无传动装置的风能设备的同步发电机的制作方法

本发明涉及一种同步发电机、尤其无传动装置的风能设备的多极的同步环形发电机。此外，本发明涉及一种用于这种同步发电机的发电机定子以及一种具有这种同步发电机的风能设备。

背景技术：

在作为优先权基础的德国专利申请中，德国专利商标局检索了下述文献：DE 10 2011 078 025 A1、US 2005/0029 889 A1、AT 513 114 A1、DE 20 1011 078 025 A1和US 2005/0 218 744 A1。

风能设备普遍是已知的。风能设备借助于发电机从风中产生电流。现代的无传动装置的风能设备通常具有多极的同步环形发电机，所述同步环形发电机具有大的气隙直径。气隙的直径在此为至少四米并且通常达到几乎五米。由多个部件组装而成的同步发电机一定会具有在十米或者更大范围中的气隙直径。

同步发电机的效率决定性地影响整个风能设备在获得电流中的效率。为了在获得电流时实现尽可能高的效率，因此得出如下解决办法：最佳地设计定子绕组。对此尤其也包括：尽可能将大量的导体束安装在定子绕组中。因为借助于填充设置在定子中的槽来产生定子绕组当然通常手动地进行，以确保发电机的所需要的质量和安全性，所以不时地引起在填充相应的槽方面的波动并且导致槽中可用的填充空间无法最佳地被利用。

技术实现要素：

由此，将如下视为本发明的目的：消除在上文中所提到的问题中的至少一个。特别地，应改进同步发电机的效率。

本发明在开始描述类型的同步发电机中通过该同步发电机根据权利要求1构成的方式来实现本发明所基于的目的。特别地，提出一种用于产生电流的同步发电机、尤其无传动装置的风能设备的多极的同步发电机，所述同步发电机具有转子和定子，其中定子具有多个用于容纳呈导体束形式的定子绕组的槽，其中槽分别具有槽底部，所述槽底部的表面被轮廓化为，使得在进行填充时导体束的槽底部侧的第一层占据通过该轮廓预设的取向。

在无传动装置的风能设备的同步环形发电机中，将“多极的”理解为多个定子极、尤其具有至少48个定子齿的构成方案，通常甚至具有明显更多的定子齿，如尤其96个定子齿或者还更多定子齿。发电机的磁性有效的区域，即转子和定子，设置在围绕同步发电机的转动轴线的环形区域中，其中所述转子也能够称为电枢。因此，特别地，气隙半径的0至至少50％的范围没有如下材料，所述材料引导同步发电机的电流或者电场。特别地，该内部空间是完全空的并且基本上也是可通行的。通常，该区域也大于气隙半径的0至50％、尤其直至气隙半径的0至70％或者甚至0至80％。根据结构，在该内部区域中能够存在承载结构，但是所述承载结构在一些实施方案中能够在轴向上错开地构成。受功能所决定，无传动装置的风能设备的这种同步发电机是缓慢转动的发电机。根据设备大小，在此将缓慢转动理解为每分钟小于40转的转速，尤其每分钟大约4至35转。

本发明基于如下常识：当在槽中最下方的、即离槽底部最近的层由导体束不规则铺设时，在定子的槽的内部导致空间使用的匮乏。这也导致位于其下方的导体束的不规则的分布，从而不可避免地导致形成未使用的中间空间。在此，通过如下方式开始本发明：在槽底部处借助于轮廓化来预设起始轮廓，所述起始轮廓用于借助导体束进行填充。受槽底部的轮廓化所决定，首先填入到槽中的导体束位于预定的取向中。该第一层根据本发明随后借助于已经预取向的导体束在一定程度上形成跟随轮廓，所述跟随轮廓用于待填入到槽中的第二层导体束。其又形成用于待设置在其上方的导体束层的下一跟随轮廓等等。通过限定在槽底部处的第一层大致位置已经以这种方式使导体束的整个结构在槽中是更均匀的。由于这种均匀性，已经不那么强地引起未使用的中间空间的形成，由此槽内部的填充度提高，所述填充度也称为堆积密度。在此，精确地定位槽底部侧的导体束层根据本发明是不重要的。由于在接下来填入的导体束，相应位于其下方的导体束自动地被压入到均匀的间距中并且在已经铺设的导体束之间占据相应的位置。由此，仅关键的是，通过槽底部面的轮廓确定在该处安置的导体束的数量，并且这些导体束彼此保持一定间距。对此尤其参见接下来将阐述的有利的改进方案。

根据本发明的第一有利的改进方案，轮廓具有一个或多个凸起和/或一个或多个凹槽，所述凸起从槽底部处突出，所述凹槽进入到槽底部中。

优选地，轮廓构建用于：使槽底部侧的导体束以间距A彼此定位，所述间距被选择为，使得最大可设置在第一层中的导体束的数量相对于未轮廓化的槽底部减小。首先可能显得不利的是：将尽可能多的导体束堆叠到槽底部侧的最下方的层中。但是事实上在本发明的范围中证实：其恰好是如下这种限制，所述限制有利地引起导体束结构在槽中均匀地构成。

在一个优选的实施方式中，相邻的凸起之间的或相邻的凹槽之间的间距A’基本上等于导体束的一个层内部的分别相邻的导体束之间的间距A。

在本发明的范围中，将术语间距理解为平均间距，即从各导体束的中心至中心的间距或者从各凸起或各凹槽的中心至中心的间距。

在另一优选的实施方式中，相邻的凸起和/或相邻的凹槽之间的间距A’根据导体束的直径d被选择为，使得堆叠到第一层上的第二层的每个导体束贴靠出自位于高第二层下方的第一层的两个相邻的导体束。

优选地，间距A’或A在导体束直径d的1.5倍至1.85倍的范围中。

尤其优选的是，间距A或A’在导体束直径d的1.7倍至1.75倍的范围中。尤其优选的是，间距A或A’为导体束直径d的倍。在另一优选的实施方式中，槽分别从定子的环周面起向内延伸并且具有恒定的槽宽度B。由此，所述槽尤其具有两个平行的槽壁，所述槽壁从环周面起朝向槽底部延伸。

在另一优选的设计方案中，从等式B＝d(1+n·C)中得出槽宽度B，其中d是导体束直径，n是正自然数，并且C是在0.85至0.95的范围中的系数。换句话说，槽宽度B作为导体束直径d与系数C的乘积和导体束直径d的和得出，或者是该乘积的正整数倍和导体束直径d的和得出。特别地，“n”能够比导体束的数量小1，所述导体束能够设置成两个相邻的层，例如离槽底部最近的第一层和跟随其的第二层。在n＝7时例如产生如下槽宽度B，其中各四个导体束设置在相邻的层中。在n＝8时产生如下宽度，其中交替地将五个导体束在一个层中插入到槽中而将四个导体束在相邻的层中插入到槽中。在n的不同的偶数或者奇数中，情况是相应的。

在一个优选的实施方式中，C位于0.86至0.87的范围中。尤其优选的是，

在另一优选的实施方式中，轮廓的凸起在槽底部之上具有高度h，所述高度分别最大为导体束直径D的一半。替选地或者附加地，轮廓的凹槽具有进入到槽底部中的深度，所述深度分别最大为导体束直径d的一半。通过限制轮廓相对于槽底部的高度或深度，防止第二层的导体束以不期望的方式仅接触凸起上或者两个相邻的凹槽之间的区域，但是不与相邻的导体束接触，由此又避免了不均匀构成的一定风险，其中所述第二层铺到槽底部侧的导体束层上。

在一个优选的实施方式中，凸起和/或凹槽具有朝槽底部倾斜的侧面。这简化了以槽底部侧的第一层导体束填充槽。所插入的导体束能够沿着朝向槽底部倾斜部滑动并且以这种方式更快地进入到为其预设的位置中。

根据本发明的同步发电机的多个特征在该同步发电机的定子中体现。根据另一方面，根据本发明由此提出一种同步发电机的定子、尤其无传动装置的风能设备的多极的同步环形发电机的定子，其中定子具有多个用于容纳呈导体束形式的定子绕组的槽，其中所述槽分别具有槽底部，所述槽底部的表面被轮廓化为，使得在进行填充时导体束的槽底部侧的第一层占据通过该轮廓所预设的取向。以这种方式，之前所描述的定子也可以以相同的方式实现在根据本发明的同步发电机中所基于的目的。关于根据本发明的这个方面的优点和作为基础的常识，参见关于根据本发明的同步发电机的之前的实施方案。

根据本发明的定子优选以与根据本发明的同步发电机相同的方式改进，使得关于定子的优选的实施方式参见之前所描述的同步发电机的优选的实施方式。

本发明还涉及一种风能设备、尤其无传动装置的风能设备，其具有同步发电机。根据本发明提出，同步发电机根据在上文中所描述的优选的实施方式中的一个构成。

附图说明

本发明在下文中根据优选的实施例参考所附的附图详细阐述。在此示出：

图1示意性地示出风能设备的立体视图，

图2示意性地示出根据图1的风能设备的吊舱的立体剖视图，

图3简化示出根据图1和2的风能设备的定子的示意性的立体视图，

图4a示出在根据现有技术的定子中的槽的示意性的横截面视图，以及

图4b示出根据本发明的同步发电机的根据本发明的定子的槽的示意性的横截面视图。

接下来，相同的附图标记能够示出相似的但是不相同的元件。此外，相同的元件能够以不同的比例示出。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有转子106，，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子106在运行时通过风进入旋转运动从而驱动吊舱104中的发电机1(图2)。

吊舱104在图2中示出。吊舱104可转动地安装在塔102上并且借助于方位角驱动器7以常规已知的方式驱动地被连接。以还通常已知的方式，在吊舱104中设置有机器承载件9，所述机器承载件保持同步发电机1。同步发电机1根据本发明构成并且尤其是缓慢转动的、多极的同步环形发电机。同步发电机1具有定子3和内部运转的转子5，所述转子也称为电枢。转子或电枢5与转子毂13连接，所述转子毂将转子叶片108的因风引起的旋转运动传递到同步发电机1上。

图3示出定子3本身。定子3具有定子环16，所述定子环具有内部的环周面18。内部的环周面由第一端侧14以及与第一端侧14相对置的第二端侧16限界。在内部的环周面18中设有多个槽17，所述槽构成用于容纳呈导体束25、27、29(图4b)形式的定子绕组。槽17的结构上的构造从图4b中得出。槽17在第一端侧14和第二端侧16之间延伸并且平行于纵轴线A定向。纵轴线A是在发电机1中的转子5的转动轴线。

槽17的设计方案在下文中、尤其也在对比观察根据图4a的非根据本发明的未轮廓化的槽N的情况下来探讨。在根据图4a的槽N中，可以清楚看到：多个导体束L以基本上无序设置的方式填入槽N中。由此产生具有小的堆积密度的区域，例如区域B₁和B₂。由此，整体上在根据图4a的槽N中仅进行次优的填充。

与此相反，图4b示出根据本发明的定子3的或同步发电机1的槽17。槽17具有槽宽度B。槽侧向地由两个平行的侧壁19a、b来限界，所述侧壁从环周面18(图3)朝向槽底部21延伸。在槽底部21的面上构成有多个、当前为四个的向内突起的凸起23，所述凸起分别具有相对于槽底部21的高度h。凸起23彼此间分别以间距A’设置。由于凸起23的设置，导体束L的槽底部侧的第一层25在槽17中设置在最下方。由于凸起23，第一层25的导体束彼此间分别以间距A设置。优选地，间距A对应于凸起彼此间的间距A’，其中在此分别观察中心点彼此的间距。

由于第一层25的导体束L通过凸起23预设的取向，在继续进行填充时，第二层27中的导体束L分别插入到槽中，使得所述导体束设置在第一层25的两个相邻的导体束L之间的缝隙或者“谷状部”中。凸起23彼此间均匀的间隔由此除了第一层25的导体束L的均匀的间隔外还产生第二层27的导体束L的均衡的间隔。这对于由导体束构成的第三层29和其它层而言接连继续进行。导体束均具有相同的直径d。

在所示出的实施例中，高度h小于或等于导体束直径d的一半。两个相邻的导体束之间的间距A位于导体束直径d的1.5倍至1.85倍的范围中。

如从图4b中直接可见，所有导体束的中心点在所示出的横截面视图中嵌入到均匀的网格中，使得除了设置在槽17的边缘(侧壁19a、b和槽底部21)处的导体束之外，每个导体束具有六个离得最近的邻居，其中理想地，各三个离得最近的导体束彼此展开一个等边三角形。由此实现了相对于根据图4a的视图优化的填充或堆积密度。尤其优选的是，凸起23由与导体束L相同的材料构成，由此也还能够使用由凸起23所占据的空间。

第二层27的和每个跟随的层29的每个导体束优选在两个接触点处安置在分别位于其下方的导体束上。第二层27的导体束L在单独情况下也能够与凸起23接触，其中当然由于凸起23的受限的高度h而限制不均匀性的构成。

根据图4b的槽17的宽度B在当前情况下为d(1+7C)，其中C位于0.85至0.95的范围中。