。これらのステータリング部分は例えば予製造され、予製造の間に成形コイルをステータリング部分の溝にすでに装着することができる。そして使用場所で初めて個々のステータリング部分が互いに接続される。有利にはステータリングは、２つのセグメントが互いに突き合い当接し、それらの外側の溝が、組み立てられた状態において一セグメントの他の残りの溝よりも大きな間隔を互いに有する箇所で丁度分割されている。ステータリングを分離するためにはこの箇所が特に有利である。なぜなら、溝間隔が大きいことにより、例えば輸送の際に損傷する恐れのある特に薄いステータの歯が発生しないからである。したがってステータの頑強な構造が保証される。同時に、分割可能であることより、特に大型のステータの輸送が可能となる。

さらなる一実施形態によれば成形コイルは、それらのコイルヘッドの領域にそれぞれ以下の形状の１つを含む。この実施形態の成形コイルの第１の形状によれば、柄部（複数）はステータリングの外部において互いに反対方向に曲げられており、柄部（複数）を接続する１８０度曲り部まで平行に延在する。あるいは、柄部（複数）は、ステータリングの外部において異なる間隔で同じ方向に曲げられており、次いで（２つの）柄部を接続する１８０度曲り部まで平行に延在する。ここで２つの柄部の曲り部は同じ方向を指し、０から９０度の範囲の角度である。さらなる択一的な一実施形態によれば曲り部には、同じ方向に９０度の角度が付されている。このように成形されたコイルは有利には、ステータの同じ半径領域に配置することのできる単層成形コイルとなる。

さらに本発明は、とりわけ前記実施形態の１つによる同期発電機の製造方法に関する。この方法によれば各セグメントにはそれぞれ６つの、または６の倍数の成形コイルが装着される。さらに一セグメントの成形コイルの接続端子のうちの６つは、周方向でその前方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でその後方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続される。これにより有利には、それぞれ連続する電気導体の６つのストランド、または同期発電機のステータを通るストランド（複数）が得られる。そのために手巻きの同期発電機と比較して比較的有利な同期発電機の製造を可能にする成形コイルを使用することのでき、同時に、運転中の発電機のノイズ発生を低減するために異なる溝間隔が可能である。

本方法の一実施形態によれば成形コイルは、１つまたは複数の平行に配置されたワイヤ、とりわけフラットワイヤを、好ましくは２つのコイル心部材（Ｄｏｒｎｅｎ）から形成された巻線コアの周りに巻回すことにより、溝に装着する前に巻回される。そこから得られたコイルは、２つの柄部の所望の間隔が一セグメント内の溝の間隔に相当するまで拡開される。これに続いて、コイルの部分を装置（複数）内に固定することにより、コイルヘッドが曲げられ、そして成形コイルの所望の形状が可塑的変形により得られるまで、前記装置（複数）は互いに運動される。したがって同じ形状を有する成形コイルの多数の部品数を簡単にあらかじめ作製することができる。

本方法のさらなる一実施形態によれば、成形コイルが曲げられている場合、コイルは、柄部（複数）が広げられる前にコイルヘッドの領域でまず反対方向に曲げられる。これにより、コイルの柄部の間隔が、曲げる際に誤って変化されないことが保証される。

本方法のさらなる一実施形態によれば、種々異なる成形コイルがＵ字形の接続部材と、冷間溶接、圧接または攪拌摩擦溶接により接続される。これにより、通常は成形コイルを接続するのに用いられるコンタクトリングを省略することができる。したがって、とりわけステータの深さ（Tiefe）の観点でスペースを節約する構造が可能である。

さらに本発明は、一発電機におけるアルミニウム製成形コイルおよび銅製成形コイルの使用に関する。したがってこれによれば、本発明のアルミニウム製成形コイルおよび銅製成形コイルが、発電機の例えば同じステータに装着され、これによりステータにおいて均等な熱分布を形成する。したがってとりわけ溝が非対称に分散されたステータでは、好ましくは比較的密に並んで配置された溝には銅製コイルが、残りの溝にはアルミニウム製コイルが使用される。同時にアルミニウムの使用によりコスト削減が可能であり、一方、銅製コイルは、そうでないとアルミニウムの高い比抵抗により運転時に許容されない温度または回避すべき温度に達することになる領域に装着される。

さらなる実施形態は、図面に詳細に示された実施例に基づいて得られる。

一風力発電装置を示す図である。 リング発電機として構成された一同期発電機の概略的側面図である。 本発明の同期発電機の一実施例の一成形コイルを示す図である。 図３のコイルのコイルヘッドの拡大図である。 図３および４の実施例と比較するために別のやり方で巻回されたコイルヘッドを示す図である。 成形コイルの形状のさらなる一実施形態を示す図である。 例示的な一ステータリングの３つのセグメントの側面図である。 外部からステータを見て、一ステータの３つのセグメントを例示する図である。

図１は、本発明による一風力発電装置の概略図である。風力発電装置１００は、一タワー１０２と、タワー１０２上のナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を備える一空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力発電装置の稼働時に風によって回転運動され、これにより空気力学的ロータ１０６と直接または間接的に結合された発電機のロータまたは回転子も回転される。発電機はナセル１０４内に配置されており、電気エネルギを生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のロータブレード根元１０８ｂにあるピッチモータによって変更することができる。

図２は、一発電機１３０を概略的側面図に示す。発電機は、ステータ１３２と、これに回転可能に支承された電気力学的ロータ１３４を有し、発電機のステータ１３２は軸ジャーナル１３６を介して機械支持体１３８に固定されている。ステータ１３２はステータ支持体１４０とステータ薄板積層体１４２を有し、これらは発電機１３０のステータ極を形成し、ステータリング３０を介してステータ支持体１４０に固定されている。

電気力学的ロータ１３４はロータポールシュー１４６を有し、ロータポールシューはロータ極を形成し、ロータ支持体１４８とベアリング１５０を介して軸ジャーナル１３６上に、回転軸１５２を中心に回転可能に支承されている。１つの狭い空隙１５４だけがステータ薄板積層体１４２とロータポールシュー１４６を分離しており、この空隙の厚さは数ｍｍ、とりわけ６ｍｍ未満であるが、数ｍ、とりわけ４ｍ超の直径を有する。

ステータ薄板積層体１４２とロータポールシュー１４６はそれぞれ一リングを形成し、共にリング状であり、したがって発電機１３０はリング発電機である。発電機１３０の電気力学的ロータ１３４は規定どおりに空気力学的ロータのロータハブ１５６と共に回転する。空気力学的ロータのうちロータブレード１５８の付け根部が図示されている。

図３は、本発明の同期発電機１３０のための成形コイル１０の第１実施例を示す。成形コイル１０は２つの柄部１２を有する。さらに成形コイル１０は２つのコイルヘッド１４を有する。左側に示されたコイルヘッド１４の領域には２つの接続端子１６が図示されている。成形コイル１０の（中央）領域１８、すなわちこの領域１８にある２つの柄部１２は、同期発電機１３０のステータ１３２の１つの同じセグメントの溝に後で装填される。上記セグメントは、後に図７と８の説明に関連して記述される。コイルヘッド１４は、２つの柄部１２を互いに接続するための、柄部１２の曲り部に対応する部分である。

図４は、図３の成形コイル１０のコイルヘッド１４の一方の拡大図である。このコイルヘッド１４は、図３で右側に示したコイルヘッドに相当し、ここでは図３に対して裏側が図示されている。コイルヘッド１４は、柄部１２が異なる間隔で、すなわち一方では間隔２０の後で、他方では間隔２２の後で同じ方向に曲げられていることを含む。２つの曲げられた柄部１２は領域２４において再び平行に延在し、１８０度曲り部２６により互いに接続される。柄部１２の曲りは、ここでは同じ方向に約４０度である。

成形コイル１０の別の一実施形態が図５に示されており、この実施形態ではコイルヘッド１４が、間隔２０，２２の後で９０度だけ曲がられている。この図示の成形コイル１０により、このように成形された任意の数のコイル１０を一ステータ１３２の溝（複数）に並べて装着することができ、柄部１２がステータ１３２の中心に対して同じ半径方向距離で、あるいは同じ半径領域に配置されていても、個々のコイルが接触することはない。

図６は、成形コイル１０のコイルヘッド１４のさらなる一実施例をさらに示す。この成形コイルでは柄部（複数）１２が互いに反対方向に同じ間隔でクランク状に曲げられている。すなわち、まず反対方向に９０度だけ曲げられ、そして新たに９０度だけ同じ方向に（なるように）曲げられている。同様にこれによって、柄部（複数）１２のクランク状に曲がった２つの領域が実質的に平行に延在する領域２４が形成されている。さらに２つの柄部１２を接続する１８０度曲り部２６が設けられている。

図７は、分かり易くするために湾曲されず（曲がりをつけず）に図示されているステータリング３０の例示的な一部分図である。ステータリング３０は溝（複数）３２と歯（複数）３４を有する。ここには３つのセグメント３６が図示されている。セグメント３６の溝３２には成形コイル１０が装填されている。各セグメント３６は６つの成形コイル１０を有する。成形コイル１０の柄部１２とセグメント３６内の溝（複数）３２は、それぞれ互いに同じ間隔３３を有する。しかし溝３２は、接続領域３８と接続領域４０において、一セグメント３６内の溝３２の間隔３３とは異なる間隔４２を有する。接続領域３８において例えば２つの溝３２の間隔はゼロに等しく、したがって一セグメント３６内の溝３２の間隔３３よりも小さい。これに対して接続領域４０において溝３２の間隔４２は、一セグメント内の溝３２の間隔の約２倍である。ステータリング３０の上側４５は、図ではステータ１３２の半径方向の内側に相当する。

図８は、ステータ１３２を半径方向外側から見た図である。ここでも３つのセグメント３６を備える領域だけが例示されている。図８に示した実施例によれば、２つの成形コイル４４は銅から作製されている。残余の成形コイル１０はアルミニウムから作製されている。柄部１２が２つのセグメント３６の接続領域３８，４０において非常に近接して並置されている銅製成形コイル４４によって、これら２つのコイルがアルミニウムから作製されている場合に対する動作時よりも比較的に小さな熱が発生する。なぜなら銅は、アルミニウムよりも小さな比抵抗を有するからである。アルミニウム製成形コイルと銅製成形コイルを使用することにより、熱分布に関して有利な特性を有する比較的好ましいステータ１３２ないし同期発電機１３０を製造することができる。

１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ 空気力学的ロータ
１０８ ロータブレード
１１０ スピナ
１３０ 発電機
１３２ ステータ
１３４ 電気力学的ロータ
１３６ 軸ジャーナル
１３８ 機械支持体
１４０ ステータ支持体
１４２ ステータ薄板積層体
１４６ ロータポールシュー
１４８ ロータ支持体
１５０ ベアリング
１５２ 回転軸
１５４ 空隙
１５６ ロータハブ
１５８ ロータブレード
１０ 成形コイル
１２ 柄部
１４ コイルヘッド
１６ 接続端子
２０，２２，３３，４２ 間隔
２４ 半径領域
２６ １８０度曲り部
３０ ステータリング
３２ 溝
３４ 歯
３６ セグメント
３８，４０ 接続領域
４４ 銅製成形コイル

本発明は、同期発電機、とりわけギヤレス型風力発電装置の４極同期リング発電機に関する。さらに本発明は、この種の同期発電機の製造方法並びに成形コイルの使用に関する。

風力発電装置は、一般的に公知であり、これは風から発電機によって電流を発電する。現代のギヤレス型風力発電装置は、大きな空隙直径を備える４極同期リング発電機をしばしば有する。ここで空隙の直径は少なくとも４ｍであり、通常はほぼ５ｍにまで達する。それどころか組み立てられた同期発電機は、約１０ｍの空隙直径を有することがある。

風力発電装置、すなわち該当する同期発電機の稼働時には振動によってノイズが発生する。この振動は、大型の構造形式を通って例えば風力発電装置のナセル外装のような大きな共振体にも伝達され、それによりこのノイズはさらに増幅される。機能に起因してギヤレス型風力発電装置のこのような同期発電機は非常に緩慢に回転する発電機であり、典型的には約５から３５回転／分の回転数で回転する。さらにこの緩慢な回転数は、とりわけ例えば１，５００または３，０００回転／分のような高い回転速度で回転する発電機と比較して、特別のノイズを助長することもある。

ギヤレス型風力発電装置のこのような同期発電機は、すなわち発電装置自体も、持続的に運転するため持続的な障害ノイズ源となり得る。昨今、現代の特に大型の風力発電装置は、集落からますます離れた距離に設置され、そこで稼働される。そのため、風力発電装置の場合によるノイズもさほど障害として知覚されない。

したがって、このノイズ発生を低減するために、ロータおよびステータを有する同期発電機が公知であり、このステータは、ノイズ発生に対抗作用するために特別の構造を有している。例えば、ステータの巻線、すなわちステータ巻線を受け入れる溝と歯を、均等ではなく、ステータの周方向に不均等に位置決めすることが公知である。

これにより周方向に均等に分散されたロータ極ないし回転子極がロータの回転運動の際に、互いにずらされた、または十字に配置された対応の歯ないし溝に、それぞれ正確に同時には達しないことが達成される。これにより振動が低減され、もってこの種の発電機のノイズ発生、ひいてはすべての発電装置自体のノイズ発生も低減される。

この種の発電機のステータの巻線は、通常、例えば銅から作製された絶縁エンドレスワイヤにより形成される。さらに１つのストランドのワイヤはそれぞれ複数の巻線ターン（Windungen）を有する複数の溝に巻き付けられ、したがって１つのストランドは連続するワイヤ部材から作製される。ステータのこの巻付けは非常に手間暇が掛かり、とりわけ湾曲箇所においてワイヤの非障害性（Unversehrtheit）並びにワイヤの絶縁性を巻付けの際にすでに監視するために、有利には手作業で行わなければならない。

WO 2012/097107 A1 EP 2 454 802 B1

したがって本発明の基礎とする課題は、前記問題の少なくとも１つに対処し、とりわけ連続するストランドを手作業でステータに巻付ける方法よりも手間暇の掛からない解決策を提案することである。少なくともこれまで公知の解決策に取り代わる代替的な解決策を提案することが望まれる。

ドイツ特許商標庁は、本出願の優先出願においてWO 2012/097107 A1とEP 2 454 802 B1を調査した。

本発明の第１の視点により、下記の同期発電機が提供される。該同期発電機は、
ロータとステータを含む、ギヤレス型風力発電装置の同期発電機であって、
前記ステータは、歯を備えるステータリングと、歯の間に配置された、ステータ巻線を受け入れるための溝とを有し、
前記ステータリングは、それぞれ同数の溝を備えるステータセグメントに周方向に分割されており、
一セグメント内において複数の溝は互いに円周方向に実質的に同じ間隔を有し、
２つのセグメントの少なくとも１つの接続領域において、２つの異なるセグメントのそれぞれ一方に配設された、隣接する少なくとも２つの溝の間隔は、一セグメント内の溝の間隔とは異なっており、
前記ステータ巻線は成形コイルによって形成されている。
本発明の第２の視点において、とりわけ第１の視点による同期発電機の製造方法が提供される。該製造方法において、
前記同期発電機は、複数のセグメントに分割されたステータリングを有しており、
各セグメントにはそれぞれ６つ、または６の倍数の成形コイルが装着され、
各成形コイルは２つの接続端子を有し、一セグメントの成形コイルの６つの接続端子は、周方向でその前方にある一セグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でその後方にある一セグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続される。
本発明の第３の視点において、同じ発電機におけるアルミニウム製成形コイルおよび銅製成形コイルの使用が提供される。
従属請求項の記載事項は、各視点についての展開形態を示す。
尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明によればギヤレス型風力発電装置の同期発電機が提案される。この同期発電機は、とりわけギヤレス型風力発電装置の４極同期リング発電機である。ギヤレス型風力発電装置のそのような４極同期リング発電機は、複数のステータ極、とりわけ少なくとも４８のステータ歯、それどころかしばしば特に９６のステータ歯のように格段に多数のステータ歯を有する。発電機の磁気的に活性な領域、すなわち回転子とも称することのできるロータとステータの磁気的活性領域は、同期発電機の回転軸を中心にリング状の領域内に配置されている。したがって空隙の半径の０から５０％の領域には、同期発電機の電流または電界を導く材料が存在しない。とりわけこの内部空間は完全に空いており、基本的に歩くことができる。しばしばこの領域は空隙半径の０〜５０％超、とりわけ０〜７０％、またはそれどころか空隙半径の０〜８０％である。構造に応じてこの内部空間に支持構造体を設けることができる。しかしこの支持構造体は、いくつかの実施形態では軸方向にずらして構成することができる。

したがって同期発電機はロータとステータを含み、ステータは、歯（複数）を備えるステータリングと、歯の間に配置され、ステータ巻線を受け入れるための溝（複数）とを有する。ステータリングは、本発明によれば周方向にステータセグメント（複数）に分割されている。各ステータセグメントは同数の溝を有し、一セグメント内の溝は周方向に実質的に同じ間隔を互いに有する。

とりわけ、２つのセグメントが周方向に並んで配置されていて隣り合っている、または接触している領域に対応する２つのセグメントの接続領域では、２つの隣接する溝、すなわち２つの異なるセグメントのそれぞれ一方、すなわちこの接続領域に並んで配置されたセグメントのそれぞれ一方に割り当てられた２つの溝の間隔は、一セグメント内の溝が互いに有する間隔とは異なっている。したがって隣接して並ぶ２つの異なるセグメントの２つの溝は、一セグメント内の溝の間隔よりも大きいか、または小さい間隔を有する。さらにステータ巻線は成形コイルと共に（を介して）形成される。ここで成形コイルは、とりわけ導電性導体から作製されており、この成形コイルはあらかじめ規定された形状の複数の巻線ターンで取り付けられており、２つの端子（接続端子）を有する。これらの接続端子により成形コイルは、発電機の直列に接続された複数のコイルによって１つのストランドを形成するために、さらなる成形コイルと接続することができる。

これまでは、溝が異なって離間しているため、この種のステータのための成形コイルは非経済的であることが当てはまった。なぜなら一ステータ内のこれらすべての成形コイルが同じ形状を有する場合にだけ成形コイルは経済的だからである。しかし溝間隔が異なる同期発電機においては、先ずもってこの利点は明らかに存在しない。なぜなら、異なる幅で離間された溝に配置することができるようにし、かつ同時に電力損失を勘案するためには、大きさの異なる成形コイルを選択しなければならないからである。

しかし、ステータがそれぞれ同数の溝を有する複数のセグメントに分割される場合、一セグメント内に常に一定数の成形コイル、とりわけ単層成形コイルを設けることができ、したがって溝間隔が異なっていても同形状の成形コイルを使用することができることが認識された。したがってここでは、セグメントをも跨いで溝（複数）に装填される成形コイルを設けるのではなく、セグメントの成形コイルが互いに接続される。

かくて、エンドレスワイヤによる高価な手巻きを使用せずに、非対称に分散された溝を有する比較的に有利な同期発電機が実現可能である。

一実施形態によれば、成形コイルはそれぞれ２つの柄部（Schenkel）を有し、これらの柄部は、巻線ヘッドとも称される２つのコイルヘッドにより互いに接続されており、接続端子（複数）は好ましくは一方のコイルヘッドの領域に配置されている。接続端子の領域を除いて、ステータ巻線のすべての成形コイルの柄部とコイルヘッドは同じ形状を有する。これによりすべての成形コイルを、製造の際に実質的に同じ装置で予成形することができ、したがってロット数の大きな成形コイルを製造することができ、これにより製造コストがさらに低減される。

さらなる一実施形態によれば、ステータにある各成形コイルの柄部は、ステータの同じ半径領域に配置されている。ここで１つの半径領域は、ステータ軸を中心に延在し、異なる半径を有する２つの円の間の領域に相当する。したがって有利にはステータにあるすべての成形コイルのすべての柄部は、ステータの中心点に対して同じ間隔を有する。成形コイルのこの配置は単層の配置に相当し、各溝には一成形コイルの１つの個別の柄部だけが配置されている。成形コイルを溝（複数）の中にこのように単層に配置することにより、さらに、同じ成形コイルの柄部を、２つのセグメントの接続領域において隣接するセグメント（複数）の溝（複数）に装填しなくてもよいことが保証される。このような装填は、単層以外にしばしば使用される２層の巻線の場合である。すなわち成形コイルが２層に配置される場合、例えば成形コイルもセグメントを跨いで（segmentuebergreifend）配置しなければならないことになる。ここでは形状の異なる成形コイルが再び必要となろう。すなわち、一セグメント内にあり、セグメントを跨ぐ溝（複数）を互いに接続するための形状を有する成形コイルが必要となろう。

さらなる一実施形態によれば、各セグメントはそれぞれ６つの、または６の倍数の成形コイルを有する。さらにこの実施形態によれば、一セグメントの成形コイルの６つの接続端子が、周方向でこれの前方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でこれの後方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続されている。これによりステータの６つのストランドが形成され、発電機は６相発電機として駆動することができる。さらにこれにより振動が緩和される。なぜならトルクリプルが、通常の３相ではなく６相であることに基づき低減されるからである。

さらなる一実施形態によれば、接続端子のそれぞれ２つが、Ｕ字形状を有する接続要素と接続される。ここでＵ字形状の両端部は、別の成形コイルの一接続端子とそれぞれ接続されている。Ｕ字形の接続要素が特に有利である。なぜなら、これらは周方向に並んで互いに１８０度だけ回転して配置することができ、これによりＵ字形の１つまたは複数の端部が、他方の接続要素のＵ字形の２つの端部の間の中央空間に入り込むことができ、これによってスペースを節約する構造が可能だからである。

さらなる一実施形態によれば、ステータに対して材料の異なる成形コイルが使用される。ここでは第１の比抵抗を備える成形コイルが、一セグメント内の溝の間隔よりも互いに小さい間隔を有する溝に少なくとも装填される。しかし残りの多数の溝には、第１の抵抗よりも比抵抗の大きい抵抗が装着される。

動作時における成形コイルの柄部の熱発生は、成形コイルが作製された材料の比抵抗に直接的に関連している。すなわち、比抵抗が大きくなるにつれ、成形コイルを通って電流が流れる際の熱発生も増大する。

したがって、成形コイルの２つの柄部が非常に密に並んで配置されている溝（複数）の領域では、ステータにおける熱発生全体を所定の限界値内に維持するために、他の溝におけるよりも比較的に小さな熱発生に抑えることが必要である。したがって、少なくとも互いに比較的小さな間隔を有する溝に比抵抗が比較的に小さい成形コイルを装着することは、互いに比較的大きな間隔を有する溝に装着するよりも特に有利な結果をもたらす。

さらなる有利な一実施形態によれば、一セグメント内の溝の間隔よりも小さい間隔を有する溝には、銅によりまたは銅から作製された成形コイルの柄部が装着され、残りの多数の溝には、アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイルの柄部がそれぞれ装着される。アルミニウムは安価に大量に調達可能であり、同時に簡単に加工することができる。したがって多数の溝にはアルミニウム製の成形コイルを装着するのが特に有利である。銅も十分な量で調達可能である。確かに銅はアルミニウムより高い調達価格を有しているが、銅は比較的小さな比抵抗を有しており、したがって銅を使用することは、少なくとも非常に密に並んで配置された溝において有利である。なぜなら温度挙動およびこれに結び付いたステータの熱発生の際の利点が、比較的に高い調達価格を相殺するからである。

さらなる一実施形態によれば、アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイルの少なくとも１つの接続端子は、銅によりまたは銅から作製された成形コイルの少なくとも１つの接続端子と接続されている。この接続は、最上位の選択肢にしたがい銅アルミニウム合金から作製された接続要素によって行われる。銅およびアルミニウムのこの種の合金は、異なる材料から作製された成形コイルの接続端子間で確実な接続を形成するために用いられる。

さらなる一代替例によれば、接続要素は、２つの導体材料から継ぎ合わされた接続要素である。したがって接続要素は、例えば一方の側では銅から作製され、他方の側ではアルミニウムから作製され、２つの材料は、例えば冷間圧接、攪拌摩擦溶接またはプレスろう付けないし圧接により互いに接続されている。

さらなる一実施形態によれば、銅コイルおよびアルミニウムコイル、すなわち２つの異なる成形コイルが、アルミニウムから作製された接続要素によって互いに接続されており、銅コイルの製造時に、ステータへの装着前にすでに、冷間圧接、攪拌摩擦溶接、プレスろう付けまたは圧接によって銅コイルと接続されている。

さらなる一実施形態によれば、ステータのステータリングは、それぞれとりわけ２つのセグメントの接続領域にあるそれぞれ少なくとも２つの箇所において、とりわけ２つの異なるセグメントのそれぞれ一方に配設された隣接する２つの溝であって、一セグメント内の溝の間隔よりも大きな間隔を有する２つの溝の間では、複数のステータリング部分から作製されており、互いに接続されている。

したがってステータリングは、複数のステータリング部分から作製されている。これらのステータリング部分は例えば予製造され、予製造の間に成形コイルをステータリング部分の溝にすでに装着することができる。そして使用場所で初めて個々のステータリング部分が互いに接続される。有利にはステータリングは、２つのセグメントが互いに突き合い当接し、それらの外側の溝が、組み立てられた状態において一セグメントの他の残りの溝よりも大きな間隔を互いに有する箇所で丁度分割されている。ステータリングを分離するためにはこの箇所が特に有利である。なぜなら、溝間隔が大きいことにより、例えば輸送の際に損傷する恐れのある特に薄いステータの歯が発生しないからである。したがってステータの頑強な構造が保証される。同時に、分割可能であることより、特に大型のステータの輸送が可能となる。

さらなる一実施形態によれば成形コイルは、それらのコイルヘッドの領域にそれぞれ以下の形状の１つを含む。この実施形態の成形コイルの第１の形状によれば、柄部（複数）はステータリングの外部において互いに反対方向に曲げられており、柄部（複数）を接続する１８０度曲り部まで平行に延在する。あるいは、柄部（複数）は、ステータリングの外部において異なる間隔で同じ方向に曲げられており、次いで（２つの）柄部を接続する１８０度曲り部まで平行に延在する。ここで２つの柄部の曲り部は同じ方向を指し、０から９０度の範囲の角度である。さらなる択一的な一実施形態によれば曲り部には、同じ方向に９０度の角度が付されている。このように成形されたコイルは有利には、ステータの同じ半径領域に配置することのできる単層成形コイルとなる。

さらに本発明は、とりわけ前記実施形態の１つによる同期発電機の製造方法に関する。この方法によれば各セグメントにはそれぞれ６つの、または６の倍数の成形コイルが装着される。さらに一セグメントの成形コイルの接続端子のうちの６つは、周方向でその前方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でその後方にあるセグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続される。これにより有利には、それぞれ連続する電気導体の６つのストランド、または同期発電機のステータを通るストランド（複数）が得られる。そのために手巻きの同期発電機と比較して比較的有利な同期発電機の製造を可能にする成形コイルを使用することのでき、同時に、運転中の発電機のノイズ発生を低減するために異なる溝間隔が可能である。

本方法の一実施形態によれば成形コイルは、１つまたは複数の平行に配置されたワイヤ、とりわけフラットワイヤを、好ましくは２つのコイル心部材（Ｄｏｒｎｅｎ）から形成された巻線コアの周りに巻回すことにより、溝に装着する前に巻回される。そこから得られたコイルは、２つの柄部の所望の間隔が一セグメント内の溝の間隔に相当するまで拡開される。これに続いて、コイルの部分を装置（複数）内に固定することにより、コイルヘッドが曲げられ、そして成形コイルの所望の形状が可塑的変形により得られるまで、前記装置（複数）は互いに運動される。したがって同じ形状を有する成形コイルの多数の部品数を簡単にあらかじめ作製することができる。

本方法のさらなる一実施形態によれば、成形コイルが曲げられている場合、コイルは、柄部（複数）が広げられる前にコイルヘッドの領域でまず反対方向に曲げられる。これにより、コイルの柄部の間隔が、曲げる際に誤って変化されないことが保証される。

本方法のさらなる一実施形態によれば、種々異なる成形コイルがＵ字形の接続部材と、冷間溶接、圧接または攪拌摩擦溶接により接続される。これにより、通常は成形コイルを接続するのに用いられるコンタクトリングを省略することができる。したがって、とりわけステータの深さ（Tiefe）の観点でスペースを節約する構造が可能である。

さらに本発明は、一発電機におけるアルミニウム製成形コイルおよび銅製成形コイルの使用に関する。したがってこれによれば、本発明のアルミニウム製成形コイルおよび銅製成形コイルが、発電機の例えば同じステータに装着され、これによりステータにおいて均等な熱分布を形成する。したがってとりわけ溝が非対称に分散されたステータでは、好ましくは比較的密に並んで配置された溝には銅製コイルが、残りの溝にはアルミニウム製コイルが使用される。同時にアルミニウムの使用によりコスト削減が可能であり、一方、銅製コイルは、そうでないとアルミニウムの高い比抵抗により運転時に許容されない温度または回避すべき温度に達することになる領域に装着される。

さらなる実施形態は、図面に詳細に示された実施例に基づいて得られる。

一風力発電装置を示す図である。 リング発電機として構成された一同期発電機の概略的側面図である。 本発明の同期発電機の一実施例の一成形コイルを示す図である。 図３のコイルのコイルヘッドの拡大図である。 図３および４の実施例と比較するために別のやり方で巻回されたコイルヘッドを示す図である。 成形コイルの形状のさらなる一実施形態を示す図である。 例示的な一ステータリングの３つのセグメントの側面図である。 外部からステータを見て、一ステータの３つのセグメントを例示する図である。

図１は、本発明による一風力発電装置の概略図である。風力発電装置１００は、一タワー１０２と、タワー１０２上のナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を備える一空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力発電装置の稼働時に風によって回転運動され、これにより空気力学的ロータ１０６と直接または間接的に結合された発電機のロータまたは回転子も回転される。発電機はナセル１０４内に配置されており、電気エネルギを生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のロータブレード根元１０８ｂにあるピッチモータによって変更することができる。

図２は、一発電機１３０を概略的側面図に示す。発電機は、ステータ１３２と、これに回転可能に支承された電気力学的ロータ１３４を有し、発電機のステータ１３２は軸ジャーナル１３６を介して機械支持体１３８に固定されている。ステータ１３２はステータ支持体１４０とステータ薄板積層体１４２を有し、これらは発電機１３０のステータ極を形成し、ステータリング３０を介してステータ支持体１４０に固定されている。

電気力学的ロータ１３４はロータポールシュー１４６を有し、ロータポールシューはロータ極を形成し、ロータ支持体１４８とベアリング１５０を介して軸ジャーナル１３６上に、回転軸１５２を中心に回転可能に支承されている。１つの狭い空隙１５４だけがステータ薄板積層体１４２とロータポールシュー１４６を分離しており、この空隙の厚さは数ｍｍ、とりわけ６ｍｍ未満であるが、数ｍ、とりわけ４ｍ超の直径を有する。

ステータ薄板積層体１４２とロータポールシュー１４６はそれぞれ一リングを形成し、共にリング状であり、したがって発電機１３０はリング発電機である。発電機１３０の電気力学的ロータ１３４は規定どおりに空気力学的ロータのロータハブ１５６と共に回転する。空気力学的ロータのうちロータブレード１５８の付け根部が図示されている。

図３は、本発明の同期発電機１３０のための成形コイル１０の第１実施例を示す。成形コイル１０は２つの柄部１２を有する。さらにコイル１０は２つのコイルヘッド１４を有する。左側に示されたコイルヘッド１４の領域には２つの接続端子１６が図示されている。成形コイル１０の（中央）領域１８、すなわちこの領域１８にある２つの柄部１２は、同期発電機１３０のステータ１３２の１つの同じセグメントの溝に後で装填される。上記セグメントは、後に図７と８の説明に関連して記述される。コイルヘッド１４は、２つの柄部１２を互いに接続するための、柄部１２の曲り部に対応する部分である。

図４は、図３の成形コイル１０のコイルヘッド１４の一方の拡大図である。このコイルヘッド１４は、図３で右側に示したコイルヘッドに相当し、ここでは図３に対して裏側が図示されている。コイルヘッド１４は、柄部１２が異なる間隔で、すなわち一方では間隔２０の後で、他方では間隔２２の後で同じ方向に曲げられていることを含む。２つの曲げられた柄部１２は領域２４において再び平行に延在し、１８０度曲り部２６により互いに接続される。柄部１２の曲りは、ここでは同じ方向に約４０度である。

成形コイル１０の別の一実施形態が図５に示されており、この実施形態ではコイルヘッド１４が、間隔２０，２２の後で９０度だけ曲がられている。この図示の成形コイル１０により、このように成形された任意の数のコイル１０を一ステータ１３２の溝（複数）に並べて装着することができ、柄部１２がステータ１３２の中心に対して同じ半径方向距離で、あるいは同じ半径領域に配置されていても、個々のコイルが接触することはない。

図６は、成形コイル１０のコイルヘッド１４のさらなる一実施例をさらに示す。この成形コイルでは柄部（複数）１２が互いに反対方向に同じ間隔でクランク状に曲げられている。すなわち、典型的には、まず反対方向に９０度だけ曲げられ、そして新たに９０度だけ同じ方向に（なるように）曲げられている。同様にこれによって、柄部（複数）１２のクランク状に曲がった２つの領域が実質的に平行に延在する領域２４が形成されている。さらに２つの柄部１２を接続する１８０度曲り部２６が設けられている。

図７は、分かり易くするために湾曲されず（曲がりをつけず）に図示されているステータリング３０の例示的な一部分図である。ステータリング３０は溝（複数）３２と歯（複数）３４を有する。ここには３つのセグメント３６が図示されている。セグメント３６の溝３２には成形コイル１０が装填されている。各セグメント３６は６つの成形コイル１０を有する。成形コイル１０の柄部１２とセグメント３６内の溝（複数）３２は、それぞれ互いに同じ間隔３３を有する。しかし溝３２は、接続領域３８と接続領域４０において、一セグメント３６内の溝３２の間隔３３とは異なる間隔４２を有する。接続領域３８において例えば２つの溝３２の間隔はゼロに等しく、したがって一セグメント３６内の溝３２の間隔３３よりも小さい。これに対して接続領域４０において溝３２の間隔４２は、一セグメント内の溝３２の間隔の約２倍である。ステータリング３０の上側４５は、図ではステータ１３２の半径方向の内側に相当する。

図８は、ステータ１３２を半径方向外側から見た図である。ここでも３つのセグメント３６を備える領域だけが例示されている。図８に示した実施例によれば、２つの成形コイル４４は銅から作製されている。残余の成形コイル１０はアルミニウムから作製されている。柄部１２が２つのセグメント３６の接続領域３８，４０において非常に近接して並置されている銅製成形コイル４４によって、これら２つのコイルがアルミニウムから作製されている場合に対する動作時よりも比較的に小さな熱が発生する。なぜなら銅は、アルミニウムよりも小さな比抵抗を有するからである。アルミニウム製成形コイルと銅製成形コイルを使用することにより、熱分布に関して有利な特性を有する比較的好ましいステータ１３２ないし同期発電機１３０を製造することができる。

本発明において以下の形態が可能である。
（形態１）
第１の視点に記載の同期発電機。
（形態２）
前記成形コイルはそれぞれ２つの柄部を有し、該柄部は、２つのコイルヘッドによって互いに接続されており、前記成形コイルは、それぞれ２つの接続端子を前記コイルヘッドの一方の領域に有し、
前記両接続端子は別にして、ステータ巻線のすべての成形コイルの柄部とコイルヘッドは実質的に同じ形状を有する、好ましくは形態１に記載の同期発電機。
（形態３）
前記ステータにある各成形コイルの柄部は、前記ステータの同じ半径領域に配置されている、好ましくは形態１または２に記載の同期発電機。
（形態４）
各セグメントは、それぞれ第１の接続端子と第２の接続端子を備えるそれぞれ６つ、または６の倍数の成形コイルを有し、
一セグメントの形成コイルの６つの接続端子は、周方向でその前方にある一セグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でその後方にある一セグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続されている、好ましくは形態１から３のいずれか一に記載の同期発電機。
（形態５）
異なる成形コイルの２つの接続端子の接続はＵ字形の接続要素によって行われ、Ｕ字形の両端部はそれぞれ１つの接続端子と接続されている、好ましくは形態１から４のいずれか一に記載の同期発電機。
（形態６）
前記成形コイルは異なる材料から作製されており、
互いの間隔が一セグメント内の溝の間隔よりも小さい隣接する溝には、第１の比抵抗を備える成形コイルの一柄部が装着されており、残りの多数の溝には、比較的に高い比抵抗を備える成形コイルのそれぞれ１つの柄部が装着されている、好ましくは形態１から５のいずれか一に記載の同期発電機。
（形態７）
互いの間隔が一セグメント内の溝の間隔よりも小さい隣接する溝には、銅によりまたは銅から作製された成形コイルの一柄部が装着されており、残りの多数の溝には、アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイルのそれぞれ１つの柄部が装着されている、好ましくは形態６に記載の同期発電機。
（形態８）
異なる成形コイルの少なくとも２つの接続端子の接続は、アルミニウムから作製された接続要素であって、銅製コイルの作製時にステータの装着前に、冷間圧接、攪拌摩擦溶接、プレスろう付け、または圧接により銅製成形コイルの接続端子と接続された接続要素によって行われ、
前記銅製成形コイルの接続端子は、ステータの装着後に、アルミニウム製成形コイルの接続端子と接続される、好ましくは形態６または７に記載の同期発電機。
（形態９）
アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイルの少なくとも１つの接続端子は、銅によりまたは銅から作製された成形コイルの少なくとも１つの接続端子と接続されており、
当該接続は、好ましくは銅アルミニウム合金から作製された接続要素によって、または接続端子の接続前に１つの部分に互いに接続される２つの導体材料から作製された接続要素によって行われる、好ましくは形態６から８のいずれか一に記載の同期発電機。
（形態１０）
前記ステータのステータリングは、それぞれとりわけ２つのセグメントの接続領域（４０）にある少なくとも２つの箇所において、とりわけ２つの異なるセグメントのそれぞれ一方に配設された２つの溝であって、一セグメント内の溝の間隔よりも大きい間隔を有する２つの溝の間では、複数のステータリング部分から作製されており互いに接続されている、好ましくは形態１から９のいずれか一に記載の同期発電機。
（形態１１）
前記成形コイルは、それぞれコイルヘッドの領域において以下の形状の１つを有する：
・ステータリングの外部において、柄部（複数）が反対方向にクランク状に曲げられており、前記柄部（複数）を接続する１８０度曲り部まで平行に延在する形状、または
・ステータリングの外部において、柄部（複数）が異なる間隔で同じ方向に曲げられており、柄部（複数）を接続する１８０度曲り部まで平行に延在し、前記曲り部は同じ方向に０から９０度の範囲の角度を有する形状、または
・ステータリングの外部では、柄部（複数）が異なる間隔で同じ方向に曲げられており、柄部（複数）を接続する１８０度曲り部まで平行に延在し、前記曲り部は同じ方向に９０度の範囲の角度を有する形状、
好ましくは形態１から１０のいずれか一に記載の同期発電機。
（形態１２）
とりわけ形態１から１１のいずれか一に記載の同期発電機の製造方法であって、前記同期発電機は、複数のセグメントに分割されたステータリングを有しており、
各セグメントにはそれぞれ６つ、または６の倍数の成形コイルが装着され、
各成形コイルは２つの接続端子を有し、一セグメントの成形コイルの６つの接続端子は、周方向でその前方にある一セグメントの成形コイルの６つの接続端子、および周方向でその後方にある一セグメントの成形コイルの６つの接続端子と接続される、製造方法。
（形態１３）
前記成形コイルは、１つまたは複数の平行に配置されたワイヤ、とりわけフラットワイヤを、好ましくは２つのコイル心部材から形成された巻線コアの周りに巻回すことにより、溝にそれぞれ装着される前に巻回され、
そこから得られたコイルは、２つの柄部の所望の間隔が一セグメント内の溝の間隔に相当するまで拡開され、
成形コイルの部分を装置（複数）内に固定することによりコイルヘッドが曲げられ、
成形コイルの所望の形状が可塑的変形により得られるまで、前記装置（複数）は互いに運動される、好ましくは形態１２に記載の方法。
（形態１４）
成形コイルが曲げられている場合、前記コイルは、前記柄部（複数）が拡開される前に前記コイルヘッドの領域でまず互いに反対方向にクランク状に曲げられる、好ましくは形態１３に記載の方法。
（形態１５）
種々異なる成形コイルの接続端子はＵ字形の接続部材と、冷間溶接、圧接または攪拌摩擦溶接により接続される、好ましくは形態１２から１４のいずれか一に記載の方法。
（形態１６）
同じ発電機におけるアルミニウム製成形コイルおよび銅製成形コイルの使用。

１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ 空気力学的ロータ
１０８ ロータブレード
１１０ スピナ
１３０ 発電機
１３２ ステータ
１３４ 電気力学的ロータ
１３６ 軸ジャーナル
１３８ 機械支持体
１４０ ステータ支持体
１４２ ステータ薄板積層体
１４６ ロータポールシュー
１４８ ロータ支持体
１５０ ベアリング
１５２ 回転軸
１５４ 空隙
１５６ ロータハブ
１５８ ロータブレード
１０ 成形コイル
１２ 柄部
１４ コイルヘッド
１６ 接続端子
２０，２２，３３，４２ 間隔
２４ 半径領域
２６ １８０度曲り部
３０ ステータリング
３２ 溝
３４ 歯
３６ セグメント
３８，４０ 接続領域
４４ 銅製成形コイル

Claims (16)

1. ロータ（１０６）とステータ（１３２）を含む、ギヤレス型風力発電装置の同期発電機であって、
   前記ステータ（１３２）は、歯（３４）を備えるステータリング（３０）と、歯の間に配置された、ステータ巻線を受け入れるための溝（３２）とを有し、
   前記ステータリング（３０）は、それぞれ同数の溝（３２）を備えるステータセグメントに周方向に分割されており、
   一セグメント（３６）内において複数の溝（３２）は互いに円周方向に実質的に同じ間隔（３３）を有し、
   ２つのセグメント（３６）の少なくとも１つの接続領域（３８，４０）において、２つの異なるセグメント（３６）のそれぞれ一方に配設された、隣接する少なくとも２つの溝（３２）の間隔（４２）は、一セグメント（３６）内の溝（３２）の間隔（３３）とは異なっており、
   前記ステータ巻線は成形コイル（１０）によって形成されている、同期発電機。
2. 前記成形コイル（１０）はそれぞれ２つの柄部（１２）を有し、該柄部（１２）は、２つのコイルヘッド（１４）によって互いに接続されており、前記成形コイル（１０）は、それぞれ２つの接続端子（１６）を前記コイルヘッド（１４）の一方の領域（１８）に有し、
   前記両接続端子（１６）は別にして、ステータ巻線のすべての成形コイル（１０）の柄部（１２）とコイルヘッド（１４）は実質的に同じ形状を有する、請求項１に記載の同期発電機。
3. 前記ステータ（１３２）にある各成形コイル（１０）の柄部（１２）は、前記ステータ（１３２）の同じ半径領域（２４）に配置されている、請求項１または２に記載の同期発電機。
4. 各セグメント（３６）は、それぞれ第１の接続端子（１６）と第２の接続端子（１６）を備えるそれぞれ６つ、または６の倍数の成形コイル（１０）を有し、
   一セグメント（３６）の形成コイル（１０）の６つの接続端子（１６）は、周方向でその前方にある一セグメント（３６）の成形コイル（１０）の６つの接続端子（１６）、および周方向でその後方にある一セグメント（３６）の成形コイル（１０）の６つの接続端子（１６）と接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の同期発電機。
5. 異なる成形コイル（１０）の２つの接続端子（１６）の接続はＵ字形の接続要素によって行われ、Ｕ字形の両端部はそれぞれ１つの接続端子（１６）と接続されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の同期発電機。
6. 前記成形コイル（１０）は異なる材料から作製されており、
   互いの間隔（４２）が一セグメント（３６）内の溝（３２）の間隔（３３）よりも小さい隣接する溝（３２）には、第１の比抵抗を備える成形コイル（１０）の一柄部（１２）が装着されており、残りの多数の溝（３２）には、比較的に高い比抵抗を備える成形コイル（１０）のそれぞれ１つの柄部（１２）が装着されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の同期発電機。
7. 互いの間隔（４２）が一セグメント（３６）内の溝（３２）の間隔（３３）よりも小さい隣接する溝（３２）には、銅によりまたは銅から作製された成形コイル（４４）の一柄部（１２）が装着されており、残りの多数の溝（３２）には、アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイル（１０）のそれぞれ１つの柄部（１２）が装着されている、請求項６に記載の同期発電機。
8. 異なる成形コイル（１０）の少なくとも２つの接続端子（１６）の接続は、アルミニウムから作製された接続要素であって、銅製コイルの作製時にステータの装着前に、冷間圧接、攪拌摩擦溶接、プレスろう付け、または圧接により銅製成形コイルの接続端子と接続された接続要素によって行われ、
   前記銅製成形コイルの接続端子は、ステータの装着後に、アルミニウム製成形コイルの接続端子と接続される、請求項６または７に記載の同期発電機。
9. アルミニウムによりまたはアルミニウムから作製された成形コイル（１０）の少なくとも１つの接続端子（１６）は、銅によりまたは銅から作製された成形コイル（１０）の少なくとも１つの接続端子（１６）と接続されており、
   当該接続は、好ましくは銅アルミニウム合金から作製された接続要素によって、または接続端子の接続前に１つの部分に互いに接続される２つの導体材料から作製された接続要素によって行われる、請求項６から８のいずれか一項に記載の同期発電機。
10. 前記ステータ（１３２）のステータリング（３０）は、それぞれとりわけ２つのセグメント（３６）の接続領域（４０）にある少なくとも２つの箇所において、とりわけ２つの異なるセグメント（３６）のそれぞれ一方に配設された２つの溝（３２）であって、一セグメント（３６）内の溝（３２）の間隔（３３）よりも大きい間隔（４２）を有する２つの溝（３２）の間では、複数のステータリング部分から作製されており互いに接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の同期発電機。
11. 前記成形コイル（１０）は、それぞれコイルヘッド（１４）の領域において以下の形状の１つを有する：
    ・ステータリング（３０）の外部において、柄部（複数１２）が反対方向にクランク状に曲げられており、前記柄部（複数１２）を接続する１８０度曲り部（２６）まで平行に延在する形状、または
    ・ステータリング（３０）の外部において、柄部（複数１２）が異なる間隔（２０，２２）で同じ方向に曲げられており、柄部（複数１２）を接続する１８０度曲り部（２６）まで平行に延在し、前記曲り部（２６）は同じ方向に０から９０度の範囲の角度を有する形状、または
    ・ステータリング（３０）の外部では、柄部（複数１２）が異なる間隔（２０，２２）で同じ方向に曲げられており、柄部（複数１２）を接続する１８０度曲り部（２６）まで平行に延在し、前記曲り部（２６）は同じ方向に９０度の範囲の角度を有する形状、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の同期発電機。
12. とりわけ請求項１から１１のいずれか一項に記載の同期発電機（１３０）の製造方法であって、前記同期発電機（１３０）は、複数のセグメント（３６）に分割されたステータリング（３０）を有しており、
    各セグメント（３６）にはそれぞれ６つ、または６の倍数の成形コイル（１０）が装着され、
    各成形コイル（１０）は２つの接続端子（１６）を有し、一セグメント（３６）の成形コイル（１０）の６つの接続端子（１６）は、周方向でその前方にある一セグメント（３６）の成形コイル（１０）の６つの接続端子（１６）、および周方向でその後方にある一セグメント（３６）の成形コイル（１０）の６つの接続端子（１６）と接続される、製造方法。
13. 前記成形コイル（１０）は、１つまたは複数の平行に配置されたワイヤ、とりわけフラットワイヤを、好ましくは２つのコイル心部材から形成された巻線コアの周りに巻回すことにより、溝（３２）にそれぞれ装着される前に巻回され、
    そこから得られたコイルは、２つの柄部（１２）の所望の間隔（２０，２２）が一セグメント（３６）内の溝（３２）の間隔（３３）に相当するまで拡開され、
    成形コイル（１０）の部分を装置（複数）内に固定することによりコイルヘッド（１４）が曲げられ、
    成形コイル（１０）の所望の形状が可塑的変形により得られるまで、前記装置（複数）は互いに運動される、請求項１２に記載の方法。
14. 成形コイル（１０）が曲げられている場合、前記コイルは、前記柄部（複数１２）が拡開される前に前記コイルヘッド（１４）の領域でまず互いに反対方向にクランク状に曲げられる、請求項１３に記載の方法。
15. 種々異なる成形コイル（１０）の接続端子はＵ字形の接続部材と、冷間溶接、圧接または攪拌摩擦溶接により接続される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 同じ発電機（１３０）におけるアルミニウム製成形コイル（１０）および銅製成形コイル（４４）の使用。

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