DE102012003975A1 - Powertrain for fluid-electrical transducer in e.g. wind energy plant for off-shore applications, has fluid rotor rotatably coupled with bearing arrangement, and electric machine comprising stator held at support structure in fixed manner - Google Patents

Powertrain for fluid-electrical transducer in e.g. wind energy plant for off-shore applications, has fluid rotor rotatably coupled with bearing arrangement, and electric machine comprising stator held at support structure in fixed manner Download PDF

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Abstract

The powertrain (10) has a fluid rotor (18) rotatably coupled with a moment bearing arrangement (22). A rotatable annular bearing part (28) cooperates with a resting annular bearing part (26) relative to a support structure of the powertrain. The bearing parts receive moments of the fluid rotor during an operation or standstill condition. A coaxial ring-cylindrical structural connector (40) is passed from the rotatable part to a circular electric machine (36) and forms a part of a rotor (42) of the machine. The machine comprises a stator (44) held at the support structure in a fixed manner.

Description

Gegenstandobject

Ein hier beschriebener Triebstrang dient zum Umwandeln von Energie einer Fluidströmung in elektrische Energie (zum Beispiel in einer Windenergieanlage) oder zur Umwandlung von elektrischer Energie in Strömungsenergie eines Fluidstroms (zum Beispiel in einem Schiffsantrieb). Ferner ist hier eine Windenergieanlage mit einem solchen Triebstrang beschrieben.A driveline as described herein is for converting energy from fluid flow into electrical energy (for example, in a wind turbine) or converting electrical energy into flow energy of a fluid flow (for example, in a marine propulsion system). Furthermore, a wind energy plant with such a drive train is described here.

Hintergrund und Stand der TechnikBackground and state of the art

Bei herkömmlichen Großwindanlagen und bei Windenergieanlagen für den Off-Shore-Einsatz mit Windraddurchmessern im Bereich von bis zu 100 Meter und größer sind Antriebswellen mit Durchmessern von zwei bis vier Meter im Einsatz. Diese Wellen sind sehr schwer und verursachen hohe Kosten in der Herstellung und in der Montage. Außerdem ist ihre Lagerung/Abstützung in einer Tragstruktur der Windenergieanlage sehr aufwendig, da sie sich unter hoher Windlast sonst nennenswert durchbiegen. Derartige Verformungen der Antriebswelle müssen von der Eingangsseite des Generators durch ein entsprechendes Getriebe entkoppelt werden. Sonst der Generator würde beschädigt, wenn der Läufer des Generators den Ständer des Generators streift.In conventional large wind turbines and wind turbines for offshore use with wind turbine diameters in the range of up to 100 meters and larger drive shafts with diameters of two to four meters are in use. These waves are very heavy and cause high costs in manufacturing and assembly. In addition, their storage / support in a support structure of the wind turbine is very expensive, since they otherwise bend appreciably under high wind load. Such deformations of the drive shaft must be decoupled from the input side of the generator by a corresponding gear. Otherwise the generator would be damaged if the rotor of the generator touches the stator of the generator.

Eine herkömmliche Windenergieanlage hat im Triebstrang vom Windrotor zum Generator zahlreiche Komponenten, wie Antriebswelle, Getriebe und zugehörige Lager. Diese Komponenten tragen erheblich zum Gesamtgewicht und zum Montage- und Wartungsaufwand der Windenergieanlage bei. Um hier einen verschleiß- und verlustarmen Betrieb der Windenergieanlage zu erreichen, sind diese Komponenten zu schmieren. Bekannte Windenergieanlage verwenden für unterschiedliche Komponenten des Triebstrangs wie Läuferlager, Getriebe, Generator, oft separate, hinsichtlich der Komponenten getrennte Schmierstoffsysteme.A conventional wind turbine has numerous components in the drive train from the wind rotor to the generator, such as drive shaft, gearbox and associated bearings. These components contribute significantly to the overall weight and to the assembly and maintenance of the wind turbine. In order to achieve a low-wear and low-loss operation of the wind turbine, these components must be lubricated. Known wind turbine use for different components of the drive train such as rotor bearings, gearbox, generator, often separate, component-separated lubricant systems.

Aus der DE 698 30 264 T2 ist eine Windenergieanlage mit einem Generator in Scheibenbauweise Art bekannt. Eine solche Maschine wird dort auch als diskoidale Maschine bezeichnet. Ein Rotorblätter und eine Rotornabe aufweisende Windenergierotor ist über eine Welle unmittelbar drehfest mit der Läuferscheibe des Generators ohne ein mechanisches Übersetzungsgetriebe verbunden. Die Welle ist in herkömmlicher Weise drehbar in dem Gehäuse der Windenergieanlage bzw. in dem Generatorgehäuse gelagert. Problematisch bei elektrischen Maschinen in Scheibenbauweise ist insbesondere bei großen Dimensionen die Tatsache, dass der Luftspalt zwischen Primärteilen und Sekundärteilen bei sehr geringen Ausmaßen möglichst konstant gehalten werden muss. Angesichts der hohen Kräfte und Momente, die im Betrieb von Windenergieanlagen entstehen, führt dies in der Praxis zu Problemen.From the DE 698 30 264 T2 is a wind turbine with a generator in disk construction type known. Such a machine is referred to there as a diskoidal machine. A rotor blades and a rotor hub having a wind energy rotor is connected via a shaft directly against rotation with the rotor disc of the generator without a mechanical transmission gear. The shaft is rotatably mounted in the housing of the wind turbine or in the generator housing in a conventional manner. The problem with electric machines in disk construction is the fact that the air gap between primary parts and secondary parts must be kept as constant as possible with very small dimensions, especially for large dimensions. In view of the high forces and moments that arise during the operation of wind turbines, this leads to problems in practice.

Aus der EP 1 394 406 A2 ist eine Windenergieanlage bekannt, deren Windenergierotor direkt mit einem Magnete tragenden Läuferring eines Generators verbunden ist, wobei die Rotorblätter des Rotors auf dem Läuferring und/oder einer axialen Verlängerung des Läuferrings angeordnet sind. So kann der Läuferring eine konische Verlängerung aufweisen, auf der Rohransätze zur jeweiligen Aufnahme eines drehbar gelagerten Rotorflügels angeordnet sind. Die Baueinheit aus Läuferring und Verlängerung ist über ein einziges, zur Abtragung von zur Rotorebene senkrechten Kippkräften geeignetes Momentenwälzlager auf einer rohrförmigen mit Ständerwicklungen versehenen Tragstruktur gelagert, die an der Innenseite des Läuferrings angebrachten Permanentmagneten gegenüberliegen. Dies ist eine anfällige Konstruktion, die sich in der Praxis nicht durchsetzen konnte.From the EP 1 394 406 A2 a wind energy plant is known, the wind energy rotor is directly connected to a magnets bearing rotor ring of a generator, wherein the rotor blades of the rotor are arranged on the rotor ring and / or an axial extension of the rotor ring. Thus, the rotor ring may have a conical extension, are arranged on the tube projections for each receiving a rotatably mounted rotor blade. The assembly of rotor ring and extension is mounted on a single, for the removal of vertical to the rotor plane tilting forces suitable moment rolling bearings on a tubular support structure provided with stator windings, which are opposite to the inside of the rotor ring mounted permanent magnets. This is a fragile design that could not prevail in practice.

Problemproblem

Die Herstellungs- und Betriebskosten von Windenergieanlagen sollen sinken, um die Verbreitung von Windenergieanlagen als Lieferanten für elektrische Energie zu steigern. Hierzu soll insbesondere der Aufwand bei der Herstellung, der Montage und der Wartung von Windenergieanlagen sinken.The manufacturing and operating costs of wind turbines are set to decline in order to increase the spread of wind turbines as suppliers of electrical energy. For this purpose, in particular, the effort in the manufacture, assembly and maintenance of wind turbines should decline.

Lösungsolution

Dazu wird ein Triebstrang eines fluid-elektrischen Wandlers mit einem Fluidrotor und einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, bei der der Fluidrotor mit einer Momentenlageranordnung drehfest und vorzugsweise direkt gekoppelt ist. Diese Momentenlageranordnung kann praktisch sämtliche (Biege-, Nick-Gier-, Kipp- und Dreh-)Momente des Fluidrotors bezogen auf eine Tragstruktur des Triebstrangs aufnehmen. Diese Momentenlageranordnung hat, bezogen auf die Tragstruktur des Triebstrangs, einen in der Tragstruktur drehfest angeordneten ruhenden ringförmigen Lagerpartner und einen mit diesem zusammenwirkenden drehbaren ringförmigen Lagerpartner. Diese Momentenlageranordnung ist dazu eingerichtet, Momente des Fluidrotors in dessen Betrieb oder dessen Stillstand aufzunehmen. Von dem drehbaren Lagerpartner zu der elektrischen Maschine reicht ein Tragverbinder, der zumindest einen Teil eines Läufers der elektrischen Maschine bildet. Dieser Tragverbinder ist, bezogen auf eine Drehachse des drehbaren Lagerpartners gegenüber dem ruhenden Lagerpartner, vorzugsweise axial orientiert. Die elektrische Maschine hat weiterhin einen Ständer, der ortsfest an der Tragstruktur aufgenommen ist. Bei diesem Triebstrang können die Momentenlageranordnung und die elektrische Maschine eine integrierte Gesamtanordnung bilden. Die elektrische Maschine mit der Momentenlageranordnung in so dichter räumlicher Nähe miteinander zu integrieren, erlaubt im Beispiel einer Windenergieanlage, eine zu herkömmlichen Anlagen mit vergleichbaren Leistungsdaten signifikant geringere Masse der Turmkopfgondel mit geringeren Abmessungen zu erreichen und damit auch verbesserte Transporteigenschaften der Komponenten zum Aufstell- und Betriebsort bieten zu können. Die vorliegende Anordnung bietet eine Lösung dafür, wie eine hohe Drehmomentendichte auf verhältnismäßig kleinem Bauraum bereitgestellt werden kann; bei anderen Anordnungen baut die elektrische Maschine sonst zu lang und das nur mit erheblichem Lageraufwand schwer beherrschbare Problem mechanischer Toleranzen tritt wieder auf.For this purpose, a drive train of a fluid-electrical converter with a fluid rotor and an electric machine is proposed, in which the fluid rotor with a torque bearing assembly rotatably and preferably is directly coupled. This moment bearing arrangement can accommodate virtually all (bending, pitch yaw, tilt and rotation) moments of the fluid rotor relative to a support structure of the drive train. This torque bearing assembly has, based on the support structure of the drive train, a rotationally fixed in the support structure arranged stationary annular bearing partner and cooperating with this rotatable annular bearing partner. This moment bearing arrangement is adapted to receive moments of the fluid rotor in its operation or its standstill. From the rotatable bearing partner to the electric machine, a supporting connector, which forms at least a part of a rotor of the electric machine, is sufficient. This supporting connector is preferably oriented axially with respect to a rotational axis of the rotatable bearing partner relative to the stationary bearing partner. The electric machine further has a stator, which is received in a stationary manner on the support structure. In this drive train, the moment bearing assembly and the electric machine can form integrated overall arrangement. To integrate the electric machine with the moment bearing arrangement in such close proximity to each other allows in the example of a wind turbine, to achieve a significantly lower mass of tower tower nacelle with smaller dimensions compared to conventional systems with comparable performance and thus improved transport properties of the components to the installation and operation to be able to offer. The present arrangement provides a solution to how a high torque density can be provided in a relatively small space; otherwise the electrical machine otherwise builds too long and the problem of mechanical tolerances, which is difficult to control only with considerable storage effort, arises again.

Dieser Triebstrang kann so gestaltet sein, das in der elektrischen Maschine der Ständer eine Spulenanordnung aufweist und der Läufer eine Erregerspulenanordnung aufweist, oder der Läufer mit mehreren Permanentmagnet-Elementen versehen ist.This drive train can be designed in such a way that has a coil arrangement in the electrical machine of the stator and the rotor has an excitation coil arrangement, or the rotor is provided with a plurality of permanent magnet elements.

In diesem Triebstrang kann die Ständerspulenanordnung wenigstens eine Wicklung haben, die ein Magnetfluss-Joch zumindest teilweise umgibt. Das Magnetfluss-Joch kann zwei Schenkel haben. Zwischen den Schenkeln können voneinander beabstandete und mit den Enden der Schenkel fluchtende Magnetfluss-Leitstücke angeordnet sein. Die Magnetfluss-Leitstücke können/sollen weder untereinander noch zu den Schenkeln eine magnetisch leitfähige Verbindung haben. Der Läufer kann entweder einander benachbarte Permanentmagnet-Elemente, die jeweils entgegengesetzt magnetisch orientiert sind, oder zur Erzeugung von magnetischem Fluss benachbarte Erregerspulen haben, die phasenversetzt zu bestromen sind. Die Permanentmagnet-Elemente bzw. die benachbarten Erregerspulen können zu einem Magnetring zusammengefasst sein, der an dem ringförmigen Tragverbinder des drehbaren Lagerpartners angeordnet ist. Die Enden der Schenkel sowie die Magnetfluss-Leitstücke können dem Magnetring unter Bildung eines Luftspaltes zugewandt sein. Die Permanentmagnet-Elemente bzw. die Erregerspulen können in bestimmten Positionen des Läufers relativ zum Ständer mit wenigstens einigen der Magnetfluss-Leitstücke sowie den Enden der Schenkel zumindest teilweise fluchtend ausgerichtet sein.In this drive train, the stator coil arrangement can have at least one winding which at least partially surrounds a magnetic flux yoke. The magnetic flux yoke can have two legs. Between the legs may be arranged spaced apart and aligned with the ends of the legs magnetic flux guide pieces. The magnetic flux conducting pieces can / should not have a magnetically conductive connection with each other or with the legs. The rotor can either adjacent permanent magnet elements, which are each oppositely magnetically oriented, or for generating magnetic flux adjacent excitation coils, which are energized out of phase. The permanent magnet elements or the adjacent excitation coils can be combined to form a magnetic ring, which is arranged on the annular support connector of the rotatable bearing partner. The ends of the legs and the magnetic flux guide pieces may face the magnetic ring to form an air gap. The permanent magnet elements or the exciting coils may be at least partially aligned in certain positions of the rotor relative to the stator with at least some of the magnetic flux conducting pieces and the ends of the legs.

Die Magnetfluss-Leitstücke sowie das Magnetfluss-Joch und dessen Schenkel können aus gestapelten weicheisenhaltigen Blechen gebildet sein, wobei die Bleche im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche des Magnetrings orientiert sein können. Diese Stirnfläche des Magnetrings ist die den Magnetfluss-Leitstücken und den Magnetfluss-Jochen zugewandte Seitenfläche der Magnetscheibe. Die Dicke dieser Bleche ist in erster Linie von der Frequenz des die Spulenanordnung durchfließenden Stromes abhängig, da mit steigender Frequenz die Wirbelstromverluste in zunehmen.The magnetic flux guide pieces and the magnetic flux yoke and its legs can be formed from stacked soft iron-containing sheets, wherein the sheets can be oriented substantially parallel to an end face of the magnetic ring. This end face of the magnet ring is the magnetic flux guide pieces and the magnetic flux yokes facing side surface of the magnetic disk. The thickness of these sheets depends primarily on the frequency of the current flowing through the coil assembly, since with increasing frequency, the eddy current losses increase in.

Bei bekannten üblicherweise Transversalflussmaschinen genannten Anordnungen werden zur Führung des magnetischen Flusses bei tolerablen magnetischen Verlusten in der Regel gesinterte pulvereisenhaltige Formteile eingesetzt. Im Gegensatz dazu erlaubt die vorgestellte Ausführung die Führung des magnetischen Flusses in einfach herzustellenden und zu montierenden Stapeln aus weicheisenhaltigen Blechen. Die hier vorgestellten Anordnungen erfordern nämlich keine ”dreidimensionale” Flussführung, sondern bewirken einen Verlauf der magnetischen Feldlinien in einer Ebene. Die Ständerwicklung kann hierbei sehr einfach als Ringspule ausgeführt sein, bei der das zur Flussführung notwendige Eisen sehr konzentriert zur Kraftbildung am Luftspalt angeordnet ist. In unerwarteter Weise erhöht sich die mit den vorgestellten Ausführungen erzielbare Schubdichte der elektrischen Maschine bei vergleichbarem Bauraum um mindestens etwa das zwei- bis vierfache gegenüber herkömmlichen Axial- oder Transversalflussmaschinen, ohne die sonst damit einhergehende Erhöhung der ohmschen Wicklungsverluste. Erreichbar ist dieser Effekt letztlich durch eine ”Reihenschaltung” der Permanentmagnet-Element-Statorpolpaarungen und deren Zuordnung zu einer einzigen Spulenanordnung mit verhältnismäßig groß ausführbarem Wickelquerschnitt. Eine Spulenanordnung ist mit mehreren, vom gleichen magnetischen Fluss durchsetzten Permanentmagnet-Element-Statorpolpaarungen gekoppelt und ruft daher die mehrfache Kraft pro Spulenanordnung hervor. Überdies kann diese Spulenanordnung mehr Strom tragen, da die wirksame Magnethöhe bei der hier vorgestellten Anordnung größer ist.In known arrangements usually referred to as transversal flux machines sintered powder-containing moldings are generally used to guide the magnetic flux with tolerable magnetic losses. In contrast, the proposed embodiment allows the leadership of the magnetic flux in easy to manufacture and to be assembled stacks of soft iron-containing sheets. The arrangements presented here do not require a "three-dimensional" flux guidance, but cause a course of the magnetic field lines in one plane. The stator winding can in this case be designed very simply as an annular coil, in which the iron necessary for flux guidance is arranged in a very concentrated manner for generating force at the air gap. Unexpectedly, the achievable with the presented designs thrust density of the electric machine increases with a comparable space by at least about two to four times compared to conventional axial or transverse flux machines, without the otherwise associated increase in ohmic winding losses. This effect is ultimately achievable by a "series connection" of the permanent magnet element-stator pole pairings and their assignment to a single coil arrangement with relatively large winding cross-section executable. A coil assembly is coupled to a plurality of permanent magnet element-stator pole pairings interspersed with the same magnetic flux and therefore causes the multiple force per coil arrangement. Moreover, this coil arrangement can carry more current, since the effective magnetic height is greater in the arrangement presented here.

In einem solchen Triebstrang kann die elektrische Maschine für eine Nenn-Drehzahl von etwa 5 U/min bis etwa 20 U/min ausgelegt sein. Zwischen dem Ständer und dem Läufer kann ein Luftspalt mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 2 m bis etwa 5 m vorgesehen sein, Der Luftspalt kann zwischen dem Ständer und dem Läufer eine Abmessung von etwa 0,5 mm bis etwa 1,5 mm, vorzugsweise etwa 0,6 mm bis etwa 0,8 mm haben. Der Abstand zwischen dem Ständer und dem Läufer ändert sich im Betrieb des Triebstrangs maximal etwa 0,2 mm bis etwa 0,3 mm. Zwischen dem Durchmesser des Luftspalts und der axialen Maschinen-Länge kann das Verhältnis im Bereich von etwa 3 bis etwa 16, vorzugsweise etwa 6 bis etwa 9 sein.In such a power train, the electric machine may be designed for a rated speed of about 5 rpm to about 20 rpm. Between the stator and the rotor, an air gap with a diameter in the range of about 2 m to about 5 m may be provided. The air gap between the stator and the rotor may have a dimension of about 0.5 mm to about 1.5 mm, preferably about 0.6 mm to about 0.8 mm. The distance between the stator and the rotor changes during operation of the drive train a maximum of about 0.2 mm to about 0.3 mm. Between the diameter of the air gap and the axial machine length, the ratio may be in the range of about 3 to about 16, preferably about 6 to about 9.

In einem solchen Triebstrang kann typischerweise die elektrische Maschine im Dauerbetrieb einen maximalen Flächenschub (= maximale Stromdichte in der Spulenanordnung multipliziert mit der maximalen magnetischen Erregung der Permanentmagnete oder der Spulenanordnung im Läufer) im Bereich von wenigstens etwa 8 N/cm2 bis wenigstens etwa 12 N/cm2 haben. Dies ist ein Mehrfaches verglichen mit dem maximalen Flächenschub im Dauerbetrieb herkömmlicher Maschinen.In such a drive train typically the electric machine can in continuous operation a maximum area thrust (= maximum current density in the coil assembly multiplied by the maximum magnetic excitation of the Permanent magnets or the coil arrangement in the rotor) in the range of at least about 8 N / cm 2 to at least about 12 N / cm 2 . This is several times compared to the maximum area thrust in continuous operation of conventional machines.

Die Spulenanordnung kann ein Magnetfluss-Joch mit zwei beabstandeten Schenkeln zumindest teilweise umgreifen. Dabei kann der Abstand der Schenkel im Bereich ihrer dem Magnetring zugewandten Enden zueinander (i) zwischen 60% und 140%, (ii) vorzugsweise zwischen 80% und 120%, und (iii) insbesondere zwischen 90% und 110% ihrer Länge betragen. Wenn die (magnetisch wirksame) Länge der Schenkel in etwa ihrem Abstand im Bereich ihrer dem Magnetring zugewandten Enden entspricht, sind die magnetischen Streuflussanteile (Nutquerflüsse) meist tolerierbar.The coil assembly may at least partially engage around a magnetic flux yoke having two spaced legs. In this case, the distance of the legs in the region of their end facing the magnetic ring to each other (i) between 60% and 140%, (ii) preferably between 80% and 120%, and (iii) in particular between 90% and 110% of their length. If the (magnetically effective) length of the legs corresponds approximately to their distance in the region of their ends facing the magnetic ring, the magnetic leakage flux components (groove transverse flows) are usually tolerable.

Die Magnetfluss-Leitstücke können eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt haben. Es ist auch möglich, ihnen eine sich zu ihren Enden hin in der Breite und/oder der Höhe verjüngende Gestalt zu geben. Eine solche Formgebung verringert oder minimiert die magnetischen Streuflüsse zwischen benachbarten Magnetfluss-Leitstücken. Die Magnetfluss-Leitstücke haben in den vorgestellten Varianten eine im Querschnitt im wesentlichen trapezförmige Gestalt, wobei die jeweils größeren Grundflächen dem Magnetring zugewandt sind.The magnetic flux guide pieces may have a substantially cuboid shape. It is also possible to give them a shape tapering towards their ends in width and / or height. Such shaping reduces or minimizes magnetic leakage flux between adjacent magnetic flux conducting pieces. The magnetic flux guide pieces have in the presented variants a cross-sectionally substantially trapezoidal shape, wherein the respective larger base faces the magnetic ring.

Des Weiteren können die Magnetfluss-Leitstücke im Bereich ihrer dem Magnetring zugewandten Grundfläche längs der Bewegungsrichtung eine Gestalt haben, die so dimensioniert ist, dass sie jeweils mehr als einem, aber nicht mehr als zwei benachbarten Permanentmagnet-Elementen des Magnetrings gegenübersteht.Furthermore, the magnetic flux guide pieces in the region of their magnetic ring facing base along the direction of movement have a shape which is dimensioned so that it faces more than one, but not more than two adjacent permanent magnet elements of the magnetic ring.

Die Spulenanordnung kann entweder einphasig betrieben werden oder als Mehrphasenanordnung (vorzugsweise drei oder mehr als drei) ausgestaltet sein. Für letzteren Fall kann die Spulenanordnung mehrere nebeneinander oder übereinander angeordnete Wicklungen haben, die dazu eingerichtet sind, phasenversetzt zu einander betrieben zu werden. Alternativ dazu können auch entlang des Umfangs mehrere Sektoren von Spulengruppen und Magnetfluss-Leitstücken angeordnet sein, bei denen die einzelnen Spulenanordnungen mit Strömen unterschiedlicher Phasenlage betrieben werden. Dementsprechend sind auch die Magnetfluss-Leitstücke in Umfangsrichtung versetzt anzuordnen.The coil arrangement can be operated either single-phase or as a multi-phase arrangement (preferably three or more than three). For the latter case, the coil assembly may have a plurality of juxtaposed or stacked windings adapted to be out of phase with each other. Alternatively, several sectors of coil groups and magnetic flux conducting pieces can be arranged along the circumference, in which the individual coil arrangements are operated with currents of different phase position. Accordingly, the magnetic flux conducting pieces are to be arranged offset in the circumferential direction.

Zwischen benachbarten Magnetfluss-Leitstücken können zur Erhöhung der Stabilität der Gesamtanordnung magnetisch im Wesentlichen unwirksame Verbinder angeordnet sein, welche die relative Position der Magnetfluss-Leitstücke zueinander festlegen. Diese Verbinder können aus diamagnetischem Material, zum Beispiel Metall, Keramik, polymerisiertem Kunststoff, oder dergl. bestehen.Between adjacent magnetic flux conducting pieces may be arranged to increase the stability of the overall arrangement of magnetically substantially ineffective connectors which define the relative position of the magnetic flux conducting pieces to each other. These connectors may be made of diamagnetic material, for example, metal, ceramic, polymerized plastic, or the like.

Die Permanentmagnet-Elemente haben vorzugsweise eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt. Sie können jedoch auch im Querschnitt trapez- oder dreieck-, bzw. rautenförmig, oder dergl. sein. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Magnetrings kann diese als Kreisringzylinder ausgestaltet sein, der an seinem Außenumfang und/oder an seinem Innenumfang einen magnetisch im Wesentlichen unwirksamen Tragring aufweist. Dies gilt insbesondere, wenn der Magnetring ein Teil des Läufers ist. Die Permanentmagnet-Elemente können als Guß- oder Schnitt-Teile aus einer AlNi- oder AlNiCo-Legierung, aus Barium- oder Strontiumferrit, aus einer SmCo-, oder NdFeB-Legierung, oder aus anderen Selten-Erden-Materialien gebildet sein. Damit sind Energieprodukte (BH)max von Permanentmagneten im Bereich von etwa 30 bis etwa 300 KiloJoule/Kubikmeter – auch im erhöhten Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 180 Grad Celsius – erreichbar. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität können die Permanentmagnet-Elemente auch als Pulverteilchen eingebettet in temperaturbeständige Kunststoffbinder enthaltend zum Beispiel Polyamid, Polyphensulfid, Duroplast, Epoxidharz, oder dergl. gebildet sein. Es kann sich bei dem temperaturbeständigen Kunststoffbinder auch um Methacrylatklebstoff, Epoxidharzkleber, Polyurethanklebstoff, Phenolharzklebstoff, Epoxydharz mit Faserverstärkung, oder hydrophobiertes Epoxydharzgießharz handeln. Zur Verstärkung der mechanischen Stabilität kann auch ein den Magnetring vollständig umspannender Metallreif oder -Ring aus Aluminium oder (nicht magnetischem) Stahl vorgesehen sein.The permanent magnet elements preferably have a substantially cuboid shape. However, they can also be trapezoidal or triangular, or diamond-shaped, or the like in cross section. To increase the mechanical stability of the magnet ring, it can be configured as a circular ring cylinder which has a magnetically substantially inactive bearing ring on its outer circumference and / or on its inner circumference. This is especially true when the magnetic ring is part of the rotor. The permanent magnet elements may be formed as cast or cut parts of AlNi or AlNiCo alloy, barium or strontium ferrite, SmCo or NdFeB alloy, or other rare earth materials. Thus, energy products (BH) max of permanent magnets in the range of about 30 to about 300 kiloJoule / cubic meter - even in the elevated temperature range of about 150 to about 180 degrees Celsius - reachable. To improve the mechanical stability, the permanent magnet elements may also be formed as powder particles embedded in temperature-resistant plastic binders comprising, for example, polyamide, poly-sulfide, thermosetting plastic, epoxy resin or the like. The temperature-resistant plastic binder may also be methacrylate adhesive, epoxy resin adhesive, polyurethane adhesive, phenolic resin adhesive, fiber-reinforced epoxy resin, or hydrophobic epoxy resin casting resin. To reinforce the mechanical stability, it is also possible to provide a metal hoop or ring of aluminum or (non-magnetic) steel which completely surrounds the magnetic ring.

In einer weiteren Variante kann zu beiden Mantelflächen (der inneren und der äußeren) des Magnetrings jeweils ein Luftspalt und eine Ständeranordnung mit jeweils einer Spulenanordnung mit wenigstens einer Wicklung und entsprechenden Magnetfluss-Jochen und Magnetfluss-Leitstücken vorgesehen sein. Damit kann eine sehr kompakte Variante zweier Wicklungssysteme beiderseits des Läufers zur Erhöhung des abzugreifenden elektrischen Stroms bereitgestellt werden.In a further variant, an air gap and a stator arrangement, each having a coil arrangement with at least one winding and corresponding magnetic flux yokes and magnetic flux guide pieces, may be provided on both outer surfaces (inner and outer) of the magnet ring. Thus, a very compact variant of two winding systems can be provided on both sides of the rotor to increase the electrical current to be tapped off.

Mit dieser Anordnung des Triebstrangs eines fluid-elektrischen Wandlers kann auch eine zum Beispiel in bisherigen serienmäßig zum Einsatz kommenden Windenergieanlagen notwendige Rotor-Hauptantriebswelle entfallen. Folglich können auch zur Rotor-Hauptantriebswelle gehörende Lager für die Abstützung der radialen und axialen Lasten sowie für die Aufnahme der Kippmomente entfallen. Eine derartige Momentenlageranordnung kann in einer Variante als vorzugsweise winkelig zueinander orientiertes zweireihiges (Kegel-)Rollenlager ausgestaltet sein, das die Funktion zweier Lager übernimmt. Dabei schließen die beiden Rollenlager miteinander einen Winkel von etwa 20° bis etwa 120° ein, und jedes der beiden Rollenlager schließt entsprechend mit der Rotationsachse des drehbaren Lagerpartners (= die Mittellängsachse der Nabe) einen Winkel von etwa 80° ((= 180° – 20°)/2) bis etwa 30° ((= 180° – 120°)/2) ein. Vorzugsweise schließen die beiden Rollenlager miteinander einen Winkel von etwa 90° ein, und jedes der beiden Rollenlager schließt mit der Rotationsachse des drehbaren Lagerpartners einen Winkel von etwa 45° ein. Der Umstand, dass die vorliegende Anordnung mit nur einer Lageranordnung auskommt, liegt an der axial vergleichweise sehr kurz bauenden elektrischen Maschine mit ihrem hohen Flächenschub.With this arrangement of the drive train of a fluid-electrical converter, a rotor main drive shaft, which is necessary, for example, in previous series-produced wind turbines, can also be dispensed with. Consequently, also belonging to the rotor main drive shaft bearings for the support of the radial and axial loads and for the absorption of tilting moments can be omitted. Such a moment bearing arrangement can be designed in a variant as preferably angularly oriented to each other two-row (tapered) roller bearing, which takes over the function of two bearings. The two roller bearings enclose an angle of approximately 20 ° to approximately 120 ° with each other, and each of the two roller bearings closes at an angle of approximately 80 ° with the axis of rotation of the rotatable bearing partner (= the central longitudinal axis of the hub) ((= 180 °). 20 °) / 2) to about 30 ° ((= 180 ° - 120 °) / 2). Preferably, the two roller bearings enclose an angle of about 90 ° with each other, and each of the two roller bearings encloses an angle of about 45 ° with the axis of rotation of the rotatable bearing partner. The fact that the present arrangement makes do with only one bearing arrangement is due to the fact that the electrical machine with its high surface thrust is very short in axial terms.

Eine solche Momentenlageranordnung kann eine dem Durchmesser der Nabe des Fluidrotors in etwa entsprechende Stützweite haben. Die Momentenlageranordnung kann an ihrem drehbaren Lagerpartner einen seitlichen, axial oder radial orientierten Tragverbinder haben oder mit einem derartigen Tragverbinder verbunden sein. Dieser Tragverbinder bildet direkt zumindest einen Teil des Läufers der als elektrischer Generator betriebenen elektrischen Maschine. Alternativ dazu ist dieser Tragverbinder mit der Momentenlageranordnung einerseits und mit dem Läufer andererseits verbunden. So lässt sich beim Einsatz des Triebstrangs als Wandler in einer Windenergieanlage das Gondelgewicht der Windenergieanlage deutlich reduzieren, da bei vergleichbaren elektrischen Daten die Abmessungen und auch die Komponenten der Gondel kleiner werden. Zusätzlich verringert diese Momentenlageranordnung in bisherigen Windenergieanlagen mit zwei Lagern und Rotor-Hauptantriebswelle strukturbedingt auftretende Reibungsverluste.Such a moment bearing arrangement may have a corresponding to the diameter of the hub of the fluid rotor approximately corresponding span. The moment bearing assembly may have at its rotatable bearing partner a lateral, axially or radially oriented support connector or be connected to such a support connector. This support connector directly forms at least a part of the rotor of the electrical machine operated as an electric generator. Alternatively, this support connector is connected to the moment bearing arrangement on the one hand and with the rotor on the other. Thus, when using the drive train as a converter in a wind turbine, the nacelle weight of the wind turbine can be significantly reduced, since comparable electrical data, the dimensions and the components of the nacelle are smaller. In addition, this torque bearing arrangement reduces structural losses occurring in previous wind turbines with two bearings and rotor main drive shaft structurally.

Die vorgeschlagene Anordnung erlaubt eine Gewichtsreduzierung der als elektrischer Generator betriebenen elektrischen Maschine in einer Windenergieanlage um den Faktor 10–20 je nach Ausführung und hat einen großen, freien Innendurchmesser. Diese Anordnung ermöglicht zum Beispiel in einer Windenergieanlage einen Direktantrieb, kommt also ohne Getriebe aus, was eine weitere Gewichtsersparnis nach sich führt. Sofern dennoch eine Ausgestaltung mit einem Getriebe vorgesehen ist, kann der Tragverbinder des drehbaren Lagerpartners die eingangsseitige Drehmomenteinspeisung in das Getriebe vornehmen und in/an das Getriebe direkt einbaubar sein.The proposed arrangement allows a weight reduction of operated as an electric generator electric machine in a wind turbine by a factor of 10-20 depending on the design and has a large, free inner diameter. This arrangement allows for example in a wind turbine direct drive, so it comes without gear, resulting in a further weight savings. If, nevertheless, an embodiment is provided with a transmission, the support connector of the rotatable bearing partner can make the input side torque input to the transmission and be directly installed in / to the transmission.

Der Tragverbinder des drehbaren Lagerpartners kann zumindest teilweise ringförmig in axialer oder radialer Richtung sein und/oder als mehrere Tragverbinderteile ausgebildet sein, die entlang des Umfangs des drehbaren Lagerpartners im Abstand zueinander angeordnet sind oder einander zu einem in Umfangsrichtung zumindest teilweise geschlossenen ringförmigen Tragverbinder ergänzen. Der Tragverbinder kann dabei mit dem drehbaren Lagerpartner sowohl einstückig ausgeführt sein als auch an dem drehbaren Lagerpartner lösbar befestigt sein. Die beiden Lagerpartner können als aufgrund ihrer ringförmigen Ausgestaltung mit der großen lichten Weite zu Montage- und zu Wartungszwecken leicht durchstiegen werden, um in die Nabe des Rotors der Windenergieanlage zu gelangen.The support connector of the rotatable bearing partner may be at least partially annular in the axial or radial direction and / or be formed as a plurality of support connector parts which are spaced along the circumference of the rotatable bearing partner or complement each other to a circumferentially at least partially closed annular support connector. The support connector can be carried out in one piece with the rotatable bearing partner as well as be releasably secured to the rotatable bearing partner. The two bearing partners can be easily risen as due to their annular configuration with the large clearance for assembly and maintenance purposes to get into the hub of the rotor of the wind turbine.

Für die Momentenlageranordnung kann zum Beispiel in einer Windenergieanlage anstelle eines winkelig zueinander orientierten zweireihigen Kegelrollenlagers auch eine schwimmende Lagerung eines (ggf. biegeweichen) Läufers und/oder Ständers auf einem durch entsprechende Einrichtungen unter Druck gesetztem hydrostatischen Fluidpolster, zum Beispiel aus Öl, vorgesehen sein. Hieraus ergeben sich noch weniger Toleranzprobleme. Dies erlaubt eine weitere Reduzierung des ”Luft”-Spaltes zwischen Läufer und Ständer. Daraus resultiert ein noch höheres spezifisches Drehmoment. Zudem kann das hydrostatische Fluid als Medium eines Wärmetauschers eine hervorragende Kühlung der elektrischen Maschine bewirken. Dies bringt weitere Wirkungsgradvorteile mit sich. Durch den Ersatz der Rollenlager durch die hydrostatisch schwimmende Lagerung tritt auch praktisch keinen Verschleiß der sich gegeneinander bewegenden Komponenten auf.For the moment bearing arrangement, for example, in a wind turbine instead of an angularly oriented double row tapered roller bearing, a floating mounting of a (possibly flexurally soft) rotor and / or stator on a set by appropriate means under pressure hydrostatic fluid cushion, for example, from oil, may be provided. This results in even fewer tolerance problems. This allows a further reduction of the "air" gap between rotor and stator. This results in an even higher specific torque. In addition, the hydrostatic fluid as the medium of a heat exchanger can cause excellent cooling of the electric machine. This brings with it further efficiency advantages. By replacing the roller bearings by the hydrostatically floating storage occurs virtually no wear of the mutually moving components.

In einer weiteren Ausgestaltung kann zum Beispiel für die Momentenlageranordnung einer Windenergieanlage eine hydrostatische Lageranordnung vorgesehen sein, bei dem in den ortsfesten Lagerpartner der Ständer der elektrischen Maschine und in den drehbaren Lagerpartner der Läufer integriert ist. Hierbei bildet der ringzylindrische Zwischenraum zwischen dem ortsfesten Lagerpartner und dem drehbaren Lagerpartner den ”Luft-”Spalt der elektrischen Maschine.In a further embodiment, for example, be provided for the moment bearing arrangement of a wind turbine, a hydrostatic bearing assembly in which in the stationary bearing partner of the stator of the electric machine and in the rotatable bearing partner of the rotor is integrated. Here, the ring-cylindrical gap between the stationary bearing partner and the rotatable bearing partner forms the "air" gap of the electric machine.

Da hierbei dieser ringzylindrische Zwischenraum durch die hydrostatische Lageranordnung (in radialer Richtung) noch kleiner als bei einem Rollenlager dimensioniert werden kann, ohne dass der Läufer und der Ständer einander berühren, ist ein noch höherer elektromagnetischer Wirkungsgrad erzielbar. Alternativ dazu kann bei einer solchen Variante die Menge des benötigten Permanentmagnetmaterials im Vergleich zu einer Anordnung mit einem Rollenlager reduziert werden. Insgesamt werden die notwendigen mechanischen Strukturen der Gesamtanordnung sehr viel kleiner und leichter. Dieser Umstand, und insbesondere das hierdurch erreichte geringe Kopfgewicht der Gondel der Windenergieanlage erlaubt, eine selbsterrichtende Windenergieanlage bereitzustellen, die sich, vergleichbar mit einem sogenannten Kletterkran, schnell montieren lässt.In this case, since this annular cylindrical space can be dimensioned by the hydrostatic bearing arrangement (in the radial direction) even smaller than in a roller bearing, without the rotor and the stator touching each other, an even higher electromagnetic efficiency can be achieved. Alternatively, in such a variant, the amount of permanent magnet material required can be reduced compared to an arrangement with a roller bearing. Overall, the necessary mechanical structures of the overall arrangement become much smaller and lighter. This circumstance, and in particular the low head weight of the nacelle of the wind energy plant achieved thereby, makes it possible to provide a self-erecting wind energy plant which can be installed quickly, comparable to a so-called climbing crane.

Der am drehbaren Lagerpartner angeordnete Tragverbinder kann entweder nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Permanentmagneten oder entsprechenden Erregerspulen bestückt sein. So ergibt sich eine einseitige Wirkfläche bzw. eine beidseitige Wirkfläche des Läufers der elektrischen Maschine. Im letzteren Fall ist bei gleichem nur unwesentlich erhöhtem Gewicht des Läufers eine nahezu doppelte elektrische Leistung der elektrischen Maschine erzielbar, da der Läufer als sog. Tauchläufer sich in einem Ringspalt dreht, der sowohl an seiner inneren Mantelfläche als auch an seiner äußeren Mantelfläche mit Ständerspulen bestückt ist um die elektrische Energie zu wandeln. Eine solche elektrische Maschine baut bei vergleichbaren elektrischen Daten kürzer als mit nur einer einseitigen Wirkfläche. Sofern beidseitige Wirkflächen vorgesehen sind, kann der Tragverbinder kürzer ausfallen, wodurch sich die Dimensionierung der Momentenlageranordnung auf Neige- und Kippmomente verringert. In diesem Fall kann eine einfachere Lagerung ausreichen. Außerdem ergeben sich hier Toleranzvorteile. The arranged on the rotatable bearing partner support connector can be fitted either on one side or on both sides with permanent magnets or corresponding excitation coils. This results in a one-sided active surface or a two-sided effective surface of the rotor of the electric machine. In the latter case, at the same only slightly increased weight of the rotor, a nearly double electrical power of the electric machine can be achieved because the rotor as a so-called. Tauchläufer rotates in an annular gap which is equipped with stator coils both on its inner circumferential surface and on its outer surface is to convert the electrical energy. Such an electric machine is shorter in comparable electrical data than with only one-sided effective area. If two-sided active surfaces are provided, the support connector can be shorter, thereby reducing the dimensioning of the moment bearing assembly on tilting and tilting moments. In this case, a simpler storage may be sufficient. In addition, tolerance advantages arise here.

In einer weiteren Variante ist, bezogen auf die axiale Orientierung der Momentenlageranordnung, auf beiden Seiten des sich drehenden Lagerpartners jeweils ein Tragverbinder vorgesehen. Damit kann die elektrische Maschine in axialer Richtung geteilt ausgestaltet sein. Bei dieser Anordnung kann der Luftspalt der – in axialer Richtung der Momentenlageranordnung geteilten elektrische Maschine – in radialer Richtung sehr klein sein. Kipp- oder Nickbewegungen der Nabe des Windrades führen bezogen auf den ruhenden Lagerpartner wegen der beiden kürzeren Fortsätze zu einer geringeren Annäherung des Läufers zum Ständer der elektrischen Maschine als bei nur einem Tragverbinder gleicher Gesamtlänge, der nur auf einer Seite der Momentenlageranordnung angeordnet ist.In a further variant, based on the axial orientation of the moment bearing arrangement, in each case a support connector is provided on both sides of the rotating bearing partner. Thus, the electric machine can be designed divided in the axial direction. In this arrangement, the air gap of the - divided in the axial direction of the moment bearing assembly electrical machine - be very small in the radial direction. Tilting or pitching movements of the hub of the wind turbine, based on the stationary bearing partner, due to the two shorter extensions, result in a smaller approach of the rotor to the stator of the electric machine than with only one supporting connector of the same overall length, which is arranged only on one side of the torque bearing arrangement.

Der Tragverbinder kann aus einzeln an dem drehbaren Lagerpartner befestigbaren Segmenten gebildet sein. Gleichermaßen kann der Läufer aus einzelnen Segmenten gebildet sein. Dies vereinfacht die Montage und auch die Reparatur der elektrischen Maschine zum Beispiel in der Gondel eine Windenergieanlage. Analog dazu kann auch der Ständer aus einzelnen Segmenten gebildet sein. Auf diese Weise kann der Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer beim Montieren der elektrischen Maschine zum Beispiel in der Gondel sehr präzise eingestellt werden. Außerdem erlaubt eine segmentierte Ausführung des Ständers und/oder Läufers, dass Abweichungen des Querschnitts des Ständers/Läufers von der Kreisform aufgrund von Betriebsbelastungen (z. b. aus Kipp- oder Nickbewegungen der Nabe des Windrades) dadurch ausgeglichen werden, dass sich einzelne Segmente des Ständers/Läufers in radialer und/oder axialer Richtung – unter Beibehaltung zumindest des minimalen Luftspaltes – auslenken. Damit ist die Gesamtanordnung sehr betriebssicher und tolerant selbst gegenüber im Betrieb auftretenden hohen Belastungen.The support connector can be formed from individually attachable to the rotatable bearing partner segments. Similarly, the runner may be formed of individual segments. This simplifies the installation and also the repair of the electrical machine, for example in the nacelle of a wind turbine. Similarly, the stand can be formed of individual segments. In this way, the air gap between the stator and the rotor when mounting the electric machine, for example in the nacelle, can be set very precisely. In addition, a segmented design of the stator and / or rotor allows deviations of the cross-section of the stator / rotor from the circular shape due to operating loads (eg from tilting or pitching of the hub of the wind turbine) are compensated by the fact that individual segments of the stator / rotor in the radial and / or axial direction - while maintaining at least the minimum air gap - deflect. Thus, the overall arrangement is very reliable and tolerant even to high loads occurring during operation.

Dem jeweiligen Ständersegment kann ein Wechselrichtermodul zugeordnet sein, das elektrische Energie aus den Ständerspulen abführt (Generatorbetrieb) oder diesen (Motorbetrieb) zuführt. So ist es möglich, die elektrische Maschine Generator in viele ein- oder mehr-phasige Ständer- und Läufersegmente mit jeweils einer oder zwei Spulen je Ständernut zu unterteilen. Damit ist die elektrische Maschine aus gut handhabbaren einzelnen Gleichteilen aufzubauen. Dies erleichtert vor Ort die Montage einer großen elektrischen Maschine in der Gondel der Windenergieanlage. Außerdem ergibt sich ein nennenswerter Transportvorteil gegenüber herkömmlichen Windenergieanlagen.The respective stator segment can be assigned an inverter module which dissipates electrical energy from the stator coils (generator operation) or supplies this (engine operation). It is thus possible to subdivide the electric machine generator into many single- or multi-phase stator and rotor segments with one or two coils per stator slot. Thus, the electric machine of easy to handle individual identical parts build. This facilitates on-site assembly of a large electric machine in the nacelle of the wind turbine. In addition, there is a significant transport advantage over conventional wind turbines.

Die einzelnen Ständersegmente mit den elektrischen Anschlüssen und Wechselrichterbaugruppen können in einer Fabrikumgebung gefertigt, komplett verschaltet, isoliert und vor der Auslieferung getestet werden. Während des Betriebes kann so sicher gestellt werden, dass ein Komplettversagen der Anlage praktisch kaum auftritt; vielmehr kann die Anlage beim Ausfall einzelner Segmente im Teilleistungsbetrieb bis zum nächsten regulären Wartungstermin weiter betrieben werden. Ein Austausch einzelner defekter Ständersegmente, ggf. sogar bei laufender elektrischer Maschine, ist dabei möglich. So lassen sich die Ausfallzeiten einer solchen Windenergieanlage sehr gering halten. Die hier vorgeschlagene Anordnung hat ein Kurzschlussverhalten, bei dem der Kurzschlussstrom weit unterhalb des Nennstroms liegt. Dementsprechend ist das bei kurzgeschlossener Maschine auftretende Bremsmoment deutlich geringer als die betrieblich gefahrenen Drehmomente. Dies hat außerdem den positiven Effekt, dass die Gefahr einer mechanischen Überlastung oder gar eines Bruches zum Beispiel der Rotorwelle im Kurzschlussfall deutlich verringert ist.The individual stator segments with the electrical connections and inverter modules can be manufactured in a factory environment, completely interconnected, insulated and tested before delivery. During operation, it can be ensured that a complete failure of the system hardly ever occurs; rather, in the event of failure of individual segments in partial power operation, the system can continue to be operated until the next regular maintenance date. An exchange of individual defective stator segments, possibly even when the electric machine is running, is possible. Thus, the downtime of such a wind turbine can be kept very low. The arrangement proposed here has a short-circuit behavior in which the short-circuit current is far below the rated current. Accordingly, the braking torque occurring with a short-circuited machine is significantly lower than the operationally driven torques. This also has the positive effect that the risk of mechanical overload or even breakage, for example, the rotor shaft is significantly reduced in the event of a short circuit.

Wenn die beiden Rollenlager miteinander einen Winkel einschließen und jedes der beiden Rollenlager mit der Rotationsachse des drehbaren Lagerpartners einen Winkel einschließt, ergibt sich eine funktionelle Verteilung der Laufrollen des Rollenlager in Bezug auf die eigene Laufrollendrehachse derart, dass zu Wartungs- oder Ersatzmaßnahmen die Laufrollen in axialer Richtung ihrer eigenen Laufrollendrehachse abgezogen oder ausgebaut werden können, da diese in der Ausbaurichtung nicht belastet sind. Insbesondere wenn die Laufrollen in der Ausbaurichtung störkonturfrei ausgebildet sind, können sie ohne Kollision abgezogen werden.If the two roller bearings enclose an angle with each other and each of the two roller bearings with the axis of rotation of the rotatable bearing partner forms an angle, results in a functional distribution of the rollers of the roller bearing with respect to the own roller rotation axis such that to maintenance or replacement measures the rollers in axial Can be deducted or expanded direction of their own roller rotation axis, as they are not loaded in the direction of removal. In particular, when the rollers are formed in the removal direction disturbing contour, they can be deducted without collision.

Bei dem Triebstrang zur Nutzung der Energie einer Fluidströmung, zum Beispiel in einer Windenergieanlage, ist ein durch die Fluidströmung antreibbarer Rotor, ggf. ein Getriebe, welches eingangsseitig direkt oder auch indirekt über die Rotorwelle oder weitere Komponenten an den Rotor angeschlossen ist, und ein an das Getriebe ausgangsseitig angeschlossener Generator vorhanden. Im Fall der hydrostatischen Lagervariante ist gleichzeitig ein tribologisches System vorhanden, das neben der Schmierung und der Abstützung des bewegbaren Lagerpartners gegenüber dem ruhenden Lagerpartner auch die Kühlung der elektrischen Komponenten übernehmen kann. Dadurch lässt sich der Triebstrang kostengünstiger und effizienter darstellen.In the driveline for utilizing the energy of a fluid flow, for example in a wind turbine, is through the fluid flow drivable rotor, possibly a transmission, which is the input side directly or indirectly connected via the rotor shaft or other components to the rotor, and a generator connected to the output side of the generator available. In the case of the hydrostatic bearing variant a tribological system is present at the same time, which can take over the cooling of the electrical components in addition to the lubrication and the support of the movable bearing partner relative to the stationary bearing partner. As a result, the drive train can be represented more cost-effectively and efficiently.

In einer Variante des Triebstrangs, bei der die Lagerpartner aus Ringsegmenten zusammengesetzt sind, haben die Lagerpartner zwischen den Segmenten Trennfugen, die in Bezug auf die Umlaufrichtung schräg ausgerichtet sind. So können die Laufrollen störungsfrei über die Trennfugen hinweg laufen.In a variant of the drive train, in which the bearing partners are composed of ring segments, the bearing partners have between the segments parting lines, which are aligned obliquely with respect to the direction of rotation. This allows the rollers to run smoothly over the joints.

In einer weiteren Variante des Triebstrangs ist die elektrische Maschine aus vielen ein- oder mehr-phasigen Ständer- und/oder Läufersegmenten aufgebaut. Hierbei können zwischen einzelnen der Ständer- oder Läufersegmente in Umlaufrichtung des Läufers Verbinder vorgesehen sein, durch welche jedes der Ständer- oder Läufersegmente mit seinen benachbarten Ständer- bzw. Läufersegmenten in Umfangsrichtung fest verbunden ist. Damit ist der Ständer bzw. der Läufer in seiner Umfangsabmessung festgelegt. Die einzelnen Segmente des Läufers bzw. des Ständers sind jedoch wie bei einem geschlossenen Ring aus Kettengliedern durch die Verbinder zwischen ihnen beweglich. Zwischen dem Läufer und dem Ständer oder seitlich versetzt dazu kann nun eine Lageranordnung (zum Beispiel eine Momentenlageranordnung mit den oben beschriebenen Rollenlagern oder ein hydrostatisches Lager der oben beschriebenen Art) vorgesehen sein, durch welche ein Abstand zwischen dem Läufer und dem Ständer in radialer Richtung im Wesentlichen konstant ist. Dabei kann insgesamt die Gestalt des Läufers und des Ständers im Betrieb zum Beispiel durch Krafteinwirkung verändern, ohne dass sich der Läufer und der Ständer dabei berühren. Damit kann die elektrische Maschine zum Beispiel mechanische Belastungen besser verkraften, ohne dass es zu Materialermüdungen durch die Windbelastung kommt.In a further variant of the drive train, the electric machine is constructed from many single-phase or multi-phase stator and / or rotor segments. In this case, between each of the stator or rotor segments can be provided in the direction of rotation of the rotor connector, through which each of the stator or rotor segments with its adjacent stator or rotor segments is firmly connected in the circumferential direction. Thus, the stand or the rotor is set in its circumferential dimension. However, the individual segments of the rotor or the stator are movable, as in a closed ring of chain links through the connectors between them. A bearing arrangement (for example a moment bearing arrangement with the above-described roller bearings or a hydrostatic bearing of the type described above) can now be provided between the rotor and the stator or laterally offset therefrom, by which a distance between the rotor and the stator in the radial direction in FIG Is essentially constant. In total, the shape of the rotor and of the stator during operation can be changed by force, for example, without the rotor and the stator touching each other. This allows the electric machine, for example, to cope better with mechanical loads without causing material fatigue due to the wind load.

Die Verbinder können dabei als Gelenkglieder oder Scharniere ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind zwischen Läufersegmenten derartige Gelenkglieder als Verbinder vorgesehen, während der ebenfalls segmentierte oder durchgehende Ständer formsteif ist, so dass der Läufer relativ zu Ständer im Betrieb von seiner idealen Querschnitts-Kreisform abweicht, während der Ständer seine ideale Querschnitts-Kreisform beibehält. Zwischen dem Läufer und dem Ständer oder seitlich axial dazu versetzt, ist damit eine Lageranordnung vorgesehen, die einen den Luftspalt definierenden Abstand zwischen dem Läufer und dem Ständer, auch bei einer Abweichung des Läuferquerschnitts von einer Kreisform, in radialer Richtung im wesentlichen konstant hält.The connectors can be designed as hinge members or hinges. Preferably, such articulated members are provided as connectors between rotor segments, while the likewise segmented or continuous stator is dimensionally stable, so that the rotor deviates from its ideal cross-sectional circular shape relative to stator during operation, while the stator retains its ideal cross-sectional circular shape. Between the rotor and the stator or laterally offset axially thereto, a bearing arrangement is provided, which maintains a gap defining the air gap between the rotor and the stator, even in a deviation of the rotor cross section of a circular shape in the radial direction substantially constant.

In einer anderen Variante kann der Tragverbinder an dem drehbaren Lagerpartner aus einzeln an dem drehbaren Lagerpartner befestigbaren Segmenten gebildet sein. Dementsprechend kann auch der Ständer aus einzelnen Segmenten gebildet sein.In another variant, the support connector may be formed on the rotatable bearing partner from individually attachable to the rotatable bearing partner segments. Accordingly, the stand can be formed of individual segments.

Dem jeweiligen Ständersegment kann ein Wechselrichtermodul zugeordnet sein, das elektrische Energie aus den Ständerspulen abführt.The respective stator segment can be assigned an inverter module that dissipates electrical energy from the stator coils.

Eine Windenergieanlage kann mit einem Triebstrang der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet sein. Ein Ständersegmentmodul der vorstehend beschriebenen Art mit oder ohne ein Wechselrichtermodul kann zum Einsatz in einem Triebstrang einer Windenergieanlage der vorstehend beschriebenen Art bestimmt sein.A wind energy plant can be equipped with a drive train of the type described above. A stator segment module of the type described above with or without an inverter module may be intended for use in a power train of a wind turbine of the type described above.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Der Triebstrang in seinen Ausgestaltungen und Varianten wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The drive train in its embodiments and variants will be explained below with reference to the drawing.

1 zeigt in einer seitlichen schematischen Schnittansicht den schematischen Aufbau eines Triebstrangs in einer Turmgondel (Nacelle) einer Windenergieanlage. 1 shows in a schematic lateral sectional view of the schematic structure of a drive train in a nacelle (nacelle) of a wind turbine.

2 zeigt in einer seitlichen schematischen Schnittansicht Details einer Variante der elektrischen Maschine des Triebstrangs aus 1. 2 shows in a side schematic sectional view of details of a variant of the electric machine of the drive train 1 ,

2a zeigt in einer seitlichen schematischen Schnittansicht Details einer weiteren Variante der elektrischen Maschine des Triebstrangs aus 1. 2a shows in a side schematic sectional view of details of another variant of the electric machine of the drive train 1 ,

2b zeigt in einer seitlichen schematischen Schnittansicht Details einer weiteren Variante der elektrischen Maschine des Triebstrangs aus 1. 2 B shows in a side schematic sectional view of details of another variant of the electric machine of the drive train 1 ,

3 veranschaulicht in einer perspektivischen schematischen Seitenansicht ein Ständersegmentmodul und ein Läufersegmentmodul bestimmt zum Einsatz in einem Triebstrang nach 1. 3 FIG. 3 illustrates in a perspective schematic side view a stator segment module and a rotor segment module intended for use in a drive train 1 ,

4 zeigt in einer seitlichen schematischen Schnittansicht den schematischen Aufbau eines Triebstrangs in einer Turmgondel einer Windenergieanlage, bei der gegenüber der Variante aus 1 die Momentenlageranordnung des Windrotors als hydrostatische Lageranordnung ausgestaltet ist, in welche die elektrische Maschine integriert ist. 4 shows in a lateral schematic sectional view of the schematic structure of a drive train in a tower nacelle of a wind turbine, in the opposite of the variant 1 the moment bearing arrangement of the wind rotor is designed as a hydrostatic bearing arrangement, in which the electric machine is integrated.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing

In 1 ist eine Windkraftanlage teilweise gezeigt. Genauer gesagt ist auf einem nur teilweise veranschaulichten Turm 10 eine Turmgondel 12 zur horizontalen Windnachführung um eine Azimutachse A drehbar montiert. In der Maschinengondel 12 ist der Triebstrang 14 einer auf einer Tragplatte 16 montiert. Die Details des Azimutsystems zur Nachführung der Gondel sind weiter unten erläutert.In 1 a wind turbine is partially shown. More specifically, it is on a partially illustrated tower 10 a tower gondola 12 for horizontal wind tracking around an azimuth axis A rotatably mounted. In the machine nacelle 12 is the drive train 14 one on a support plate 16 assembled. The details of the gondola tracking azimuth system are explained below.

Der Triebstrang 10 hat einen windantreibbaren Fluidrotor 18 mit einer Rotornabe 20, an der zwei oder mehr (hier nur teilweise veranschaulichte) Rotorblätter 20a angeordnet sind. Der Fluidrotor 18 ist durch seine Rotornabe 20 mit einer Momentenlageranordnung 22 drehfest gekoppelt. Die Momentenlageranordnung 22 hat einen, bezogen auf die als Tragstruktur des Triebstrangs wirkende Turmgondel 12 ruhenden ringförmigen Lagerpartner 26 und einen mit diesem zusammenwirkenden drehbaren ringförmigen Lagerpartner 28. In der in 1 veranschaulichten Variante handelt es sich um eine Momentenlageranordnung 22, die als winkelig zueinander orientiertes zweireihiges Rollenlager 32, 34 ausgestaltet ist. Die beiden Rollenlager 32, 34 schließen im gezeigten Beispiel miteinander einen Winkel von etwa 90° ein und jedes der beiden Rollenlager 32, 34 schließt mit der Rotationsachse R des drehbaren Lagerpartners 28, die hier auch die Rotationsachse des Fluidrotors 18 ist, einen Winkel von etwa 45° ein.The drive train 10 has a wind driven fluid rotor 18 with a rotor hub 20 , at the two or more (here only partially illustrated) rotor blades 20a are arranged. The fluid rotor 18 is by his rotor hub 20 with a moment bearing arrangement 22 rotatably coupled. The moment bearing arrangement 22 has a, based on the acting as a support structure of the drive train tower nacelle 12 stationary ring bearing partner 26 and a cooperating with this rotatable annular bearing partner 28 , In the in 1 illustrated variant is a moment bearing arrangement 22 , as an angularly oriented double-row roller bearing 32 . 34 is designed. The two roller bearings 32 . 34 close in the example shown with each other an angle of about 90 ° and each of the two roller bearings 32 . 34 closes with the rotation axis R of the rotatable bearing partner 28 , here also the axis of rotation of the fluid rotor 18 is an angle of about 45 °.

Die Momentenlageranordnung 22 hat eine Stützweite, die der lichten Weite LW der Rotornabe 20 des Fluidrotors 18 in etwa entspricht. Die Momentenlageranordnung 22 dient dazu und ist dazu eingerichtet, Momente des Fluidrotors 18 in dessen Betrieb oder dessen Stillstand aufzunehmen. Insbesondere werden aus der Windlast auf die Rotorblätter 20a resultierende Drehmomente um die Rotationsachse R durch die Rotornabe 20 des Fluidrotors 18 auf den drehbaren ringförmigen Lagerpartner 28 übertragen. Dazu ist die Rotornabe 20 des Fluidrotors 18 mit dem drehbaren ringförmigen Lagerpartner 28 drehfest verbunden, zum Beispiel am Umfang stirnseitig miteinander verschraubt. Durch dieses Drehmoment wird eine, mit der Momentenlageranordnung 22 eine integrierte Gesamtanordnung bildende elektrische Maschine 36 in Rotation versetzt. Dazu sind bei dieser Variante die elektrische Maschine 36 und die Momentenlageranordnung 22 räumlich in dichter Nähe miteinander integriert, indem an dem drehbaren Lagerpartner 28 (auf der von der Rotornabe abliegenden Seite) ein zur Rotationsachse R koaxialer ringzylindrischer Tragverbinder 40 drehfest aufgenommen ist, der einen Teil eines Läufers 42 der elektrischen Maschine 36 bildet. Dieser Tragverbinder 40 kann auch einstückig an dem drehbaren Lagerpartner 28 angeformt sein. Der ringzylindrische Tragverbinder 40 kann (i) ein Teil des drehbaren Lagerpartners 28 sein, oder (ii) ein Teil der Rotornabe 20 des Fluidrotors 18, oder (iii) ein separates Bauteil zwischen dem Läufer und der Rotornabe oder dem drehbaren Lagerpartner, das Drehbewegungen des drehbaren Lagerpartners 28 oder der Rotornabe 20 auf den Läufer 42 überträgt.The moment bearing arrangement 22 has a span, the clear width LW of the rotor hub 20 of the fluid rotor 18 roughly equivalent. The moment bearing arrangement 22 serves and is adapted to moments of the fluid rotor 18 in its operation or to stop it. In particular, the wind load on the rotor blades 20a resulting torques about the axis of rotation R through the rotor hub 20 of the fluid rotor 18 on the rotatable ring-shaped bearing partner 28 transfer. This is the rotor hub 20 of the fluid rotor 18 with the rotatable ring-shaped bearing partner 28 rotatably connected, for example, screwed together at the periphery of the front side. This torque becomes one with the moment bearing assembly 22 an integrated overall assembly forming electric machine 36 set in rotation. These are the electric machine in this variant 36 and the moment bearing assembly 22 spatially integrated in close proximity to each other by on the rotatable bearing partner 28 (On the side remote from the rotor hub) a coaxial with the axis of rotation R annular cylindrical support connector 40 rotatably received, which is part of a runner 42 the electric machine 36 forms. This support connector 40 can also be integral with the rotatable bearing partner 28 be formed. The annular cylindrical support connector 40 may be (i) a part of the rotatable warehouse partner 28 or (ii) a part of the rotor hub 20 of the fluid rotor 18 , or (iii) a separate component between the rotor and the rotor hub or the rotatable bearing partner, the rotational movements of the rotatable bearing partner 28 or the rotor hub 20 on the runner 42 transfers.

Durch diese Gesamtanordnung entfällt ein Getriebe zwischen dem Fluidrotor 18 und elektrischen Maschine 36.Through this overall arrangement eliminates a gear between the fluid rotor 18 and electric machine 36 ,

Die elektrische Maschine 36 hat einen Ständer 44, der ortsfest an der Tragstruktur aufgenommen ist. Der Ständer 44 hat eine Spulenanordnung 46, und der Läufer 42 ist in der gezeigten Variante mit mehreren Permanentmagnet-Elementen 48 versehen. Mit der Spulenanordnung 46 der elektrischen Maschine 36 ist ein Wechsel- oder Frequenzumrichter 50 elektrisch verbunden. Der Wechselrichter 50 steuert die elektrische Maschine 36 und entnimmt ihr im Betrieb elektrische Energie um sie in das Stromnetz einzuspeisen.The electric machine 36 has a stand 44 , which is received stationary on the support structure. The stand 44 has a coil arrangement 46 , and the runner 42 is in the variant shown with several permanent magnet elements 48 Mistake. With the coil arrangement 46 the electric machine 36 is an AC or frequency converter 50 electrically connected. The inverter 50 controls the electric machine 36 and takes her in operation electrical energy to feed them into the grid.

Details der elektrischen Maschine 36 aus 1 sind zum Beispiel in den 2, 2a und 2b veranschaulicht. Dazu ist in 2 ein kurzes Segment veranschaulicht, von dem eine Vielzahl identischer Segmente die in 1 veranschaulichte elektrische Maschine 36 bilden. Dabei ist in 2 die elektrische Maschine 36 quer zur Rotationsachse R in 1 geschnitten und die Ansicht auf die elektrische Maschine 36 in 2 ist in Richtung der Rotationsachse R. Das kurze Segment aus der 2 ist der Einfachheit halber gerade gestreckt dargestellt; bei der kreisrunden elektrischen Maschine 36 ist es in der Realität dem Radius der elektrischen Maschine 36 entsprechend gekrümmt.Details of the electric machine 36 out 1 are for example in the 2 . 2a and 2 B illustrated. This is in 2 illustrates a short segment, of which a plurality of identical segments are the ones in 1 illustrated electric machine 36 form. It is in 2 the electric machine 36 transverse to the axis of rotation R in 1 cut and the view on the electric machine 36 in 2 is in the direction of the axis of rotation R. The short segment from the 2 is shown straight for the sake of simplicity; in the circular electric machine 36 In reality, it is the radius of the electric machine 36 correspondingly curved.

Die Ständerspulenanordnung 46 hat entlang des Umfangs der elektrische Maschine 36 eine Vielzahl von Wicklungen 46a, 46b ... von denen in der gezeigten Variante jede jeweils einen Schenkel 52a, 52b zweier Magnetfluss-Joche 50a, 50b umgibt. Jedes der Magnetfluss-Joche 50a, 50b hat zwei Schenkel 52a, 52b.The stator coil assembly 46 has along the circumference of the electric machine 36 a variety of windings 46a . 46b ... of which in the variant shown, each one leg 52a . 52b two magnetic flux yokes 50a . 50b surrounds. Each of the magnetic flux yokes 50a . 50b has two thighs 52a . 52b ,

Zwischen den Schenkeln 52a, 52b sind voneinander beabstandete und mit den freien Enden der Schenkel 52a, 52b fluchtende, im Querschnitt in etwa trapezförmige Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b, ... angeordnet. Die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b, ... haben weder untereinander noch zu den Schenkeln 52a, 52b eine magnetisch leitfähige Verbindung. Vielmehr sind sie auf den Wicklungen 46a, 46b ... angeordnet und haben in Richtung der Rotationsachse R in etwa die gleiche Abmessung wie die Schenkel 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b.Between the thighs 52a . 52b are spaced apart and with the free ends of the legs 52a . 52b aligned, in cross-section in approximately trapezoidal magnetic flux guide pieces 54a . 54b , ... arranged. The magnetic flux guides 54a . 54b , ... have neither with each other nor with the thighs 52a . 52b a magnetically conductive connection. Rather, they are on the windings 46a . 46b ... arranged and have in the direction of the rotation axis R in about the same dimension as the legs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b ,

Der Läufer 42 der elektrischen Maschine 36 hat als tragendes Teil den zur Rotationsachse R koaxialen ringzylindrischen Tragverbinder 40, der eine Vielzahl einander benachbarter Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b aufweist, die jeweils entlang der Laufrichtung L des Läufers 42 entgegengesetzt magnetisch orientiert sind. Zwischen zwei benachbarten Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b ist jeweils ein magnetisch leitender Haltesteg 56c zum Beispiel aus Weicheisen für die Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b vorgesehen. Die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b haben eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Gestalt und sind auf dem ringzylindrischen Tragverbinder 40 zu einem Magnetring zusammengefasst, der fest an dem Tragverbinder 40 angeordnet ist.The runner 42 the electric machine 36 has as a supporting part of the axis of rotation R coaxial annular cylindrical support connector 40 , the a plurality of adjacent permanent magnet elements 56a . 56b respectively, along the running direction L of the rotor 42 oppositely magnetically oriented. Between two adjacent permanent magnet elements 56a . 56b is in each case a magnetically conductive holding web 56c for example, soft iron for the permanent magnet elements 56a . 56b intended. The permanent magnet elements 56a . 56b have a cross-sectionally substantially rectangular or trapezoidal shape and are on the annular cylindrical support connector 40 combined into a magnetic ring, which is firmly attached to the support connector 40 is arranged.

Der ringzylindrische Tragverbinder 40 kann durch eine andere Art der Befestigung ersetzt werden, wenn der Zusammenhalt der Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b und der Haltestege 56c auf andere Weise, zum Beispiel durch Einfassen mit einem am Innen- und/oder Außenumfang des Magnetrings befindlichen Haltering oder mittels form-, stoff-, oder kraftschlüssiger Verbindung zu erreichen ist. Diese Verbindung bzw. dieser Haltering stellt dann auch Anschluss and den drehbaren Lagerpartner her.The annular cylindrical support connector 40 can be replaced by another type of attachment, if the cohesion of the permanent magnet elements 56a . 56b and the retaining bars 56c can be achieved in another way, for example by bordering with a retaining ring located on the inner and / or outer circumference of the magnetic ring or by means of positive, material, or non-positive connection. This connection or this retaining ring then makes connection to the rotatable bearing partner.

Die Enden der Schenkel 52a, 52b der Fluss-Joche 50a, 50b sowie die Fluss-Leitstücke 54a, 54b, ... auf der Seite des Ständers 44 sind dem Magnetring des Läufers 42 unter Bildung eines Luftspaltes 58 zugewandt. Insgesamt sind die Enden der Schenkel 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b sowie die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b einerseits und die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b auf der Seite des Läufers so dimensioniert, dass in bestimmten Positionen des Läufers relativ zum Ständer die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b mit wenigstens einigen der Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b sowie den Enden der Schenkel 52a, 52b zumindest teilweise fluchtend ausgerichtet sind. Dabei sind die im Querschnitt trapezförmigen Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b mit ihrer längeren Basis so dimensioniert, dass sie etwa in Laufrichtung L etwa zwei Haltestege 56c aus Weicheisen und eines der dazwischen liegenden Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b abdecken. Die Weicheisen-Haltestege 56c und die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b haben in Laufrichtung L etwa die gleichen Abmessungen.The ends of the thighs 52a . 52b the river yokes 50a . 50b as well as the river guides 54a . 54b , ... on the side of the stand 44 are the magnetic ring of the runner 42 forming an air gap 58 facing. Overall, the ends are the thighs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b and the magnetic flux guides 54a . 54b on the one hand and the permanent magnet elements 56a . 56b dimensioned on the side of the rotor so that in certain positions of the rotor relative to the stator, the permanent magnet elements 56a . 56b with at least some of the magnetic flux conducting pieces 54a . 54b and the ends of the legs 52a . 52b at least partially aligned. Here are the trapezoidal in cross-section magnetic flux guide pieces 54a . 54b with its longer base dimensioned so that they approximately in the direction of L about two holding webs 56c made of soft iron and one of the intermediate permanent magnet elements 56a . 56b cover. The soft iron retaining bars 56c and the permanent magnet elements 56a . 56b have in the direction L about the same dimensions.

Diese Anordnung erreicht, dass magnetischer Fluss von einem Schenkel des Magnetfluss-Joches über den Luftspalt 58 hinweg abwechselnd durch die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b und die zu diesen ausgerichteten Haltestege 56 sowie die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b zu dem anderen Schenkel des Magnetfluss-Joches fließt. Dabei geht der magnetische Fluss ausgehend von einem der Magnetfluss-Joche über den Luftspalt in den Magnetring. Von dem Magnetring mäandert der magnetische Fluss über jeweils den Luftspalt zurück in die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b auf der Seite des Ständers und wieder zurück in den Magnetring. Bei dieser Variante sind jeweils benachbarte Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b im Wesentlichen längs zu der von den Luftspalten zugewandten Oberfläche des Magnetrings orientiert.This arrangement achieves that magnetic flux from one leg of the magnetic flux yoke across the air gap 58 alternately through the magnetic flux guide pieces 54a . 54b and the aligned to this holding webs 56 as well as the permanent magnet elements 56a . 56b flows to the other leg of the magnetic flux yoke. The magnetic flux goes from one of the magnetic flux yokes across the air gap into the magnetic ring. From the magnet ring, the magnetic flux meanders across the air gap back into the magnetic flux guide pieces 54a . 54b on the side of the stand and back into the magnet ring. In this variant, each adjacent permanent magnet elements 56a . 56b oriented substantially along the surface of the magnetic ring facing the air gaps.

Die Magnetfluss-Leitstücke haben weder untereinander noch zu den Schenkeln 52a, 52b eine magnetisch leitfähige Verbindung. Damit kann der magnetische Fluss mag.Flux praktisch nur von einem der Schenkel 52a, 52b zum anderen der Schenkel 52a, 52b über mehrere Luftspalt-Strecken 58 zwischen dem Magnetring und den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b fließen. Diese Luftspalt-Strecken 58 befinden sich zwischen (i) den Enden der Schenkel 52a, 52b und dem Magnetring, und (ii) den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b und dem Magnetring.The magnetic flux guides have neither each other nor to the thighs 52a . 52b a magnetically conductive connection. Thus, the magnetic flux mag.Flux can practically only from one of the legs 52a . 52b on the other hand, the thigh 52a . 52b over several air gap distances 58 between the magnetic ring and the magnetic flux guide pieces 54a . 54b flow. These air gap distances 58 are located between (i) the ends of the legs 52a . 52b and the magnetic ring, and (ii) the magnetic flux guide pieces 54a . 54b and the magnetic ring.

Bei herkömmlichen Maschinen geht der magnetische Fluss in der Regel von einem der Schenkel des Magnetfluss-Joches über eine einzige Luftspalt-Strecke zu einem Permanentmagnet-Element und dann über den Luftspalt zu dem zweiten Schenkel des Magnetfluss-Joches.In conventional machines, the magnetic flux is typically from one of the legs of the magnetic flux yoke over a single air gap path to a permanent magnet element and then across the air gap to the second leg of the magnetic flux yoke.

Demgegenüber wechselt bei den hier vorgestellten Ausführungsformen der magnetische Fluss zwischen zwei Schenkeln 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b mehrfach von den Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b des Magnetrings über die Luftspalt-Strecken 58 zu den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b und wieder zurück. Damit ist eine Spulenanordnung 46a, 46b zwischen den beiden Schenkeln 52a, 52b dem durch mehr als zwei Luftspalt-Strecken 58/Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b/Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b geflossenen magnetischen Fluss ausgesetzt. Da diese Anordnung einen verhältnismäßig großen Raum für die Spulenanordnung 46 bereitstellt, führt dieses serielle Durchdringen mehrerer Luftspalt-Strecken 58 bei den hier vorgestellten Anordnungen zu einem sehr effizienten Ausnutzen des vorhandenen Raumes in der elektrischen Maschine 36. Auch erlaubt der relativ große Abstand zwischen den beiden Schenkeln 52a, 52b eine hohe magnetische Durchflutung der Magnetfluss-Joche 50a, 50b. Die in Reihe (seriell) auftretenden Flussänderungen an den Luftspalt-Strecken 58 im Zusammenwirken mit der Bewegung des Läufers 42 relativ zum Ständer 44 induzieren den die Spulenanordnung 46 durchfließenden Strom (der dann über den Wechselrichter 50 ins Stromnetz eingespeist wird). Durch die verbesserte Raumausnutzung erhöht sich außerdem der Wirkungsgrad oder die Leistungsdichte der elektrischen Maschine 36.In contrast, changes in the embodiments presented here, the magnetic flux between two legs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b several times from the permanent magnet elements 56a . 56b of the magnet ring over the air gap distances 58 to the magnetic flux conducting pieces 54a . 54b and back again. This is a coil arrangement 46a . 46b between the two thighs 52a . 52b through more than two air gap distances 58 / Permanent magnet elements 56a . 56b / Magnetic flux conducting 54a . 54b exposed to flowed magnetic flux. Since this arrangement has a relatively large space for the coil assembly 46 provides this serial penetration of multiple air gap routes 58 in the arrangements presented here for a very efficient utilization of the existing space in the electric machine 36 , Also allows the relatively large distance between the two legs 52a . 52b a high magnetic flux of the magnetic flux yokes 50a . 50b , The series (serial) flow changes at the air gap distances 58 in cooperation with the movement of the runner 42 relative to the stand 44 induce the coil assembly 46 flowing current (which then through the inverter 50 is fed into the power grid). The improved space utilization also increases the efficiency or power density of the electric machine 36 ,

In 2a ist eine Variante eines kurzen Segments veranschaulicht, von dem eine Vielzahl identischer Segmente die in 1 veranschaulichte elektrische Maschine 36 bilden können. Ebenso wie bei 2 ist in 2a die elektrische Maschine 36 quer zur Rotationsachse R in 1 geschnitten und die Ansicht auf die elektrische Maschine 36 in 2a ist in Richtung der Rotationsachse R. Das kurze Segment in der 2a ist der Einfachheit halber gerade gestreckt dargestellt; bei der kreisrunden elektrischen Maschine 36 ist es in der Realität dem Radius der elektrischen Maschine 36 entsprechend gekrümmt.In 2a FIG. 2 illustrates a variant of a short segment of which a plurality of identical segments are shown in FIG 1 illustrated electric machine 36 can form. As with 2 is in 2a the electric machine 36 transverse to the axis of rotation R in 1 cut and the view on the electric machine 36 in 2a is in the direction of the axis of rotation R. The short segment in the 2a is shown straight for the sake of simplicity; in the circular electric machine 36 In reality, it is the radius of the electric machine 36 correspondingly curved.

Die Ständerspulenanordnung 46 hat entlang des Umfangs der elektrische Maschine 36 eine Vielzahl von Wicklungen 46a, 46b ... von denen in der gezeigten Variante jede jeweils einen Schenkel 52a, 52b zweier Magnetfluss-Joche 50a, 50b umgibt. Jedes der Magnetfluss-Joche 50a, 50b hat zwei Schenkel 52a, 52b.The stator coil assembly 46 has along the circumference of the electric machine 36 a variety of windings 46a . 46b ... of which in the variant shown, each one leg 52a . 52b two magnetic flux yokes 50a . 50b surrounds. Each of the magnetic flux yokes 50a . 50b has two thighs 52a . 52b ,

Zwischen den Schenkeln 52a, 52b sind voneinander beabstandete und mit den freien Enden der Schenkel 52a, 52b fluchtende, im Querschnitt in etwa trapezförmige Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b, ... angeordnet. Die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b, ... haben weder untereinander noch zu den Schenkeln 52a, 52b eine magnetisch leitfähige Verbindung. Vielmehr sind sie auf den Wicklungen 46a, 46b ... angeordnet und haben in Richtung der Rotationsachse R in etwa die gleiche Abmessung wie die Schenkel 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b.Between the thighs 52a . 52b are spaced apart and with the free ends of the legs 52a . 52b aligned, in cross-section in approximately trapezoidal magnetic flux guide pieces 54a . 54b , ... arranged. The magnetic flux guides 54a . 54b , ... have neither with each other nor with the thighs 52a . 52b a magnetically conductive connection. Rather, they are on the windings 46a . 46b ... arranged and have in the direction of the rotation axis R in about the same dimension as the legs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b ,

Der Läufer 42 der elektrischen Maschine 36 hat eine Vielzahl einander benachbarter Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b, die jeweils entlang der Laufrichtung L des Läufers 42 entgegengesetzt magnetisch orientiert sind. Zur mechanischen Stabilität kann der Läufer an seinem Umfang eine nicht gezeigte Einfassung der Permanentmagnet-Elemente haben. Zwischen zwei benachbarten Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b ist jeweils ein magnetisch leitender Haltesteg 56c zum Beispiel aus Weicheisen für die Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b vorgesehen. Die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b haben eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Gestalt und sind zu einem Magnetring zusammengefasst.The runner 42 the electric machine 36 has a plurality of adjacent permanent magnet elements 56a . 56b , respectively along the running direction L of the runner 42 oppositely magnetically oriented. For mechanical stability of the rotor may have at its periphery an enclosure, not shown, of the permanent magnet elements. Between two adjacent permanent magnet elements 56a . 56b is in each case a magnetically conductive holding web 56c for example, soft iron for the permanent magnet elements 56a . 56b intended. The permanent magnet elements 56a . 56b have a cross-sectionally substantially rectangular or trapezoidal shape and are combined to form a magnetic ring.

Die Enden der Schenkel 52a, 52b der Fluss-Joche 50a, 50b sowie die Fluss-Leitstücke 54a, 54b, ... auf der Seite des Ständers 44 sind dem Magnetring des Läufers 42 unter Bildung eines Luftspaltes 58 zugewandt. Insgesamt sind die Enden der Schenkel 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b sowie die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b einerseits und die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b auf der Seite des Läufers so dimensioniert, dass in bestimmten Positionen des Läufers relativ zum Ständer die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b mit wenigstens einigen der Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b sowie den Enden der Schenkel 52a, 52b zumindest teilweise fluchtend ausgerichtet sind. Dabei sind die im Querschnitt trapezförmigen Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b mit ihrer längeren Basis so dimensioniert, dass sie etwa in Laufrichtung L etwa zwei Haltestege 56c aus Weicheisen und eines der dazwischen liegenden Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b abdecken. Die Weicheisen-Haltestege 56c und die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b haben in Laufrichtung L etwa die gleichen Abmessungen.The ends of the thighs 52a . 52b the river yokes 50a . 50b as well as the river guides 54a . 54b , ... on the side of the stand 44 are the magnetic ring of the runner 42 forming an air gap 58 facing. Overall, the ends are the thighs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b and the magnetic flux guides 54a . 54b on the one hand and the permanent magnet elements 56a . 56b dimensioned on the side of the rotor so that in certain positions of the rotor relative to the stator, the permanent magnet elements 56a . 56b with at least some of the magnetic flux conducting pieces 54a . 54b and the ends of the legs 52a . 52b at least partially aligned. Here are the trapezoidal in cross-section magnetic flux guide pieces 54a . 54b with its longer base dimensioned so that they approximately in the direction of L about two holding webs 56c made of soft iron and one of the intermediate permanent magnet elements 56a . 56b cover. The soft iron retaining bars 56c and the permanent magnet elements 56a . 56b have in the direction L about the same dimensions.

Auf der den Enden der Schenkel 52a, 52b, der Fluss-Joche 50a, 50b sowie der Fluss-Leitstücke 54a, 54b, ... abliegenden Seite des Läufers 42 (also in 2 unten) sind dem Magnetring des Läufers 42 unter Bildung eines weiteren Luftspaltes 58' weitere Magnetfluss-Leitstücke 54a', 54b' angeordnet. Auch diese Magnetfluss-Leitstücke 54a', 54b' sind in Bezug auf die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b des Läufers 42 so dimensioniert, dass in bestimmten Positionen des Läufers relativ zum Ständer die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b mit wenigstens einigen der Magnetfluss-Leitstücke 54a', 54b' zumindest teilweise fluchtend ausgerichtet sind. Dabei sind die im Querschnitt trapezförmigen Magnetfluss-Leitstücke 54a', 54b' mit ihrer längeren Basis so dimensioniert, dass sie etwa in Laufrichtung L etwa zwei Haltestege 56c aus Weicheisen und eines der dazwischen liegenden Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b abdecken.On the ends of the thighs 52a . 52b , the river yoke 50a . 50b as well as the river guide pieces 54a . 54b , ... far side of the runner 42 (ie in 2 below) are the magnet ring of the runner 42 forming another air gap 58 ' additional magnetic flux guide pieces 54a ' . 54b ' arranged. Also these magnetic flux guide pieces 54a ' . 54b ' are in relation to the permanent magnet elements 56a . 56b of the runner 42 dimensioned so that in certain positions of the rotor relative to the stator, the permanent magnet elements 56a . 56b with at least some of the magnetic flux conducting pieces 54a ' . 54b ' at least partially aligned. Here are the trapezoidal in cross-section magnetic flux guide pieces 54a ' . 54b ' with its longer base dimensioned so that they approximately in the direction of L about two holding webs 56c made of soft iron and one of the intermediate permanent magnet elements 56a . 56b cover.

Diese Anordnungen erreichen, dass magnetischer Fluss von einem Schenkel des Magnetfluss-Joches über den Luftspalt 58 hinweg abwechselnd durch die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b; 54a', 54b' und die zu diesen ausgerichteten Haltestege 56 sowie die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b zu dem anderen Schenkel des Magnetfluss-Joches fließt. Dabei geht der magnetische Fluss mag.Flux ausgehend von einem der Magnetfluss-Joche über den Luftspalt in den Magnetring. Von dem Magnetring mäandert der magnetische Fluss mag.Flux über jeweils den Luftspalt 58, 58' zurück in die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b; 54a', 54b' des Ständers (zu beiden Seiten des Läufers) und wieder zurück in den Magnetring. Bei diesen Varianten sind jeweils benachbarte Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b im Wesentlichen längs zu der von den Luftspalten zugewandten Oberfläche des Magnetrings orientiert.These arrangements achieve that magnetic flux from one leg of the magnetic flux yoke across the air gap 58 alternately through the magnetic flux guide pieces 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' and the aligned to this holding webs 56 as well as the permanent magnet elements 56a . 56b flows to the other leg of the magnetic flux yoke. The magnetic flux mag.Flux goes from one of the magnetic flux yokes across the air gap into the magnet ring. From the magnet ring the magnetic flux mag.Flux meanders across the air gap 58 . 58 ' back into the magnetic flux guide pieces 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' of the stand (on both sides of the runner) and back into the magnet ring. In these variants are each adjacent permanent magnet elements 56a . 56b oriented substantially along the surface of the magnetic ring facing the air gaps.

Die Magnetfluss-Leitstücke haben weder untereinander noch zu den Schenkeln 52a, 52b eine magnetisch leitfähige Verbindung. Damit kann der magnetische Fluss mag.Flux praktisch nur von einem der Schenkel 52a, 52b zum anderen der Schenkel 52a, 52b eines Joches über mehrere Luftspalt-Strecken 58, 58' zwischen dem Magnetring und den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b, 54a', 54b' fließen. Diese Luftspalt-Strecken 58, 58' befinden sich zwischen (i) den Enden der Schenkel 52a, 52b und dem Magnetring, und (ii) den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b 54a', 54b' und dem Magnetring.The magnetic flux guides have neither each other nor to the thighs 52a . 52b a magnetically conductive connection. Thus, the magnetic flux mag.Flux can practically only from one of the legs 52a . 52b on the other hand, the thigh 52a . 52b a yoke over several air gap distances 58 . 58 ' between the magnetic ring and the magnetic flux guide pieces 54a . 54b . 54a ' . 54b ' flow. These air gap distances 58 . 58 ' are located between (i) the ends of the legs 52a . 52b and the magnetic ring, and (ii) the magnetic flux guide pieces 54a . 54b 54a ' . 54b ' and the magnetic ring.

Bei herkömmlichen Maschinen geht der magnetische Fluss in der Regel von einem der Schenkel des Magnetfluss-Joches über eine (einzige) Luftspalt-Strecke zu einem Permanentmagnet-Element und dann über eine (einzige) Luftspalt-Strecke zu dem zweiten Schenkel des Magnetfluss-Joches.In conventional machines, the magnetic flux usually goes from one of the legs of the magnetic flux yoke via a (single) air gap path to a permanent magnet element and then via a (single) air gap path to the second leg of the magnetic flux yoke.

Demgegenüber wechselt bei den hier vorgestellten Ausführungsformen der magnetische Fluss zwischen zwei Schenkeln 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b mehrfach von den Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b des Magnetrings über die Luftspalt-Strecken 58, 58' zu den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b; 54a', 54b' und wieder zurück. Damit ist eine Spulenanordnung 46a, 46b zwischen den beiden Schenkeln 52a, 52b eines Magnetjoches dem durch mehr als zwei Luftspalt-Strecken 58, 58' – Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b – Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b; 54a', 54b' geflossenen magnetischen Fluss ausgesetzt. Da diese Anordnung einen verhältnismäßig großen Raum für die Spulenanordnung 46 bereitstellt, führt dieses serielle Durchdringen mehrerer Luftspalt-Strecken 58 bei den hier vorgestellten Anordnungen zu einem sehr effizienten Ausnutzen des vorhandenen Raumes in der elektrischen Maschine 36. Auch erlaubt der relativ große Abstand zwischen den beiden Schenkeln 52a, 52b eine hohe magnetische Durchflutung der Magnetfluss-Joche 50a, 50b. Die in Reihe auftretenden Flussänderungen an den Luftspalt-Strecken 58 im Zusammenwirken mit der Bewegung des Läufers 42 relativ zum Ständer 44 induzieren den die Spulenanordnung 46 durchfließenden Strom (der dann über den Wechselrichter 50 ins Stromnetz eingespeist wird). Durch die verbesserte Raumausnutzung erhöht sich außerdem der Wirkungsgrad oder die Leistungsdichte der elektrischen Maschine 36.In contrast, changes in the embodiments presented here, the magnetic flux between two legs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b several times from the permanent magnet elements 56a . 56b of the magnet ring over the air gap distances 58 . 58 ' to the magnetic flux conducting pieces 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' and back again. This is a coil arrangement 46a . 46b between the two thighs 52a . 52b a magnetic yoke through more than two air gap distances 58 . 58 ' - Permanent magnet elements 56a . 56b - Magnetic flux guide pieces 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' exposed to flowed magnetic flux. Since this arrangement has a relatively large space for the coil assembly 46 provides this serial penetration of multiple air gap routes 58 in the arrangements presented here for a very efficient utilization of the existing space in the electric machine 36 , Also allows the relatively large distance between the two legs 52a . 52b a high magnetic flux of the magnetic flux yokes 50a . 50b , The series occurring flux changes at the air gap distances 58 in cooperation with the movement of the runner 42 relative to the stand 44 induce the coil assembly 46 flowing current (which then through the inverter 50 is fed into the power grid). The improved space utilization also increases the efficiency or power density of the electric machine 36 ,

Details einer weiteren Variante der elektrischen Maschine 36 aus 1 sind zum Beispiel in 2b veranschaulicht. Dazu ist in 2b ein kurzes Segment veranschaulicht, von dem eine Vielzahl identischer Segmente die in 1 veranschaulichte elektrische Maschine 36 bilden. Dabei ist in 2 die elektrische Maschine 36 quer zur Rotationsachse R in 1 geschnitten und die Ansicht auf die elektrische Maschine 36 in 2b ist in Richtung der Rotationsachse R. Das kurze Segment aus der 2b ist der Einfachheit halber gerade gestreckt dargestellt; bei der kreisrunden elektrischen Maschine 36 ist es in der Realität dem Radius der elektrischen Maschine 36 entsprechend gekrümmt.Details of another variant of the electric machine 36 out 1 are for example in 2 B illustrated. This is in 2 B illustrates a short segment, of which a plurality of identical segments are the ones in 1 illustrated electric machine 36 form. It is in 2 the electric machine 36 transverse to the axis of rotation R in 1 cut and the view on the electric machine 36 in 2 B is in the direction of the axis of rotation R. The short segment from the 2 B is shown straight for the sake of simplicity; in the circular electric machine 36 In reality, it is the radius of the electric machine 36 correspondingly curved.

Die Ständerspulenanordnung 46 hat entlang des Umfangs der elektrische Maschine 36 eine Vielzahl von Wicklungen 46a, 46b ... von denen in der gezeigten Variante jede jeweils einen Schenkel 52a, 52b zweier Magnetfluss-Joche 50a, 50b umgibt. Jedes der Magnetfluss-Joche 50a, 50b hat zwei Schenkel 52a, 52b.The stator coil assembly 46 has along the circumference of the electric machine 36 a variety of windings 46a . 46b ... of which in the variant shown, each one leg 52a . 52b two magnetic flux yokes 50a . 50b surrounds. Each of the magnetic flux yokes 50a . 50b has two thighs 52a . 52b ,

Zwischen den Schenkeln 52a, 52b sind voneinander beabstandete und mit den freien Enden der Schenkel 52a, 52b fluchtende, im Querschnitt in etwa trapezförmige Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b, ... angeordnet. Die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b, ... haben weder untereinander noch zu den Schenkeln 52a, 52b eine magnetisch leitfähige Verbindung. Vielmehr sind sie auf den Wicklungen 46a, 46b ... angeordnet und haben in Richtung der Rotationsachse R in etwa die gleiche Abmessung wie die Schenkel 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b.Between the thighs 52a . 52b are spaced apart and with the free ends of the legs 52a . 52b aligned, in cross-section in approximately trapezoidal magnetic flux guide pieces 54a . 54b , ... arranged. The magnetic flux guides 54a . 54b , ... have neither with each other nor with the thighs 52a . 52b a magnetically conductive connection. Rather, they are on the windings 46a . 46b ... arranged and have in the direction of the rotation axis R in about the same dimension as the legs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b ,

Der Läufer 42 der elektrischen Maschine 36 hat einen in dieser Darstellung nicht weiter veranschaulichten Ring, der zur Rotationsachse R koaxial orientiert ist und eine Vielzahl einander benachbarter Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b umschließt, die jeweils entlang der Laufrichtung L des Läufers 42 entgegengesetzt magnetisch orientiert sind. Zwischen zwei benachbarten Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b ist jeweils ein magnetisch leitender Haltesteg 56c zum Beispiel aus Weicheisen für die Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b vorgesehen. Die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b haben eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Gestalt und sind innerhalb des Rings zu einem Magnetring zusammengefasst, der fest von dem Ring umschlossen ist.The runner 42 the electric machine 36 has a not further illustrated in this illustration ring, which is coaxially oriented to the rotation axis R and a plurality of adjacent permanent magnet elements 56a . 56b encloses, each along the direction L of the runner 42 oppositely magnetically oriented. Between two adjacent permanent magnet elements 56a . 56b is in each case a magnetically conductive holding web 56c for example, soft iron for the permanent magnet elements 56a . 56b intended. The permanent magnet elements 56a . 56b have a cross-sectionally substantially rectangular or trapezoidal shape and are summarized within the ring to a magnetic ring which is firmly enclosed by the ring.

Die Enden der Schenkel 52a, 52b der Fluss-Joche 50a, 50b sowie die Fluss-Leitstücke 54a, 54b, ... auf der Seite des Ständers 44 sind dem Magnetring des Läufers 42 unter Bildung eines Luftspaltes 58 zugewandt. Insgesamt sind die Enden der Schenkel 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b sowie die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b einerseits und die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b auf der Seite des Läufers so dimensioniert, dass in bestimmten Positionen des Läufers relativ zum Ständer die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b mit wenigstens einigen der Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b sowie den Enden der Schenkel 52a, 52b zumindest teilweise fluchtend ausgerichtet sind. Dabei sind die im Querschnitt trapezförmigen Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b mit ihrer längeren Basis so dimensioniert, dass sie etwa in Laufrichtung L etwa zwei Haltestege 56c aus Weicheisen und eines der dazwischen liegenden Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b abdecken. Die Weicheisen-Haltestege 56c und die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b haben in Laufrichtung L etwa die gleichen Abmessungen.The ends of the thighs 52a . 52b the river yokes 50a . 50b as well as the river guides 54a . 54b , ... on the side of the stand 44 are the magnetic ring of the runner 42 forming an air gap 58 facing. Overall, the ends are the thighs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b and the magnetic flux guides 54a . 54b on the one hand and the permanent magnet elements 56a . 56b dimensioned on the side of the rotor so that in certain positions of the rotor relative to the stator, the permanent magnet elements 56a . 56b with at least some of the magnetic flux conducting pieces 54a . 54b and the ends of the legs 52a . 52b at least partially aligned. Here are the trapezoidal in cross-section magnetic flux guide pieces 54a . 54b with its longer base dimensioned so that they approximately in the direction of L about two holding webs 56c made of soft iron and one of the intermediate permanent magnet elements 56a . 56b cover. The soft iron retaining bars 56c and the permanent magnet elements 56a . 56b have in the direction L about the same dimensions.

Diese Anordnung erreicht, dass magnetischer Fluss von einem Schenkel des Magnetfluss-Joches über den Luftspalt 58 hinweg abwechselnd durch die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b und die zu diesen ausgerichteten Haltestege 56 sowie die Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b zu dem anderen Schenkel des Magnetfluss-Joches fließt. Dabei geht der magnetische Fluss ausgehend von einem der Magnetfluss-Joche über den Luftspalt in den Magnetring. Von dem Magnetring mäandert der magnetische Fluss über jeweils den Luftspalt zurück in die Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b auf der Seite des Ständers und wieder zurück in den Magnetring. Bei dieser Variante sind jeweils benachbarte Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b im Wesentlichen längs zu der von den Luftspalten zugewandten Oberfläche des Magnetrings orientiert.This arrangement achieves that magnetic flux from one leg of the magnetic flux yoke across the air gap 58 alternately through the magnetic flux guide pieces 54a . 54b and the to these aligned holding webs 56 as well as the permanent magnet elements 56a . 56b flows to the other leg of the magnetic flux yoke. The magnetic flux goes from one of the magnetic flux yokes across the air gap into the magnetic ring. From the magnet ring, the magnetic flux meanders across the air gap back into the magnetic flux guide pieces 54a . 54b on the side of the stand and back into the magnet ring. In this variant, each adjacent permanent magnet elements 56a . 56b oriented substantially along the surface of the magnetic ring facing the air gaps.

Die Magnetfluss-Leitstücke haben weder untereinander noch zu den Schenkeln 52a, 52b eine magnetisch leitfähige Verbindung. Damit kann der magnetische Fluss mag.Flux praktisch nur von einem der Schenkel 52a, 52b zum anderen der Schenkel 52a, 52b über mehrere Luftspalt-Strecken 58 zwischen dem Magnetring und den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b fließen. Diese Luftspalt-Strecken 58 befinden sich zwischen (i) den Enden der Schenkel 52a, 52b und dem Magnetring, und (ii) den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b und dem Magnetring.The magnetic flux guides have neither each other nor to the thighs 52a . 52b a magnetically conductive connection. Thus, the magnetic flux mag.Flux can practically only from one of the legs 52a . 52b on the other hand, the thigh 52a . 52b over several air gap distances 58 between the magnetic ring and the magnetic flux guide pieces 54a . 54b flow. These air gap distances 58 are located between (i) the ends of the legs 52a . 52b and the magnetic ring, and (ii) the magnetic flux guide pieces 54a . 54b and the magnetic ring.

Bei herkömmlichen Maschinen geht der magnetische Fluss in der Regel von einem der Schenkel des Magnetfluss-Joches über eine einzige Luftspalt-Strecke zu einem Permanentmagnet-Element und dann über den Luftspalt zu dem zweiten Schenkel des Magnetfluss-Joches.In conventional machines, the magnetic flux is typically from one of the legs of the magnetic flux yoke over a single air gap path to a permanent magnet element and then across the air gap to the second leg of the magnetic flux yoke.

Demgegenüber wechselt bei den hier vorgestellten Ausführungsformen der magnetische Fluss zwischen zwei Schenkeln 52a, 52b der Magnetfluss-Joche 50a, 50b mehrfach von den Permanentmagnet-Elementen 56a, 56b des Magnetrings über die Luftspalt-Strecken 58 zu den Magnetfluss-Leitstücken 54a, 54b und wieder zurück. Damit ist eine Spulenanordnung 46a, 46b zwischen den beiden Schenkeln 52a, 52b dem durch mehr als zwei Luftspalt-Strecken 58/Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b/Magnetfluss-Leitstücke 54a, 54b geflossenen magnetischen Fluss ausgesetzt. Da diese Anordnung einen verhältnismäßig großen Raum für die Spulenanordnung 46 bereitstellt, führt dieses serielle Durchdringen mehrerer Luftspalt-Strecken 58 bei den hier vorgestellten Anordnungen zu einem sehr effizienten Ausnutzen des vorhandenen Raumes in der elektrischen Maschine 36. Auch erlaubt der relativ große Abstand zwischen den beiden Schenkeln 52a, 52b eine hohe magnetische Durchflutung der Magnetfluss-Joche 50a, 50b. Die in Reihe auftretenden Flussänderungen an den Luftspalt-Strecken 58 im Zusammenwirken mit der Bewegung des Läufers 42 relativ zum Ständer 44 induzieren den die Spulenanordnung 46 durchfließenden Strom (der dann über den Wechselrichter 50 ins Stromnetz eingespeist wird). Durch die verbesserte Raumausnutzung erhöht sich außerdem der Wirkungsgrad oder die Leistungsdichte der elektrischen Maschine 36.In contrast, changes in the embodiments presented here, the magnetic flux between two legs 52a . 52b the magnetic flux yokes 50a . 50b several times from the permanent magnet elements 56a . 56b of the magnet ring over the air gap distances 58 to the magnetic flux conducting pieces 54a . 54b and back again. This is a coil arrangement 46a . 46b between the two thighs 52a . 52b through more than two air gap distances 58 / Permanent magnet elements 56a . 56b / Magnetic flux conducting 54a . 54b exposed to flowed magnetic flux. Since this arrangement has a relatively large space for the coil assembly 46 provides this serial penetration of multiple air gap routes 58 in the arrangements presented here for a very efficient utilization of the existing space in the electric machine 36 , Also allows the relatively large distance between the two legs 52a . 52b a high magnetic flux of the magnetic flux yokes 50a . 50b , The series occurring flux changes at the air gap distances 58 in cooperation with the movement of the runner 42 relative to the stand 44 induce the coil assembly 46 flowing current (which then through the inverter 50 is fed into the power grid). The improved space utilization also increases the efficiency or power density of the electric machine 36 ,

Windenergieanlagen haben in der Regel für die Windrichtungsnachführung einen aktiven Antrieb. Dieser verdreht die Gondel der Windenergieanlage so, dass die Rotorblätter des Rotors in Richtung des Windes ausgerichtet werden. Dieser für die Windrichtungsnachführung benötigte Azimutantrieb befindet sich mit den zugehörigen Azimutlagern gewöhnlich zwischen Turmkopf und Gondel. Bei kleinen Windenergieanlagen genügt ein Verstellantrieb, größere Windenergieanlagen sind in der Regel mit mehreren Azimutantrieben ausgestattet. Dabei übernimmt eine motorische Windrichtungsnachführung der Gondel, das Azimutverstellsystem, die Aufgabe, den Rotor und die Gondel automatisch nach der Windrichtung auszurichten. Funktionell gesehen ist die Windrichtungsnachführung eine selbständige Baugruppe. Vom konstruktiven Standpunkt aus betrachtet, bildet sie den Übergang des Maschinenhauses zum Turmkopf. Ihre Komponenten sind teils in der Gondel, teils in den Turmkopf integriert. Das Gesamtsystem der Windrichtungsnachführung besteht aus den Komponenten Stellantrieb, Haltebremsen, Verriegelungseinrichtung, Azimutlager und Regelungssystem.Wind turbines usually have an active drive for the wind direction tracking. This turns the nacelle of the wind turbine so that the rotor blades of the rotor are aligned in the direction of the wind. This azimuth drive required for the wind direction tracking is usually located between the tower head and nacelle with the associated azimuth bearings. For small wind turbines an adjustment drive is sufficient, larger wind turbines are usually equipped with several azimuth drives. In this case, a motor wind direction tracking of the nacelle, the Azimutverstellsystem, the task of automatically aligning the rotor and the nacelle to the wind direction. Functionally, the wind direction tracking is an independent module. From the constructive point of view, it forms the transition of the machine house to the tower head. Their components are partly integrated in the nacelle, partly in the tower head. The overall system of the wind direction tracking consists of the components actuator, holding brakes, locking device, azimuth bearing and control system.

Demgegenüber wird hier vorgeschlagen, sowohl den Azimutantrieb 100, als auch die Rotorblattverstellung 110 gegenüber der Rotornabe mit einer Anordnung zu realisieren, welche der oben beschriebenen integrierte Gesamtanordnung aus Momentenlageranordnung und elektrischer Maschine – wenn auch kleiner dimensioniert – entspricht. Die hier vorgeschlagene elektrische Maschine hat den Vorteil eines hohen Haltemoments. Außerdem entfallen dabei die sonst üblichen Ritzel, welche mit einem Zahnkranz kämmen. Da Windenergieanlagen in der Regel eine Vorzugsorientierung zum am Betriebsort vorherrschenden Wind haben, verschleißt der Zahnkranz meist in einem sehr kleinen Azimutwinelbereich. Die hier vorgestellte Lösung vermeidet dies.In contrast, it is proposed here, both the azimuth drive 100 , as well as the rotor blade adjustment 110 relative to the rotor hub to realize with an arrangement which corresponds to the above-described integrated overall arrangement of torque bearing assembly and electrical machine - albeit smaller dimensions. The proposed electric machine has the advantage of a high holding torque. It also eliminates the usual pinion, which mesh with a sprocket. Since wind turbines usually have a preference orientation to prevailing at the site wind, wears the sprocket usually in a very small Azimutwinelbereich. The solution presented here avoids this.

Ersichtlich veranschaulicht 2 eine Variante der elektrischen Maschine 36, die an beiden Mantelflächen des ringzylindrischen Tragverbinderes 40 (also radial innen und radial außen) Permanentmagnet-Elemente 56a, 56b zur Bildung des Magnetrings des Läufers 42 trägt. Dementsprechend sind auch radial innen und radial außen jeweils ein Ständer 46 angeordnet.Visibly illustrated 2 a variant of the electric machine 36 , on both lateral surfaces of the annular cylindrical support connector 40 (ie radially inward and radially outward) permanent magnet elements 56a . 56b to form the magnet ring of the runner 42 wearing. Accordingly, also radially inward and radially outward are each a stand 46 arranged.

3 zeigt ein Läufersegmentmodul 70, das in einem Ständersegmentmodul 80 eingeführt ist. Aus einer Vielzahl dieser beiden Module ist die elektrische Maschine 36 zusammenzusetzen. Im Reparaturfall kann eines oder mehrere dieser Läufersegmentmodule 70 von dem drehbaren Lagerpartner demontiert werden oder eines oder mehrere dieser Ständersegmentmodule 80 aus der Tragstruktur der Gondel ausgebaut werden. 3 shows a runner segment module 70 that in a stand segment module 80 is introduced. From a variety of these two modules is the electric machine 36 reassemble. In case of repair, one or more of these runner segment modules 70 be dismantled from the rotatable bearing partner or one or more of these Stator segment modules 80 be removed from the supporting structure of the gondola.

4 zeigt den schematischen Aufbau eines Triebstrangs in einer Variante, bei der gegenüber der Variante aus 1 die Momentenlageranordnung des Windrotors als hydrostatische Lageranordnung ausgestaltet ist, in welche die elektrische Maschine integriert ist. 4 shows the schematic structure of a drive train in a variant in which compared to the variant 1 the moment bearing arrangement of the wind rotor is designed as a hydrostatic bearing arrangement, in which the electric machine is integrated.

Dabei ist in den Ständer 44 der ruhende Lagerpartner integriert, indem in die dem Magnetring zugewandte Fläche des Ständers hydrostatische Lagertaschen 80 integriert sind, welche von einer Druckölversorgungspumpe 90 mit unter Druck stehendem Öl gespeist werden. Eine derartige Momentenlageranordnung zeichnet sich durch hohestatische und dynamische Steifigkeit, minimale Reibung, Verschleißfreiheit und hohe Bewegungsgenauigkeit aus. Zwischen dem Ständer und dem Magnetring des Läufers bildet sich so Spalt aus, durch dem das Öl in einen Sumpf 92 abströmen kann. Aus diesem Sumpf 92 saugt die Pumpe 90 das Öl wieder an. Dabei ist es möglich, die einzelnen hydrostatische Lagertaschen 80 oder Gruppen von hydrostatischen Lagertaschen 80 jeweils mit einer eigenen Druckölversorgungspumpe 90 zu versorgen, um die Ausfallwahrscheinlichkeit der Momentenlageranordnung zu verringern. Darüber hinaus kann in einer weiteren Variante das Öl noch durch einen hier nicht weiter veranschaulichten Wärmetauscher geführt werden, um so auch noch den von dem Öl durchströmten Ständer zu kühlen.It is in the stand 44 the stationary bearing partner integrated by hydrostatic bearing pockets in the surface of the stator facing the magnetic ring 80 integrated, which of a pressure oil supply pump 90 be fed with pressurized oil. Such a moment bearing arrangement is characterized by high and dynamic stiffness, minimal friction, freedom from wear and high movement accuracy. Between the stator and the magnetic ring of the rotor so gap forms, through which the oil into a sump 92 can flow out. Out of this swamp 92 sucks the pump 90 the oil again. It is possible, the individual hydrostatic bearing pockets 80 or groups of hydrostatic storage bags 80 each with its own pressure oil supply pump 90 to reduce the probability of failure of the moment bearing arrangement. In addition, in a further variant, the oil can still be passed through a heat exchanger, not further illustrated here, so as to cool the stator through which the oil flows.

Die vorangehend beschriebenen Varianten des Triebstrangs dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften des Triebstrangs; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind teilweise schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen.The variants of the drive train described above are only for a better understanding of the structure, the operation and the characteristics of the drive train; they do not restrict the revelation to the exemplary embodiments. The figures are partially schematic, wherein essential properties and effects are shown partially enlarged significantly to illustrate the functions, principles of operation, technical features and features.

Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen dem beschriebenen Triebstrang zuzuschreiben sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst.In this case, every mode of operation, every principle, every technical embodiment and every feature which is / are disclosed in the figures or in the text, with all claims, every feature in the text and in the other figures, other modes of operation, principles, technical embodiments and features contained in or arising from this disclosure are freely and arbitrarily combined, so that all conceivable combinations are attributable to the drivetrain described. In this case, combinations between all individual versions in the text, that is to say in every section of the description, in the claims and also combinations between different variants in the text, in the claims and in the figures.

Auch die Ansprüche begrenzen bzw. limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle aufgezeigten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.The claims also do not limit or limit the disclosure and thus the possible combinations of all identified features with each other. All features shown are also explicitly disclosed individually and in combination with all other features here.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Triebstrang eines fluid-elektrischen Wandlers mit einem Fluidrotor (18) und einer elektrischen Maschine (36), bei der – der Fluidrotor (18) mit einer Momentenlageranordnung (22) drehfest gekoppelt ist, wobei – die Momentenlageranordnung (22), – bezogen auf eine Tragstruktur des Triebstrangs, einen ruhenden ringförmigen Lagerpartner und einen mit diesem zusammenwirkenden drehbaren ringförmigen Lagerpartner aufweist, und – dazu eingerichtet ist, Momente des Fluidrotors (18) in dessen Betrieb oder dessen Stillstand aufzunehmen, wobei – von dem drehbaren Lagerpartner zu der elektrischen Maschine (36) ein Tragverbinder (40) reicht, der einen Teil eines Läufers (42) der elektrischen Maschine (36) bildet, und wobei – die elektrische Maschine (36) weiterhin einen Ständer (44) aufweist, der ortsfest an der Tragstruktur aufgenommen ist.Drive train of a fluid-electrical converter with a fluid rotor ( 18 ) and an electric machine ( 36 ), in which - the fluid rotor ( 18 ) with a moment bearing arrangement ( 22 ) is rotationally fixed coupled, wherein - the moment bearing arrangement ( 22 ), - based on a support structure of the drive train, a quiescent annular bearing partner and has a cooperating with this rotatable annular bearing partner, and - is adapted to moments of the fluid rotor ( 18 ) in its operation or its standstill, wherein - from the rotatable bearing partner to the electric machine ( 36 ) a support connector ( 40 ), which is part of a runner ( 42 ) of the electric machine ( 36 ), and wherein - the electric machine ( 36 ) continue to use a stand ( 44 ), which is received in a stationary manner on the support structure. Triebstrang nach Anspruch 1, wobei die Momentenlageranordnung (22) und die elektrische Maschine (36) eine integrierte Gesamtanordnung bilden, bei der die elektrische Maschine (36) und die Momentenlageranordnung (22) in dichter räumlicher Nähe miteinander integriert sind, und in der elektrischen Maschine (36) – der Ständer (44) eine Spulenanordnung aufweist und/oder – der Läufer (42) eine Erregerspulenanordnung aufweist, oder der Läufer (42) mit mehreren Permanentmagnet-Elementen versehen ist.A drive train according to claim 1, wherein the moment bearing arrangement ( 22 ) and the electric machine ( 36 ) form an integrated overall arrangement in which the electric machine ( 36 ) and the moment bearing arrangement ( 22 ) are integrated in close spatial proximity with each other, and in the electrical machine ( 36 ) - the stand ( 44 ) has a coil arrangement and / or - the rotor ( 42 ) comprises an exciting coil arrangement, or the rotor ( 42 ) is provided with a plurality of permanent magnet elements. Triebstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei – die elektrische Maschine – für eine Nenn-Drehzahl von etwa 5 U/min bis etwa 20 U/min ausgelegt ist, und/oder – einen Luftspalt-Durchmesser zwischen dem Ständer und dem Läufer im Bereich von etwa 2 m bis etwa 5 m aufweist, und/oder – der Luftspalt eine radiale Abmessung von etwa 0,5 mm bis etwa 1,5 mm, vorzugsweise etwa 0,6 mm bis etwa 0,8 mm aufweist, wobei sich die radiale Abmessung im Betrieb des Triebstrangs maximal etwa 0,2 mm bis etwa 0,3 mm ändert, und/oder – ein Verhältnis von Luftspalt-Durchmesser zu axialer Maschinen-Länge im Bereich von etwa 3 bis etwa 16, vorzugsweise etwa 6 bis etwa 9 hat, und/oder – die elektrische Maschine (36) im Dauerbetrieb einen maximalen Flächenschub im Bereich von wenigstens etwa 8 N/cm2 bis wenigstens etwa 12 N/cm2 hat.A power train according to claim 1 or 2, wherein - the electric machine - is designed for a rated speed of about 5 rpm to about 20 rpm, and / or - an air gap diameter between the stator and the rotor in the range of The air gap has a radial dimension of about 0.5 mm to about 1.5 mm, preferably about 0.6 mm to about 0.8 mm, wherein the radial dimension in the operation of the driveline, a maximum of about 0.2 mm to about 0.3 mm, and / or - a ratio of air gap diameter to axial machine length in the range of about 3 to about 16, preferably about 6 to about 9, and / or - the electric machine ( 36 ) in continuous operation has a maximum surface thrust in the range of at least about 8 N / cm 2 to at least about 12 N / cm 2 . Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Ständerspulenanordnung wenigstens eine Wicklung aufweist und wenigstens ein Magnetfluss-Joch (50a, 50b) zumindest teilweise umgibt, – jedes der Magnetfluss-Joche (50a, 50b) zwei Schenkel aufweist, wobei zwischen den Schenkeln voneinander beabstandete und mit den Enden der Schenkel fluchtende Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') angeordnet sind, wobei – die Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') weder untereinander noch zu den Schenkeln eine magnetisch leitfähige Verbindung haben, – der Läufer (42) entweder einander benachbarte Permanentmagnet-Elemente (56a, 56b) aufweist, die jeweils entgegengesetzt magnetisch orientiert sind, oder benachbarte Erregerspulen aufweist, die phasenversetzt zu bestromen sind, wobei – die Permanentmagnet-Elemente (56a, 56b) bzw. die benachbarten Erregerspulen zu einem Magnetring zusammengefasst sind, der an dem ringförmigen Tragverbinder (40) des drehbaren Lagerpartners angeordnet ist, – die Enden der Schenkel sowie die Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') dem Magnetring unter Bildung wenigstens eines Luftspaltes (58; 58') zugewandt sind, und – die Permanentmagnet-Elemente (56a, 56b) bzw. die Erregerspulen in bestimmten Positionen des Läufers (42) relativ zum Ständer (44) mit wenigstens einigen der Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') sowie den Enden der Schenkel zumindest teilweise fluchtend ausgerichtet sind.Drive train according to one of the preceding claims, wherein - the stator coil assembly has at least one winding and at least one magnetic flux yoke ( 50a . 50b ) at least partially surrounds, - each of the magnetic flux yokes ( 50a . 50b ) has two legs, wherein between the legs spaced and aligned with the ends of the legs magnetic flux guide pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ), wherein - the magnetic flux conducting pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) have neither a magnetically conductive connection to each other nor to the legs, - the runner ( 42 ) either adjacent permanent magnet elements ( 56a . 56b ), which are respectively oppositely magnetically oriented, or has adjacent exciter coils which are to be energized out of phase, wherein - the permanent magnet elements ( 56a . 56b ) or the adjacent excitation coils are combined to form a magnetic ring, which on the annular support connector ( 40 ) of the rotatable bearing partner is arranged, - the ends of the legs and the magnetic flux guide pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) the magnetic ring to form at least one air gap ( 58 ; 58 ' ), and - the permanent magnet elements ( 56a . 56b ) or the excitation coils in certain positions of the runner ( 42 ) relative to the stand ( 44 ) with at least some of the magnetic flux conducting pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) and the ends of the legs are at least partially aligned. Triebstrang nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem – die Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') sowie – die Magnetfluss-Joche (50a, 50b) und – dessen Schenkel aus gestapelten weicheisenhaltigen Blechen gebildet sind, wobei – die Bleche im Wesentlichen konzentrisch zu einer Mantelfläche des Magnetrings orientiert sind, wobei – diese Mantelfläche des Magnetrings die den Magnetfluss-Leitstücken (54a, 54b; 54a', 54b') und/oder den Magnetfluss-Jochen (50a, 50b) zugewandte Mantelfläche des Magnetrings ist.Drive train according to the preceding claim, in which - the magnetic flux conducting pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) and - the magnetic flux yokes ( 50a . 50b ) and - whose legs are formed of stacked soft iron-containing sheets, wherein - the sheets are oriented substantially concentric to a lateral surface of the magnetic ring, wherein - this lateral surface of the magnetic ring, the magnetic flux Leitstücken ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) and / or the magnetic flux yokes ( 50a . 50b ) facing lateral surface of the magnetic ring is. Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Abstand der Schenkel eines Magnetfluss-Joches (50a, 50b) im Bereich ihrer dem Magnetring zugewandten Enden zueinander (i) zwischen 60% und 140%, (ii) vorzugsweise zwischen 80% und 120%, und (iii) insbesondere zwischen 90% und 110% ihrer Länge beträgt, und/oder – die Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt oder eine sich zu ihren Enden hin in der Breite und/oder der Höhe verjüngende Gestalt oder eine im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmige Gestalt, wobei – die jeweils größeren Grundflächen dem Magnetring des Läufers (42) zugewandt sind, und/oder – die Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') im Bereich ihrer dem Magnetring zugewandten Grundfläche längs der Bewegungsrichtung eine Gestalt haben, die so dimensioniert ist, dass sie jeweils mehr als einem, aber nicht mehr als zwei benachbarten Permanentmagnet-Elementen des Magnetrings gegenüberstehen, und/oder – zwischen zwei benachbarten Magnetfluss-Leitstücken (54a, 54b; 54a', 54b') magnetisch im Wesentlichen unwirksame Verbinder als Haltestege angeordnet sind, welche die relative Position der Magnetfluss-Leitstücke (54a, 54b; 54a', 54b') zueinander festlegen.Drive train according to one of the preceding claims, wherein - the distance of the legs of a magnetic flux yoke ( 50a . 50b ) is in the range of their magnetic ring facing each other (i) between 60% and 140%, (ii) preferably between 80% and 120%, and (iii) in particular between 90% and 110% of their length, and / or - Magnetic flux guide pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) has a substantially cuboidal shape or a shape tapering towards its ends in width and / or height, or a substantially trapezoidal shape in cross section, wherein - The larger base areas of the magnet ring of the runner ( 42 ), and / or - the magnetic flux conducting pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) in the region of their magnetic ring facing base along the direction of movement have a shape which is dimensioned so that they each face more than one, but not more than two adjacent permanent magnet elements of the magnetic ring, and / or - between two adjacent magnetic flux conducting pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) magnetically substantially ineffective connectors are arranged as holding webs which the relative position of the magnetic flux conducting pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) to each other. Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Spulenanordnung dazu eingerichtet ist, entweder – als Einphasenanordnung betrieben werden oder – als Mehrphasenanordnung (vorzugsweise drei oder mehr als drei) betrieben zu werden, wobei im Fall einer Mehrphasenanordnung die Spulenanordnung mehrere nebeneinander oder übereinander angeordnete Wicklungen hat, die dazu eingerichtet sind, phasenversetzt zu einander betrieben zu werden, oder – als entlang des Umfangs der elektrischen Maschine (36) in mehreren Sektoren von Spulengruppen und Magnetfluss-Leitstücken (54a, 54b; 54a', 54b') angeordnet zu sein, bei denen im Betrieb die einzelnen Spulenanordnungen elektrischen Strom unterschiedlicher Phasenlage liefern.Drive train according to one of the preceding claims, wherein - the coil arrangement is adapted to either - be operated as a single-phase arrangement or - operated as a multi-phase arrangement (preferably three or more than three), wherein in the case of a multi-phase arrangement, the coil arrangement a plurality of juxtaposed or stacked windings designed to be out of phase with each other, or - as along the circumference of the electric machine ( 36 ) in several sectors of coil groups and magnetic flux guide pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ), in which the individual coil arrangements supply electrical current of different phase position during operation. Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Permanentmagnet-Elemente (56a, 56b) eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt oder eine im Querschnitt trapez- oder dreieck-, bzw. rautenförmige Gestalt haben, und/oder – der Magnetring als Kreisringzylinder ausgestaltet ist, der an seinem Außenumfang und/oder an seinem Innenumfang einen magnetisch im Wesentlichen unwirksamen Tragring aufweist, der die Permanentmagnet-Elemente (56a, 56b) in radialer Richtung abstützt, wobei vorzugsweise – zu der inneren und der äußeren Mantelfläche des Tragverbinders mit dem Magnetring jeweils ein Luftspalt (58, 58') und eine Ständeranordnung mit jeweils einer Spulenanordnung mit wenigstens einer Wicklung und entsprechenden Magnetfluss-Jochen (50a, 50b) und Magnetfluss-Leitstücken (54a, 54b; 54a', 54b') vorgesehen ist, und/oder – der am drehbaren Lagerpartner angeordnete Tragverbinder entweder nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Permanentmagneten oder entsprechenden Erregerspulen bestückt ist, so dass sich eine einseitige Wirkfläche bzw. eine beidseitige Wirkfläche des Läufers der elektrischen Maschine (36) ergibt.Drive train according to one of the preceding claims, wherein - the permanent magnet elements ( 56a . 56b ) have a substantially cuboid shape or a trapezoidal or triangular, or rhombic shape in cross section, and / or - the magnetic ring is designed as a circular ring cylinder having on its outer circumference and / or on its inner circumference a magnetically substantially ineffective support ring containing the permanent magnet elements ( 56a . 56b ) is supported in the radial direction, wherein preferably - to the inner and the outer lateral surface of the support connector with the magnetic ring in each case an air gap ( 58 . 58 ' ) and a stator arrangement each having a coil arrangement with at least one winding and corresponding magnetic flux yokes (US Pat. 50a . 50b ) and magnetic flux guide pieces ( 54a . 54b ; 54a ' . 54b ' ) is provided, and / or - arranged on the rotatable bearing partner support connector is either equipped on one side or on both sides with permanent magnets or corresponding excitation coils, so that a one-sided active surface or a two-sided effective surface of the rotor of the electric machine ( 36 ). Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Momentenlageranordnung (22) als winkelig zueinander orientiertes zweireihiges Rollenlager ausgestaltet ist, bei dem – die beiden Rollenlager miteinander einen Winkel von etwa 20° bis etwa 120° einschließen und jedes der beiden Rollenlager mit der Rotationsachse des drehbaren Lagerpartners einen Winkel von etwa 80° bis etwa 30° einschließt, und – die Momentenlageranordnung (22) eine dem Durchmesser der Nabe des Fluidrotors in etwa entsprechende Stützweite hat, und/oder – ein Getriebe vorgesehen ist, bei dem der Tragverbinder des drehbaren Lagerpartners vom Windrotor eingetragenes eingangsseitiges Drehmoment in das Getriebe einspeist und in/an das Getriebe direkt ein-/anbaubar ist, und/oder der Tragverbinder des drehbaren Lagerpartners – zumindest teilweise ringförmig in axialer oder radialer Richtung orientiert ist, und/oder – als mehrere Tragverbinderteile ausgebildet ist, die entlang des Umfangs des drehbaren Lagerpartners im Abstand zueinander angeordnet sind oder einander zu einem in Umfangsrichtung zumindest teilweise geschlossenen ringförmigen Tragverbinder ergänzen, und/oder mit dem drehbaren Lagerpartner entweder einstückig ausgeführt ist oder an dem drehbaren Lagerpartner lösbar befestigt ist, und/oder – für die Momentenlageranordnung (22) eine schwimmende Lagerung eines Läufers und/oder Ständers auf einem hydrostatischen Fluidpolster vorgesehen ist, und/oder wobei vorzugsweise – das hydrostatische Fluid dazu vorgesehen ist, auch als Medium mit einem Wärmetauscher zu zirkulieren um eine Kühlung der elektrischen Maschine (36) zu bewirken, und/oder wobei bezogen auf die axiale Orientierung der Momentenlageranordnung (22), auf beiden Seiten des sich drehenden Lagerpartners jeweils ein Tragverbinder vorgesehen ist, der zumindest einen Teil des Läufers bildet, und/oder wobei der Tragverbinder aus einzeln an dem drehbaren Lagerpartner befestigbaren Segmenten gebildet ist und/oder der Ständer aus einzelnen Segmenten gebildet ist.Drive train according to one of the preceding claims, wherein - the moment bearing arrangement ( 22 ) is configured as an angularly oriented double-row roller bearing in which - the two roller bearings enclose an angle of about 20 ° to about 120 ° and each of the two roller bearings with the axis of rotation of the rotatable bearing partner forms an angle of about 80 ° to about 30 ° , and - the moment bearing arrangement ( 22 ) has a corresponding to the diameter of the hub of the fluid rotor approximately corresponding span, and / or - a transmission is provided, wherein the support connector of the rotatable bearing partner from the wind rotor registered input torque feeds into the transmission and in / to the transmission directly on / mounted is, and / or the support connector of the rotatable bearing partner - at least partially annularly oriented in the axial or radial direction, and / or - is formed as a plurality of support connector parts which are arranged along the circumference of the rotatable bearing partner in spaced relation to each other or to one in the circumferential direction complement at least partially closed annular support connector, and / or with the rotatable bearing partner is either made in one piece or is releasably attached to the rotatable bearing partner, and / or - for the moment bearing arrangement ( 22 ) is provided a floating support of a rotor and / or stator on a hydrostatic fluid cushion, and / or wherein preferably - the hydrostatic fluid is provided to circulate as a medium with a heat exchanger to a cooling of the electric machine ( 36 ) and / or wherein with respect to the axial orientation of the moment bearing arrangement ( 22 ), a support connector is provided on both sides of the rotating bearing partner, which forms at least a part of the rotor, and / or wherein the support connector is formed from individually attachable to the rotatable bearing partner segments and / or the stator is formed of individual segments. Triebstrang eines fluid-elektrischen Wandlers mit einem Fluidrotor (18) und einer elektrischen Maschine, bei der – der Fluidrotor (18) mit einer Momentenlageranordnung (22) drehfest gekoppelt ist, wobei – die Momentenlageranordnung (22), – bezogen auf eine Tragstruktur des Triebstrangs, einen ruhenden ringförmigen Lagerpartner und einen mit diesem zusammenwirkenden drehbaren ringförmigen Lagerpartner aufweist, und – dazu eingerichtet ist, Momente des Fluidrotors in dessen Betrieb oder dessen Stillstand aufzunehmen, wobei für die Momentenlageranordnung (22) eine hydrostatische Lageranordnung vorgesehen ist, bei dem in den ortsfesten Lagerpartner der Ständer der elektrischen Maschine (36) und in den drehbaren Lagerpartner der Läufer integriert ist, und ein ringzylindrischer Zwischenraum zwischen dem ortsfesten Lagerpartner und dem drehbaren Lagerpartner den Spalt der elektrischen Maschine (36) bildet.Drive train of a fluid-electrical converter with a fluid rotor ( 18 ) and an electric machine, in which - the fluid rotor ( 18 ) with a moment bearing arrangement ( 22 ) is rotationally fixed coupled, wherein - the moment bearing arrangement ( 22 ), - based on a support structure of the drive train, a quiescent annular bearing partner and a with this cooperating rotatable annular bearing partner, and - is adapted to receive moments of the fluid rotor in its operation or its standstill, wherein for the moment bearing arrangement ( 22 ) a hydrostatic bearing arrangement is provided, in which in the stationary bearing partner of the stator of the electric machine ( 36 ) and in the rotatable bearing partner of the rotor is integrated, and a ring-cylindrical gap between the stationary bearing partner and the rotatable bearing partner the gap of the electric machine ( 36 ). Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – dem jeweiligen Ständersegment ein Wechselrichtermodul zugeordnet ist, das elektrische Energie aus den Ständerspulen abführt oder diesen zuführt, und/oder – die elektrische Maschine (36) in viele ein- oder mehr-phasige Ständer- und Läufersegmente mit jeweils einer oder zwei Spulen je Ständernut unterteilt ist, und/oder – die einzelnen Ständersegmente mit den elektrischen Anschlüssen und Wechselrichterbaugruppen vorgefertigt, komplett verschaltet, isoliert und konfiguriert sind, und/oder – die Lagerpartner aus Ringsegmenten zusammengesetzt sind, so dass zwischen den Segmenten Trennfugen gebildet sind, die in Bezug auf eine Umlaufrichtung des drehbaren Lagerpartners schräg ausgerichtet sind, und/oder – die aus vielen ein- oder mehr-phasigen Ständer- und/oder Läufersegmenten aufgebaute elektrische Maschine (36) zwischen einzelnen der Ständer- oder Läufersegmente in Umlaufrichtung des Läufers Verbinder aufweist, durch welche jedes der Ständer- oder Läufersegmente mit seinen benachbarten Ständer- bzw. Läufersegmenten in Umfangsrichtung fest verbunden ist und zwischen dem Läufer und dem Ständer oder seitlich axial dazu versetzt eine Lageranordnung vorgesehen ist, welche einen den Luftspalt definierenden Abstand zwischen dem Läufer und dem Ständer, auch bei einer Abweichung von der Kreislinie, in radialer Richtung im wesentlichen konstant hält.Drive train according to one of the preceding claims, wherein - the respective stator segment is associated with an inverter module that dissipates electrical energy from the stator coils or feeds them, and / or - the electric machine ( 36 ) is divided into many single- or multi-phase stator and rotor segments, each with one or two coils per stator groove, and / or - the individual stator segments prefabricated with the electrical connections and inverter modules, completely interconnected, insulated and configured, and / or - The bearing partners are composed of ring segments, so that between the segments parting lines are formed, which are aligned obliquely with respect to a direction of rotation of the rotatable bearing partner, and / or - built up of many single- or multi-phase stator and / or rotor segments electric machine ( 36 ) has between each of the stator or rotor segments in the direction of rotation of the rotor connector through which each of the stator or rotor segments with its adjacent stator or rotor segments is firmly connected in the circumferential direction and between the rotor and the stator or laterally offset axially to a bearing assembly is provided, which maintains a gap defining the air gap between the rotor and the stator, even with a deviation from the circular line, in the radial direction substantially constant. Windenergieanlage mit einem Triebstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche.A wind turbine with a drive train according to one of the preceding claims. Ständersegmentmodul mit Merkmalen eines oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche, mit oder ohne ein Wechselrichtermodul, bestimmt zum Einsatz in einem Triebstrang einer Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Stator segment module with features of one or more of the preceding claims, with or without an inverter module, intended for use in a drive train of a wind turbine according to one of the preceding claims. Läufersegmentmodul, mit Merkmalen eines oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche, bestimmt zum Einsatz in einem Triebstrang einer Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Rotor segment module, with features of one or more of the preceding claims, intended for use in a drive train of a wind energy plant according to one of the preceding claims.
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