DE202014006608U1

DE202014006608U1 - Scheibengenerator

Info

Publication number: DE202014006608U1
Application number: DE202014006608.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2014-09-16
Anticipated expiration: 2024-08-07

Abstract

Scheibengenerator, insbesondere für Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse, zur Wandlung der durch den Wind erzeugten Bewegungsenergie in elektrische Energie, welcher in der horizontal drehenden Rotornabe geschützt integriert ist und dessen Scheibenrotor mit der Rotornabe fest verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass durch die feststehende Anordnung der Grundplatte 13 des Stators 4 am Fuß der Achslagerung 6, sowie der Platzierung des Scheibenrotors 3, in der Ebene unterhalb des Stators 4 und den Eisenkernspulen 5, durch geeignete Einrichtungen, hier mittels Distanzbolzen 9, um einen erforderlichen minimalen Luftspalt zwischen Scheibenrotor 3 und Stator 4 zu gewährleisten und durch die Magnetkraft 18, der Dauermagneten 10 des Scheibenrotors 3, die Gewichtskraft 17 des Scheibenrotors 3 und die des Windrotors 7 teilweise, bzw. gesamt aufgehoben wird.

Description

Bei Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse wird im allgemeinen von der Achse und einer Übersetzung ein dezentral angeordneter externer Generator, zur Wandlung der durch den Wind erzeugten Bewegungsenergie in elektrische Energie, angetrieben.
Auch Konstruktionen mit Übersetzungsgetriebe werden hierfür eingesetzt und sind in der Regel sehr aufwändig, um hier eine leichtgängige sowie eine verlustarme Übersetzung mit befriedigender Ausgangsleistung und Lebensdauer zu gewährleisten.
Da alle bekannten Bauformen von Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse und ihrer relativ geringen Umdrehungsfrequenz auf Winddruckschwankungen sehr empfindlich reagieren, ist hier absolute Leichtgängigkeit und bestes Ansprechverhalten ohne kraftraubende Übersetzung mit ihren zusätzlichen Lagerungen von größter Bedeutung.
Um Übersetzungen, Umlenkungen und ihre zusätzlichen Lagerungen, einschließlich der Lagerung des externen Generators einzusparen, wird erfindungsgemäß ein Scheibengenerator mit größtmöglichem Durchmesser, direkt an der vertikalen Achslagerung des Rotors der Windkraftanlage, innerhalb der Rotornabe geschützt integriert.
Das Problem von flachen Generatoren in der geforderten Größe ist hier, zu einem das hohe Gewicht des Rotors, deren Rundlaufgenauigkeit bei einem geforderten Leichtgewicht des Generators und die Einhaltung eines minimalen Luftspalt, wie z. B. bei einem mit radial angeordneten Dauermagneten bestückten Rotor zu dem Stator. Ein vergrößerter Luftspalt bedeutet immer, dass dies für einen Generator zur Leistungseinbuße führt.
Diese Problematik wird mit den in den Schutzansprüchen 1–5 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Hierzu wird der Scheibengenerator 1, hier Scheibenrotor 3 und Stator 4 mit der Grundplatte 13, innerhalb der Rotornabe 2 des Windrotors 7 geschützt, horizontal in zwei Ebenen eingebaut.
Da bei dieser wie oben beschriebenen horizontalen Anordnung des Scheibengenerators 1 innerhalb der Rotornabe 2, die gleiche vertikale Achslagerung 6 sowohl für den Windrotor 7, wie auch für den Scheibengenerator 1 genutzt wird, entfallen jegliche zusätzliche Übertragungselemente sowie deren Lagerungen und/oder Übersetzungen für einen externen Generator.
In der vorgenannten Anordnung wird die Grundplatte 13 des Stators 4 am Fuß der vertikalen Achslagerung 6 des Windrotors 7 feststehend montiert. Der Scheibenrotor 3 des Scheibengenerators 1, mit seinem größeren Außendurchmesser, wird an der Nabentragplatte 8 mittels Distanzbolzen 9 unterhalb des Stators 4 montiert. Mit diesen Distanzbolzen 9 kann der Abstand zwischen dem Scheibenrotor 3 und dem Stator 4 bestimmt und so auf einen minimierten Luftspalt 15 eingestellt werden, wodurch eine hohe Effizienz des Scheibengenerators 1 erreicht werden kann.
Wegen dieser erfindungsgemäß vorteilhaften Anordnung von Scheibenrotor 3 und Stator 4 des Scheibengenerators 1 in zwei Ebenen, wirkt der mit Dauermagneten 10 bestückte Scheibenrotor 3 mit der Magnetkraft 18 dem Stator 4, mit dessen Eisenkernspulen 5, in der darüberliegenden Ebene entgegen. Hierdurch kann, je nach Abstimmung, die natürliche Gewichtskraft 17 des gesamten Windrotors 7 mit dem Scheibenrotor 3, des Scheibengenerators 1, vollständig aufgehoben werden. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die axiale Belastung der vertikalen Achslagerung 6 des Windrotors 7 auf ein Minimum reduziert wird.
Durch die Anordnung einer möglichst hohen Anzahl Dauermagnete 10, in radialer Winkelenteilung 11 auf der planebenen Fläche 16 des Scheibenrotors 3, ist sichergestellt, daß schon bei geringer Drehzahl eine hohe Induktionsfregenz erzeugt werden kann.
Auf der Grundplatte 13 des Stators 4, in der darüber liegenden zweiten Ebene des Scheibengenerators 1, erfolgt ebenfalls eine radiale Winkeleinteilung 14 zur Aufnahme der Eisenkernspulen 5, welche jedoch von derer der Dauermagneten 10 auf dem Scheibenrotor 3 abweicht. Hierdurch wird erreicht, dass durch die ungleiche radiale Anordnung, Eisenkernspulen 5 des Stators 4 zu Dauermagneten 10 des Scheibenrotors 3, sich jeweils nur wenige gleichzeitig in gleicher Position gegenüber stehen und dadurch das sogenannte Rastmoment weitestgehend aufgehoben wird.
Eine weitere Lösung, das sogenannte Rastmoment eines üblichen Generators zu verringern, ist in Schutzanspruch 3 dargestellt. Durch die Anordnung der Dauermagnete 10 auf/in dem Scheibenrotor 3, mit einem jeweiligen exzentrischen Versatz 12, wird dieses Rastmoment fast vollständig aufgehoben.
Dieses ist bei Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse als Langsamläufer, da sich hierdurch das Ansprechverhalten verbessert von besonderem Vorteil.
Der exzentrische Versatz 12 bei der Anordnung der Dauermagneten 10 des Scheibenrotors 3 kann sowohl hier als auch bei der Anordnung der Eisenkernspulen 5 des Stators 4, oder auch gleichermaßen angewendet werden.
In dieser vorbeschriebenen horizontalen Anordnung ist auch der entsprechend erforderliche Luftspalt 15, zwischen dem Scheibenrotor 3 und dem Stator 4, problemlos einzuhalten, wodurch eine hohe Effizienz des Scheibengenerators 1 erreicht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1–4 erläutert. Es zeigen:
1 den eingebauten Scheibengenerator,
2 den eingebauten Scheibengenerator in einem Windrotor von oben,
3 den Rotor des Scheibengenerators,
4 den Stator des Scheibengenerators.
In den 1 und 2 ist der Scheibengenerator 1 mit dem Scheibenrotor 3 und dem Stator 4 dargestellt.
In der 1 ist der Scheibengenerator 1 in horizontaler Ansicht, teilweise im Schnitt, innerhalb der Rotornabe 2 dargestellt. Am/mit dem Fuß der vertikalen Achslagerung 6 ist der Stator 4 verschraubt. Der Scheibenrotor 3 ist mittels Distanzbolzen 9 mit der Nabentragplatte 8 drehbar, unterhalb des Stators 4, verbunden. Mit der Grundplatte 13 des Stators 4 sind die Eisenkernspulen 5 fest verbunden. Mit den Distanzbolzen 9 kann der erforderliche minimale Luftspalt 15 zwischen dem Scheibenrotor 3, mit den auf der planebenen Fläche 16 befindlichen Dauermagneten 10 und dem Stator 4 des Scheibengenerators 1 bestimmt/eingestellt werden.
Hier sind weiterhin die auftretenden Kräfte der Gewichtskraft 17 und die, den Eisenkernspulen 5 des Stators 4 entgegen wirkende Magnetkraft 18 des Scheibenrotors 3 dargestellt.
In der 2 ist in der Draufsicht des Windrotors 7 mit vertikaler Achslagerung 6, einer Ausführungsvariante mit fünf Schalenflügeln, in dessen Rotornabe 2 verdeckt und geschützt, der Scheibengenerator 1 integriert dargestellt.
3 zeigt den Scheibenrotor 3 mit der Anordnung der Dauermagneten 10 in der radialen Winkeleinteilung 11 auf der planebenen Fläche 16 des Scheibenrotors 3 und deren exzentrischer Versatz 12.
In 4 ist die radiale Winkeleinteilung 14 der Eisenkernspulen 5 auf der Grundplatte 13 des Stators 4 dargestellt.

Claims

Scheibengenerator, insbesondere für Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse, zur Wandlung der durch den Wind erzeugten Bewegungsenergie in elektrische Energie, welcher in der horizontal drehenden Rotornabe geschützt integriert ist und dessen Scheibenrotor mit der Rotornabe fest verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass durch die feststehende Anordnung der Grundplatte 13 des Stators 4 am Fuß der Achslagerung 6, sowie der Platzierung des Scheibenrotors 3, in der Ebene unterhalb des Stators 4 und den Eisenkernspulen 5, durch geeignete Einrichtungen, hier mittels Distanzbolzen 9, um einen erforderlichen minimalen Luftspalt zwischen Scheibenrotor 3 und Stator 4 zu gewährleisten und durch die Magnetkraft 18, der Dauermagneten 10 des Scheibenrotors 3, die Gewichtskraft 17 des Scheibenrotors 3 und die des Windrotors 7 teilweise, bzw. gesamt aufgehoben wird.
Scheibengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete 10 auf/in dem Scheibenrotor 3 in radialer Winkeleinteilung 11 angeordnet sind.
Scheibengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete 10 auf/in dem Scheibenrotor 3 mit einem jeweiligen exzentrischen Versatz 12 angeordnet sind.
Scheibengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Winkeleinteilung 14, auf der Grundplatte 1 des Stator 4, der radialen Winkeleinteilung 11, auf dem Scheibenrotor 3, abweicht.
Scheibengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der exzentrische Versatz 12, der Dauermagnete 10 auf/in dem Scheibenrotor, sowohl hier als auch bei der Anordnung der Eisenkernspulen 5, auf der Grundplatte 13 des Stators 4, bzw. auch gleichzeitig, angewendet werden kann.