專利名稱：用于機(jī)電換能器的定子線圈段和機(jī)電換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)電換能器、特別是用于從機(jī)械能產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的定子線圈段并且涉及包括至少ー個(gè)定子線圈段的機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)。特別地，本發(fā)明涉及用于機(jī)電換能器的定子線圈段，并且涉及機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)，其包括至少ー個(gè)定子線圈段，其中，所述機(jī)電換能器是容錯(cuò)的(fault-tolerant)，并且同時(shí)在故障操作期間和之后二者都產(chǎn)生與常規(guī)機(jī)電換能器、特別是常規(guī)發(fā)電機(jī)相比而言較少的噪聲和/或振動(dòng)以及較高的輸出效率。所述定子線圈段、機(jī)電換能器、特別是發(fā)電機(jī)可以特別地被用于風(fēng)カ渦輪發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)カ渦輪機(jī)系統(tǒng)可以包括風(fēng)カ渦輪機(jī)塔架、安裝在塔架頂部處的機(jī)艙，其中，機(jī)艙容納發(fā)電機(jī)。可以將ー個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片連接到發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)軸可以包括沿著圓周方向(垂直于旋轉(zhuǎn)軸)分布的ー個(gè)或多個(gè)(永久)磁體。發(fā)電機(jī)還可以包括定子線圈裝置，其包括被布置為使得在被連接到旋轉(zhuǎn)軸的所述至少ー個(gè)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)感應(yīng)出電壓和電流的多個(gè)定子線圈。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度可以取決于風(fēng)速、機(jī)艙相對(duì)于風(fēng)向的取向、ー個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角和其它因素，所以感應(yīng)的電流和電壓(或電能)可以以可變頻率振蕩。為了將由發(fā)電機(jī)提供的電能供應(yīng)給向ー個(gè)或多個(gè)消耗裝置供應(yīng)電能的公用電網(wǎng)(utility grid),需要將由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能(或電壓和/或電流)變換成固定頻率的電壓和電流(或能流)，其中，所述固定頻率可以對(duì)應(yīng)于預(yù)定公用電網(wǎng)頻率，諸如50 Hz或60 Hz0出于此目的，可以將定子線圈裝置連接到轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以適合于將由發(fā)電機(jī)提供的可變頻率輸入電壓轉(zhuǎn)換成固定頻率輸出電壓或電流(或能流)。特別地，可以將該轉(zhuǎn)換器視為功率電子設(shè)備(特別地包括一個(gè)或多個(gè)功率晶體管(諸如隔離柵雙極性晶體管(IGBT))的功率電子設(shè)備)的特定表示?？梢杂梢愿哳l率來(lái)開關(guān)功率晶體管的ー個(gè)或多個(gè)控制電路來(lái)控制包括在轉(zhuǎn)換器中的所述多個(gè)功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)。從而，可能存在轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。在此類故障的情況下，必須立即關(guān)斷整個(gè)發(fā)電機(jī)，直至有故障的轉(zhuǎn)換器被修理或替換。同時(shí)，風(fēng)カ渦輪機(jī)不能產(chǎn)生電能，從而降低了風(fēng)カ渦輪機(jī)的效率。可能存在對(duì)用于機(jī)電換能器、特別是用于從機(jī)械能產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的定子線圈段的需要，并且還可能存在對(duì)特別是用于風(fēng)カ渦輪機(jī)的機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)的需要，其中，定子線圈段和/或機(jī)電換能器的效率得到改善，特別地，其中還改善了定子線圈段和/或機(jī)電換能器的可靠性和耐用性。

發(fā)明內(nèi)容
由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿足此需要。由從屬權(quán)利要求來(lái)描述本發(fā)明的有利實(shí)施例。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，提供了有利定子線圈段和由多個(gè)定子線圈段組成的定子線圈裝置，其中，所述定子線圈裝置特別適合于風(fēng)カ渦輪發(fā)電機(jī)。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，用于機(jī)電換能器(其特別適合于將機(jī)械能變換成電能，諸如發(fā)電機(jī)，或者用于將電能變換成機(jī)械能，諸如電動(dòng)機(jī))、特別是用于從機(jī)械能(特別地由風(fēng)カ渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸提供的旋轉(zhuǎn)能)產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的定子線圈段(其特別地是發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)部分，其中，所述段特別地可以是圓周段，諸如跨越圓形定子線圈裝置的O — 30°、O — 60°或O — 90°的段)，其中，定子線圈裝置包括第一線圈(特別地包括可以被絕緣層覆蓋的導(dǎo)電導(dǎo)線的ー個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線繞組)，其被沿著徑向方向布置在第一徑向位置處(使得例如第一線圈的中心被布置在第一徑向位置處)并適于連接到第一功率電子設(shè)備(特別地當(dāng)機(jī)電換能器是發(fā)電機(jī)時(shí)為轉(zhuǎn)換器，或者當(dāng)機(jī)電換能器是電動(dòng)機(jī)時(shí)為電源)的輸入端子，其中，所述徑向方向垂直于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(其中，特別地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以是風(fēng)カ渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸)；以及第ニ線圈(特別地也包括ー個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線繞組)，其被 沿著徑向方向布置在第二徑向位置處并適于被連接到第二功率電子設(shè)備(特別是轉(zhuǎn)換器)的輸入端子，其中，所述第二徑向位置不同于第一徑向位置。特別地，可以將第二線圈的中心布置在第二徑向位置處。特別地，可以使第一線圈和第二線圈沿著徑向方向間隔開。特別地，可以使第一線圈和第二線圈沿著徑向方向間隔開，使得第一線圈和第二線圈被相互隔離，特別是被相互電隔離，但是使得第一線圈和第二線圈相互鄰近，使得除了用于將第一線圈從第二線圈電隔離的隔離層、隔離元件或隔離結(jié)構(gòu)之外，沿徑向方向在第一線圈與第二線圈之間不存在不必要的空的空間?？梢詫⒌谝痪€圈(特別地在第一線圈的第一端處)連接到諸如第一轉(zhuǎn)換器的第一功率電子設(shè)備的輸入端子，并且可以將第二線圈(特別地在其一端處)連接到諸如第二轉(zhuǎn)換器的第二功率電子設(shè)備的輸入端子。從而，使得能夠從第一線圈向第一轉(zhuǎn)換器并從第二線圈向第二轉(zhuǎn)換器供應(yīng)電能。因此，即使第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)出現(xiàn)故障，并且當(dāng)需要關(guān)斷故障轉(zhuǎn)換器時(shí)，電能仍然被連續(xù)地供應(yīng)給運(yùn)行的轉(zhuǎn)換器以便改善發(fā)電機(jī)的效率，所述發(fā)電機(jī)包括由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多個(gè)定子線圈段組裝而成的定子線圈裝置?？梢酝ㄟ^(guò)纏繞銅線并使銅線的多個(gè)繞組相互隔離來(lái)制造第一線圈和/或第二線圈。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，第一線圈和第二線圈(特別是第一線圈的中心和第二線圈的中心)被沿著圓周方向布置在相同(或至少近似相同)的圓周位置處(其可以例如被表示為圓柱坐標(biāo)系的方位角Φ )，所述圓周方向成垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(其可以由圓柱坐標(biāo)系的Z軸定義)且其還垂直于徑向方向。通過(guò)將第一線圈和第二線圈定位于相同的圓周位置處，可以減少在第一轉(zhuǎn)換器或第二轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)出現(xiàn)故障情況下的力的失衡，以增加包括多個(gè)定子線圈段的發(fā)電機(jī)的耐用性。特別地，作用于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子組件的不期望力分量可能不會(huì)在幅值方面變得明顯很大，并且可能不會(huì)導(dǎo)致組件的疲勞且可能不會(huì)導(dǎo)致顯著的噪聲和振動(dòng)。特別地，與常規(guī)機(jī)電換能器、特別是發(fā)電機(jī)相比，在第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)出現(xiàn)故障的情況下，可以減少噪聲和/或振動(dòng)。此外，可以由發(fā)電機(jī)中的永久磁體(包括在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分中)在短路期間針對(duì)定子MMF (磁動(dòng)勢(shì))的耐受能力來(lái)確定其最小厚度。通過(guò)限制短路MMF,可以將磁體選擇為更薄，在其還與發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和成本的總體最優(yōu)化相匹配的情況下。由于在兩個(gè)轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)中的斷路故障期間，每個(gè)槽的每個(gè)線圈組的匝數(shù)與一層系統(tǒng)相比是其一半，所以可以將短路MMF減少為原來(lái)的1/2或類似的。結(jié)果，可以將磁體選擇為更薄，這可以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的更低的成本和/或更高的性能。特別地，可以將第一線圈和第二線圈以及還有第一功率電子設(shè)備和第二功率電子設(shè)備定額(rate )在標(biāo)稱功率(電流或電壓)，其是定子線圈段將包括僅ー個(gè)線圈而不是沿徑向方向間隔開的兩個(gè)線圈時(shí)的標(biāo)稱功率的一半。從而，與常規(guī)系統(tǒng)相比，可以減少通過(guò)第一線圈和第二線圈的電流。在轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中的一個(gè)中發(fā)生短路故障的情況下，故障系統(tǒng)被開路以防止高短路電流的流動(dòng)。在故障線圈組被從電源斷開之后，有利地對(duì)于提出的雙層系統(tǒng)而言，非故障的另ー組線圈仍將提供一半的輸出功率。在此所謂的半功率操作期間，由于電流在機(jī)器圓周周圍是均勻分布的，所以與其中僅以ー個(gè)層來(lái)布置線圈的常規(guī)多轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)相比，在定子線圈裝置的組件、機(jī)電換能器或系統(tǒng)的其它組件上將存在更小得多的電磁感應(yīng)力。結(jié)果，將存在較少的噪聲和/或振動(dòng)以及定子和轉(zhuǎn)子組件的較少磨損，這增加了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性和使用壽命，其應(yīng)具有便宜、可靠且高效的操作達(dá)約20年。有利地，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)電機(jī)仍可以以一半 的標(biāo)稱功率繼續(xù)。磁動(dòng)勢(shì)(MMF)可以與分別在第一線圈和第二線圈內(nèi)的串聯(lián)匝數(shù)成比例， 其中，與常規(guī)系統(tǒng)相比，可以將第一線圈和第二線圈內(nèi)的每個(gè)槽的串聯(lián)匝數(shù)減少為原來(lái)的一半。特別地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了準(zhǔn)確地具有第一線圈和第二線圈、因此形成兩個(gè)徑向線圈層的定子線圈段。此外，可以使用定子線圈段來(lái)準(zhǔn)確地連接到風(fēng)カ渦輪機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將第一線圈和第二線圈布置在沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的相同(或至少近似相同)的軸向位置處。從而，可以減少在第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)出現(xiàn)故障的情況下作用在組件上的磁動(dòng)勢(shì)或電磁力的失衡，因此導(dǎo)致由多個(gè)定子線圈段和固定在旋轉(zhuǎn)軸處的多個(gè)磁體組裝而成的發(fā)電機(jī)的更大耐用性和可靠性。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，定子線圈段還包括徑向地布置在第一線圈與第二線圈之間的絕緣元件(特別是電絕緣元件、特別是被附接于第一線圈和/或第二線圈的絕緣層)。特別地，可以在第一線圈與第二轉(zhuǎn)換器之間提供絕緣元件以使第一線圈從第二線圈電隔離和/或分離。特別地，在特別地涉及第一功率電子設(shè)備和/或第二功率電子設(shè)備的快速切換的操作期間，在第一線圈與第二線圈之間可以發(fā)生高壓。特別地，高壓可以是由于第一功率電子設(shè)備和第二功率電子設(shè)備、特別是第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器的切換的不準(zhǔn)確同步而引起的。因此，特別地，徑向地布置在第一線圈與第二線圈之間的絕緣元件可以耐受比絕緣或隔離層更高的電壓，利用所述絕緣或隔離層，第一線圈的導(dǎo)線繞組或第二線圈的導(dǎo)線繞組被相互電隔離。理想地，可以以同步方式來(lái)切換第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器，以減少第一線圈與第二線圈之間的潛在電壓。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述定子線圈段還包括至少ー個(gè)另外的第一線圈(特別地2、3、4、5或6至20個(gè)另外的第一線圈)，其與第一線圈串聯(lián)地(即相互前后地)連接(使得公共電流、特別是第一電流流過(guò)所有的第一線圈并被供應(yīng)給第一功率電子設(shè)備、特別地供應(yīng)給第一轉(zhuǎn)換器)，并被布置在與第一線圈不同的圓周位置處(使得特別地被串聯(lián)地連接的多個(gè)第一線圈限定定子線圈段的圓周范圍);和/或至少ー個(gè)另外的第二線圈(特別地2、3、4、5或6至20個(gè)另外的第二線圈)，其與第二線圈串聯(lián)地連接并布置在與第二線圈不同的圓周位置處。特別地，另外的第一線圈的數(shù)目可以等于另外的第二線圈的數(shù)目。通過(guò)提供串聯(lián)連接的第一線圈和串聯(lián)連接的第二線圈，可以使作用在系統(tǒng)的組件、特別是發(fā)電機(jī)上的磁動(dòng)勢(shì)或電磁力分布在更大的空間區(qū)域上，特別地從而改善發(fā)電機(jī)的可靠性和/或耐用性。根據(jù)定子線圈段的一個(gè)實(shí)施例，所述至少ー個(gè)另外的第一線圈被布置在第二徑向位置處(因此在與第一線圈不同的徑向位置處)且特別地在與第一線圈相同的軸向位置處和/或其中，所述至少ー個(gè)另外的第二線圈被布置在第一徑向位置處(因此特別地在與第ニ線圈不同的徑向位置處)且特別地在與第二線圈相同的軸向位置處。特別地，可以將第一串聯(lián)連接線圈和第二串聯(lián)連接線圈調(diào)換以便同樣地位于磁軛(yoke)的槽的頂部和底部，以平衡感應(yīng)電壓和電感。作為調(diào)換的結(jié)果，兩個(gè)線圈組的電感變 得更加平衡且理想地相等，這又簡(jiǎn)化了發(fā)電機(jī)的控制。調(diào)換的另ー優(yōu)點(diǎn)是焦耳損耗變得平衡且對(duì)于兩個(gè)線圈組而言理想地相等，這接著又増加了發(fā)電機(jī)的輸出效率。特別地，在ー個(gè)定子線圈段內(nèi)，可以存在多個(gè)串聯(lián)連接的第一線圈和多個(gè)串聯(lián)連接的第二線圈的ー個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者甚至更多的調(diào)換。因此，特別地，定位于第一徑向位置處的第一串聯(lián)連接線圈的數(shù)目可以等于被布置在第一徑向位置處的串聯(lián)連接第二線圈的數(shù)目。特別地，定位于第二徑向位置處的串聯(lián)連接第一線圈的數(shù)目可以等于被定位于第二徑向位置處的串聯(lián)連接第二線圈的數(shù)目。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，所述定子線圈段還包括磁軛(或支撐結(jié)構(gòu))，其包括鐵磁材料(其可以被在第一線圈內(nèi)流動(dòng)的第一電流和/或被在第二線圈內(nèi)流動(dòng)的第二電流磁化)以便支撐第一線圈和第二線圈(特別地用于補(bǔ)充(accompany)第一線圈和第二線圈),該磁軛包括基底部分(特別地具有相對(duì)于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)地対稱的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀)和從基底部分突出(特別地從基底部分徑向地突出、特別地從基底部分徑向向外地突出)的第一突出體(protrusion),使得形成至少第一槽(ー個(gè)或多個(gè)突出體之間的空隙空間，該空隙空間使得能夠?qū)Φ谝痪€圈和/或第二線圈的至少一部分進(jìn)行定位)和第二槽(其也可以提供空隙空間)，其中，第一線圈的第一部分和第二線圈的第一部分被布置在第一槽中，并且其中，第一線圈的第二部分和第二線圈的第二部分被布置在第二槽中。特別地，可以采用分布式繞組來(lái)向第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器的不同輸入端子提供兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者甚至更多不同的電相。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，第一線圈和第二線圈分別提供第一電流和第二電流，第一電流處于與第二電流相同的電相。為了產(chǎn)生多于ー個(gè)相，定子線圈段可以包括其它線圈，其中，可以采用不同的繞組技木。該磁軛可以有利地増加在ー個(gè)或多個(gè)永久磁體相對(duì)于第一線圈和/或第二線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)在第一線圈和/或第二線圈內(nèi)感應(yīng)的電壓和/或電流。此外，磁軛可以有利地支撐第一線圈和第二線圈以使其被保持在固定(定子)位置處。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，第一突出體可以徑向地向外突出。此外，特別地，ー個(gè)或多個(gè)另外的突出體也可以徑向地向外突出。在其它實(shí)施例中，第一突出體和/或還有其它突出體可以徑向地向內(nèi)突出或可以軸向地突出。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述磁軛還包括從磁軛的基底部分突出(特別地從基底部分徑向地向外突出)的第二突出體(特別地在與第一突出體不同的圓周位置處)，其中，在第一突出體的ー側(cè)上形成第一槽，其中，在第一突出體的另ー側(cè)和第二突出體的ー側(cè)上形成第三槽，其中，在第二突出體的另ー側(cè)上形成第二槽，使得第三槽在第一突出體與第二突出體之間和第一槽與第二槽之間。因此，特別地，第一線圈未被布置在鄰近于ー個(gè)突出體的槽中，但是第一線圈被布置在第一槽和第二槽中，其中，第三槽在第一槽與第二槽之間。從而，特別地當(dāng)支持多個(gè)相(諸如三個(gè)相)時(shí)，可以采用對(duì)應(yīng)于不同相的分布式線圈繞組。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述定子線圈段還包括至少ー個(gè)其它第一線圈(特別地提供表不與第一電流不同的相的其它第一電流)，其被布置在第一徑向位置處(因此在與第一線圈相同的徑向位置處)并適于被連接到第一功率電子設(shè)備(特別地第一轉(zhuǎn)換器)的另ー輸入端子(與另ー相相關(guān)聯(lián))；至少ー個(gè)其它第二線圈(提供具有其它相、特別是與流過(guò)所述其它第一線圈的其它第一電流相同的相的另ー第二電流)，其被布置在第二徑向位置處(因此在與第二線圈相同的徑向位置處)并適于被連接到第二功率電子設(shè)備(特別地第二轉(zhuǎn)換器)的另ー輸入端子(與所述其它相相關(guān)聯(lián))，其 中，根據(jù)分布式繞組的實(shí)施例，特別地，所述其它第一線圈的第一部分和所述其它第二線圈的第一部分被布置在第三槽中。此外，可以提供多于ー個(gè)其它第一線圈和多于ー個(gè)其它第二線圈，其中，所述至少一個(gè)其它第一線圈和所述至少一個(gè)其它第二線圈中的每ー個(gè)可以表示或者可以被提供為用于使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有特定電相的電流。特別地，總共可以支持三個(gè)相。根據(jù)定子線圈段的一個(gè)實(shí)施例，所述定子線圈段還包括至少ー個(gè)第三線圈(或者兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或者甚至更多第三線圈)，其被布置在不同于第一徑向位置且不同于第二徑向位置的至少ー個(gè)第三徑向位置處并適于被連接到至少ー個(gè)第三功率電子設(shè)備的輸入端子。因此，特別地，所述至少ー個(gè)第三線圈可以表示堆疊在由第一線圈或第二線圈沿徑向方向形成的徑向?qū)拥捻敳可系牧硗獾木€圈層。特別地，層的數(shù)目可以對(duì)應(yīng)于功率電子設(shè)備的數(shù)目、特別是轉(zhuǎn)換器的數(shù)目。從而，在功率電子設(shè)備中的ー個(gè)、特別是轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)出現(xiàn)故障的情況下，可以降低標(biāo)稱功率輸出的減少，以因此改善包括所述多個(gè)定子線圈段的發(fā)電機(jī)的效率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述定子線圈段還包括第一匯流條(特別是用于傳導(dǎo)第一電流、特別是高電流的電導(dǎo)體)，其被連接到第一線圈的一端(特別地連接到形成第ー線圈的卷繞導(dǎo)線的一端)；第二匯流條，其被連接到第二線圈的一端(特別地連接到形成第二線圈的卷繞導(dǎo)線的一端)，其中，所述第一匯流條可連接到第一功率電子設(shè)備的輸入端子，并且所述第二匯流條可連接到第二功率電子設(shè)備的輸入端子，其中，特別地，第一線圈的另一端(特別地形成第一線圈的導(dǎo)線的另一端)和第二線圈的另一端(特別地形成第二線圈的卷繞導(dǎo)線的第二端)可連接到或被連接到接地(或接地線)電位。第一匯流條和第二匯流條有利地允許將第一電流和/或第二電流傳導(dǎo)至第一電子設(shè)備和/或第二功率電子設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了ー種機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)，其特別地用于風(fēng)カ渦輪機(jī)，其中，機(jī)電換能器包括沿圓周方向并排地布置以形成環(huán)形定子線圈裝置的多個(gè)定子線圈段，其中，每個(gè)定子線圈段是根據(jù)如上所述的實(shí)施例配置的；以及至少ー個(gè)(特別是永久)磁體(特別是布置在不同圓周位置處的多個(gè)磁體)，其被布置為被電感地耦合到所述多個(gè)定子線圈段中的至少ー個(gè)的第一線圈和第二線圈中的至少ー個(gè)，其中，所述磁體可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。特別地，所述至少一個(gè)磁體(特別地所述多個(gè)磁體)被固定地連接到轉(zhuǎn)動(dòng)軸。特別地，可以從第一線圈和第二線圈徑向地向外或徑向地向內(nèi)布置磁體。由于包括在機(jī)電換能器中的每個(gè)定子線圈段處的第一線圈和第二線圈的布置，與常規(guī)機(jī)電換能器相比，上述機(jī)電換能器可以具有改善的效率、可靠性和耐用性。特別地，機(jī)電換能器可以包括準(zhǔn)確地四個(gè)定子線圈段、六個(gè)定子線圈段、八個(gè)定子線圈段或十個(gè)至二十個(gè)定子線圈段。特別地，包括在機(jī)電換能器中的定子線圈段的數(shù)目可以取決于由所述多個(gè)定子線圈段組裝而成的環(huán)形定子線圈裝置的直徑。特別地，包括在機(jī)電換能器中的多個(gè)定子線圈段的數(shù)目可以取決于定子線圈段的曲率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述機(jī)電換能器還包括第一功率電子設(shè)備(特別地第一轉(zhuǎn)換器)，其具有第一功率電子設(shè)備的輸入端子，其中，第一功率電子設(shè)備的輸入端子被連接到第一線圈(特別地被連接到形成第一線圈的導(dǎo)線的一端)；以及第二功率電子設(shè)備 (特別地第二轉(zhuǎn)換器)，其具有第二功率電子設(shè)備的輸入端子，其中，第二功率電子設(shè)備的輸入端子被連接到第二線圈(特別地被連接到形成第二線圈的卷繞導(dǎo)線的一端)。此外，特別地，機(jī)電換能器可以包括用于傳導(dǎo)具有其它相的電流的其它線圈，使得支持總共兩個(gè)相、三個(gè)相、四個(gè)相、五個(gè)相、六個(gè)相或者甚至更多相。特別地，可以支持三個(gè)相，并且第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器可以每個(gè)都包括三個(gè)不同輸入端子，用于輸入對(duì)應(yīng)于三個(gè)不同相的電流或能量信號(hào)，其中，所述相特別地被相對(duì)于彼此移位120°。必須注意的是已參考不同的主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。特別地，已參考方法類型權(quán)利要求描述了某些實(shí)施例，而且參考裝置類型權(quán)利要求描述了其它實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以上和以下描述推斷，除非另外通知，除了屬于ー種類型的主題的特征的任何組合之外，與不同主題有關(guān)的特征之間、特別是方法類型權(quán)利要求的特征和裝置類型權(quán)利要求的特征之間的任何組合將被認(rèn)為是利用本文檔來(lái)公開的。本發(fā)明的上文定義的方面和其它方面從下文將描述的實(shí)施例的示例是顯而易見的，并將參考實(shí)施例的示例來(lái)對(duì)其進(jìn)行解釋。在下文中將參考實(shí)施例的示例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于所述實(shí)施例的示例。


現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于所圖示或所描述的實(shí)施例。圖I示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子線圈段的沿徑向方向的透視圖，所述定子線圈段被連接到匯流條系統(tǒng)，其被連接到兩個(gè)轉(zhuǎn)換器以便形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)電換能器；
圖2示意性地圖示當(dāng)沿著在圖I中被標(biāo)記為II的方向在軸向方向上觀看時(shí)包括永久磁體的圖I所示的機(jī)電換能器；
圖3示意性地圖示如沿著垂直于徑向方向且垂直于圓周方向的軸向方向看的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子線圈段的一部分；
圖4示意性地圖示如沿著軸向方向看的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電機(jī)的一部分；以及 圖5示意性地圖示根據(jù)比較示例的機(jī)電換能器。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示采取示意性形式。應(yīng)注意的是在不同的圖中，為相似或相同的元件提供相同的參考標(biāo)記或提供參考標(biāo)記，其僅在第一數(shù)字內(nèi)不同于相應(yīng)的參考標(biāo)記。圖I示意性地圖示(近似地從徑向方向115)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子線圈段100，其被連接到匯流條系統(tǒng)101、102，該匯流條系統(tǒng)101、102又分別被連接到第一連接器103和第二連接器105。定子線圈段100包括共同地用參考標(biāo)記107來(lái)表示的一組六個(gè)串聯(lián)連接的第一線圈107a至107f和共同地用參考標(biāo)記109來(lái)表示的一組串聯(lián)連接的第二線圈 109a 至 109fo定子線圈段100可以用于發(fā)電機(jī)，其中，多個(gè)磁體圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸111旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)軸111對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)的軸向方向。第一線圈組107以及第二線圈組109沿圓周方向113延伸，例如跨越90°的角間隔。圖I的圖示示出定子線圈段，其實(shí)際上是變平到繪圖平面中的弧 的一部分，使得圓周方向113和軸向方向111形成直角坐標(biāo)系。徑向方向115垂直于軸向方向111、垂直于圓周方向113并因此垂直于圖I的繪圖平面。特別地，第一線圈組107沿著徑向方向115與第二線圈組109間隔開。此外，第一線圈組107與第二線圈組109電隔離和分離。線圈107中的每個(gè)都包括導(dǎo)電導(dǎo)線的ー個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線繞組，其中，導(dǎo)線繞組被相互隔離。第一線圈107a(是串聯(lián)連接的第一線圈組107a — 107f中的第一線圈)的一端被連接到第一匯流條117 (還被標(biāo)記為al)。第一線圈107f (是串聯(lián)連接的第一線圈組107a —107f中的最后弟一線圈)的一端被連接到弟一接地匯流條119 (在圖I中還被標(biāo)記為nl)。第一匯流條117被連接到第一轉(zhuǎn)換器103的輸入端子121。通過(guò)第一線圈組107a — 107f,在被電感地稱合到第一線圈組107a — 107f的(未不出的)一個(gè)或多個(gè)永久磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)感應(yīng)出電流II，其中，磁體圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸111旋轉(zhuǎn)。第一線圈107a — 107f中的每ー個(gè)中的導(dǎo)線匝數(shù)是常規(guī)定子線圈段中的匝數(shù)的一半，其中，僅沿著圓周方向在特定圓周位置處提供ー個(gè)線圏。特別地，第二線圈109a具有與第一線圈107a不同的徑向位置，但是第二線圈109a具有與第一線圈107a相同的軸向位置和相同的圓周位置。這也分別適用于對(duì)應(yīng)的對(duì)107b、109b ；. . . ;107f、109f。形成第二線圈109a的導(dǎo)線的一端被連接到第二匯流條122且形成第二線圈109f的導(dǎo)線的一端被連接到第二中性匯流條123 (在圖I中還標(biāo)記為n2)。第二匯流條122又被連接到第二轉(zhuǎn)換器105的輸入端子124。特別地，第一轉(zhuǎn)換器103和第二轉(zhuǎn)換器105被配置為將可變頻率能流或電流或電壓信號(hào)變換成固定頻率能流或電壓或電流信號(hào)，特別地具有將被提供給公用電網(wǎng)(未示出)的50 Hz或60 Hz的頻率。從而，第一轉(zhuǎn)換器的輸入端子122接收具有第一相的第一電流
II。另外的輸入端子125和126接收在另外的線圈(圖I中未示出)中感應(yīng)的電流，其中，這些另外的線圈具有與電流Il不同的相。類似地，第二轉(zhuǎn)換器105具有另外的輸入端子127和128，其用于接收具有與第二電流12不同的相的電流。特別地，第一電流Il和第二電流12具有相同的相。也就是說(shuō)，由于第一線圈組107a — 107f具有與第二線圈組109a — 109f相同的對(duì)應(yīng)圓周位置。根據(jù)圖I所示的裝置，提供了 2層、2轉(zhuǎn)換器發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。特別地，第一線圈107a —107f和第二線圈109a — 109f是以沿徑向方向115間隔開的雙層配置布置的。與圖5所示的常規(guī)系統(tǒng)相比，増加了可靠性和效率，因?yàn)楫?dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)換器103或第二轉(zhuǎn)換器105中的一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)電機(jī)可以繼續(xù)操作，而在圖5中，轉(zhuǎn)換器503的故障要求關(guān)斷發(fā)電機(jī)。特別地，圖5所示的比較示例的三個(gè)線圈507a、507b和507c被串聯(lián)地連接且其一端被連接到匯流條517，而另一端被連接到中性匯流條119。每個(gè)線圈507a — 507f由許多串聯(lián)線匝組成，其中，串聯(lián)線匝的數(shù)目是N，使得線圈507a — 507f中的每個(gè)填充磁軛中的一個(gè)槽。相反地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一 107a — 107f和第二線圈109a — 109f的匝數(shù)是N/2。從而，定子槽(例如圖3所示)的僅一半被第一線圈107a — 107f或第二線圈109a — 109f填充。然而，當(dāng)?shù)谝痪€圈107a — 107f和第二線圈109a — 109f被沿徑向方向115相互上下堆疊吋，(ー個(gè)或多個(gè))定子槽本質(zhì)上被填充。圖I所示的系統(tǒng)特別地可以應(yīng)用于直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，其定子可以由若干個(gè)定子段組成以促進(jìn)制造和物流，從而降低成本。因此，必需的是整數(shù)倍的串聯(lián)的線圈組填充ー個(gè)段的完整跨距，因?yàn)榭梢葬槍?duì)不同的段単獨(dú)地制造線圈的插入物和各段。圖2示意性地圖示包括圖I所示的定子線圈段100的發(fā)電機(jī)的各部分。圖2圖示沿著軸向方向211的發(fā)電機(jī)部分，其中，發(fā)電機(jī)部分(實(shí)際上是弧的一部分)被變平以位于圖·2的繪圖平面內(nèi)。特別地，軸向方向被標(biāo)記為參考標(biāo)記211，用參考標(biāo)記213來(lái)標(biāo)記圓周方向并用參考標(biāo)記215來(lái)標(biāo)記徑向方向。第一線圈207a的第一部分207al被布置在第一槽230中且第一線圈207a的第二部分207a2被布置在第二槽232中。根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，在兩個(gè)槽230和232之間，可以布置零個(gè)、ー個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或者甚至更多個(gè)槽。此外，第二線圈209a的第一部分209al也位于第一槽230中且第二線圈209a的第二部分209a2位于第二槽232中。多個(gè)磁體234被布置為被電感地耦合到第一線圈組207a — 207f和第二線圈組209a — 209f。如從圖2能夠看到的，第一線圈207a — 207f中的ー些被布置在第一徑向位置rl處且第二線圈209a — 209f中的ー些被布置在不同于第一徑向位置rl的第二徑向位置r2處。如從圖2能夠看到的，第一線圈207a — 207f中的其它ー些被布置在第二徑向位置r2處且第二線圈209a — 209f中的其它ー些被布置在不同于第一徑向位置r2的第一徑向位置rl處。在這些不同的群組之間存在調(diào)換區(qū)域233，其中，第一和第二線圈的導(dǎo)線沿徑向方向相互交叉。特別地，在第一線圈207a — 207f和第二線圈209a — 209f之間，將ー組對(duì)應(yīng)的絕緣元件236布置為將第一線圈與第二線圈電隔離。定子線圈段200沿圓周方向213延伸至范圍Λφ。根據(jù)示例性實(shí)施例，Λ φ可以例如是30°、60°、90°、120°。圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定子線圈段300的一部分的截面視圖。定子線圈段300包括磁軛335，其包括基底部分337以及至少第一突出體338和第二突出體340。在第一突出體338的ー側(cè)上形成了第一槽342，其中，在第一突出體338的另ー側(cè)和第二突出體340的ー側(cè)上形成了第三槽344。在第二突出體340的另ー側(cè)上，形成了第二槽343，使得第三槽344在第一突出體338與第二突出體340之間且在第一槽342與第二槽343之間。特別地，第一突出體338和第二突出體340沿著對(duì)應(yīng)的徑向方向315突出。第一線圈307a的第一部分307al和第二線圈309a的第一部分309al被布置在第一槽342中。第一線圈307a的第二部分307a2和第二線圈309a的第二部分309a2被布置在第二槽343中，其中，絕緣元件336被徑向地布置在第一槽342和第二槽343 二者中的第一線圈307a和第二線圈309a之間。在第三槽344中，在第二突出體340的ー側(cè)上，布置了另ー第一線圈340a的第一部分340al和另ー第二線圈346a的第一部分346al。所述另ー第一線圈340a和所述另ー第二線圈346a被提供為特別地分別經(jīng)由輸入端子125、127或126和128中的ー個(gè)向第一轉(zhuǎn)換器103和第二轉(zhuǎn)換器105供應(yīng)另ー電流(分別地另一第一電流和另ー第二電流，特別地具有與第一電流和第二電流不同的相)。此外，在第三槽344內(nèi)，在第一突出體338的另ー側(cè)上，另ー另外的第一線圈348a的第二部分348a2和另ー另外的第二線圈349a的第二部分349a2被布置為向第一轉(zhuǎn)換器103和105提供電流信號(hào)(甚至具有不同的相)，其分別可以特別地經(jīng)由端子125、127或126、128中的ー個(gè)被供應(yīng)給轉(zhuǎn)換器。這些電流提供另外的相。圖4示意性地圖示包括可以如圖1、2和/或3所示地配置的多個(gè)定子線圈段(特別地包括四個(gè)定子線圈段)的磁軛435。圖4描繪如沿著軸向方向411看的磁軛435。磁軛435包括基底部分437、第一突出體438、第二突出體440和第三突出體439，從而提供第一槽442、在第二突出體440與第三突出體439之間的第二槽443，并在第一突出體438與第ニ突出體440之間提供第三槽444。 特別地，四個(gè)定子線圈段400可以形成磁軛裝置435的環(huán)形圏。如上文特別地參考圖2和3所解釋的，第一線圈和第二線圈(以及還有其它第一線圈和其它第二線圈以及還有其它另外的其它第一線圈、其它另外的其它第二線圈)被布置在第一槽442、第二槽443和第三槽444內(nèi)。從而，第一線圈(或它們中的至少ー些)被布置在第一徑向距離處且第二線圈(或它們中的至少ー些)被布置在不同于第一徑向位置的第二徑向位置處?？梢詫⒔Y(jié)果得到的定子線圈段組裝以形成如圖4所示的環(huán)形結(jié)構(gòu)。另外，可以提供從突出體438、440和439徑向向外地定位的被可旋轉(zhuǎn)地支撐的永久磁體(圖4中未示出)。特別地，在一個(gè)定子線圈段中的第一線圈或第二線圈組中，可以將槽的數(shù)目計(jì)算為2*m* (每個(gè)相的串聯(lián)線圈的數(shù)目)。從而，此等式充當(dāng)確定用于提出的多轉(zhuǎn)換器多層風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的槽、定子段和/或串聯(lián)線圈的數(shù)目的約束。應(yīng)注意的是術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其它元件或步驟且“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。還可以將結(jié)合不同實(shí)施例所述的元件組合。還應(yīng)注意的是不應(yīng)將權(quán)利要求中的參考符號(hào)理解為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.用于機(jī)電換能器、特別是用于從機(jī)械能產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的定子線圈段，該定子線圈裝置包括 第一線圈(107&、207&、307&)，其被布置在沿徑向方向(115、215、315)的第一徑向位置(rl)處并適于連接到第一功率電子設(shè)備(103)的輸入端子(121)，其中，所述徑向方向垂直于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111、211、311、411);以及 第二線圈(109a、209a、309a)，其被布置在沿徑向方向的第二徑向位置(r2)處并適于連接到第二功率電子設(shè)備(105)的輸入端子(124)，其中，所述第二徑向位置不同于所述第一徑向位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定子線圈段，其中，所述第一線圈和所述第二線圈被沿著圓周方向(113、213、313)布置在相同的圓周位置處，所述圓周方向(113、213、313)垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸且垂直于徑向方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的定子線圈段，其中，所述第一線圈和所述第二線圈沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111、211、311)被布置在相同的軸向位置處。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的定子線圈段，還包括 絕緣元件(236、336)，其被徑向地布置在第一線圈與第二線圈之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的定子線圈段，還包括 至少ー個(gè)另外的第一線圈(107b)，其與第一線圈(107a)串聯(lián)地連接并且被布置在與第一線圈不同的圓周位置處；以及/或者 至少ー個(gè)另外的第二線圈(10%)，其與第二線圈(109a)串聯(lián)地連接并且被布置在與第二線圈不同的圓周位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定子線圈段，其中，所述至少ー個(gè)另外的第一線圈(107f)被布置在第二徑向位置(r2)處且特別地在與第一線圈相同的軸向位置處，以及/或者其中，所述至少ー個(gè)另外的第二線圈(109f)被布置在第一徑向位置(rl)處且特別地在與第二線圈相同的軸向位置處。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的定子線圈段，還包括 磁軛(335、435)，其包括用于支撐第一線圈和第二線圈的鐵磁材料，該磁軛包括基底部分(337、437)和第一突出體(338、438)，其從所述基底部分突出，使得形成至少第一槽(342,442)和第二槽(343、443)， 其中，第一線圈的第一部分(307al)和第二線圈的第一部分(309al)被布置在第一槽(342)中，并且其中，第一線圈的第二部分(307a2)和第二線圈的第二部分(309a2)被布置在第二槽(343)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定子線圈段，其中，所述第一突出體徑向地向外突出。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的定子線圈段，其中，所述磁軛還包括從磁軛的基底部分突出的第二突出體(340)， 其中，在第一突出體的ー側(cè)上形成第一槽， 其中，在第一突出體的另ー側(cè)上且在第二突出體的ー側(cè)上形成第三槽(344)， 其中，在第二突出體的另ー側(cè)上形成第二槽，使得第三槽在第一突出體與第二突出體之間且在第一槽與第二槽之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的定子線圈段，還包括； 至少ー個(gè)其它第一線圈(340a)，其被布置在第一徑向位置處且適于連接到第一功率電子設(shè)備的另ー輸入端子； 至少ー個(gè)其它第二線圈(346a)，其被布置在第二徑向位置處并適于連接到第二功率電子設(shè)備的另ー輸入端子， 其中，特別地，所述其它第一線圈的第一部分(340al)和所述其它第二線圈的第一部分(346al)被布置在第三槽中。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的定子線圈段，還包括 至少ー個(gè)第三線圈，其被布置在不同于第一徑向位置且不同于第二徑向位置的至少ー個(gè)第三徑向位置處并適于連接到至少ー個(gè)第三功率電子設(shè)備的輸入端子。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的定子線圈段，還包括 第一匯流條(117),其被連接到第一線圈(107a)的一端； 第二匯流條(122)，其被連接到第二線圈(109a)的一端，其中，所述第一匯流條能夠連接到第一功率電子設(shè)備(103)的輸入端子(121)且第二匯流條(122)能夠連接到第二功率電子設(shè)備(105)的輸入端子(124)，其中，特別地，第一線圈的另一端和第二線圈的另ー端被連接到接地電位(119、123 )。
13.特別地用于風(fēng)カ渦輪機(jī)的機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)，該機(jī)電換能器包括 多個(gè)定子線圈段(100、200、300、400)，其沿圓周方向(413)并排地布置以便形成環(huán)形定子線圈裝置，其中，每個(gè)定子線圈段是根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)而配置的； 至少ー個(gè)磁體(234)，其被布置為電感地耦合到所述多個(gè)定子線圈段中的至少ー個(gè)的第一線圈和第二線圈中的至少ー個(gè)，其中，所述磁體能夠圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的機(jī)電換能器，還包括 第一功率電子設(shè)備(103)，特別是第一轉(zhuǎn)換器，其具有第一功率電子設(shè)備的輸入端子，其中，所述第一功率電子設(shè)備的輸入端子被連接到第一線圈；以及 第二功率電子設(shè)備(105)，特別是第二轉(zhuǎn)換器，其具有第二功率電子設(shè)備的輸入端子，其中，所述第二功率電子設(shè)備的輸入端子被連接到第二線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于機(jī)電換能器的定子線圈段和機(jī)電換能器。描述了一種用于機(jī)電換能器、特別是用于從機(jī)械能產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的定子線圈段，該定子線圈裝置包括第一線圈(107a、207a、307a)，其被布置在沿徑向方向(115、215、315)的第一徑向位置(r1)處并適于連接到第一功率電子設(shè)備(103)的輸入端子(121)，其中，所述徑向方向垂直于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111、211、311、411)；以及第二線圈(109a、209a、309a)，其被布置在沿徑向方向的第二徑向位置(r2)處并適于連接到第二功率電子設(shè)備(105)的輸入端子(124)，其中，所述第二徑向位置不同于所述第一徑向位置。
文檔編號(hào)H02K1/17GK102684348SQ20121005932
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者M.基米亞貝吉 申請(qǐng)人:西門子公司