用于集成机器区段的方法和装置制造方法及图纸

装置包括被配置为设置在电磁机器中的机器区段。电磁机器具有与机械状态的功率相关联的移动体，并且，机器区段与电磁机器的功率的一部分相关联。机器区段包含被电连接以形成模块化电路的第一部分和第二部分。第一部分包含与AC电气状态的功率相关联的机器绕组。第一部分和移动体被一起配置为在机械状态与AC电气状态之间转换功率。第二部分包含在AC电气状态与DC电气状态之间转换功率的转换器。第二部分被配置为与机器区段外面的电路电连接并且向和/或从机器区段传送DC状态的功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】(对相关申请的交叉引用)本申请要求在2014年3月7日提交并且专利技术名称为“Methods and Apparatus for Integrated Direct Current Machine Segmentation”的美国临时专利申请No.61/949579的权益，在这里通过引用并入其全部内容。
在这里描述的实施例一般涉及用于在基本上机械状态与基本上直流电气状态之间转换功率的系统和方法，更特别地，涉及用于集成直流机器区段的方法和装置。
技术介绍
在一些情况下，电磁机器包括可被配置为在交流(AC)状态与直流(DC)状态(或第一AC状态与第二AC状态，在其之间具有中间DC状态)之间转换电力的功率转换器并且/或者另外与其电气耦合。在诸如例如一些已知的风力发电机等的一些电力公用电网级应用中，功率转换器可被用于将具有与电磁感应相关联和/或通过其产生(例如，通过相对于机器绕组移动一个或更多个磁体产生)的交变电流的电压转换成具有与电网相关联的交变电流的电压。在一些这样的应用中，可存在功率转换器的设计和/或实现和/或与机器的集成的挑战。例如，在一些情况下，需要具有相对较高的电压额定值的功率转换器以转换电压。并且，在一些情况下，功率转换器的构成可使得与其耦合的电路的多个部分不是模块化的，这又会导致缺少设计和/或使用的灵活性以及增加修理故障部件的困难和/或成本。因此，在例如电磁机器中，需要用于集成直流机器区段的改善的方法和装置。
技术实现思路
这里描述用于集成直流机器区段的方法和装置。在一些实施例中，装置包括被配置为设置在电磁机器中的一组机器区段。机器被配置为使得来自一组机器区段的各机器区段共享机器的移动体，诸如，例如，共享的转子。来自一组机器区段的各机器区段包含被电连接以形成基本上模块化的电路的第一部分和第二部分。第一部分包含具有至少一个导体的机器绕组。机器绕组被配置为沿导体的长度承载交变电流。机器绕组与基本上AC电气状态的功率相关联。机器绕组和共享的移动体被一起配置为在基本上AC电气状态的功率与基本上机械状态的功率之间转换。第二部分包含与机器绕组电气耦合的转换器。转换器被配置为在与交变电流相关联的基本上AC电气状态的功率与基本上DC电气状态的功率之间转换。来自一组机器区段的第一机器区段与来自一组机器区段的第二区段电连接以形成合成的DC功率。一组机器区段被配置为在一组机器区段与外部电路之间传送合成的DC功率。附图说明图1是根据实施例的机器区段的示意图。图2是根据实施例的轴向磁通机器结构的一部分的截面图。图3～11分别是根据不同实施例的机器区段的示意图。图12是根据另一实施例的机器结构的至少一部分的示意图。图13是根据另一实施例的机器结构的至少一部分的示意图。图14～18分别是根据不同实施例的包含数个机器区段的机器布置的示意图。具体实施方式在一些实施例中，装置包括被配置为设置在电磁机器中的机器区段。机器由一组相应的机器区段形成，并且，一组相应的机器区段共享机器的移动体，诸如共享的转子。机器的共享的移动体与旋转和/或平移移动相关联，并且进一步与机械功率(即，旋转和扭矩和/或平移和力)相关联。机器区段包含被电连接以形成模块化电路的第一部分和第二部分。第一部分包含具有至少一个导体的机器绕组。机器绕组被配置为沿导体的长度承载交变电流(AC)，并且与AC功率相关联。机器绕组和AC功率可与一个或更多个电气相位相关联。机器绕组和共享的移动体被一起配置为在AC功率与机械功率之间转换。第二部分包含与机器绕组电气耦合的转换器。转换器被配置为在第一状态与第二状态之间转换电力。例如，在一些实施例中，转换器可在AC功率与直流(DC)电力之间转换。机器区段被配置为与机器区段外面的电路电连接，使得可向和/或从外部电路传送DC功率。在其它实施例中，转换器可在第一AC状态的电力与第二AC状态的电力之间转换，使得可向和/或从外部电路传送AC功率。在一些实施例中，机器区段可从外部电路接收DC功率、将DC功率转换成AC功率并且将AC功率转换成机械功率，使得机器区段作为电动机动作。在一些实施例中，机器区段可从共享的移动体接收机械功率、将机械功率转换成AC功率并且将AC功率转换成DC功率，使得机器区段作为发电器动作。在各种实施例中，机器区段可被配置为作为电动机动作、被配置为作为发电机动作或者被配置为在第一时间作为电动机动作且在第二时间作为发电机动作。第一部分和第二部分可被配置为模块单元，使得机器区段可从一组相应的机器区段以及从外部电路在机械上以及在电气上被去除。在一些实施例中，第一部分和第二部分可被配置为一起形成单个单元组件。在一些其它的实施例中，第一部分可以能去除地与第二部分耦合，使得各部分可被单独地安装、去除和/或替换。这种将机器布置为模块单元的方式可改善机器的设计和操作灵活性、有利于机器的较小部分的安装和替换并且/或者改善机器对与任意的正常动作或故障状况有关的各种操作特性的稳健性。在一些系统中，共享电磁机器的共用移动体的机器区段可被电连接在一起以形成合成功率。例如，一些实施例可连接来自第一机器区段的功率转换器的DC端子与来自第二机器区段的功率转换器的DC端子，使得从第一机器区段和第二机器区段合成DC功率。第一机器区段可与第二机器区段电气串联连接，或者第一机器区段可与第二机器区段电气并联连接。其它系统可具有一组机器区段，每个共享电磁机器的共用移动体。该组机器区段可被电气串联连接、电气并联连接、或者通过串联连接和并联连接的组合被电连接，以形成合成功率。这些系统或者形成这些系统的机器区段中的任一个可通过包含诸如电气滤波器、控制系统、保护器件和/或散热系统的要素进一步扩展。这里，提到“基本上交流(AC)电气状态的功率”一般指的是电压和电流共享给定频率的周期波形的电力。周期性波形形状可由正弦波、方波、三角波或者电压以某频率交变符号且电流以某频率交变符号的任何其它形状表征。基本上AC电气状态的功率可以是：在电气领域中常提到的“真实”功率，这里，电压和电流的波形基本上对准；在电气领域中常提到的“虚拟”功率，这里，电压和电流的波形偏移等于90度的角度；或者真实功率和虚拟功率的任意组合。基本上AC电气状态的功率不需要处于纯AC电气状态，并且可例如也包含不同状态的功率的其它部分并且仍是基本上AC电气状态的功率。例如，虽然基本上AC状态的功率主要处于AC电气状态，但是基本上AC电气状态的功率可包含其它非产生的谐波频率，包含DC分量，并且仍是基本上AC电气状态的功率。这种功率也可包含电阻损耗、涡流、环流、电磁干扰或者任何其它形式的功率，但仍被表征为基本上AC电气状态的功率。这里，提到“基本上直流(DC)电气状态的功率”一般指的是电压和电流不具有周期性分量而是对于某个时间段保持特定符号的电力。基本上DC电气状态的功率不需要处于纯DC电气状态，并且例如也可包含不同状态的功率的其它部分，并且仍是基本上DC电气状态的功率。例如，虽然基本上DC电气状态的功率主要是DC电气状态，但是基本上DC电气状态的功率可诸如在谐波频率或多个谐波频率处包含AC状态的功率，并且仍是基本上DC电气状态的功率。这种功率也可包含电阻损耗、涡流、环流、电磁干扰或者任何其它形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：来自被配置为具有共享的移动体的多个机器区段的机器区段，该机器区段被配置为与由所述多个机器区段和共享的移动体形成的机器的功率的一部分相关联，该机器区段具有包含导电机器绕组的第一部分，第一部分和共享的移动体被一起配置为在基本上机械状态与基本上交流(AC)电气状态之间转换功率，该机器区段具有包含与导电机器绕组电气耦合的功率转换器的第二部分，功率转换器被配置为在基本上AC电气状态与基本上直流(DC)电气状态之间转换功率，第二部分包含被配置为与外部电路电气耦合的第一电气端子和第二电气端子，第一电气端子和第二电气端子被一起配置为在功率转换器与外部电路之间传送基本上DC电气状态的功率，该机器区段在基本上由第一电气端子和第二电气端子限定的位置处能去除地与外部电路电气耦合，该机器区段能去除地与来自所述多个机器区段的剩余机器区段机械耦合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 US 61/949,5791.一种装置，包括：来自被配置为具有共享的移动体的多个机器区段的机器区段，该机器区段被配置为与由所述多个机器区段和共享的移动体形成的机器的功率的一部分相关联，该机器区段具有包含导电机器绕组的第一部分，第一部分和共享的移动体被一起配置为在基本上机械状态与基本上交流(AC)电气状态之间转换功率，该机器区段具有包含与导电机器绕组电气耦合的功率转换器的第二部分，功率转换器被配置为在基本上AC电气状态与基本上直流(DC)电气状态之间转换功率，第二部分包含被配置为与外部电路电气耦合的第一电气端子和第二电气端子，第一电气端子和第二电气端子被一起配置为在功率转换器与外部电路之间传送基本上DC电气状态的功率，该机器区段在基本上由第一电气端子和第二电气端子限定的位置处能去除地与外部电路电气耦合，该机器区段能去除地与来自所述多个机器区段的剩余机器区段机械耦合。2.根据权利要求1所述的装置，其中，功率转换器被配置为从外部电路接收基本上DC电气状态的功率，功率转换器被配置为将从外部电路接收的功率转换成基本上AC电气状态，导电机器绕组被配置为从功率转换器接收基本上AC电气状态的功率，导电机器绕组和共享的移动体被一起配置为将以基本上AC电气状态接收的功率转换成基本上机械状态的功率，使得该机器区段作为电动机动作。3.根据权利要求1所述的装置，其中，共享的移动体被配置为接收基本上机械状态的功率，共享的移动体和导电机器绕组被一起配置为将以基本上机械状态接收的功率转换成基本上AC电气状态，功率转换器被配置为从导电机器绕组接收基本上AC电气状态的功率，并且将基本上AC电气状态的功率转换成基本上DC电气状态的功率，使得该机器区段作为发电机动作。4.根据权利要求1所述的装置，其中，该机器区段被配置为在第一时间段期间在第一模式中动作，该机器区段被配置为在与第一时间段不同的第二时间段期间在第二模式中动作，当该机器区段处于第一模式中时，功率转换器被配置为从外部电路接收基本上DC电气状态的功率，功率转换器被配置为将从外部电路接收的功率转换成基本上AC电气状态，导电机器绕组被配置为从功率转换器接收基本上AC电气状态的功率，并且导电机器绕组和共享的移动体被一起配置为将以基本上AC电气状态接收的功率转换成基本上机械状态的功率，使得该机器区段作为电动机动作，当该机器区段处于第二模式中时，共享的移动体被配置为接收基本上机械状态的功率，共享的移动体和导电机器绕组被一起配置为将以基本上机械状态接收的功率转换成基本上AC电气状态，功率转换器被配置为从导电机器绕组接收基本上AC电气状态的功率并且将以基本上AC电气状态接收的功率转换成基本上DC电气状态的功率，使得该机器区段作为发电机动作。5.根据权利要求1所述的装置，其中，基本上AC电气状态的功率与多个电气相位相关联。6.根据权利要求1所述的装置，其中，导电机器绕组包含多个相位绕组，来自所述多个相位绕组的各相位绕组(1)与来自多个电气相位的不同的电气相位相关联并且(2)具有该相位绕组的第一端部处的端子和该相位绕组的第二端部处的端子，来自所述多个相位绕组的各相位绕组的第一端部处的端子通过不同于操作地耦合来自所述多个相位绕组的该相位绕组的第二端部处的端子和功率转换器的连接器的连接器与功率转换器操作地耦合。7.根据权利要求1所述的装置，还包括与该机器区段操作地耦合的控制器，控制器被配置为响应于在控制器中编程的指令、在该机器区段内检测的信号或被传输给该机器区段的信号中的至少一个来至少部分地控制该机器区段的至少一部分的动作。8.根据权利要求1所述的装置，还包括与该机器区段操作地耦合的电气滤波元件，电气滤波元件被配置为修改基本上AC电气状态的功率或基本上DC电气状态的功率中的至少一个的特性。9.根据权利要求1所述的装置，还包括与该机器区段操作地耦合的保护元件，保护元件被配置为响应于故障状况来减少该机器区段的一部分中的电压或电流中的至少一个。10.一种系统，包括：多个机器区段，各机器区段来自被配置为共享电磁机器的移动体的多个机器区段，来自多个机器区段的各机器区段被配置为与电磁机器的总功率的一部分相关联，来自多个机器区段的各机器区段具有包含导电机器绕组的第一部分，来自多个机器区段的各机器区段的第一部分的导电机器绕组和移动体被一起配置为在基本上机械状态与基本上交流(AC)电气状态之间转换功率，来自多个机器区段的各机器区段具有包含与该机器区段的第一部分的导电机器绕组电气耦合的功率转换器的第二部分，来自多个机器区段的各机器区段的功率转换器被配置为在基本上AC电气状态与基本上直流(DC)电气状态之间转换功率，来自多个机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·史密斯，S·班纳吉，B·沙利文，S·埃森，C·瑞格，
申请(专利权)人：巨石风力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US