JP6588109B2 - 風力発電装置の発電機の成形コイル、巻線構造体並びに固定子、および固定子の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、ギヤレス型風力発電装置の発電機の固定子の成形コイルに関する。さらに本発明は、風力発電装置の発電機の固定子の巻線構造体に関する。さらに本発明は、固定子の作製方法に関する。

それぞれ複数の巻線を備える複数のストランド（Straenge）を有するギヤレス型風力発電装置の発電機の固定子が公知である。これらの巻線は、例えば銅製の絶縁されたワイヤによって形成される。このために固定子の溝にはストランドのワイヤが巻回され、したがって１つのストランドは連続するワイヤのピースから作製される。固定子のこの巻き付けには非常に手間暇が掛かり、とりわけ折曲箇所においてワイヤの完全性並びにワイヤの絶縁性を巻き付け中においても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。

さらに成形コイルが公知である。この成形コイルは、導電材料のあらかじめ作製された巻線ターン（Windungen）に相当し、固定子の溝に直接装着される。この成形コイルは、固定子溝を越えて大きく突き出た端子を有しており、これらの端子により個々の成形コイルをはんだ付けまたは溶接によって互いに接続することができる。これにより巻線構造体全体の所望の電気的配線接続が得られる。

はんだ付けの際に大きな熱が発生するため、端子は溝から大きく離間していなければならない。これにより成形コイルは、溝の領域では過度に熱くならず、固定子の損傷、とりわけ固定子に対する絶縁部の損傷が生じない。したがってこの種の固定子は、特に大きな軸方向の深さを有する。

ドイツ特許商標庁は、優先権の基礎となるドイツ特許出願において以下の刊行物を調査した。

Schmidt, W. [et al.] 著："Umweltvertraegliche Harzimpraegnierung elektrischer Maschinen mittels Stromwaerme"（電流加熱により電気機械の環境に優しい樹脂注入） Tzscheutschler, R. [et al.] 著："Technologie des Elektromaschinenbaus"（電気機械工学技術） Heilles, Franz著：" Wicklungen elektrischer Maschinen"（電気機械の巻線） Wiedemann, E. [et al.]著：" Wicklungen elektrischer Maschinen" （電気機械の巻線） Wiedemann, E. [et al.]著："Konstruktion elektrischer Maschinen"（電気機械の構造）

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つに対処することである。とりわけ連続するストランドによる固定子の巻き付け方法よりも面倒でない解決策を提案することが望まれる。しかしこの解決策は同時に、従来技術で公知のような固定子の過剰な深さを必要としないようにする。少なくともこれまで公知の解決策に対して代わりの解決策を提案することが望まれる。

本発明によればギヤレス型風力発電装置の発電機の固定子の成形コイルが提案される。この成形コイルは、第１と第２の端子を備える電気導体を有する。この端子はさらなる成形コイルとの電気接続に用いられる。さらに端子は、ネジ接続によって電気接続を形成するためにそれぞれ１つのネジを有する。成形コイルは、前記電気導体の複数の巻線ターンを有する。端子の一実施形態によれば、端子は円形部材として構成されている。

したがってギヤレス型風力発電装置の発電機の固定子は、個々の成形コイルを固定子の溝に装着し、個々の成形コイルの電気接続をネジ接続によって形成することにより製作することができる。これによりはんだ付けまたは溶接による熱発生を発電機全体において、電気接続を形成する際に回避することができる。

したがって端子を固定子ヘッドにおいて格段により接近して配置することができ、固定子、とりわけ絶縁部が損傷する恐れは生じない。これにより軸方向の深さが格段に小さい固定子を実現することができる。さらに固定子は成形コイルの単純な装填によって作製することができ、手間暇を掛けて巻線を巻き付ける必要はない。

好ましくは発電機はリング発電機として構成されている。したがって回転子と固定子の磁気的な活性領域、すなわち特に固定子と回転子の薄板積層体は、リング状の領域内で回転子と固定子を分離する空隙の周りに配置されている。ここで発電機は、平均空隙半径の少なくとも５０％の半径を備える内部領域内に磁気的な作用領域を有しない。

リング発電機は、磁気的活性部分または別の表現では磁気的活性領域の半径方向の厚さ、すなわち磁極ホイールの内縁部から固定子の外縁部までの半径方向の厚さ、あるいは外側回転子の場合は固定子の内縁部から回転子の外縁部までの半径方向の厚さが、空隙半径よりも小さいことによって定義することができる。特に発電機の磁気的活性領域の半径方向の厚さは、空隙半径の３０％未満、とりわけ２５％未満である。さらにまたはその代わりにリング発電機は、発電機の深さ、すなわち発電機の軸方向の広がりが空隙半径よりも小さいことにより、とりわけ深さが空隙半径の３０％未満、とりわけ２５％未満であることにより定義することができる。さらにまたはその代わりにリング発電機は多極に構成されており、すなわち４８，９６、特に少なくとも１９２のロータ極を有する。

さらなる一実施形態によれば、端子のネジは内ネジである。内ネジが有利であるのは、成形コイルの電気接続を、外ネジを備える従来のボルトによって形成できるからである。さらに内ネジは、外ネジと比較して外部の影響に対してより良好に保護されている。

さらなる一実施形態によれば、成形コイルの少なくとも１つの端子は、コイル長手軸を基準にして、またはコイル長手軸に対する平行線を基準にして曲げ出されている。さらに他方の端子は、コイル長手軸を基準にして、またはコイル長手軸に対する平行線を基準にして曲げ出されていない。すなわち２つの端子は、コイル長手軸またはコイル長手軸に対する平行線を基準にして異なる角度を有し、この角度は、好ましい一実施形態によれば４５から９０°の範囲、特に好ましくは６０から８０゜の範囲にある。

成形コイルは、一実施形態によれば、実質的に平行に長手方向に伸長する２つ脚部を有し、各脚部は少なくとも８０ｃｍ、少なくとも１００ｃｍまたは少なくとも１２０ｃｍの長さを有する。さらに成形コイルのこの実施形態は、脚部が互いに接続された第１の端部と、成形コイルの端子が設けられている第２の端部を含む。

固定子の各溝には異なる成形コイルの２つの脚部が設けられているから、成形コイルの端子は、固定子内に配置した後、互いに非常に接近している。しかし端子の少なくとも１つを他の端子に対して曲げ出すことにより、これらの端子との電気接続を簡単に形成することができる。なぜならこれらの端子には良好にアクセスできるからである。したがって成形コイルの電気接続を簡単に形成することができ、さらに２つの端子が接触する短絡の恐れに対抗作用する。

さらなる一実施形態によれば、導体は複数の層、とりわけ２つの層を有する。これら複数の層はそれぞれ１つの端子と接続されている。特に好ましい一形態によれば各層は、銅フラットバー、銅帯（バンド）または銅フラットワイヤにより形成されている。好ましくは矩形の断面を有する銅フラットワイヤは、０．８から１ｃｍの高さ、１から２ｃｍの幅を有する。導体の複数の層は、層の幅広の側が互いに向き合うように上下に配置され、または積層されている。

さらなる一実施形態によれば、成形コイルは導体の複数の巻線ターンを有する。特に好ましい一実施形態によれば、成形コイルは４つの巻線ターンを有する。

さらなる一実施形態によれば、成形コイルは少なくとも３つの異なる形状を取り、形状の異なる端子は成形コイルの幾何学的中心に対して異なる間隔を有する。したがって固定子溝に成形コイルを後で装着する際に、成形コイルの接続が簡単に可能である。なぜなら隣接する第１の端子は異なる高さを有しており、隣接する第２の端子も同様に異なる高さを有しており、したがって電気接続を形成するために簡単にアクセスできるからである。

単層の導体は、２層の導体と同じ電気的特性を達成するために、２層の導体と比較して２倍の厚さでなければならない。したがって比較的に扁平な銅フラットワイヤを使用することは、複数の巻線ターンを備える導体として複数の層に成形コイルを作製するのに有利である。なぜならこの銅フラットワイヤは比較的簡単に折り曲げることができからである。かくて複数の巻線ターンを備える成形コイルは、特に簡単に作製可能である。

さらなる一実施形態によれば、成形コイルの導体または導体の各層は絶縁されている。特に好ましい一実施形態によれば、この絶縁はラッカーおよび／または粉末法塗膜による絶縁である。したがって成形コイルの絶縁は、すでに成形コイルの製造の前に、絶縁層、例えば絶縁ラッカーを導体の上に非成形状態で単純に施与することにより可能であり、したがって確実な絶縁を簡単に形成することができる。

この絶縁は、後で溝に装填される溝絶縁部の他に、成形コイルを同様に導電性の固定子材料に対して絶縁するために用いられる。したがって成形コイルを固定子溝に装着する前に絶縁のために、成形コイルを完全にラッピング（Umwicklung）すること（これは絶縁巻線とも称される）を省略することができる。成形コイルの絶縁巻線は不利である。なぜなら絶縁巻線は成形コイルの熱放出を運転時に阻害するからである。したがって本実施例による、絶縁のためのラッピングを備えない成形コイルは、熱放出との関連で有利である。

さらなる一実施形態によれば、端子ははんだ付けまたは溶接により導体と接続されている。ネジを有する端子との導体の接続は、特に有利には誘導溶接によって行われる。

導体における端子のはんだ付けまたは溶接によって、接続箇所の特に小さな接触抵抗が達成される。導体における端子のはんだ付けまたは溶接は、成形コイルがまだ固定子に装着されていなくても可能である。なぜならはんだ付けまたは溶接の際の熱発生が固定子を損傷し得ないからである。

さらなる一実施形態によれば導体は、少なくとも１つの端子との接続領域においてガラス繊維強化プラスチック製の絶縁部を有する。これは、導体の少なくとも一部および／または端子の少なくとも一部を絶縁するために用いられる。

導体が例えばラッカーおよび／または粉末法塗膜によって絶縁されている成形コイルは、端子をはんだ付けまたは溶接するためにはんだ付けまたは溶接箇所の領域において脱絶縁しなければならない。このことは例えば、この領域において絶縁部を焼き払うことにより行われる。隣接する接続領域において成形コイルを固定子の溝に配置した後、隣接する導体がそれらの端子と脱絶縁によって短絡する恐れがあるので、ガラス繊維強化プラスチックはこの種の短絡を阻止する。

さらなる一実施形態によれば成形コイルは、端子の領域にスペースホルダを有する。このスペースホルダは、隣接する端子が固定子の運転時に固定子の振動によって接触するのを阻止し、これにより短絡が生じ得るのを阻止する。したがってこの実施例によれば短絡に対抗作用する。

さらなる一実施形態によれば、導体および成形コイルの端子は、銅または銅合金により作製されている。銅または銅合金は有利には小さな抵抗を有しており、これにより可及的に大きな割合の電気エネルギーと可及的に小さな割合の熱エネルギーが発電機により形成される。

さらに本発明は、風力発電装置の発電機の固定子の巻線構造体を含む。巻線構造体は、巻線ターンを備える成形コイル全体に相当し、これらの巻線ターンは風力発電装置の発電機の固定子で使用される。本発明の巻線構造体は、とりわけ前記実施形態の１つによる複数の成形コイルを含む。成形コイルは、第１と第２の端子を備えるそれぞれ１つの電気導体を有する。端子はそれぞれ１つのネジを含む。さらに巻線構造体は複数の接続エレメントを、２つの成形コイルの２つの端子をネジ接続によってそれぞれ電気接続するために含む。接続エレメントは、接続バックルと称することもできる。

したがってネジによって固定子のための巻線構造体が実現可能であり、この固定子は、従来の成形コイルを備える固定子のための巻線構造体よりも格段に小さい深さを有する。さらに固定子は成形コイルの簡単な装填によって作製することができ、手間暇を掛けて巻線を巻き付ける必要はない。

さらなる一実施形態によれば、複数の成形コイルが直列に接続されており、または互いに接続されており、これにより巻線構造体の１つのストランドを形成する。

巻線構造体のさらなる一実施形態によれば成形コイルは、コイル構造体が６相であるように互いに接続されている。すなわち成形コイルは、６つのストランドが設けられているように互いに接続されている。ここでは第１と第２のストランドが第１の相に、第３と第４のストランドが第２の相に、そして第５と第６のストランドが第３の相に割り当てられている。

さらに、さらなる一実施形態による巻線構造体は、複数の、とりわけ２，４，６または８の並列に接続された部分あるいはセグメントに分割されている。この場合、各セグメントは例えば６つの相を含み、セグメントの同じ相は巻線構造体内で並列に接続ないし繋がれている。これによりストランドに誘導される最大電圧がセグメント数に応じて低減される。

巻線構造体の一実施形態によれば、２つの成形コイルの端子は接続エレメントと接続されている。接続エレメントは導電性接続器、とりわけ銅フラットバー、または２つの貫通部をその外側端部に有する銅帯を含む。これらの端部は、さらなる一実施形態によれば軽く曲げ出されている。貫通部は例えば穴開けによって形成されている。さらに接続エレメントは、とりわけ真鍮により作製された２つのボルトを含む。

したがって貫通部、すなわち例えば中ぐり穴を備える導電性接続器は、２つの異なる成形コイルの２つの端子のネジの前方に位置決めされ、貫通部を通してボルトが貫通案内され、端子のネジにねじ込まれる。したがって接触抵抗の小さい電気接続を形成することができる。

巻線構造体のさらなる一実施形態によれば、接続エレメント並びに成形コイルは、実質的に同じ熱膨張係数を有する。これにより巻線構造体の動作時に形成される熱があっても、ねじ接続部が確実に保持されることが保証される。

巻線構造体のさらなる一実施形態によれば、導電性接続器はＵ字形を有する。成形コイルは、複数の、とりわけ３つの異なる形状に構成されている。形状の異なる成形コイルは、長さの異なる端子領域、とりわけそれぞれ２つの端子の３つの異なる長さを有する。したがって接続エレメントは複数の群に、とりわけ３つの群に配置されている。特に好ましい一実施形態によれば、１つの群のＵ字形導電性接続器の同じ側の端部は、別の群のＵ字形導電性接続器の両側の端部の間に配置されており、または成形コイルと接続されている。したがって連続する群の導電性接続器の“Ｕ”の開放部は、周方向に交互に発電機の中心または中心の反対側を指す。このことは一方では成形コイルの第１の端子の導電性接続器に対して当てはまり、他方では成形コイルの第２の端子の導電性接続器に対しても当てはまる。

したがって軸方向にさらに小さなスペースしか必要としない固定子を実現することができる。

さらに本発明は、風力発電装置の発電機の固定子を含む。固定子は周回する複数の溝を有し、それぞれ隣接する溝は実質的に同じ間隔を有する。溝の中には、前記実施形態の１つによる成形コイルが装着されている。

端子、例えばはんだ付けされた円形部材により成形コイルを配線接続し、接続エレメント、例えば接続バックルとねじ留めすることによって、巻線ヘッドの領域においてスイッチリングによる配線接続に比較してより低い構造が可能である。

一実施形態によれば固定子は、前記実施形態の１つによる成形コイルおよび巻線構造体によって構成されている。

さらに本発明は、前記実施形態の１つによる固定子の作製方法を含む。作製するために成形コイルは、任意の第１の溝から始まって、まずあらかじめ定めた数の装着すべき成形コイルを部分的にだけ溝内に装着し、または溝の前方に位置決めし、あらかじめ定めた数の最後の成形コイルと共に対応の溝に初めて完全に装着することにより装着される。

すでに上に説明したように、２つの異なる成形コイルの脚部が溝に装着される。これにより、固定子の周方向で見て、１つの同じ成形コイルの２つの脚部の間に複数の別の成形コイルの脚部が装着される。したがって成形コイルは、固定子に装着された状態で交差している。

この交差により従来のように、第１の成形コイルとして固定子溝に装着された成形コイルが、最後に導入すべき成形コイルの導入のために部分的に再び溝から曲げ出される。本発明の作製方法により、この曲げ出しがもはや不要となる。その結果、成形コイルの絶縁部の損傷または成形コイルの変形も生じない。

本方法のさらなる一実施形態によれば成形コイルは、それぞれ１つのネジを備えるそれぞれ２つの端子を有する。そして異なる成形コイルの２つの端子は、それぞれ銅フラットバーまたは２つの貫通部を有する銅帯によって接続される。さらに２つのボルトが貫通部を通って成形コイルの端子のネジに、とりわけ所定のトルクでねじ込まれる。成形コイルの確実な電気接続がこのねじ留めによって行われる。

本方法のさらなる一実施形態によれば、端子と銅フラットバーまたは銅帯はそれらの接触面の領域において、接続が形成される前に研磨および／または研削される。さらなる一実施形態によれば接続は、研磨および／または研削の後、遅くとも２時間後に形成される。

これにより銅部分の腐食が回避される。なぜなら接続後は酸素が、互いに接続された銅部分にもはや達しないからである。かくて特に電気抵抗の小さい電気接続が保証される。

本方法のさらなる一実施形態によれば、完成した固定子は樹脂浴または液体樹脂に完全に浸漬され、固定子に付着した樹脂を硬化されるために樹脂から再び取り出される。

これにより、まだ絶縁されていない全ての導電部分の絶縁が形成される。さらに構造全体の安定性が向上される。

本発明によれば以下の形態が可能である。
（形態１）ギヤレス型風力発電装置の発電機の固定子の成形コイルであって、さらなる成形コイルにそれぞれ電気接続するための第１の端子および第２の端子を備える電気導体を含み、前記端子は、ネジ接続によって電気接続を形成するためにそれぞれ１つのネジを有する、成形コイルが提供される。
（形態２）発電機はリング発電機であることが好ましい。
（形態３）前記端子のネジは内ネジであることが好ましい。
（形態４）成形コイルの端子の少なくとも１つは、コイル長手軸またはコイル長手軸に対する平行線を基準にして曲げ出されており、および／または他方の端子は、コイル長手軸またはコイル長手軸に対する平行線を基準にして曲げ出されていないことが好ましい。
（形態５）前記導体は、複数の層、とりわけ２つの層を有し、複数の層はそれぞれ各端子と接続されており、前記導体は、とりわけ銅フラットバー、銅帯または銅フラットワイヤであることが好ましい。
（形態６）成形コイルは、前記導体の複数の巻線ターン、とりわけ４つの巻線ターンを有することが好ましい。
（形態７）成形コイルは、少なくとも３つの異なる形状を取ることができ、異なる形状の端子は、成形コイルの幾何学的中心に対して異なる距離を有することが好ましい。
（形態８）成形コイルの導体または導体の各層は、とりわけラッカーおよび／または粉末法塗膜による絶縁部を有することが好ましい。
（形態９）前記端子は、はんだ付けまたは溶接、とりわけ誘導溶接によって導体と接続されていることが好ましい。
（形態１０）前記導体は、少なくとも１つの端子との接続の領域に、該導体の少なくとも一部および／または端子の一部を絶縁するためのガラス繊維強化プラスチック製の絶縁部を含み、および／または１つないし複数の端子はスペースホルダを有することが好ましい。
（形態１１）導体および端子は、銅または銅合金によって作製されていることが好ましい。
（形態１２）風力発電装置の発電機の固定子の巻線構造体であって、とりわけ形態１から１１のいずれか一に記載の複数の成形コイルを含み、該成形コイルはそれぞれ、第１の端子および第２の端子を備える電気導体を有し、該端子はそれぞれ１つのネジを有し、当該巻線構造体は、２つの成形コイルの２つの端子をネジ接続によってそれぞれ電気接続するために複数の接続エレメントを含む、巻線構造体が提供される。
（形態１３）前記成形コイルは、巻線構造体が６相であるように互いに接続されており、とりわけ第１と第２のストランドが第１の相に、第３と第４のストランドが第２の相に、第５と第６のストランドが第３の相に割り当てられていることが好ましい。
（形態１４）巻線構造体は複数の、とりわけ２，４，６または８のセグメントに分割されており、各セグメントの同じ相は互いに並列に接続されていることが好ましい。
（形態１５）２つの成形コイルの端子は接続エレメントと接続されており、該接続エレメントは、２つの貫通部および２つのボルト、とりわけ真鍮ボルトを備えるそれぞれ１つの導電性接続器、とりわけ銅フラットバーまたは銅帯を含むことが好ましい。
（形態１６）前記接続エレメント並びに成形コイルは、実質的に同じ熱膨張係数を有することが好ましい。
（形態１７）接続エレメントの導電性接続器はＵ字形を有し、成形コイルは複数の、とりわけ３つの異なる形状に構成されており、形状の異なる成形コイルには長さの異なる端子領域が、とりわけそれぞれ２つの端子には３つの異なる長さが付与されており、これにより接続エレメントは複数の群に、とりわけ３つの群に配置されていることが好ましい。
（形態１８）１つの群のＵ字形導電性接続器の同じ側の端部は、別の群のＵ字形導電性接続器の両側の端部の間に配置されているか、または成形コイルと接続されていることが好ましい。
（形態１９）風力発電装置の発電機の固定子であって、周回する複数の溝を含み、それぞれ隣接する溝は、実質的に同じ間隔を互いに有しており、形態１から１１のいずれか一に記載の複数の成形コイルが前記溝に装着されている、固定子が提供される。
（形態２０）前記成形コイルは、形態１２から１６のいずれか一に記載の巻線構造体にしたがって構成されていることが好ましい。
（形態２１）固定子、とりわけ形態１９または２０に記載の固定子の作製方法であって、とりわけ形態１から１１のいずれか一に記載の、連続して隣接する成形コイルを固定子の溝に装着し、あらかじめ定めた数の装着すべき第１の成形コイルを部分的にだけ溝に装着し、または溝の前方に位置決めし、あらかじめ定めた数の最後に装着すべき成形コイルと共に対応の溝に初めて完全に装着する、作製方法が提供される。
（形態２２）成形コイルは、それぞれ１つのネジを備えるそれぞれ２つの端子を有しており、異なる成形コイルの２つの端子は、２つの貫通部を備える導電性接続器、とりわけ銅フラットバーまたは銅帯によって接続され、さらに、とりわけ真鍮製の、２つのボルトが貫通部を通して端子のネジにねじ込まれることが好ましい。
（形態２３）前記端子と前記導電性接続器は、接続が形成される前にそれらの接触面の領域において研磨および／または研削されることが好ましい。
（形態２４）完成した固定子は樹脂浴または液体樹脂に完全に浸漬され、固定子に付着した樹脂を硬化させるために樹脂から再び取り出されることが好ましい。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
本発明のさらなる実施形態は、図面に基づき詳細に説明する実施例から得られる。

一風力発電装置を示す図である。 一発電機の概略側面図である。 一成形コイルの第１の図である。 一成形コイルのさらなる図である。 一固定子の部分斜視図である。 ６つの成形コイルが装填された一固定子の図である。 一発電機の一実施例の斜視図である。 固定子の中心から一固定子に装填された成形コイルを見た図である。 一固定子のさらなる斜視図である。

図１は、本発明による風力発電装置の概略図である。風力発電装置１００は、タワー１０２と該タワー１０２の上にあるナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８および１つのスピナ１１０を備える空気力学的ロータ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、これにより発電機のロータまたは回転子を回転する。ロータまたは回転子は空気力学的ロータ１０６と直接または間接的に連結されている。電気発電機はナセル１０４内に配置されており、電気エネルギーを形成する。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り変更することができる。

図２は、発電機１３０を側面図として概略的に示す。発電機は、固定子１３２とこれに回転可能に支承された空気力学的ロータ１３４を有する。発電機の固定子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。固定子１３２は、固定子支持体１４０と固定子薄板積層体１４２を有する。固定子薄板積層体は発電機１３０の固定子極を形成し、固定子リング１４４を介して固定子支持体１４０に固定されている。

空気力学的ロータ１３４はロータポールシュー１４６を有し、この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およびベアリング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。固定子薄板積層体１４２とロータポールシュー１４６は狭い空隙１５４だけによって分離されている。この空隙は数ｍｍの厚さ、とりわけ６ｍｍ未満の厚さであるが、数ｍの直径、とりわけ４ｍ超の直径を有している。

固定子薄板積層体１４２とロータポールシュー１４６はそれぞれ１つのリングを形成し、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の空気力学的ロータ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の付け根が示されている。

図３は、成形コイル１０の一実施例を示す図である。成形コイル１０は２つの脚部１２ａ，１２ｂを有する。脚部１２ａ，１２ｂは互いに平行に延在しており、９０ｃｍ超の長さを有する。２つの脚部１２ａ，１２ｂは、第１の端部１４および第２の端部１６で互いに接続されている。

成形コイル１０の第２の端部１６は、第１の端子１８および第２の端子２０を有する。端子１８，２０は内ネジを有する。端子１８，２０の内ネジにはボルト２２がねじ込まれている。コイル長手軸２４またはコイル長手軸２４に対する平行線を基準にして第２の端子２０は曲げ出されており、第１の端子１８は曲げ出されていない。

成形コイル１０は導体２６および端子１８と２０を含み、端子は銅により作製されている。さらにボルト２２は真鍮によって作製されている。導体２６は、２層のフラットワイヤから形成されており、２つの層は４つの巻線ターンに成形されている。すなわち２つの端子１８，２０とは、銅フラットワイヤとも称されるフラットワイヤの２つの層が接続されている。

したがって成形コイル１０は、これら２つの層および４つの巻線ターンにより成形されており、したがって脚部１２ａ，１２ｂの領域と第１の端部１４の領域においては銅フラットワイヤの８つの層が上下に重なって配置ないし積層されている。

端子１８，２０が引き出されてるので、第２の端部１６の領域では６つの層が上下に配置されている。銅フラットワイヤはラッカーにより絶縁されている。しかし導体２６と端子１８，２０との接続領域では絶縁が除去されている。これは端子１８，２０を誘導溶接によって導体２６と接続するためである。第１の端子１８と導体２６との接続領域にはガラス繊維強化プラスチック２８が取り付けられている。これは導体２６の絶縁が除去された部分を再び絶縁するためである。

図示しない一実施形態によれば、この種のガラス繊維強化プラスチックは、第２の端子２０と導体２６との間の接続部にも設けられている。成形コイル１０の形状を維持するために、成形コイルの層は狭い領域内で巻き付けられている。しかし絶縁巻線は設けられていない。

図４は成形コイル１０のさらなる図を示す。ここでは脚部１２ａ，１２ｂの一部を備える第２の端部１６が側面から図示されている。図４に示された成形コイルの実施例は、図３の成形コイルの実施例に相当する。

図５は、成形コイル１０を備える、風力発電装置１００の発電機１３０の固定子１３２の斜視図である。成形コイル１０は、それぞれ１つの第１の端子１８と第２の端子２０を有する。成形コイル１０の第１の端子１８は、別の成形コイル１０の第１の端子１８とそれぞれ接続されている。同じことが成形コイル１０の第２の端子２０に対しても当てはまる。

接続は接続エレメント３０によって行われる。接続エレメント３０は接続バックルと称することもできる。接続エレメント３０はそれぞれ１つのフラットバー３２を含み、フラットバーはその端部３４ａ，３４ｂにそれぞれ１つの貫通部を有する。これらの貫通部は図示されていない。なぜならボルト２２が貫通部を通って端子１８，２０にねじ込まれているからである。フラットバー３２はＵ字形を有し、したがって各６番目の第１の端子１８と各６番目の第２の端子２０がこの種の接続エレメント３０によって接続されている。その際に接続エレメント３０が、互いに接続すべきではない他の端子１８，２０と接触することはない。したがって接続エレメント３０は絶縁されていない。

さらに接続エレメント３０は種々異なる平面に配置されていることが分かる。このことが可能なのは、隣接する成形コイル１０の端子１８，２０が異なる大きさで突き出ているからである。

第２の端子２０と接続された接続エレメント３０は貫通部を有し、これらの貫通部は第１の端子１８と接続された接続エレメント３０の貫通部よりも大きく互いに離間している。これは、固定子１３２の中心から見て、第２の端子２０は第１の端子１８よりも大きな半径上にあるからである。

さらに接続エレメント３０のフラットバー３２は直角状に曲折されているか、または軽く曲げ出されている。これは、ボルト２２が第２の端子２０のネジに完璧に係合できるようにするためである。

図６は、固定子１３２の例としての構造を示す。この固定子の溝３８には６つ成形コイル１０が装着されている。成形コイル１０は接続エレメント３０によって互いに接続されている。ここでネジ接続の形成を検査する目的のためにだけ電気接続が行われることを述べておく。後での使用時のコイルの配線接続は図示の配線接続とは異なっており、したがって単なる一例である。すなわち６つのコイルの１２の端子全てが互いに接続されている。

図の左領域には、成形コイル１０が装填されていない溝３８における固定子１３２の積層構成が示されている。

図７は図５に類似する図であり、一部分が拡大して示されている。それぞれ第１の端子１８と第２の端子２０を有する成形コイル１０も図示されている。第１の端子１８はスペースホルダ４０を有する。スペースホルダ４０は短絡を回避するために、すなわち隣接する第１の端子１８が振動によって接触しないようにするために用いられる。

さらに隣接する成形コイルは、種々異なる長さで突き出る端子１８，２０を有することが分かる。これにより端子１８，２０の高さが鋸歯状に経過する。接続エレメント３０は、図示の実施例によればフラットバー３２およびボルト２２の他にワッシャ４２を有する。このワッシャは、端子１８，２０のネジにねじ込む際にフラットバー３２へのボルト２２の力分散を改善する。したがって接続エレメント３０は、好ましい一実施例によればフラットバー３２、２つのボルト２２および２つのワッシャ４２を有する。

スペースホルダ４０は、複数の孔部を備えるプラスチックプレートに相当する。これらの孔部を通して複数の端子１８，２０が、接続エレメント３０が取り付けられる前に互いに離間して貫通案内される。さらにデータ線路４４のケーブルが図示されており、このケーブルにより例えば温度センサが評価装置と接続されている。

図８は、固定子の中心から成形コイル１０を見た側面図である。ここでは、端子１８，２０、この場合は第１の端子１８の前記鋸歯状のプロフィールが特に良く理解できる。図の左半分には、別の端子１８の接続エレメント３０とは接続されていない第１の端子１８が示されている。したがってこれらの端子１８は、図示しない発電機端子と接続するための端子として用いられる。

図９は、固定子１３２のさらなる斜視図である。同じ参照符号は同じ特徴を表す。図９では、接続エレメント３０の群６０ａ，６０ｂにおける配置が示されている。接続エレメント３０の導電性接続器３２はＵ字形を有し、成形コイル１０は、長さの異なる３つの端子領域６２ａ〜６２ｃを備えた３つの異なる形状で設けられている。したがって接続エレメント３０は３つから成る群６０ａ，６０ｂとして配置されている。

１つの群６０ｂのＵ字形導電性接続器３２の同じ側の端部は、別の群６０ａのＵ字形導電性接続器３２の両側の端部の間に配置されている。したがって軸方向に特に小さなスペースしか必要としない固定子を実現することができる。

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
１０８ｂ ロータブレード根元
１１０ スピナ
１３０ 発電機
１３２ 固定子
１３４ 空気力学的ロータ
１３６ 軸ジャーナル
１３８ 機械支持体
１４０ 固定子支持体
１４２ 固定子薄板積層体
１４４ 固定子リング
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
１２ａ，１２ｂ 脚部
１４ 第１の端部
１６ 第２の端部
１８ 第１の端子
２０ 第２の端子
２２ ボルト
２４ コイル長手軸
２６ 導体
２８ ガラス繊維強化プラスチック
３０ 接続エレメント
３２ フラットバー、導電性接続器
３４ａ，３４ｂ フラットバーの端部
３８ 溝
４０ スペースホルダ
４２ ワッシャ
４４ データ線路
６０ａ，６０ｂ 群
６２ａ〜６２ｃ 端子領域

Claims (23)

1. ギヤレス型風力発電装置（１００）の発電機（１３０）の固定子（１３２）の成形コイルであって、
   さらなる成形コイル（１０）にそれぞれ電気接続するための第１の端子（１８）および第２の端子（２０）を備える電気導体（２６）を含み、
   前記端子（１８，２０）は、ネジ接続によって電気接続を形成するためにそれぞれ１つのネジを有し、
   成形コイル（１０）は、前記電気導体（２６）の複数の巻線ターンを有する、成形コイル。
2. 発電機はリング発電機である、請求項１に記載の成形コイル。
3. 前記端子（１８，２０）のネジは内ネジである、請求項１または２に記載の成形コイル。
4. 成形コイル（１０）の端子（１８，２０）の少なくとも１つは、コイル長手軸（２４）またはコイル長手軸（２４）に対する平行線を基準にして曲げ出されており、および／または
   他方の端子（１８，２０）は、コイル長手軸（２４）またはコイル長手軸（２４）に対する平行線を基準にして曲げ出されていない、請求項１から３のいずれか一項に記載の成形コイル。
5. 前記電気導体（２６）は、複数の層を有し、複数の層はそれぞれ各端子（１８，２０）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成形コイル。
6. 成形コイル（１０）は、少なくとも３つの異なる形状を取ることができ、
   異なる形状の端子（１８，２０）は、成形コイル（１０）の幾何学的中心に対して異なる距離を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の成形コイル。
7. 成形コイル（１０）の電気導体（２６）または電気導体（２６）の各層は、絶縁部を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の成形コイル。
8. 前記端子（１８，２０）は、はんだ付けまたは溶接によって電気導体（２６）と接続されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の成形コイル。
9. 前記電気導体（２６）は、少なくとも１つの端子（１８，２０）との接続の領域に、該電気導体（２６）の少なくとも一部および／または端子（１８，２０）の一部を絶縁するためのガラス繊維強化プラスチック（２８）製の絶縁部を含み、および／または１つないし複数の端子（１８，２０）はスペースホルダ（４０）を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の成形コイル。
10. 電気導体（２６）および端子（１８，２０）は、銅または銅合金によって作製されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の成形コイル。
11. 風力発電装置（１００）の発電機（１３０）の固定子（１３２）の巻線構造体であって、
    ・請求項１から１０のいずれか一項に記載の複数の成形コイル（１０）を含み、
    該成形コイル（１０）はそれぞれ、
    ・第１の端子（１８）および第２の端子（２０）を備える電気導体（２６）を有し、該端子（１８，２０）はそれぞれ１つのネジを有し、
    ・当該巻線構造体は、２つの成形コイル（１０）の２つの端子（１８，２０）をネジ接続によってそれぞれ電気接続するために複数の接続エレメント（３０）を含む、巻線構造体。
12. 前記成形コイル（１０）は、巻線構造体が６相であるように互いに接続されている、請求項１１に記載の巻線構造体。
13. 巻線構造体は複数のセグメントに分割されており、各セグメントの同じ相は互いに並列に接続されている、請求項１１または１２に記載の巻線構造体。
14. ２つの成形コイル（１０）の端子は接続エレメント（３０）と接続されており、該接続エレメントは、２つの貫通部および２つのボルト（２２）を備えるそれぞれ１つの導電性接続器（３２）を含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の巻線構造体。
15. 前記接続エレメント（３０）並びに成形コイル（１０）は、実質的に同じ熱膨張係数を有する、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の巻線構造体。
16. 接続エレメントの導電性接続器（３２）はＵ字形を有し、成形コイル（１０）は複数の異なる形状に構成されており、
    形状の異なる成形コイル（１０）には長さの異なる端子領域（６２ａ〜６２ｃ）が付与されており、これにより接続エレメント（３０）は複数の群（６０ａ，６０ｂ）に配置されている、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の巻線構造体。
17. １つの群（６０ｂ）のＵ字形導電性接続器（３２）の同じ側の端部は、別の群（６０ａ）のＵ字形導電性接続器（３２）の両側の端部の間に配置されているか、または成形コイル（１０）と接続されている、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の巻線構造体。
18. 風力発電装置（１００）の発電機（１３０）の固定子であって、
    ・周回する複数の溝（３８）を含み、それぞれ隣接する溝（３８）は、実質的に同じ間隔を互いに有しており、
    ・請求項１から１０のいずれか一項に記載の複数の成形コイルが前記溝（３８）に装着されている、固定子。
19. 前記成形コイル（１０）は、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の巻線構造体にしたがって構成されている、請求項１８に記載の固定子。
20. 請求項１８または１９に記載の固定子の作製方法であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の、連続して隣接する成形コイル（１０）を固定子（１３２）の溝（３８）に装着し、
    あらかじめ定めた数の装着すべき第１の成形コイル（１０）を部分的にだけ溝（３８）に装着し、または溝の前方に位置決めし、あらかじめ定めた数の最後に装着すべき成形コイル（１０）と共に対応の溝（３８）に初めて完全に装着する、作製方法。
21. 成形コイル（１０）は、それぞれ１つのネジを備えるそれぞれ２つの端子（１８，２０）を有しており、異なる成形コイル（１０）の２つの端子（１８，２０）は、２つの貫通部を備える導電性接続器（３２）によって接続され、
    さらに、２つのボルト（２２）が貫通部を通して端子（１８，２０）のネジにねじ込まれる、請求項２０に記載の方法。
22. 前記端子と前記導電性接続器（３２）は、接続が形成される前にそれらの接触面の領域において研磨および／または研削される、請求項２１に記載の方法。
23. 完成した固定子（１３２）は樹脂浴または液体樹脂に完全に浸漬され、固定子に付着した樹脂を硬化させるために樹脂から再び取り出される、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の方法。

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