專利名稱：用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子和使用該定子的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子，涉及包括該定子的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，涉及包括該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的風(fēng)力渦輪機，并涉及制造用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)水平，發(fā)電機已知用于將諸如轉(zhuǎn)動能的機械能轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電機使用法拉第原理，該法拉第原理規(guī)定，如果通過導(dǎo)體包圍區(qū)域的磁通量改變，則在該導(dǎo)體的兩點之間感應(yīng)電壓。為此，傳統(tǒng)發(fā)電機包括屬于定子的線圈和屬于轉(zhuǎn)子的動磁體，該轉(zhuǎn)子通過機械能源旋轉(zhuǎn)。一旦使磁體相對于線圈旋轉(zhuǎn)，則在線圈中感應(yīng)電壓，從而產(chǎn)生可傳遞電能的電流。發(fā)電機的定子部分可包括環(huán)形結(jié)構(gòu)，多個凸芯或突起從該環(huán)形結(jié)構(gòu)徑向突出。在這些凸芯中的每一個上可被施加線圈。構(gòu)成所有這些施加在凸芯上的線圈的金屬絲可被連接到合適線路，以將電能以線路的輸出傳遞。已觀測到，傳統(tǒng)發(fā)電機和能量轉(zhuǎn)換機一般可能不具有充足的效率?？赡苄枨笥糜谀芰哭D(zhuǎn)換設(shè)備的定子，其能夠用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，以改進能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的效率。進一步，可能需求具有改進效率的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實施例，提供用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子，該定子包括支撐結(jié)構(gòu)，其在軸向方向周圍提供至少一段環(huán)形形狀；聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸的第一突起；聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸的第二突起，該第二突起沿圓周方向與所述第一突起間隔開；以及在所述第一突起與所述第二突起之間被布置成多個第一徑向?qū)拥牡谝唤饘俳z，該多個第一徑向?qū)游挥诓煌瑥较蛭恢貌⒈慌渲贸墒沟盟龅谝唤饘俳z的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。所述定子可適合于電動機或適合于發(fā)電機。所述支撐結(jié)構(gòu)可由任一材料制成，只要該材料當(dāng)所述定子在發(fā)電機或電動機中操作時能經(jīng)受由所述第一線圈和所述第二線圈中感應(yīng)的電流生成的熱。所述支撐結(jié)構(gòu)提供了環(huán)形形狀的一部分的至少一段，特別地可提供圓形形狀的至少一段。多個段，例如四個、六個或八個段可成對地相連接，以提供環(huán)形結(jié)構(gòu)。聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)的所述第一突起和聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)的所述第二突起可與所述支撐結(jié)構(gòu)整體形成，或者可以是通過諸如螺栓、螺釘和/或粘合劑的聯(lián)接裝置聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)的分離部件。所述第一突起和所述第二突起還可被焊接到所述支撐結(jié)構(gòu)。 所述第一突起和所述第二突起均從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸，即，它們垂直于軸向方向延伸， 該軸向方向特別是所述支撐結(jié)構(gòu)的對稱軸線。所述第一突起和/或所述第二突起可從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向向內(nèi)或徑向向外延伸。例如，所述第一突起和所述第二突起可從所述支撐結(jié)構(gòu)延伸5 cm-10 cm，因而它們可具有5 cm-10 cm之間的徑向范圍或尺度。進一步，所述第一突起和所述第二突起的軸向范圍或尺度可在3 cm到10 cm之間。進一步，所述第一突起
4和所述第二突起的圓周范圍或尺度可在3 cm到15 cm之間。所述定子可包括兩個以上的突起，例如60到140個突起。進一步，所述定子可包括聯(lián)接到相應(yīng)突起的相同數(shù)量的線圈或不同數(shù)量的線圈，其中所述線圈可在任一情況下被布置在一個或更多個突起周圍。所述第一金屬絲可至少部分地卷繞或彎曲在所述第一突起或所述第二突起其中一個周圍。所述第一金屬絲可形成圍繞一個或更多個突起的第一線圈。所述第一突起與所述第二突起之間的空間可形成槽，多個第一徑向?qū)涌刹迦氲皆摬壑小５谝粡较驅(qū)涌赏ㄟ^所謂的“每個槽一個線圈”布置完全填充該槽(沿徑向和/或圓周方向)，其中布置在鄰近突起之間的金屬絲僅屬于一個線圈。相反，在所謂的“每個槽兩個線圈”布置中，兩個金屬絲可布置在鄰近突起之間，這兩個金屬絲屬于兩個線圈。在此情形下，僅有這兩個金屬絲一起可完全填充所述第一突起與所述第二突起之間的槽(沿徑向和/或圓周方向)。所述第一金屬絲(和所述第二金屬絲，在下文中描述)可包括由諸如銅的導(dǎo)電材料制成的芯，以及可覆蓋該芯的絕緣層。由于絕緣層覆蓋到金屬絲的導(dǎo)電芯材料上，形成所述第一線圈的所述第一金屬絲的相鄰繞組可彼此絕緣。進一步，由于絕緣層覆蓋第二金屬絲 (在下文中描述)的導(dǎo)電芯材料，形成第二線圈的所述第二金屬絲的多個繞組可彼此絕緣。所述定子至少包括第一突起和第二突起，所述第二突起沿圓周方向與所述第一突起間隔開。所述圓周方向可以是垂直于所述軸向方向并還垂直于任一徑向方向的方向。徑向延伸元件可表示沿任一徑向方向延伸的元件，其中每一個徑向方向垂直于所述軸向方向。特別地，所述第一金屬絲的橫截面面積的圓周范圍可從第一徑向?qū)拥较乱坏谝粡较驅(qū)訌较蛳蛲庠龃螅撓乱坏谝粡较驅(qū)痈蛲鈴较蚨ㄎ?。因而，所述第一金屬絲的橫截面面積的圓周范圍可徑向向外連續(xù)(或單一性地)增大。各實施例可解決針對“梯形槽、矩形突起”定子(S卩，具有一個或更多個徑向延伸的突起并具有矩形形狀的定子，該矩形形狀形成在具有梯形形狀的槽之間)的增大“槽填充系數(shù)”的問題。因而，槽填充系數(shù)可以是槽的橫截面面積的百分比，該槽填充有包括在金屬絲中的導(dǎo)體材料(銅)，因而在屬于一個或更多個線圈的繞絲周圍并不包括空氣(自由空間)和 /或絕緣材料。定子結(jié)構(gòu)的另一概念可以是“矩形槽、梯形齒”的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不主要致力于該結(jié)構(gòu)，這是由于這種結(jié)構(gòu)的槽可填充有具有均勻橫截面形狀的金屬絲。各實施例可涉及一層和兩層結(jié)構(gòu)，即每一個槽在其中接納僅屬于一個線圈的繞絲的一層結(jié)構(gòu)，以及每一個槽在其中接納屬于兩個線圈的繞絲的兩層結(jié)構(gòu)。各實施例可涉及并聯(lián)和串聯(lián)的線圈結(jié)構(gòu)，即繞絲可串聯(lián)連接以形成多圈線圈，或者繞絲可并聯(lián)連接以形成并聯(lián)連接的多個單圈繞組。根據(jù)實施例，在彼此之上的繞絲的數(shù)量(S卩，屬于金屬絲各層的徑向?qū)友貜较蚍较虻臄?shù)量)可在10到20個繞組的范圍內(nèi)。如上所述，這些繞組可并聯(lián)或串聯(lián)連接。其他實施例可提供更小或更大數(shù)量的徑向?qū)?。根?jù)實施例，繞絲層沿圓周方向(垂直于徑向方向)的數(shù)量可在1到2的范圍內(nèi)。 其他實施例可提供更小或更大數(shù)量的圓周層。根據(jù)實施例，所述定子進一步包括在所述第一突起與所述第二突起之間被布置成位于不同徑向位置的多個第二徑向?qū)拥牡诙饘俳z，其中所述第一金屬絲的位于徑向外部第一徑向?qū)犹幍牟糠峙c所述第二金屬絲的位于徑向外部第二徑向?qū)犹幍牟糠窒噜?，其中特別地，所述第二金屬絲的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。因而，可提供“每個槽兩個線圈”布置，其中兩個金屬絲布置在所述第一突起與所述第二突起之間，這兩個金屬絲屬于兩個不同的線圈。在此情形下，所述第一線圈和所述第二線圈一起可完全(或至少沿著突起的徑向范圍的90%)填充所述第一突起與所述第二突起之間的槽(沿徑向和圓周兩個方向)。如上所述，所述第一金屬絲可形成第一線圈，所述第二金屬絲可形成第二線圈。在所述定子的橫截面中，通過形成垂直于所述軸向方向的部分，所述第一線圈和所述第二線圈可徑向并沿圓周方向延伸。因而，所述第一線圈可包括徑向內(nèi)部和徑向外部，該徑向外部比所述第一線圈的徑向內(nèi)部徑向向外布置的更遠(yuǎn)(特別是表示徑向最外部)。類似地，所述第二線圈可包括徑向內(nèi)部和徑向外部，該徑向外部比徑向內(nèi)部徑向向外布置的更遠(yuǎn)。特別地，所述第一線圈的徑向外部可由徑向向外布置得最遠(yuǎn)的多段第一金屬絲形成，例如這些段的徑向向外更遠(yuǎn)處不再有所述第一金屬絲的其他段。進一步，所述第二線圈的外部可由所述第二金屬絲的位于徑向向外最遠(yuǎn)的段形成，從而使得這些段的徑向向外更遠(yuǎn)處未布置有所述第二金屬絲的其他段。所述第一金屬絲的位于所述第一線圈的徑向外部處的部分可緊鄰所述第二金屬絲的位于所述第二線圈的徑向外部處的部分，使得在所述第一金屬絲的該部分與所述第二金屬絲的該部分之間沒有其他結(jié)構(gòu)(并且還沒有真空)。特別地，所述第一金屬絲的在所述第一線圈的徑向外部處的部分距所述第二金屬絲在所述第二線圈的徑向外部處的部分之間的距離，可小于所述第一線圈內(nèi)的所述第一金屬絲的相鄰部分之間的平均距離的5倍、3 倍、2倍或1. 5倍，或者可小于所述第二線圈內(nèi)的所述第二金屬絲的相鄰部分之間的平均距離的5倍、3倍、2倍或1.5倍。因而，所述第一線圈可緊鄰所述第二線圈，使得在所述第一線圈與所述第二線圈之間沒有間隙形成。因而，避免所述第一突起與所述第二突起之間的空(空氣)洞或間隙，但該間隙由所述第一線圈內(nèi)的所述第一金屬絲的各段和所述第二線圈內(nèi)的所述第二金屬絲的各段填充，以允許當(dāng)所述定子例如用在發(fā)電機中時感應(yīng)電流。因而，可改進使用根據(jù)實施例的定子的發(fā)電機的效率。特別地，分別在所述第一線圈和所述第二線圈的徑向外部處提供所述第一金屬絲的各段和所述第二金屬絲的各段，由于所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的這些部分更靠近圍繞所述定子旋轉(zhuǎn)并從線圈的徑向外端徑向向外布置的磁體，在所述第一線圈和所述第二線圈中感應(yīng)的電流的強度可隨著距轉(zhuǎn)動式磁體的減小距離而增大，因而可改進發(fā)電機的效率。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲被配置為，沿著所述第一突起的徑向尺度(h)的至少70%和沿著所述第二突起的徑向尺度(h)的至少70%，特別地沿著所述第一突起與所述第二突起之間的整個圓周范圍填充所述第一突起與所述第二突起之間的空間。此外，所述第一線圈和所述第二線圈可被配置為，沿著所述第一突起的徑向尺度的至少70%和沿著所述第二突起的徑向尺度的至少70%，填充所述第一突起與所述第二突起之間的空間。所述第一突起和所述第二突起的徑向尺度可被測量成所述第一突起和所述第二突起沿徑向方向的長度，所述第一突起和所述第二突起從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸越過該長度。特別地，所述第一突起和所述第二突起可包括相應(yīng)的徑向內(nèi)端(特別地，它們在該徑向內(nèi)端處聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu))和相應(yīng)的徑向外端(特別地，比所述徑向內(nèi)端更遠(yuǎn)離所述支撐結(jié)構(gòu)(或者最遠(yuǎn)))，相應(yīng)突起的長度可在該徑向內(nèi)端與該徑向外端之間測量。所述第一突起和所述第二突起可具有不同的形狀，例如圓柱形形狀、立方體形狀， 從而導(dǎo)致不同的橫截面形狀，例如矩形形狀或者方形形狀。進一步，它們可展示出梯形形狀，只要它們能夠至少部分地施加線圈。特別地，所述第一突起與所述第二突起之間沿著所述第一突起的徑向尺度的至少90%并沿著所述第二突起的徑向尺度的至少90%的圓周空間，可由所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段填充。根據(jù)實施例，所述第一線圈和/或所述第二線圈沿圓周方向徑向延伸，其中所述第一線圈和/或所述第二線圈的圓周尺度徑向向外增大。因而，有利地，通過使所述第一線圈和所述第二線圈的圓周尺度最大化，特別是在其徑向外部，以使它們彼此鄰接(構(gòu)成金屬絲部分可彼此相鄰或甚至可彼此接觸)，所述第一突起與所述第二突起之間的間隙可被填充。因而，當(dāng)所述定子用在發(fā)電機中時，在所述第一線圈和所述第二線圈中感應(yīng)的電流的強度可被增強，從而改進發(fā)電機的效率。根據(jù)實施例，所述第一突起和所述第二突起徑向向外突出。對于所述定子的給定直徑，如果所述第一突起和所述第二突起徑向向外突出，則與所述第一突起和所述第二突起徑向向內(nèi)突出的情況相比增強了發(fā)電機的效率。進一步，由于所述第一線圈和所述第二線圈可更容易分別施加到所述第一突起和所述第二突起上，則該結(jié)構(gòu)可便于裝配所述定子。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積的大小沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍是恒定的?？衫斫獾氖?，由于所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的制造過程的偏差和不精確，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積可能不是絕對地恒定，但可變化很小的百分比，例如不超過10%、5%、洲或1%。所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積的大小可被確定用于未組裝到所述第一線圈和所述第二線圈中并且在將所述第一線圈和所述第二線圈分別施加到所述第一突起和所述第二突起上之前的第一金屬絲和第二金屬絲。因而，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的橫截面面積可在制造所述第一金屬絲和所述第二金屬絲之后但在組裝所述定子之前確定。所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的橫截面面積可通過測量相應(yīng)金屬絲的垂直于其縱向范圍的面積大小而確定。提供所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的橫截面面積的恒定大小可導(dǎo)致每長度的所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的至少近似恒定的電阻。因而，當(dāng)在所述第一線圈和所述第二線圈中感應(yīng)電流時，避免所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的不同段的非均勻加熱。因而，最大的操作電流可能不受所述第一金屬絲或所述第二金屬絲的具有其最小尺寸 (或稱大小)橫截面面積的特定段的限制。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積在預(yù)定橫截面方向上的尺度沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍變化(相對于相應(yīng)金屬絲的平均橫截面面積)超過10%、特別地超過20%、特別地超過40%、特別地超過60%、特別地超過100%、特別地超過 150%。預(yù)定橫截面方向可以是由橫截面限定的平面內(nèi)的方向，該平面垂直于相應(yīng)金屬絲的縱向范圍。預(yù)定橫截面方向例如可以表示所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的高度，或者可以表示所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的寬度。特別地，預(yù)定橫截面方向可以分別垂直于所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的縱向范圍。因而，可提供所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的不同橫截面形狀。同時，橫截面面積的大小根據(jù)實施例可保持不變。提供具有沿各自縱向范圍變化的橫截面形狀的第一金屬絲和/或第二金屬絲，可有利地便于填充所述第一突起與所述第二突起之間的空間或間隙。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲至少在其截面上具有矩形橫截面形狀。特別地，該矩形橫截面形狀可表示至少近似為矩形的形狀。特別地，近似為矩形的橫截面形狀可具有尖銳邊緣或圓形邊緣。橫截面形狀的至少一些部分可以是(至少近似) 平直部分，該平直部分特別地由彎曲部分連接。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲至少在其另一截面上具有梯形橫截面形狀。特別地，該梯形橫截面形狀可表示至少近似為梯形橫截面形狀的形狀。特別地，梯形橫截面形狀可包括尖銳或圓形邊緣或拐角。特別地，具有這種橫截面形狀的第一金屬絲和第二金屬絲可容易制造，并便于填充所述第一突起與所述第二突起之間的空間。根據(jù)實施例，所述第一線圈和所述第二線圈分別由所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的多個繞組(特別地沿圓周方向間隔開)形成，多個繞組位于不同的徑向位置，其中位于第一徑向位置的第一多個繞組與位于不同于第一徑向位置的第二徑向位置的第二多個繞組相同。特定徑向位置處的繞組(即圓周繞組)的數(shù)量根據(jù)示例性實施例可在1到6之間。 所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的位于特定徑向位置處的各段可具有相同橫截面形狀。通過提供所述第一金屬絲或所述第二金屬絲的、并在不同徑向位置處的相同數(shù)量的繞組，可以改進當(dāng)所述定子用在發(fā)電機中時的電感耦合和電流的感應(yīng)。根據(jù)實施例，可能不可以僅僅添加另一圓周繞組層來填充鄰近突起之間的自由空間，這是因為繞絲的橫截面圓周尺度(或橫截面寬度)可能大于突起之間待填充的剩余自由空間(即，未由繞絲占據(jù))的圓周尺度。因此，可能必須提供具有可變橫截面形狀的金屬絲。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲(和/或在下文中描述的所述第二金屬絲)的橫截面圓周范圍(或橫截面寬度)的最小值，可大于所述第一突起的表面與所述第二突起的相對表面之間由突起的徑向內(nèi)端占據(jù)的圓周距離的0. 4倍、0. 45倍、0. 8倍、0. 9倍、0. 95倍。根據(jù)實施例，所述第一金屬絲(和/或在下文中描述的所述第二金屬絲)的橫截面圓周范圍(或橫截面寬度)的最大值，可大于所述第一突起的表面與所述第二突起的相對表面之間由突起的徑向外端占據(jù)的圓周距離的0. 4倍、0. 45倍、0. 8倍、0. 9倍、0. 95倍。根據(jù)實施例，提供一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其包括根據(jù)上述實施例的定子和能用作磁體的磁體元件的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子能相對于所述定子旋轉(zhuǎn)。因而，根據(jù)實施例可提供電動機或特別地發(fā)電機。由于彼此相鄰的線圈填充相鄰的相應(yīng)突起之間間隙的改進結(jié)構(gòu)，線圈中感應(yīng)的電流可被增強，從而改進發(fā)電機的效率。根據(jù)實施例，提供一種風(fēng)力渦輪機，其包括根據(jù)上述實施例的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備用作發(fā)電機來產(chǎn)生電能，風(fēng)力渦輪機包括螺旋槳，其中所述螺旋槳被機械聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子。由于使用效率被改進的發(fā)電機，所述風(fēng)力渦輪機關(guān)于其效率也可被改進，以產(chǎn)生電能。參照系統(tǒng)類型權(quán)利要求描述的一些實施例的以上特征可應(yīng)用于其他與在下文中描述的方法類型權(quán)利要求有關(guān)的實施例。根據(jù)實施例，提供一種制造用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子的方法，其中所述方法包括 形成在軸向方向周圍具有環(huán)形形狀的支撐結(jié)構(gòu)；形成聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并徑向延伸的第一突起；形成聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并徑向延伸、沿圓周方向與所述第一突起間隔開的第二突起；形成第一金屬絲的多個第一層；將所述第一金屬絲的所述多個第一層布置在所述第一突起與所述第二突起之間，其中執(zhí)行形成和布置所述第一金屬絲的所述多個第一層，使得所述第一金屬絲的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。根據(jù)實施例，所述方法可進一步包括形成第二金屬絲的多個第二層；將所述第二金屬絲的所述多個第二層布置在所述第一突起與所述第二突起之間，使得所述第一金屬絲的在徑向外部第一徑向?qū)犹幍牟糠峙c所述第二金屬絲的在徑向外部第二徑向?qū)犹幍牟糠窒噜?。根?jù)實施例，所述方法可進一步包括形成多個進一步的突起，形成多個進一步的線圈并將所述進一步的線圈分別施加到所述進一步的突起上，其中對于每一個相鄰且鄰近成對的線圈，所述第一金屬絲的在該對線圈的第一線圈的徑向外部處的部分與所述第二金屬絲的在該對線圈的第二線圈的徑向外部處的部分相鄰。因而，在傳統(tǒng)定子中形成于相鄰?fù)黄鹬g的間隙由屬于相鄰線圈的金屬絲段填充，從而當(dāng)根據(jù)該實施例的定子用在這種機器的操作中時，能夠改進諸如發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的效率。根據(jù)實施例，形成所述多個第一層和/或第二層包括使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積成形，使得橫截面面積在預(yù)定橫截面方向上的尺度沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍變化超過10%。進一步，形成所述第一線圈和/或所述第二線圈可包括使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積成形，使得橫截面面積在預(yù)定橫截面方向上的尺度沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍變化超過10%。因而，可采用使用一對或多對相反，特別是沿不同方向定向的滾筒或輥子的軋制或銑削過程，其可被配置為在施加壓力和/或拉力時使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲變形，以對所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積進行適當(dāng)成形。特別地，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積的大小可被保持為沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍至少近似恒定。根據(jù)實施例，形成所述第一層和/或所述第二層包括在輔助結(jié)構(gòu)周圍使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲彎曲多次，使得所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段堆疊在彼此之上，并且然后在所述輔助結(jié)構(gòu)周圍使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲在不同位置彎曲多次，使得所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段堆疊在彼此之上。進一步，形成所述第一線圈和/或所述第二線圈可包括在輔助結(jié)構(gòu)周圍使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲彎曲多次，使得所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段堆疊在彼此之上，并且然后在所述輔助結(jié)構(gòu)周圍使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲在不同位置彎曲多次，使得所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段堆疊在彼此之上。
因而，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲可在縱向范圍上具有各自恒定的橫截面形狀，該縱向范圍對應(yīng)于所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲各部分的長度之和，該各部分在所述輔助結(jié)構(gòu)周圍在特定位置彎曲而堆疊在彼此之上。因而，能夠使用下述金屬絲， 其在預(yù)定橫截面方向上的范圍沿其縱向范圍逐步增大或減少。因而，具有特定橫截面形狀的所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段與其他卷繞過程相比可具有更大的縱向范圍。因而，所述第一金屬絲和所述第二金屬絲的制造可被簡化。必須指出，本發(fā)明的各實施例已參照不同主題進行了描述。特別地，一些實施例已參照方法類型權(quán)利要求進行了描述，而其他實施例已參照設(shè)備類型權(quán)利要求進行了描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)以上和以下描述獲悉，除非另有說明，除了屬于一種類型主題的各特征的任一組合之外，另外，涉及不同主題的各特征之間的任一組合，特別是方法類型權(quán)利要求的各特征與設(shè)備類型權(quán)利要求的各特征之間的任一組合，被視為通過本文獻而公開。本發(fā)明上文中限定的各方面和進一步的各方面根據(jù)待在下文中描述的實施例的各示例顯而易見，并參照實施例的各示例進行說明。本發(fā)明將在下文中參照實施例的各示例進行更詳細(xì)描述，但本發(fā)明并限于實施例的各示例。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的各實施例。結(jié)構(gòu)和/或功能類似的元件或部件以類似的附圖標(biāo)記進行標(biāo)示。圖1示意性地示出了根據(jù)一個實施例的定子的部分橫截面視圖。圖2A示意性地示出了根據(jù)一個實施例的金屬絲的縱向橫截面圖。圖2B示意性地示出了圖2A所示金屬絲的橫向橫截面圖。圖2C示意性地示出了圖2A所示金屬絲在其另一縱向位置處的橫向橫截面圖。圖3示意性地示出了根據(jù)一個實施例的定子的一部分。
具體實施例方式附圖中的圖示是示意性的。應(yīng)注意，在不同附圖中，類似或相同的元件提供有相同的附圖標(biāo)記或提供有僅在第一位數(shù)字不同于相應(yīng)附圖標(biāo)記的附圖標(biāo)記。圖1示意性地示出了根據(jù)一個實施例的定子100的橫截面圖。定子100包括支撐結(jié)構(gòu)103，其具有為圓形并具有對稱軸線(圖1中未示出)的環(huán)形形狀，對稱軸線沿垂直于圖 1圖面的軸向方向105伸展。圖1中定子100 —部分的橫截面透視圖對應(yīng)于垂直于軸向方向105的橫截面。定子100進一步包括第一突起107，該第一突起107聯(lián)接到支撐結(jié)構(gòu)103并從支撐結(jié)構(gòu)103徑向向外延伸。“徑向延伸”指的是第一突起沿垂直于軸向方向105的徑向方向109延伸，其中徑向方向109為下述方向，其源起于圓形支撐結(jié)構(gòu)103的未圖示的對稱軸線并朝遠(yuǎn)離該對稱軸線的方向垂直于該對稱軸線并因而還垂直于軸向方向105延伸。定子 100進一步包括第二突起111，該第二突起111也聯(lián)接到支撐結(jié)構(gòu)103并從支撐結(jié)構(gòu)徑向向外延伸。特別地，第二突起111沿不同于徑向方向109的徑向方向113延伸。在圖1所示的橫截面中，第一突起107以及第二突起111具有矩形形狀，該矩形形狀具有如所示的寬度w (沿圓周方向123的范圍)和高度h (分別沿徑向方向109和112的范圍)。在圖示的示例性實施例中，高度h與寬度w之比為大約2，但該比例可介于5到0. 5 的范圍之間。第一突起107和第二突起111均具有(未圖示)深度d (沿垂直于附圖平面的軸向方向的范圍)，該深度h可與寬度w具有類似的范圍。特別地，根據(jù)示例性實施例，第一突起107和第二突起111的高度h可在5 cm到15 cm之間，并且寬度w和深度d均可在3 cm到8 cm之間。其他尺度也是可以的，并可取決于預(yù)期應(yīng)用。第一線圈115施加在第一突起107上，第二線圈117施加在第二突起111上。線圈115和117因而至少部分地分別沿突起107和109的整個徑向范圍圍繞突起107和109。 第一線圈115包括布置在第一突起107與第二突起之間的金屬絲119，第二線圈117包括布置在第一突起107與第二突起之間的金屬絲120，從而形成多個徑向?qū)?21_1、121_2、…、 121_n(在圖1中僅針對進一步的線圈116示例性地圖示)，其中η為整數(shù)，其可在2到15之間。因而，徑向?qū)?21_1分別布置在第一線圈105和第二線圈107的徑向內(nèi)部上，而最后的徑向?qū)?21_11布置在第一線圈115和第二線圈117的徑向外部上。應(yīng)注意，第一線圈和第二線圈均可圍繞一個或更多突起。在圖1的截面圖中，第一線圈115以及第二線圈117具有楔狀形狀，使得它們沿圓周方向123的范圍或尺度徑向向外增大。在圖1中示例性地示出的是第一線圈115的內(nèi)徑向?qū)?21_1的圓周范圍c_l和徑向外徑向?qū)?21_n的圓周范圍c_n。明顯的是，徑向最內(nèi)層121_1的圓周范圍c_l小于徑向最外層121_n的圓周范圍c_n。徑向?qū)?21_2、…、121_ (n-1)的圓周范圍可在c_l與c_n之間。在圖1所示的定子100中，線圈115和117的圓周范圍沿徑向向外方向的變化通過使用形成第一線圈115的金屬絲119和形成第二線圈117的金屬絲120而實現(xiàn)，其中金屬絲119以及金屬絲120分別展示出沿金屬絲119和金屬絲120的縱向范圍變化的橫截面形狀。明顯的是，第一金屬絲119的橫截面面積的圓周范圍(沿圓周方向113的范圍或尺度) 從徑向內(nèi)層121_1處的值w2增大到徑向外層121_n處的值wl，其中w2大于wl。特別地， 這種增大可是連續(xù)的或者與徑向位置成比例。參見圖2A，金屬絲119在縱向橫截面圖中被示意性地圖示。金屬絲120可具有相同或不同的幾何性能。在圖2A中，金屬絲的縱向范圍的方向為ζ方向。金屬絲119包括跨越其縱向范圍的一部分的區(qū)段124，并包括跨越其縱向范圍的另一部分的區(qū)段125。如圖2A 所示，金屬絲119在段123的高度hi小于金屬絲119在另一段125的高度h2。特別地，高度h2比高度hi高約25%。在其他實施例中，高度h2與高度hi之間的比例可例如在5到1 之間。圖2B示意性地示出了金屬絲119在段123中的橫向橫截面圖，該橫截面圖垂直于金屬絲119的縱向范圍的方向ζ。圖2C又示出了金屬絲119在段125中的橫向橫截面圖。 根據(jù)圖2B和2C明顯的是，金屬絲119在段123中的寬度(在圖2B中以橫截面圖示)不同于在段125中的寬度(在圖2C中以橫截面圖示)。金屬絲119在區(qū)段123中的寬度為wl時， 金屬絲119在段125中的寬度為小于wl的w2。因而，金屬絲119在段123中的高度小于在段125中的高度時，在段123中的寬度大于在段125中的寬度。特別地，寬度wl與高度hi的乘積等于寬度w2與高度h2的乘積。因而，金屬絲 119在段123中的橫截面面積的大小，即wl*hl，等于在段125中的橫截面面積，即w2*h2。金屬絲119可沿其整個縱向范圍具有恒定大小的橫截面面積。有利地，當(dāng)使用這種金屬絲來形成部分示于圖1中的定子100中的線圈時，當(dāng)電流通過從徑向最外徑向金屬絲層121_ η徑向向外旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動式磁體被感應(yīng)時，金屬絲119將展示出每縱向單位長度的恒定阻力。 因而，可避免包括在線圈115和117中的金屬絲119的非均勻加熱。在圖1、2Α、2Β和2C中示意性地示出的金屬絲119 (和/或金屬絲120)至少近似具有矩形形狀，該矩形形狀沿其縱向范圍具有可變高度和可變寬度。特別地，矩形形狀在橫截面中可包括圓形邊緣或拐角，其中圓形可包括不同的倒角半徑。進一步，金屬絲119可包括由諸如銅的金屬制成的導(dǎo)電內(nèi)芯，其可被絕緣層覆蓋，使得線圈115和117各自中的金屬絲119和120的各個繞組彼此電絕緣。再次參見圖1，明顯的是，第一突起107與第二突起111之間的空間被形成線圈 115的金屬絲119和形成線圈117的金屬絲120完全填充。特別地，徑向金屬絲層121_1、 121_2、…、121_η跨越第一線圈115的徑向范圍h_115和第二線圈117的徑向范圍h_117， 該徑向范圍h_115和h_117等于第一突起107和第二突起111的高度h。特別地，第一線圈115在分界面127處鄰接第二線圈117，該分界面127位于第一突起107與第二突起111中間，并包括徑向方向。特別地，第一線圈沿其整個徑向范圍h_115 鄰接第二線圈117，使得在第一線圈115與第二線圈117之間沒有間隙形成。因而，形成第一線圈115的金屬絲119的沿圓周最外(靠近分界面127)段緊鄰形成第二線圈117的金屬絲120的沿圓周最外(靠近分界面127)段。在此，形成第一線圈115的金屬絲119的沿圓周最外段以附圖標(biāo)記128標(biāo)注，而形成第二線圈117的金屬絲120的沿圓周最外段以附圖標(biāo)記129標(biāo)注。如根據(jù)圖1進一步明顯的是，在特定徑向?qū)?21_1、121_2、…、121_n中的金屬絲119的堆疊在彼此之上的圓周段的數(shù)量(在圖示實施例中為四個)從一個徑向?qū)拥搅硪粡较驅(qū)硬⒉桓淖儭１M管金屬絲119在一個徑向?qū)又械亩蔚臄?shù)量并不因不同的徑向位置而改變，但徑向?qū)拥膱A周范圍由于金屬絲119的變化橫截面形狀而徑向向外增大。特別地，金屬絲在徑向最內(nèi)層121_1中的高度大于金屬絲在徑向最外層121_n中的高度，而寬度表現(xiàn)相反。金屬絲119在第一線圈115的沿圓周徑向最外部分中的各段與金屬絲120在第二線圈117的沿圓周徑向最外部分中的各段之間的距離d_x，小于第一線圈115內(nèi)或第二線圈 117內(nèi)的鄰近金屬絲段的平均距離d_i的3倍，特別是2倍，特別是1. 5倍。圖3以垂直于軸向方向105的橫截面圖示意性地示出了定子300的另一實施例。 定子300包括支撐結(jié)構(gòu)303和多個突起，其中僅有一個突起307被圖示。突起307安裝在支撐結(jié)構(gòu)303處，并徑向向外延伸。線圈315施加在突起307上。線圈315由金屬絲319形成，其具有的橫截面形狀沿其縱向范圍變化。特別地，金屬絲319具有梯形橫截面形狀，該梯形橫截面形狀在金屬絲319的徑向內(nèi)層處具有高度h3和寬度w3，并在金屬絲319的徑向外層處具有高度h4和寬度w4。如明顯的是，高度h3大于高度h4，且寬度w3小于寬度w4。 特別地，橫截面面積的大小可沿金屬絲319的縱向范圍恒定。盡管在圖3中僅示出了一個包括金屬絲319的徑向間隔開的七個徑向段的圓周層，但其他實施例可包括金屬絲319的多個圓周層，類似于圖1所示的那樣。由于展示出可變高度和寬度的金屬絲319的橫截面面積的梯形形狀，線圈315的圓周端鄰接分界面327。未在圖3中示出的另一線圈鄰接從另一側(cè)鄰接該分界面327，使得鄰近突起之間的空間可由鄰近線圈的相鄰金屬絲段完全填充。盡管圖1已示出了“每個槽兩個線圈”布置，但其可通過以下方式進行改進 根據(jù)實施例，提供“每個槽一個線圈”布置，其中布置在鄰近突起之間的線圈僅屬于一
個線圈。在此情形下，圖1中的金屬絲119和金屬絲120 —起形成屬于單個線圈的單個金屬絲。特別地，單個線圈可由單個圓周層而不是由如圖1所示的八個圓周層形成。因而，僅有一個單個金屬絲布置在第一突起107與第二突起109之間，其中該單個金屬絲的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大，以完全填充鄰近突起之間的空間。在圖1的圖面后的區(qū)域中，金屬絲可與屬于其他線圈(未圖示)的其他金屬絲交叉。參照“每個槽兩個線圈”布置所描述的所有特征也可應(yīng)用于這種“每個槽一個線圈”布置。圖1和圖3所示的定子可有利地用作產(chǎn)生電能的發(fā)電機中的定子。在此情形下， 從突起徑向向外布置并圍繞支撐結(jié)構(gòu)103或303的對稱軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動式磁體，例如永久磁體，由于變化的磁通量可在線圈中感應(yīng)電流。由于鄰近突起之間的填充間隙，線圈的面積與只有在相鄰線圈之間留有間隙的情況相比被增大(特別地被最大化)，因而導(dǎo)致發(fā)電機的
更高效率。這種發(fā)電機可特別地使用在風(fēng)力渦輪機中，其中包括磁體的轉(zhuǎn)子機械聯(lián)接到包括多個風(fēng)力葉片的螺旋槳。本發(fā)明的各實施例提供用于制造圖1或3所示定子的方法。因而，用于定子的線圈可使用輔助結(jié)構(gòu)形成。因而，線圈在該輔助結(jié)構(gòu)周圍彎曲多次，使得金屬絲的各段堆疊在彼此之上。金屬絲各段的這種堆疊于是例如可對應(yīng)于圖1所示的徑向最內(nèi)(或者可替代地最外)徑向金屬絲層121_1。有利地，該層121_1可包括具有至少近似相同橫截面形狀并具有相同高度和相同寬度的金屬絲段。在下一步驟中，通過將金屬絲圍繞輔助結(jié)構(gòu)在不同位置處彎曲多次可形成金屬絲段的進一步堆疊。因而，可形成圖1所示的徑向?qū)?21_2，其再次可包括具有基本相同橫截面形狀并具有相同高度和相同寬度的金屬絲段。進一步，形成金屬絲的多個另外堆疊的過程可連續(xù)，直到形成金屬絲段的最后堆疊，其對應(yīng)于圖1所示的徑向最外層121_n。最后，因而形成的線圈可施加到定子100的其中一個突起上。應(yīng)注意，術(shù)語“包括”并不排除其他元件或步驟，并且“一”或“一個”并不排除多個。而且，結(jié)合不同實施例描述的各元件可進行組合。還應(yīng)注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記并不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。為了概括本發(fā)明的上述各實施例，可規(guī)定所附權(quán)利要求。
1權(quán)利要求
1.一種用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子，所述定子包括支撐結(jié)構(gòu)(103)，所述支撐結(jié)構(gòu)在軸向方向(105)周圍至少提供了一段環(huán)形形狀； 聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸的第一突起(107)； 聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸的第二突起(111)，所述第二突起沿圓周方向(113)與所述第一突起間隔開；以及在所述第一突起與所述第二突起之間被布置成多個第一徑向?qū)拥牡谝唤饘俳z(119)， 所述多個第一徑向?qū)游挥诓煌瑥较蛭恢貌⒈慌渲贸墒沟盟龅谝唤饘俳z的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子，進一步包括在所述第一突起與所述第二突起之間被布置成位于不同徑向位置的多個第二徑向?qū)拥牡诙饘俳z(120)其中所述第一金屬絲的位于徑向外部第一徑向?qū)犹幍牟糠峙c所述第二金屬絲的位于徑向外部第二徑向?qū)犹幍牟糠窒噜?，其中特別地，所述第二金屬絲的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子，其中所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲被配置為，沿著所述第一突起的徑向尺度(h)的至少70%和沿著所述第二突起的徑向尺度(h)的至少70%，填充所述第一突起與所述第二突起之間的空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的定子，其中所述第一突起和所述第二突起徑向向外突出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的定子，其中所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積的大小(hl*wl、h2*w2)沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍是恒定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的定子，其中所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積在預(yù)定橫截面方向上的尺度(wl、w2)沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍變化超過 10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的定子，其中在至少一截面中，所述第一金屬絲和 /或所述第二金屬絲具有矩形橫截面形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的定子，其中在至少另一截面中，所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲具有梯形橫截面形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的定子，其中所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的在所述第一突起與所述第二突起之間的圓周層數(shù)量與徑向位置無關(guān)。
10.一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的定子(100、300)；以及包括能用作磁體的磁體元件的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子能相對于所述定子旋轉(zhuǎn)。
11.一種風(fēng)力渦輪機，包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備用作發(fā)電機來產(chǎn)生電能；以及螺旋槳，其中所述螺旋槳被機械聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子。
12.一種制造用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子的方法，該方法包括 形成在軸向方向周圍具有環(huán)形形狀的支撐結(jié)構(gòu)；形成聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并徑向延伸的第一突起；形成聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并徑向延伸、沿圓周方向與所述第一突起間隔開的第二突起；形成第一金屬絲的多個第一層；將所述第一金屬絲的所述多個第一層布置在所述第一突起與所述第二突起之間， 其中形成和布置所述第一金屬絲的所述多個第一層被執(zhí)行成使得所述第一金屬絲的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括 形成第二金屬絲的多個第二層；將所述第二金屬絲的所述多個第二層布置在所述第一突起與所述第二突起之間， 使得所述第一金屬絲的在徑向外部第一徑向?qū)犹幍牟糠峙c所述第二金屬絲的在徑向外部第二徑向?qū)犹幍牟糠窒噜彙?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中形成所述多個第一層和/或第二層包括 使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的橫截面面積成形，使得橫截面面積在預(yù)定橫截面方向上的尺度沿著相應(yīng)金屬絲的縱向范圍變化超過10%。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的方法，其中形成所述第一層和/或所述第二層包括在輔助結(jié)構(gòu)周圍使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲彎曲多次，使得所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段堆疊在彼此之上，并且然后在所述輔助結(jié)構(gòu)周圍使所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲在不同位置彎曲多次，使得所述第一金屬絲和/或所述第二金屬絲的各段堆疊在彼此之上。
全文摘要
本申請涉及用于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的定子和使用該定子的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。該定子包括支撐結(jié)構(gòu)(103)，該支撐結(jié)構(gòu)在軸向方向(105)周圍具有環(huán)形形狀；聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸的第一突起(107)；聯(lián)接到所述支撐結(jié)構(gòu)并從所述支撐結(jié)構(gòu)徑向延伸的第二突起(111)，所述第二突起沿圓周方向(113)與所述第一突起間隔開；在所述第一突起與所述第二突起之間被布置成多個第一徑向?qū)拥牡谝唤饘俳z(119)，該多個第一徑向?qū)游挥诓煌瑥较蛭恢貌⒈慌渲贸墒沟盟龅谝唤饘俳z的橫截面面積的圓周范圍徑向向外增大。進一步描述了一種包括所述定子的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，以及包一種括所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的風(fēng)力渦輪機。
文檔編號F03D9/00GK102170179SQ201110046100
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者H·斯蒂斯達爾 申請人:西門子公司