[发明专利]具有紧密型单匝波形绕组的发电机和风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及发电机和风力涡轮机。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明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发明的进一步改进。

本发明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。

本发明的发电机可以是三相或多相发电机。在本发明的发电机中，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。

本发明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。