СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР БЕЗРЕДУКТОРНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА И ПРИМЕНЕНИЕ ШАБЛОННЫХ ОБМОТОК Российский патент 2020 года по МПК H02K1/16 

Настоящее изобретение относится к синхронному генератору, в частности, многополюсному синхронному кольцевому генератору безредукторной ветроэнергетической установки. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления подобного синхронного генератора, а также к применению шаблонных обмоток.

Ветроэнергетические установки общеизвестны, и они вырабатывают электрический ток из ветра посредством генератора. Современные безредукторные ветровые ветроэнергетические установки часто имеют многополюсный синхронный кольцевой генератор с большим диаметром воздушного зазора. При этом диаметр воздушного зазора составляет по меньшей мере 4 метра, и обычно достигает почти 5 метров. Собранные синхронные генераторы могут иметь диаметр воздушного зазора даже приблизительно 10 метров.

При работе ветроэнергетической установки, то есть, данного синхронного генератора, возникают шумы вследствие вибраций, который вследствие крупногабаритной конструкции также переносятся на крупный резонирующий корпус, например, такой как оболочка гондолы, и тем самым эти шумы еще больше усиливаются. Такие синхронные генераторы безредукторной ветроэнергетической установки представляют собой в силу своего принципа действия очень медленно вращающиеся генераторы, которые вращаются с типичной частотой вращения от около 5 до 35 об/минуту. Эта медленная частота вращения также может содействовать тому, чтобы создавать особые шумы, в частности, по сравнению с генераторами, которые типичны для высоких частот оборотов, например, таких как 1500 или 3000 об/минуту.

Такие синхронные генераторы безредукторных ветроэнергетических установок, и поэтому также сами ветроэнергетические установки, могут становиться постоянным раздражающим источником шума вследствие своей непрерывной работы. В настоящее время, особенно крупные современные ветроэнергетические установки все чаще устанавливаются на большем расстоянии от населенных пунктов и там работают, так что возможные шумы от ветроэнергетических установок также ощущаются менее раздражающими.

Поэтому для сокращения этой шумности известны синхронные генераторы с ротором и статором, причем статор имеет специальную конструкцию, чтобы противодействовать возникновению шума. Например, известно, что пазы и зубья, посредством которых производится намотка статора, а именно, укладка обмотки статора, размещаются не единообразно, а неравномерно по окружному направлению статора.

В результате достигается то, что по окружному направлению равномерно распределенные по окружному направлению полюса ротора или, соответственно, якоря, при вращательном движении ротора не достигают соответствующих зубьев и, соответственно, пазов, которые смещены друг относительно друга или заужены, в точности в одно и то же время. Вследствие этого сокращаются вибрации, благодаря чему также уменьшается возникновение самого шума от подобных генераторов, и тем самым всей ветроэнергетической установки в целом.

Обмотка статора подобного генератора обычно выполняется из изолированной бесконечной круглой проволоки, которая, например, изготовлена из меди. Для этого проволока наматывается в многочисленных пазах с многочисленными в каждом случае витками так, что получается прядь из сплошного куска проволоки. Эта намотка статора является очень трудоемкой и целесообразно должна выполняться вручную, чтобы - в частности, в местах перегиба - следить за целостностью проволок, а также за изоляцией проволоки уже во время намотки.

Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача разрешения по меньшей мере одной из вышеуказанных проблем. В частности, должно быть предложено решение, которое является менее трудоемким, чем способы намотки статора вручную из непрерывных прядей. По меньшей мере, должно быть предложено решение, альтернативное до сих пор известным решениям.

Германским ведомством по патентам и товарным знакам в отношении приоритетной заявки для настоящей заявки согласно прототипу были найдены следующие патентные документы: WO 2012/097107 A1 и EP 2 454 802 B1.

Согласно изобретению, предложен синхронный генератор безредукторной ветроэнергетической установки. Синхронный генератор представляет собой, в частности, многополюсный синхронный кольцевой генератор. Такой многополюсный синхронный кольцевой генератор безредукторной ветроэнергетической установки имеет многочисленные полюса статора, в частности, по меньшей мере 48 зубьев статора, часто даже значительно больше зубьев статора, например, в частности, 96 зубьев статора. Магнитно-активная область генератора, а именно, как ротора, который также может называться якорем, так и статора, размещается в кольцеобразной области вокруг оси вращения синхронного генератора. Таким образом, в частности, в области от 0 до по меньшей мере 50% радиуса воздушного зазора не содержатся материалы, которые проводят электрический ток или электрическое поле синхронного генератора. В частности, это внутреннее пространство является полностью свободным, и в принципе также может быть доступным для движения. Часто эта область также составляет от более 0 до 50% радиуса воздушного зазора, в частности, от 0 до 70%, или даже от 0 до 80% радиуса воздушного зазора. В зависимости от конструкции, в этой внутренней области может иметься опорная структура, но которая в некоторых вариантах исполнения может быть выполнена аксиально смещенной.

Соответственно этому, синхронный генератор включает ротор и статор, причем статор статорного кольца с зубьями и размещенными между ними пазами имеет статорную обмотку. Статорное кольцо согласно изобретению подразделяется в окружном направлении на сегменты статора. Каждый сегмент статора имеет одинаковое число пазов, причем пазы внутри одного сегмента отстоят друг от друга по существу на одинаковое расстояние по окружному направлению

В области сопряжения двух сегментов, которая, в частности, соответствует области, в которой два сегмента по окружному направлению размещены друг за другом, находятся рядом друг с другом или примыкают друг к другу, расстояние между соседними пазами, которые в каждом случае принадлежат к двум различным сегментам, а именно, сегментам, которые в этой области сопряжения следуют друг за другом, отличается от расстояния, на котором пазы внутри одного сегмента отстоят друг от друга. Таким образом, два паза различных сегментов, которые соседствуют друг с другом, имеют дистанцию между ними, которое является бóльшим или меньшим, чем дистанция между пазами внутри одного сегмента. Кроме того, обмотка статора сформирована шаблонными обмотками. При этом шаблонные обмотки состоят, в частности, из электрического проводника, которому придана предварительно определенная форма из многочисленных витков, и который имеет два соединительных участка, которыми шаблонная обмотка может соединяться с дополнительными шаблонными обмотками, чтобы образовывать прядь из многих последовательно подключенных обмоток генератора.

До сих пор считалось, что вследствие по-разному отстоящих друг от друга пазов шаблонные обмотки не являются экономически благоприятными для подобного статора, так как они экономически выгодны только тогда, когда все они имеют одинаковую форму внутри статора. Однако в случае синхронных генераторов с различными расстояниями между пазами это преимущество скорее всего явным образом не проявляется, поскольку нужно выбирать различные по величине шаблонные обмотки, чтобы их можно было разместить в находящихся на разных расстояниях друг от друга пазах, и в то же время принимать в расчет потери мощности.

Однако выяснилось, что в том случае, что статор подразделен на многочисленные сегменты, которые в каждом случае имеют одинаковое число пазов, внутри одного сегмента всегда может предусматриваться определенное число шаблонных обмоток, в частности, однослойных шаблонных обмоток, и тем самым могут быть применены шаблонные обмотки с одинаковой формой, несмотря на различные расстояния между пазами. При этом соответственно предусматривается соединение друг с другом шаблонных обмоток сегментов вместо шаблонных обмоток, которые также уложены в пазы с перебрасыванием между сегментами.

Тем самым может быть осуществлен сравнительно более эффективный синхронный генератор с асимметрично распределенными пазами, без необходимости в применении дорогостоящего наматывания бесконечной проволоки вручную.

Согласно одному варианту исполнения, шаблонные обмотки в каждом случае имеют две ветви, причем ветви соединены между собой двумя лобовыми частями обмотки, которые также называются головкой начала обмотки, и соединительные участки размещаются предпочтительно в области одной из лобовых частей обмотки. Не считая области соединительных участков, ветви и лобовые части обмотки всех шаблонных обмоток статорной обмотки имеют одинаковую форму. Благодаря этому обеспечивается то, что все шаблонные обмотки при изготовлении могут быть предварительно сформированы по существу на идентичном устройстве, и тем самым может быть изготовлено большое число экземпляров шаблонных обмоток, соответственно чему дополнительно сокращаются затраты на изготовление.

Согласно дополнительному варианту исполнения, ветви каждой шаблонной обмотки в статоре размещаются в одинаковой радиальной области статора. Радиальная область здесь соответствует области между двумя протяженными вокруг оси статора окружностями с различными радиусами. То есть, соответственно этому, все ветви всех шаблонных обмоток в статоре предпочтительно находятся на равном расстоянии от срединной точки статора. Это размещение шаблонных обмоток соответствует однослойной конфигурации, причем в каждом пазу размещается только единственная ветвь одной шаблонной обмотки. Благодаря такому однослойному размещению шаблонных обмоток в пазах дополнительно обеспечивается то, что ветви одной и той же шаблонной обмотки в области сопряжения двух сегментов не должны укладываться в пазы соседних сегментов - как это иначе имеет место при часто применяемых двухслойных намотках. А именно, при двухслойной конфигурации шаблонных обмоток, например, также шаблонные обмотки должны были бы размещены с перебрасыванием между сегментами. При этом опять же понадобились бы шаблонные обмотки с различными формами, а именно, такие, которые укладываются внутри одного сегмента, и такие, которые имеют форму, чтобы соединяться между собой с перебрасыванием между сегментами.

Согласно дополнительному варианту исполнения, каждый сегмент в каждом случае имеет шесть, или кратное шести число, шаблонных обмоток. Кроме того, согласно этому варианту исполнения, шесть соединительных участков шаблонных обмоток одного сегмента соединяются с шестью соединительными участками шаблонных обмоток предшествующего по окружному направлению сегмента и с шестью соединительными участками шаблонных обмоток последующего по окружному направлению сегмента. В результате этого благоприятным образом получаются шесть прядей статора так, что генератор может действовать как шестифазный генератор. Тем самым дополнительно сокращаются вибрации, так как благодаря шести фазам сокращается пульсация крутящего момента, вместо обычных в противном случае трех фаз.

Согласно дополнительному варианту исполнения, соединение в каждом случае двух соединительных участков производится с помощью соединительного элемента, который имеет U-образную форму. Концы U-образной формы при этом в каждом случае соединяются с соединительным участком различных шаблонных обмоток. U-образные соединительные элементы является особенно полезными, поскольку они по окружному направлению могут быть размещены друг за другом с повернутым на 180 градусов положением относительно друг друга, и тем самым один или многие концы U-образной формы в промежутке между двумя концами U-образной формы могут сопрягаться с другим соединительным элементом так, что возможна компактная конструкция, занимающая мало места.

Согласно дополнительному варианту исполнения, для статора применяются шаблонные обмотки из различных материалов. При этом укладываются шаблонные обмотки с первым удельным сопротивлением по меньшей мере в пазы, расстояние между которыми является меньшим, чем расстояние между пазами внутри одного сегмента. Однако в многочисленных остальных пазах укладывается шаблонная обмотка со сравнительно более высоким удельным сопротивлением, чем первое сопротивление.

При работе выделение тепла в ветвях шаблонных обмоток непосредственно обусловливается удельным сопротивлением материала, из которого изготовлены шаблонные обмотки. Это значит, что с возрастанием удельного сопротивления также увеличивается выделение тепла при протекании тока через шаблонную обмотку.

Поэтому именно в области пазов, в которых две ветви шаблонных обмоток уложены очень плотно друг к другу, должно создаваться сравнительно меньшее выделение тепла, чем в остальных пазах, чтобы удерживать совокупное тепловыделение в статоре в пределах определенных граничных значений. Поэтому особенно благоприятным, по меньшей мере в пазах, которые имеют меньшее расстояние между собой, оказывается введение шаблонных обмоток со сравнительно меньшим удельным сопротивлением, чем в пазах, которые находятся на большем расстоянии друг от друга.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, в пазы, расстояние между которыми является меньшим, чем расстояние между пазами внутри сегмента, укладываются ветви шаблонной обмотки, изготовленной с участием меди или из меди, и в многочисленные остальные пазы в каждом случае вводится ветвь шаблонной обмотки, изготовленной с участием алюминия или из него. Алюминий в очень больших количествах может быть получен экономически выгодно, и в то же время может обрабатываться простым путем. Поэтому является особенно предпочтительным введение в многочисленные пазы шаблонных обмоток из алюминия. Медь тоже может быть получена в достаточном количестве. Хотя получение меди является более дорогостоящим, чем алюминия, однако медь при этом имеет меньшее удельное сопротивление, и поэтому применение меди является предпочтительным, по меньшей мере в находящихся очень близко друг к другу пазах, поскольку температурные характеристики и связанное с этим преимущество в отношении выделения тепла в статоре компенсирует сравнительно более высокую стоимость приобретения.

Согласно дополнительному варианту исполнения, по меньшей мере один соединительный участок шаблонной обмотки с алюминием или из алюминия соединяется по меньшей мере с одним соединительным участком шаблонной обмотки с медью или из меди. Соединение выполняется посредством соединительного элемента, который согласно наиболее подходящему альтернативному варианту изготовлен из медно-алюминиевого сплава. Подобный сплав из меди и алюминия служит для создания надежного соединения между соединительными участками шаблонных обмоток из различных материалов.

Согласно дополнительному альтернативному варианту, соединительный элемент представляет собой соединительный элемент, полученный объединением обоих проводящих материалов. Так, например, соединительный элемент на одной стороне состоит из меди, и на другой стороне из алюминия, причем оба материала были соединены друг с другом, например, холодной сваркой под давлением, сваркой трением с перемешиванием, или пайкой под давлением или, соответственно, сваркой под давлением.

Согласно дополнительному порядку исполнения, медные и алюминиевые обмотки, то есть, две различных шаблонных обмотки, соединяются между собой соединительным элементом, который состоит из алюминия, и при изготовлении медной шаблонной обмотки перед комплектованием статора уже был соединен с медной обмоткой холодной сваркой под давлением, сваркой трением с перемешиванием, пайкой под давлением или, соответственно, сваркой под давлением.

Согласно дополнительному варианту исполнения, статорное кольцо статора по меньшей мере в двух местах, в частности, в каждом случае в области сопряжения двух сегментов, в частности, между двумя соседними пазами, которые в каждом случае предназначены для одного из двух различных сегментов, и расстояние между ними превышает расстояние между пазами внутри сегмента, состоит из соединенных друг с другом частей статорного кольца.

Таким образом, соответственно этому статорное кольцо изготавливается из многочисленных частей статорного кольца. Например, они изготавливаются предварительно, причем во время предварительного изготовления также уже в пазы частей статорного кольца могут быть уложены шаблонные обмотки. Тогда отдельные части статорного кольца соединяются друг с другом лишь на месте применения. Статорное кольцо предпочтительно разделяется на части точно там, где примыкают друг к другу два сегмента, наружные пазы которых в собранном состоянии имеют большее расстояние друг от друга, чем остальные пазы одного сегмента. Эти места для разделения статорного кольца являются особенно полезными, поскольку благодаря большему расстоянию между пазами не возникают никакие особенно узкие зубья статора, которые, например, могли бы быть повреждены при перевозке. Таким образом, обеспечивается прочная конструкция статора. В то же время разделяемость на части позволяет перевозить особенно крупные статоры.

Согласно дополнительному варианту исполнения, шаблонные обмотки в области своей лобовой части обмотки в каждом случае включают одну из следующих форм. Согласно первой форме шаблонных обмоток в этом варианте исполнения, ветви снаружи статорного кольца изогнуты в противоположном направлении и пролегают параллельно до изгиба на 180 градусов, который соединяет ветви. В альтернативном варианте, ветви изогнуты в одном и том же направлении на различных расстояниях снаружи статорного кольца, и тогда пролегают параллельно до изгиба на 180 градусов, на котором ветви соединяются. При этом изгиб обеих ветвей ориентирован в одном и том же направлении и составляет угол в диапазоне от 0 до 90 градусов. Согласно дополнительному альтернативному варианту исполнения, изгиб предусматривается в том же направлении под углом 90 градусов. Сформированные таким образом обмотки благоприятным образом приводят к однослойным обмоткам, которые тем самым могут быть размещены в одной и той же радиальной области статора.

Кроме того, изобретение относится к способу изготовления синхронного генератора, в частности, согласно одному из вышеуказанных вариантов исполнения. Согласно способу, в каждом сегменте укладываются в каждом случае шесть, или кратное шести число, шаблонных обмоток. Кроме того, шесть соединительных участков шаблонных обмоток одного сегмента соединяются с шестью соединительными участками шаблонных обмоток предшествующего по окружному направлению сегмента и с шестью соединительными участками шаблонных обмоток последующего по окружному направлению сегмента. В результате этого благоприятным образом получаются шесть прядей в каждом случае сплошных электрических проводников или прядей по всему статору синхронного генератора. Для этого могут быть использованы шаблонные обмотки, которые обеспечивают возможность сравнительно удобного изготовления синхронного генератора, по сравнению с намотанным вручную синхронным генератором, причем в то же время возможны различные расстояния между пазами, чтобы снизить образование шума генератора при работе.

Согласно одному варианту исполнения способа, шаблонные обмотки наматываются перед укладкой в пазы, для чего одна или многие пролегающие параллельно проволоки, в частности, плоские проволоки, наматываются вокруг ленточного сердечника, который предпочтительно образован из двух оправок. Полученная этим катушка растягивается так, чтобы получилась желательная дистанция обеих ветвей соответственно расстоянию между пазами внутри одного сегмента. После этого изгибается лобовая часть обмотки, для чего участок обмотки фиксируется в устройствах, и эти устройства затем перемещаются относительно друг друга до тех пор, пока в результате пластической деформации не получается желательная форма шаблонной обмотки. Тем самым обеспечивается возможность простого предварительного изготовления большого числа экземпляров шаблонных обмоток.

Согласно дополнительному варианту исполнения способа, в случае изогнутых шаблонных обмоток катушка сначала изгибается в области лобовых частей обмотки, прежде чем растягиваются ветки. Благодаря этому обеспечивается то, что расстояние между ветвями обмотки не изменится при ошибочном изгибании.

Согласно дополнительному варианту исполнения способа, различные шаблонные обмотки соединяются U-образными соединительными частями путем холодной сварки, пайкой под давлением или сваркой трением с перемешиванием. Благодаря этому можно отказаться от контактных колец, которыми обычно соединяются шаблонные обмотки. Тем самым возможна занимающая мало места компактная конструкция, в частности, в отношении глубины статора.

Кроме того, изобретение относится к применению алюминиевых шаблонных обмоток и медных шаблонных обмоток в генераторе. То есть, соответственно этому в одном и том же статоре генератора согласно изобретению размещаются, например, алюминиевые шаблонные обмотки и медные шаблонные обмотки, чтобы достигать равномерного выделения тепла. В частности, в одном статоре, который имеет асимметричное распределение пазов, тем самым в сравнительно более близко друг к другу размещенных пазах предпочтительно применяются медные обмотки, и в остальных пазах алюминиевые обмотки. То есть одновременным применением алюминия возможна экономия затрат, тогда как медные обмотки укладываются только в областях, в которых в противном случае вследствие высокое удельного сопротивления алюминия достигались бы температуры, которые недопустимы или должны избегаться при эксплуатации.

Дополнительные варианты осуществления следуют из более подробно описываемого с помощью Фигур примера исполнения.

Фиг. 1 показывает ветроэнергетическую установку,

Фиг. 2 представляет схематический вид сбоку выполненного в виде кольцевого генератора синхронного генератора,

Фиг. 3 показывает шаблонную обмотку в примере исполнения соответствующего изобретению синхронного генератора,

Фиг. 4 представляет увеличенный вид лобовой части обмотки из Фиг. 3,

Фиг. 5 представляет сравнение с примером исполнения в Фиг. 3 и 4 по-иному намотанной лобовой части обмотки,

Фиг. 6 представляет дополнительный вариант исполнения формы шаблонной обмотки,

Фиг. 7 представляет три сегмента изображенного в качестве примера статорного кольца в виде сбоку, и

Фиг. 8 представляет примерный вид трех сегментов статора в виде снаружи статора.

Фиг. 1 показывает схематическое изображение ветроэнергетической установки согласно изобретению. Ветроэнергетическая установка 100 имеет колонну 102 и гондолу 104 на колонне 102. На гондоле 104 предусмотрен аэродинамический винт 106 с тремя лопастями 108 винта и коком 110. Аэродинамический винт 106 при работе ветроэнергетической установки приводится во вращательное движение под действием ветра и тем самым вращает также ротор, или якорь, генератора, который непосредственно или косвенно связан с аэродинамическим винтом 106. Электрический генератор размещен в гондоле 104 и вырабатывает электрическую энергию. Углы наклона лопастей 108 винта могут изменяться с помощью приводов наклона у оснований 108b лопастей винта для каждой из лопастей 108 винта.

Фиг. 2 схематически показывает генератор 130 в виде сбоку. Он имеет статор 132 и смонтированный вращающимся в нем электродинамический ротор 134, и закрепленный с его статором 132 осевыми шейками 136 на станине 138 машины. Статор 132 имеет опору 140 статора и листовые пакеты 142 статора, которые образуют полюса статора генератора 130 и закреплены статорным кольцом 30 на опоре 140 статора.

Электродинамический ротор 134 имеет полюсные башмаки 146 ротора, которые образуют полюса ротора, и посредством опоры 148 ротора и подшипника 150 может вращаться на осевых шейках 136 вокруг оси 152 вращения. Листовые пакеты 142 статора и полюсные башмаки 146 ротора разделены только узким воздушным зазором 154, который имеет толщину в несколько миллиметров, в частности, менее 6 мм, но имеет диаметр в несколько метров, в частности, более 4 м.

Листовые пакеты 142 статора и полюсные башмаки 146 ротора в каждом случае образуют кольцо и совместно также являются кольцеобразными так, что генератор 130 представляет собой кольцевой генератор. По определению, электродинамический ротор 134 генератора 130 вращается вместе с втулкой 156 аэродинамического винта, причем намечены основания лопастей 158 винта.

Фиг. 3 показывает шаблонную обмотку 10 в первом варианте исполнения для соответствующего изобретению синхронного генератора 130. Шаблонная обмотка 10 имеет две ветви 12. Кроме того, обмотка 10 имеет две лобовых части 14 обмотки. В области 18 изображенной с левой стороны лобовой части 14 обмотки представлены два соединительных участка 16. Область 18 шаблонной обмотки 10, а именно, обе ветви 12 в этой области 18, позднее укладываются в пазы 32 одного и того же сегмента статора 132 синхронного генератора 130. Только что указанные сегменты описываются ниже при описании Фиг. 7 и 8. Лобовые части 14 обмотки соответствуют изгибам ветвей 12, чтобы соединить между собой обе ветви 12.

Фиг. 4 показывает увеличенное изображение одной из лобовых частей 14 обмотки шаблонной обмотки 10 из Фиг. 3. Эта лобовая часть 14 обмотки соответствует показанной на правой стороне Фиг. 3 лобовой части обмотки, причем здесь представлен вид сзади относительно Фиг. 3. Лобовая часть 14 обмотки предусматривает, что ветви 12 изогнуты по одному и тому же направлению на различных расстояниях друг от друга, а именно, согласно дистанции 20 с одной стороны, а также дистанции 22, с другой стороны. В области 24 обе изогнутые ветви 12 опять пролегают параллельно, и соединяются друг с другом изгибом 26 на 180 градусов. Изгиб ветвей 12 в том же направлении здесь составляет около 40 градусов.

Альтернативный вариант исполнения шаблонной обмотки 10 представлен в Фиг. 5, в которой лобовая часть 14 обмотки изогнута согласно дистанциям 20, 22 на 90 градусов. Посредством этих показанных шаблонных обмоток 10 могут уложены в пазы 32 статора 132 сколь угодно много этих сформированных таким образом обмоток 10, без того, что отдельные витки соприкоснутся, и несмотря на то, что ветви 12 размещаются на одинаковой радиальной дистанции и, соответственно, в одной и той же радиальной области, до центра статора 132.

Фиг. 6 показывает еще один дополнительный пример исполнения лобовой части 14 обмотки шаблонной обмотки 10, в котором ветви 12 изогнуты во встречном направлении на одинаковом расстоянии, то есть, сначала в противоположном направлении на 90 градусов, и затем вновь изогнуты на 90 градусов в том же направлении. Тем самым также была создана область 24, в которой обе изогнутых области ветвей 12 по существу пролегают параллельно. Опять же предусматривается изгиб на 180 градусов, который соединяет обе ветви 12.

Фиг. 7 показывает в качестве примера вид статорного кольца 30, которое для лучшего вида представлено неизогнутым. Статорное кольцо 30 имеет пазы 32 и зубья 34. Здесь показаны три сегмента 36. В пазы 32 сегментов 36 уложены шаблонные обмотки 10. Каждый из сегментов 36 имеет шесть шаблонных обмоток 10. Ветви 12 шаблонных обмоток 10 и пазы 32 внутри одного сегмента 36 в каждом случае находятся на одинаковом расстоянии друг от друга. Однако в области 38 сопряжения и в области 40 сопряжения пазы находятся на расстоянии друг от друга, которое отличается от расстояния 33 между пазами 32 внутри одного сегмента 36. Например, в области 38 сопряжения расстояние между обоими пазами 32 равно нулю, и тем самым является меньшим, чем расстояние 33 между пазами 32 внутри сегмента 36. Напротив, в области 40 сопряжения расстояние 42 между пазами 32 является примерно вдвое более широким, чем расстояние 33 между пазами внутри сегмента. Верхняя сторона 45 статорного кольца 30 в изображении соответствует обращенной радиально внутрь стороне статора 132.

Фиг. 8 показывает вид статора 132 при рассматривании радиально снаружи. Здесь также в качестве примера изображена только область с тремя сегментами 36. Согласно представленному в Фиг. 8 примеру исполнения, обе шаблонные обмотки 44 изготовлены из меди. Остальные шаблонные обмотки 10 изготовлены из алюминия. Благодаря медным шаблонным обмоткам 44, ветви 12 которых в области 38, 40 сопряжения двух сегментов 36 размещаются очень близко друг к другу, возникает сравнительно меньшее выделение тепла при работе, чем если бы эти обе ветви были изготовлены из алюминия, так как медь имеет меньшее удельное сопротивление, чем алюминий. Благодаря применению алюминиевых шаблонных обмоток, а также медных шаблонных обмоток, может быть изготовлен сравнительно более выгодный статор 132 и, соответственно, синхронный генератор 130, который имеет благоприятные характеристики в отношении распределения тепла.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к многополюсному синхронному кольцевому генератору безредукторной ветроэнергетической установки. Технический результат заключается в поддержании тепловыделения ниже определенных предельных значений. Статор (132) имеет статорное кольцо (30) с зубьями (34) и размещенными между ними пазами (32) для укладки статорной обмотки, и статорное кольцо (30) по окружному направлению подразделено на сегменты (36) статора с равным в каждом случае числом пазов (32). Внутри сегмента (36) пазы (32) находятся по существу на одинаковом расстоянии (33) друг от друга по окружному направлению, причем по меньшей мере в одной области (38, 40) сопряжения двух сегментов (36) расстояние (42) по меньшей мере между двумя соседними пазами (32), которые в каждом случае принадлежат двум различным сегментам (36), отличается от расстояния (33) между пазами внутри сегмента (36), и причем статорная обмотка образована шаблонными обмотками (10). Кроме того, изобретение относится к способу изготовления синхронного генератора (130), а также к применению алюминиевых (10) и медных (44) шаблонных обмоток в одном и том же генераторе (130). 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Синхронный генератор безредукторной ветроэнергетической установки (100), включающий ротор (106) и статор (132), причем статор (132) имеет статорное кольцо (30) с зубьями (34) и размещенными между ними пазами (32) для укладки статорной обмотки, причем статорное кольцо (30) по окружному направлению подразделено на сегменты (36) статора с равным в каждом случае числом пазов (32), при этом внутри сегмента (36) пазы (32) находятся по существу на одинаковом расстоянии (33) друг от друга по окружному направлению, причем по меньшей мере в одной области (38, 40) сопряжения двух сегментов (36) расстояние (42) по меньшей мере между двумя соседними пазами (32), каждый из которых принадлежит одному из двух различных сегментов (36), отличается от расстояния (33) между пазами (32) внутри сегмента (36), причем статорная обмотка образована шаблонными обмотками (10), причем шаблонные обмотки (10) изготовлены из различных материалов, причем в соседних пазах (32), расстояние (42) между которыми является меньшим, чем расстояние (33) между пазами (32) внутри сегмента (36), размещена ветвь (12) шаблонной обмотки (10) с первым удельным сопротивлением, а во множестве остальных пазов (32) в каждом случае размещена ветвь (12) шаблонной обмотки (10) со сравнительно более высоким удельным сопротивлением.

2. Синхронный генератор по п. 1, причем шаблонные обмотки (10) в каждом случае имеют две ветви (12), причем ветви (12) соединены между собой двумя лобовыми частями (14) обмотки, причем шаблонные обмотки (10) в каждом случае имеют два соединительных участка (16) в области (18) одной из лобовых частей (14) обмотки, причем, кроме соединительных участков (16), ветви (12) и лобовые части (14) обмотки всех шаблонных обмоток (10) статорной обмотки имеют по существу одинаковую форму.

3. Синхронный генератор по п. 1 или 2, причем ветви (12) каждой шаблонной обмотки (10) в статоре (132) размещены в одной и той же радиальной области (24) статора (132).

4. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем каждый сегмент (36) имеет шесть, или кратное шести число шаблонных обмоток (10) в каждом случае с первым соединительным участком (16) и вторым соединительным участком (16), причем шесть соединительных участков (16) шаблонных обмоток (10) одного сегмента (36) соединены с шестью соединительными участками (16) шаблонных обмоток (10) предшествующего по окружному направлению сегмента (36) и с шестью соединительными участками (16) шаблонных обмоток (10) последующего по окружному направлению сегмента (36).

5. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем соединение двух соединительных участков (16) различных шаблонных обмоток (10) создается посредством U-образных соединительных элементов, причем концы U-образной формы в каждом случае соединены с соединительным участком (16).

6. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем в соседние пазы (32), расстояние (42) между которыми является меньшим, чем расстояние (33) между пазами (32) внутри сегмента (36), размещена ветвь (12) изготовленной с медью или из меди шаблонной обмотки (44), и во множестве остальных пазов (32) в каждом случае размещена ветвь (12) изготовленной с алюминием или из алюминия шаблонной обмотки (10).

7. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем соединение по меньшей мере двух соединительных участков (16) различных шаблонных обмоток (10) в каждом случае выполнено с помощью соединительного элемента, который состоит из алюминия и при изготовлении медной обмотки перед комплектованием статора был соединен с соединительным участком медной обмотки холодной сваркой под давлением, сваркой трением с перемешиванием, пайкой под давлением или, соответственно, сваркой под давлением, который после сборки статора соединен с соединительным участком алюминиевой шаблонной обмотки.

8. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем по меньшей мере один соединительный участок (16) шаблонной обмотки (10) с алюминием или из алюминия соединен по меньшей мере с одним соединительным участком (16) шаблонной обмотки (44) с медью или из меди, и соединение предпочтительно выполнено соединительным элементом, который изготовлен из медно-алюминиевого сплава или который состоит из двух проводящих материалов, которые перед соединением соединительных участков были соединены друг с другом с образованием единого элемента.

9. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем статорное кольцо (30) статора (132) по меньшей мере в двух местах, в частности в каждом случае в области (40) сопряжения двух сегментов (36), в частности между двумя соседними пазами (32), которые в каждом случае предназначены для одного из двух различных сегментов (36) и расстояние (42) между которыми превышает расстояние (33) между пазами (32) внутри сегмента (36), состоит из множества соединенных друг с другом частей статорного кольца.

10. Синхронный генератор по одному из предшествующих пунктов, причем шаблонные обмотки (10) в каждом случае в области лобовой части (14) обмотки имеют одну из следующих форм:

- снаружи статорного кольца (30) ветви (12) изогнуты в противоположном направлении и пролегают параллельно до изгиба (26) на 180 градусов, который соединяет ветви (12), или

- снаружи статорного кольца (30) ветви (12) изогнуты в одном и том же направлении на различных расстояниях (20, 22) и в этом случае пролегают параллельно до изгиба (26) на 180 градусов, на котором ветви (12) соединяются, причем изгиб (26) в одном и том же направлении составляет угол в диапазоне от 0 до 90 градусов, или

- снаружи статорного кольца (30) ветви (12) изогнуты на различных расстояниях (20, 22) в одном и том же направлении и в этом случае пролегают параллельно до изгиба (26) под углом 180 градусов, который соединяет ветви (12), причем изгиб (26) в одном направлении имеет угол 90 градусов.

11. Способ изготовления синхронного генератора (130), в частности под одному из предшествующих пунктов, причем синхронный генератор (130) имеет статорное кольцо (30), которое подразделено на множество сегментов (36), причем в каждом сегменте (36) размещают шесть, или кратное шести число, шаблонных обмоток (10), причем каждая шаблонная обмотка (10) имеет два соединительных участка (16), причем шесть соединительных участков (16) шаблонных обмоток (10) одного сегмента (36) соединяют с шестью соединительными участками (16) шаблонных обмоток (10) предшествующего по окружному направлению сегмента (36) и с шестью соединительными участками (16) шаблонных обмоток (10) последующего по окружному направлению сегмента (36), причем шаблонные обмотки (10) изготовлены из различных материалов, причем в соседних пазах (32), расстояние (42) между которыми является меньшим, чем расстояние (33) между пазами (32) внутри сегмента (36), размещают ветвь (12) шаблонной обмотки (10) с первым удельным сопротивлением, а во множестве остальных пазов (32) в каждом случае размещают ветвь (12) шаблонной обмотки (10) со сравнительно более высоким удельным сопротивлением.

12. Способ по п. 11, причем шаблонные обмотки (10) в каждом случае наматывают перед укладкой в пазы (32), для чего одну или множество пролегающих параллельно проволок, в частности плоских проволок, наматывают вокруг ленточного сердечника, который предпочтительно образован из двух оправок, и полученную таким образом катушку растягивают так, чтобы получилось желательное расстояние (20, 22) обеих ветвей (12) соответственно расстоянию (33) между пазами (32) внутри одного сегмента (36), и изгибают лобовые части (14) обмотки, для чего участки обмотки (10) фиксируют в устройствах, которые затем перемещают относительно друг друга до тех пор, пока в результате пластической деформации не получается желательная форма шаблонной обмотки (10).

13. Способ по п. 12, причем в случае изогнутых шаблонных обмоток (10) обмотку сначала изгибают в области лобовой части (14) обмотки по противоположному направлению, прежде чем будут растянуты ветви (12).

14. Способ по одному из пп. 11-13, причем соединительные участки (16) различных шаблонных обмоток (10) соединяют посредством U-образных соединительных частей путем холодной сварки, пайкой под давлением или сваркой трением с перемешиванием.