发电机、优选为风力涡轮机的发电机的制作方法

本发明涉及一种发电机、优选为风力涡轮机的发电机。

背景技术：

ep2670026a1示出了一种用于风力涡轮发电机的定子的定子堆叠（statorstack）。所述定子堆叠包括若干叠片。第一中间叠片包括用于在第一叠片和第二叠片之间形成冷却通道的第一开孔，使得冷却流体可被引导通过所述冷却通道。

ep2600495a1示出了一种用于风力涡轮发电机的定子的定子堆叠。所述堆叠包括具有大体平面的表面的多个板，所述表面比沿径向方向在更大程度上沿周向方向延伸，其中，所述多个板包括至少具有第一形状的第一贯通开口的第一板，以及具有不同于第一形状的第二形状的第二贯通开口的第二板，其中，这些板被界定在它们的主表面处，以形成堆叠，使得冷却管通过第一贯通开口和第二贯通开口的至少部分的重叠而形成在所述堆叠内，其中，冷却流体可在冷却管内被引导。

现代风力涡轮发电机的日益增加的标称功率导致功率损耗增加以及产热增加。

因此，本发明的目的在于给发电机提供高冷却性能。

技术实现要素：

该目的通过独立权利要求的特征来解决。

本发明的另外的实施例和改进方案在从属权利要求中列出。

一种发电机，优选为风力涡轮机的发电机，包括用于产生电力的具有定子和转子的发电机，

-所述定子包括叠置的叠片和定子绕组，

-所述转子包括磁体，并且沿周向方向可旋转，

-所述磁体和所述定子绕组通过沿周向方向延伸的气隙面向彼此，

所述定子或所述定子的定子部段包括叠置在彼此上的第一叠片和第二叠片，

-所述第一叠片包括从第一定子轭区域沿径向方向延伸的第一定子齿区域，

-所述第一定子齿区域包括沿径向方向延伸的闭合的第一贯通开口，

-所述第二叠片包括从第二定子轭区域沿径向方向延伸的第二定子齿区域，

-所述第二定子齿区域包括第二贯通开口，所述第二贯通开口沿径向方向延伸并且在所述定子齿区域处包括气隙侧的开口和非气隙侧的闭合的端部，

-所述第二定子轭区域包括第三贯通开口，所述第三贯通开口沿径向方向延伸并且包括非气隙侧的开口和气隙侧的闭合的端部，

其中，所述第一叠片的闭合的第一贯通开口与定位成与所述第一叠片相邻的所述第二叠片的第二贯通开口重叠，从而形成/构建沿轴向方向的第一流体连接。所述第一叠片的闭合的第一贯通开口与定位成与所述第一叠片相邻的所述第二叠片的第三贯通开口重叠，从而形成/构建沿轴向方向的第二流体连接。

所述定子或定子部段以相当低的压力损失提供了高冷却性能，并且提供了大的冷却表面，所述冷却表面通过冷却管道和连接提供。此外，所述贯通开口不显著减弱通过定子绕组产生的叠片中的磁通。此外，均匀分布的小的径向冷却通道提供平滑的磁通，从而减小发电机的转矩波动。

可选地，所述发电机还能够作为电动机工作或是电动机。

优选地，闭合的第一贯通开口沿径向方向延伸到第一轭区域中，并且第三贯通开口的气隙侧的闭合的端部终止在第二定子轭区域处。因此，增加了机械稳定性和磁通截面。

优选地，叠置成彼此相邻的第一多个叠片具有第一叠片的类型。

叠置成彼此相邻的第二多个叠片具有第二叠片的类型。

第一多个叠片和第二多个叠片被定位成沿轴向方向交替地彼此相邻，其中，

叠置的叠片的第一贯通开口、第二贯通开口和第三贯通开口形成沿径向方向的第一、第二和第三流体（冷却）管道，

所述第一流体管道和所述第二流体管道经由相应的第一流体连接来连接，以及

所述第一流体管道和所述第三流体管道经由相应的第二流体连接来连接，

因此，形成流体管道的网络，所述网络使得冷却流体能够在所述气隙和所述定子或所述定子部段的非气隙侧之间流动。

优选地，所述第一贯通开口和/或所述第二贯通开口的宽度在1mm和20mm之间，更优选为在2mm和5mm之间。

优选地，通过定子绕组的电流在定子齿中产生的热将通过叠置的叠片被传递给短距离内的冷却流体，从而避免定子齿中的热点。

作为示例，叠置的叠片的定子齿区域的任何点或位置和最近的（冷却）流体管道和/或（冷却）流体连接321、320之间的最大距离dmax小于10mm，更优选为小于5mm，或更优选为小于3,5mm。由于所公开的风道设计，叠置的叠片的定子齿区域的任何点或位置和处于定子齿区域的内部中的最近的（冷却）流体管道和/或流体连接之间的距离小于在定子齿的大多数点/位置的最大距离。

叠置的叠片的任何点和（冷却）流体管道和/或（冷却）流体连接之间的最大距离小于10mm，更优选为小于5mm，更优选为小于3,5mm。

优选地，所述第一叠片和所述第二叠片覆盖有涂层，所述涂层是非导电的，以防止涡流。

优选地，其中，第一、第二和第三贯通开口的壁没有涂层，以增加热导率并且便利叠片的生产。

优选地，所述第一叠片和所述第二叠片的外部形状和尺寸是基本上相同的。

优选地，第二叠片的第三贯通开口的宽度沿径向和非气隙的方向增加，从而形成扩散器，以便降低流体流阻。因此，通过仅切割出第三贯通开口到第二叠片中，能够以简单的方式来制造例如扩散器之类的复杂形状。

优选地，第一流体管道和第二流体管道具有矩形或优选为基本上方形（quadratic）的截面。

优选地，所述叠片的厚度在0.1mm至2mm之间。

优选地，所述发电机的标称输出功率多于100kw（千瓦），优选为多于1.5mw（兆瓦）。

优选地，所述磁体为永磁体，优选为具有ndfeb类型的永磁体。

优选地，无贯通开口的第三叠片在所述定子部段的一个或两个轴向端部上形成所述定子或所述定子部段的终端，其中，可选地，所述第三叠片包括对应于所述第一流体连接和所述第二流体连接的面积和尺寸的贯通开口。

优选地，所述第一贯通开口的宽度和/或所述第二贯通开口的宽度在1mm和20mm之间，更优选为在2mm和5mm之间。

所产生的相当小的贯通开口使得能够实现通过定子绕组产生的定子齿中的平滑磁通。

优选地，所述第一叠片的第一贯通开口的长度相对于所述第二叠片的第二贯通开口的长度的比率在2和5之间，优选为在3和4之间。所产生的第一贯通开口的较短的长度导致高机械稳定性。

优选地，第一流体管道和第二流体管道具有矩形或方形的截面。

优选地，所述叠片通过树脂来固定和/或嵌入到彼此。

优选地，所述第一多个叠片包括一个至八个之间的第一叠片，优选为两个至六个之间、优选为三个至五个之间的第一叠片。第二多个叠片包括一个至八个之间的第二叠片，优选为两个至六个之间、优选为三个至五个之间的第二叠片，

其中，第一多个的数量沿轴向方向能够有所不同，

其中，第二多个的数量沿轴向方向能够有所不同。在制造期间，需要注意包括仅一个叠片的第一多个叠片和/或第二多个叠片，这是因为固定叠片的树脂不应覆盖或封闭小的流体管道。为了简化和理解的原因，表达“多个叠片”也涵盖明显无法叠置到彼此的“一个叠片”的数量。

优选地，定子沿周向方向被分段成多个定子部段，以便更容易地运输和安装大的定子。

优选地，相邻的第一叠片和第二叠片的贯通开口的区域形成第一流体管道和第二流体管道的平行于周向方向和径向方向所张成的平面延伸的壁，其中，相邻的第一叠片或相邻的第二叠片的贯通开口的重叠区域形成第一流体管道和第二流体管道的平行于轴向方向和径向方向所张成的平面延伸的壁。

优选地，一个或若干个无贯通开口的第三叠片位于所述第一多个叠片和所述第二多个叠片之间，或者位于两个第一叠片之间或两个第二叠片之间，从而使得能够实现沿轴向方向的流体管道的相应的截面面积的限定的适配或沿轴向方向的风道的数量的适配。

优选地，一个或多个第二叠片包括相应的闭合的第四贯通开口，所述闭合的第四贯通开口与相邻的第一叠片的第一贯通开口重叠，从而形成/构建在两个相邻的第一风道或两个第一贯通开口之间沿轴向方向的第三流体连接，所述相应的闭合的第四贯通开口优选地沿径向方向延伸。因此，气流更均匀地分布，以如上文所提及的减少定子齿区域中的热点。

优选地，径向延伸的贯通开口/流体管道的宽度是基本上相等的，从而导致径向流体管道的相等的截面面积和平滑的流体流动。

优选地，所述第一叠片的径向延伸的第一贯通开口在所述定子齿区域的中心区域处被分成闭合的径向延伸的第五和第六贯通开口，其中，所述第二叠片包括闭合的第四贯通开口，所述闭合的第四贯通开口沿径向方向延伸，并且位于所述定子齿区域的中心区域处，

其中，所述第五和第六贯通开口的两个相应的末端部分相应地与所述闭合的第四贯通开口的两个末端部分重叠，以形成沿轴向方向的相应的流体连接。因此，由于冷却流体流的更均匀的分布而减少了热点。

必须要注意的是，已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，一些实施例已参考方法类型的权利要求来描述，而其他实施例已参考装置类型的权利要求来描述。但是，本领域技术人员将会从上文和下面的描述获悉，除非另外声明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合外，与不同主题相关的特征之间的任何组合、特别是方法类型权利要求的特征和装置类型权利要求的特征之间的任何组合也被认为利用本文档公开。

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1示出了风力涡轮发电机的原理性局部视图；

图2示出了沿图1中所示的风力涡轮发电机的线ii-ii的原理性剖视图；

图3示出了作为图2或图7的定子的一部分的叠片的3d视图；

图4示出了图3的叠片的一个放大部分的3d视图；

图5利用图3的定子的一个放大部分的3d视图示出了图3的叠片的另一实施例；

图6利用图3的定子的一个放大部分的3d视图示出了图3的叠片的另一实施例；

图7示出了包括图4和图5中公开的叠置的叠片的叠层定子部段的一个放大部分；

图8图示了第四叠片，其是图5的第一叠片的修改；

图9图示了第五叠片，其是图6的第二叠片的修改。

附图中的图例是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相同的元件或特征配有相同的附图标记。为了避免不必要的重复，已关于先前描述的实施例说明过的元件或特征不会在本说明书中稍后的位置处再次说明。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机1的原理性局部剖视图。风力涡轮机1是准备用于陆上或海上应用的直驱式风力涡轮机，并且包括可旋转的转子轮毂2，所述转子轮毂2具有附接到所述转子轮毂2的若干转子叶片3。转子轮毂2适于将旋转运动传递给转子4。转子4相对于定子5可旋转地支撑，并且包括安装在所述转子4的内表面上且面向定子5的永磁体11。因此，转子6被支撑在设置于不可旋转的中空轴8上的相应的轴承单元7上，由此，定子5被支撑在定子机座9上。定子机座9被直接支撑在中央的中空轴8上，所述中空轴8沿90°的圆角（roundedangle）延伸，并且被连接到竖直的风力涡轮机塔架20。

气隙10沿轴向方向404在定子5和转子4的永磁体之间延伸。气隙10的径向尺寸为大约6mm。定子5和转子4二者构建发电单元，即，风力涡轮机1的发电机12。发电机12具有“外部转子4-内部定子5”的构型。发电机12的中心轴线被表示为a。在转子4的非驱动端上，安装有转子制动盘22。在驱动端上，转子4被连接到轮毂2。

位于定子5处或机舱21处的一个或若干个风机600操作来在发电机中产生冷却流体流，以在定子部段5'的冷却管道315、316的开口317、318（图7）之间提供压力差。

如从示出了沿图1中的线ii-ii的原理性剖视图的图2可辨别的，定子5沿周向分段，即，包括周向设置的成环形分段状（ring-segment-like）形状的定子部段5'。转子4在它们面向定子的一侧上保持若干永磁体11。定子部段5'各自保持若干定子绕组22（在图1中示出）。相邻的定子部段5'被固定至彼此，并且被固定至定子机座9或固定至处于定子5的每个轴向端部上的定子板90。

图3图示了叠片100的3d视图，所述叠片100可被叠置，以形成如图1中发电机12的定子部段5'或根据图7的叠层布置结构的一部分的定子布置结构。叠片100没有公开如在接下来的附图中示出的冷却装置的贯通开口（throughopening）。

图3中所示的叠片100形成圆周的60°扇段，并且沿周向方向101延伸，且还沿径向方向103延伸。例如，垂直于周向方向101并且也垂直于径向方向103测得的板100的厚度t可在0.1mm和2mm之间，优选为在0.5mm和0.8mm之间。

第一板还包括复数个凸起111，所述复数个凸起111在将复数个叠片100叠置在彼此之上时形成定子部段5'的复数个齿111。在将复数个叠片100叠置在彼此之上时，定子槽113将形成在齿111之间。所述复数个凸起111和定子槽113从形成定子轭（statoryoke）114的叠片100的基部部分114沿径向方向延伸。

定子绕组22（在图1中示出）位于定子齿111之间的定子槽113中。

图4图示了包括定子齿111的图3的叠片100（之后也称为第三叠片）的放大部分p1的3d视图，所述定子齿111从沿周向方向101延伸的定子轭114沿径向方向103延伸。定子齿111以定子轭114为基础。定子齿111在两侧上被定子槽113围绕。定子槽楔112位于定子齿111的顶部处。

图5图示了图3的叠片100的另一实施例，其示出了产生第一叠片200的叠片100的放大部分p2。第一叠片200包括也称为第一定子齿区域211的定子齿211，所述定子齿211沿径向方向203延伸，并且在两侧上被定子槽213围绕。第一叠片200还包括作为定子齿211的基部的第一定子轭区域214。定子轭区域214沿周向方向201延伸。定子槽楔212位于定子齿211的气隙侧的顶部处。

第一叠片200的第一定子齿区域211和第一定子轭区域214包括沿径向方向203延伸的中央、闭合的第一贯通开口215，所述第一贯通开口215具有：贯通开口长度l2和贯通开口宽度w2；以及优选为圆形的第一贯通开口末端区域e1，其位于径向外部区域（箭头203的方向，气隙侧）处；以及优选为圆形的第二贯通开口末端区域e2，其位于径向内部区域（箭头203的相反方向，非气隙侧）。

图6图示了图3的叠片100的另一实施例，其示出了产生第二叠片300的叠片100的放大部分p3。第二叠片300包括从定子轭区域314沿径向方向303延伸的定子齿区域311，所述定子轭区域314是定子齿311的基部，并且所述定子轭区域314沿周向方向301延伸。定子齿311在两侧上被定子槽313围绕。定子槽楔312位于定子齿311的气隙侧的顶部处。

定子齿区域311包括沿径向方向303延伸的第二贯通开口315，所述第二贯通开口315具有贯通开口长度l3和贯通开口宽度w3。第二贯通开口315包括到其气隙侧的端部的开口317和处于第二贯通开口315沿径向方向303的相反端部处的闭合的端部区域e4。

第一定子齿区域311的宽度w5相对于第二贯通开口315的贯通开口宽度w3的比率在5和20之间，优选为在8和14之间。

第一贯通开口215（图5）的宽度w2和/或第二贯通开口315的宽度w3在1mm和20mm之间，更优选为在2mm和5mm之间。

第一叠片200的第一贯通开口215的长度l2相对于第二叠片300的第二贯通开口315的长度l3的比率在2和5之间，优选为在3和4之间。

第二叠片300的定子轭区域314包括沿径向方向303延伸的第二贯通开口316，所述第二贯通开口316具有贯通开口长度l2和贯通开口宽度w2。第二贯通开口316包括到其轴侧/非气隙端的开口318，所述非气隙端也称为内定子端。此外，第二贯通开口316在沿径向方向303的第一贯通开口315的相对端处还包括闭合的端部区域e3。

优选地，第二贯通开口的宽度w6沿径向的非气隙方向303（或箭头202的相反方向、到轴8的径向方向）不断增加，以形成通过仅切割相应的贯通开口315容易产生的图7中所示的流体扩散器316。

第一叠片200和第二叠片300的外部形状和尺寸是基本上相同的。

第一叠片200（图5）表示60°的环形部段，其连同第二板300（图6）一起在层压多个这些板200、300时可形成堆叠500（图7），以便形成跨60°的角度间隔的定子部段5'。轴向方向105、404通过图1中的箭头105和图7中的箭头404来指示。

图7图示了包括图4、图5和图6的叠片100、200、300的叠层（叠置的）定子部段500、5'（图2）的放大部分p1、p2、p3的分解组装图。

定子部段500、5'包括五个第一叠片200在彼此之上的叠置结构。此外，五个第二叠片300被叠置在复数个第一叠片200之上，继之以将一个或多个第一叠片200叠置到复数个第二叠片300上。

因此，第一叠片200中的五个被叠置成彼此相邻。第二叠片300中的五个被叠置成彼此相邻。五个第一叠片200和五个第二和第二叠片300被定位成沿轴向方向404以交替的方式彼此相邻。

第一叠片200的闭合的第一贯通开口215与定位成与第一叠片200相邻的第二叠片300的第二贯通开口315重叠，因而形成/构建沿轴向方向404的第一流体连接320、e1、e4。

第一叠片200的闭合的第一贯通开口215与定位成与第一叠片200相邻的第二叠片300的第三贯通开口316重叠，从而形成沿轴向方向404的第二流体连接321、e2、e3。

相应的叠置和相邻的第一叠片200和第二叠片300的第一贯通开口215、第二贯通开口315和第三贯通开口316形成沿径向方向103、203、303延伸的第一、第二和第三流体（冷却）管道215、315、316。

第一流体管道215和第二流体管道315经由相应的第一流体连接320、e1、e4来连接。第一流体管道215和第三流体管道316经由相应的第二流体连接321、e2、e3来连接，因此形成流体管道215、315、316、320、321的网络，从而使得冷却流体能够在气隙10和定子5或定子部段5'的非气隙侧之间流动。

相邻的第一叠片200和第二叠片300的贯通开口215、315、316的非重叠区域形成第一流体管道215和第二流体管道315的平行于周向方向101、201、301和径向方向203、303所张成的平面延伸的壁。

相邻的第一叠片200或相邻的第二叠片300的贯通开口215、315、316的重叠区域形成第一流体管道215和第二流体管道315的平行于轴向方向105、404和径向方向203、303所张成的平面延伸的壁。

作为示例，叠置的叠片100、200、300的定子齿区域111、211、311的任何点或位置和最近的（冷却）流体管道215、315、316和/或（冷却）流体连接321、320之间的最大距离dmax小于10mm，更优选为小于5mm，或更优选为小于3,5mm，所述最大距离dmax被示出为两个相邻的贯通开口215之间的轴向距离。由于所公开的风道设计，叠置的叠片100、200、300的定子齿区域111、211、311的任何点或位置和处于定子齿区域111、211、311的内部中的最近的（冷却）流体管道215、315、316和/或（冷却）流体连接321、320之间的距离小于在定子齿111、211、311的大多数点/位置的最大距离。因此，将降低定子齿区域中的热点（thermalhotspot）的负面影响。

图4的无贯通开口的第三叠片100在定子部段500、5'的一个或两个轴向端部上形成定子部段500、5'的终端。可选地，第三叠片100包括对应于第一流体连接320、e1、e4和第二流体连接321、e2、e3的面积和尺寸的贯通开口（未示出）。

可选地，一个或若干个无贯通开口（throughopening-less）的第三叠片100按照或多或少有规律的顺序位于第一叠片200和第二叠片300之间或位于两个第一叠片200或两个第二叠片300之间。在图7中，两个相邻的第三叠片100位于第一叠片100之间。

第一叠片200、第二叠片300和第三叠片100覆盖有非导电涂层241，以便在发电机操作期间防止涡流（eddycurrent）。

第一、第二和第三贯通开口215、315、316的平行于径向方向103、203、303和轴向方向105、404所张成的平面的壁覆盖有相同类型的非导电涂层242，以防止所述壁处的腐蚀，或者可选地没有涂层，以增加热传导。

可选地，第二叠片300包括相应的闭合的第四贯通开口319，所述第四贯通开口319与和第二叠片300的每一侧相邻的第一叠片200的第一贯通开口215重叠，因而形成/构建在两个相邻的第一风道215或两个第一贯通开口215之间沿轴向方向404的第三流体连接319、e5。闭合的第四贯通开口319沿径向方向103、203、303延伸。

在第二板300的第二贯通开口315的开口317处，冷却流体进入定子部段5'，并且在第二板300的第三贯通开口316的开口318处，加热的冷却流体离开定子部段5'，或相反。

总结来说，图7的定子部段5'以相当低的压力损失提供了高冷却性能，并且提供了大的冷却表面，所述冷却表面通过冷却管道和连接215、315、316、320、321提供。此外，贯通开口215、315、316不显著减弱通过定子绕组22产生的叠片200、300中的磁通。

图8图示了第四叠片400，其是图5的第一叠片200的修改，其中，更替了闭合的第一贯通开口215，即：所述闭合的第一贯通开口215被分成沿径向方向203延伸的包括相应的宽度w2的两个闭合的贯通开口217和218。第一贯通开口215在定子齿区域211的中心区域150处被分隔成两个贯通开口217、218，从而产生第五贯通开口217和第六贯通开口218。

第五贯通开口217包括：位于定子轭区域侧的优选为圆形的第二贯通开口末端区域e2（如图5中的贯通开口215）；以及位于中心区域150处的优选为圆形的第三贯通开口末端区域e6。

第六贯通开口218包括：位于气隙侧的优选为圆形的第二贯通开口末端区域e1（如图5中的贯通开口215）；以及位于中心区域150处的优选为圆形的第四贯通开口末端区域e7。

图9图示了第五叠片700，其是具有附加的闭合的第四贯通开口319的图6的第二叠片300的修改，所述闭合的第四贯通开口319包括宽度w10，并且沿径向方向303延伸，且位于定子齿区域311的中心区域150处。

第四贯通开口319在第四叠片400（图8）的第四贯通开口末端区域e7处包括位于气隙侧的优选为圆形的第五贯通开口末端区域e9。

第四贯通开口319在第四叠片400（图8）的第三贯通开口末端区域e6处包括位于定子轭区域侧的优选为圆形的第六贯通开口末端区域e9。

第五叠片700的闭合的第四贯通开口319与和第五叠片700相邻的第四叠片400的闭合的第五贯通开口217重叠，因而形成/构建沿轴向方向404的第四流体连接e6、e8。

第五叠片700的闭合的第四贯通开口319与和第五叠片700相邻的第四叠片400的闭合的第六贯通开口218重叠，因而形成/构建沿轴向方向404的第五流体连接e7、e9。

相应的叠置和相邻的第四叠片400和第五叠片700的第四贯通开口319、第五贯通开口217和第六贯通开口218、第二贯通开口315和第三贯通开口316形成流体（冷却）管道319、217、218、315、316，所述流体（冷却）管道319、217、218、315、316沿径向方向103、203、303延伸，并且包括基本上相同的宽度w2、w10、w3（除了扩散器316，其在区域e3处以相同的宽度w6开始并且随后延伸）。这导致风道319、217、218、315的相等或相似的截面面积以及平滑的流体流动。

第六贯通开口218的流体管道218和第四贯通开口319的流体管道319经由相应的流体连接e7、e9来连接。

第五贯通开口217的流体管道217和第四贯通开口319的流体管道319经由相应的流体连接e6、e8来连接。

与根据图5和图6的第一叠片200和第二叠片300相比，根据图8和图9的第四叠片400和第五叠片700的结合提供了附加的和更多的分布径向风道218、217、319，这些径向风道218、217、319使冷却流体在定子500中更均匀地分布，从而减少热点。

所述冷却流体优选为是气体介质，例如空气或二氧化碳（co2）。