定子裝置和發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及定子裝置和發(fā)電機(jī)。描述了一種定子裝置，該裝置包括：定子(101,201)，其在周向(107,207)上延伸且具有與沿周向布置的多個槽(115,215)交錯的多個齒(113,213)；第一導(dǎo)線(119,219)，其被布置在多個槽的第一槽(117,217)中；第二導(dǎo)線(123,223)，其被布置在多個槽的第二槽(121,221)中，其中所述第二槽在周向上鄰近所述第一槽；第一轉(zhuǎn)換器(125,225)，其具有連接到所述第一導(dǎo)線(119,219)的輸入端子(129,229)；第二轉(zhuǎn)換器(127,227)，具有連接到所述第二導(dǎo)線(123,223)的輸入端子(130,230)。
【專利說明】定子裝置和發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定子裝置和機(jī)電換能器，特別是包括定子裝置的發(fā)電機(jī)，其中并行相位被布置在定子的周向上不同的位置處。
【背景技術(shù)】
[0002]定子裝置可被用于構(gòu)建發(fā)電機(jī)，用于從旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，例如由風(fēng)力渦輪機(jī)所提供的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能中產(chǎn)生電能。風(fēng)力渦輪機(jī)軸可驅(qū)動具有多個永磁體的轉(zhuǎn)子。多個磁體可感應(yīng)地耦合到布置在定子處的多個線圈，其中線圈可對應(yīng)于兩個或更多的電相位。該兩個或三個或更多相位或?qū)?yīng)的導(dǎo)線可被連接到轉(zhuǎn)換器，特別是AC-DC-AC轉(zhuǎn)換器，用于將變頻AC功率流轉(zhuǎn)換為定頻AC功率流，特別是通過首先將變頻AC功率流轉(zhuǎn)換為DC功率流，并從那里轉(zhuǎn)換為定頻AC功率流。
[0003]如果轉(zhuǎn)換器中或與相位之一相對應(yīng)的導(dǎo)線處存在故障，則整個電能生成機(jī)器必須被關(guān)閉。由此，不再產(chǎn)生電能。
[0004]可能存在對于定子裝置和機(jī)電換能器的需求，特別是發(fā)電機(jī)，其中通過低結(jié)構(gòu)振動和聲學(xué)噪音發(fā)射，增加了 20年壽命期間能量生產(chǎn)的可靠性和總量，實現(xiàn)了分?jǐn)?shù)功率輸送模式，且其中特別是降低了多個永磁體的退磁的風(fēng)險或程度。特別是，對于發(fā)電機(jī)可能存在一種需求，其需要與傳統(tǒng)永磁體相比具有更低量的鏑的永磁體，從而實現(xiàn)有成本效率的發(fā)電機(jī)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]由獨立權(quán)利要求的主題來解決這種需求。從屬權(quán)利要求指定了本發(fā)明的有利實施例。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了定子裝置，該裝置包含:定子，其在周向上延伸且具有與沿周向布置的多個槽交錯的多個齒；第一導(dǎo)線，被布置在多個槽的第一槽中；第二導(dǎo)線，被布置在多個槽的第二槽中，其中第二槽在周向上鄰近第一槽(特別是使得多個齒中的一個齒在周向上位于第一槽和第二槽之間，且特別是使得沒有其他槽位于第一槽和第二槽之間)；第一轉(zhuǎn)換器，具有連接到第一導(dǎo)線的輸入端子；第二轉(zhuǎn)換器，具有連接到第二導(dǎo)線的輸入端子。
[0007]定子可表示圓周段(諸如跨越10°和60°之間的角度范圍，例如跨越30°、45°、90°或180°的角度范圍)。替代地，定子可表示完整的圓周，從而具有封閉的環(huán)形形狀。周向可垂直于徑向，并垂直于軸向。承載多個永磁體的轉(zhuǎn)子可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸可與軸向平行或重合。定子可包括在周向(圓周段或封閉環(huán)帶)上延伸的磁軛，多個齒從該磁軛中徑向地向內(nèi)或向外突出。定子可由有磁導(dǎo)性的材料所制造，以便將磁場線限定或至少壓縮或集中于定子內(nèi)，特別是定子的齒內(nèi)。
[0008]第一導(dǎo)線以及第二導(dǎo)線可包括以任何橫截面(例如圓形的橫截面、矩形橫截面或梯形橫截面)的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料可覆蓋有隔離層，以便在多個線匝中的槽之間的突起(即齒)周圍纏繞第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線時，相應(yīng)地避免第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線的鄰近部分之間的電流傳導(dǎo)。
[0009]第一槽內(nèi)的第一導(dǎo)線可基本上位于與第二槽之間或之內(nèi)的第二導(dǎo)線相同的軸向位置。此外，第一導(dǎo)線可基本上位于與被布置在第二槽中的第二導(dǎo)線相同的徑向位置。在其他實施例中，第一槽和第二槽之間或之內(nèi)的第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線，可分別具有不同的軸向位置和/或不同的徑向位置。在任何情況下，第一槽中的第一導(dǎo)線相比第二槽中的第二導(dǎo)線位于不同的周向位置處。此外，第一槽中相比第二槽位于不同的周向位置處。
[0010]第一轉(zhuǎn)換器可基本上獨立于第二轉(zhuǎn)換器，或者第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器之一可以是主轉(zhuǎn)換器，且第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器中的另一個可以是從轉(zhuǎn)換器。第一轉(zhuǎn)換器以及第二轉(zhuǎn)換器可具有一個以上的輸入端子，特別是可具有如所支持的電子支持的數(shù)目的輸入端子。特別是，第一轉(zhuǎn)換器可具有兩個輸入端子或三個輸入端子，以及第二轉(zhuǎn)換器可具有兩個輸入端子或三個輸入端子。此外，第一轉(zhuǎn)換器以及第二轉(zhuǎn)換器可具有兩個輸出端子或三個輸出端子，用于提供兩相或三相的定頻輸出AC功率流。第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器的輸出功率流可被適當(dāng)?shù)亟M合，并且特別是可通過一個或多個變壓器提供給分配電能到多個電消費者的公共電網(wǎng)。
[0011]當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)線、第二導(dǎo)線、第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器之一失效或出現(xiàn)故障時，相應(yīng)的另一轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的另一導(dǎo)線仍可起作用，且仍可被用于操作特別是發(fā)電機(jī)中的定子裝置。由此，能量生產(chǎn)的輸送可能被增加。
[0012]此外，由于周向上位于第一槽和第二槽之間的突出或齒，第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線可與彼此磁性隔離。該齒可限制磁通量或磁場線，并因此可貢獻(xiàn)于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線的相互磁性獨立。
[0013]通過在第一周向位置處所布置的第一導(dǎo)線和在不同于第一周向位置的第二周向位置處所布置的第二導(dǎo)線的構(gòu)造，可降低傳統(tǒng)系統(tǒng)中可損害永磁體的退磁場的水平，并能夠?qū)崿F(xiàn)具有更少稀有材料(諸如鏑等)的顯著更廉價的永磁體。
[0014]當(dāng)磁體暴露于大的退磁場是，特別是在第一導(dǎo)線或第二導(dǎo)線中的短路期間，鏑可增加維持磁體的磁化所需要的磁體矯頑力(coercivity)。由此，鏑是迄今為止磁體最昂貴的組分，該磁體諸如是大多數(shù)直驅(qū)永磁風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中所使用的那些磁體。
[0015]此外，多轉(zhuǎn)換器裝置可包括兩個、三個、四個或甚至更多個連接到對應(yīng)數(shù)目的導(dǎo)線(用于每個相位)的轉(zhuǎn)換器。
[0016]每定子極的槽數(shù)可等于所支持的相位數(shù)乘以轉(zhuǎn)換器數(shù)。
[0017]周向上在第一槽和第二槽之間布置齒。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一導(dǎo)線被連接到第一轉(zhuǎn)換器的方向與第二導(dǎo)線被連接到第二轉(zhuǎn)換器的定向相同。
[0019]例如，可以按照向內(nèi)方向或向外方向的方式布置第一導(dǎo)線(在分別考慮第一槽和第二槽中相應(yīng)導(dǎo)線的取向或方向時定義相反的軸向)。此外，第二導(dǎo)線也可在向內(nèi)方向或向外方向上。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)中采用該定子裝置時，第一導(dǎo)線中流動的第一電流和第二導(dǎo)線中流動的第二電流在相同的方向上，盡管在兩者之間具有相位差，該相位差取決于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線的周向位置的差。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一導(dǎo)線被布置在形成第一線圈的多個線匝中的第一槽中，其中第二導(dǎo)線被布置在形成第二線圈的多個線匝中的第二槽中。每槽每相位的串聯(lián)線匝的數(shù)目等于N/m，其中N為用于僅具有一個轉(zhuǎn)換器的換能器的每槽每相位的串聯(lián)線匝的數(shù)目，以及m為所公開的發(fā)明中并行轉(zhuǎn)換器的數(shù)目。
[0021]可以采用不同的纏繞策略。例如，第一線圈可通過在兩個槽內(nèi)纏繞第一導(dǎo)線來形成，例如，該兩個槽被間隔開使得在兩者之間有五個槽(對于兩個相位而言)，或其中在兩者之間有八個槽(對于三個相位而言)。當(dāng)在發(fā)電機(jī)中使用時，通過提供多個線匝，可提高定子裝置的效率。
[0022]第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線可分別對應(yīng)于被提供給第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器的輸入端子的第一相位。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的實施例，定子裝置進(jìn)一步包括，另一第一導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近第二槽的另一第一槽中，被連接到第一轉(zhuǎn)換器的另一輸入端子；另一第二導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近另一第一槽的另一第二槽中，被連接到第二轉(zhuǎn)換器的另一輸入端子。
[0024]該另一第一導(dǎo)線和另一第二導(dǎo)線可分別對應(yīng)于被連接到第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器的另一輸入端子的第二相位。
[0025]由此，提供了對于第二相位的支持。此外，由于另一第一導(dǎo)線被布置在相比另一第二導(dǎo)線的不同周向位置處的配置，也可減少由于第二相位引起的退磁。特別是，另一第一導(dǎo)線和另一第二導(dǎo)線之間的周向差可等于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之間的周向位置差。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施例，定子裝置進(jìn)一步包括，再一第一導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近另一第二槽的再一第一槽中，被連接到第一轉(zhuǎn)換器的再一輸入端子；再一第二導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近再一第一槽的另一第二槽中，被連接到第二轉(zhuǎn)換器的再一輸入端子。
[0027]再一第一導(dǎo)線和再一第二導(dǎo)線可對應(yīng)于第三相位。此外，由于再一第一導(dǎo)線和再一第二導(dǎo)線在它們各自的周向位置中有所不同的配置，減少了由于第三相位而引起的永磁體的退磁。特別地，再一第一導(dǎo)線和再一第二導(dǎo)線之間的周向位置差可等于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之間的周向位置差，并且還可等于另一第一導(dǎo)線和另一第二導(dǎo)線之間的周向位置差值。
[0028]由此，可如通常所使用的那樣，提供第三相位來輸送功率流到公共電網(wǎng)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該定子裝置進(jìn)一步包括至少一個第三導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近第二槽的至少一個第三槽中，且被連接到至少一個第三轉(zhuǎn)換器的輸入端子。
[0030]由此，提供至少一個第三轉(zhuǎn)換器的第一相位?？商峁┮粋€以上的第三導(dǎo)線，例如兩個第三導(dǎo)線、三個第三導(dǎo)線、四個第三導(dǎo)線或甚至更多的第三導(dǎo)線，其均被連接到相同數(shù)目的第三轉(zhuǎn)換器的各自的輸入端子。通過具有更多轉(zhuǎn)換器，對應(yīng)地需要每極的更多槽。每極的槽數(shù)可等于所支持的相位數(shù)乘以轉(zhuǎn)換器數(shù)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該定子裝置進(jìn)一步包括至少一個另一第三導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近另一第二槽的至少一個另一第三槽中，且被連接到第三轉(zhuǎn)換器的另一輸入端子。
[0032]由此，提供了被供應(yīng)給到第三轉(zhuǎn)換器的第二相位。[0033]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該定子裝置進(jìn)一步包括至少一個再一第三導(dǎo)線，其被布置在特別是周向上鄰近再一第二槽的至少一個再一第三槽中，且被連接到第三轉(zhuǎn)換器的再一輸入端子。
[0034]由此，為第三轉(zhuǎn)換器提供了第三相位。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的實施例，每定子極的槽數(shù)等于轉(zhuǎn)換器數(shù)乘以相位數(shù)，相位數(shù)特別是等于每個轉(zhuǎn)換器的輸入端子數(shù)。
[0036]特別是，相位數(shù)可為3，并且轉(zhuǎn)換器數(shù)可為2或3。由此，實現(xiàn)了良好的折衷，用于減少永磁體的退磁并限制槽數(shù)。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)，特別是風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，其包括根據(jù)上述實施例之一的定子裝置，且包括具有多個永磁體的轉(zhuǎn)子，其中在操作期間，第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線被彼此磁性隔離。
[0038]特別是，由于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之間的齒，第一導(dǎo)線中流動的電流對第二導(dǎo)線中流動的電流的磁性影響可能相對較小，該齒將磁場線和/或磁通量有效地集中在齒內(nèi)，從而禁止磁場線延伸到布置相應(yīng)的另一導(dǎo)線的空間。
[0039]由此，如果第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之一失效或顯示短路，并不以過度的方式來影響相應(yīng)的另一導(dǎo)線，從而減少了惡化其他部件的風(fēng)險，特別是使其他組件退磁的風(fēng)險，該其他部件諸如是永磁體。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該換能器適于允許在第一導(dǎo)線中流動的第一電流，其與第二導(dǎo)線中流動的第二電流具有相同的方向，但具有與第二電流不同的相位。不同的相位是由于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線的不同的周向位置引起的。相位差可取決于第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線之間的周向位置差。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實施例，在考慮第一電流和第二電流相位的相移來控制第二轉(zhuǎn)換器，特別是該相移為360° /(6 * q)，其中q是每定子極的槽數(shù)。
[0042]當(dāng)支持三個相位時并且當(dāng)存在兩個轉(zhuǎn)換器時，這可適用。
[0043]在三個或更多轉(zhuǎn)換器的情況下，第3或第4或第η個轉(zhuǎn)換器也必須給出與第一轉(zhuǎn)換器的電流有關(guān)的(n_l)*360° /(6 * q)的相移。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該換能器適合用于在第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)線、至少一個第三導(dǎo)線、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器和至少一個第三轉(zhuǎn)換器之一中發(fā)生故障的情況下的操作，其中在故障情況下，避免了多個永磁體的退磁。
[0045]在故障情況下，故障組件可被切斷，并可利用仍未損壞的組件繼續(xù)換能器的操作。故障期間，高電流可能在故障組件(例如導(dǎo)線之一或轉(zhuǎn)換器之一)中流動。由此，通過相鄰導(dǎo)線之間有效的磁性隔離，可降低或甚至避免作用于永磁體的高磁動力(MMF)。由此，可降低或甚至避免永磁體的退磁。由此，磁體可需要較不昂貴的稀土材料或/和可采用更薄的磁體。由此,可降低換能器的成本。
[0046]相比于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)或定子裝置，每極的槽數(shù)增加到對應(yīng)于轉(zhuǎn)換器數(shù)目的倍數(shù)，因此對于兩個轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)而言增加到兩倍，而對于三個轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)而言增加到三倍等等。保持定子尺寸固定，槽寬度可被減小為一半、三分之一等，而槽高度可保持固定。
[0047]盡管為了更清晰地比較，通過改變槽數(shù)，每極不同數(shù)目的槽之間的高寬比可被保持相同，但基于重新優(yōu)化程序，所有其他尺寸可被改變，在其基礎(chǔ)上，可最佳地重新定義例如槽寬度和高度或磁體尺寸和形狀。
[0048]通過本發(fā)明的實施例，為了發(fā)電機(jī)的相同性能，可采用更廉價的磁體。這能夠通過降低短路磁動力以便需要較低矯頑力來實現(xiàn)，從而永磁體需要較少量的鏑，導(dǎo)致顯著廉價的磁體。此外，從退磁的角度來看，利用較少的限制和力，可優(yōu)化或降低永磁體的徑向厚度。
[0049]特定相位的繞組(例如，分別被連接到第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器的第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線)可被彼此磁性隔離，使得不會由于與相應(yīng)另一導(dǎo)線的相互的磁性相互作用而放大導(dǎo)線之一中的短路電流。
[0050]特別是，并行相位(即第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線)被布置為與彼此周向鄰近，在兩者之間具有鐵磁體齒，其中該齒將第一槽與第二槽分離。
[0051]由此，如由個別永磁體所經(jīng)受的短路磁動力如下:
MMF = N/m.(k.λ.In + In + In +...)，
其中，N是每槽的串聯(lián)半線匝的數(shù)目，k是短路電流與標(biāo)稱滿負(fù)載電流的比率，m是并行轉(zhuǎn)換器的數(shù)目，λ是由于兩個并行相位之間互感的調(diào)制因數(shù)。由此，對于λ = I的情況，實現(xiàn)了完全隔離。
[0052]與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，對于兩個轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)而言，MMF (磁動力)減少了 30%，而對于三個轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)而言，減少了 40%，以及對于采用甚至更高數(shù)目轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)，減少甚至更大的量，即大于40%。
[0053]現(xiàn)在參考附圖來描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明并不限于所圖示或描述的實施例?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0054]圖1示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)的一部分的軸向視圖。
[0055]圖2示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)的一部分的另一實施例。
[0056]圖3圖示了如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)中所觀察的最小磁場的時間過程。
[0057]圖4圖示了一個曲線圖，該曲線圖圖示了如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)中所生成的磁動力的等效方式。
[0058]圖5圖示了如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)中所生成的平均扭矩的曲線圖，以及
圖6圖示了如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)中所生成的扭矩的波動。
【具體實施方式】
[0059]圖1示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)的一部分100。
[0060]特別地，定子裝置101的圖示包括兩個定子極，其中圖1中指示了定子極矩ΡΡ。
[0061]發(fā)電機(jī)的部分100包括定子裝置101和繞沿軸向定向的旋轉(zhuǎn)軸105相對于定子裝置101旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子103。圖1中以卷起的版本圖示了裝置100，其中為清楚起見，周向方向107從圓形方向被彎折到直線方向。 由參考標(biāo)記105指示軸向(指向繪圖平面內(nèi))，并由參考標(biāo)記109指示徑向。
[0062]定子裝置101包括磁軛111，多個齒113從磁軛中徑向向外突出。磁軛111和齒113由導(dǎo)磁性材料制造。多個齒113與多個槽115相交錯。[0063]在多個槽中布置多個導(dǎo)線114。例如在第一槽117中布置第一導(dǎo)線119，并在第二槽121中布置第二導(dǎo)線123。由此，第一槽117被布置在相比第二槽121不同的周向位置處，使得第一導(dǎo)線119也被周向布置在相比第二導(dǎo)線123不同的位置處。第一導(dǎo)線119和第二導(dǎo)線123的中心的位置之間的周向差被指示為Λ，其可導(dǎo)致第一導(dǎo)線119和第二導(dǎo)線123中流動的電流的電相位有所不同的屬性。
[0064]定子裝置101進(jìn)一步包括可以基本上以相同方式構(gòu)建的第一轉(zhuǎn)換器125和第二轉(zhuǎn)換器127。第一轉(zhuǎn)換器具有輸入端子129、另一輸入端子131和再一輸入端子133。同樣,第二轉(zhuǎn)換器127具有輸入端子130、另一輸入端子132和再一輸入端子134。第一導(dǎo)線119被連接到第一轉(zhuǎn)換器125的輸入端子129，且第二導(dǎo)線123被連接到第二轉(zhuǎn)換器127的輸入端子 130。
[0065]另一第一導(dǎo)線135 (被布置在鄰近第二槽121并因此鄰近第二導(dǎo)線123的槽中)被連接到第一轉(zhuǎn)換器的另一輸入端子131，且另一第二導(dǎo)線137 (被布置在鄰近另一第一導(dǎo)線135的槽中)被連接到第二轉(zhuǎn)換器127的另一端子132。再一第一導(dǎo)線139被連接到第一轉(zhuǎn)換器125的再一輸入端子133，且再一第二導(dǎo)線141被連接到第二轉(zhuǎn)換器127的再一輸入端子 134。
[0066]圖1中,第一導(dǎo)線119還被標(biāo)記為S1,且第二導(dǎo)線121還被標(biāo)記為a2 ,另一第一導(dǎo)線135被標(biāo)記為c’ 1；且另一第二導(dǎo)線137被標(biāo)記為c’ 2，再一第一導(dǎo)線139被標(biāo)記為b1;且再一第二導(dǎo)線被標(biāo)記為b2。由此，無撇號的參量分別指示了取向或當(dāng)前方向的向內(nèi)方向，而有撇號的參量指示了取向或當(dāng)前方向的向外方向。
[0067]此外，發(fā)電機(jī)部分100包括轉(zhuǎn)子103，該轉(zhuǎn)子103包括保持永磁體145的支撐結(jié)構(gòu)143，該永磁體具有由圖1中字母“S”和“N”所指示的南極和北極。永磁體145包括如稀土材料鏑，但比傳統(tǒng)系統(tǒng)中數(shù)量要少，且具有同樣小于傳統(tǒng)磁體徑向?qū)挾鹊膹较驅(qū)挾萪。圖1中，示范性指示了由一些導(dǎo)線114所產(chǎn)生的磁場線147，其特別是在導(dǎo)線135和137之間的齒113中被抵消。此外，相比于傳統(tǒng)磁通量降低了朝向永磁體145的磁通量。由此，永磁體145的退磁被降低或者甚至可被避免。
[0068]如果第一轉(zhuǎn)換器125和第二轉(zhuǎn)換器127之一失效，或?qū)?yīng)的導(dǎo)線失效，則相應(yīng)的另一轉(zhuǎn)換器仍可操作，以便保持能量產(chǎn)生，盡管是到較低的程度。
[0069]轉(zhuǎn)換器125、127分別在輸出端子149和151處生成定頻AC功率流(以三個相位)，其然后可被提供到公共電網(wǎng)，特別是通過一個或多個變壓器。
[0070]如從圖1中顯而易見的是，支持三個相位(對應(yīng)于轉(zhuǎn)換器的三個相應(yīng)輸入端子)，且每極的槽115的數(shù)目為6，例如相位的數(shù)目(三個相位)乘以轉(zhuǎn)換器的數(shù)目(兩個轉(zhuǎn)換器)。
[0071]圖2示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電轉(zhuǎn)換器的一部分200。由此，利用除了第一數(shù)位之外與圖1中所圖示的那些結(jié)構(gòu)和組件相同的參考標(biāo)記來標(biāo)記結(jié)構(gòu)和/或功能上類似的元件和組件。由此，可從如圖1中所描述的那些組件的相應(yīng)描述中獲得這些組件的解釋。
[0072]圖2中所圖示的發(fā)電機(jī)的部分200示出了與圖1中所圖示的發(fā)電機(jī)的部分100的相似之處。不同于圖1中所圖不的發(fā)電機(jī)部分，圖2中所圖不的發(fā)電機(jī)部分200包括不僅2個而是3個轉(zhuǎn)換器225、227和253。第一導(dǎo)線219、另一第一導(dǎo)線235和再一第一導(dǎo)線239到第一轉(zhuǎn)換器225的連接對應(yīng)于如參考圖1所解釋的連接。此外，第二導(dǎo)線223、另一第二導(dǎo)線237和再一第二導(dǎo)線241到第二轉(zhuǎn)換器227的連接對應(yīng)于如圖1中所圖示和解釋的那些連接。
[0073]另外，第三導(dǎo)線255 (被布置在鄰近另一第一導(dǎo)線223的槽中)被連接到第三轉(zhuǎn)換器253的輸入端子257，另一第三導(dǎo)線259 (被布置在鄰近另一第二導(dǎo)線237的槽中)被連接到第二轉(zhuǎn)換器的另一輸入端子261，并且再一第三導(dǎo)線263 (被布置在鄰近另一第三導(dǎo)線241的槽中)被連接到第三轉(zhuǎn)換器253的再一輸入端子265。由此，如果轉(zhuǎn)換器225、227、253之一或那些轉(zhuǎn)換器中的兩個制動或失效，發(fā)電機(jī)仍可通過對應(yīng)的輸出端子249、251和/或252或未損壞的轉(zhuǎn)換器來提供電能到公共電網(wǎng)。
[0074]此外，圖2中指示了極矩pp和磁矩mp，以及永磁體245的徑向?qū)挾萪。特別是，圖1和2中，并行相位(即由導(dǎo)線219、223和255承載的，也被標(biāo)記為apa2和a3的相位)，被彼此周向相鄰地布置，具有取決于極矩、轉(zhuǎn)換器數(shù)和相位數(shù)的周向距離Λ。
[0075]當(dāng)電流正流經(jīng)與磁體245之一相對的導(dǎo)線時所生成的短路MMF被如下給出:
MMF = M/m.(k.λ.In + In + In + …)。
[0076]由此，M是每槽的串聯(lián)半線匝的數(shù)目，k是短路電流與標(biāo)稱滿負(fù)載電流的比率，m是并行轉(zhuǎn)換器的數(shù)目，λ是對兩個并行相位之間互感的調(diào)制因數(shù)。在目前情況下，λ是指示相鄰導(dǎo)線之間至少近似完全隔離的近似的一個。
[0077]圖3圖示了曲線圖，其中在橫坐標(biāo)301上，以秒(sec)指示時間，而在縱坐標(biāo)303上，以特斯拉(T)指示最小磁場。由此，曲線305圖示了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，而曲線307圖示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)電機(jī)的性能，例如圖1或2之一中所圖示的發(fā)電機(jī)的性能。
[0078]如從圖3中可理解的是，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)電機(jī)的最小磁場(曲線307)不會降到閾值線309以下，低于該閾值線將會發(fā)生如傳統(tǒng)情況下(曲線305)那樣的永磁體245和145的退磁。因此，根據(jù)本實施例，降低或者甚至避免永磁體145、245的退磁。
[0079]如從圖3中顯而易見的，相比于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，最小磁通密度或最小磁場Bmin位于顯著更安全的區(qū)域中。
[0080]圖4圖示了曲線圖，其中橫坐標(biāo)401上指示了時間和秒，而在縱坐標(biāo)403上以安培(A)指示由磁體145、245所經(jīng)受的歸一化安培匝數(shù)。由此，歸一化安培匝數(shù)與由磁體145、245所經(jīng)受的磁動力(MMF)成比例。當(dāng)曲線405、407圖示了傳統(tǒng)系統(tǒng)時，曲線409圖示了如根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)(例如圖1或2中所圖示的發(fā)電機(jī)100或200)中所觀察到的歸一化安培匝數(shù)。如從圖4中所顯而易見的，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)電機(jī)的歸一化安培匝數(shù)(曲線409)低于傳統(tǒng)系統(tǒng)的那些歸一化安培匝數(shù)(曲線405、407)。因此，降低或甚至避免永磁體145、245的退磁。
[0081]圖5和6圖示了描繪如根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)電機(jī)中所觀察到的平均扭矩(圖5)和波動扭矩(圖6)的曲線圖。圖5中，前幾個周期對應(yīng)于正常操作狀況，而隨后周期對應(yīng)于當(dāng)短路發(fā)生時的狀況。由此，橫軸501和601以秒指示時間，而縱軸503和603以牛頓*米(Nm)指示高溫的磁體145、245的溫度下在100%負(fù)載時的扭矩。由此，圖6中的曲線605圖不了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)電機(jī)中的波動扭矩，其基本上對應(yīng)于傳統(tǒng)波動扭矩。由此，曲線607對應(yīng)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能。
[0082]如圖5中被指示為曲線505的那樣，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電機(jī)的平均扭矩基本上對應(yīng)于傳統(tǒng)平均扭矩。由此，曲線507和509對應(yīng)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能。[0083]應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語“包括”并不排除其他元件或步驟，且“一”或“一個”(a，an)并不排除多個。而且，與不同實施例相關(guān)聯(lián)描述的元件可被組合。還應(yīng)當(dāng)注意的是，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.定子裝置，該裝置包括: 定子(101，201)，其在周向方向(107，207)上延伸且具有與沿周向方向布置的多個槽(115，215)交錯的多個齒(113，213)； 第一導(dǎo)線(119，219)，其被布置在多個槽的第一槽(117，217)中； 第二導(dǎo)線(123，223)，其被布置在多個槽的第二槽(121，221)中，其中所述第二槽在周向上鄰近所述第一槽； 第一轉(zhuǎn)換器(125，225)，其具有被連接到所述第一導(dǎo)線(119，219)的輸入端子(129， 229)； 第二轉(zhuǎn)換器(127，227)，其具有被連接到所述第二導(dǎo)線(123，223)的輸入端子(130，230)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，多個齒(113，213)中的齒在周向上位于所述第一槽(117，217)和所述第二槽(121，221)之間； 其中，特別是，所述第一導(dǎo)線(119，219)在與所述第二導(dǎo)線(123，223)被連接到所述第二轉(zhuǎn)換器(127，227)的相同取向上被連接到所述第一轉(zhuǎn)換器(125，225)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置， 其中，所述第一導(dǎo)線(119，229)被布置在形成第一線圈的多個線匝中的所述第一槽(117， 217)中； 其中，所述第二導(dǎo)線(123，223)被布置在形成第二線圈的多個線匝中的所述第二槽(121，221)中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，進(jìn)一步包括: 另一第一導(dǎo)線(135，235)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述第二槽的另一第一槽中，被連接到所述第一轉(zhuǎn)換器(125，225)的另一輸入端子(131，231)； 另一第二導(dǎo)線(137，237)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述另一第一槽的另一第二槽中，被連接到所述第二轉(zhuǎn)換器(127，227)的另一輸入端子(132，232)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的裝置，進(jìn)一步包括: 再一第一導(dǎo)線(139，239)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述另一第二槽的再一第一槽中，被連接到所述第一轉(zhuǎn)換器的再一輸入端子(133，233)； 再一第二導(dǎo)線(141，241)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述再一第一槽的再一第二槽中，被連接到所述第二轉(zhuǎn)換器(127，227)的再一輸入端子(134，234)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，進(jìn)一步包括: 至少一個第三導(dǎo)線(255)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述第二槽的至少一個第三槽中，并被連接到至少一個第三轉(zhuǎn)換器(253)的輸入端子(257)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的裝置，進(jìn)一步包括: 至少一個另一第三導(dǎo)線(259)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述另一第二槽的至少一個另一第三槽中，并被連接到所述第三轉(zhuǎn)換器(253)的另一輸入端子(261)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的裝置，進(jìn)一步包括: 至少一個再一第三導(dǎo)線(263)，其被布置在特別是在周向上鄰近所述再一第二槽的至少一個再一第三槽中，并被連接到所述第三轉(zhuǎn)換器(253)的再一輸入端子(265)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其中每定子極的槽數(shù)等于轉(zhuǎn)換器數(shù)乘以相位數(shù)，所述相位數(shù)特別是等于每個轉(zhuǎn)換器的輸入端子數(shù)。
10.機(jī)電換能器，特別是發(fā)電機(jī)，包括: 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置(101，201);以及 具有多個永磁體(145，245)的轉(zhuǎn)子(103，203)，其中在操作期間，第一導(dǎo)線(119，219)和第二導(dǎo)線(123，223)是磁性隔離的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的換能器，其適于允許在所述第一導(dǎo)線中流動的第一電流，所述第一電流具有與在所述第二導(dǎo)線中流動的第二電流相同的方向，但具有相比所述第二電流不同的相位。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10之一的換能器，其中考慮所述第一電流和第二電流相位的相移來控制所述第二轉(zhuǎn)換器，特別是所述相移為360° /(6 * q)，其中q是每定子極的槽數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至11之一的換能器，其適合用于在第一導(dǎo)線、第二導(dǎo)線、至少一個第三導(dǎo)線、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器和至少一個第三轉(zhuǎn)換器之一中發(fā)生故障的情況下的操作，其中在故障情況下 ，避免了多個永磁體的退磁。
【文檔編號】H02K3/12GK103545961SQ201310288094
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】M.基米亞貝吉 申請人:西門子公司