[發明專利]具有緊密型單匝波形繞組的發電機和風力渦輪機

有效

• 申請號: 201110130259.4
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102255406A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: M.基米亞貝吉
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/24;H02K3/28;F03D9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;楊國治

技術領域

本發明涉及發電機和風力渦輪機。

背景技術

基于在直接驅動發電機方面的現有技術，每個線圈由多于一個的串聯線匝構成，而選定數量的線圈也可以被串聯連接。上述兩種可選的數量，即線匝的串聯數量和串聯連接的線圈數量，可以被選擇成獲得發電機的端電壓，該端電壓本身可能已經基于功率電子設備/電網要求而被選擇。在所描述的常規類型的繞組中，在每個槽中的串聯線匝由于串聯的線匝之間的電壓差而需要彼此電絕緣。此外，槽中的整個導體由于線匝和疊片之間的電壓差而需要經由所謂的槽絕緣而與相鄰疊片相隔離，該疊片通過與軸和風塔的聯接而被接地。

在具有常規繞組的機器的槽中使用的前述類型的絕緣導致不同的缺點：絕緣的不良熱傳遞系數使得發電機中的主要熱源（即繞組）很難通過相鄰的疊片被冷卻。使用槽中所需的絕緣減小了活性材料的槽空間，從而減小了所謂的填充因數，其中該活性材料通常是銅。這繼而針對相同電流密度降低了輸出轉矩或者針對相同轉矩減小了效率。常規類型繞組的典型填充因數值在70-80%的范圍內。

發明內容

本發明的第一目的是提供具有增大的槽填充因數且具有減小的制造成本的發電機。本發明的第二目的是提供有利的風力渦輪機。

第一目的由權利要求1中所要求保護的發電機來實現。第二目的由權利要求15中所要求保護的風力渦輪機來實現。從屬權利要求限定了本發明的進一步改進。

本發明的發電機包括代表一個相的至少一個極組。每個極組包括多個極。僅僅一個導體卷繞特定極組的極以使得僅單匝的一半與每個極關聯?？梢詢炦x地是單匝致密繞組或單匝緊密繞組的僅僅一個導體能夠替代常規繞組，從而提供減少的槽內絕緣的優點。這減少了導體和極的相鄰疊片之間的絕緣，即所謂的槽絕緣。此外，在槽內的導體之間的常規線匝-線匝絕緣變得不必要。此外，能夠實現更好的繞組冷卻和更高的槽填充因數。另一優點在于線圈的制造和纏繞過程相比于多匝常規繞組來說變得更為容易且成本更低。此外，使用具有所設計的合適槽形狀的僅僅一個致密或緊密的大的導體導致低的趨膚效應損失。

本發明的發電機可以是三相或多相發電機。在本發明的發電機中，每個相可以在每個極中具有單一去程路徑或返回路徑（single?Go?or?Return?path），也被稱為單匝的一半。該單一去程路徑或返回路徑或者單匝的一半被布置成波狀構造。例如，單匝的一半本身可以是致密或緊密的導體。其可以在下一個極中返回并且可以沿著定子或轉子的整個周邊以這種波狀分布的方式繼續。

本發明的發電機可以包括定子，定子包括至少一個極組。另外或者替代地，發電機可以包括轉子，轉子包括至少一個極組。優選地，發電機可以包括定子、轉子和旋轉軸線。定子可以徑向地位于轉子的內部（內定子機器）。

有利地，導體包括多個優選致密或緊密的導體元件。導體元件可以彼此導電地相連。導體元件可以通過例如焊接或者機械固定件來彼此相連。

通常，發電機可包括在所述極之間的至少一個槽。優選地，導體元件可以具有直桿或弧形件的形狀。例如，第一直桿可被置于槽中并且可借助于弧形件連接到另一槽中的第二直桿。這樣，導體元件可彼此相連以形成波狀構造。

通常，導體可至少部分地位于極之間的至少一個槽中。發電機可包括旋轉軸線。槽可以在相對于旋轉軸線的徑向位置被閉合或者部分閉合。有利地，槽可以在垂直于旋轉軸線的平面中具有矩形或梯形或三角形的形狀。優選地，槽可以在相對于旋轉軸線的徑向方向上具有遞增開口。

此外，槽可以包括至少一個橋接件，所述橋接件在徑向位置部分地或者完全地閉合所述槽。橋接件可以是形成槽的元件的整體部分，例如是極的疊片的整體部分。替代地，橋接件可以是獨立元件。在該情況下，橋接件可以被機械地固定到形成槽的元件，例如固定到極疊片。例如，槽可包括側面。形成槽的元件或疊片可在槽的側面中包括空腔?？涨豢捎糜跈C械固定橋接件。所述的橋接件可通過重新設計極的齒形（特別是疊片的齒形）來簡單地構建。

橋接件可包含軟磁復合材料或鐵磁材料。例如，橋接件可以通過沖壓具有適當形狀的疊片由軟磁復合材料制成或者可以由鐵磁材料制成。

如前所述的獨立導體元件的使用允許其使用模塊化繞組結構。該模塊化繞組結構可以用于閉合和半閉合的槽。這減少了趨膚效應。此外，其顯著地簡化了繞組制造，尤其是與常規繞組相比。例如，導體元件，優選地是直桿，可以被插入到槽中，所述槽可以是閉合或半閉合的槽。

具有遞增開口（尤其朝向內定子機器中的氣隙具有遞增開口）的梯形或三角形槽的使用，降低了在具有大徑向高度的三角形導體或深槽中出現的趨膚效應損失。