专利名称：用于风能设备的发电机和制造该发电机的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风能设备的发电机，其包含具有永久磁铁的转子和并且包含定子，转子与风能设备的翼式转子处于直接的传动连接，定子具有分层的铁芯、即由多个薄片部件制成的铁芯。本发明还涉及一种用于制造这种发电机的方法。
背景技术：
无变速器的风能设备的发电机(其直径可能大于5m)受各种破坏发电机气隙的精度的因素影响。与此相关的气隙通量密度的减小导致转矩减小和产生的电能的耗损。此外， 在转子和定子之间还存在摩擦接触的危险。尤其是由于发电机的大尺寸而导致一个大问题，即在精确保持气隙尺寸的情况下原地固定铁芯的承受强大磁力的部件。因此，这种传统发电机的制造在精确地加工固定部件和质量控制方面花费较高。
发明内容
本发明的任务是提供一种开头所提类型的新的发电机，其与现有技术相比制造在精确保持气隙尺寸的情况下可以以较少的花费制造。本发明解决该任务的发电机的特征在于，所述发电机构造成没有将转子和定子在外圆周上完全包围的支架壳体，并且定子的各单个薄片部件通过粘接或/和焊接彼此连接。根据本发明，具有彼此连接的薄片部件的分层的(geblecht)铁芯本身具有对于精确保持气隙几何尺寸决定性的支承功能。省略用于铁芯的昂贵的保持装置。发电机重量被减小了。在本发明的一种优选的实施方式中，转子为内转子，并且定子构成包围转子的外环。有利的是，定子的铁芯在外侧完全露出(暴露的)并且直接通过外部空气冷却。合乎目的是，铁芯在其外侧具有散热片，其与铁芯一体连接。在本发明的一种优选的实施方式中，所述分层的铁芯设置在背离翼式转子的基板和朝向翼式转子的、与基板和所述分层的铁芯共轴的加强环之间。尤其是基板和加强环通过多个轴向的、贴靠在铁芯外圆周上的支架连接。此外，如上所述，铁芯在外侧露出并可直接冷却。有利的是，铁芯由两种类型的不同成型的薄片分段构成。在激活区域中，薄片分段具有用于容纳定子绕组的线圈的轴向切口(槽和齿)。在绕组头区域中不存在定子齿，使得形成用于线圈端部的空间。因此，基板和加强环可在结构上构造得极其简单。在本发明另一种方案中，基板具有与转子的旋转轴线共轴的、用于轴支架的通孔， 所述轴支架容纳转子和翼式转子并且具有能靠置到该孔的边缘上的固定法兰。优选永久磁铁并非由稀土材料(例如Nei^eB)而由便宜得多的铁粉芯材料制成，并且转子也具有分层的铁芯，其包含多个通过粘接和/或焊接彼此连接的薄片部件。合乎目的是，所述定子的各薄片部件和可选地转子的各薄片部件还通过轴向销连接。在本发明一种特别优选的实施方式中，所述定子和可选地转子构成为多件式的、 尤其是构造成具有各个半部的两件式的。有利的是，定子和转子的半部可节省空间地彼此交叉插入和运输，定子和转子可彼此稳定地连接、即通过转子的永久磁铁的力作用。在本发明的另一种方案中，定子的和可选地转子的铁芯由放置在一起的 (aneinandersetzen)且分层放置的薄片分段构成，其中，依次相继的各薄片层的薄片分段
彼此重叠。合乎目的是，铁芯的集中绕组、即分层的铁芯的与极和相位相关的绕组切口的数量小于1，最小化绕组数量并且避免相间接头的重叠。由此一方面减小了接地和相间断路的危险，另一方面大大简化了定子的划分。在本发明的另一种方案中，发电机绕组可不由铜、而由铝丝制成。为制造上述发电机提出一种方法，该方法的特征在于，将所述定子的各部件包括薄片分段在内置入在外侧限定铁芯的夹紧装置中、将所述各部件彼此连接并且与夹紧装置连接并且与夹紧装置一起进行压紧及浸渍过程以及热处理，所述热处理用于各部件的连接或/和用于释放所述各部件之间的张力。当转子的部件附加于定子的部件也被装入所述的夹紧装置并且如定子的部件那样与夹紧装置一起加工时，其中定子的和可选地转子的部件可选地通过单独的连接件彼此焊接，那么尤其考虑通过热处理释放张力。然后通过热处理消除由于焊接产生的张力。在该方法的另一种实施方式中，转子的部件装入单独的夹紧装置中并且如定子的部件那样在于该夹紧装置对齐上的情况下进行加工。优选定子的和可选地转子的与相关的夹紧装置连接的部件借助粘接剂/树脂浸渍，并且粘接剂/树脂在热处理时硬化。一种已知的用于浸渍电气机器的方式是真空浸渍， 如DE 102 15 461 Al中所述。在此，粘接剂/树脂进入最小的间隙中并且完全湿润在各薄片部件之间的表面。在另一种已知的用于粘接薄片叠的方法中，事前对薄片部件镀以黑漆或热固性的粘结剂(例如参见DE 31 103 39 C2)，并且紧接着进行压紧和供入热量。合乎目的是，构成铁芯的、放置在一起的且分层的薄片分段在与夹紧装置连接前或连接中通过轴向销或单独的压紧装置压合。在本发明另一种方案中，定子和转子的薄片叠均由多个彼此分离的分段构成，所述分段被单独地粘接或焊接，分段的数量至少为二、优选为十二或十八。定子的薄片分段可包括作为加强元件的轴向加强肋，加强肋优选由压制或拉拔型材制成并且尤其通过弹力被插入分段中。定子的薄片分段可包括作为加强元件的粘入或/和焊接的接片或者说板，在其上向内连接加强的转子支架结构，转子支架结构优选具有用于调节到尽可能小的气隙的调节元件。优选定子分段和转子分段这样固定在发电机上，使得定子分段和转子分段在修理情况下可单个地径向向外地从保留在风能设备中的发电机中取出。优选定子在修理情况下可从构成基架的轴体上卸下并且可与转子连接，使得定子借助转子的驱动力矩旋转到适合于取出此分段的位置上，在该位置中待取出的分段优选完全位于上面。在本发明制造方法的另一种方案中，定子的与相关的夹紧装置连接的部件在浸渍之前设置有绕组，并且，薄片的粘接和绕组的浸渍在一个工序中进行。定子的与相关的夹紧装置连接的镀层的薄片部件也可以在粘接之前设置有单独的、例如通过树脂加固的绕组，使得薄片的粘接和绕组在槽中与薄片的粘接可通过溢出的胶水在一个工序中进行并且完全不用在树脂池中进行浸渍。转子的与相关的夹紧装置连接的部件在浸渍之前配备永久磁铁，从而薄片的粘接和将磁铁粘入薄片叠中在一个工序中进行。特别是转子的与相关的夹紧装置连接的镀层的薄片部件也可以在其粘接之前配备永久磁铁，使得薄片的粘接和将磁铁粘入磁铁容纳凹部中可通过溢出的胶水在一个工序中进行并且完全不用在树脂池中进行浸渍。
接下来借助一个实施例和与该实施例有关的附图进一步解释本发明。附图如下图1具有本发明发电机的风能设备的局部图；图2图1的视图的局部放大图；图3用于图1的本发明发电机的定子；图4图3的定子的局部图；图5和6为运输目的转子和定子的设置的解释图；图7和8图1的发电机的转子和定子的制造的解释图；图9转子和定子浸渍过程的解释图；图10至12具有本发明第二种实施例的发电机的风能设备的局部剖面图；图13图10至12的风能设备的头部的斜下方透视图；图14图10至13的风能设备的转子分段的透视图；图15和16图14的转子分段的细节图。
具体实施例方式图1示出的局部的风能设备具有在塔柱1上可围绕轴线2跟踪风的吊舱3，吊舱具有吊舱壳体4和设置在吊舱壳体4中的轴体5。在可围绕轴线2摆动的轴体5上在6和7处支承有可围绕轴线9旋转的翼式转子8。 翼式转子8的转子叶片10与轮毂11围绕大致垂直于旋转轴线9的轴线12可自身转动地连接。发电机13直接连接到翼式转子8上，发电机的转子15通过轮毂11的法兰14与翼式转子8处于直接的传动连接。转子15构成内转子并且被环形的定子16包围，该定子通过基板17和突出于轴体 5的环形法兰18与轴体5刚性连接。如图2清晰所示，定子16在其背离基板17的一侧上具有加强环19，加强环通过多个轴向支架20与基板17连接。在基板17和加强环19之间设置一个在外侧靠置到支架 20上的分层的铁芯21，铁芯通过穿过铁芯的轴向销22与基板17和加强环19连接。铁芯 21具有在图4中可见的、用于容纳定子绕组27线圈的轴向切口。有利的是，铁芯27具有两种类型的不同成型的薄片分段。在电磁激活的部分中，薄片分段具有用于容纳定子绕组 27的线圈的轴向切口(槽和齿)。在该激活部分之前和之后的绕组头区域中则不具有定子齿，使得形成用于线圈端部的空间。由此基板17和加强环19可在结构上构造得极其简单， 因为不必成形和加工圆柱形部件。转子15包括被保持在支承结构23上的分层的铁芯24，向铁芯中推入设置在支承轴中的、邻接发电机13的气隙25的、由铁粉芯材料制成的永久磁铁26 (图8)。支承结构23 除基板观外还包括加强环四和轴向的支架30，所述支架在内侧靠置到环形的铁芯M上。 销31穿过铁芯对，销将该铁芯与基板观和加强环四连接起来。如从单独示出定子16的图3中可看出，定子16被分为两个半部，这两个半部通过法兰32可彼此连接。在基板17中除用于轴体5的中心通孔33外还构造有一个通过活门 34可封闭的孔。该孔也位于转子15的基板观中。此外，基板17具有环绕的加强肋35。36 是设置用于转子的锁止销。图4示出连接装置37，其用于分为两部分的铁芯21。螺旋连接装置38将铁芯保持在一起。此外，从图4中可看出，该铁芯在其外侧具有散热片39。以均勻的距离在散热片 39之间构造底切槽40，连接装置37的部件可嵌入该底切槽中。相应地，对于分开的转子铁芯也需类似的连接装置，只是是在内侧上，因为转子是内转子。铁芯21由多个薄片分段41组合而成，其具有凹槽42以用来形成用于容纳定子绕组27的槽。转子15也分为两个半部，并且出于运输目的，转子和定子的半部可以彼此交叉插入，如图5所示。为了交叉插入，转子半部43按箭头44旋转180°转入定子半部中。为此使用图6所示的用于转子的具有旋转体45和固定法兰45的旋转装置。接下来参考图7和8解释上述发电机的制造。定子16的基板17被置入罐状的夹紧装置47中并且固定在那里。夹紧装置的直径正好等于定子16的铁芯21的外直径。在夹紧装置47上对齐的情况下，由薄片分段41组合成铁芯21。薄片层的薄片分段在48处彼此对接。薄片分段的层与层彼此重叠，这样构造其几何形状，使得在此通过凹槽42形成均勻分布于圆周上的用于定子绕组27的容纳槽50。当达到所希望的叠厚度时，各分段通过销22在使用通孔49的情况下彼此连接并且被压合在基板17和加强环19之间。也可使用单独的压紧装置来进行压合。当定子绕组安装到形成的槽50中后，将整个由夹紧装置47和定子的部件构成的装置借助粘接剂浸渍、尤其是浸入到粘接剂中，在可选地通过真空的吸作用使粘接剂进入各薄片分段之间和进入在绕组27与槽50的壁之间的间隙中。接着，在炉中对浸渍的装置进行热处理，使粘接剂硬化并且在各定子部件之间形成固定粘接。在将定子与夹紧装置分离后进行最终涂漆或镀粉。为制造转子15，使用夹紧装置51，其例如局部地在图8中示出。原则上在此进行和制造定子16相同的工序。铁芯M由各薄片分段52组合而成并且永久磁铁沈被导入薄片叠的形成的槽中。图9示出夹紧于共同的夹紧装置60上的定子16和转子15的共同浸渍，优选在真空条件下。夹紧装置60具有可移动的内部件61，内部件与转子铁芯M、转子基板23和加强环四连接并且允许以后可简单地拆卸定子16和转子15以便涂漆。在气隙中装入尺寸精确的、被镀以特氟隆的间隔板64，其可在该制造步骤之后简单地取出。定子铁芯21通过转子15的磁力被尺寸精确地固定。浸渍过程在部分以树脂填装的、耐压的容器63中进行。通过以所描述的方式在使用夹紧装置47、51的情况下制造定子16和转子15，得到高精度的、在很大程度上自承载的部件。气隙25的精度也相应高。在接下来的附图中，相同或作用相同的部件使用和前述附图中相同的附图标记， 其中，所涉及的附图标记均带有字母a。图10至12以局部剖面图示出的、具有翼式转子8a和轴体fe的风能设备包括用于锁止翼式转子8a的装置，该装置具有与轴体fe连接的用于容纳锁止销的套筒70和具有位于翼式转子8a的轮毂Ila的法兰14a中的孔71。根据图11，法兰1 可通过螺旋连接装置91与旋转于定子16a内部的转子15a连接。根据图10，转子与定子连接并且与转子连接的定子本身通过螺旋连接装置91与法兰 18a连接。如图12所示，此外通过螺旋连接装置91，定子可与转子连接并且与定子连接的转子自身可与翼式转子8a的轮毂Ila的法兰1 连接。定子16a和转子1 均由各分段构成。图14示出一个转子分段72。该转子分段包括通过销73被保持在一起的、具有板形中心接片75和外侧接片的薄片叠74。在中心接片和外侧接片之间分别向薄片叠中连入一个板形的中间接片77。中心接片75过渡到支架结构78。支架结构78的背离薄片叠74的端部件79用于与法兰Ha连接。通过两侧的端部件80可将各转子分段72彼此连接。中间接片77通过连接件81分别与一个在侧面突出于支架结构78的固定架82连接。在外侧接片76和固定架82之间分别存在通过两个螺纹杆84实现的连接，所述螺纹杆可拧入固定块83中，所述固定块与固定架82或者说外侧接片86连接。例如尤其从图16中可看出，薄片叠74具有在轴向方向上延伸的、用于容纳永久磁铁杆的通道85。这样设置包围永久磁铁杆的薄片的几何形状，使得避免通过薄片部件的软铁物质引起磁回流并且优化穿过间隙的磁通。图15中示出用于构成定子分段的薄片叠86。由销87固定在一起的薄片构成用于容纳定子绕组的槽88。薄片叠86在背离槽的一侧上构成轴向的沟槽89。这些沟槽彼此间隔地设有附加的凹处，在这些凹处中可插入轴向的加强肋90。所述可通过弹簧力弹性地插入的加强肋优选由压制或拉拔型材制成。构成调节元件的螺纹杆84允许在转子的整个轴向长度上精确地调节气隙的宽度。在定子分段有故障的情况下，定子16a按图12与转子1 和翼式转子8a连接并且与这些部件一同旋转，直至相关的分段朝向在图13中示出的、设置在吊舱壳体如上侧的举升装置92对齐。有故障的分段能够在该位置上从定子环中被抬出。当转子分段有故障时，首先如前所述将待拆卸的定子分段准确朝向举升装置92 对齐并且此后将定子按图11与法兰18a拧接。然后故障的转子分段可转入朝向已经对齐的定子分段对齐的位置。接着将定子分段和故障的转子分段通过举升装置92从定子环或者说转子环中抬出。
权利要求
1.用于风能设备的发电机(12)，其包含具有永久磁铁06)的转子(1 并且包含定子(13)，所述转子与风能设备的翼式转子(8)处于直接的传动连接，所述定子包括由多个薄片部件构成的铁芯(21)，其特征在于，所述发电机(13)构造成没有将转子(15)或定子 (16)在外圆周上完全包围的支架壳体，并且定子(16)的各薄片部件通过粘接或/和焊接彼此连接。
2.根据权利要求1的发电机，其特征在于，所述定子(16)构成包围转子(15)的外环。
3.根据权利要求1或2的发电机，其特征在于，所述分层的铁芯设置在背离翼式转子⑶的基板(17)和朝向翼式转子⑶的、与基板(17)和所述分层的铁芯共轴的加强环(19)之间。
4.根据权利要求1至3之一的发电机，其特征在于，所述分层的铁芯在绕组头区域中由不具有槽和齿的薄片分段构成，以保留用于绕组头的自由空间。
5.根据权利要求3或4的发电机，其特征在于，所述基板(17)具有与转子(1 的旋转轴线共轴的、用于轴支架(5)的通孔(33)，所述轴支架容纳转子(15)和翼式转子(8)并且具有能靠置到该孔的边缘上的固定法兰(18)。
6.根据权利要求1至5之一的发电机，其特征在于，所述永久磁铁06)具有铁粉芯材料，并且优选转子(1 也具有分层的铁芯(M)，其包含多个通过粘接和/或焊接而彼此连接的薄片部件。
7.根据权利要求1至6之一的发电机，其特征在于，所述定子(16)的各薄片部件和可选地转子(1 的各薄片部件还通过轴向销02、31)连接。
8.根据权利要求1至7之一的发电机，其特征在于，所述定子(16)和可选地转子(15) 构成为多件式的、尤其是构造成具有各个半部G2，43)的两件式的。
9.根据权利要求8的发电机，其特征在于，为了运输目的，所述定子(16)和转子(15) 的半部02、43)能够彼此交叉插入地相互连接。
10.根据权利要求2至9之一的发电机，其特征在于，所述定子(16)在外侧具有与分层的铁芯—体连接的散热片(39)。
11.根据权利要求1至10之一的发电机，其特征在于，所述定子(16)的和可选地转子 (15)的薄片层由放置在一起的且分层放置的薄片分段Gl)构成，其中，依次相继的各薄片层的薄片分段Gl)彼此重叠。
12.根据权利要求1至11之一的发电机，其特征在于，所述分层的铁芯的绕组槽 (50)的与极和相位相关的数量小于1，优选最小化绕组数量并且避免相位接头绳的重叠。
13.根据权利要求1至12之一的发电机，其特征在于，所述发电机绕组由铝丝构成。
14.用于制造风能设备的发电机的方法，风能设备的翼式转子(8)与发电机(1 的具有永久磁铁06)的转子(15)处于直接的传动连接，由薄片分段Gl)构成的分层的铁芯 (21)通过各薄片分段Gl)的排列成行和分层放置组合而成，其特征在于，将所述定子(16) 的各部件包括薄片分段Gl)在内置入在外侧限定铁芯的夹紧装置G7)中、将所述各部件彼此连接并且与夹紧装置G7)连接并且与夹紧装置G7) —起进行热处理，所述热处理用于所述各部件的连接或/和释放所述各部件之间的张力。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，除所述定子(16)的各部件之外，也将转子 (15)的各部件装入同一夹紧装置中并且如定子(16)的部件一样在夹紧装置上对齐的情况下进行加工。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，所述定子(16)的和可选地转子(1 的各部件彼此之间可选地通过单独的连接件焊接，并且通过热处理消除由于焊接产生的张力。
17.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述转子(16)的部件装入单独的夹紧装置 (51)中并且如定子(16)的部件一样在该夹紧装置上对齐的情况下进行加工。
18.根据权利要求14或17的方法，其特征在于，所述定子(16)的和可选地转子(15) 的与相关的夹紧装置(47、51)连接的部件借助粘接剂/树脂浸渍，并且所述粘接剂/树脂在热处理时硬化。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，所述浸渍通过吸真空得到支持。
20.根据权利要求14或19的方法，其特征在于，所述薄片分段(41、52)在与夹紧装置 (47,51)连接之前通过销(22、31)或单独的压紧装置压合。
全文摘要
本发明涉及一种用于风能设备的发电机(13)，其包含具有永久磁铁(26)的转子(15)并且包含定子(16)，所述转子与风能设备的翼式转子(8)处于直接的传动连接，所述定子包括由多个薄片部件构成的铁芯(21)。根据本发明，所述发电机(13)构造成没有将转子(15)或定子在外圆周上完全包围的支架壳体，并且定子(16)的各薄片部件通过粘接或/和焊接彼此连接。
文档编号F03D9/00GK102257270SQ200980151225
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月18日
发明者S·约克尔 申请人:风力导向有限公司