DE102014103584A1

DE102014103584A1 - Homopolar machine

Info

Publication number: DE102014103584A1
Application number: DE102014103584.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Wetzel; Gerd Schlüter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-17
Also published as: WO2015139687A1

Abstract

Homopolarmaschine (10) mit einem an einem Träger (20) befestigten als Torus ausgebildeten Stator mit einer um einen ersten Eisenrückschluss (30) radial gewickelten Erregerwicklung (40) und einem um den Stator konzentrisch drehbar gelagerten, als hohler Ringtorus ausgebildeten Rotor, der den Stator unter Ausbildung eines den Träger (20) aufnehmenden Schlitzes umgreift, wobei die Innenfläche des Rotors mit auf einem zweiten Eisenrückschluss (50) angeordneten gleichausgerichteten Dauermagneten (60) ausgekleidet ist, deren einer Pol der Erregerwicklung (40) des Stators zugewendet ist.Homopolar machine (10) with a fixed to a support (20) designed as a torus stator with a first iron yoke (30) radially wound exciter winding (40) and a concentric rotatably mounted around the stator, designed as a hollow ring torus rotor, the stator forming a slit receiving the carrier (20), wherein the inner surface of the rotor is lined with equi-rectified permanent magnets (60) arranged on a second iron yoke (50), one pole of which is turned towards the exciter winding (40) of the stator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Homopolarmaschine. The invention relates to a homopolar machine.

Homopolarmaschinen sind allgemein als elektrische Maschinen zur Erzeugung eines hohen Gleichstroms mit niedriger Spannung bekannt. Homopolar machines are generally known as electrical machines for generating a high DC voltage with low voltage.

Insbesondere ist aus der DE 101 64 435 A1 eine Homopolarmaschine mit zwei ferromagnetischen Mantelfeld-Kernhälften bekannt, welche über einen diese trennenden Luftspalt hinweg ein gemeinsames magnetisches Mantelfeld führen, wobei der mit dem Mantelfeld wechselwirkende Gleichstrom über die jeweiligen Polflächen der Kernhälften geführt wird. In particular, from the DE 101 64 435 A1 a homopolar machine with two ferromagnetic cladding core halves known, which lead across a separating air gap, a common magnetic cladding field, wherein the interacting with the cladding field direct current is passed over the respective pole faces of the core halves.

Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist der durch die Bauart bedingte niedrige Leistungsabgabe. A disadvantage of this configuration is the low power output due to the type.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Homopolarmaschine mit einem höheren Leistung zu schaffen. The object of the invention is therefore to provide a homopolar machine with a higher performance.

Diese Aufgabe wird durch die Homopolarmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder. This object is achieved by the homopolar machine with the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, einen Innentorus, der auf seiner Oberfläche eine Erregerwicklung aufweist, mit einem drehbar zu diesem angeordneten Außentorus einzuhüllen, der auf seiner Innenfläche Dauermagnete aufweist, wobei Erregerwicklung und Dauermagnete durch einen Luftspalt getrennt sich gegenüberliegend angeordnet sind. Derart ausgebildet kann ein gleichförmiges Induktionsfeld über nahezu die gesamte um den Toruszylinderquerschnitt gewickelte Erregerwicklung erreicht werden. The basic idea of the invention is to envelop an inner torus, which has an excitation winding on its surface, with an outer torus arranged rotatably therewith, which has permanent magnets on its inner surface, wherein the exciter winding and permanent magnets are arranged separated from one another by an air gap. Thus formed, a uniform induction field can be achieved over almost the entire field winding wound around the torus cylinder cross section.

Die Homopolarmaschine weist einen an einem Träger befestigten als Torus ausgebildeten Stator auf, der mit einer um einen ersten Eisenrückschluss radial gewickelten Erregerwicklung versehen ist Diesen Stator weitestgehend umgreifend ist ein als hohler Ringtorus ausgebildeter Rotor vorgesehen, der um den Stator konzentrisch drehbar gelagert ist. Damit der Rotor um den Stator frei drehen kann weist der als hohler Ringtorus ausgebildete Rotor einen den Rotor umlaufenden Schlitz auf, in dem der den Stator haltenden Träger angeordnet ist. The homopolar machine has a stator, which is designed as a torus and attached to a carrier, which is provided with an exciter winding wound radially around a first iron yoke. A rotor designed as a hollow ring torus, which is mounted concentrically rotatable about the stator, is provided around this stator. So that the rotor can rotate freely about the stator, the rotor designed as a hollow ring torus has a slot encircling the rotor, in which the carrier holding the stator is arranged.

Erfindungsgemäß ist schließlich die Innenfläche des Rotors mit auf einem zweiten Eisenrückschluss angeordneten gleichausgerichteten Dauermagneten ausgekleidet, deren einer Pol der Erregerwicklung des Stators zugewendet ist. Finally, according to the invention, the inner surface of the rotor is lined with equi-rectified permanent magnets arranged on a second iron yoke, one pole of which is turned towards the excitation winding of the stator.

Bevorzugt ist eine Windenergieanlage mit einer derartig ausgebildeten Homopolarmaschine vorgesehen, wobei der Rotor der Homopolarmaschine als Rotorblätter tragende Nabe einer Windenergieanlage ausgebildet oder mit dieser verbunden ist. Preferably, a wind turbine is provided with such a homopolar machine, wherein the rotor of the homopolar engine is designed as a rotor blades bearing hub of a wind turbine or connected thereto.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Pumpspeicherwerk mit einer als Fördermittel ausgebildeten Homopolarmaschine vorgesehen. Speziell ist der Rotor der für das Pumpspeicherwerk eingerichteten Homopolarmaschine unter Ausbildung einer archimedischen Schraube bzw. Wasserkraftschnecke mit einer Wasser befördernden Förderschnecke verbunden. According to a further preferred embodiment, a pumped storage plant is provided with a Homopolarmaschine designed as a conveyor. Specifically, the rotor of the homopolar machine set up for the pumped storage plant is connected to a water-conveying screw conveyor to form an Archimedean screw or hydrodynamic screw.

Schließlich ist auch ein Unterdruckspeicher mit einer zur Speicherung von Energie Unterdruck und bei Abbau des Unterdrucks Energie erzeugenden Homopolarmaschine vorgesehen. Finally, a vacuum reservoir is provided with a for storing energy negative pressure and reducing the negative pressure energy Homopolarmaschine.

Das Pumpspeicherwerk und der Unterdruckspeicher sind besonders bevorzugt Bestandteil einer Windenergieanlage, insbesondere einer Offshore-Windenergieanlage, wobei das Pumpspeicherwerk bzw. der Unterdruckspeicher im Turm der Windenergieanlage angeordnet sind und als Speichermedium Meerwasser verwendet wird. The pumped storage power plant and the vacuum reservoir are particularly preferably part of a wind energy plant, in particular an offshore wind energy plant, wherein the pumped storage power plant or the vacuum reservoir are arranged in the tower of the wind turbine and seawater is used as the storage medium.

Die Erfindung wird anhand eines in der einzigen 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is based on one in the single 1 illustrated embodiment illustrated.

1 zeigt den schematischen Aufbau einer Homopolarmaschine nach der Erfindung. 1 shows the schematic structure of a homopolar machine according to the invention.

Die Homopolarmaschine 10 weist einen an einem Träger 20 befestigten Stator auf, wobei der Träger 20 – insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Homopolarmaschine 10 in einer Windenergieanlage – beispielsweise als Turm ausgebildet sein kann. The homopolar machine 10 has one on a carrier 20 attached stator, the carrier 20 - Especially when using the Homopolarmaschine invention 10 in a wind turbine - may be formed, for example, as a tower.

Der Stator ist – wie in 1 angedeutet – als Torus ausgebildet und weist einen innenliegenden Eisenrückschluss 30 und um diesen radial verlaufende Leitungen einer Erregerwicklung 40 auf. Die Erregerwicklung 40 verläuft also – ähnlich bei in der Weihnachtszeit gebundenen Kränzen – in der Papierebene um den gezeigten Torusquerschnitt herum, wobei im Bereich der Anbindung des Stators zum Träger 20 durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge getragen werden muss, dass die Wicklung fortgesetzt werden kann. Im Bereich dieser Anbindung erfolgen auch die Ableitung der Erregerwicklung 40 durch den Träger 20 bzw. Turm und der Anschluss an einen Verbraucher. The stator is - as in 1 indicated - designed as a torus and has an internal iron yoke 30 and around these radially extending lines of a field winding 40 on. The excitation winding 40 Thus, similar to Christmas wreaths tied in the Christmas period, the paper plane around the Torusquerschnitt shown, in the area of the connection of the stator to the carrier 20 appropriate measures must be taken to ensure that the winding can continue. In the area of this connection, the derivative of the exciter winding also takes place 40 through the carrier 20 or tower and the connection to a consumer.

Den Stator nahezu vollständig umgreifend ist nun der Rotor um die mit dem Stator gemeinsame Achse drehbar angeordnet. Der Rotor ist als Hohlmantel ausgebildet und weist einen Außen liegenden Eisenrückschluss 50 und eine innenliegende, die Innenfläche des Rotors auskleidende Schicht von identisch ausgerichteten Permanentmagneten auf, deren Pole in Bezug auf den gemeinsamen Mittelpunkt des von den Tori gebildeten Zylinderquerschnitts radial ausgerichtet sind und der Erregerwicklung 40 des Stators durch einen Luftspalt getrennt gegenüberliegen. Almost completely surrounding the stator, the rotor is now rotatably arranged about the axis which is common with the stator. The rotor is as Hollow shell formed and has an outer iron yoke 50 and an inner, inner rotor surface lining layer of identically aligned permanent magnets whose poles are radially aligned with respect to the common center of the cylinder cross section formed by the tori and the field winding 40 of the stator separated by an air gap.

Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines gleichförmigen Induktionsfelds und eine gegenüber den bekannten Maschinen erreichte Leistungssteigerung. Advantage of the present invention is to provide a uniform induction field and achieved over the known machines performance increase.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10164435 A1 [0003]

Claims

Homopolar machine ( 10 ) with - one on a support ( 20 ) fastened as a torus stator with a to a first iron yoke ( 30 ) radially wound exciter winding ( 40 ) and - a concentrically rotatably mounted around the stator, designed as a hollow ring torus rotor, the stator to form a support ( 20 ) receiving slot, wherein the inner surface of the rotor with on a second iron yoke ( 50 ) arranged identically aligned permanent magnets ( 60 ) is lined, one pole of the exciter winding ( 40 ) of the stator is turned.

Wind energy plant with a homopolar machine ( 10 ) according to claim 1, wherein the rotor of the homopolar machine ( 10 ) is formed as a rotor blades supporting hub of a wind turbine or connected thereto.

Pumped storage plant with a homopolar machine designed as a conveyor ( 10 ) according to claim 1.

Pumped storage plant according to claim 3, characterized in that the rotor of the homopolar engine ( 10 ) is connected to form a Archimedean screw or water screw with a water-conveying screw conveyor.

Vacuum accumulator having a homopolymer for generating energy negative pressure and reducing the negative pressure energy ( 10 ) according to claim 1.