用于制造风能设备的发电机的定子的方法以及成型线圈、绕组结构和定子与流程

本发明涉及一种用于制造无传动装置的风能设备的发电机的定子的方法。此外，本发明涉及一种风能设备的发电机的定子的成型线圈和绕组结构以及一种定子。

背景技术：

无传动装置的风能设备的发电机的定子是已知的，所述定子具有多个导线束，所述导线束分别具有多个绕组。这些绕组借助于绝缘的线产生，线例如由铜构成。对此，一个导线束的线缠绕到定子的槽中，使得导线束由连续的一条线制造。定子的绕制是非常耗费的并且必须适当地由手来进行，以便在绕制期间——尤其在弯曲部位中——已监控线的完整性以及线的绝缘性。

此外，已知成型线圈，所述成型线圈对应于导电材料的预制的匝并且直接插入到定子的槽中。成型线圈具有远远伸出于定子槽的接头，各个成型线圈利用所述接头通过钎焊或者熔焊彼此连接，使得产生整个绕组结构的所期望的电布线。

由于在钎焊时有高热生成，所以接头必须与槽远远地间隔开，使得成型线圈在槽的区域中不过热并从而不引起定子的损伤，尤其不损伤对定子的绝缘。因此，这种定子具有特别高的轴向深度。

此外，存在如下危险：在插入到所设置的槽中时损伤成型线圈，因为各个成型线圈的侧边在插入状态中相交或重叠并进而在将最后的成型线圈插入到所设置的槽中时，必须完全地或者至少部分地将首先被插入的成型线圈再次从槽中拉出，从而产生这种重叠。在此，成型线圈会因完全地或者尤其因部分地从槽中拉出而受损，尤其塑性变形，使得再次插入变困难并且在随后的再次插入到槽中之后会在成型线圈中存在所不期望的应力。

德国专利商标局在作为优先权的德国专利申请中检索了下述文献：schmidt,w.等人:“elektrischermaschinenmittels”，tzscheutschler,r.等人:“technologiedeselektromaschinenbaus”,heilles,franz:“wicklungenelektrischermaschinen”以及wiedemann,e.等人:“konstruktionelektrischermaschinen”。

技术实现要素：

因此，本发明基于下述目的，解决所提到的问题中的至少一个。尤其是，要提出一种解决方案，所述解决方案与具有连续的导线束的定子的绕制方法相比是更少耗费的，但是所述解决方案同时不像在现有技术中所已知的那样需要定子的过度的深度或者优选将成型线圈在插入到定子中时损伤的危险降低到最小。至少相对于目前已知的解决方案要提出一种替选的解决方案。

根据本发明，提出一种用于制造无传动装置的风能设备的发电机的具有成型线圈的定子的方法。为了制造，成型线圈从任意的第一槽开始插入，其方式是：首先将预定数量的首先待插入的成型线圈仅部分地插入槽中或者定位在槽之前，并且与预定数量的最后待插入的成型线圈一起才完全插入相应的槽中。

沿着定子的环周方向看，在装配有成型线圈的定子中，在每个成型线圈的两个侧边之间插入多个其它成型线圈的侧边。也就是说，于是成型线圈在插入定子中的状态中相交或重叠。

为了产生这种布置，迄今为止已经将作为第一插入定子槽中的成型线圈部分地再次从槽弯出以引入最后待引入的成型线圈。通过根据本发明的制造方法，这种弯出现在不再是必需的，使得不损伤成型线圈的绝缘或者不使成型线圈弯曲。

根据所述方法的另一实施方式，在成型线圈插入槽中时定子借助于辅助设备保持和/或转动到直立的位置中，也就是说，具有基本上水平的旋转轴线。由此，插入成型线圈的人员能够保持在一个位置处，而槽“途径”人员。由此，简化了定子的制造。

根据所述方法的另一实施方式，使用模板来进行插入。模板至少在作为第一待插入的成型线圈的槽之前定位并且在作为最后待插入的成型线圈的槽之前定位。于是，所有待插入的成型线圈在模板在槽之前的区域中定位在模板处。成型线圈在无模板的区域中直接插入槽中。在下一个步骤中移除模板，并且以前在模板处定位的成型线圈共同地引入到为其所设置的槽中。由此进一步简化了定子的制造。

根据所述方法的另一实施方式，模板具有保持机构，使得在模板处定位的成型线圈能够借助于保持机构保持在其位置中。由此，当定子借助于辅助设备继续转动时，第一待插入的成型线圈安全地保持在其位置中。由此防止尚未引入槽中的成型线圈掉落。

根据所述方法的另一实施方式，成型线圈分别具有两个接头，所述接头分别具有螺纹。不同的成型线圈的两个接头随后分别借助于铜扁条或者具有两个裂口的铜带连接，其中为此将两个螺丝通过所述裂口旋入到成型线圈的接头的螺纹中，尤其借助于预定的扭矩旋入。成型线圈的可靠的电连接通过这种旋拧实现。

根据所述方法的另一实施方式，在建立连接之前，接头和铜扁条或铜带在其接触面的区域中被打磨和/或抛光。根据另一实施方式，所述连接最迟在打磨和/或抛光之后两小时建立。

由此避免了铜部件的腐蚀，因为在连接之后不再有氧到达彼此连接的铜部件。因此确保了具有特别小的电阻的电连接。

此外，本发明包括用于实施所述方法的模板和/或辅助设备。

此外，本发明包括无传动装置的风能设备的发电机的定子的成型线圈，尤其用于所述方法的成型线圈。成型线圈具有电导体，所述电导体具有第一接头和第二接头。接头用于与另一成型线圈电连接。此外，接头分别具有螺纹，以便借助于旋拧连接建立电连接。

由此可以生产无传动装置的风能设备的发电机的定子，其方式是：将各个成型线圈插入定子的槽中并且通过旋拧连接建立各个成型线圈的电连接。因此能够避免在建立电连接时在完成的发电机处由钎焊或者熔焊引起的热生成。

因此，接头能够明显更密集地设置在定子体处，而不存在损伤定子，尤其损伤绝缘的危险。由此可实现如下定子，所述定子具有明显更小的轴向深度。此外，定子可通过简单地插置成型线圈来制造，而不必耗费地绕制绕组。

优选地，发电机能够构成为环形发电机。据此，电枢和定子的磁性有效的区域，即尤其定子和电枢的叠片组，设置在围绕气隙的环形区域中，所述气隙将电枢和定子分开。在此，发电机在半径为平均的气隙半径的至少50％的内部区域中没有磁性有效的区域。

环形发电机也能够通过如下方式限定：磁性有效的部分或者——换言之——磁性有效的区域的径向厚度，即从磁极转子的内边缘直至定子的外边缘或从定子的内边缘直至电枢的外边缘的径向厚度，在外电枢的情况下，小于气隙半径，尤其是，发电机的磁性有效的区域的径向厚度小于气隙半径的30％，尤其小于气隙半径的25％。此外或者替选地，环形发电机能够通过如下方式限定：该深度，即发电机的轴向扩展，小于气隙半径，尤其是，所述深度小于气隙半径的30％，尤其小于气隙半径的25％。此外或者替选地，环形发电机多极地构成，也就是说，具有至少48、96个，尤其192个转子磁极。

根据另一实施方式，接头的螺纹是内螺纹。内螺纹是有利的，因为成型线圈的电连接可借助于具有外螺纹的传统的螺丝建立。此外，内螺纹相对于外螺纹更好地受保护以免受外界影响。

根据另一实施方式，成型线圈的接头中的至少一个接头相对于线圈纵轴线或者关于相对于线圈纵轴线的平行线弯折。此外，另一接头相对于线圈纵轴线或者关于相对于线圈纵轴线的平行线不弯折。也就是说，这两个接头相对于线圈纵轴线或者关于相对于线圈纵轴线的平行线具有不同的角度，所述角度根据一个优选的实施方式位于45°至90°的范围中，特别优选位于60°至80°的范围中。

根据一个实施方式，成型线圈具有两个基本上平行地拉长的侧边，其中每个侧边具有至少80cm的，至少100cm的或者至少120cm的长度。此外，成型线圈的该实施方式包括第一端部和第二端部，在所述第一端部上侧边彼此连接，在所述第二端上设有成型线圈的接头。

因为在定子的每个槽中设有不同的成型线圈的两个侧边，所以成型线圈的接头在设置在定子中之后彼此紧挨。然而，通过接头中的至少一个相对于另一接头弯折，简单地建立与所述接头的电连接，因为这些接头由此是可良好地触及的。成型线圈的电连接由此可简单建立，并且此外抵消两个进行接触的接头短路的危险。

根据另一实施方式，导体具有多个层，尤其两个层。这些多个层分别与接头连接。

根据一个特别优选的形式，每个层通过铜扁条、铜带或者铜扁线形成。优选的是铜扁线，所述铜扁线具有矩形的横截面和0.8cm至1cm的高度以及1cm至2cm的宽度。导体的多个层随后相叠地设置或堆叠，使得所述层通过其较宽的侧指向彼此。

根据另一实施方式，成型线圈具有导体的多个匝。根据一个特别优选的实施方式，成型线圈具有四个匝。

根据另一实施方式，成型线圈呈现出至少三种不同的形状，其中不同形状的接头距成型线圈的几何中点有不同的距离。在成型线圈随后插入到定子槽中时，由此可以以简单的方式连接成型线圈，因为相邻的第一接头具有不同的高度并且相邻的第二接头同样具有不同的高度，并从而可以以简单的方式用于建立电连接。

具有单层的导体必须大致为具有两个层的导体两倍厚，以便实现同具有两个层的导体一样的电学特性。因此，对于将呈多个层形式的成型线圈制造为具有多个匝的导体而言，使用相对扁平的铜扁线是有利的，因为这种铜扁线是可相对更容易弯曲的。具有多个匝的成型线圈由此可特别简单地制造。

根据另一实施方式，成型线圈的导体或者导体的每个层是绝缘的。根据一个特别优选的实施方式，这种绝缘是借助于漆和/或粉末覆层的绝缘。因此，成型线圈的绝缘已经在制造成型线圈之前通过简单地将绝缘层例如绝缘漆施加到处于未成形状态中的导体上实现，使得可简单地建立可靠的绝缘。

这种绝缘——除了随后插置到槽中的槽绝缘部外——用于使成型线圈相对于同样导电的定子材料绝缘。由此，能够弃用在将成型线圈插入到定子槽之前对成型线圈完整缠绕以进行绝缘，所述成型线圈也称为绝缘绕组。成型线圈的绝缘绕组是不利的，因为绝缘绕组妨碍在运行时成型线圈的散热。据此，无需缠绕来绝缘的成型线圈根据当前的实施例在其散热方面是有利的。

根据另一实施方式，接头借助于钎焊或者熔焊与导体连接。导体与具有螺纹的接头的连接特别有利地通过感应加热焊接来建立。

通过将接头钎焊或者熔焊在导体上，实现连接部位的特别小的接触电阻。只要成型线圈尚未插入到定子中，就能够将接头钎焊或者熔焊在导体上，因为在钎焊或者熔焊时的热生成不会损伤定子。

根据另一实施方式，导体在与至少一个接头连接的区域中具有由玻璃纤维增强的塑料构成的绝缘部。该绝缘部用于使导体的至少一部分和/或接头的一部分绝缘。

其导体例如借助于漆和/或粉末覆层绝缘的成型线圈必须在钎焊或者熔焊部位的区域中剥去绝缘皮以进行接头的钎焊或者熔焊。这例如通过烧掉该区域中的绝缘部的来进行。因为在将成型线圈设置到定子的槽中之后由于剥去绝缘皮而在相邻的导体与其接头的相邻的连接区域中引起短路的危险，所以玻璃纤维增强的塑料防止这种短路。

根据另一实施方式，成型线圈在接头的区域中具有间距保持器，所述间距保持器防止：相邻的接头在定子运行时因定子的振动而接触并从而会出现短路。根据这些实施例，因此消除短路。

根据另一实施方式，成型线圈的导体和接头借助于铜或者铜合金制造。铜或者铜合金有利地具有小的电阻，使得借助于发电机尽可能产生高份额的电能并且尽可能产生低份额的热能。

此外，本发明包括风能设备的发电机的定子的绕组结构。绕组结构对应于成型线圈与其连接的整体，所述成型线圈使用在风能设备的发电机的定子中。根据本发明的绕组结构包括多个成型线圈，尤其根据上述实施方式中的一个所述的成型线圈。成型线圈分别具有电导体，所述电导体具有第一接头和第二接头。所述接头分别包括螺纹。此外，绕组结构包括多个连接元件，所述连接元件分别用于通过旋拧连接将两个成型线圈的两个接头电连接。

因此，通过螺纹可实现用于定子的绕组结构，所述绕组结构与用于具有传统的成型线圈的定子的绕组结构相比具有明显更小的深度。此外，定子可通过简单地插置成型线圈来制造，而不必耗费地绕制绕组。

根据绕组结构的另一实施方式，成型线圈彼此连接为，使得绕组结构是六相的。也就是说，成型线圈以如下方式彼此连接：设有六个导线束。在此，第一和第二导线束与第一相相关联，第三和第四导线束与第二相相关联，并且第五和第六导线束与第三相相关联。

此外，根据另一实施方式，绕组结构被划分为多个并联的部段或区段。也就是说，六个导线束被划分为多个例如2、4、6或8个区段，其每个区段的相同的相或者导线束并联。由此，在导线束中最大感生的电压减小四分之一。

根据绕组结构的一个实施方式，两个成型线圈的接头与连接元件连接。连接元件包括导电的连接器，尤其铜扁条或者铜带，其在其外端部处具有两个裂口。所述端部根据另一实施方式轻微地弯折。裂口例如通过孔制造。此外，连接元件包括两个螺丝，所述螺丝尤其借助于黄铜制造。

据此，导电的连接器借助于其裂口，即例如钻孔，定位在两个不同的成型线圈的两个接头的螺纹之前，并且将螺丝引导穿过裂口并且旋入到接头的螺纹中。由此可建立具有小的接触电阻的电连接。

根据绕组结构的另一实施方式，连接元件以及成型线圈具有基本上相同的热膨胀系数。由此确保：尽管有在绕组结构运行时所产生的热但是旋拧连接可靠保持。

此外，本发明包括一种风能设备的发电机的定子。所述定子包括多个环绕的槽，其中相邻的槽分别具有基本上相同的间距。根据上述实施方式中的一个所述的成型线圈插入到所述槽中。

因此，通过螺纹可实现如下定子，所述定子与具有常规的成型线圈的定子相比具有明显更小的深度。此外，所述定子可通过简单地插置成型线圈制造，而不必耗费地绕制绕组。

根据一个实施方式，定子构成有根据上述实施方式中的任一个所述的成型线圈和绕组结构。

附图说明

本发明的其它实施方式从参照附图详细阐述的实施例中得出。在附图中示出：

图1示出风能设备，

图2示出发电机的示意性的侧视图，

图3示出成型线圈的第一视图，

图4示出成型线圈的另一视图，

图5示出定子的立体视图的一部分，

图6示出具有六个插置的成型线圈的定子，

图7示出发电机的一个实施例的俯视图，

图8示出从定子的中心到成型线圈的视图，所述成型线圈已插置于定子中，以及

图9示出用于所述方法的辅助设备。

具体实施方式

图1示出根据本发明的风能设备的示意图。风能设备100具有塔102和在塔102上的吊舱104。在吊舱104上设有空气动力学的转子106，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。空气动力学的转子106在风能设备运行时通过风被置于转动运动中并且从而也使发电机的转子或电枢转动，所述转子或电枢直接地或者间接地与空气动力学的转子106耦联。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片108的俯仰角能够通过相应的转子叶片108的转子叶片根部108b处的俯仰马达来改变。

图2示意性地在侧视图中示出发电机130。所述发电机具有定子132和相对于所述定子可转动地支承的电动力学的转子134，并且所述发电机通过其定子132经由轴颈136固定在机器承载件138上。定子132具有定子承载件140和定子叠片组142，所述定子叠片组形成发电机130的定子极并且经由定子环144固定在定子承载件140上。

电动力学的转子134具有转子极靴146，所述转子极靴形成转子极并且经由转子承载件148和轴承150围绕转动轴线152可转动地支承在轴颈136上。定子叠片组142和转子极靴146仅分开有窄的气隙154，所述气隙为几毫米厚，尤其小于6mm，但是具有数米的直径，尤其大于4m的直径。

定子叠片组142和转子极靴146分别形成环并且共同地也是环形的，使得发电机130是环形发电机。常规地，发电机130的电动力学的转子134与空气动力学的转子的转子轮毂156一起转动，表明是所述转子的转子叶片158的开端。

图3示出成型线圈10的一个实施例的视图。成型线圈10具有两个侧边12a，12b。侧边12a，12b彼此平行地伸展并且具有大于90cm的长度。这两个侧边12a，12b在第一端部14上以及在第二端部16上彼此连接。

成型线圈10的第二端部16具有第一接头18以及第二接头20。接头18、20具有内螺纹。螺丝22旋入到接头18、20的内螺纹中。相对于线圈纵轴线24或与线圈纵轴线24的平行线，第二接头20弯折而第一接头18不弯折。

成型线圈10包括导体26和接头18和20，所述导体和接头由铜制成。此外，螺丝22由黄铜制成。导体26由扁线的两个层构成，所述层形成为四个匝。也就是说，扁线的两个层与这两个接头18、20连接，所述扁线也称为铜扁线。

也就是说，成型线圈10通过这两个层和四个匝形成，使得在侧边12a、12b的区域中并且在第一端部14的区域中相叠地设置或堆叠有铜扁线的八个层。

由于引出的接头18、20，在第二端部16的区域中仍相叠地设置有六个层。铜扁线通过涂漆来绝缘。然而，在导体26与接头18、20的连接区域中绝缘部已移除，以便通过感应加热焊接将接头18、20与导体26连接。在第一接头18与导体26连接的区域中安置有玻璃纤维增强的塑料28，以便使清除了导体26的绝缘部的该部分再次绝缘。

根据一个未示出的实施例，这种玻璃纤维增强的塑料也设置在第二接头20和导体26之间的连接部分中。为了使成型线圈10保持其形状，成型线圈的层在窄的区域中缠绕。然而不存在绝缘绕组。

图4示出成型线圈10的另一视图，其中在此从侧面示出第二端部16与侧边12a、12b的一部分。在图4中示出的成型线圈的实施例对应于图3中的成型线圈的实施例。

图5示出风能设备100的发电机130的具有成型线圈10的定子132的立体视图。成型线圈10分别具有第一接头18和第二接头20。成型线圈10的第一接头18分别与其它成型线圈10的第一接头18连接。这同样适用于成型线圈10的第二接头20。

所述连接通过连接元件30建立。连接元件30分别包括扁条32，所述扁条在其端部34a、34b上分别具有裂口。这些裂口根据所述视图不可见，因为螺丝22通过裂口旋入到接头18、20中。扁条32具有u形形状，使得每第六个第一接头18和每第六个第二接头20通过这种连接元件30连接，而连接元件不与其它不应当彼此连接的接头18、20接触。因此，连接元件30是不绝缘的。

此外可以看到，连接元件30设置在不同的平面中。这是可行的，因为相邻的成型线圈10的接头18、20不同远地突出。

与第二接头20连接的连接元件30具有裂口，所述裂口相较于与第一接头18连接的连接元件30的裂口彼此间隔得更开。这是因为——从定子132的中心起——第二接头20与第一接头18相比位于更大的半径上。

此外，连接元件30的扁条32弯成钩状或者轻微弯折，以便使螺丝22能够整齐地接合到第二接头20的螺纹中。

图6示出定子132的示例性的构造，在所述定子的槽38中插入有六个成型线圈10。成型线圈10借助于连接元件30彼此连接。在此应指出的是，仅出于建立旋拧连接的测试目的而建立电连接。线圈在之后的使用中的布线与所示出的接线不同并因此仅是示例性的。也就是说，在图6中示出的布线是本身闭合的导线束，即短路。也就是说，六个线圈的所有十二个接头彼此连接。

在未铺设成型线圈10的槽38中，在该图的左侧区域中也可以看到定子132的叠片式的实施方案。

图7示出与图5类似的视图，其中此时以放大的方式示出仅仅一部分。再次可见成型线圈10，所述成型线圈分别具有第一接头18以及第二接头20。第一接头18具有间距保持器40。间距保持器40用于避免短路，也就是说，由此相邻的第一接头18不因振动而接触。

此外可以看到，相邻的成型线圈具有不同长度地伸出的接头18、20。由此，产生接头18、20的高度的锯齿状的曲线。连接元件30根据所示出的实施例除了在此作为扁条32的电连接器32以及螺丝22外还具有盘42，所述盘改进螺丝22在旋入到接头18、20的螺纹中时作用到扁条32上的力分布。据此，根据一个优选的实施例，连接元件30具有一个扁条32、两个螺丝22以及两个盘42。

间距保持器40对应于具有多个孔的塑料条，在安置连接元件30之前，多个接头18、20彼此间隔开穿引通过所述孔。此外，还示出一束数据线路44，借助于所述束例如将温度传感器与评估设备连接。

由于电连接器32具有u形形状并且成型线圈10以具有三个不同长度的接头区域的三个不同的形状来设置，所以连接元件30设置为三个组。一组60b的u形的电连接器32的相同侧的端部设置在另一组的u形的电连接器32的两侧的端部之间。一组的u形的导电的连接器32的相同侧的端部设置在另一组的u形的导电的连接器32的两侧的端部之间。因此，能够沿着轴向方向以特别是更小的空间需求实现定子132。

图8示出从定子的中心到成型线圈10的侧视图。在此可特别清楚地看到接头18、20的在此即第一接头18的之前所提到的锯齿状的轮廓。在图像的左半部中可以看到第一接头18，所述第一接头不利用连接元件30与其它接头18连接。这些接头18因此用作为用于与未示出的发电机接线柱连接的接头。

最后，图9示出用于所述方法的辅助设备46。辅助设备46包括三个可旋转的辊子48，定子32直立地支承在所述辊子上。定子可借助于辅助设备46围绕其旋转轴线或其旋转对称的轴线转动，所述旋转对称的轴线也就是穿过其中心的轴线。此外，模板50作为用于插置成型线圈10的辅助件示出。模板50设置在一定数量的出于概览而未示出的槽38之前并且牢固地保持在该位置上，例如通过与可脱离的连接机构的可脱离的连接，而定子132在用于插置成型线圈的辅助设备46上旋转。

人员此时按照顺序——根据定子132借助于辅助设备46的转动方向——将成型线圈10要么插入到槽38中要么将这些成型线圈可脱离地固定在模板50上。在此，人员能够不需要梯子在下部区域中在定子的中部中工作，因为辅助设备46使得直径为数米的定子132不需要梯子或支架。

在定子132完全地装配之后，定子132借助于辅助设备46转动，使得模板设置在定子132的下部区域中。于是，松开模板50与定子和成型线圈的可脱离的连接，并且由于模板50尚未插入到槽38中的成型线圈10被一起插入槽中。

为了更好的概览，成型线圈10未示出。