具有可變形的定子的電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電機(jī)、尤其用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。該電機(jī)具有轉(zhuǎn)子和定子，其中該轉(zhuǎn)子相對于定子圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置。轉(zhuǎn)子和定子如此布置，使得定子的定子表面和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子表面隔開。轉(zhuǎn)子表面沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造成圓形。定子如此可變形地構(gòu)造，使得在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有施加磁相互作用時定子表面在定子的至少一段內(nèi)部沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線具有非圓形的表面輪廓，并且在轉(zhuǎn)子和定子之間施加磁相互作用時所述定子如此變形，從而使得定子表面沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造成圓形，進(jìn)而使得定子表面和轉(zhuǎn)子表面之間的間距是恒定的。
【專利說明】具有可變形的定子的電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)、尤其用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)以及一種用于制造該電機(jī)或者說用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)、例如用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子組成，其中轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)。為風(fēng)力渦輪機(jī)使用發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有位于外部的轉(zhuǎn)子并且包圍位于內(nèi)部的定子。在轉(zhuǎn)子和定子之間存在高的磁相互作用。這尤其對定子而言導(dǎo)致定子在發(fā)電機(jī)運行期間變形并且其表面輪廓偏離圓形形狀。換句話說，圓形的轉(zhuǎn)子與定子之間的縫隙沿周向是不恒定的并且根據(jù)局部的磁相互作用的大小劇烈改變。轉(zhuǎn)子和定子之間的縫隙的這種不恒定影響了電機(jī)或者說發(fā)電機(jī)的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有高效率的電機(jī)。
[0004]該任務(wù)通過按獨立權(quán)利要求所述的電機(jī)、尤其用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)以及用于制造該電機(jī)、尤其用于制造用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的方法得到解決。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種電機(jī)、尤其用于風(fēng)力潤輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。該電機(jī)具有轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子相對于定子圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置。轉(zhuǎn)子和定子如此布置，從而使得定子的定子表面和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子表面隔開。轉(zhuǎn)子表面沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造成圓的。
[0006]在此，定子如此可變形地構(gòu)造，從而在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有施加磁相互作用時，使得所述定子表面(在至少一個定子段內(nèi)部)沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線具有非圓形的表面輪廓。此夕卜，定子如此可變形地構(gòu)造，從而在轉(zhuǎn)子和定子之間施加磁相互作用時使得定子如此進(jìn)行變形，從而使得定子表面沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造成圓形，進(jìn)而使得定子表面和轉(zhuǎn)子表面之間的間距是恒定的。
[0007]所述電機(jī)例如是電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)。該電機(jī)尤其是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代的風(fēng)力渦輪機(jī)中使用無傳動機(jī)構(gòu)的技術(shù)。風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力葉片在此直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。因為轉(zhuǎn)子和風(fēng)力葉片之間沒有在中間連接傳動機(jī)構(gòu)并且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相應(yīng)較小，因此轉(zhuǎn)子和定子具有大的直徑。定子的直徑例如能夠在3.5m到4.5m[米]之間。
[0008]該轉(zhuǎn)子例如是外部環(huán)繞的轉(zhuǎn)子并且包圍定子。在本發(fā)明的其他示例性的實施方式中所述轉(zhuǎn)子是內(nèi)部環(huán)繞的轉(zhuǎn)子，從而使得定子包圍轉(zhuǎn)子。
[0009]所述轉(zhuǎn)子例如具有沿周向并肩排列的永磁體，所述永磁體例如交替地具有不同的極性。
[0010]所述定子例如具有多個能夠布置在定子表面上的定子線圈。此外，所述定子例如具有多個通道，所述通道至少以一個組件平行于旋轉(zhuǎn)軸線延伸。所述通道能夠用作冷卻通道或者所述通道能夠構(gòu)造用于容納相應(yīng)的定子線圈。
[0011]所述定子能夠由整體的、圓形的段制成或者由多個沿周向前后相互(例如可松開地)固定的定子段制成。
[0012]由于線圈和永磁體的布置，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在大的磁相互作用。尤其在電機(jī)運行時例如借助于定子線圈如此控制該磁相互作用，使得圍繞定子表面環(huán)繞地作用有所謂的磁性拉力。
[0013]所述磁相互作用使得定子變形并且例如朝向轉(zhuǎn)子吸引或者由轉(zhuǎn)子排斥。例如通過布置在轉(zhuǎn)子和/或定子上的永磁體引起轉(zhuǎn)子和定子之間的磁相互作用。該磁相互作用由此能夠在電機(jī)的運行中或者靜止中起作用。
[0014]所述磁相互作用對于電機(jī)的確定的運行狀態(tài)、例如靜止或全負(fù)載能夠例如根據(jù)經(jīng)驗或者基于試驗預(yù)先確定。根據(jù)對所述磁相互作用的強(qiáng)度和局部曲線的認(rèn)知能夠預(yù)先確定定子變形的程度。
[0015]基于此，根據(jù)本發(fā)明如此制造所述定子或者說其定子段，從而在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有施加磁相互作用時、例如在將永磁體裝配在轉(zhuǎn)子上之前，所述定子沒有圓形的表面輪廓。所述定子例如在沒有施加磁相互作用時具有(相對于圓形曲線)壓扁的表面輪廓。
[0016]所述定子的可變形性能夠如此預(yù)先確定，從而基于發(fā)電機(jī)運行或者靜止時轉(zhuǎn)子和定子之間可預(yù)測的磁相互作用使得定子如此變形，從而在施加磁相互作用時所述定子具有圓形的表面輪廓。
[0017]所述定子的可變形性例如能夠有關(guān)于材料選擇、壁厚或者說輪廓厚度并且取決于幾何尺寸、例如定子的直徑。
[0018]尤其以板層結(jié)構(gòu)構(gòu)造所述定子，其中多個定子板沿軸向前后布置。由于定子的這種板層結(jié)構(gòu)，該定子具有與例如轉(zhuǎn)子相比更小的剛性。板層結(jié)構(gòu)的定子的可變形性同樣是可預(yù)先確定的。
[0019]定子表面是定子的面對轉(zhuǎn)子的表面。相應(yīng)地,轉(zhuǎn)子表面是轉(zhuǎn)子的面對定子的表面。在定子表面和轉(zhuǎn)子表面之間形成縫隙。定子表面和轉(zhuǎn)子表面之間的這種縫隙或者說徑向間距由于電機(jī)運行期間定子的變形而是恒定的。在電機(jī)運行以外，定子變形，也就是說在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有施加磁性相互作用時，縫隙由于定子的原始非圓形的設(shè)計而不是恒定的。轉(zhuǎn)子表面和定子表面之間的縫隙在電機(jī)運行期間、也就是在轉(zhuǎn)子和定子之間施加磁相互作用時沿徑向為約2mm到約8mm[毫米]之間。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面描述了一種用于制造電機(jī)、尤其用于制造用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的方法。該電機(jī)具有與上面所述電機(jī)相同的特征。根據(jù)制造方法，將轉(zhuǎn)子相對于定子可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置。此外，根據(jù)制造方法使定子如此可變形地構(gòu)造，使得在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有施加磁相互作用時所述定子表面沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線具有非圓形的表面輪廓，并且使得在轉(zhuǎn)子和定子之間施加磁相互作用時定子如此變形，使得定子表面沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造成圓形，進(jìn)而使得定子表面和轉(zhuǎn)子表面之間的間距是恒定的。
[0021]此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性的實施方式能夠在轉(zhuǎn)子上布置多個永磁體，從而在轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生磁相互作用。根據(jù)所述方法的另一示例性的實施方式，在將轉(zhuǎn)子相對于定子可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置之后將永磁體布置在轉(zhuǎn)子上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明制造帶有定子表面的定子，該定子表面在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有作用磁相互作用時沿軸向(也就是沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)具有不平的(波紋狀的)表面并且/或者沿周向沒有圓形的表面輪廓。在轉(zhuǎn)子和定子之間施加磁相互作用之后、例如在電機(jī)運行期間又或者在其靜止期間，所述定子如此變形，使得定子表面沿軸向具有平坦的表面輪廓并且沿周向具有圓形的表面輪廓。由此，在電機(jī)運行期間或者說在轉(zhuǎn)子和定子之間施加磁相互作用期間，在轉(zhuǎn)子和定子之間形成縫隙，其中該縫隙在整個定子表面和整個轉(zhuǎn)子表面之間是恒定的。
[0023]通過在轉(zhuǎn)子和定子之間構(gòu)造恒定的間距提高了電機(jī)的效率。此外，定子能夠構(gòu)造得更沒有剛性并且更柔性，因為其在施加磁相互作用期間的變形是可預(yù)先確定的并且由此計劃用于在轉(zhuǎn)子表面和定子表面之間形成恒定的間距。為了由此更不剛性地并且柔性地制造定子，需要更少的材料使用，從而能夠降低電機(jī)的制造成本和重量。
[0024]要指出的是，參照不同的發(fā)明主題描述本發(fā)明的實施方式。尤其描述本發(fā)明帶有裝置權(quán)利要求的一些實施方式以及本發(fā)明帶有方法權(quán)利要求的其他實施方式。然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在該申請文件的閱讀中要立即清楚，只要沒有明確的其他表述，除了配屬于發(fā)明主題的一個類型的特征的組合之外也能夠?qū)崿F(xiàn)配屬于發(fā)明主題的不同類型的特征的任意組合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面為了進(jìn)一步解釋以及為了更好地理解本發(fā)明，參照附圖更詳細(xì)地描述實施例。
[0026]圖1示出了按本發(fā)明的示例性的實施方式的電機(jī)的示意圖；
圖2示出了按本發(fā)明的示例性的實施方式的定子的透視圖。
[0027]相同的或者類似的組件在附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。附圖中的圖示是示意性的并且沒有按比例示出。

【具體實施方式】
[0028]圖1示出了電機(jī)100，該電機(jī)例如是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。電機(jī)100具有轉(zhuǎn)子120和定子110。圖1中的實施例例如具有外部環(huán)繞的轉(zhuǎn)子120，該轉(zhuǎn)子包圍定子110。為了更好地一覽，僅僅局部示出所述轉(zhuǎn)子120。
[0029]所述轉(zhuǎn)子120相對于定子110圍繞旋轉(zhuǎn)軸線101可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置。該轉(zhuǎn)子120和定子110如此布置，使得定子的定子表面111與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子表面121隔開。定子110的定子表面111是定子的面對轉(zhuǎn)子120的表面。轉(zhuǎn)子120的轉(zhuǎn)子表面121是轉(zhuǎn)子120的面對定子表面111的表面。
[0030]所述轉(zhuǎn)子120剛性地并且不可變形地構(gòu)造，從而使得轉(zhuǎn)子表面121沿周向102圍繞旋轉(zhuǎn)軸線101構(gòu)造成圓形并且不會受到磁力的影響。
[0031]所述定子110如此可變形地構(gòu)造，使得在轉(zhuǎn)子120和定子110之間沒有施加磁相互作用時所述定子表面111沿周向102圍繞旋轉(zhuǎn)軸線101具有非圓形的表面輪廓(相應(yīng)于圖1中的實線)。此外，所述定子I1如此可變形地構(gòu)造，使得在轉(zhuǎn)子120和定子110之間施加磁相互作用時所述定子I1能夠如此變形，從而使得定子表面111沿周向102圍繞旋轉(zhuǎn)軸線101構(gòu)造成圓形，進(jìn)而使得定子表面111和轉(zhuǎn)子表面121之間的間距X是恒定的(圖1中的虛線)。
[0032]如此制造定子110，使得定子110在沒有磁相互作用時不具有圓形的表面形狀并且根據(jù)運行狀態(tài)I具有壓扁的表面形狀。
[0033]只有在轉(zhuǎn)子120和定子110之間施加磁相互作用之后，定子才如此變形，使得定子110或者說其定子表面111具有圓形或者說圓的表面輪廓形狀(根據(jù)運行狀態(tài)II)。
[0034]代表關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線101的徑向間距X的間距X在運行狀態(tài)II中是恒定的，在所述運行狀態(tài)II中在轉(zhuǎn)子120和定子110之間施加磁相互作用。
[0035]在轉(zhuǎn)子120的表面上、尤其在轉(zhuǎn)子表面121上能夠布置多個永磁體122。
[0036]此外，所述定子110如此可變形地構(gòu)造，使得在轉(zhuǎn)子120和定子110之間沒有施加磁相互作用時所述定子表面111在定子110的至少一段內(nèi)部沿著旋轉(zhuǎn)軸線101的軸向具有不平坦的表面輪廓(例如波紋狀的表面輪廓，取決于轉(zhuǎn)子120和定子110之間磁相互作用的強(qiáng)度和構(gòu)成)，并且使得在轉(zhuǎn)子120和定子110之間施加磁相互作用時定子110如此變形，從而使得定子表面111沿著朝旋轉(zhuǎn)軸線101的軸向具有平滑的(連續(xù)的、也就是平滑而非波紋狀的、平坦的)表面輪廓，進(jìn)而使得定子表面111與轉(zhuǎn)子表面121之間的間距X沿周向102并且還沿軸向恒定。
[0037]圖2示出了定子110的透視圖。該定子110例如能夠由多個定子段201到206構(gòu)成，所述定子段沿周向10布置在彼此旁。所述定子段201到206中的每段都能夠相應(yīng)地具有沿周向102非圓形的形狀或者說非圓形的表面輪廓和/或沿著關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線101的軸向不平坦的表面輪廓。每個定子段201到206都能夠相互獨立地并且單個地具有預(yù)先確定的變形特性，從而使得定子110沿周向102能夠匹配轉(zhuǎn)子120和定子110之間不同的局部磁相互作用，從而在具有磁相互作用的運行狀態(tài)II中每個定子段201到206都具有圓形的、平滑的表面輪廓。由此能夠在電機(jī)100運行期間在運行狀態(tài)II中提供轉(zhuǎn)子120和定子110之間恒定的間距X。
[0038]要補(bǔ)充指出的是，“包括”不排除其他元件或步驟，并且“一”不排除多個。此外還要指出，參照上述實施例之一所描述的特征或步驟也能夠用在與其他上述實施例的其他特征或步驟的組合中。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不視作限制。
【權(quán)利要求】
1.電機(jī)(100)、尤其用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，所述電機(jī)(100)具有 轉(zhuǎn)子(120)，以及 定子(110), 其中所述轉(zhuǎn)子(120)相對于所述定子(110)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(101)可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置， 其中所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)如此布置，使得所述定子(110)的定子表面(111)和所述轉(zhuǎn)子(120)的轉(zhuǎn)子表面(121)隔開， 其中所述轉(zhuǎn)子表面(121)沿周向(102)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)構(gòu)造成圓形， 其中所述定子(110)如此可變形地構(gòu)造， 使得在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間沒有施加磁相互作用時所述定子表面(111)在所述定子(110)的至少一段內(nèi)部沿周向(102)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)具有非圓形的表面輪廓，并且 使得在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間施加磁相互作用時所述定子(110)如此變形，從而使得所述定子表面(111)沿周向(102)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)構(gòu)造成圓形，進(jìn)而使得所述定子表面(111)和所述轉(zhuǎn)子表面(121)之間的間距是恒定的。
2.按權(quán)利要求1所述的電機(jī)(100)，其中所述定子(110)如此可變形地構(gòu)造， 使得在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間沒有施加磁相互作用時所述定子表面(111)在所述定子(110)的至少一段內(nèi)部沿相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)的軸向具有不平坦的表面輪廓，并且 使得在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間施加磁相互作用時所述定子(110)如此變形，從而使得定子表面(111)沿相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)的軸向具有平滑的表面輪廓，進(jìn)而使得所述定子表面(111)和所述轉(zhuǎn)子表面(121)之間的間距是恒定的。
3.按權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)(100)，其中所述轉(zhuǎn)子(120)是外部環(huán)繞的轉(zhuǎn)子(120)并且包圍所述定子(110)。
4.按權(quán)利要求1到3所述的電機(jī)(100)，其中所述轉(zhuǎn)子(120)是內(nèi)部環(huán)繞的轉(zhuǎn)子(120)并且所述定子(110)包圍所述轉(zhuǎn)子(120)。
5.按權(quán)利要求1到4中任一項所述的電機(jī)(100)， 其中所述轉(zhuǎn)子(120)具有至少一個永磁體(122)用于在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間產(chǎn)生磁相互作用。
6.按權(quán)利要求1到5中任一項所述的電機(jī)(100), 其中所述定子(110)具有多個通道，所述通道借助至少一個組件沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)延伸。
7.按權(quán)利要求6所述的電機(jī)(100)， 其中所述定子(110)具有至少一個布置在所述通道之一中的定子線圈。
8.按權(quán)利要求1到7中任一項所述的電機(jī)(100)， 其中所述定子(110)由多個定子段組成，所述定子段沿周向(102)前后相互固定。
9.用于制造電機(jī)、尤其用于制造用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的方法，所述方法具有 相對于定子(110)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(101)可旋轉(zhuǎn)地布置轉(zhuǎn)子(120)， 其中所述轉(zhuǎn)子(120)和定子(110)如此布置，使得所述定子(110)的定子表面(111)和所述轉(zhuǎn)子(120)的轉(zhuǎn)子表面(121)隔開， 其中所述轉(zhuǎn)子表面(121)沿周向(102)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)構(gòu)造成圓形，并且 可變形地如此構(gòu)造定子(110)， 使得在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間沒有施加磁相互作用時所述定子表面(111)沿周向(102)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)具有非圓形的表面輪廓，并且 使得在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間施加磁相互作用時所述定子(110)如此變形，從而使得所述定子表面(111)沿周向(102)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(101)構(gòu)造成圓形，進(jìn)而使得所述定子表面(111)與所述轉(zhuǎn)子表面(121)之間的間距是恒定的。
10.按權(quán)利要求9所述的方法， 將永磁體布置在所述轉(zhuǎn)子(120)上，從而在所述轉(zhuǎn)子(120)和所述定子(110)之間產(chǎn)生磁相互作用。
11.按權(quán)利要求10所述的方法， 其中在將所述轉(zhuǎn)子(120)相對于所述定子(110)可旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行布置之后將所述永磁體布置在所述轉(zhuǎn)子(120)上。
【文檔編號】H02K15/00GK104184225SQ201410220449
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】A.J.馬德森 申請人:西門子公司