具有紧密型单匝波形绕组的发电机和风力涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及具有紧密型单匝波形绕组的发电机和风力涡轮机。本文描述了一种发电机（76），包括代表一个相的至少一个极组。每个极组包括多个极（4、40、41、42、44）。仅仅一个导体（8）卷绕特定极组的极（4、40、41、42、44）以使得仅单匝的一半与每个极（4、40、41、42、44）关联。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发电机和风力涡轮机。
技术介绍
基于在直接驱动发电机方面的现有技术，每个线圈由多于一个的串联线匝构成， 而选定数量的线圈也可以被串联连接。上述两种可选的数量，即线匝的串联数量和串联连接的线圈数量，可以被选择成获得发电机的端电压，该端电压本身可能已经基于功率电子设备/电网要求而被选择。在所描述的常规类型的绕组中，在每个槽中的串联线匝由于串联的线匝之间的电压差而需要彼此电绝缘。此外，槽中的整个导体由于线匝和叠片之间的电压差而需要经由所谓的槽绝缘而与相邻叠片相隔离，该叠片通过与轴和风塔的联接而被接地。在具有常规绕组的机器的槽中使用的前述类型的绝缘导致不同的缺点绝缘的不良热传递系数使得发电机中的主要热源(即绕组)很难通过相邻的叠片被冷却。使用槽中所需的绝缘减小了活性材料的槽空间，从而减小了所谓的填充因数，其中该活性材料通常是铜。这继而针对相同电流密度降低了输出转矩或者针对相同转矩减小了效率。常规类型绕组的典型填充因数值在70-80%的范围内。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供具有增大的槽填充因数且具有减小的制造成本的发电机。本专利技术的第二目的是提供有利的风力涡轮机。第一目的由权利要求1中所要求保护的发电机来实现。第二目的由权利要求15 中所要求保护的风力涡轮机来实现。从属权利要求限定了本专利技术的进一步改进。本专利技术的发电机包括代表一个相的至少一个极组。每个极组包括多个极。仅仅一个导体卷绕特定极组的极以使得仅单匝的一半与每个极关联。可以优选地是单匝致密绕组或单匝紧密绕组的仅仅一个导体能够替代常规绕组，从而提供减少的槽内绝缘的优点。这减少了导体和极的相邻叠片之间的绝缘，即所谓的槽绝缘。此外，在槽内的导体之间的常规线匝-线匝绝缘变得不必要。此外，能够实现更好的绕组冷却和更高的槽填充因数。另一优点在于线圈的制造和缠绕过程相比于多匝常规绕组来说变得更为容易且成本更低。此外， 使用具有所设计的合适槽形状的仅仅一个致密或紧密的大的导体导致低的趋肤效应损失。本专利技术的发电机可以是三相或多相发电机。在本专利技术的发电机中，每个相可以在每个极中具有单一去程路径或返回路径(single Go or Return path)，也被称为单匝的一半。该单一去程路径或返回路径或者单匝的一半被布置成波状构造。例如，单匝的一半本身可以是致密或紧密的导体。其可以在下一个极中返回并且可以沿着定子或转子的整个周边以这种波状分布的方式继续。本专利技术的发电机可以包括定子，定子包括至少一个极组。另外或者替代地，发电机可以包括转子，转子包括至少一个极组。优选地，发电机可以包括定子、转子和旋转轴线。定子可以径向地位于转子的内部(内定子机器)。有利地，导体包括多个优选致密或紧密的导体元件。导体元件可以彼此导电地相连。导体元件可以通过例如焊接或者机械固定件来彼此相连。通常，发电机可包括在所述极之间的至少一个槽。优选地，导体元件可以具有直杆或弧形件的形状。例如，第一直杆可被置于槽中并且可借助于弧形件连接到另一槽中的第二直杆。这样，导体元件可彼此相连以形成波状构造。通常，导体可至少部分地位于极之间的至少一个槽中。发电机可包括旋转轴线。槽可以在相对于旋转轴线的径向位置被闭合或者部分闭合。有利地，槽可以在垂直于旋转轴线的平面中具有矩形或梯形或三角形的形状。优选地，槽可以在相对于旋转轴线的径向方向上具有递增开口。此外，槽可以包括至少一个桥接件，所述桥接件在径向位置部分地或者完全地闭合所述槽。桥接件可以是形成槽的元件的整体部分，例如是极的叠片的整体部分。替代地， 桥接件可以是独立元件。在该情况下，桥接件可以被机械地固定到形成槽的元件，例如固定到极叠片。例如，槽可包括侧面。形成槽的元件或叠片可在槽的侧面中包括空腔。空腔可用于机械固定桥接件。所述的桥接件可通过重新设计极的齿形(特别是叠片的齿形)来简单地构建。桥接件可包含软磁复合材料或铁磁材料。例如，桥接件可以通过冲压具有适当形状的叠片由软磁复合材料制成或者可以由铁磁材料制成。如前所述的独立导体元件的使用允许其使用模块化绕组结构。该模块化绕组结构可以用于闭合和半闭合的槽。这减少了趋肤效应。此外，其显著地简化了绕组制造，尤其是与常规绕组相比。例如，导体元件，优选地是直杆，可以被插入到槽中，所述槽可以是闭合或半闭合的槽。具有递增开口(尤其朝向内定子机器中的气隙具有递增开口)的梯形或三角形槽的使用，降低了在具有大径向高度的三角形导体或深槽中出现的趋肤效应损失。导体的形状可以在降低趋肤效应损失方面被优化。这样，槽的形状和极的相邻叠片齿的形状可以被优化。此外，具有仅仅一个致密的大导体极而不是具有平行导体，使得在常规绕组中的串联线匝之间的绝缘不存在并且完全消失。在这方面，本专利技术比具有平行导体更有效，在平行导体的情况下，在平行导体周围可能仍然需要一些薄的清漆。而且，槽绝缘可在厚度方面被优化。减少单匝致密导体中的趋肤效应的另一种可能是减少导体的径向高度或深度。例如，所述至少一个槽可以具有与发电机的旋转轴线相关的平均宽度w和径向深度h。平均宽度w的值可以是深度h的值的至少90%。优选地，平均宽度w可以与深度h相当或者大于深度h。保持导体面积固定，那么槽宽度需要变得更大。结果，相对于极的槽的数量将被减少。因此，可以使用集中绕组，例如如前所述的仅一个单匝致密或紧密导体的形式。这种集中绕组具有低的槽-极数量比。结合前面提到的优化的导体形状，尤其是使用内定子时，槽可以实用地被制成梯形形状。在该情况中，齿或者极可被保持成矩形。使用浅且梯形槽的这两种参数的结合有效地减少了趋肤效应。此外，为了改善磁路和/或更进一步减少趋肤效应，可以在槽的中部使用闭合或半闭合的槽或桥接件。FE 2D分析已经示出所提出的这些形状中的每一种均将会显著地减少趋肤效应损失。而且，所提出的这些情形的组合更进一步减少了趋肤效应。使用前述桥接件的一个缺陷在于将会增加槽泄漏。这在某种程度上是一种优点， 因为其减小了短路电流并且这增加了发电机例如直接驱动发电机的可靠性。然而，可能更显著的是发电机的输出转矩将由于漏磁而下降。因此，对于桥接件厚度的决定是在一方面具有较低趋肤效应和另一方面不损失过多转矩之间的折衷。通常，发电机可包括至少3个极组。发电机可以是直接驱动发电机。在本专利技术中，在槽中被放置在一起的导体之间的常规绝缘以及槽绝缘被显著地减少。这改善了槽填充因数并且增强了发电机的冷却，例如永磁发电机的冷却。这种永磁发电机可以例如用在直接驱动风力涡轮机应用中。而且，本专利技术限定且提供了简单且模块化的绕组。这显著简化了制造和缠绕过程，从而降低相关成本。通过使用单匝致密线圈绕组消除了对于具有线匝-线匝绝缘的需求。而且，通过为每个槽优化地选择其厚度来最小化(在单个导体和相邻齿之间的)槽绝缘，实现了每个槽与其相邻齿具有不同的/独有的电压差。该优化选择对于常规多匝绕组而言是不可能，因为在每个槽中存在多于一种的电压差，因而该选择是基于最差情况的。利用具有较少的绕组和槽绝缘的优点和所有随后的对发电机性能的改进，通过所述的导体/槽形状有效减少了由于趋肤效应所导致的具有高的额外交流损耗的缺点。本专利技术的风力涡轮机包括如前所述的本专利技术的发电机。本专利技术的风力涡轮机与本专利技术的发电机具有相同的优点。结合附图从下面对实本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种发电机（７６），包括代表一个相的至少一个极组，每个极组包括多个极（４、４０、４１、４２、４４），其特征在于仅仅一个导体（８）卷绕特定极组的极（４、４０、４１、４２、４４）以使得仅单匝的一半与每个极（４、４０、４１、４２、４４）关联。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M基米亚贝吉，
申请(专利权)人：M基米亚贝吉，
类型：发明
国别省市：DE