电机定子的三个定子绕组的组、定子装置、发电机和风力涡轮机的制作方法

技术领域

本发明涉及用于电机的定子的三个定子绕组的组。本发明也涉及包括这种定子绕组的定子装置，包括这种定子的发电机—例如，用于风力涡轮机的直接驱动发电机，以及包括这种发电机的风力涡轮机。

背景技术：

在大型电机或发电机中使用所谓的双层绕组是很普遍的。这种绕组类型具有所有的线圈都是相同的且线圈容易制造的益处。

但是，在具有许多磁极并且小磁极距的电机中，传统的双层绕组很难安装，因为在完成线圈的绕组时，在专用槽中插入最后一个线圈时需要暂时将第一线圈从槽中抬起，使得最后一个线圈能够插在第一线圈的暂时移走部分的下方。

此外，对于分段式电机，双层绕组的线圈的连接需要跨过段接合处。

制造在将最后一个线圈插入定子时不需要移走第一个插入的线圈的单层绕组是可能的。制造不需要跨过段接合处的单层绕组也是可能的。因此，单层绕组对于大型电机是有利的。

单层绕组通常需要平面内和平面外的绕组垂悬物。这些绕组垂悬物也称为绕组或绕组端部。

制造不需要跨过分段定子的段接合处的单层绕组是可能的，但是当使用已知的单层技术时，会导致大的绕组垂悬物在定子组的端部占据大的空间并为绕组消耗大量铜。

技术实现要素：

因此本发明的一个目的是以绕组垂悬物消耗较少的铜的方式提供定子绕组组、定子装置、发电机以及风力涡轮机。

通过具有根据权利要求1所述特征的三个定子绕组的组、具有根据权利要求15所述特征的定子装置，通过具有根据权利要求16所述的特征的发电机，以及通过具有根据权利要求17所述的特征的风力涡轮机创造性地实现了本发明的目的。

可在从属权利要求中找到有利的实施例。

根据本发明，限定了用于电机，例如发电机的定子的三个定子绕组的组，其中，定子具有第一圆柱表面，该第一圆柱表面中带有多个沿圆周间隔开的绕组槽，每个绕组槽都沿着第一圆柱表面的轴向长度延伸并设置成使单个定子绕组的一段嵌入，每个定子绕组都预成形为闭合环路，每个定子绕组的两个基本平行的段都设置成嵌入定子的第一绕组槽和第二绕组槽中，第二绕组槽为第三个靠近第一绕组槽的绕组槽，三个定子绕组每个都具有沿定子轴向方向离开绕组槽的第一绕组端部段，三个定子绕组的第一绕组端部段在形状上不同，使得三个定子绕组中的至少两个的第一绕组端部段向电机的径向方向不同地倾斜，并且三个定子绕组的长度基本相同。

这是有利的，因为所有三个线圈都具有同样的长度，因此具有同样的阻抗。对于三个绕组来说这是真实的，特别是对于每个都包括多个同样数量的绕组的三个线圈也是真实的。这从而也导致三个线圈获得同样的电流。

有利地，三个绕组代表电机中的三个相，每槽每相一个磁极并布置成具有相等的角节距，并且—根据第一绕组槽和第二绕组槽之间的距离——具有三个绕组槽节距的节距。这意味着在第一绕组的第一绕组槽和第二绕组槽之间和在第一绕组的第二绕组槽和属于代表一个相的同一线圈的另一个绕组的第一绕组槽之间，存在两个绕组槽空隙，可由属于其他两个相的另外两个线圈的另外两个绕组填充。

此外，有利地，本发明涉及单层定子绕组，使得在一个绕组槽中只安装一个绕组。

定子绕组可以以绕组的横截面基本上是矩形的方式预成形。绕组的横截面在绕组的整个环路上可以是相同的。

绕组端部可布置成当绕组安装进相邻绕组槽时，绕组互相不接触。

此外，本发明特别有利的是，因为所有绕组的总长度以及由此导致线圈可保持为最短的长度，这使用于绕组的材料特别是铜减少。此外，这也导致例如风力涡轮机的大型发电机的重量的减轻，例如几百公斤。

此外，本发明允许减少绕组端部的轴向宽度，使得定子包括绕组将具有较小的轴向尺寸。这可以减少电机的壳体的尺寸，也减少电机的总重量。

上面提及的发明限定了沿定子的一个轴向方向延伸的第一绕组端部。显然，为了封闭环绕，也存在沿定子的另一轴向方向延伸的第二绕组端部。在优选的实施例中，第二绕组端部具有与第一绕组端部相同的尺寸，可能与第一绕组端部镜像对称和/或点对称。

此外，三个定子绕组的每一个本身、也包括第一和第二绕组端部，可与平行于绕组槽的对称轴镜像对称。

随后将参照示意图说明用于绕组端部实例的有利的形状。

通过包括前面描述的绕组的组的定子装置、包括这种定子装置的发电机和包括这种发电机的风力涡轮机也同样创造性地实现了本发明的目的。

附图说明

在下面将参照示意图对本发明更详细的说明，其中

图1示出了三个绕组的三个绕组端部，

图2示出了可替代的绕组端部。

具体实施方式

图1和图2分别示出了用于大型传统旋转电机特别是风力涡轮机的定子S的立体截面图。完整的定子S包括定子铁心SC和许多开放辐射式绕组槽WS1、WS2、…，这些绕组槽围绕定子铁心SC的径向内表面或外表面的圆周均匀地间隔开，围绕定子铁心SC的径向内表面还是外表面的圆周是根据定子S是电机的内定子或外定子而定。由于定子S的尺寸大，示出的定子S的部分在图1中表现为具有基本上平行的绕组槽WS1、WS2、…、WSx（x为1至6的整数）的长方体。作为近似这是可接受的，但是需要理解相邻绕组槽WS1、WS2、...在考虑到它们的槽时不是完全平行的平面，因为槽都径向地伸到电机的中心轴线。作为进一步的近似—或在其他情况下这可能是绝对真实的—槽为具有矩形横截面的长方体窄通道。

应该注意到，在实例中绕组槽布置成平行于定子的纵向轴线，但是使定子槽与定子的纵向轴线形成角度也是可能的。

定子铁心SC可为叠层的，即，由多个轴向堆叠的叠片结构形成。

图1和图2进一步示出了三个预成型的并具有与绕组槽WS1、WS2…的横截面正好相配的矩形横截面的绕组W1、W2、W3。

图1和图2示出了单层定子绕组，使得只有单个绕组W1、W2、W3的单段放置到单个绕组槽WS1、WS2、…—而不是如在双层绕组中所做的，将一段第一绕组和一段第二绕组放置到同一绕组槽而使它们在槽中基本位于彼此之上。

此外，绕组W1、W2、W3分别具有插入两个绕组槽的两段—例如，绕组W1将绕组环路的一段插入第一绕组槽WS1，而将绕组环路的另一段插入第二绕组槽WS2。绕组W1、W2、W3为闭合环路，因此在绕组槽中绕组的基本平行的部分之间需要封闭环路的部分。这可通过延伸出定子S的绕组端部WH1、WH2、WH3完成，在定子S的两个轴向端部封闭环路。

绕组槽构成一对槽来安装单个绕组。在图中，绕组槽WS1和WS2构成一对用于第一绕组W1的槽，绕组槽WS3和WS4构成一对用于第二绕组W2的槽，绕组槽WS5和WS6构成一对用于第三绕组W3的槽。

假设每个绕组都是对称的—轴向对称于定子S的中心的径向平面—因此在下面通常只能观察到绕组的一个绕组端部，但是所有所述的也可以应用于定子另一端部的绕组端部上。

此外，假设所有绕组的长度都是相同的。第一绕组W1、第二绕组W2和第三绕组W3唯一的不同是它们的绕组端部WH1、WH2、WH3的三维形状。

关于绕组W1，假设其基本上以这样的方式形成：绕组端部WH1保持在绕组槽WS1的径向平面和绕组槽WS2的径向平面之间的区域上，使得绕组W1不接触或干扰相邻绕组。绕组端部WH1可在这些径向平面之间在径向方向延伸，但是假定只有一个径向方向上的空间应被使用，以便不干扰转子，转子在图中未示出。采用定子铁心SC的圆周表面作为参考平面，对于内定子，从参考平面面向定子的轴线的空间能够由绕组端部WH1使用。对于外定子，从参考平面面向电机的径向外部直到电机的壳体的空间能够用于绕组端部WH1。

相应地，上面关于绕组W1和绕组端部WH1所述的内容也可应用于绕组W2和W3和它们的绕组端部WH2和WH3。

此外，绕组W1、W2和W3优选地以如下方式形成：通过遵循将绕组安装到定子绕组槽的具体步骤能够容易地安装绕组W1、W2和W3。具体地，绕组不应缠在一起而使得所有三个绕组都需要在同一步骤中安装。优选地，绕组应如此形成：作为第一选择，绕组W3的全部可插到整个定子上，接着是绕组W2，最后是绕组W1。作为第二选择，定子能够由绕组W1、W2、W3绕组挨着绕组的安装，首先放入单个W3，随后放入单个W2，接着是单个W1，并由W3重新开始。

在下面的描述中，如果使用了术语“在下方”或“在上方”或相似的方向术语，它们都属于图中所示的定向。“在上方”意味着起始于绕组安装之处的方向。对于内定子，这意味着远离定子的中心轴线的方向。“在下方”则意味着相反的方向。

下面具体聚焦在图1上，第一绕组端部WH1在定子绕组W1的两个基本平行的段的平面中延伸。绕组环路保持在一个平面中并且是平的、不倾斜出所述平面。换句话说，一旦安装好，包括绕组端部WH1的绕组W1就保持在与定子S的绕组槽WS1和WS2的平面相同的平面中。

绕组端部WH1的部分的长度以如下方式设置：绕组W1的绕组长度与其他两个绕组W2、W3每个的长度基本相同，该绕组端部WH1在绕组槽WS1、WS2中纵向地延伸绕组段。

前进到绕组W2，绕组端部WH2在一个枢轴点处倾斜，随后在与定子绕组W2的两个基本平行的段的平面不同的平面中延伸。枢轴点处于绕组端部WH2的区域中，接近定子绕组W2的基本平行的段。因此，绕组W2接近定子块倾斜。于是，在枢轴点处转动后，绕组端部WH2延伸到绕组端部WH1的下方，使得绕组W2的环路能够闭环在绕组W1的下方、绕组W3的上方。

绕组W2可在枢轴点处进行“急转弯”，但是优选地，也可环绕枢轴点在特定的部分上连续改变方向。

从两个基本平行的段的平面开始测量，枢轴点处的方向的变化可优选为45度。同样，从接近零度开始终止于接近90度的值的不同角度可以是有益的。

现在，对于绕组W3而言，绕组W3的绕组端部WH3包括沿着弯曲部分继续倾斜的部分，其中所述弯曲部分为大致圆弧的90度的弧段。在图中，在达到90度转动后，绕组W3随后进一步在与基本平行的绕组段的平面垂直的平面中延伸。

于是，在垂直延伸后，绕组端部WH3处于绕组端部WH2的下方。

到目前为止没有提到的是，三个绕组W1、W2、W3都在它们的绕组槽的径向平面之间、采用与这些提到的径向平面垂直的连接部分闭合它们的环路。从位于径向平面中的绕组端部部分到/从连接部分的过渡由相当小的半径的90度转弯来进行。从而该连接部分本身基本上是平的并且是直的。

由于实际上每个绕组W1、W2、W3的横截面基本上都是矩形的，连接部分本身基本上是长方体并因此位于长方体的平面上。对于绕组W1，绕组端部WH1的连接部分的这个平面平行于圆柱状的定子铁心SC的侧面。对于绕组W2，绕组端部WH2的连接部分的平面相对于圆柱状的定子铁心SC的侧面基本上成45度角。对于绕组W3，绕组端部WH3的连接部分的平面相对于圆柱状的定子铁心SC的侧面基本上成90度角，换句话说，平行于定子绕组槽的平面。

比图1所示出和前面提到的更普遍的是，三个定子绕组W1、W2、W3每个的连接平面都布置成不对齐的，具体是不平行的。

特别是在图1中，可以看到三个绕组端部WH1、WH2和WH3的连接部分布置在虚拟圆柱的表面，圆柱轴线大致位于圆柱状的定子铁心SC的侧面，在绕组槽的平面的高度上。

完全不倾斜的绕组W1能够被视为基本上是矩形的带。也能够把绕组W2和W3看做是只具有如下更改的这种矩形带：在接近转角处，矩形的较长边是弯曲的。

参看图2，前面所述的大部分仍可应用。特别是，仍然应用用于说明绕组W1和W2的特征，因为在图2中示出的两个绕组W1、W2与图1的绕组W1和W2相同。

图2的绕组W3与图1的绕组W3不同，在于在绕组端部WH3沿着弯曲部分继续倾斜的部分具有大致圆弧的大于90度的弧段的弯曲部分。具体地在图2中，考虑到绕组端部WH2的角度大约是45度，从定子绕组槽的平面算起的所述角大约是135度。这允许得到非常紧凑的装置，是因为绕组端部WH3的连接平面平行于一部分绕组端部WH2和绕组W2的下表面的方向。因此绕组端部WH2和绕组端部WH3能够布置成互相接近，这再一次允许在绕组端部的空间中，减少了整体扩展。

两个实施例都具有如下优势：每个绕组的长度都能够减少并且三个绕组的长度都是相同的。这允许用于绕组的材料的大量减少，并主要减少了重量。

应该理解，对图1和图2的实施例的较小变更，特别是对于圆弧的精确性、对于提到的平面的精确平面性或对于具体提到的角度的变更同样由本发明涵盖。