本发明专利技术涉及用于机电换能器的定子线圈段和机电换能器。描述了一种用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段，该定子线圈装置包括：第一线圈（107a、207a、307a），其被布置在沿径向方向（115、215、315）的第一径向位置（r1）处并适于连接到第一功率电子设备（103）的输入端子（121），其中，所述径向方向垂直于机电换能器的转动轴（111、211、311、411）；以及第二线圈（109a、209a、309a），其被布置在沿径向方向的第二径向位置（r2）处并适于连接到第二功率电子设备（105）的输入端子（124），其中，所述第二径向位置不同于所述第一径向位置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段并且涉及包括至少ー个定子线圈段的机电换能器，特别是发电机。特别地，本专利技术涉及用于机电换能器的定子线圈段，并且涉及机电换能器，特别是发电机，其包括至少ー个定子线圈段，其中，所述机电换能器是容错的(fault-tolerant)，并且同时在故障操作期间和之后二者都产生与常规机电换能器、特别是常规发电机相比而言较少的噪声和/或振动以及较高的输出效率。所述定子线圈段、机电换能器、特别是发电机可以特别地被用于风カ涡轮发电机。
技术介绍
风カ涡轮机系统可以包括风カ涡轮机塔架、安装在塔架顶部处的机舱，其中，机舱容纳发电机。可以将ー个或多个转子叶片连接到发电机的旋转轴。旋转轴可以包括沿着圆周方向(垂直于旋转轴)分布的ー个或多个(永久)磁体。发电机还可以包括定子线圈装置，其包括被布置为使得在被连接到旋转轴的所述至少ー个磁体旋转时感应出电压和电流的多个定子线圈。由于转子的旋转速度可以取决于风速、机舱相对于风向的取向、ー个或多个转子叶片的叶片桨距角和其它因素，所以感应的电流和电压(或电能)可以以可变频率振荡。为了将由发电机提供的电能供应给向ー个或多个消耗装置供应电能的公用电网(utility grid),需要将由发电机产生的电能(或电压和/或电流)变换成固定频率的电压和电流(或能流)，其中，所述固定频率可以对应于预定公用电网频率，诸如50 Hz或60 Hz0出于此目的，可以将定子线圈装置连接到转换器，该转换器可以适合于将由发电机提供的可变频率输入电压转换成固定频率输出电压或电流(或能流)。特别地，可以将该转换器视为功率电子设备(特别地包括一个或多个功率晶体管(诸如隔离栅双极性晶体管(IGBT))的功率电子设备)的特定表示。可以由以高频率来开关功率晶体管的ー个或多个控制电路来控制包括在转换器中的所述多个功率晶体管的导通状态。从而，可能存在转换器出现故障的风险。在此类故障的情况下，必须立即关断整个发电机，直至有故障的转换器被修理或替换。同时，风カ涡轮机不能产生电能，从而降低了风カ涡轮机的效率。可能存在对用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段的需要，并且还可能存在对特别是用于风カ涡轮机的机电换能器，特别是发电机的需要，其中，定子线圈段和/或机电换能器的效率得到改善，特别地，其中还改善了定子线圈段和/或机电换能器的可靠性和耐用性。
技术实现思路
由根据独立权利要求的主题来满足此需要。由从属权利要求来描述本专利技术的有利实施例。根据ー个实施例，提供了有利定子线圈段和由多个定子线圈段组成的定子线圈装置，其中，所述定子线圈装置特别适合于风カ涡轮发电机。根据ー个实施例，用于机电换能器(其特别适合于将机械能变换成电能，诸如发电机，或者用于将电能变换成机械能，诸如电动机)、特别是用于从机械能(特别地由风カ涡轮机的旋转轴提供的旋转能)产生电能的发电机的定子线圈段(其特别地是发电机或电动机的静态部分，其中，所述段特别地可以是圆周段，诸如跨越圆形定子线圈装置的O — 30°、O — 60°或O — 90°的段)，其中，定子线圈装置包括第一线圈(特别地包括可以被绝缘层覆盖的导电导线的ー个或多个导线绕组)，其被沿着径向方向布置在第一径向位置处(使得例如第一线圈的中心被布置在第一径向位置处)并适于连接到第一功率电子设备(特别地当机电换能器是发电机时为转换器，或者当机电换能器是电动机时为电源)的输入端子，其中，所述径向方向垂直于机电换能器的转动轴(其中，特别地，所述转动轴可以是风カ涡轮机的发电机的转子轴的转动轴)；以及第ニ线圈(特别地也包括ー个或多个导线绕组)，其被 沿着径向方向布置在第二径向位置处并适于被连接到第二功率电子设备(特别是转换器)的输入端子，其中，所述第二径向位置不同于第一径向位置。特别地，可以将第二线圈的中心布置在第二径向位置处。特別地，可以使第一线圈和第二线圈沿着径向方向间隔开。特别地，可以使第一线圈和第二线圈沿着径向方向间隔开，使得第一线圈和第二线圈被相互隔离，特别是被相互电隔离，但是使得第一线圈和第二线圈相互邻近，使得除了用于将第一线圈从第二线圈电隔离的隔离层、隔离元件或隔离结构之外，沿径向方向在第一线圈与第二线圈之间不存在不必要的空的空间。可以将第一线圈(特别地在第一线圈的第一端处)连接到诸如第一转换器的第一功率电子设备的输入端子，并且可以将第二线圈(特别地在其一端处)连接到诸如第二转换器的第二功率电子设备的输入端子。从而，使得能够从第一线圈向第一转换器并从第二线圈向第二转换器供应电能。因此，即使第一转换器和第二转换器中的一个出现故障，并且当需要关断故障转换器时，电能仍然被连续地供应给运行的转换器以便改善发电机的效率，所述发电机包括由根据本专利技术的实施例的多个定子线圈段组装而成的定子线圈装置。可以通过缠绕铜线并使铜线的多个绕组相互隔离来制造第一线圈和/或第二线圈。根据ー个实施例，第一线圈和第二线圈(特别是第一线圈的中心和第二线圈的中心)被沿着圆周方向布置在相同(或至少近似相同)的圆周位置处(其可以例如被表示为圆柱坐标系的方位角Φ )，所述圆周方向成垂直于转动轴(其可以由圆柱坐标系的Z轴定义)且其还垂直于径向方向。通过将第一线圈和第二线圈定位于相同的圆周位置处，可以减少在第一转换器或第二转换器中的一个出现故障情况下的力的失衡，以增加包括多个定子线圈段的发电机的耐用性。特别地，作用于发电机的转子和定子组件的不期望力分量可能不会在幅值方面变得明显很大，并且可能不会导致组件的疲劳且可能不会导致显著的噪声和振动。特别地，与常规机电换能器、特别是发电机相比，在第一转换器和第二转换器中的一个出现故障的情况下，可以减少噪声和/或振动。此外，可以由发电机中的永久磁体(包括在发电机的转子部分中)在短路期间针对定子MMF (磁动势)的耐受能力来确定其最小厚度。通过限制短路MMF,可以将磁体选择为更薄，在其还与发电机设计和成本的总体最优化相匹配的情况下。由于在两个转换器中的一个中的断路故障期间，每个槽的每个线圈组的匝数与一层系统相比是其一半，所以可以将短路MMF减少为原来的1/2或类似的。结果，可以将磁体选择为更薄，这可以导致发电机的更低的成本和/或更高的性能。特别地，可以将第一线圈和第二线圈以及还有第一功率电子设备和第二功率电子设备定额(rate )在标称功率(电流或电压)，其是定子线圈段将包括仅ー个线圈而不是沿径向方向间隔开的两个线圈时的标称功率的一半。从而，与常规系统相比，可以减少通过第一线圈和第二线圈的电流。在转换器系统中的一个中发生短路故障的情况下，故障系统被开路以防止高短路电流的流动。在故障线圈组被从电源断开之后，有利地对于提出的双层系统而言，非故障的另ー组线圈仍将提供一半的输出功率。在此所谓的半功率操作期间，由于电流在机器圆周周围是均匀分布的，所以与其中仅以ー个层来布置线圈的常规多转换器系统相比，在定子线圈装置的组件、机电换能器或系统的其它组件上将存在更小得多的电磁感应力。结果，将存在较少的噪声和/或振动以及定子和转子组件的较少磨损，这增加了风力发电机的可靠性和使用寿命，其应具有便宜、可靠且高效的操作达约20年。有利地，当第一转换器和第二转换本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.03.08 EP 11157316.81.用于机电换能器、特别是用于从机械能产生电能的发电机的定子线圈段，该定子线圈装置包括 第一线圈(107&、207&、307&)，其被布置在沿径向方向(115、215、315)的第一径向位置(rl)处并适于连接到第一功率电子设备(103)的输入端子(121)，其中，所述径向方向垂直于机电换能器的转动轴(111、211、311、411);以及 第二线圈(109a、209a、309a)，其被布置在沿径向方向的第二径向位置(r2)处并适于连接到第二功率电子设备(105)的输入端子(124)，其中，所述第二径向位置不同于所述第一径向位置。2.根据权利要求I所述的定子线圈段，其中，所述第一线圈和所述第二线圈被沿着圆周方向(113、213、313)布置在相同的圆周位置处，所述圆周方向(113、213、313)垂直于转动轴且垂直于径向方向。3.根据权利要求I或2所述的定子线圈段，其中，所述第一线圈和所述第二线圈沿着转动轴(111、211、311)被布置在相同的轴向位置处。4.根据前述权利要求中的ー项所述的定子线圈段，还包括 绝缘元件(236、336)，其被径向地布置在第一线圈与第二线圈之间。5.根据前述权利要求中的ー项所述的定子线圈段，还包括 至少ー个另外的第一线圈(107b)，其与第一线圈(107a)串联地连接并且被布置在与第一线圈不同的圆周位置处；以及/或者 至少ー个另外的第二线圈(10%)，其与第二线圈(109a)串联地连接并且被布置在与第二线圈不同的圆周位置处。6.根据权利要求5所述的定子线圈段，其中，所述至少ー个另外的第一线圈(107f)被布置在第二径向位置(r2)处且特别地在与第一线圈相同的轴向位置处，以及/或者其中，所述至少ー个另外的第二线圈(109f)被布置在第一径向位置(rl)处且特别地在与第二线圈相同的轴向位置处。7.根据前述权利要求中的ー项所述的定子线圈段，还包括 磁轭(335、435)，其包括用于支撑第一线圈和第二线圈的铁磁材料，该磁轭包括基底部分(337、437)和第一突出体(338、438)，其从所述基底部分突出，使得形成至少第一槽(342,442)和第二槽(343、443)， 其中，第一线圈的第一部分(307al)和第二线圈的第一部分(309al)被布置在第一槽(342)中，并且其中，第一线圈的第二部分(307a2)和第二线圈的第二部分(309a2)被...
【专利技术属性】
技术研发人员：M基米亚贝吉，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：
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