DE102013010725A1

DE102013010725A1 - Ringgenerator

Info

Publication number: DE102013010725A1
Application number: DE102013010725.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Gräber
Original assignee: WOLFGANG GRABER FEINWERKTECHNIK & CO KG GmbH
Current assignee: WOLFGANG GRABER FEINWERKTECHNIK & CO KG GmbH
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringgenerator für einen Niedrigdrehzahlbereich, wobei ein Radkranz mit einem Ringelement aus Einzelelementen, die mit Permanentmagneten bestückt sind, als Rotor angeordnet ist. Dem Ringelement ist ein Stator als Grundelement zugeordnet, das beiderseitig angeordnete Spulen aufweist und einen Aufnahmeschacht bildet. Hierbei ist das Grundelement mit dem Aufnahmeschacht als Einheit über durchgehende Verbindungselemente als Führungen in Form von Gleitbuchsen ausgebildet und in Richtung der Rotationsachse des Ringelementes gegenüber einer Basis mit korrespondierenden Führungselementen verschiebbar. Die Einzelelemente des Ringelementes besitzen dabei jeweils gleitfähige erhabene Abstandshalter zu den zugeordneten Flächen der verbundenen Halteelemente des Grundelementes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringgenerator, bestehend aus einem antreibbaren drehbaren Radkranz mit einer zentralen Achse für einen Niedrigdrehzahlbereich eines Wasserrades bzw. Windrades, wobei der Radkranz mit einem Ringelement als Rotor konzentrisch verbunden ist, das Ringelement aus modular zugeordneten Einzelelementen mit eingesetzten Permanentmagneten besteht und als Stator mindestens ein mit einer Basis verbundenes korrespondierendes Grundelement eines Teilbereiches mit beiderseitig angeordneten elektrischen Spulen über beabstandet zugeordnete Halteelemente des Grundelementes zur Ausbildung eines Aufnahmeschachtes für das durchlaufende Ringelement aufweist.
Derartige Ausbildungen sind für Wasserräder nach der DE 10 2009 015 044 A bekannt. Anordnungen dieser Art dienen zur Stromerzeugung im getriebelosen Niedrigdrehzahlbereich. Hierbei werden tendenziell große Durchmesser, wie beispielsweise Abmessungen über 1,5 Meter, verwendet. Es hat sich gezeigt, dass es schwierig ist, mit endlichem Aufwand einen geringen Luftspalt zwischen dem Ringelement mit eingesetzten Permanentmagneten als Rotor und den elektrischen Spulen des Stators durchzuführen, um einen guten Wirkungsgrad zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise mit großen Fertigungstoleranzen und Verformungen durch Witterungseinflüsse eines gattungsgemäßen Radkranzes einen wirkungsgradgünstigen Luftspalt zwischen Rotor und Stator zu gewährleisten und dabei einen Klebeeffekt des Rotors auszuschalten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die Halteelemente des Grundelementes miteinander gekoppelt sind und das Grundelement mit dem Aufnahmeschacht als Einheit über durchgehende Verbindungselemente als Führungen in Form von Gleitelementen, wie Gleitbuchsen, aufweist sowie in Richtung der Rotationsachse des Ringelementes gegenüber der Basis mit korrespondierenden Führungselementen verschiebbar einstellbar ist und die Einzelelemente des Ringelementes jeweils gleitfähige erhabene Abstandshalter zu den zugeordneten Flächen der verbundenen Halteelemente des Grundelementes aufweisen.
Hierdurch ist durch eine Verschiebung des Grundelementes des Stators in Richtung der Rotationsachse eine Anpassung an die Einzelelemente des Ringelementes selbsttätig durchführbar und es wird durch die gleitfähigen Abstandshalter ein Klebeeffekt der Permanentmagneten vermieden.
Zur weiteren Anpassung wird vorgeschlagen, dass die Anordnung der Einzelelemente des Ringelementes gegenüber dem Radkranz jeweils über kardanische Verbindungselemente verschwenkbar angeordnet ist.
Ferner ist vorgesehen, dass die eingesetzten Permanentmagnete in die Einzelelemente des Ringelementes als Rotor im wesentlichen plan zur Außenfläche der Einzelelemente angeordnet und eine äußere Schutzschicht für einen Korrosionsschutz aufweisen.
Zur Verbesserung der Gleitfähigkeit der Abstandshalter ist vorgesehen, dass Gleitschienen an den Innenflächen der Halteelemente des Grundelementes angeordnet sind, die mit den Abstandshaltern der Einzelelemente des Ringelementes korrespondieren.
Weiterhin wird zur flexiblen Anpassung vorgeschlagen, dass die Basis mit ihrem Führungselement für die zugeordnete Gleitbuchse schwenkbar einstellbar angeordnet ist.
Um eine Zuführung der Einzelelemente des Ringelementes vorzunehmen, ist vorgesehen, dass der Aufnahmeschacht des Grundelementes im Eintrittsbereich des Ringelementes beidseitig angeordnete Führungsrollen aufweist.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der Aufnahmeschacht des Grundelementes im Eintrittsbereich des Ringelementes Schmutzabweiser aufweist.
Zur Einstellung des Aufnahmeschlitzes ist vorgesehen, dass der Abstand der zugeordneten Halteelemente des Grundelementes zur Bildung des Aufnahmeschachtes über eine Schraubverbindung im Abstand einstellbar ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für ein Wasserrad mit Radkranzelementen schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht auf einen Radkranz mit zugeordnetem Ringelement aus Einzelelementen als Rotor und einem ortsfesten Grundelement als Stator,
2 eine perspektivische Darstellung eines Ringgenerators mit einer Aufnahmeachse,
3 eine Darstellung eines Einzelelementes eines Ringelementes,
4 eine Darstellung wie 3 mit einer Anordnung der aufgenommenen Permanentmagneten,
5 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Verbindungsbereiches nach Linie B-B der 1, 3 oder 4,
6 eine Darstellung gemäß 5 mit ausgeschwenkten Einzelelement des Ringelementes,
7 eine vergrößerte Schnittdarstellung gemäß Linie A-A der 1,
8 eine Seitenansicht des Grundelementes zur Durchführung des Ringelementes,
9 eine Schnittdarstellung gemäß Linie C-C der 7 und
10 eine perspektivische Darstellung des Grundelementes nach 8
Der darstellte Ringgenerator als sogenannter Axialgenerator besteht aus einem antreibbaren Radkranz 5 für einen getriebelosen Niedrigdrehzahlbereich mit relativ großen Dimensionen, wie er bei Wasserrädern und Windkraftanlagen, vorhanden ist. Dieser Radkranz ist durch eine zentrale Achse, die über Speichern mit dem Radkranz 3 drehbar in bekannter Weise gelagert ist. Eine Lagerung und zugewendete Antriebsschaufeln am Radkranz 5 eines Wasserrades sind nicht näher dargestellt.
Der Radkranz 5 besitzt ein konzentrisch verbundenes Ringelement als Rotor aus modular zugeordneten planen Einzelelementen 1 mit eingesetzten Permanentmagneten 2, die entsprechend vergossen eingesetzt und eine Schutzschicht zum Korrosionsschutz im Außenbereich aufweisen, so dass eine plane Außenfläche gebildet wird. Zur Montage der Einzelelemente 1 sind entsprechende Grifföffnungen 16 vorgesehen.
Als Stator ist über eine Basis 12 ein Grundelement 6 mit zugeordneten Halteelementen 6A und 6B angeordnet, die beidseitig elektrische Spulen 7 aufnehmen und einen Aufnahmeschacht 17 für einen Durchtritt der Einzelelemente 1 des Ringelementes bilden. Hierbei sind jeweils mehrere Spulen 7 nebeneinander angeordnet. Die elektrischen Anschlüsse der Spulen 7 sind nicht näher dargestellt.
Die Halteelemente 6A, 6B des Grundelementes 6 sind dabei über eine Gewindebuchse 15 mit einer Schraubverbindung 14 verbunden und damit der Aufnahmeschacht 17 entsprechend einstellbar. Weiterhin sind die Halteelemente 6A, 6B durch Buchsen 9 verdrehsicher angeordnet, die durch Haltestifte 8, die von einer Basis 12 ausgehen, geführt, wobei eine hohe Gleitfähigkeit der zugeordneten Elemente 8, 9 durch die verwendeten Werkstoffe erfolgt. Durch diese Ausbildung ist das Grundelement 6 in Richtung der Rotationsachse entsprechend der vorliegenden Verhältnisse einstellbar.
Die Einzelelemente 1 des Ringelementes besitzen beidseitige gleitfähige Abstandshalter 4 zu den angeordneten Flächen der verbundenen Halteelemente 6A, 6B, um einen Klebeeffekt zwischen Rotor und Stator zu vermeiden. In dieser Ausbildung sind korrespondierende Gleitschienen 13 zu den Abstandshaltern 4 an den Flächen der Halteelemente 6A, 6B angeordnet. Weiterhin besitzt das Grundelement 6 im Eintrittsbereich des Aufnahmeschachtes 17 beidseitig angeordnete Führungsrolle 11 und Schmutzabweiser 10.
Gegebenenfalls sind die Einzelelemente 1 des Ringelementes gegenüber dem Radkranz 5 über kardanisch ausgebildete Verbindungselemente 3 gehalten, um eine Einstellung zum Aufnahmeschacht 17 zu ermöglichen.
Durch diese Ausbildung ist es möglich, das sich Rotorelemente und Statorelemente entsprechend einstellen, um eine einwandfreie Zuordnung zu ermöglichen. Hierbei ist das Grundelement 6 in Richtung der Rotationsachse insgesamt verschiebbar und das Einzelelement 1 über die kardanische Befestigung 3 mit dem Radkranz 5 verschwenkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009015044 A [0002]

Claims

Ringgenerator, bestehend aus einem antreibbaren drehbaren Radkranz mit einer zentralen Achse für einen Niedrigdrehzahlbereich eines Wasserrades bzw. Windrades, wobei der Radkranz mit einem Ringelement als Rotor konzentrisch verbunden ist, das Ringelement aus modular zugeordneten Einzelelementen mit eingesetzten Permanentmagneten besteht und als Stator mindestens ein mit einer Basis verbundenes korrespondierendes Grundelement eines Teilbereiches mit beiderseitig angeordneten elektrischen Spulen über beabstandet zugeordnete Halteelemente des Grundelementes zur Ausbildung eines Aufnahmeschachtes für das durchlaufende Ringelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (6A, 6B) des Grundelementes (6) miteinander gekoppelt sind und das Grundelement (6) mit dem Aufnahmeschacht (17) als Einheit über durchgehende Verbindungselemente als Führungen in Form von Gleitelementen (9), wie Gleitbuchsen, aufweist sowie in Richtung der Rotationsachse des Ringelementes (1) gegenüber der Basis (12) mit korrespondierenden Führungselementen (8) verschiebbar einstellbar ist und die Einzelelemente (1) des Ringelementes jeweils gleitfähige erhabene Abstandshalter (4) zu den zugeordneten Flächen der verbundenen Halteelemente (6A, 6B) des Grundelementes (6) aufweisen.
Ringgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Einzelelemente (1) des Ringelementes gegenüber dem Radkranz (5) jeweils über kardanische Verbindungselemente (9) verschwenkbar angeordnet ist.
Ringgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Permanentmagnete (2) in die Einzelelemente (1) des Ringelementes als Rotor im wesentlichen plan zur Außenfläche der Einzelelemente (1) angeordnet und eine äußere Schutzschicht für einen Korrosionsschutz aufweisen.
Ringgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Gleitschienen (13) an den Innenflächen der Halteelemente (6A, 6B) des Grundelementes (6) angeordnet sind, die mit den Abstandshaltern (4) der Einzelelemente (1) des Ringelementes korrespondieren.
Ringgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (12) mit ihrem Führungselement (8) für die zugeordnete Gleitbuchse (9) schwenkbar einstellbar angeordnet ist.
Ringgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeschacht (17) des Grundelementes (6) im Eintrittsbereich des Ringelementes (1) beidseitig angeordnete Führungsrollen (11) aufweist.
Ringgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeschacht (17) des Grundelementes (6) im Eintrittsbereich des Ringelementes (1) Schmutzabweiser (10) aufweist.
Ringgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zugeordneten Halteelemente (6A, 6B) des Grundelementes (1) zur Bildung des Aufnahmeschachtes (17) über eine Schraubverbindung (14, 15) im Abstand einstellbar ist.