专利名称：具有用于横向分段连接的特殊端部线圈的分段制造技术
方法
技术领域：
本发明涉及用于环形发电机的定子的定子分段，环形发电机的定子装置和定子。
而且，本发明涉及生产用于环形发电机的定子的定子分段的方法。
背景技术：
在风轮机中，风能可以通过环形发电机转变成电力。环形发电机包括转子和定子，转子轴枢转式支承在该定子中。风轮机的转子叶片附着到转子轴上，以便风能使转子旋转，并因此通过电磁感应在定子中产生电力。 在常规风轮机中，转子叶片并因此转子轴的旋转速度很低。因此，在常规风轮机
中，可以设置齿轮箱，以便提供转子在定子内部的更高的旋转速度，用于提供有效的发电。 另一方面，使用齿轮箱可能由于齿轮箱的电阻而导致效率损失。因此，在现代化风
轮机中，定子的直径被制成很大，因此在转子的导电元件和定子的线圈之间的接触区可以
与转子轴的旋转轴线间隔开。因此，即使当转子轴缓慢地旋转时，在转子和定子之间的接触
区中的相对速度也增加。这导致风轮机中环形发电机的大直径必需从生产地点运输到安装地点。
发明内容
本发明的目的可以是提供合适的用于环形发电机的定子。 为了达到上述目的，提供独立的权利要求书所述的用于环形发电机的定子的定子分段、用于环形发电机的定子装置和定子及生产用于环形发电机的定子的定子分段的方法。 按照本发明的第一示例性实施例，提供一种用于环形发电机的定子的定子分段。定子分段包括基底元件和线圈元件，该线圈元件附着到基底元件上。基底元件包括连接区域。连接区域适合于将用于连接定子元件的连接线圈元件附着到另一个定子分段上。
按照另一个示例性实施例，定子装置包括定子分段和连接线圈元件。连接线圈元件包括可固定区域和可调区域。连接线圈元件的可固定区域固定到定子分段的连接区域上。可调区域调节到另一个定子分段的另一个连接区域，以便可调区域可附着到另一个定子分段的连接区域上。 按照另一个示例性实施例，提供用于环形发电机的定子。定子包括上述定子装置
的至少其中之一和上述定子分段的至少其中之一。定子装置和定子分段通过连接线圈元件
连接，该连接线圈元件附着到定子装置的连接区域和定子分段的连接区域。 按照另一个示例性实施例，提供一种生产用于环形电动机的定子的定子分段的方
法。线圈元件附着到基底元件上。基底元件的连接区域这样形成，以便用于将定子分段连
接到另 一个分段上的连接线圈元件可附着。 在术语"基底元件"下，可以代表定子的分段的平面或环形部分，其中基底元件可以例如由刚性材料如层压材料或金属组成。基底元件可以用重量轻的构造中形成，以便减轻环形发电机的总体重量。 在术语"线圈元件"下，可以代表一根导线或多根导线，其中每个导线都形成闭合的环，以便通过转子在定子内部的旋转可以由于电磁感应(洛伦兹力)而形成电力。线圈元件可以由若干单根导线组成，该单根导线插到层压制品如树脂中，用于提供良好的绝缘和冲击保护。这可以通过富含树脂的技术做到。 术语"连接线圈元件"可以代表上述线圈元件，尤其是至少一个形成环的导线，该线圈元件插在两个定子分段之间。连接线圈元件刚性地附着到至少一个定子分段上。
在常规风轮机中，应用环形发电机定子，该定子包括大直径。在大多数情况下，定子必需分成若干定子部分，以便分开运输定子部分。各定子部分必需在工作的地方组装。接着，当各定子部分组装在一起时，将导线附着到定子部分的表面上，以便每根导线都可以形成各自的定子线圈。因此，在原位，亦即在定子的工作区处，这些定子部分的耗时的安装工作必须完成。亦即，在把这些定子部分组装在一起成常规定子之后，所谓的线圈加工必需进行，同时包括线圈的导线的耗时的钎焊和拉紧。另外，当导线的钎焊和拉紧(亦即铜自由端)完工之后，必需完成浸渍过程，这也导致增加在应用的地点处成品定子的安装工作量。
在本发明的情况下，设置用于定子的定子分段和定子装置，该定子分段和定子装置包括基底元件，所述基底元件包括已经预先组装好的线圈元件。亦即，线圈元件用这种方式附着到定子分段上，以使线圈元件已经包括所有需要的连接和接口，并包括已经预定和预先确定的形状。而且，为了提供各定子分段的相互连接，各定子分段包括_连接区域，该连接区域适合于接收和附着连接线圈元件。这意味着，连接线圈元件可在定子分段的基底元件处附着到连接区域上。该连接线圈元件可以这样附着到连接区域上，以便将连接线圈的一部分能用其可固定区域固定到连接区域上，且其中连接线圈元件包括可调区域，该可调区域可调节到另一个定子分段的连接区域上。因此，定子分段(或包括连接线圈元件的定子装置)可以在制造地点处预先组装好，和然后在工作的地点处仅用少数另外的线圈加工连接到另一个定子分段上。换句话说，连接线圈元件可以用它的调节区域形成悬伸区域，其中悬伸区域可以用复杂而快速的方式附着到转子的可附着的定子分段上。
因此，在本发明的情况下，可以提供多个定子分段和定子装置成套施工工具，其中每个定子分段或装置可以用方便而快速的方式附着在工作的位置处，而不需要耗时的安装工作，如拉紧或钎焊。每个定子分段和定子装置都形成独立的和单独的元件。因此，用于环形发电机的定子可以具有大直径，而不会在运输期间或在环形发电机的安装放置处提供不可克服的问题。 按照另一个示例性实施例，基底元件包括线槽，线圈元件附着到该线槽上。线槽可以在基底元件的侧面例如通过铣削形成。在线槽(线沟道)的内部，可以插入线圈元件。因此，线圈元件的形状可以由线槽的形状限定。另外，在线槽的内部，可以安全地安装线圈元件，亦即可以保护线圈元件免受例如外部冲击的影响。 按照另一个示例性实施例，连接区域包括连接槽，该连接槽适合于接收连接线圈元件。 按照另一个示例性实施例，连接区域包括多个连接槽，该多个连接槽适合于接收多个连接线圈元件。连接槽可以在基底元件的连接区域中形成沟道或槽，用于接收连接线圈元件。因此，另一个连接线圈元件的悬伸可调区域可以悬挂或铰接到定子分段的连接槽中。因此，连接线圈元件用预定的位置和形状刚性地固定到定子分段上，该预定形状由连接槽的形状限定。因此，另外的组装工作，如在工作位置处组装操作期间连接槽的形状及连接槽的另一些电气连接的对准和调节可以不用。此外，可以设置一个以上的连接槽，以便可以将具有一个以上连接线圈元件另一个定子分段附着到定子分段上。 按照另一个实例性实施例，底板包括多个连接区域。在基底元件的每一侧上，都可以形成连接区域，以便在每一侧上可以附着另一个定子分段。因此，例如定子分段可以形成包括具有若干连接槽的连接区域，其中在每一侧处可以附着到不同定子分段中不同的连接线圈上。换句话说，定子分段可以设置凹形接头。形成为凹形接头的定子分段可以比包括连接线圈的定子装置更容易形成，因此可以减少定子分段的制造时间。 按照另一个示例性实施例，定子装置包括多个连接线圈元件。多个连接线圈元件的各自可固定区域固定到定子分段的连接区域上。多个连接线圈元件的各自可调区域被调节到另一些定子元件的另一个连接区域上，因此可调区域可附着到另一个定子分段的连接区域上。在本示例性实施例的情况下，多个连接线圈元件可以叠加在例如定子装置和定子分段之间的间隙上。因此，通过叠加间隙，可以提供更有效的从机械旋转转变成电力。
按照另一个示例性实施例，定子装置包括另一个线圈元件。线圈元件和另一个线圈元件用这种方式安排，以便形成叠加区域，用该叠加区域线圈元件叠加另一个线圈元件。因此，当叠加线圈元件和/或连接线圈元件时，可以提供改善的定子的效率。另外，线圈元件环的直径可以增加，因为线圈元件环不限于设置在相邻的线槽中，而是也可以放置在间隔开的线槽中。因此，可以提供合适的效率。 按照方法的另一个示例性实施例，连接线圈元件用可固定区域附着到连接区域上。连接线圈元件的可调区域被调节到另一个定子分段的另一个连接区域上，因此可调区域可附着到另一个定子分段的连接区域上。当在制造过程中已经调节连接线圈的可调区域时，连接线圈在组装定子分段和另一定子分段时的进一步调节不需要。亦即，连接线圈元件的可调区域可以例如通过用方便的方式将连接线圈悬挂到另一个定子分段的另一个连接区域上，在发电机的工作位置处附着到另一个定子分段上。因此，可以在安装位置处提供多个定子分段的方便而快速的安装方法。 按照本发明的另一个示例性实施例，调节连接线圈元件的可调部分的步骤包括将具有仿真(dummy)的连接区域的仿真分段附着到定子分段上的步骤。连接线圈元件的可调区域被调节到仿真(dummy)连接区域上，其中仿真连接区域包括与另一个定子分段的另一个连接区域相同的几何尺寸。通过本方法的示例性实施例，可以应用具有仿真连接区域的仿真分段，其中仿真分段在连接线圈元件的调节过程期间起模板的作用，因此可以在制造的地方可以生产精确尺寸连接线圈元件。因此，在制造过程期间可以不需要将两个定子分段连接在一起来对准和调节连接线圈元件的可调区域。因此，可以减少生产成本和场所。
按照另一个实例性实施例，连接区域可以被调节到工具元件，该工具元件具有与连接线圈的至少一部分相同的几何尺寸。因此，通过应用工具元件，可以把连接区域例如连接槽用方便而价廉的方式调节到连接线圈元件的可调区域的预定形状。
为了在形成连接区域和连接线圈之后除去工具元件和仿真分段，仿真分段及工具元件可以包括下述材料如覆盖有Teflon、聚丙烯或其它材料的钢材，上述材料提供对浸渍材料不粘着的性能。
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按照另一个示例性实施例，将具有调好的连接线圈元件浸渍，以便将调好的连接线圈的调好的形状固定。通过浸渍定子分段，可以保护定子分段和调好的连接线圈元件免受外部冲击的影响。另外，连接线圈元件的调好的形状可以通过浸渍材料固定，因此可以防止例如在运输期间调好的连接线圈元件的变形。 通过本发明，可以用多个定子分段和定子装置建造包括具有大直径的定子的环形发电机。若干定子分段可以用例如线圈元件预先组装，其中在工作区处定子分段的组装可以很方便，而没有主要的手动工作。因此，各线圈可以预先组装定子分段底板(例如层压分段)中，并固定在预定位置处。为了改善定子的电磁效应，至少一个连接线圈元件桥接在组装好的状态下两个定子分段之间的间隙。 在本发明的情况下，每个单独的定子分段都可以加工和制造成定子的完全独立的小部件。 为了在连接线圈元件的可调区域处提供所需的连接线圈元件的长度和形式，紧接着定子分段之后，在制造过程期间可以将临时附着的仿真分段临时附着到定子分段上。临时的仿真分段可以包括与另一个定子分段相同的形状。因此，仿真分段可以包括例如至少一个间隙，该间隙包括与另一个定子分段类似的几何尺寸。因而连接线圈可以放置到仿真分段和定子分段的连接区域中，并可以进行调节。 在完成线圈元件的附着并形成线圈连接元件之后，亦即在完成巻绕之后，可以完
成所有的拉紧和钎焊。在完成浸渍例如通过真空压力浸渍(VPI)之后，可以将线圈元件和
连接线圈元件的形状固定，并可以从定子分段中取出临时的仿真分段和工具元件。 最后，定子分段提供预先安装好的状态中所有需要的线圈元件和/或连接线圈元
件。当包括连接线圈元件时，连接线圈元件的可调区域另外提供合适的长度和形式。由于
浸渍作用，连接线圈元件和线圈元件还被密封。 当把工具元件插到连接区域上，例如插到连接槽中时，在密封过程之后或浸渍过程之后，将把工具元件取出，因此间隙各自的连接槽完全是空的，且不沾污浸渍材料。另外，为了提供槽的保护，在定子分段的整个运输期间可以附着工具元件。 所需注意，本发明的实施例参照不同的主题进行了说明。尤其是，某些实施例参照
设备类型权利要求书进行了说明，而另一些实施例参照方法类型权利要求书进行了说明。
然而，该领域的技术人员从上面和下面说明可以推断，附非另有说明，否则除了属于一种类
型主题的特点的任何组合之外，涉及不同主题的特点之间，尤其是设备类型权利要求书的
特点之间和方法类型权利要求书的特点之间的任何组合都可以认为是本申请的公开内容。 本发明的上述方面和另一些方面可以从下面说明的实施例的例子显而易见，并参
照实施例的例子说明。本发明下面将参照实施例更详细说明，但本发明不限于这些例子。
图1示出本发明的示例性实施例的定子分段和另一个定子分段的示意剖视图； 图2示出示例性实施例的定子分段的透视图； 图3示出本发明的示例性实施例在制造过程期间的定子分段； 图4示出本发明的示例性实施例在凸形接头类型中定子分段的透视图； 图5示出本发明的示例性实施例凹形接头类型的定子分段的透视图；禾口
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图6示出环形发电机的定子的透视图。
具体实施例方式
附图中的例图是示意图。应该注意，在不同的图中，类似或相同的元件具有同样的标号。 图1示出一种用于环形发电机的定子的定子分段100。定子分段100包括基底元件103和线圈元件101，该线圈元件101附着到基底元件103上。基底元件103包括连接区域104。连接区域104适合于将用于连接定子分段100的连接线圈元件102连接到另一个定子分段IIO。 在图1中，线圈元件101和连接线圈元件102连接到基底元件103的外侧上。在本发明的另一个示例性实施例中，线圈元件101和连接线圈102也可以附着到基底元件103的内侧(内表面，例如对准旋转轴)上。基底元件103可以包括线槽105和在连接区域104的区域中的连接槽106。线圈元件101和连接线圈102可以附着到线槽105和连接槽106上。在定子分段IOO和另一个定子分段IIO之间，连接线圈元件102附着到连接区域104和另一个连接元件104上。因此，定子分段IOO和另一个定子分段IIO之间的间隙通过连接线圈元件102桥接，以便提供合适的机电特性。 图2示出定子分段100的透视图。线槽105和连接槽106设到基底元件(底板)103的一侧上。线圈元件101附着到线槽105的内部。在定子分段100的较宽区域中，形成两个连接区域104。连接区域104沿着定子元件100的X轴线设置，以便沿着X轴线可以附着到另一个定子分段110上。 另外，图2示出多个线圈元件101和至少一个线圈连接元件102。连接线圈元件102和线圈元件101附着到基底元件103上，尤其附着到线槽105和连接槽106上，以便它们在叠加区域中相互叠加。在该叠加区域203中，线圈元件101，102的其中之一形成叠加平面，所述叠加平面具有叠加法线(NO)，其中叠加法线(NO)垂直于另一线圈元件101，102的平面的法线(NF)延伸。 连接线圈元件102附着到图2左侧处的连接区域104上。连接线圈元件102包括可固定区域201，该可固定区域201附着到连接区域104上，亦即附着到连接槽106上。另外，连接线圈元件102设-悬伸区域，该悬伸区域悬挂在基底103上，亦即连接线圈102设-自由环部分。该自由环部分形成可调区域202。可调区域202可以调节到另一定子分段110的另一连接区域104(例如调节到另一连接槽106)上。因此，可调区域202其长度被调节，并相对于另一定子分段110的另一连接区域104的连接槽106的形式形成。
在图2所示的定子分段100的右侧上，设置连接区域104，该连接区域104适合于接收另一个定子分段110中的连接线圈102。因此，图2所示的右侧连接区域104设置一 自由连接槽106，另一个定子分段110的连接线圈元件102可以附着到该自由连接槽106上。
因此，由于连接线圈元件102的可调区域202的调节，所以另一个定子分段110的另一个连接线圈102的可调区域202可以精确地装配到所示的定子分段100的连接区域104中(例如装配到连接槽106中)。 图3示出在制造过程期间分别在制造现场处的定子分段100。 一仿真分段301附着到定子分段100的连接区域104上，其中仿真分段301包括与另一个定子分段110相等的几何尺寸。仿真分段301还包括仿真连接区域302。仿真连接区域302可以包括例如仿真连接槽，其中仿真连接槽可以包括与连接槽106相同的几何尺寸。因此，在定子分段100的制造过程期间，连接线圈元件102可以附有它的可固定区域201。连接线圈元件102的可调区域202可以插到仿真连接区域302中，并对准和调节到所需的长度和形式。换句话说，形成线圈的导线可以从定子分段100的连接区域104巻绕到仿真分段301的仿真连接区域302上。当调节正确的长度和形式时，连接线圈元件102的导线可以密封、钎焊和/或拉紧，以便连接线圈元件102提供所需尺寸。 另外，在图3中，示出工具元件303。工具元件303可以提供与连接线圈元件102的至少一部分，例如与连接元件102的可调区域202相同的几何尺寸。因此，由于工具元件303的尺寸，所以可以形成线槽105和连接槽106(连接区域104)。因此，可以提供线槽105和连接槽106的精确制造，而不需要附着整个另外的定子分段110。 仿真分段301和工具元件303可以保护附着，直至施加成品定子分段100的浸渍作用。以后，可以将仿真分段301和工具元件303取出，并可以用于另一个必需生产的定子分段IIO。 图4示出定子分段IOO，尤其是定子装置的透视图，该定子分段100包括两个连接区域104。每个连接区域104上都附着一个连接线圈区域，每个连接区域104都具有可调区域202。因此，图4所示的定子分段100的示例性实施例形成一种"凸形接头"，包括例如连接槽106的另一个定子分段101可以附着到该"凸形接头"上。 图4示出每个连接区域104都包括一个连接线圈元件102。此外，每个连接区域104可以包括一个以上连接线圈102。尤其是，每个连接区域104可以包括2， 3， 4或多个连接线圈元件102。 图5示出本发明的另一个示例性实施例的定子分段IOO，其中示出两个连接区域104。每个连接区域分别适合于使连接线圈元件102附着(接收)另一个定子分段的连接线圈元件102的可调区域202。图5的示例性实施例的定子分段100在制造过程之后不包括连接线圈102，并因此形成所谓的"凹形接头"。定子元件100的连接区域204可以包括一个连接槽106，但也可以设置多个连接槽106如2，3，4和更多的连接槽106。因此，多个连接槽106的每一个都可以附着到另一个定子分段110的另一个连接线圈元件102上。因此，定子分段100的三个连接线圈元件102可以用它的可调区域202附着到另一个定子分段110的三个连接槽106上。 图6示出环形发电机的透视图，该环形发电机包括定子环601和转子602。多个
线圈元件101附着到定子环601的外表面上。当使转子602旋转时，电力可以导入定子环
601的线圈元件101中用于发电。定子环601的直径也许大，并因此难以运输。 应该注意，术语"包括"不排除其它元件或步骤，而"一个"不排除多个。另外上述
与不同实施例有关的元件可以组合。还应该注意，权利要求书中的标号不应看成是限制权
利要求书的范围。
权利要求
一种环形发电机定子的定子分段，定子分段(100)包括基底元件(103)，和线圈元件(101)，该线圈元件(101)附着到基底元件(103)上，其中基底元件(103)包括连接区域(104)，其中连接区域(104)适合于附着连接线圈元件(102)，该连接线圈元件(102)用于将定子分段(100)连接到另一个定子分段(110)上。
2. 如权利要求1所述的定子分段，其中基底元件(103)包括线槽(105)，线圈元件(101)附着到该线槽(105)上。
3. 如权利要求1或2其中之一所述的定子分段，其中连接区域(104)包括连接槽(106)，该连接槽(106)适合于接收连接线圈元件 (102)。
4. 如权利要求3所述的定子分段，其中连接区域(104)包括多个连接槽(106)，该连接槽(106)适合于接收多个连接线圈 元件(102)。
5. 如权利要求l-4其中之一所述的定子分段， 其中底板(103)包括多个连接区域(104)。
6. —种定子装置，包括如权利要求l-5其中之一所述的定子分段(100)，和连接线圈元件(102)， 其中连接线圈元件(102)包括可固定区域(201)和可调区域(202)， 其中连接线圈元件(102)的可固定区域(201)固定到定子分段(100)的连接区域 (104)上，其中可调区域(202)调节到另一个定子分段(110)的另一个连接区域(104)上，以便 可调区域(202)可附着到另一个定子分段(110)的连接区域(104)上。
7. 如权利要求6所述的定子装置，还包括 多个连接线圈元件(102)，其中多个连接线圈元件(102)的各自可固定区域(201)固定到定子分段(100)的连接 区域(104)上，禾口其中多个连接线圈元件(102)的各自可调区域(202)调节到另一个定子分段(110)的 另一个连接区域(104)上，以便可调区域(202)可附着到另一个定子分段(110)的连接区 域(104)上。
8. 如权利要求6或7所述的定子装置，还包括 另一个线圈元件(101)，其中线圈元件(101)和另一个线圈元件(101)以这种方式安排，以便形成一叠加区域 (203)，线圈元件(101)用该叠加区域(203)叠加另一个线圈元件(101)。
9. 用于环形发电机的定子，该定子包括 至少一个如权利要求6-8其中之一所述的定子装置， 如权利要求1-5其中之一所述的定子分段(100)，其中定子装置和定子分段(100)通过连接线圈元件(102)连接，该连接线圈元件(102) 附着到定子装置的连接区域(104)和定子分段(100)的连接区域(104)上。
10. —种生产环形发电机用定子的定子分段(100)的方法，该方法包括将线圈元件(101)附着到基底元件(103)上，禾口这样形成基底元件(103)的连接区域(104)，以便用于将定子分段(100)连接到另一个 定子分段(110)上的连接线圈元件(102)是可附着的。
11. 如权利要求10所述的方法，还包括将具有可固定区域(201)的连接线圈元件(102)附着到连接区域(104)上，禾口 将连接线圈元件(102)的可调区域(202)调节到另一个定子分段(110)的另一个连接 区域(104)，以便可调区域(202)可附着到另一个定子分段(110)的连接区域(104)上。
12. 如权利要求11所述的方法，其中调节连接线圈元件(102)的可调区域(202)包括 将具有仿真连接区域(302)的仿真分段(301)附着到定子分段(100)上， 将连接线圈元件(102)的可调区域(202)附着到仿真连接区域(302)上，禾口 将连接线圈元件(102)的可调区域(202)调节到仿真连接区域(302)， 其中仿真连接区域(302)包括与另一个定子分段(110)的另一个连接区域(104)相同 的几何尺寸。
13. 如权利要求10-12其中之一所述的方法，将连接区域(104)调节到工具元件(303)，该工具元件(303)具有与连接线圈元件 (102)的至少一部分相同的几何尺寸。
14. 如权利要求10-13其中之一所述的方法，浸渍具有经过调节的连接线圈元件(102)的定子分段(IOO)，以便固定调好的连接线 圈元件的调好的形状。
全文摘要
本发明涉及具有用于横向分段连接的特殊端部线圈的分段制造。本发明涉及用于环形发电机的定子的定子分段。定子分段(100)包括基底元件(103)和线圈元件(101)，该线圈元件(101)附着到基底元件(103)上。基底元件(103)包括连接元件(104)，其中连接区域(104)适合于将用于连接定子分段(100)的线圈元件(102)附着到另一个定子元件(110)上。
文档编号H02K15/02GK101789651SQ20101010934
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月23日
发明者H·斯蒂斯达尔 申请人:西门子公司