DE102009013660A1 - Homopolar machine for use in e.g. wind turbine, has armature conductors that are parallelly connected as groups which are connected in row at external side of fixed magnetic ring and return conductor that is turned away from induction field - Google Patents

Homopolar machine for use in e.g. wind turbine, has armature conductors that are parallelly connected as groups which are connected in row at external side of fixed magnetic ring and return conductor that is turned away from induction field Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K31/00—Acyclic motors or generators, i.e. DC machines having drum or disc armatures with continuous current collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

The machine has two armature conductors (3, 4) attached to a fixed magnetic ring (1) and unipolar magnets that are attached to a rotary permanent magnetic ring (2). The ring (2) possesses homopolar magnetic characteristics and is formed along a common longitudinal surface of the magnetic pairs. The conductors are parallelly connected with each other at respective ends over disk-shaped connections. The conductors are parallelly connected as groups which are connected in a row at an external side of the fixed magnetic ring. A return conductor of anchor bar is turned away from induction field.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgung sowie ein Antriebssystem für Fahrzeuge aller Art und Windenergieanlagen anzugeben, die auch bei niedrigen Drehzahlen einen hohen Wirkungsgrad erreichen und sehr kleine Verluste aufweisen, sowie einfach aufgebaut sind.Of the Invention is based on the object, a power supply as well a drive system for vehicles all types and wind turbines indicate, even at low Speeds reach high efficiency and have very small losses, as well as simple.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs (1) gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by the Features of claim (1) solved; advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Einrichtung lässt sich mit einfachsten Mitteln aufbauen. Aufgrund der starren Befestigung des Magnetrings (1) – auf der Welle – können die Anschlüsse der Ankerleiter auf einfachste Weise durch eine Bohrung der Welle nach außen geführt werden. Die befindlichen Rückleiter der Ankerstäbe sind dem Induktionsfeld abgewendet, damit sich die induzierten Spannungen nicht aufheben.The device according to the invention can be constructed with the simplest means. Due to the rigid attachment of the magnetic ring ( 1 ) - on the shaft - the connections of the armature conductors can be performed in the simplest way through a bore of the shaft to the outside. The return conductors of the tie rods are averted from the induction field, so that the induced voltages do not cancel each other out.

Das Gehäuse der Homopolar-Maschine kann einseitig oder beidseitig auf der Welle gelagert sein und damit hermetisch abgedichtet sein.The casing The homopolar machine can be unilateral or bilateral on the shaft be stored and thus hermetically sealed.

Da keinerlei Verschleiß in der Homopolar-Maschine auftreten kann, ist es nicht notwendig, eine mögliche Zerlegung der Homopolar-Maschine vorzunehmen.There no wear in the homopolar machine can occur, it is not necessary one possible Disassembly of the homopolar machine.

Die Leiterbahnen können auch für kleine Maschinenleistungen kaschiert auf dem feststehenden Magnetring (1) zugeordnet werden.The printed conductors can also be laminated on the fixed magnetic ring for small machine outputs ( 1 ) be assigned.

Die die Magnetisierung bewirkenden Permanentmagnete können in scheibenförmigem Haltern ein- oder beidseitig des Ankers angeordnet sein, wobei die Halter vorzugsweise in Nuten des Außenumfangs des Gehäuses aufgenommen sind. Auf zusätzliche Halter kann verzichtet werden, wenn die Permanentmagnete unmittelbar in die seitlichen Außenwände des Gehäuses befestigt sind.The the magnetization causing permanent magnets can in discoid Holders be arranged on one or both sides of the armature, wherein the Holder preferably received in grooves of the outer circumference of the housing are. On additional Holder can be omitted if the permanent magnets directly in the lateral outer walls of the housing are attached.

Anstelle der Verwendung eines einzigen Ankers auf der Welle können auch mehrere hintereinander gestaffelte Anker verwendet werden, wobei sich die erzeugten Spannungen bei entsprechender Beschaltung addieren. Zwischen den einzelnen Ankerscheiben können auch zusätzliche drehende einpolige Permanentmagnete in gewünschter Polanordnung als Nord- oder Südpol vorgesehen sein, die in Haltern festgelegt sind und die wiederum am Außenumfang des Gehäuses der Homopolar-Maschine gehalten werden.Instead of The use of a single anchor on the shaft can also a plurality of successively staggered anchors are used, wherein Add the voltages generated with appropriate wiring. Between the individual anchor disks can also additional rotating single-pole permanent magnets in the desired pole arrangement as north or South Pole be provided, which are fixed in holders and in turn on the outer circumference of the housing the homopolar machine.

Die permanentmagnetische Ausrichtung in Axialrichtung erfolgt mittels einer angeordneten rotierenden einpoligen ringförmigen Permanentmagnetscheibe (2) die entweder einen Nordpol oder einen Südpol hat. Der gegenüberliegende feststehende Magnetring (1) ist ein durchgehender feststehender Südpol oder Nordpol und dient als Träger der Ankerleiter, die sich im Induktionsfeld befinden.The permanent magnetic alignment in the axial direction by means of an arranged rotating single-pole annular permanent magnet disc ( 2 ) which has either a north pole or a south pole. The opposite fixed magnetic ring ( 1 ) is a continuous fixed south pole or north pole and serves as a carrier of the armature conductors, which are located in the induction field.

Die Rückleiter sind dem Induktionsfeld nach außen hin abgewendet, damit sich die induzierte Gleichspannung in den Ankerleitern – im Induktionsbereich – nicht aufhebt.The return conductor are the induction field to the outside averted so that the induced DC voltage in the Anchor ladders - in Induction range - not picks.

Statt eines feststehenden Magnetrings (1) in einpoliger Ausführung als Träger der Ankerleiter können auch Wechselpole im Winkelversatz zueinander verwendet werden.Instead of a stationary magnet ring ( 1 ) in unipolar design as a carrier of the armature conductor can also be used alternating poles in angular offset from each other.

Statt einer durchgehenden Anordnung der Ankerleiter auf dem feststehenden Magnetring (1) kann eine Anordnung der Ankerleiter so erfolgen, dass nur eine Belegung in Halbrundform oder Kurzform (Kurzstator) erfolgt.Instead of a continuous arrangement of the armature conductors on the fixed magnetic ring ( 1 ) An arrangement of the armature conductors can be made so that only one assignment in half-round or short form (short stator) takes place.

Die Kombination der Merkmale des Anspruchs (1) ermöglicht einen besonderen Aufbau einer Homopolar-Maschine mit einem sehr hohen Leistungsfaktor und damit verbundenem Wirkungsgrad. Der Einsatz solcher Generatoren und Motoren ist gewünscht für den Einsatz in der Windenergie und insbesondere für alle Fahrzeuge zu Lande, Wasser und in der Luft.The Combination of the features of claim (1) allows a special structure a homopolar machine with a very high power factor and associated efficiency. The use of such generators and motors is desired for the Use in wind energy and in particular for all vehicles on land, Water and in the air.

1 * beinhaltet eine weitere Teilansicht der Erfindung mit feststehendem Magnetring (1), der Wechselpole aufweist und bei dem abwechselnd – als Nord- und Südpole – die Magnete im Winkelversatz zueinander integriert sind und in einem Träger mit einem nicht zeichnerisch angedeutetem magnetischen Eisenrückschluss stehen. 1 * contains a further partial view of the invention with fixed magnetic ring ( 1 ), which has interchangeable poles and in which alternately - as north and south poles - the magnets are integrated in angular offset from each other and are in a carrier with a not graphically indicated magnetic iron yoke.

2 beinhaltet eine Teilansicht der Erfindung mit rotierendem permanentmagnetischem Ring (2), der einpolige Magnete aufweist. 2 includes a partial view of the invention with rotating permanent magnetic ring ( 2 ), which has unipolar magnets.

Claims (10)

Die Homopolar-Maschine besteht aus einem feststehenden Magnetring (1) und einem rotierenden permanent-magnetischen Ring (2). Auf dem feststehenden Magnetring (1) sind Ankerleiter (3) und (4) angebracht und auf dem rotierenden permanent-magnetischem Ring (2) werden nur einpolige Magnete zugeordnet. Die auf dem feststehenden Magnetring (1) befindlichen Ankerleiter (3) und (4) sind so angeordnet, dass deren Enden an eine Stromversorgung bzw. an einen Verbraucher angeschlossen werden können, wobei der gegenüberliegenden rotierende permanent-magnetische Ring (2) entlang seiner Umlauffläche gleichpolige Magneteigenschaften aufweist und entlang der gemeinsamen Längsfläche des Magnetpaares rotierend ausgebildet ist. Die Ankerleiter (3) und (4) sind an ihrem jeweiligen Ende über scheibenförmige Verbindungen miteinander parallel geschaltet, wobei jeweils mehrere Ankerleiter als Gruppen parallel geschaltet sind und mehrere Gruppen an der Außenseite des feststehenden Magnetrings (1) in Reihe geschaltet sind. Die befindlichen Rückleiter der Ankerstäbe sind dem Induktionsfeld abgewendet, damit sich die induzierten Spannungen nicht aufheben.The homopolar machine consists of a fixed magnetic ring ( 1 ) and a rotating permanent magnetic ring ( 2 ). On the fixed magnetic ring ( 1 ) are armature conductors ( 3 ) and ( 4 ) and mounted on the rotating permanent magnetic ring ( 2 ) only single-pole magnets are assigned. The on the fixed magnetic ring ( 1 ) anchor conductor ( 3 ) and ( 4 ) are arranged so that their ends can be connected to a power supply or to a consumer, wherein the opposite rotating permanent-magnetic ring ( 2 ) along its circumferential surface homopolar magnetic properties and along the common longitudinal surface of the Magnet pair is designed to rotate. The armature conductors ( 3 ) and ( 4 ) are connected in parallel at their respective ends via disc-shaped connections, wherein in each case a plurality of armature conductors are connected in parallel as groups and a plurality of groups on the outside of the stationary magnet ring ( 1 ) are connected in series. The return conductors of the tie rods are averted from the induction field, so that the induced voltages do not cancel each other out. Die Homopolar-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerleiter (3) und (4) mit dem ruhenden Homopolarmagneten in Ringform gekoppelt sind (1).The homopolar machine according to one of the preceding claims is characterized in that the armature conductors ( 3 ) and ( 4 ) are coupled to the quiescent homopolar magnet in ring form ( 1 ). Die Homopolar-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der Homopolarmagnete aus ringförmig im Winkelversatz angepassten Stabmagneten gebildet ist.The homopolar machine after one of the previous ones claims is characterized in that one of the homopolar magnets annular formed in the angular offset bar magnet is formed. Die Homopolar-Maschine nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Jochelement aus Dynamoblech vorgesehen ist. Dieses Jochelement deckt die gesamte Breite zwischen dem feststehenden Magnetring (1) und dem rotierenden permanent-magnetischen Ring (2) ab, wobei aufgrund der Rotierung von (2) eine geschlossene Verbindung nicht möglich ist. Das Jochelement weist eine Öffnung für die Durchführung einer Welle und elektrischen Anschlussleitungen auf.The homopolar machine according to claim 1 is characterized in that a yoke element is provided from dynamo plate. This yoke element covers the entire width between the fixed magnetic ring ( 1 ) and the rotating permanent magnetic ring ( 2 ), due to the rotation of ( 2 ) a closed connection is not possible. The yoke element has an opening for the passage of a shaft and electrical connection lines. Die Homopolar-Maschine nach den Ansprüchen 1–4 ist dadurch gekennzeichnet, dass die in dem feststehenden Magnetring (1) befindlichen Magnetplatten in abwechselnder Polfolge in einem Winkelversatz angeordnet werden. Der Winkelversatz der in dem feststehenden Magnetring (1) befindlichen Magnetplatten ändert sich mit der Baugröße der Homopolar-Maschine.The homopolar machine according to claims 1-4 is characterized in that in the fixed magnetic ring ( 1 ) are arranged in alternating polar sequence in an angular offset. The angular offset of the fixed magnet ring ( 1 ) located magnetic disks changes with the size of the homopolar machine. Die Homopolar-Maschine nach den Ansprüchen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerleiter (3) und (4) nur in einer Statorkurzform oder Statorhalbrundform auf dem feststehenden Magnetring (1) zugeordnet werden.The homopolar machine according to the claims is characterized in that the armature conductors ( 3 ) and ( 4 ) only in a stator short form or stator half-round form on the fixed magnet ring ( 1 ) be assigned. Die Homopolar-Maschine nach den Ansprüchen 1–6 ist dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Baumöglichkeit die rotierende ringförmige Permanentmagnetscheibe (2) mit ihren einpoligen Permanentmagneten sich in einem Gehäuseteil befindet und der feststehende Magnetring (1) mit den darauf befindlichen Ankerleitern (3) und (4) einem weiteren Gehäuse zugeordnet werden. Beide Gehäuse sind durch einen sehr geringen Luftspalt voneinander getrennt, so dass eine Funktion trotz Gehäusetrennung erfolgen wird. Je größer der Luftspalt ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad der Homopolar-Maschine. Beide Gehäuse sind abgedichtet, damit kein Schmutz und Feuchtigkeit in die Maschinenteile der Homopolar-Maschine eintreten kann.The homopolar machine according to claims 1-6 is characterized in that as a further construction possibility, the rotating annular permanent magnet disc ( 2 ) is located with its one-pole permanent magnets in a housing part and the fixed magnetic ring ( 1 ) with the anchor conductors thereon ( 3 ) and ( 4 ) are assigned to a further housing. Both housings are separated from each other by a very small air gap, so that a function will be carried out despite enclosure separation. The larger the air gap, the lower the efficiency of the homopolar machine. Both housings are sealed to prevent dirt and moisture from entering the machine parts of the Homopolar machine. Die Homopolar-Maschine nach den Ansprüchen 1–7 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerleiter durchgehend auf dem feststehenden Magnetring (1) angeordnet sind.The homopolar machine according to claims 1-7 is characterized in that the armature conductors continuously on the fixed magnetic ring ( 1 ) are arranged. Die Homopolar-Maschine nach ihren vorherigen Ansprüchen ist dadurch gekennzeichnet, dass sich auf den Außenseiten des feststehenden Magnetrings (1) und des rotierenden Permanentmagnetrings (2) ein Eisenrückschluss befindet, der den magnetischen Kreis schließt.The homopolar machine according to its previous claims is characterized in that on the outer sides of the stationary magnet ring ( 1 ) and of the rotating permanent magnet ring ( 2 ) is an iron yoke that closes the magnetic circuit. Die Homopolar-Maschine nach dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Magnetring (1) nur aus einem magnetisierbaren Metall, wie z. B. Eisen besteht und der rotierende permanentmagnetische Ring (2) einpolig als Nordpol oder Südpol ausgebildet ist.The homopolar machine according to claim 1 is characterized in that the fixed magnetic ring ( 1 ) only from a magnetizable metal, such as. As iron and the rotating permanent magnetic ring ( 2 ) is formed unipolar as North Pole or South Pole.
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