專利名稱：帶有環(huán)形發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，所述發(fā)電機(jī)有一個定子，在所述定子的內(nèi)周或外周上以互相隔開的關(guān)系設(shè)置有若干個槽，以便容納定子線圈。這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是公知的，如由ENERCON生產(chǎn)和銷售的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
在發(fā)電機(jī)領(lǐng)域中，生產(chǎn)定子線圈的公知工藝包括使用所謂的型卷線圈。這些型卷線圈是定子線圈的各個線圈，所述各個線圈的形狀適合定子槽和槽間隔，首先將所述各個線圈分別插入各個槽中，然后將它們連接在一起。
然而，可以理解的是，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在其工作期間總是受到高能級的負(fù)荷。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的功率輸出隨風(fēng)速的增加而增加，但同時機(jī)械負(fù)荷也增加。也就是說，從機(jī)械和電力學(xué)方面看，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的應(yīng)力同時有相當(dāng)大的增加。在高風(fēng)速時，該設(shè)備上的機(jī)械應(yīng)力很高，并且同時產(chǎn)生大量的電能，因此，電力部件上的應(yīng)力也很高。
在這種情況下，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)受到特別的應(yīng)力，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備受到機(jī)械和電應(yīng)力。該組合會引起某些問題，例如，如果由于產(chǎn)生了高電流，那么發(fā)電機(jī)區(qū)域的溫度會很高，并且，由于機(jī)械應(yīng)力，在各個部件之間的連接會受到振動的影響。如果還有熱膨脹引起的小量的間隙或松動效果，那么，可導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷不足或者甚至是破壞。
若這種麻煩涉及定子線圈或其中的某一相，那么至少該相在電能生產(chǎn)方面不能使用。而且，由于斷路而使該相作為操作無負(fù)荷模式時，還會在發(fā)電機(jī)中涉及其它的非對稱負(fù)荷。在這方面，甚至還沒有考慮因松動和可自由活動的部件如連接套筒而引起的機(jī)械破壞。
對于帶有72個磁極、以六相配置而纏繞的發(fā)電機(jī)定子的情形，就會有通過864個連接定位而連接在一起的432個型卷線圈。這些連接定位通常為螺釘、夾緊件或焊接連接的形式。
由于考慮到統(tǒng)計學(xué)上的概率(不管多么小的程度)，大量的連接定位和負(fù)荷的持續(xù)變化意味著即使很小心制造型卷線圈之間的連接，也會涉及一系列的麻煩。在這方面，前述情況僅考慮了一個定子。在大規(guī)模生產(chǎn)方面明顯會展現(xiàn)這種問題發(fā)生的真實可能性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種帶有一個線圈的定子，其中，可相當(dāng)大地減少上述問題。
在本說明書的開始部分所提出的該種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，通過連續(xù)貫穿的定子線圈可實現(xiàn)該目的。這種設(shè)置尤其避免了定子線圈各個部分之間的連接裝置。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所有相分別連續(xù)貫穿地纏繞在定子上。
為了能夠補償各個匝中電流位移效應(yīng)，從至少兩個導(dǎo)線束來產(chǎn)生該匝，其中，在每一個導(dǎo)線束中有多個互相絕緣的導(dǎo)線。這些導(dǎo)線束以預(yù)定的順序被插入定子的槽中，并且該順序還以預(yù)定的間隔改變，以便每一導(dǎo)線束通過該效果可盡可能均勻地被交替影響。有可能因為一個相的所有導(dǎo)線束的均勻影響而放棄補償措施。
為了在線圈的生產(chǎn)期間有利于操縱定子，以及為了提供有利于工作生理條件的位置，定子被放置在支架裝置上，其中，槽的高度為適合于生產(chǎn)線圈的工作高度，并且支架裝置允許定子周向轉(zhuǎn)動所希望的量。優(yōu)選的是，使用電機(jī)驅(qū)動器來實現(xiàn)上述的轉(zhuǎn)動。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選設(shè)計中，本發(fā)明還提供了至少一個掛架裝置，用于支撐至少一個帶有繞組線的線圈。該掛架裝置使得有可能操縱如導(dǎo)線束形式的繞組線，根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)線束的長度為相可被連續(xù)貫穿地纏繞在定子上。為此目的所需的導(dǎo)線束長度導(dǎo)致相當(dāng)重的重量，所述重量不能夠再由手工處理。
在特別優(yōu)選的實施例中，兩個帶有繞組線的各個鼓筒可被成對操縱，以便以這種方式能夠同時操縱兩個導(dǎo)線束，并且掛架裝置支撐三對帶有繞組線的鼓筒，以便利用這種掛架裝置，在定子上纏繞每相帶有兩個獨立的導(dǎo)線束的三相系統(tǒng)。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選設(shè)計中，帶有繞組線的鼓筒被設(shè)置為繞掛架裝置的轉(zhuǎn)動中心軸進(jìn)行樞轉(zhuǎn)。這種設(shè)置有可能補償導(dǎo)線束的扭曲，由于在掛架裝置上相應(yīng)轉(zhuǎn)動攜帶鼓筒，這會引起在固定裝置上的定子不轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明進(jìn)一步的有利實施例在從屬權(quán)利要求中說明。


參照附圖，下面將詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1為固定裝置中環(huán)形發(fā)電機(jī)定子的簡化視圖；圖2為導(dǎo)線束的剖視圖；圖3a示出了本發(fā)明帶有插入導(dǎo)線束的部分定子槽；圖3b示出了本發(fā)明(備選)帶有插入導(dǎo)線束的部分定子槽；圖3c示出了定子線圈的公知結(jié)構(gòu)；圖3d示出了本發(fā)明定子線圈的結(jié)構(gòu)；圖4為本發(fā)明的掛架裝置的簡化側(cè)視圖；圖5為掛架裝置的前視圖；和圖6示出了本發(fā)明用于生產(chǎn)定子線圈的定子和掛架裝置的配置。
具體實施例方式
在圖1中，標(biāo)號10表示具有槽12的定子，所述槽12在內(nèi)周上沿軸向延伸。這是發(fā)電機(jī)的最常見的結(jié)構(gòu)配置。轉(zhuǎn)子(沒有示出)位于定子10內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)配置被稱為內(nèi)轉(zhuǎn)子。換一種方案，在所謂的外部轉(zhuǎn)子情形中，轉(zhuǎn)子圍繞著定子10，槽12可被設(shè)置在定子的外周上。在圖中示出了放大的槽12。定子10被保持在固定裝置14上，所述固定裝置14放置在地上，并因此將定子10和尤其是槽12保持在一定高度處以形成一工作位置，所述工作位置適合工作生理條件。
由于這種環(huán)形發(fā)電機(jī)的定子10的直徑為數(shù)米，因此很重，定子10可轉(zhuǎn)動地被支撐在轉(zhuǎn)動支架16上，并能夠如沿箭頭方向轉(zhuǎn)動所希望的量，以便將待工作的槽12移動到所需的位置處。可以理解的是，利用驅(qū)動電機(jī)(沒有示出)也可產(chǎn)生定子10的轉(zhuǎn)動。
圖2示出了包括多個獨立導(dǎo)線22的導(dǎo)線束20，所述獨立導(dǎo)線22以束的形式被安裝在槽(圖1中的標(biāo)號12)中。在這種情況下，各個導(dǎo)線22通過涂層是互相絕緣的。
由各個導(dǎo)線22形成的導(dǎo)線束20具有以下優(yōu)點這些導(dǎo)線束的剖面形狀不是固定的，而是可變的，以便一方面它們可穿過相對狹窄的槽開口，但另一方面，為了獲得槽(圖1的標(biāo)號12)的充分填滿因素，通過適當(dāng)?shù)淖冃?，它們可最大程度地填滿較寬的槽斷面。
圖3a示出了定子10內(nèi)周的展開部分。這里，槽12被水平設(shè)置在另一個槽的旁邊。這里以簡化形式如圓形導(dǎo)線束20示出了安裝在槽12中的導(dǎo)線束。這些導(dǎo)線束20其中每2個合并形成相的一匝。圖中所示出的臂狀物24連接各對導(dǎo)線束20。因此，如圖中所示，相的兩匝被插入每一個槽中。為了更易于觀察視圖，以向上方向?qū)Ω鱾€導(dǎo)線束標(biāo)記數(shù)字1-4。為了區(qū)別這里所示的六相系統(tǒng)的各個相，在槽的下面通過標(biāo)識符P1-P6對它們進(jìn)行標(biāo)識。
從圖中可清楚地看出，導(dǎo)線束1和2總是形成第一匝，而導(dǎo)線束3和4總是形成第二匝，所述第二匝被插入相應(yīng)的槽12中。
首先觀看圖3a的左側(cè)，示出的相P1-P6以上升順序相互并置，并且將導(dǎo)線束連續(xù)標(biāo)有標(biāo)號4、3、2、1。在帶有相P6的槽12之后，從P1開始重新開始相的順序。在圖中所示的帶有相P5的第二槽12中，導(dǎo)線束20的順序被改變了。在其底部被設(shè)置在槽12中的第一匝還是包括導(dǎo)線束1和2，但現(xiàn)在它們的順序已被互換。同樣，第二匝還包括標(biāo)記有3和4的導(dǎo)線束20，但它們的順序也進(jìn)行了互換。在其旁邊所設(shè)置的相P6再次涉及已知的導(dǎo)線束的順序。
在該圖右側(cè)部分再次示出了相P1-P6。除了相P5的導(dǎo)線束20互換外，所述導(dǎo)線束分別被標(biāo)有1和2，及3和4，在這種情況下，還對相P3的導(dǎo)線束進(jìn)行了互換。可以理解的是，在這種情況下，標(biāo)有1和2的導(dǎo)線束20形成第一匝，并且標(biāo)有3和4的導(dǎo)線束形成該相的第二匝，但是可以理解的是，在該匝內(nèi)，導(dǎo)線束的位置被再次互換。
若已知磁場線不僅沿由槽12所橫向限定的磁鐵心26的縱向延伸，而且還穿過不同極性的兩個磁鐵心26之間的槽，那么這種互換的原因是很明顯的。在槽12中取決于其位置，這將導(dǎo)致各個導(dǎo)線束20中外殼或電流位移作用。
若以給定的間隔互換導(dǎo)線束的位置，那么每一匝的兩個導(dǎo)線束20相應(yīng)地交替受到這種作用，以便利用涉及互換位置和其頻率的適當(dāng)選擇，每一相的兩個導(dǎo)線束20受到大致均勻一致的作用，以便不會從非均勻作用流中導(dǎo)致嚴(yán)重的補償電流，并因此由發(fā)電機(jī)可傳送最大可能的電流。
因此，圖3b示出了帶有其中插入定子線圈或定子導(dǎo)線的定子槽的圖解，其中，可以看出，定子槽基本上填滿線圈，及還有可能看到電流沿導(dǎo)線(箭頭和箭尾)流動的方向。此外，為了更好地示出線圈方向的變化，與圖3a相比，還改變了相的排列。然而，圖3b的視圖還清楚地表明大于80％，優(yōu)選地大于95％的定子槽總空間填有線圈，因而，定子槽的空氣比率是極小的。
圖3c盡管沒有示出定子和其中插有線圈的槽，但示出了部分常規(guī)生產(chǎn)的線圈。在這種情況下，線圈由具有兩匝41、42的型卷線圈40形成。為了提高圖的清晰度，這些匝41、42以互相錯開的關(guān)系示出?？梢岳斫獾氖牵诓壑?在本圖中沒有示出)，它們的設(shè)置方式是一匝精確地疊在另一匝上。
該圖示出了每一個相的三個型卷線圈40。該間隔會引起該相的型卷線圈之間的交替設(shè)置為定子的另一相的型卷線圈，但在該圖中沒有示出它們。每一相的型卷線圈40可通過焊接或螺絲夾連接或類似的裝置互相連接在一起。
圖3c示出的這些連接具有潛在的麻煩。
圖3d示出了根據(jù)本發(fā)明的每一相的配置，所述相連續(xù)貫穿纏繞。在這種情況下，對應(yīng)于圖3b的視圖，該圖重新示出了每一相的部分線圈。在這種情況下，為了清楚地示出設(shè)計的特性，還以互相錯開關(guān)系示出各個匝41、42。
在本實施例中可以看到，利用本發(fā)明消除了所示出的換接如圖3b中的潛在的麻煩。因此，在各個線圈部分之間的換接處不再發(fā)生中斷。
圖4示出了用于導(dǎo)線束的掛架裝置30的側(cè)視圖，所述導(dǎo)線束用作繞組線。L-形基架31使得整個掛架裝置30被牢固地固定著。掛架板32通過旋轉(zhuǎn)支架33被連接到基架31上。掛架臂34被固定到掛架板32上，所述掛架臂34從掛架板32的中心向掛架板32的外周伸出預(yù)定的距離，并從掛架板32大體水平向外伸出預(yù)定的長度。
帶有用作繞組線的導(dǎo)線束的鼓筒36轉(zhuǎn)動安裝到這些掛架臂34的水平伸出部分上。
在掛架臂34的垂直部分和掛架臂34的水平伸出部分之間設(shè)置有旋轉(zhuǎn)支架(沒有示出)，所述掛架臂34的垂直部分平行于掛架板32延伸。旋轉(zhuǎn)支架與驅(qū)動器35協(xié)同操作并允許掛架臂34的水平部分繞其縱軸與設(shè)置在其上的鼓筒36一起作旋轉(zhuǎn)運動。這樣，有可能抵消在線圈的導(dǎo)線束之間纏繞定子線圈時發(fā)生的扭曲效應(yīng)。
圖5示出了掛架裝置30的前視圖。圖5示出的基架31自底部到頂部逐漸變細(xì)。設(shè)置有兩個橫向部分38、39，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
掛架板32轉(zhuǎn)動設(shè)置在基架31上。設(shè)置在掛架板32上的三個掛架臂34分別相差相同的角度(120°)，固定到大體水平伸出的懸臂部分為用于導(dǎo)線束的兩個獨立的鼓筒36。由于掛架板32是可轉(zhuǎn)動的支架，鼓筒36通過掛架臂34固定連接到所述掛架板32上，所以，該單元可由第二電機(jī)37轉(zhuǎn)動。
在定子10上生產(chǎn)線圈的操作中，每一個導(dǎo)線束20被插入槽12中，線圈的頭部彎向槽12的端部，并且線圈的頭部穿過新的平行延伸槽12。導(dǎo)線束20接著以這種方式再次彎曲，以便將其插入槽12中。在槽12的出口，導(dǎo)線束20的線圈頭部被再次彎曲，從而使其穿過下一個槽12?？梢岳斫獾氖?，在導(dǎo)線束20中還產(chǎn)生相應(yīng)的扭曲，所述導(dǎo)線線束20穿過鼓筒36。
鼓筒36成對設(shè)置在掛架臂34的水平部分上。當(dāng)該水平部分在驅(qū)動器35的作用下繞其縱軸轉(zhuǎn)動時，鼓筒36也將轉(zhuǎn)動。這樣，有可能抵消由相應(yīng)掛架臂34的轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的導(dǎo)線束的扭曲。
第二驅(qū)動器37設(shè)置在基架31和掛架板32之間，并允許其上設(shè)置有掛架臂34的掛架板32和鼓筒36轉(zhuǎn)動，以便實現(xiàn)定子架14上的定子10轉(zhuǎn)動，從而避免導(dǎo)線束的扭曲。
圖6示出了在掛架裝置30和定子10之間沒有導(dǎo)線束的簡化形式，及兩個掛架裝置30和待纏繞的定子10的排列。定子10被存放在固定裝置14上，并且可沿周向轉(zhuǎn)動(箭頭方向)。當(dāng)每一個掛架裝置30還可轉(zhuǎn)動支撐鼓筒36時，它們可根據(jù)對應(yīng)的轉(zhuǎn)動執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)定子的轉(zhuǎn)動。因此，規(guī)定兩個掛架裝置30中每一個都具有三對鼓筒的意思是指有可能在定子上同時纏繞六相。
應(yīng)該清楚，本發(fā)明不僅適用于用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的環(huán)形發(fā)電機(jī)，還基本適合任何同步發(fā)電機(jī)，其中，必須闡明本發(fā)明不涉及非常小規(guī)模的發(fā)電機(jī)，但涉及相當(dāng)空間程度的發(fā)電機(jī)，在某些情況下，其通常具有數(shù)百千瓦(KW)或更大功率的連接負(fù)荷。對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的環(huán)形發(fā)電機(jī)，如典型的額定輸出大于500KW，甚至早已試驗額定功率大于4MW的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)在將來將被使用。上述的同步發(fā)電機(jī)的定子重量僅數(shù)噸，對于大于4MW的環(huán)形發(fā)電機(jī)的情形，在某些情況下，其重量甚至大于50噸。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其具有(環(huán)形)發(fā)電機(jī)，所述(環(huán)形)發(fā)電機(jī)有一個定子，槽以相互隔開的關(guān)系設(shè)置在定子的內(nèi)或外周上，以便容納定子線圈，其中，線圈不中斷地連續(xù)貫穿地纏繞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于定子(10)具有至少兩相線圈，優(yōu)選為6-相線圈，所述線圈連續(xù)貫穿纏繞。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于每一相的各個線圈被設(shè)置在每一槽中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于不同相的槽線圈被設(shè)置為相鄰的關(guān)系。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于每一相的線圈包括至少一個導(dǎo)線束，優(yōu)選包括至少兩個導(dǎo)線束，其中，所述導(dǎo)線束包括多個互相絕緣的導(dǎo)線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于至少兩個導(dǎo)線束以互相疊置關(guān)系被設(shè)置在槽中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于在設(shè)置有多個導(dǎo)線束的槽中，上和下導(dǎo)線束的位置以預(yù)定的順序互換。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于被插入每一槽中兩匝優(yōu)選地對應(yīng)于相同的相。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的用于生產(chǎn)同步發(fā)電機(jī)定子的裝置，其特征在于用于定子的支架裝置，其中，定子以立姿被保持在其上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于至少一個驅(qū)動器用于沿其周邊方向轉(zhuǎn)動支架裝置上的定子。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于一掛架裝置用于保持至少一個帶有繞組線的鼓筒，掛架裝置與支架裝置(14)相分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于多個鼓筒成對設(shè)置，其中，鼓筒對以均勻的間隔關(guān)系被設(shè)置在抽象的圓上。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于掛架裝置設(shè)置在定子每一側(cè)上。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于若干對鼓筒與待纏繞在定子上的相的數(shù)目相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于掛架裝置中的每一個支撐各個半個鼓筒。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于大體上垂直設(shè)置有掛架板，及掛架臂從掛架板的中心向外伸出，以用于容納鼓筒。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于用于掛架板的可轉(zhuǎn)動支架。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于用于沿周邊方向轉(zhuǎn)動掛架板的驅(qū)動器。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的裝置，其特征在于鼓筒被安裝在掛架臂(34)的大體水平伸出的部分上，并且水平伸出的部分適合繞其縱軸轉(zhuǎn)動。
20.一種同步發(fā)電機(jī)，其包括轉(zhuǎn)子和定子，其中，在定子的內(nèi)或外周上具有以互相間隔關(guān)系設(shè)置的槽，用于容納定子線圈，并且定子線圈連續(xù)貫穿所述槽。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的同步發(fā)電機(jī)，其特征在于定子線圈為至少2相，優(yōu)選為6相特性，其中，不同相的線圈被設(shè)置在相鄰的槽中，其中，每一線圈包括至少一個具有多個導(dǎo)線的導(dǎo)線束，并且每一線圈優(yōu)選包括兩個導(dǎo)線束，所述導(dǎo)線束在定子外周處的槽內(nèi)的相互設(shè)置上有可能互換。
22.使用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的同步發(fā)電機(jī)。
23.一種用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的環(huán)形發(fā)電機(jī)，其中，定子被固定到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)掛架上，而同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子耦合到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有(環(huán)形)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，所述發(fā)電機(jī)具有定子，在定子的內(nèi)或外周上以互相隔開的關(guān)系設(shè)置有槽，以便容納定子線圈。為了提供具有線圈的定子，所述線圈大大減小高負(fù)荷對發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的麻煩，定子線圈被不中斷地連續(xù)貫穿纏繞。
文檔編號H02K3/48GK1537201SQ02815101
公開日2004年10月13日 申請日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本, 艾勞埃斯 烏本 申請人:艾勞埃斯·烏本, 艾勞埃斯 烏本