(57)【要約】  本発明は、ギアレス風力発電設備（１００）の発電機（１３０）のステータ（１３２）用の成形巻線コイルに関する。この成形巻線コイル（１０）は、導電体（２６）を備えており、該導電体（２６）は、複数のターンと第１の端部（１９）及び第２の端部（２３）とを備えている。第１の端部（１９）は、接続部材（３０）に接続される第１の接続部（１８）を備えており、第２の端部（２３）は、別の接続部材（３０）に接続される第２の接続部（２２）を備えており、導電体（２６）は、アルミニウムあるいは実質的にアルミニウムで構成されている。本発明は、更に、成形巻線コイル（１０）の接続部（１８、２２）を別の成形巻線コイル（１０）の接続部（１８、２２）に接続するための接続部材（３０）に関し、また、ステータ（１３２）用の巻線構造体にも関し、ステータ（１３２）にも関し、ステータ（１３２）を製作する方法にも関する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギアレス風力発電設備（１００）の発電機（１３０）のステータ（１３２）用の成形巻線コイルであって、
導電体（２６）を備えており、
該導電体（２６）が、複数のターンと第１の端部（１９）及び第２の端部（２３）とを備えており、
接続部材（３０）に接続される第１の接続部（１８）が前記第１の端部（１９）に配置されており、別の接続部材（３０）に接続される第２の接続部（２２）が前記第２の端部（２３）に配置されており、
前記導電体（２６）が、アルミニウムで構成されているか、あるいは、実質的にアルミニウムで構成されている、前記成形巻線コイル。
【請求項２】
前記発電機（１３０）が、望ましくは、少なくとも４ｍ又は４.３ｍの空隙直径を有するリング型発電機である、請求項１に記載の成形巻線コイル。
【請求項３】
前記接続部（１８、２２）が、各々、前記導電体（２６）の実質的にまっすぐな部分に相当しており、前記成形巻線コイル（１０）の前記接続部（１８、２２）の少なくとも一方が、コイル長手方向軸（２４）に対して、即ち、該コイル長手方向軸（２４）に平行な線に対して、ある角度に折り曲げられている、及び／又は、他方の前記接続部（１８、２２）がコイル長手方向軸（２４）と平行に方向付けられている、請求項１又は２に記載の成形巻線コイル。
【請求項４】
前記成形巻線コイル（１０）が少なくとも１つの形状を有しており、該形状の場合に、重力の幾何学的な中心（１７）からの外側ターンの外側距離（２０）が、少なくとも外側巻線の領域（２１）において、４０、５０又は６０ｃｍよりも長く、前記導電体（２６）の前記端部（１９、２３）の少なくとも一方が、この領域（２１）における少なくとも１つの箇所（２５）から２０ｃｍ未満、望ましくは、１０ｃｍ未満又は５ｃｍ未満だけ離れている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形巻線コイル。
【請求項５】
前記導電体（２６）が複数の層、特に２つの層を有しており、これらの層が、前記接続部（１８、２２）を接続部材（３０）に接続することによって、互いに接続されるように設計されており、前記これらの層が、各々、望ましくは、平坦型アルミニウムバー、アルミニウムストリップ又は平坦型アルミニウムワイヤから形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成形巻線コイル。
【請求項６】
前記成形巻線コイル（１０）が少なくとも３つの相異なる形状の１つを有し、第１の形状に従う成形巻線コイル（１０）の前記導電体（２６）の前記端部（１９、２３）の少なくとも一方が前記第１の形状に従う重力の幾何学的な中心（１７）からの一距離に在り、該一距離が第２の形状に従う前記成形巻線コイル（１０）の重力の幾何学的な中心（１７）からの前記第２の形状に従う成形巻線コイル（１０）の前記端部（１９、２３）の少なくとも一方の端部の距離とは異なり、また、第３の形状に従う成形巻線コイル（１０）の重力の幾何学的な中心（１７）からの、前記第３の形状に従う成形巻線コイル（１０）の前記端部（１９、２３）の少なくとも一方の端部の距離が、前記第１と第２の形状に従う前記成形巻線コイル（１０）の前記端部（１９、２３）の対応する距離とは異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の成形巻線コイル。
【請求項７】
前記成形巻線コイル（１０）の前記導電体（２６）が、あるいは、前記導電体（２６）の各々の層が、特にラッカ及び／又は粉体被覆によって絶縁されており、望ましくは、前記接続部（１８、２２）の領域には、絶縁が施されていないか、あるいは、これらの領域から前記絶縁の材料が取り除かれている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の成形巻線コイル。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形巻線コイル（１０）の接続部（１８、２２）を、請求項１〜７のいずれか一項に記載の別の成形巻線コイル（１０）の接続部（１８、２２）に、接続するための接続部材であって、該接続部材（３０）が、望ましくは、少なくとも５ｍｍの厚さのアルミニウムシートから打ち抜かれた、又は、レーザー切断によって切り抜かれた少なくとも５ｍｍの厚さのＵ字の形状をしたアルミニウムシートに相当し、該接続部材（３０）が、そのＵ字形の端部（３４ａ、３４ｂ）において、それぞれ、前記成形巻線コイル（１０）のうちの１つの成形巻線コイル（１０）の接続部（１８、２２）を挿入するための１つの開口（３６）を有する、前記接続部材。
【請求項９】
風力発電設備（１００）の発電機（１３０）のステータ（１３２）用の巻線構造体であって、
複数の、請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形巻線コイル（１０）と、
各々が、２つの成形巻線コイル（１０）の２つの接続部（１８、２２）を電気的に接続する複数の接続部材（３０）と、
を備えている、前記巻線構造体。
【請求項１０】
前記巻線構造体が、前記ステータ（１３２）の円周において繰り返して連続して互いに隣り合って配置された６つのストランドを有するように、前記成形巻線コイル（１０）が互いに接続されており、特に、第１と第２のストランドが第１の位相に対応付けられており、第３と第４のストランドが第２の位相に対応付けられており、第５と第６のストランドが第３の位相に対応付けられている、請求項９に記載の巻線構造体。
【請求項１１】
前記巻線構造体が、複数の、特に、２つ、４つ、６つ又は８つの、セグメントに分割されており、各々の前記セグメントの同じストランド及び／又は同じ位相が互いに並列に接続される、請求項９又は１０に記載の巻線構造体。
【請求項１２】
前記接続部材（３０）と前記成形巻線コイル（１０）とが実質的に同じ熱膨張係数を有する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の巻線構造体。
【請求項１３】
互いに隣り合って位置付けられた１２個の第１の接続部（１８）から成るグループが、２個の接続済みの第１の接続部（１８）相互間に５個の第１の接続部（１８）が位置付けられているような態様で、６個の接続部材（３０）に接続されており、互いに隣り合って位置付けられている３個のオーバーラップしている接続部材（３０）が、円周方向において前記巻線構造体の中心を基準にして相異なる距離又は高さに配置されており、円周方向において互いに隣り合って配置されている第１、第２及び第３の接続部材（３０）が、円周方向において互いに隣り合って配置されている第４、第５及び第６の接続部材（３０）を基準にして１８０度回転させられた状態で配置されている、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の巻線構造体。
【請求項１４】
風力発電設備（１００）の発電機（１３０）のステータであって、
円周方向に設けられた複数のスロット（２８）を備えたステータ本体（２９）、特にステータリング（１４４）であり、それぞれ隣り合うスロット（２８）が互いから実質的に同じ距離に在る、前記ステータ本体（２９）と、
前記スロット（２８）内に挿入されている、複数の、請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形巻線コイル（１０）と、
請求項８に記載の複数の接続部材（３０）であり、該複数の接続部材（３０）の各々に、２つの成形巻線コイル（１０）の２つの接続部（１８、２２）が、溶接又は半田付けによって接続されて、相互接続されることによって、特に、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の巻線構造体が形成される、前記複数の接続部材（３０）と、
を備えている、前記ステータ。
【請求項１５】
ステータ（１３２）、特に、請求項１４に記載のステータ（１３２）を製作する方法であって、成形巻線コイル（１０）、望ましくは請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形巻線コイル（１０）がステータ本体（２９）のスロット（２８）内に挿入されて、前記成形巻線コイル（１０）の接続部（１８、２２）が、各々、接続部材（３０）の開口（３６）内に挿入されて、該開口（３６）の領域における前記接続部（１８、２２）が、各々、アルミニウムが、液化して、冷めた後に、前記接続部材（３０）をそれぞれの前記接続部（１８、２２）に接続するような態様で、加熱される、前記方法。
【請求項１６】
連続して隣り合う成形巻線コイル（１０）が前記ステータ本体（２９）の前記スロット（２８）内に挿入されるが、その際、最初に挿入されるべき所定数の成形巻線コイル（１０）が、前記スロット（２８）内にただ部分的に挿入されるか、あるいは、前記スロット（２８）の前にただ配置されるだけであり、その後、最後に挿入されるべき所定数の成形巻線コイル（１０）と共に、対応する前記スロット（２８）内に結局は完全に挿入される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギアレス風力発電設備の発電機のステータの成形巻線コイルに関する。更に、本発明は、風力発電設備の発電機のステータの巻線構造体とステータとにも関する。また、本発明は、ステータを製作する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ギアレス風力発電設備の発電機の、各々が複数の巻線を備えた複数のストランドを有するステータが知られている。上述の巻線は、絶縁されたワイヤで製作されており、例えば、銅で構成されている。この目的で、ストランドのワイヤが、ステータのステータ本体のスロット内に巻かれており、従って、ストランドは１本の連続したワイヤから製作されている。ステータ本体は、ステータリングとも呼ばれる。上述の如くステータを巻く作業は、非常に面倒であり、早くも巻き工程時に、特に曲げる箇所においてワイヤの完全性と更にワイヤの絶縁とを監視するために手作業で行う必要がある。
【０００３】
複数のターン（turn）に事前成形されており、スロット内への挿入前に事前製作されている導電性構成要素に相当する成形巻線コイルも知られている。この周知の成形巻線コイルは、ステータ本体を遥かに越えて突出する接続部を備えており、この接続部を介して個別の成形巻線コイルが半田付け又は溶接によって互いに接続されて、その結果、巻線構造全体の所望の電気的な相互接続が実現され得る。接続部は大きく突出している必要があり、その理由は、半田付け又は溶接時に高熱が発生するので、接続部はスロットから遠く離れている必要があるからであり、その結果、成形巻線コイルはスロットの領域内で熱くなり過ぎることがなく、もし熱くなり過ぎると、ステータに対するダメージ、具体的には、特にステータ本体からの絶縁に対するダメージを招く恐れがあるからである。従って、このように知られているステータは、巻かれたステータに比べて、軸方向の奥行きが特に長くなり、これは、次の作業時に何ら更なる利点をもたらすことはなく、且つ、取り扱いの妨げとなる。
【０００４】
従って、本発明は、上述の従来技術の問題点の少なくとも１つに取り組む目的に基づいている。特に、この目的は、従来技術において知られているような、連続的なストランドでステータを巻く方法ほど複雑ではなく、同時に、ステータの過度に長い軸方向の奥行きを必要としない解決手段を提案することである。この目的は、少なくとも、今までに知られている解決手段に代わる解決手段を提案することである。
【０００５】
独国特許商標庁は、本出願に関する優先権出願において、次の先行技術文献を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２００７４３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０２６５６７３号明細書
【特許文献３】独国特許発明第６００ ０７ ４７４号明細書（ＥＰ特許翻訳）
【特許文献４】国際公開第２０１４／０８７３８９号
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／００７０６３８号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第２ ６２１ ０６２号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１２／０２６３６０２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、ギアレス風力発電設備の発電機のステータ用の成形巻線コイルを提案する。この成形巻線コイルは、導電体を備えている。該導電体は、複数のターンに巻かれており、また、第１の端部と第２の端部とを備えている。第１の端部は第１の接続部を備えており、第２の端部は第２の接続部を備えている。第１と第２の接続部は、それぞれ、相異なる接続部材に接続されるように設計されている。また、該導電体は、アルミニウムで構成されているか、あるいは、実質的にアルミニウムで構成されている。
【０００８】
これに関連して、成形巻線コイルは、事前に製作された、即ち、事前に巻かれた、所定の形状を有するコイルであると理解されたい。
【０００９】
本発明によれば、連続的なストランドを有するステータの面倒な巻線作業は必要ではなく、成形巻線コイルを事前に製作できる。ここでは、成形巻線コイルにもかかわらず、軸方向における過度の奥行きを避けることができ、その理由は、本発明に従えば、成形巻線コイルがアルミニウムから形成されており、従って、成形巻線コイルの接続部の接続部材に対する半田付け又は溶接が、ステータ本体から実質的に比較的短い距離で実施でき、その理由は、アルミニウムの半田付け又は溶接の場合に必要とされる熱が比較的に低いので、周知の銅製巻線と比べてダメージのリスクが軽減されるからである。
【００１０】
従って、実質的に比較的短い軸方向の奥行きを有し、且つ、成形巻線コイルを単純に挿入することによって製作できるステータは、このようにして実現できる。
【００１１】
この発電機は、リング型発電機の形態を取ることが望ましい。従って、ロータとステータの磁気的に活性化する領域は、具体的には、特にステータとロータの積層コアは、ロータとステータとを離間する空隙を取り囲む環状領域に配置されている。この場合、この発電機は、平均空隙半径の少なくとも５０％の半径を有する内側領域において磁気的に活性化する領域がない。
【００１２】
リング型発電機は、また、ある一発電機としても定義でき、その一発電機においては、磁気的に活性化する部分、換言すれば、磁気的に活性化する領域、の半径方向の厚さ、具体的には、磁極ホイールの内側縁端からステータの外側縁端までの、又は、外ロータマシン（external-rotor machine）の場合、ステータの内側縁端からロータの外側縁端までの、半径方向の厚さ、が空隙半径よりも短く、特にこの発電機の磁気的に活性化する領域の半径方向の厚さは、空隙半径の３０％未満、特に２５％未満である。これに加えて、あるいは、その代わりとして、リング型発電機は、ある一発電機として定義でき、その一発電機においては、発電機の奥行き、具体的には、軸方向の長さ、が空隙半径よりも短く、その奥行きは、空隙半径の３０％未満、特に２５％未満である。これに加えて、あるいは、その代わりとして、リング型発電機は、多磁極構成を有しており、具体的には、少なくとも４８個又は９６個、特に、少なくとも１９２個のロータ磁極を備えている。
【００１３】
別の一実施形態に従えば、接続部は、各々、導電体の実質的にまっすぐな部分に相当している。接続部の少なくとも一方は、コイル長手方向軸に対して、即ち、コイル長手方向軸に平行な線に対して、ある角度に折り曲げられている。その代わりとして、あるいは、それに加えて、他方の接続部は、成形巻線コイルのコイル長手方向軸と平行に方向付けられており、従って、いずれの角度にも折り曲げられていない。
【００１４】
従って、２つの接続部は、コイル長手方向軸に対して、即ち、コイル長手方向軸に平行な線に対して、互いに異なる角度に配置されている。一推奨実施形態に従えば、この角度は、４５〜９０度の範囲内にあり、特に望ましくは、６０から８０度の範囲内にある。
【００１５】
一実施形態に従えば、成形巻線コイルは、２つの実質的に平行な細長い周縁部を有しており、各々の周縁部は、少なくとも８０ｃｍ、少なくとも１００ｃｍ又は少なくとも１２０ｃｍの長さを有している。これらの周縁部は、後に、ステータ本体のスロット内に完全に挿入できる、成形巻線コイルの一部分を形成している。これらの周縁部は、成形巻線コイルの第１の側部において互いに接続されており、接続部は、第２の側部に配置されている。相異なる成形巻線コイルの２つの周縁部がステータの各々のスロット内に引き続き取り付けられて、その結果、成形巻線コイルの接続部は、ステータ本体内のスロット内に配置された後に、互いに非常に接近して位置付けられている。しかしながら、接続部の少なくとも一方が他方の接続部に対して角度を付けられているので、従って、これらに容易に手が届くので、接続部材に対する接続部の電気的な接続が可能になる。これと同時に、２つの接続部が接触することによる短絡のリスクが抑制される。
【００１６】
別の一実施形態に従えば、導電体は、複数の層、特に２つの層を備えている。これらの層は、接続部を接続部材に同時に接続することによって、互いに接続されるように設計されている。ここでは、特に望ましい一実施形態に従えば、これらの層は、各々、平坦型アルミニウムバー（flat aluminum bar）、アルミニウムストリップ（aluminum strip）又は平坦型アルミニウムワイヤ（flat aluminum wire）から形成されている。
【００１７】
この平坦型アルミニウムバー、アルミニウムストリップ又は平坦型アルミニウムワイヤは、０.５〜１.０ｃｍの高さと１.０〜３.０ｃｍの幅とを有することが特に望ましい。
【００１８】
従って、成形巻線コイルを製作する目的で、平坦型アルミニウムバー、アルミニウムストリップ又は平坦型アルミニウムワイヤから形成されたこれらの層は、これらの広い面を介して互いに積み重ねられることが望ましい。積み重ね作業後に、積み重ね済み層が成形巻線コイルの所望の形状に曲げられて、その結果、複数のターン、例えば２つ、３つ、４つ又は５つのターンが、各々、複数の層から作成される。
【００１９】
後で接続部が同時に接続されることによって互いに接続される複数の層を形成することによって、より簡単に、成形巻線コイルを曲げること、即ち、導電体を所望の形状に変更すること、が可能になる。従って、このように層を形成することによって、曲げるのが難しい単一の導電体を設ける必要なしに所望の電気特性を得るために、導電体の所望の大きな断面を実現できる。
【００２０】
要約すると、単一の層を備えた導電体が、２つの層を備えた導電体と同じ電気特性を呈するためには、その２つの層を備えた導電体の２倍もの厚さを有する必要がある。従って、比較的平坦なワイヤの使用は、複数の層から成る成形巻線コイルの形状を、複数のターンを有する導電体として、作成することについて、有益であり、その理由は、上述の平坦なワイヤが比較的容易に曲げられるからである。従って、複数のターンを有する成形巻線コイルは、特に簡単に製作できる。
【００２１】
別の一実施形態に従えば、成形巻線コイルは一形状を有しており、この一形状の場合に、重力の幾何学的な中心からの外側ターンの、即ち、望ましくは、外側に位置付けられているターンの外側の側部の、外側距離は、少なくとも外側巻線の領域において、４０、５０又は６０ｃｍよりも長い。従って、最初にコイルから重力の幾何学的な中心が決定され、この重力の幾何学的な中心から外側ターンまで、即ち、特に、外側に位置付けられた上述のターンの側部まで、の距離が決定される。従って、外側ターンの領域において、上述の外側ターンは、外側距離とも呼称できる、重力の幾何学的な中心から４０、５０又は６０ｃｍよりも長い距離に在る。
【００２２】
この一実施形態に従えば、導電体の端部の少なくとも一方は、直ぐ上に述べた外側巻線の領域における少なくとも１つの箇所から２０ｃｍ未満、特に望ましくは１０ｃｍ未満又は５ｃｍ未満の距離に在る。従って、成形巻線コイルは、接続部材との接続のためにターンの領域を非常に僅かにだけ越えて突出する端部を有するので、非常に平坦なステータ、即ち、奥行きの短いステータを実現できる。
【００２３】
別の一実施形態に従えば、成形巻線コイルは、少なくとも３つの相異なる形状の１つを有している。この場合、これらの３つの相異なる形状は、第１の形状に従う成形巻線コイルの導電体の端部の少なくとも一方が第１の形状に従う重力の幾何学的な中心からの一距離に在り、該一距離が第２の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第２の形状に従う成形巻線コイルの端部の少なくとも一方の端部の距離とは異なるように選択される。
【００２４】
即ち、例えば、第１の形状に従う成形巻線コイルの第１の端部は、第１の形状に従う重力の幾何学的な中心からの一距離に在り、この一距離は、第２の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第２の形状に従う成形巻線コイルの第１の端部の距離とは異なる。
【００２５】
これに加えて、あるいは、その代わりとして、第１の形状に従う成形巻線コイルの導電体の第２の端部は、第１の形状に従う重力の幾何学的な中心からの一距離に在り、この一距離は、第２の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第２の形状に従う成形巻線コイルの第２の端部の距離とは異なる。
【００２６】
この一実施形態に従えば、第３の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第３の形状に従う成形巻線コイルの端部の少なくとも一方の端部の距離は、第１と第２の形状に従う成形巻線コイルの端部の対応する距離とは異なる。従って、第３の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第３の形状に従う成形巻線コイルの第１の端部の距離は、第１の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第１の形状に従う成形巻線コイルの第１の端部の距離とは異なり、且つ、第２の形状に従う成形巻線コイルの重力の幾何学的な中心からの第２の形状に従う成形巻線コイルの導電体の第１の端部の距離とは異なる。これは、第２の端部にも同様に当てはまる。
【００２７】
その結果として、次に成形巻線コイルをステータのスロット内に挿入した際に、成形巻線コイルを簡単に接続でき、その理由は、隣り合う第１の端部及び、従って、第１の接続部と、第２の端部及び、従って、第２の接続部とが、相異なる高さに在り、従って、接続部によって電気的接続を行う目的で、容易に手が届くからである。
【００２８】
別の一実施形態に従えば、成形巻線コイルの導電体が、あるいは、その導電体の各々の層が絶縁されており、この絶縁は、ラッカ及び／又は粉体被覆によって形成されていることが望ましい。しかしながら、接続部の領域には、絶縁が施されていないか、あるいは、これらの領域から上述の絶縁の材料が取り除かれていることが特に望ましい。従って、成形巻線コイルの絶縁は、その成形巻線コイルの製作前でも、単に絶縁層、例えば絶縁用ラッカ、を未成形状態の導電体上に設けることによって、実施可能であり、従って、信頼性の高い絶縁を簡単に施せる。
【００２９】
スロットの絶縁が成形巻線コイルの挿入前にステータ本体のスロット内に施される場合でも、成形巻線コイルの導電体の絶縁は、望ましくは積層構成であり、従って同様に導電性であるステータ本体に対する追加的な絶縁の役割りを果たす。従って、絶縁巻線とも呼称される、通常、スロット内への成形巻線コイルの挿入前に実施される、絶縁目的の成形巻線コイルの完全な巻き込みを不要にすることもできる。その結果として、成形巻線コイルからの熱の放散が改善され、その理由は、絶縁巻線が動作時の熱の放散を妨げるからである。
【００３０】
本発明は、また、先に述べた実施形態のいずれかの１つに従う成形巻線コイルの接続部を、先に述べた実施形態のいずれかの１つに従う別の成形巻線コイルの接続部に、接続するための接続部材にも関する。この接続部材は、Ｕ字の形状をしたアルミニウムシートに相当する。この接続部材は、少なくとも５ｍｍの厚さのアルミニウムシートから打ち抜き加工によって又はレーザー切断によって製作されることが望ましい。この接続部材は、そのＵ字形の端部において、それぞれ、成形巻線コイルのうちの１つの成形巻線コイルの接続部を挿入するための、望ましくは矩形の、１つの開口を更に備えている。
【００３１】
接続部材によって、成形巻線コイルの接続部は簡単に接続できる。この目的で、導電体に又は導電体の複数の層に実質的に対応する接続部は、接続部材の開口に通されて、接続部材の開口を取り囲む領域に溶接又は半田付けされ、その際、ここでは、ＴＩＧ溶接法が特に好適である。
【００３２】
接続部材のＵ字の形状によって、複数の接続部材が、特に省スペースで配置できる。
【００３３】
本発明は、風力発電設備の発電機のステータ用の巻線構造体を更に備えている。この巻線構造体は、複数の、先に述べた実施形態のいずれかの１つに従う成形巻線コイルと、各々が２つの成形巻線コイルの２つの接続部を電気的に接続する複数の、上述の一実施形態に従う接続部材と、を備えている。
【００３４】
別の一実施形態に従えば、複数の成形巻線コイルが、接続部材によって、直列に接続され、即ち、互いに接続され、従って巻線構造体のストランドを形成している。ここでは、巻線構造体が、ステータの円周において繰り返して連続して互いに隣り合って配置された６つのストランドを有するように、成形巻線コイルが互いに接続されており、特に、第１と第２のストランドが第１の位相に対応付けられており、第３と第４のストランドが第２の位相に対応付けられており、第５と第６のストランドが第３の位相に対応付けられている。従って、６つのストランドが、このように設けられており、その各々が、接続部材によって直列に接続された成形巻線コイルに対応している。
【００３５】
別の一実施形態に従えば、巻線構造体は、並列に接続された複数の、特に、２つ、４つ、６つ又は８つの、セクション又はセグメントに分割されている。各々のセグメントが６つの位相を含み、これらのセグメントの同じ位相が巻線構造体内で並列に接続されることが望ましい。その結果として、ストランド内で誘起される最大電圧が、セグメントの数に依存して、低減される。
【００３６】
別の一実施形態に従えば、接続部材と成形巻線コイルとは、実質的に同じ熱膨張係数を有している。これによって、巻線構造体の動作時に生じる熱をものともせずに、半田付け又は溶接時及び冷却後の接続が応力によって裂けて再び開いてしまわないことが保証される。
【００３７】
別の一実施形態に従えば、互いに隣り合って位置付けられた１２個の第１の接続部から成るグループが、２個の接続済みの第１の接続部相互間に５個の第１の接続部が位置付けられているような態様で、６個の接続部材に接続されている。また、互いに隣り合って位置付けられている３個のオーバーラップしている接続部材が、円周方向において巻線構造体の中心を基準にして相異なる距離又は高さに配置されている。更に、円周方向において互いに隣り合って配置されている第１、第２及び第３の接続部材が、円周方向において互いに隣り合って配置されている第４、第５及び第６の接続部材を基準にして１８０度回転させられた状態で配置されている。
【００３８】
別の一実施形態に従えば、第２の接続部も同様に互いに接続されている。
【００３９】
本発明は、風力発電設備の発電機のステータを更に備えている。このステータは、ステータリングとも呼ばれるステータ本体を備えており、望ましくは、積層鉄（laminated iron）から製作されている。ステータ本体は、互いから実質的に同じ距離に在るそれぞれ隣り合う複数のスロットを備えている。このステータは、複数の、上述の実施形態の１つに従う成形巻線コイルも備えており、これらの成形巻線コイルは、スロット内に挿入されている。更に、このステータは、上述の実施形態の１つに従う複数の接続部材を備えており、これらの接続部材の各々には２つの成形巻線コイルの２つの接続部が溶接又は半田付けによって接続されている。このステータは、上述の一実施形態の巻線構造体に従って、構成されていることが望ましい。
【００４０】
更に、本発明は、ステータ、特に上述の一実施形態に従うステータを製作する方法を備えている。この方法に従えば、特に上述の実施形態の１つに従う成形巻線コイルが、ステータ本体のスロット内に挿入されて、成形巻線コイルの接続部が、各々、接続部材の開口内に挿入される。ここでは、成形巻線コイルと接続部材とは、アルミニウムで形成されているか、あるいは、実質的にアルミニウムで構成されている。
【００４１】
接続部は、接続の目的で、開口の領域において、アルミニウムが、液化して、冷めた後に、接続部材を接続部に接続するような態様で、加熱されることが望ましい。
【００４２】
一実施形態に従えば、隣り合う成形巻線コイルがステータ本体のスロット内に連続して挿入されるが、その際、最初に挿入されるべき所定数の成形巻線コイルが、スロット内にただ部分的に挿入されるか、あるいは、スロットの前の領域にただ配置されるだけであり、この所定数の成形巻線コイルは、最後に挿入されるべき所定数の成形巻線コイルと共に、対応するスロット内に結局は完全に挿入される。
【００４３】
既に上で説明したように、２つの相異なる成形巻線コイルの周縁部が、１つのスロット内に挿入される。その結果として、ステータの円周方向において見た場合、同一の成形巻線コイルの２つの周縁部相互間に複数のその他の成形巻線コイルの周縁部が挿入されている。従って、成形巻線コイルは、ステータ内に挿入された状態において、オーバーラップしている。
【００４４】
このオーバーラップの結果として、通常は、事実として、最初にステータのスロット内に挿入された成形巻線コイルは、最後に挿入されるべき成形巻線コイルの挿入のために、再びスロットから外に部分的に曲げられる。本発明に従う製作方法によって、この曲げ作業は必要でなくなり、従って、成形巻線コイルの絶縁に対するダメージがなく、また、成形巻線コイルを曲げて形を崩すこともない。
【００４５】
この方法の別の一実施形態に従えば、完成したステータを、樹脂槽内に、即ち、液体樹脂内に完全に浸して、その後、ステータに付着した樹脂を硬化させるために、その樹脂槽から取り出す。このようにして、未だ絶縁されていない全ての導電性部分の絶縁が実現される。従って、全体の構造の安定性も増大される。
【００４６】
本発明の別の実施形態が、以下の図面に基づいて更に詳細に説明する代表的な実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】風力発電設備を示す図である。
【図２】発電機の概略的な側面図を示す図である。
【図３】成形巻線コイルの図を示す図である。
【図４】中心から見たステータの図を示す図である。
【図５】接続部材を示す図である。
【図６】ステータの構造の代表的な細部を示す図である。
【図７】ステータの構造の別の代表的な細部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、本発明に従う風力発電設備の概略的な説明図である。風力発電設備１００が、タワー１０２と該タワー１０２上のナセル１０４とを備えている。ナセル１０４には、３枚のロータブレード１０８とスピナ１１０とを備えた空力ロータ１０６が配置されている。風力発電設備の稼働時に、空力ロータ１０６は、風によって回転運動させられて、従って、空力ロータ１０６に直接又は間接的に結合された発電機のロータも回転させる。この発電機は、ナセル１０４内に配置されており、電気エネルギを生成する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のロータブレードルート１０８ｂに在るピッチモータによって変えることができる。
【００４９】
図２は、発電機１３０の概略的な側面図を示している。該発電機はステータ１３２と電気力学的なロータ１３４とを備えており、該ロータは、該ステータに対して回転可能であり、ジャーナル１３６によって、ステータ１３２を経由してマシンサポート１３８に固定されるように取り付けられている。ステータ１３２はステータサポート１４０とステータ積層コア１４２とを備えており、該積層コアは、発電機１３０のステータ磁極を形成しており、ステータリング１４４によってステータサポート１４０に固定されている。
【００５０】
電気力学的なロータ１３４はロータ磁極シュー１４６を備えており、該ロータ磁極シューは、ロータ磁極を形成しており、回転軸１５２を中心に回転できるようにロータサポート１４８とベアリング１５０とによってジャーナル１３６に取り付けられている。ステータ積層コア１４２とロータ磁極シュー１４６とは、極めて狭い空隙１５４だけ互いに離間されており、該空隙は、幅が数ミリメートルであり、特に６ｍｍ未満であるが、直径が数メートルであり、特に４ｍよりも長い。
【００５１】
ステータ積層コア１４２とロータ磁極シュー１４６は、各々、１つのリングを形成しており、それ故、共に環状でもあるので、発電機１３０はリング型発電機である。発電機１３０の電気力学的なロータ１３４は、図示の該空力ロータのロータブレード１５８のルート（root）である、該空力ロータのロータハブ１５６と共に回転するように設計されている。
【００５２】
図３は、成形巻線コイル１０の代表的な一実施形態の図を示している。成形巻線コイル１０は、２つの周縁部１２ａ、１２ｂを備えている。周縁部１２ａ、１２ｂは、実質的に互いに平行に延びており、８０ｃｍを超える長さを有する。２つの周縁部１２ａ、１２ｂは、第１の側部１４と第２の側部１６とにおいて互いに接続されている。周縁部１２ａ、１２ｂ、第１の側部１４及び第２の側部１６は、重力の幾何学的な中心１７を有する形状を形成している。
【００５３】
成形巻線コイル１０の第２の側部１６は、第１の端部１９における第１の接続部１８と第２の端部２３における第２の接続部２２とを備えている。第２の接続部２２は、コイル長手方向軸２４に対して、即ち、コイル長手方向軸２４に平行な線に対して、ある角度に折り曲げられているが、第１の接続部１８は、その線に対して折り曲げられていない。
【００５４】
成形巻線コイル１０は、アルミニウムで製造された導電体２６及び接続部１８と２２を備えている。導電体２６は、４つのターンに形成された２層の平坦なワイヤで構成されている。２つの接続部１８、２２は、後に、平坦型アルミニウムワイヤとも呼称するこの２層の平坦なワイヤを接続する役割りを果たす。
【００５５】
従って、成形巻線コイル１０は上述の２層が４回巻かれて形成されているので、８層の平坦型銅ワイヤが、周縁部１２ａ、１２ｂの領域と第１の側部１４の領域とにおいて、配置されている、即ち、互いに積み重ねられている。
【００５６】
更に、上述の形状は、重力の幾何学的な中心１７からの、少なくとも外側ターンの領域２１における外側距離２０が５０ｃｍよりも長くなるように選択される。更に、この領域２１における特定箇所２５から端部１９までの距離２７は１０ｃｍ未満である。
【００５７】
接続部１８、２２間で経路が途切れているので、６つの層が、第２の側部１６の領域において互いに重なり合って配置されている。平坦型アルミニウムワイヤは、ラッカリング（lacquering）によって絶縁されている。しかしながら、この絶縁は、導電体２６の接続部１８、２２の領域において、後で、接続部１８、２２を半田付け又は溶接によって互いに接続できるように、絶縁材の残留物がこの接続領域に残されないようにして、取り除かれている。
【００５８】
図４は、ステータ１３２の中心から見た成形巻線コイル１０の側面図を示しており、これらの成形巻線コイルは、各々、既にステータ本体２９のスロット２８に挿入されている。更に、この図で確認できる第１の接続部１８は相異なる高さに配置されていることが確認できる。
【００５９】
成形巻線コイル１０の接続は、接続部材３０によって実施される。この種類の接続部材３０が図５に例示されている。この接続部材３０は、接続ラグとも呼称できる。接続部材３０は、各々、フラットバー（flat bar）３２を備えており、該フラットバーは、その端部３４ａ、３４ｂに、それぞれ、１つの開口３６を備えている。フラットバー３２はＵ字形状を有し、従って、６番目ごとの第１の接続部１８と６番目ごとの第２の接続部２２が上述の種類の接続部材３０によって互いに接続され、その際、この接続部材３０は、互いに接続されないように設計されたその他の接続部１８、２２とは接触しない。従って、接続部材３０は、絶縁されていない。
【００６０】
第２の接続部２２に接続される接続部材３０が有する開口３６は、第１の接続部１８に接続される接続部材３０の開口３６よりも互いに更に離れて離間されている。その理由は、ステータ１３２の中心を基準にして、第２の接続部２０が第１の接続部１８よりも大きい半径上に在るからである。
【００６１】
図６は、ステータ１３２の構造の代表的な詳細を示しており、成形巻線コイル１０が該ステータのスロット２８内に挿入されている。成形巻線コイル１０は、接続部材３０によって、最初に限り取り外し可能に、互いに接続できる。この目的で、成形巻線コイル１０の第１の接続部１８は、接続部材３０の開口３６に通される。
【００６２】
更に、隣り合う成形巻線コイル１０が備えている第１の接続部１８は、相異なる長さで突出していることが確認できる。その結果、接続部１８の側面の高さは鋸歯状となる。
【００６３】
図７は、図６と実質的に同じ説明図である。しかしながら、接続部材３０は、ここでは溶接によって接続部１８に接続されている。溶接点３８が、更に明確に確認できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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