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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen vollständigen Hochgeschwindigkeits-Magnetgeneratorsatz für eine Windkrafteinrichtung und insbesondere einen Generatorsatz, bei dem ein niedriger Widerstand während der Drehung der zum Antrieb des Generators dienenden Hauptwelle erzeugt wird, um somit die Effizienz der Windkrafterzeugung zu verbessern.
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Stand der Technik
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Das taiwanische Gebrauchsmuster TW M561728 U offenbart einen Windkraftgenerator mit Einzelpunkt-Magnetschwebestabilität und niedrigem Widerstand, bei dem eine Drehwelle in ein Gehäuse eingesetzt ist, die Innenumfangswand des Innenraums des Gehäuses mit mehreren Statoren und einem Plattenkörper versehen ist, mehrere zweite Magnete der Statoren ringförmig angeordnet sind, das obere Ende der Drehwelle mit einem dritten Magneten versehen ist, das untere Ende der Drehwelle eine Spitze bildet, ein Ventilator, ein Stromgenerator und mehrere Rotoren zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Drehwelle angeordnet sind, die Spitze in Kontakt mit dem Plattenkörper des Gehäuses steht, es sich bei den Rotoren um erste Magneten, deren Magnetpol gleich oder entgegengesetzt zu dem der zweiten Magneten ist, handelt und die Rotoren an den Positionen, die mit dem durch die zweiten Magneten gebildeten Ring korrespondieren, angeordnet sind. Dadurch, dass die Drehwelle durch die Abstoßungskraft oder die Anziehungskraft zwischen den ersten Magneten und den zweiten Magneten vertikal gehalten wird, ein vierter Magnet oberhalb des oberen Endes der Drehwelle angeordnet ist und die Magnetpole der gegenüberliegenden Flächen des vierten Magneten und des dritten Magneten entgegengesetzt sind, kann der vierte Magnet den dritten Magneten anziehen, wodurch das Gewicht der Drehwelle reduziert und somit ein niedriger Widerstand während der Drehung der Drehwelle erreicht wird.
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Die
DE 10 2014 119 257 B4 zeigt eine Stromerzeugungsvorrichtung mit einem Stromerzeugungsmechanismus, einem Getriebemechanismus mit zwei Getriebebaugruppen und einem Generator, wobei ein erstes Antriebsrad und ein zweites Antriebsrad synchron, aber gegenläufig, angetrieben werden, und wobei durch gleichpolige Magnetlagerung der Antriebswellen ein niedriger Widerstand erreicht werden kann.
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Windkraftanlagen mit Magnetlagern sind auch aus der
EP 1 207 299 A2 bekannt. Die DE 196 08 099 Cl offenbart magnetische Axiallager, die in Schwungrad-Energiespeicher eingesetzt sind. Schließlich zeigt MEINS, Jürgen: Elektromechanik. Teubner Studienbücher, 1997. S. 153 - 169 - DOI https://doi.org/10.007/978-3-322-89226-3_11 Magnetlager, die in Molekularpumpen eingesetzt sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetschwebegeneratorsatz bereitzustellen, bei dem der durch den Generatorsatz während des Betriebs erzeugte Reibungswiderstand weiter reduziert werden kann, um die Effizienz der Windkrafterzeugung stark zu verbessern. Der Generatorsatz ist für Windkraftanlagen oder die Stromerzeugung für Motoren mit geringer Leistung geeignet.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen vollständigen Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebegeneratorsatzes umfasst Folgendes: ein Gehäuse, das einen Innenraum aufweist; eine untere Magnetschwebehalterung, die auf der unteren Fläche des Innenraums angeordnet ist; eine obere Magnetschwebehalterung, die auf der oberen Fläche des Innenraums angeordnet ist; mehrere Magnetschwebelager, die im Innenraum in vertikaler Richtung oberhalb an unterschiedlichen mit den entsprechenden Magnetschwebehalterungen korrespondierenden Höhenpositionen angeordnet sind; eine Hauptwelle, die vertikal im Innenraum an den Magnetschwebelagern angeordnet ist, wobei das obere und das untere Ende der Hauptwelle jeweils mit der oberen Magnetschwebehalterung und der unteren Magnetschwebehalterung verbunden ist und sich das obere Ende der Hauptwelle vom Gehäuse nach außen erstreckt; einen Generator, der mehrere als Stator dienende Spulen und mindestens eine als Rotor dienende Drehscheibe umfasst, wobei die Spulen entlang des Umfangs der Hauptwelle fest im Gehäuse angeordnet und mit einer Stromübertragungsleitung verbunden sind und die mindestens eine Drehscheibe an der Hauptwelle befestigt und mit mehreren entlang ihres Umfangs angeordneten Induktionsmagneten versehen ist, wobei ein Induktionsstrom erzeugt und über die Stromübertragungsleitung ausgegeben wird, wenn die Induktionsmagneten relativ zu den Spulen gedreht werden; und eine Ventilatoreinheit, die mit der Hauptwelle verbunden ist, wobei die Hauptwelle durch die Drehung der Ventilatoreinheit zur Drehung angetrieben wird, wodurch die Drehscheibe des Generators zur Drehung angetrieben wird, um Strom zu erzeugen. Bei diesem Generatorsatz wird die Hauptwelle durch die Magnetschwebehalterungen und die Magnetschwebelager getragen, um diese den vertikalen Zustand zu halten, so dass der Reibungswiderstand bei der Drehung der Hauptwelle geringer als der des Standes der Technik ist, wodurch die Effizienz der Stromerzeugung verbessert wird.
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Vorzugsweise umfasst die untere Magnetschwebehalterung Folgendes: eine untere Drehscheibe, die am unteren Ende der Hauptwelle befestigt ist, wobei mehrere erste Magneten in und um die Mitte der unteren Fläche der unteren Drehscheibe angeordnet sind; und eine untere Befestigungsscheibe, die auf der Bodenfläche des Innenraums des Gehäuses befestigt ist, wobei mehrere zweite Magneten in und um die Mitte der oberen Fläche der unteren Befestigungsscheibe angeordnet sind. Die obere Magnetschwebehalterung umfasst Folgendes: eine obere Drehscheibe, die an der Hauptwelle befestigt ist, wobei mehrere zweite Magneten in und um die Mitte der oberen Fläche der oberen Drehscheibe angeordnet sind; und eine obere Befestigungsscheibe, die auf der oberen Fläche des Innenraums des Gehäuses befestigt ist, wobei mehrere erste Magneten in und um die Mitte der unteren Fläche der oberen Befestigungsscheibe angeordnet sind. Hierbei weisen die ersten Magneten und die zweiten Magneten den gleichen Magnetpol auf, sodass die obere Drehscheibe und die obere Befestigungsscheibe bzw. die untere Drehscheibe und die untere Befestigungsscheibe aufgrund der Abstoßung zwischen den ersten Magneten und den zweiten Magneten nicht in Kontakt kommen. Auf diese Weise dienen die Magnetschwebehalterungen dazu, das Gewicht der Hauptwelle in vertikaler Richtung schwebend zu tragen.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Ventilatoreinheit Ventilatorflügeln auf, wobei die Ventilatorflügel mit der Drehwelle verbunden sind, die Drehwelle mit einem Antriebskegelrad versehen ist, ein Abtriebskegelrad am oberen Ende der Hauptwelle angeordnet ist und das Antriebskegelrad mit dem Abtriebskegelrad in Eingriff steht, wobei, wenn die Ventilatorflügel gedreht werden, die Hauptwelle durch das Antriebskegelrad und das Abtriebskegelrad zur Drehung angetrieben wird, wodurch der Generator Strom erzeugt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine schematische Schnittansicht des Generatorsatzes eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine von unten gesehene Ansicht der Anordnung der auf der unteren Fläche der Drehscheibe befindlichen ersten Magneten gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt eine Draufsicht der Anordnung der auf der Befestigungsscheibe befindlichen zweiten Magneten gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Der erfindungsgemäße vollständige Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebegeneratorsatz kann so ausgelegt sein, dass er als Windgeneratorsatz geeignet ist. Das erste Ausführungsbeispiel umfasst ein einen Innenraum aufweisendes Gehäuse 1, wobei eine obere Magnetschwebehalterung 7 und eine untere Magnetschwebehalterung 2 jeweils auf der oberen Fläche und der unteren Fläche des Innenraums angeordnet sind, ein erstes Magnetschwebelager 3 und ein zweites Magnetschwebelager 6, die den gleichen Aufbau aufweisen, jeweils in unterschiedlichen Höhen entlang der vertikalen Richtung des Innenraums angeordnet sind und oberhalb der unteren Magnetschwebehalterung 2 vorgesehen sind, wobei die untere Magnetschwebehalterung 2 aus einer unteren Drehscheibe 21 mit mehreren ersten Magneten 2A und einer unteren Befestigungsscheibe 22 mit mehreren zweiten Magneten 2B besteht. Wie in 2 gezeigt, ist die untere Drehscheibe 21 ein kreisförmiger Scheibenkörper, wobei mehrere erste Magneten 2A in und um die Mitte der unteren Fläche der unteren Drehscheibe 21 angeordnet sind und die Mitte der oberen Fläche der unteren Drehscheibe 21 am unteren Ende der Hauptwelle 5 befestigt ist. Wie in 3 gezeigt, ist die untere Befestigungsscheibe 22 ebenfalls ein kreisförmiger Scheibenkörper, wobei mehrere zweite Magneten 2B in und um die Mitte der oberen Fläche der unteren Befestigungsscheibe 22 angeordnet sind und die ersten Magneten 2A und die zweiten Magneten 2B den gleichen Magnetpol aufweisen, wobei die untere Befestigungsscheibe 22 auf der Bodenfläche des Gehäuses 1 so befestigt ist, dass sie der unteren Drehscheibe 21 gegenüberliegt. Die obere Magnetschwebehalterung 7 besteht aus einer oberen Befestigungsscheibe 71 mit mehreren ersten Magneten 7Aund einer oberen Drehscheibe 72 mit mehreren zweiten Magneten 7B. In ähnlicher Weise ist die obere Befestigungsscheibe 71 ein kreisförmiger Scheibenkörper, wobei mehrere erste Magneten 7A in und um die Mitte der oberen Befestigungsscheibe 71 angeordnet sind und die obere Befestigungsscheibe 71 auf der inneren oberen Fläche des Gehäuses 1 befestigt ist. Die obere Drehscheibe 72 ist ebenfalls ein kreisförmiger Scheibenkörper, wobei mehrere zweite Magneten 7B in und um die Mitte der oberen Fläche der oberen Drehscheibe 72 angeordnet sind, die ersten Magneten 7A und die zweiten Magneten 7B den gleichen Magnetpol aufweisen und die obere Drehscheibe 72 an der Hauptwelle 5 befestigt ist und der oberen Befestigungsscheibe 71 benachbart ist und ihr gegenüberliegt.
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Das erste Magnetschwebelager 3 besteht aus einem ersten Stator 31 und einem ersten Rotor und ist oberhalb der unteren Drehscheibe 21 an der Hauptwelle 5 angeordnet, wobei der erste Stator 31 ein zylindrischer Körper ist und mehrere dritte Magneten 3A entlang des Innenumfangs des ersten Stators angeordnet sind. Der erste Stator 31 ist im Gehäuse 1 befestigt. Wie im Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt, ist der erste Stator 31 beispielsweise mittels einer Halterung 11 befestigt. Der erste Rotor besteht aus mehreren vierten Magneten 3B, wobei die mehreren vierten Magneten 3B entlang des Außenumfangs der Hauptwelle 5 angeordnet sind, die dritten Magneten 3A die vierten Magneten 3B umgeben und die dritten Magneten 3A und die vierten Magneten 3B den gleichen Magnetpol aufweisen. Daher kann, dadurch dass die am ersten Stator 31 angeordneten dritten Magneten 3A die an der Hauptwelle 5 angeordneten vierten Magneten 3B umgeben, die Hauptwelle 5 in seitlicher Richtung durch die gegenseitige Abstoßungskraft getragen werden. In ähnlicher Weise besteht das zweite Magnetschwebelager 6 aus einem zweiten Stator 61 und einem zweiten Rotor und ist unterhalb der oberen Drehscheibe 72 an der Hauptwelle 5 angeordnet, wobei der zweite Stator 61 ein zylindrischer Körper ist und mehrere dritte Magneten 6A entlang des Innenumfangs des zweiten Stators angeordnet sind. Der zweite Stator 61 ist im Gehäuse 1 befestigt. Wie im Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt, ist der zweite Stator 61 beispielsweise mittels einer Halterung im Gehäuse 1 befestigt. Der zweite Rotor besteht aus mehreren vierten Magneten 6B, wobei die mehreren vierten Magneten 6B entlang des Außenumfangs der Hauptwelle 5 angeordnet sind, die dritten Magneten 6A die vierten Magneten 6B umgeben und die dritten Magneten 6A und die vierten Magneten 6B den gleichen Magnetpol aufweisen. Daher kann, dadurch dass die am zweiten Stator 61 angeordneten dritten Magneten 5A die an der Hauptwelle 5 angeordneten vierten Magneten 6B umgeben, die Hauptwelle 5 in seitlicher Richtung durch die gegenseitige Abstoßungskraft getragen werden. Das heißt, die Hauptwelle 5 kann durch das zweite Magnetschwebelager 6 und das erste Magnetschwebelager 3, die jeweils am oberen Abschnitt und am unteren Abschnitt der Hauptwelle 5 angeordnet sind, in einem vertikalen Zustand gehalten werden.
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Ferner ist in der vorliegenden Erfindung ein Generator 4 an der Hauptwelle 5 zwischen dem ersten Magnetschwebelager 3 und dem zweiten Magnetschwebelager 6 angeordnet. Der Generator 4 weist vorzugsweise mehrere als Stator dienende Spulen 43 und zwei als Rotor dienende Drehscheiben auf. Die mehreren Spulen 43 sind fest entlang des Umfangs der Hauptwelle 5 im Gehäuse 1 angeordnet und mit einer Stromübertragungsleitung 40 verbunden. Die beiden Drehscheiben sind jeweils eine erste Drehscheibe 41 und eine zweite Drehscheibe 42, die auf gegenüberliegenden Seiten der Spulen 43 angeordnet und an der Hauptwelle 5 befestigt sind, wobei mehrere erste Induktionsmagneten 4A auf der unteren Fläche der ersten Drehscheibe 41 entlang ihres Umfangs und mehrere zweite Induktionsmagneten 4B auf der oberen Fläche der zweiten Drehscheibe 42 entlang ihres Umfangs angeordnet sind. Wenn die erste Drehscheibe 41 und die zweite Drehscheibe 42 zusammen mit der Hauptwelle 5 gedreht und somit die ersten Induktionsmagneten 4A und die zweiten Induktionsmagneten 4B relativ zu den Spulen 43 gedreht werden, wird ein Induktionsstrom erzeugt und über die Stromübertragungsleitung 40 ausgegeben. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Generator 4 auch mit nur einer Drehscheibe versehen sein, so dass bei der Drehung relativ zu den Spulen 43 weniger Strom erzeugt wird. Darüber hinaus kann der Generator 4 gemäß den tatsächlichen Anforderungen in mehrere Einheiten aufgeteilt sein, um mehr Strom zu erzeugen.
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Das obere Ende der Hauptwelle 5 erstreckt sich vom Gehäuse 1 nach außen und ist mit einer oberhalb und außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Ventilatoreinheit 8 verbunden, wobei die Ventilatoreinheit 8 als Energiequelle für den Generator 4 dient.
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Die Ventilatoreinheit 8 weist Ventilatorflügel 84 auf, wobei die Ventilatorflügel 84 mit einer Drehwelle 81 verbunden sind, die Drehwelle 81 durch ein drittes Magnetschwebelager 85 am Gehäuse 1 angeordnet ist, ein Antriebskegelrad 82 an einem Ende der Drehwelle 81 angeordnet ist und das Antriebskegelrad 82 mit dem Abtriebskegelrad 83 der Hauptwelle 83 in Eingriff steht. Der Aufbau des dritten Magnetschwebelagers 85 ist derselbe wie der des ersten Magnetschwebelagers 3 und des zweiten Magnetschwebelagers 6, d. h. das dritte Magnetschwebelager 85 besteht aus einem dritten Stator 851 und einem dritten Rotor. Der dritte Stator 851 ist ein zylindrischer Körper, wobei mehrere dritte Magneten 8A entlang des Innenumfangs des dritten Stators angeordnet sind. Der dritte Stator 851 ist am Gehäuse 1 befestigt. Wie im Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt, ist der dritte Stator 851 beispielsweise durch eine am Gehäuse 1 angeordnete Seitenhalterung befestigt. Der dritte Rotor besteht aus mehreren vierten Magneten 8B, wobei die mehreren vierten Magneten 8B entlang des Außenumfangs der Drehwelle 81 angeordnet sind, die dritten Magneten 8A die vierten Magneten 8B umgeben und die dritten Magneten 8A und die vierten Magneten 8B den gleichen Magnetpol aufweisen. Daher kann, dadurch dass die am ersten Stator 851 angeordneten dritten Magneten 8A die an der Drehwelle 81 angeordneten vierten Magneten 8B umgeben, die Drehwelle 81 in vertikaler Richtung durch die gegenseitige Abstoßungskraft getragen werden. Wenn daher die Ventilatorflügel 84 durch Windkraft zur Drehung angetrieben werden, wird die Hauptwelle 5 durch das Antriebskegelrad 82 und das Abtriebskegelrad 83 zur Drehung angetrieben, wodurch der Generator 4 in Betrieb gesetzt wird, um Strom zu erzeugen.
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Da das obere Ende und das untere Ende der Hauptwelle 5 während des Betriebs der Stromerzeugung jeweils durch die obere Magnetschwebehalterung 7 und die untere Magnetschwebehalterung 2 schwebend getragen werden und die Hauptwelle 5 in der Seitenrichtung durch das erste Magnetschwebelager 3 und das zweite Magnetschwebelager 6 schwebend getragen wird, ist die Hauptwelle 5 während des Drehvorgangs keiner mechanischen Reibung ausgesetzt, sodass der Reibungswiderstand im größtmöglichen Ausmaß reduziert werden kann und somit die Effizienz der Stromerzeugung verbessert wird.
