DE202015006632U1 - Coaxial generator for a turbine - Google Patents

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Abstract

Generator für eine Turbine dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor einer Turbine, (1), ein für hohe Drehzahlen geeignetes, koaxiales geschlossenes Halbach-Array eingebaut ist, dessen äusserer Magnetkreis, (3), bestehend aus Magnetsegmenten mit seinen polbildenden Magneten, (3.5) und (3.2) mit dem inneren Magnetkreis, bestehend aus einer Magnetwelle, (4.1) in der die Magnetkeile, (4.3) und (4.4) durch die Bauform der Magnetkeile und der Magnetwelle gegen, im Betrieb auftretende Fliehkräfte gesichert, montiert sind, deren Magnetanordnnung demontierbar ist um bei Bedarf Magnete zu ersetzen, bzw. zu remagnetisieren und dass im feststehenden Bereich des Turbinengehäuses, (10), eine aus beliebig verbindbaren oder abgreifbaren Spulensegmenten bestehende, auf einem Spulenhalter verklebte Spulenanordnung, (11 bis 13), die auf einer Ringplatine befestigt ist, deren Spulensegmente sich mit Ihren Strangteilen, innerhalb des Induktionsbereiches befinden, deren Umkehrbereiche jedoch ausserhalb des Induktionsbereiches in einer dielektrischen Umgebung befinden mit dem Generatorgehäuse verbunden ist.Generator for a turbine characterized in that in the rotor of a turbine, (1), a suitable for high speeds, coaxial closed Halbach array is installed, whose outer magnetic circuit, (3) consisting of magnetic segments with its polbildenden magnet, (3.5) and (3.2) with the inner magnetic circuit, consisting of a magnetic shaft, (4.1) in which the magnetic wedges, (4.3) and (4.4) secured by the design of the magnetic wedges and the magnetic shaft against centrifugal forces occurring during operation, mounted their Magnetanordnnung can be dismantled to replace if necessary magnets or to remagnetize and that in the fixed area of the turbine housing, (10) consisting of any connectable or tappable coil segments, glued on a coil holder coil assembly (11 to 13), on a ring circuit board is attached, the coil segments are with your strand parts, within the induction range, but the reversal areas outside de s induction range in a dielectric environment are connected to the generator housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Bauform eines lagerlosen Generators,/Motors vorzugsweise geeignet zum Einbau in eine Turbine, nach der in der DP 44 40 241 C1 und in der GMA 20 2014 0039 beschriebenen Turbine der mit einer mechanischen Lagerung bekannter Bauart versehen, auch als extern angetriebene,/anzutreibende Einheit einsetzbar ist.The invention relates to a new design of a bearingless generator, / motor preferably suitable for installation in a turbine, according to the described in the DP 44 40 241 C1 and GMA 20 2014 0039 turbine provided with a mechanical bearing known type, also as external driven, / driven unit can be used.

Zweck der Erfindung ist die Darstellung einer neuen Generatoren-, Motorenbauform, die über einen weiten Drehzahlbereich gefahren werden kann und deren eisenloses Spulensystem über ein geschlossenes Magnetsystenm, (Erweiterung des seit 1985 bekannten Halbach-Arrays), angeregt wird. Die Spulensegmente des Generators,/Motors sind beliebig abgreifbar oder untereinander zu beliebigen Spulenkonfigurationen kombinierbar.The purpose of the invention is the representation of a new generators, engine design, which can be driven over a wide speed range and their ironless coil system via a closed Magnetsystenm, (extension of the known since 1985 Halbach array) is excited. The coil segments of the generator / motor can be tapped arbitrarily or combined with one another to form any desired coil configurations.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine, einfach herstellbare, auch für hohe Drehzahlen geeignete, mechanisch stabile, eisenlose Generatoren-/Motorbauform anzugeben, deren Erregerspule innerhalb eines koaxialen Arrays von Erregermagneten modular aufgebaut ist und die einfach herstellbar und variabel beschaltbar ist. Das Magnetsystem soll zur Remagnetisierung demontierbar sein.The object of the invention is to provide a, easy to produce, suitable for high speeds, mechanically stable, ironless generator / motor design, the excitation coil is constructed modularly within a coaxial array of excitation magnets and which is easy to manufacture and variably connected. The magnet system should be removable for remagnetization.

Die erfindungsgemässe Lösung soll bei gleichem Bauschema nahezu beliebig klein oder gross herstellbar sein und die Anzahl der wirksamen Magnetpole ebenso wie die Anzahl der Wicklungsschleifen auf die Leistungsanforderungen anpassbar sein.The solution according to the invention should be nearly as small or large as possible with the same construction scheme and the number of effective magnetic poles as well as the number of winding loops should be adaptable to the power requirements.

Des weiteren soll die erfindungsgemässe Lösung die Herstellung von Generatoren, unterschiedlicher Leistung durch die Änderung der Baulänge der Magnetarrays bei gleichen Querschnittsabmessungen ermöglichen.Furthermore, the inventive solution should allow the production of generators, different performance by changing the length of the magnet array with the same cross-sectional dimensions.

Mehrpolige Permanentmagnetwellen und -ringe zur Herstellung von Elektromotoren und Generatoren sind aus der DE 66 03 272 sowie der 36 22 459 bekannt. Bekannt sind ausserdem sogenannte Halbach-Arrays durch die Schrift von K. Halbach „Permanent Magnet undulators, Journal de Physique Coloque C1, supplement au No 2 Tone 44, Februar 1983 Seite C1–211 .Multi-pole permanent magnet shafts and rings for the production of electric motors and generators are from DE 66 03 272 as well as the 36 22 459 known. Also known are so-called Halbach arrays by the Writing by K. Halbach "Permanent Magnet undulators, Journal de Physique Coloire C1, supplement au No 2 Tone 44, February 1983 page C1-211 ,

In der US 5280209 ist eine ähnliche Magnetanordnung beschrieben und dargestellt und beschrieben. In der US 725470 ist eine ähnliche Magnetanordnung in Form eines koaxialen Halbach-Arrays beschrieben, die als Kupplung verwendet wird. In der Veröffentlichung des Helmholtz Zentrums Berlin: „Permanent Magnets including Wigglers ans Undulators”, Johannes Bahrdt 20.–22.6.2009 ist auf Seite 31 ebenfalls eine ähnliche Magnetanordnung abgebildet. Der Einsatz von Halbach-Arrays für Generator-Anwendungen ist zum Beispiel aus der DE 103 61 378 , der CH 705 833 oder der DE 10 2004 017 157 und anderen bekannt. In der DE 10 210 054 170 und anderen Schutzrechtsanmeldungen dieses Anmelders ist ein koaxiales Halbach-Array beschrieben.In the US 5280209 a similar magnet arrangement is described and illustrated and described. In the US 725470 a similar magnet arrangement in the form of a coaxial Halbach array is described, which is used as a coupling. In the publication of the Helmholtz Zentrum Berlin: "Permanent Magnets including Wigglers ans Undulators", Johannes Bahrdt 20.-22.6.2009 On page 31 is also shown a similar magnet arrangement. The use of Halbach arrays for generator applications is for example from the DE 103 61 378 , of the CH 705 833 or the DE 10 2004 017 157 and others known. In the DE 10 210 054 170 and other patent applications of this applicant, a coaxial Halbach array is described.

Nachteille der vorgenannten Lösungen sind, daß Sie zum einen für überwiegend statische Anwendungen vorgesehen sind und zum andern mangels geeigneter Sicherung der Magnete gegen herausschleudern bei hohen Drehzahlen, bzw. auftretenden mechanisch/akustischen Schwingungen nicht gesichert sind und dass in den Veröffentlichungen keine Remagnetisierung der verwendeten Permanentmagnete vorgesehen ist.Schwiering the above solutions are that they are intended for a predominantly static applications and the other for lack of adequate security of the magnets against ejection at high speeds, or occurring mechanical / acoustic vibrations are not secured and that in the publications no remagnetization of the permanent magnets used is provided.

Der Aufbau des Generators ist nachfolgend beschrieben und anhand von Beispielen in einer Übersicht und in aufeinanderfolgenden Ausschnitten dargestellt.The structure of the generator is described below and illustrated by examples in an overview and in successive sections.

1 bis 3 zeigen Skizzen in unterschiedlichen Detaillierungsgraden zur Übersicht über das Generatorsystem im Zusammenhang mit der Turbine. 1 to 3 show sketches in different degrees of detail to the overview of the generator system in connection with the turbine.

4 bis 9 zeigen Details zum Aufbau und der Funktion des Generatorsystems. 4 to 9 show details on the structure and function of the generator system.

10 zeigt die Montagebasis der Spulen. 10 shows the mounting base of the coils.

11 bis 13 zeigen drei Varianten der Spulen, die in Verbindung mit dem beschriebenen Generator-Magnetsystem einsetzbar sind. 11 to 13 show three variants of the coils that can be used in conjunction with the generator magnet system described.

1 zeigt den aufgeschnittenen Turbinenrotor, (9.1), einer Turbine, nach DP 44 40 241 C1 bzw. GMA 20 2014 0039, in welchen ein ebenfalls koaxial angeordneter Generator integriert ist. 1 shows the cutaway turbine rotor, ( 9.1 ), a turbine, according to DP 44 40 241 C1 and GMA 20 2014 0039, in which a likewise coaxially arranged generator is integrated.

Der erfindungsgemässe Generator besteht aus zwei Baugruppen.The inventive generator consists of two modules.

Die erste Baugruppe, als Magnetbaugruppe bezeichnet, ist mit dem Turbinenrotor, (9.1), gekoppelt und besteht aus dem Generatorgehäuse, (1), in welches das Magnetarray, (3), im Detail die Magnetsegmente, (3.1) und (3.3), eingebaut sind und der Magnetwelle, (4.1), welche in der Deckelverschraubung, (2.2), mittels eines Kegelsitzes und der Mutter, (4.13), befestigt ist.The first assembly, referred to as a magnet assembly, is connected to the turbine rotor, 9.1 ), and consists of the generator housing, ( 1 ) into which the magnet array, ( 3 ), in detail the magnet segments, ( 3.1 ) and ( 3.3 ), and the magnetic shaft, ( 4.1 ), which in the cover screw, ( 2.2 ), by means of a conical seat and the nut, ( 4.13 ), is attached.

Die in diesen generator verwendeten Permanentmagnete bestehen vorzugsweise aus Neodym-Eisen-Borid oder Kobalt-Samarium. Die Oberflächen der einzelnen Magnete sind zum Schutz der Oberflächen gegen Oxydation galvanisch verzinkt, phosphatiert oder gebondert, was eine Variante der Phosphatierung ist.The permanent magnets used in this generator are preferably made of neodymium-iron-boride or cobalt-samarium. The surfaces of the individual magnets are galvanized, phosphated or bonded to protect the surfaces against oxidation, which is a variant of the phosphating.

Die Deckelverschraubung, (2.2), ist in den Turbinenrotor, (9.1) eingeschraubt oder, zum Beispiel in einer Serienfertigung, Bestandteil desselben. In der Deckelverschraubung, (2.2), ist in einer Ringnut ein Einsatz, hergestellt aus einem dielektrischen Werkstoff mit geringer dielektrischer Dämpfung, (2.3), eingebaut, der die Übertragung von Wirbelströmen aus dem Umkehrbereich, (6.3), der Spulensegmente auf das Rotorsystem verhindert und die Kühlluft vom inneren auf den äusseren Luftspalt führt. The cover screw, ( 2.2 ), is in the turbine rotor, ( 9.1 ) or, for example, in a series production, part of the same. In the cover screw connection, ( 2.2 ), is in an annular groove an insert, made of a dielectric material with low dielectric damping, ( 2.3 ), which incorporates the transmission of eddy currents from the reverse domain, 6.3 ), which prevents coil segments on the rotor system and guides the cooling air from the inner to the outer air gap.

Auf der, der Deckelverschraubung, (2.2), gegenüberliegenden Seite des Rotors ist eine Ringmutter, (2.4), die das Generatorgehäuse, (1), mit dem Magnetarray, (3), fixiert.On the, the cover screw, ( 2.2 ), opposite side of the rotor is a ring nut, ( 2.4 ), the generator housing, ( 1 ), with the magnet array, ( 3 ), fixed.

Die radiale Kopplung des Magnetarrays gegenüber dem Rotor erfolgt durch Mitnehmer in der Innen- und Aussenkontur des Generatorgehäuses, (1), im gezeigten Beispiel als Mitnehmerstifte, (1.3), dargestellt, welche zur Hälfte in Längsnuten, (1.1), und (1.2), des Innen- und Aussendurchmessers des Generatorgehäuses und mit der anderen Hälfte in Längsnuten, (9.4). des Turbinenrotors und einem Teil der Magentsegmente, (3.1), und (3.5), montiert sind. In einer Serienfertigung wird das Generatorgehäuse, (1), zusammen mit den Mitnehmern, (1.3) und (1.4), als Feingussteil hergestellt, wobei die Mitnehmerstrukturen auch eine andere Form besitzen können.The radial coupling of the magnet array relative to the rotor takes place by means of drivers in the inner and outer contour of the generator housing, 1 ), in the example shown as driving pins, ( 1.3 ), which are half in longitudinal grooves, ( 1.1 ), and ( 1.2 ), the inner and outer diameter of the generator housing and with the other half in longitudinal grooves, ( 9.4 ). of the turbine rotor and a part of the magent segments, ( 3.1 ), and ( 3.5 ) are mounted. In a mass production, the generator housing, ( 1 ), together with the drivers, ( 1.3 ) and ( 1.4 ), manufactured as precision casting, wherein the driver structures may also have a different shape.

In der Magnetwelle, (4.1), sind Permanentmagnetprofile, (4.51), montiert, die durch das Lüfterrad, (4.5), mittels der Schraube, (4.51), gegen die Deckelverschraubung, (2.2), fixiert sind.In the magnetic wave, ( 4.1 ), are permanent magnet profiles, ( 4:51 ), mounted by the fan wheel, ( 4.5 ), by means of the screw, ( 4:51 ), against the cover screw, ( 2.2 ), are fixed.

Die zweite Baugruppe besteht aus einer Spule, detailliert dargestellt in 12, deren Segmente auf einem Spulenträger, (5.2) montiert sind. Die Spulensegmente und der Spulenträger, (5.2), sind mit der Ringplatine, (6.1), fest verbunden und durch Schrauben, (10.2), mit dem feststehenden Turbinengehäuse, (10), verbunden. Weitere Varianten der Spulen sind in 11 und 13 dargestellt.The second assembly consists of a coil, shown in detail in 12 whose segments are on a coil carrier, ( 5.2 ) are mounted. The coil segments and the coil carrier, ( 5.2 ), are with the ring board, ( 6.1 ), firmly connected and by screws, ( 10.2 ), with the fixed turbine housing, ( 10 ), connected. Other variants of the coils are in 11 and 13 shown.

Der Eintritt der Kühlluft erfolgt über den Innendurchmesser der Ringplatine, (6.1), durch den inneren Luftspalt, (6.5), durch die Ringnut des dielektrischen Einsatzes, (2.3), und den äusseren Luftspalt, (6.4) zu den segmentierten Luftaustritten am äusseren Umfang der Ringplatine, (6.1), bzw. der Innenkontur des Turbinengehäuses, (10).The entry of the cooling air takes place via the inner diameter of the annular plate, ( 6.1 ), through the inner air gap, ( 6.5 ), through the annular groove of the dielectric insert, ( 2.3 ), and the outer air gap, ( 6.4 ) to the segmented air outlets on the outer circumference of the ringboard, ( 6.1 ), or the inner contour of the turbine housing, ( 10 ).

2 zeigt die Baugruppen des Generators in der Längsachse in Bezug zum Turbinenrotor, (9.1), axial auseinandergezogen. 2 shows the assemblies of the generator in the longitudinal axis with respect to the turbine rotor, ( 9.1 ), axially pulled apart.

In den Innendurchmesser des Turbinenrotors, (9.1), sind Mitnehmernuten, (9.4), für die Mitnehmer, (1.4), eingearbeitet. Diese Mitnehmernuten korrespondieren mit den, auf der äusseren Umfangsfläche des Generatorgehäuses, (1), eingelegten Mitnehmerstiften, 3, (1.4), und bewirken die Mitnahme des Generatorgehäuses, (1), bei der Drehbewegung des Rotors, (9.1).In the inner diameter of the turbine rotor, ( 9.1 ), are takers, ( 9.4 ), for the drivers, ( 1.4 ) incorporated. These cam grooves correspond to the, on the outer peripheral surface of the generator housing, ( 1 ), inserted driving pins, 3 , ( 1.4 ), and cause the entrainment of the generator housing, ( 1 ), during the rotational movement of the rotor, ( 9.1 ).

Auf beiden Seiten des Innendurchmessers des Turbinenrotors, (9.1), sind Befestigungsgewinde, (9.3), zur Aufnahme der Deckelverschraubung, (2.2) und der Ringmutter, (2.4), eingearbeitet.On both sides of the inner diameter of the turbine rotor, ( 9.1 ), are fastening threads, ( 9.3 ), for receiving the cover screw, ( 2.2 ) and the ring nut, ( 2.4 ) incorporated.

Im Innenduchmesser des Generatorgehäuses, (1), sind die Magnete des Magnetarrays, 3, (3), eingesetzt und durch die Mitnehmer, 3, (1.3), in den inneren Mitnehmernuten, 3, (1.2), gegen Verdrehung gesichert. Die Position der Mitnehmernuten, 3, (1.2), und der inneren Mitnehmer, 3, (1.3), auf der inneren Umfangsfläche des Generatorgehäuses, (1), korrespondieren mit den Mitnehmernuten in den Magnetsegmenten, 4, (3.1) und (3.5).In the inner diameter of the generator housing, ( 1 ), are the magnets of the magnet array, 3 , ( 3 ), and by the drivers, 3 , ( 1.3 ), in the inner driving grooves, 3 , ( 1.2 ), secured against twisting. The position of the passengers, 3 , ( 1.2 ), and the inner driver, 3 , ( 1.3 ), on the inner peripheral surface of the generator housing, ( 1 ), correspond to the driving grooves in the magnet segments, 4 , ( 3.1 ) and ( 3.5 ).

Das Generatorgehäuse, (1), mit dem Magnetarray, (4), ist zwischen der Deckelverschraubung, (2.2), und der Ringmutter, (2.4), im Innendurchmesser des Rotors, (9.1), fixiert.The generator housing, ( 1 ), with the magnet array, ( 4 ), is between the cover screw, ( 2.2 ), and the ring nut, ( 2.4 ), in the inner diameter of the rotor, ( 9.1 ), fixed.

Das Magnetarray, (3), ist in 2 in das Generatorgehäuse eingebaut und zusammen mit der koaxial dazu liegenden Magnetwelle, (4.1), und den eingebauten Magnetkeilen, dargestellt. Die Anordnung ist in 7 detailliert dargestellt. Die Magnetwelle, (4.1), und die zugehörigen Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind in 3 radial auseinandergezogen und in 5, detailliert dargestellt.The magnetic array, ( 3 ), is in 2 installed in the generator housing and together with the coaxial thereto magnetic shaft, ( 4.1 ), and the built-in magnetic wedges shown. The arrangement is in 7 shown in detail. The magnetic wave, ( 4.1 ), and the associated magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), are in 3 radially apart and in 5 , shown in detail.

An der Magnetwelle, (4.1), welche zentrisch zum Rotorgehäuse, (1), montiert ist wird das Lüfterrad, (4.5), aus einem dielektrischen Werkstoff mittels der Schraube, (4.51), befestigt, mit dem die Magnetkeile, (4.3) und (4.4), in axialer Richtung gegen die Deckelverschraubung, (2.2) fixiert werden.At the magnetic shaft, ( 4.1 ), which centric to the rotor housing, ( 1 ), the fan is mounted, ( 4.5 ), of a dielectric material by means of the screw, ( 4:51 ), with which the magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), in the axial direction against the cover screw, ( 2.2 ) are fixed.

Die Baugruppe Schrägspule, (6), ist in 12 dargestellt und beschrieben. Sie ist ohne Änderung der Magnetanordnung gegen die, in 11 und 13 dargestellten Spulen austauschbar.The assembly inclined coil, ( 6 ), is in 12 shown and described. It is without changing the magnet arrangement against the, in 11 and 13 illustrated coils interchangeable.

3 zeigt die Einzelteile der Magnetbaugruppe des Generators axial und radial auseinandergezogen. 3 shows the items of the magnet assembly of the generator axially and radially pulled apart.

Die Mutter, (4.13), ist zur Verschraubung der Magnetwelle, (4.1), in der Deckelverschraubung bestimmt. In die Deckelverschraubung ist ein Einsatz, (2.23), mit einer Ringnut aus einem dielektrischen Werkstoff eingesetzt, Das Generatorgehäuse, (1), besitzt in der Aussen- und Innenkontur Längsnuten, (1.1) und (1.2), in die Mitnehmer, (1.3) und (1.4), eingesetzt sind. Die Magnete des Magnetarrays, (3), sind zur besseren Unterscheidbarkeit radial auseinandergezogen dargestellt. Die, in die Magnetwelle, (4.1), eingesetzten Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind von dieser radial abgesetzt dargestellt.The mother, ( 4.13 ), is for screwing the magnetic shaft, ( 4.1 ), determined in the cover screw connection. In the cover screw is an insert, ( 2.23 ), used with an annular groove of a dielectric material, the generator housing, ( 1 ), has in the outer and inner contour longitudinal grooves, ( 1.1 ) and ( 1.2 ), into the drivers, ( 1.3 ) and ( 1.4 ) are used. The magnets of the magnet array, ( 3 ) are shown radially separated for better distinctness. The, in the magnetic wave, ( 4.1 ), used magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), are shown radially offset from this.

Das Lüfterrad, (4.5), besitzt an seinem Umfang eine Schaufelstruktur zur Förderung der Kühlluft in den Luftspalt zwischen den Magneten und der Spule. Es besteht aus einem dielektrischen Werkstoff und wird mittels der Schraube, (4.51), in der Magnetwelle befestigt, mit dem die Magnetkeile, (4.3) und (4.4), in axialer Richtung gegen die Deckelverschraubung, (2.2) fixiert werden.The fan wheel, ( 4.5 ), has at its periphery a blade structure for conveying the cooling air into the air gap between the magnet and the coil. It consists of a dielectric material and is fixed by means of the screw, 4:51 ), fixed in the magnetic shaft, with which the magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), in the axial direction against the cover screw, ( 2.2 ) are fixed.

In die Ringmutter, (2.4), ist ein Einsatz, (2.42), hergestellt aus einem dielektrischen Werkstoff mit geringer dielektrischer Dämpfung, dessen Innenkontur mit einer Struktur versehen ist, eingebaut, durch welchen bei Rotation des Rotors, (9.1), die Absaugung der Luft aus dem Luftspalt, (6.4), beschleunigt wird. Die Ringmutter, (2.4), fixiert die Magnete des Magnetarrays, (3), gegen Deckelverschraubung, (2.2), und verhindert die Verschiebung derselben in der Längsachse.In the ring nut, ( 2.4 ), is an insert, ( 2:42 ), made of a dielectric material with low dielectric damping, whose inner contour is provided with a structure, by which during rotation of the rotor, ( 9.1 ), the extraction of air from the air gap, ( 6.4 ), is accelerated. The ring nut, ( 2.4 ), fixes the magnets of the magnet array, ( 3 ), against cover screwing, ( 2.2 ), and prevents the displacement thereof in the longitudinal axis.

4 zeigt die Anordnung der Erregermagnete des Generators und deren Aufnahme. 4 shows the arrangement of the exciter magnets of the generator and their recording.

Im Innendurchmesser des Generatorgehäuses, (1), sind die Magnete des Magnetarrays, 3, (3), eingesetzt und durch die Mitnehmerstifte, 3, (1.3), in den inneren Mitnehmernuten, 3, (1.2), gegen Verdrehung gesichert. Die Position der Mitnehmernuten, 3, (1.2), und der inneren Mitnehmerstifte, 3, (1.3), auf der inneren Umfangsfläche des Generatorgehäuses, (1), korrespondieren mit den Mitnehmernuten in den Magnetsegmenten, 4, (3.2) und (3.5). Das Magnetarray, (3), und dessen Zusammenwirken mit der Magnetwelle, (4.1), und deren Magneten, (4.3) und (4.4), sowie der Spule, (6), ist in 7 bis 10 detailliert dargestellt.Inside diameter of generator housing, ( 1 ), are the magnets of the magnet array, 3 , ( 3 ), and by the driving pins, 3 , ( 1.3 ), in the inner driving grooves, 3 , ( 1.2 ), secured against twisting. The position of the passengers, 3 , ( 1.2 ), and the inner driving pins, 3 , ( 1.3 ), on the inner peripheral surface of the generator housing, ( 1 ), correspond to the driving grooves in the magnet segments, 4 , ( 3.2 ) and ( 3.5 ). The magnetic array, ( 3 ), and its interaction with the magnetic wave, ( 4.1 ), and their magnets, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), as well as the coil, ( 6 ), is in 7 to 10 shown in detail.

Die polbildenden Magnete, (3.2) und (3.5), des aussenliegenden Halbach-Arrays, (3), sowie die Magnete, (4.3), und (4.4), der Magnetwelle, (4.1), sind gekennzeichnet. Ihre Funktion ist in 7 bis 9 beschrieben.The pole-forming magnets, ( 3.2 ) and ( 3.5 ), the external Halbach array, ( 3 ), as well as the magnets, ( 4.3 ), and ( 4.4 ), the magnetic wave, ( 4.1 ), are marked. Their function is in 7 to 9 described.

Die Magnetwelle, (4.1), und die zugehörigen Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind in 3 radial auseinandergezogen und in 5, detailliert dargestellt. An der Magnetwelle, (4.1), ist ein Lüfterrad, (4.5), hergestellt aus einem dielektrischen Werkstoff mit geringer Dämpfung, mittels der Schraube, (4.51), befestigt, mit dem die Magnetkeile, (4.3) und (4.4), in axialer Richtung gegen die Deckelverschraubung, (2.2) fixiert werden. Die Magnetwelle und Ihre Varianten sind in 5 detailliert dargestellt.The magnetic wave, ( 4.1 ), and the associated magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), are in 3 radially apart and in 5 , shown in detail. At the magnetic shaft, ( 4.1 ), is a fan, ( 4.5 ) made of a dielectric material with low damping, by means of the screw, ( 4:51 ), with which the magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), in the axial direction against the cover screw, ( 2.2 ) are fixed. The magnet shaft and its variants are in 5 shown in detail.

5 bis 5c zeigen die Magnetwelle mit eingesetzten Magnetkeilen. Die Magnetkeile basieren vorzugsweise auf einem quadratischen Grundquerschnitt, (B) und (H). Sie sitzen, diagonal zum Zentrum des Generators eingebaut, in Längsnuten der Magnetwelle und sind durch deren Geometrie, die Breite der Überhänge, (BMF), gegen herausschleudern im Betrieb gesichert. 5 to 5c show the magnetic shaft with inserted magnetic wedges. The magnetic wedges are preferably based on a square basic cross-section, (B) and (H). They sit diagonally to the center of the generator, in longitudinal grooves of the magnetic shaft and are protected by their geometry, the width of the overhangs (BMF), against ejection during operation.

Die Magnetwelle, (4.1), besteht, wie das Generatorgehäuse, (1), vorzugsweise aus einem nichtlegierten Stahl, (z. B. St70 oder St60), und ist an seiner Oberfläche zur Vermeidung von Korrosionserscheiningen mit einer Beschichtung versehen.The magnetic wave, ( 4.1 ), like the generator housing, ( 1 ), preferably of a non-alloy steel (eg St70 or St60), and is coated on its surface to prevent corrosion.

Als Beschichtung kann eine galvanische Verzinkung ebenso wie eine Phosphatierung angewandt werden. In einer Serienfertigung wird die Magnetwelle als Feingussteil hergestellt und an den erforderlichen Bereichen, (Konus, Gewinde), mechanisch nachbearbeitet.Galvanizing as well as phosphating can be used as the coating. In a mass production, the magnetic shaft is manufactured as precision casting and mechanically reworked on the required areas, (cone, thread).

Die wirksame Austrittsfläche des Magnetfeldes kann durch die Abstimmung des freien Umfangsanteils, (BMF:BMK), auf einfache Weise an die in 8 beschriebenen Betriebsbedingungen dadurch angepasst werden, dass der Abstand der Mitte der Magnetprofile, (4.3), und (4.4), und die zugehörigen Innenprofile der Magnetwelle, (4.1), zum Zentrum der Magnetwelle, (4.1), variiert werden.The effective exit area of the magnetic field can be easily adjusted to the in. Value by adjusting the free circumferential component (BMF: BMK) 8th operating conditions described in that the distance of the center of the magnetic profiles, ( 4.3 ), and ( 4.4 ), and the associated inner profiles of the magnetic shaft, ( 4.1 ), to the center of the magnetic wave, ( 4.1 ), can be varied.

5 zeigt die Magnetwelle aus der Perspektive mit eingesetzten Magnetkeilen, wie in 5a dargestellt. Die Magnetwelle besitzt an einem Ende einen Konus, (4.11), zur Aufnahme in Innenkonus, (2.12) oder 2.22), der Deckelverschraubung, 6, (2.2) oder (2.1) und wird darin durch die Mutter, (4.13), in derselben fixiert. 5 shows the magnetic wave from the perspective with inserted magnetic wedges, as in 5a shown. The magnet shaft has a cone at one end, 4.11 ), for inclusion in inner cone, ( 2.12 ) or 2.22 ), the cover screw connection, 6 , ( 2.2 ) or ( 2.1 ) and is in it by the mother, 4.13 ), fixed in the same.

5a zeigt einen Schnitt durch die, in 5 dargestellte Magnetwelle, (4.1) und die Magnetprofile, (4.3) und (4.4). In dieser Bauform bilden die Magnetprofile, (4.3) und (4.4), mit der Umfangsfläche der Magnetwelle, (4.1), eine geschlossene Oberfläche. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß Fertigungstoleranzen der Magnetwelle, (4.1) und der Magnetkeile, (4.3) und (4.4), nach der Montage dadurch ausgeglichen werden können, daß die komplette Baugruppe durch rundschleifen überarbeitet werden kann, wobei vorzugsweise der Aussenkonus, (4.11), beim Schleifvorgang als Aufnahme verwendet wird. 5a shows a section through the, in 5 represented magnetic wave, ( 4.1 ) and the magnetic profiles, ( 4.3 ) and ( 4.4 ). In this design form the magnetic profiles, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), with the peripheral surface of the magnet shaft, ( 4.1 ), a closed surface. This arrangement has the advantage that manufacturing tolerances of the magnetic shaft, ( 4.1 ) and the magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), after assembly can be compensated by the fact that the complete assembly can be revised by cylindrical grinding, preferably the outer cone, ( 4.11 ) is used as a receptacle during the grinding process.

5b zeigt eine vereinfachte Anordnung der in 5a dargestellten Magnetwelle, (4.6). Die hier dargestellten Magnetkeile, (4.61) und (4.62) besitzen einen quadratischen Grundquerschnitt, (B:H), und sind am Umfangsbereich durch einen Radius oder eine Fläche, welche durch eine Sehne im Bereich, (BMK), bildet abgerundet oder abgeflacht und dem Aussendurchmesser der Magnetwelle, (4.6), angeglichen. Durch die, am Umfang zwischen dem Magentkeilen, (4.61), und (4.62), und der Magnetwelle, (4.6), entstehenden Längsrillen wird eine zusätzliche Förderung der Kühlluft im Betrieb bewirkt. 5b shows a simplified arrangement of in 5a represented magnetic wave, ( 4.6 ). The magnetic wedges shown here, ( 4.61 ) and ( 4.62 ) have a square basic cross section, (B: H), and are rounded or flattened at the peripheral region by a radius or a surface which is formed by a chord in the region (BMK) and the outer diameter of the magnetic wave, ( 4.6 ) equalized. By the, at the circumference between the Magentkeilen, ( 4.61 ), and ( 4.62 ), and the magnetic wave, ( 4.6 ), resulting longitudinal grooves an additional promotion of the cooling air is effected during operation.

5c zeigt eine weitere Variante der Magnetwelle, (4.7), die im Innenbereich hohl ausgeführt ist. Diese Bauform kommt insbesondere bei Systemen mit grösseren Spulendurchmessern, (etwa ab 60 mm), zur Anwendung. Hierbei ist der Einsatz symmetrisch ausgebildeter Magnetkeile, (4.71) und (4.72) möglich, was deren Herstellung und Montage wesentlich vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert. Die hier gezeigten Magnetkeile besitzen vorzugsweise eine quadratische Grundstruktur, (H:B), und sind an den Polflächen, (F), symmetrisch mit Flächen, (BMK), versehen. 5c shows a further variant of the magnetic wave, ( 4.7 ), which is hollow in the interior. This design is used in particular for systems with larger coil diameters, (from about 60 mm), for use. Here, the use of symmetrically formed magnetic wedges, ( 4.71 ) and ( 4.72 ) possible, which greatly simplifies their production and assembly and reduces the manufacturing cost. The magnetic wedges shown here preferably have a square basic structure, (H: B), and are provided on the pole faces, (F), symmetrically with faces, (BMK).

Mit zunehmendem Durchmesser Spulen und damit der Magnetarrays der Magnethohlwelle können die Radien an den Umfangsflächen der Magnetprofile und der Magnetsegmente durch ebene Flächen ersetzt werden.With increasing diameter coils and thus the magnet arrays of the hollow magnetic shaft, the radii on the peripheral surfaces of the magnetic profiles and the magnet segments can be replaced by flat surfaces.

6 zeigt einen Längsschnitt durch den Generator und einen Teil des Rotors mit der Lage der einzelnen Teile. 6 shows a longitudinal section through the generator and a part of the rotor with the position of the individual parts.

Die Deckelverschraubung mit Ringnut, (2.2), ist im gezeigten Beispiel aus Metall, z. B. Aluminium hergestellt. In der Ringnut der Deckelverschraubung ist ein ringförmiger dielektrischer Einsatz, (2.23), mit einer ebenfalls ringförmigen Nut, (2.24), zur Führung der Kühlluft eingearbeitet. Durch die Verwendung eines dielektrischen Werkstoffs, (z. B. POM), wird verhindert, daß im Betrieb Wirbelströme von der Spule, (6.3), auf die Deckelverschraubung, (2.2), übertragen werden. Alternativ kann die Deckelverschraubung in einem Stück, (2.1), aus einem dielektrischen Werkstoff, zum Beispiel aus einem faserstabilisierten Epoxydharz hergestellt werden.The cover screw with ring groove, ( 2.2 ), In the example shown is made of metal, z. B. aluminum. In the annular groove of the cover screw is an annular dielectric insert, ( 2.23 ), with a likewise annular groove, ( 2.24 ), incorporated to guide the cooling air. The use of a dielectric material (eg, POM) prevents eddy currents from the coil during operation, 6.3 ), on the cover screw, ( 2.2 ), be transmitted. Alternatively, the cover screw in one piece, ( 2.1 ), made of a dielectric material, for example of a fiber-stabilized epoxy resin.

Beide Varianten der Deckelverschraubung, (2.2), und (2.1), besitzen einen Innenkonus, (2.22), in dem die Magnetwelle, (4), mittels der Mutter, (4.13), befestigt ist. Die Deckelverschraubung, (2.2) oder (2.1), wird mittels Gewinde, (2.11), im Turbinenrotor, (9). fixiert.Both variants of the cover screw connection, ( 2.2 ), and ( 2.1 ), have an inner cone, ( 2.22 ), in which the magnetic wave, ( 4 ), by means of the mother, ( 4.13 ), is attached. The cover screw, ( 2.2 ) or ( 2.1 ), by means of thread, ( 2.11 ), in the turbine rotor, ( 9 ). fixed.

In der, in 6 dargestellte Magnetwelle, (4), sind die Magnetkeile, (4.3), und (4.4), aufgenommen. Die Magnetkeile, (4.3), und (4.4), werden in axialer Richtung durch das Lüfterrad, (4.5), welches mit der Schraube, (4.51), in der Magnetwelle, (4), befestigt ist, gegen die Deckelverschraubung, (2.2), oder (2.1), fixiert. In radialer Richtung erfolgt die Fixierung der Magnetwelle, (4), durch den Aufnahmekonus (2.12).In the, in 6 represented magnetic wave, ( 4 ), are the magnetic wedges, ( 4.3 ), and ( 4.4 ). The magnetic wedges, ( 4.3 ), and ( 4.4 ), in the axial direction by the fan, ( 4.5 ), which with the screw, ( 4:51 ), in the magnetic wave, ( 4 ), is attached, against the cover screw, ( 2.2 ), or ( 2.1 ), fixed. In the radial direction, the fixation of the magnetic wave, ( 4 ), by the recording cone ( 2.12 ).

Die Magnetsegmente, (3.1) und (3.5), werden in axialer Richtung durch die Ringmutter, (2.4), mit Sauglüftereinsatz, (2.5), oder die Ringmutter, (2.3), mit Innenkonus, (2.32), mittels des Gewindes, (2.31), im Rotor, (9), in axialer Richtung fixiert. In radialer Richtung erfolgt die Fixierung durch die Mitnehmer, (1.3).The magnet segments, ( 3.1 ) and ( 3.5 ), in the axial direction through the ring nut, ( 2.4 ), with suction fan insert, ( 2.5 ), or the ring nut, ( 2.3 ), with inner cone, ( 2:32 ), by means of the thread, ( 2.31 ), in the rotor, ( 9 ), fixed in the axial direction. In the radial direction, the fixation is carried out by the drivers, ( 1.3 ).

Eine weitere Möglichkeit zur Fixierung des Magnetarrays besteht darin, daß das vormontierte Array, zusammen mit dem Generatorgehäuse 2, (1), in den Rotor eingeschrumpft wird, wobei eine zusätzliche Verdichtung des Magnetarrays, 3, (3), stattfindet.Another way to fix the magnet array is that the pre-assembled array, together with the generator housing 2 , ( 1 ) is shrunk into the rotor, wherein an additional compression of the magnet array, 3 , ( 3 ), takes place.

7 zeigt eine schematische Zusammenstellung des Generators, die in 8 und 9 weiter detailliert ist. 7 shows a schematic arrangement of the generator, which in 8th and 9 is more detailed.

Das Generatorgehäuse, (1), ist an Aussen- und Innendurchmesser mit Mitnehmern, (1.3), und (1.4), versehen, welche eine radiale Arretierung des Magnetarrays, 3, (3), bewirken.The generator housing, ( 1 ), is on outer and inner diameter with drivers, ( 1.3 ), and ( 1.4 ), which has a radial locking of the magnet array, 3 , ( 3 ), cause.

Gemäss den Regeln des Aufbaus eines Halbach-Arrays erfolgt die Ausbildung von Magnetpolen, (Polwechsel im Array), dadurch, daß, z. B. mehrere Magnetprofile aneinandergefügt werden, deren Magnetisierungsrichtung, (gekennzeichnet durch Pfeile), um den Teil der Anzahl zwischen den zu bildenden Polen gedreht ist. Im gezeigten Beispiel sind dies, im Uhrzeigersinn betrachtet, bis zum Polwechsel vier Magnetprofile, Magnetsegment 0° mit Nut, (3.1), Magnetsegment 45°, (3.2), Magnetsegment 90°, (3.3), Magnetsegment 135°, (3.4), Magnetsegment 180° mit Nut, (3.5), deren Magnetisierungsrichtung um je 45° gedreht ist. Wird diese Folge, wie dargestellt, durch weitere Magnetprofile, Magnetsegment 225°, (3.6), Magnetsegment 270°, (3.7), Magnetsegment 315°, (3.8), Magnetsegment 0° mit Nut, (3.1), weitergeführt, ergibt sich eine Drehung des Magnetfeldes um 360°, wobei sich die zwischen den Polen liegenden Magnetprofile, Magnetsegment 45°, (3.2), Magnetsegment 90°, (3.3), Magnetsegment 135°, (3.4), und Magnetsegment 225°, (3.6), Magnetsegment 270°, (3.7), Magnetsegment 315°, (3.8), hinsichtlich der Abstrahlung von Magnetfeldern zum Innendurchmesser hin, weitgehend neutral verhalten. Die Abstrahlung am Aussendurchmesser wird durch das, aus Eisen bestehende Generatorgehäuse, (1), verhindert. Im gezeigten Beispiel ergeben drei radial aneinander gefügte Baugruppen wie vorbeschrieben eine geschlossene Gruppe aus mehreren zusammengesetzten Halbach-Arrays.According to the rules of the structure of a Halbach array, the formation of magnetic poles, (pole change in the array) takes place in that, for. B. several magnetic profiles are joined together, whose magnetization direction (marked by arrows) is rotated by the part of the number between the poles to be formed. In the example shown, these are, viewed clockwise, up to the pole change four magnetic profiles, magnetic segment 0 ° with groove, ( 3.1 ), Magnetic segment 45 °, ( 3.2 ), Magnetic segment 90 °, ( 3.3 ), Magnetic segment 135 °, ( 3.4 ), Magnetic segment 180 ° with groove, ( 3.5 ), whose magnetization direction is rotated by 45 °. If this sequence, as shown, by other magnetic profiles, magnetic segment 225 °, ( 3.6 ), Magnetic segment 270 °, ( 3.7 ), Magnetic segment 315 °, ( 3.8 ), Magnetic segment 0 ° with groove, ( 3.1 ), continues, results in a rotation of the magnetic field by 360 °, with the lying between the poles magnetic profiles, magnetic segment 45 °, ( 3.2 ), Magnetic segment 90 °, ( 3.3 ), Magnetic segment 135 °, ( 3.4 ), and magnetic segment 225 °, ( 3.6 ), Magnetic segment 270 °, ( 3.7 ), Magnetic segment 315 °, ( 3.8 ), with regard to the emission of magnetic fields towards the inner diameter, largely neutral behavior. The radiation at the outside diameter is controlled by the generator housing made of iron ( 1 ), prevented. In the example shown, three assemblies joined together radially, as described above, form a closed group of several composite Halbach arrays.

Die, auf diese Weise hergestellte Anordnung korrespondiert mit den Magnetkeilen, (4.3), und (4.4), der Magnetwelle, (4), und bildet mit Ihnen zusammen geschlossene Magnetkreise, wie in 8 dargestellt.The arrangement produced in this way corresponds to the magnetic wedges, 4.3 ), and ( 4.4 ), the magnetic wave, ( 4 ), and together with you form closed magnetic circuits, as in 8th shown.

Die, in 9 und 10 bis 13 beschriebenen Spulen bestehen aus Segmenten, (6.33) und (6.35), die mit dem Spulenträger, durch Verklebung fest verbunden sind. Die in 7 gezeigten Segmente, (6.33) und (6.35), der in 12 gezeigten Schrägspule.In the 9 and 10 to 13 described coils consist of segments, ( 6:33 ) and ( 6:35 ), which are firmly connected to the coil carrier by gluing. In the 7 shown segments, ( 6:33 ) and ( 6:35 ), which is in 12 shown skew coil.

8 zeigt die in 7 dargestellte Anordnung, jedoch ohne Gehäuse und Mitnehmer. Die Bezeichnung der Teile entspricht der Beschreibung in 7. Die Abbildung zeigt die Ausbildung der geschlossenen Magnetkreise, (3.9). und die magnetische Durchflutung, (3.10), eines einzelnen Spulensegments, (6.33) der in 12 dargestellten Spule, wie sie sich aus der Anordnung der Teile ergeben. 8th shows the in 7 shown arrangement, but without housing and driver. The description of the parts corresponds to the description in 7 , The figure shows the formation of the closed magnetic circuits, ( 3.9 ). and the magnetic flux, ( 3.10 ), a single coil segment, ( 6:33 ) the in 12 shown coil, as they result from the arrangement of the parts.

8a zeigt den Ausschnitt, (A1), aus 8. Die mittlere Breite der Magnetsegmente, (BMS), sollte im Hinblick auf Herstellung und Funktion zur Höhe der Magnetsegmente, (HMS), die sich aus der Differenz zwischen Inkreis und Umkreis des Magnetarrays, (3), ergibt, etwa quadratisch sein. 8a shows the section, (A1) 8th , The average width of the magnet segments, (BMS), should be determined from the difference between the inscribed circle and the perimeter of the magnet array, (HMS) with regard to the production and function of the height of the magnet segments (FIG. 3 ), results in being approximately square.

Um eine, für den Betrieb des Generators optimale Induktion der Spulensegmente zu erreichen, ist die Abstimmung der Breite der magnetischen Durchflutung, (BMF), die einer gaußschen Verteilungskurve unterliegt durch die Anpassung der Breite, (BMS), der polbildenden Magnetsegmente, (3.1) und (3.5), – wie im 8a, Ausschnitt, (A1) aus 8 gezeigt, zur Breite der Polflächen der Magnetkeile, (BMK), in Grenzen möglich.In order to achieve optimum induction of the coil segments for the operation of the generator, the tuning of the width of the magnetic flux (BMF), which is subject to a Gaussian distribution curve by the adaptation of the width (BMS), of the pole-forming magnet segments, ( 3.1 ) and ( 3.5 ), - like in 8a , Section, (A1) off 8th shown, to the width of the pole faces of the magnetic wedges, (BMK), within limits.

9 und 9a zeigen den Ausschnitt, (A2), aus 8a. In 9 ist ein Schnitt durch den Spulenträger, (6.2) und ein Spulensegment, (6.3), der, in 12 beschriebenen Schrägspule als Beispiel detailliert dargestellt. Dieses Beispiel gilt, was den Aufbau der Spulensegmente betrifft, für alle hier beschriebenen Spulenvarianten. Der ausserhalb des Spulenträgers liegende Teil des Spulensegments, (6.32), ist gegen den innenliegenden Teil des Spulensegments, (6.34), um eine Spulensegmentbreite versetzt. Bei der Drehung des fertig montierten Turbinenrotors, (9), mit den Magnetbaugruppen wie in 1 und 6 dargestellt, werden abwechselnd die innen und die aussenliegenden Bereiche der einzelnen Spulensegmente vom Magnetfeld durchflossen. 9 and 9a show the section, (A2) 8a , In 9 is a section through the coil carrier, ( 6.2 ) and a coil segment, ( 6.3 ), the, in 12 described oblique coil as an example in detail. This example applies to the construction of the coil segments, for all coil variants described here. The part of the coil segment lying outside the bobbin carrier, ( 6:32 ), is against the inner part of the coil segment, ( 6:34 ) offset by one coil segment width. During rotation of the assembled turbine rotor, ( 9 ), with the magnetic assemblies as in 1 and 6 shown, the inner and the outer regions of the individual coil segments are alternately traversed by the magnetic field.

Das Magnetarray mit dem Magnetsegment, (3.1), ist ausserhalb der Spule so angeordnet, daß zwischen dem, mit dem Spulenträger, (6.2), verklebten, ausserhalb des Spulenträgers, (6.2), angeordneten Teilen der Spulensegmente, (6.32), und dem Innendurchmesser des Magnetarrays, (3), ein ausreichend grosser Luftspalt, (6.4), für den Durchtritt der Kühlluft gebildet wird.The magnet array with the magnet segment, ( 3.1 ), is arranged outside the coil so that between, with the coil carrier, ( 6.2 ), glued, outside the bobbin, ( 6.2 ), arranged parts of the coil segments, ( 6:32 ), and the inner diameter of the magnet array, ( 3 ), a sufficiently large air gap, ( 6.4 ), is formed for the passage of the cooling air.

Die Magnetwelle mit dem Magnetkeil, (4.3), ist innerhalb der Spule so angeordnet, daß zwischen dem, mit dem Spulenträger, (6.2), verklebten, innerhalb des Spulenträgers, (6.2), angeordneten Teilen der Spulensegmente, (6.34), und dem Aussendurchmesser der Magnetwelle, (4.3), ein ausreichend grosser Luftspalt, (6.5), für den Durchtritt der Kühlluft gebildet wird.The magnetic shaft with the magnetic wedge, ( 4.3 ), is arranged inside the coil so that between, with the coil carrier, ( 6.2 ), glued, inside the bobbin, ( 6.2 ), arranged parts of the coil segments, ( 6:34 ), and the outer diameter of the magnet shaft, ( 4.3 ), a sufficiently large air gap, ( 6.5 ), is formed for the passage of the cooling air.

10, 10a und 10b zeigen den Aufbau der Aufnahme für die, in 11, 12, und 13 beschriebenen Spulenvarianten, der zum Einbau in das Turbinengehäuse, 1 (10). optimiert ist. 10 . 10a and 10b show the structure of the recording for the, in 11 . 12 , and 13 described coil variants, for installation in the turbine housing, 1 ( 10 ). is optimized.

Sie besteht aus einem rohrförmigen Spulenträger, (5.2), der aus einem verdichteten dielektrischen Werkstoff, vorzugsweise ein, Epoxyd-, oder Polyesterharz, das durch Glas-, Aramid-, oder Basaltfasern verstärkt ist. (Bei der Verwendung von Basaltfaser ist zu beachten, das das Grundmaterial zur Herstellung weitgehend eisenfrei ist). In einer Serienfertigung kann der Spulenträger auch aus anderen, für die Betriebsbedingungen, geeigneten dielektrischen Werkstoffen hergestellt werden, soweit sie frei von magnetisierbaren Anteilen sind.It consists of a tubular coil carrier, ( 5.2 ) composed of a densified dielectric material, preferably an epoxy, or polyester resin reinforced by glass, aramid or basalt fibers. (When using basalt fiber, it should be noted that the base material for production is largely free of iron). In a mass production, the coil carrier can also be made of other, for the operating conditions, suitable dielectric materials, as far as they are free of magnetizable portions.

Der Spulenträger ist an einem Ende mit Fußsegmenten, (5.21), versehen, welche in korrespondierende bogenförmige Befestigungsschlitze, (5.16), der Ringplatine, 10a, (5.1), gesteckt und mit dieser durch eine Klebung verbunden werden.The bobbin is at one end with foot segments, ( 5.21 ), which in corresponding arcuate mounting slots, ( 5.16 ), the ring board, 10a , ( 5.1 ), and connected with this by a bond.

Die Ringplatine, (5.1), besteht zum Beispiel aus einem glasfaserverstärktem Epoxydharz wie es zur Herstellung von elektronischen Leiterplatten verwendet wird. Sie besitzt, vorzugsweise am äusseren Rand zur Aufnahme des Drehmoments Bohrungen, (5.13), zur Verschraubung der fertigen Spule mit dem Turbinengehäuse, 1, (10). Am äusseren Umfang sind segmentierte Ausfräsungen zum Austritt der Kühlluft, welche durch die innenliegende Öffnung, (5.14), der Ringplatine, (5.1), angesaugt wird.The ring board, ( 5.1 ), for example, consists of a glass fiber reinforced epoxy resin as it is used for the production of electronic circuit boards. It has, preferably at the outer edge for receiving the torque holes ( 5.13 ), for screwing the finished coil with the turbine housing, 1 , ( 10 ). At the outer periphery are segmented cutouts for the outlet of the cooling air, which through the inner opening, ( 5.14 ), the ring board, ( 5.1 ), is sucked.

Innerhalb und ausserhalb des, Teilkreises, der durch die bogenförmigen Befestigungsschlitze, (5.16), gebildet wird, sind in der Ringplatine, (5.1), durchmetallisierte Bohrungen, (5.11), und (5.12), eingearbeitet, deren Anzahl und Position mit der Spulensegmentanordnung der verwendeten Spule, (11 bis 13), abgestimmt ist.Inside and outside of the circle, which through the arcuate mounting slots, ( 5.16 ) are formed in the ring board, ( 5.1 ), through-plated holes, ( 5.11 ), and ( 5.12 ), whose number and position with the coil segment arrangement of the coil used, ( 11 to 13 ), is tuned.

Auf beiden Seiten der Ringplatine, (5.1), können optional Leiterbahnen zur Verbindung, (Zusammenfassung/in Reihe schalten), einzelner Spulensegmente zu einer Spulengruppe oder elektrische Abgriffe aufgebracht sein, die zweckmässig galvanisch verstärkt sind. Die hier beschriebenen Grundlagen gelten sinngemäss für die, in 11 bis 13 beschriebenen Spulen.On both sides of the ring board, ( 5.1 ), optional conductor tracks for connection, (summary / connect in series), individual coil segments may be applied to a coil group or electrical taps, which are suitably galvanically reinforced. The principles described here apply mutatis mutandis to the, in 11 to 13 described coils.

10b. Zur exakten Führung bei der Montage der Spulen, (11 bis 13), kann die innere und die äussere Umfangsfläche des Spulenträgers, (5.3), wie in 10b gezeigt, mit Führungsrippen versehen werden in welche die spulenbildenden Stränge eingelegt werden, was die Montage und Fixierung der Spulensegmente, insbesondere bei der Herstellung von Prototypen vereinfacht. Bei Spulen, entsprechend der in 11 dargestellten Variante, erhalten diese Führungsrippen einen Drall der vorgesehenen Bauform der Spulensegmente folgend. 10b , For exact guidance during assembly of the coils, ( 11 to 13 ), the inner and the outer peripheral surface of the bobbin, ( 5.3 ), as in 10b shown with Guide ribs are provided in which the coil-forming strands are inserted, which simplifies the assembly and fixation of the coil segments, especially in the production of prototypes. For coils, according to the in 11 illustrated variant, these guide ribs receive a twist of the intended design of the coil segments following.

Die, in 11, 12, und 13, dargestellten Spulensegmente entsprechen in Ihrem Leiterquerschnitt sinngemäss dem, 9 und 9a dargestellten Spulensegment. Die einzeln dargestellten Spulensegmente, 11a, 12a, und 13a, werden aus, mit Isolierlack beschichteten Kupferdraht, oder kupferbeschichtetem Aluminiumdraht ausgeführt der mit einer Back-Lack-Schicht überzogen ist. Der Back-Lack-Draht besteht aus einem Kupfer oder einem kupferbeschichteten Aluminiumdraht dessen Oberfläche mit einer mehrfach aufgebrachten ausgehärteten Isolierschicht versehen ist. Auf diese Isolierschicht wird eine weitere Schmelzkleberschicht, meist in einer Schichtdicke von 2% bis 5% der Drahtduchmesser aufgebracht, in welche zum Beispiel bei der Beschichtung feingemahlener Glimmer oder sogenannte Micro-Ballons eingemischt werden können. Micro-Ballons sind Hohlkugeln aus Glas oder Quarzglas die in Grössen ab 2 μm hergestellt werden. Diese Zumischungen fungieren beim Verpressen der montierten Spulen als Abstandhalter zwischen benachbarten Drähten. Bekannt sind auch nach Aufbringen der Isolierschicht, zum Beispiel mit Seide umsponnene, und mit Backlack getränkte Drähte.In the 11 . 12 , and 13 , coil segments shown correspond in their conductor cross-section accordingly, 9 and 9a shown coil segment. The individually illustrated coil segments, 11a . 12a , and 13a , are made of, coated with insulating lacquer copper wire, or copper-coated aluminum wire coated with a baking lacquer layer. The back paint wire consists of a copper or a copper-coated aluminum wire whose surface is provided with a multi-layered cured insulating layer. On this insulating layer, a further hot melt adhesive layer, usually applied in a layer thickness of 2% to 5% of the wire diameter, in which, for example, in the coating finely ground mica or so-called micro-balloons can be mixed. Micro-balloons are hollow spheres made of glass or quartz glass which are manufactured in sizes from 2 μm. These admixtures act as spacers between adjacent wires when pressing the assembled coils. Are also known after application of the insulating layer, for example, with silk wound, and impregnated with baked enamel wires.

Die Spulensegmente sind aus rechts und links verdrallten Litzen, in der Rohform als zopfähnliches Geflecht, mit etwa quadratischem Querschnitt, so gefertigt, daß die einzelnen Litzen, 9, (6.38) und (6.39), rechts und links verdrallt paarweise durch den geflochtenen Strang geführt werden. Dabei ist zu beachten, daß im überwiegenden Teil des geflochtenen Strangs die benachbarten Litzen eine einander entgegengesetzte Drallrichtung haben. Die Drall-Länge der einzelnen Litzen, (6.38) und (6.39), entspricht einer oder mehreren vollen Umdrehungen auf die Länge des vom Magnetfeld durchflossenen Bereichs, (der Länge der Magentsegmente,/-keile). Die Stränge sind so geflochten, daß durch den überwiegenden Teil des Geflechts hindurch links- und rechts gedrallte Litzen einander allseitig benachbart sind.The coil segments are made of right and left twisted strands, in the raw form as a braid-like braid, with approximately square cross-section, made so that the individual strands, 9 , ( 6:38 ) and ( 6:39 ), twisted right and left are guided in pairs through the braided strand. It should be noted that in the majority of the braided strand, the adjacent strands have an opposite twisting direction. The twist length of the individual strands, ( 6:38 ) and ( 6:39 ), corresponds to one or more full revolutions to the length of the area through which the magnetic field flows (the length of the magent segments, / wedges). The strands are braided so that through the majority of the braid through left and right twisted strands are mutually adjacent.

Da ein derartiges Geflecht bei der Handhabung der einzelnen Spulensegmente nicht formstabil ist, wird vorzugsweise im Zentrum des Strangs oder zwischen mehreren einzelnen Litzen ein dünner Strang, (Roving), aus einem dielektrischen Fasermaterial, (Glas.-, Aramid- oder Basaltfaser), geführt, um den die Litzen geflochten sind. Dieser Strang, (Rowing), dient dazu, die Länge des Spulensegments bei den folgenden Formprozessen zu erhalten.Since such a mesh is not dimensionally stable when handling the individual coil segments, a thin strand (roving) of a dielectric fiber material (glass, aramid or basalt fiber) is preferably guided in the center of the strand or between several individual strands around which the strands are braided. This stranding (rowing) serves to maintain the length of the coil segment in the following molding processes.

Nachdem die Rohteile der Spulensegmente auf die erforderliche Länge geschnitten sind, erfolgt eine Absicherung der Enden gegen Delamination, vorzugsweise durch kaltverschweißen unter Ultraschalleinwirkung, wobei die Anschlusskonturen, (6.31), bzw. (6.37), für die Bohrungen in der Ringplatine mit angeformt werden.After the blanks of the coil segments are cut to the required length, the ends are protected against delamination, preferably by cold welding under the action of ultrasound, wherein the connection contours, ( 6.31 ), respectively. ( 6:37 ), for the holes in the ring board with molded.

Die Anwendung des Ultraschallschweißens zur Herstellung elektrischer Verbindungen ist seit den 1960'ern Jahren aus der Verbindungstechnik von Flachbandkabeln mit Leiterplatten in der KFZ-Industrie bekannt. Beim Ultraschallschweißvorgang, der in diesem Fall zweckmässig in einer formgebenden Matritze erfolgt, werden die zusammenzufassenden Einzeldrähte,/Litzen innerhalb kurzer Zeit durch Kaltverschweissung miteinander verbunden. Werkstoffe wie Kupfer und Aluminium sind hierzu besonders geeignet. Eine Entfernung der Isolierung ist für diesen Prozeß erfahrungsgemäß nicht erforderlich, da die vorhandenen Isolierungen bei diesem Prozess im Bereich der Werkzeugeinwirkung verdrängt werden bzw. verdampfen.The application of ultrasonic welding for the production of electrical connections has been known since the 1960's from the connection technology of ribbon cables with printed circuit boards in the automotive industry. In the ultrasonic welding process, which in this case takes place expediently in a shaping die, the individual wires / strands to be gathered together are joined together by cold welding within a short time. Materials such as copper and aluminum are particularly suitable for this purpose. Experience has shown that removal of the insulation is not necessary for this process since the existing insulation in this process is displaced or vaporized in the area of the tool action.

Die so auf Länge formatierten geflochtenen Stränge zur Herstellung der Spulensegmente werden in eine beheizbare Form, welche der äusseren Geometrie der Spulensegmente entspricht eingelegt und unter Druck sehr kurzzeitig erhitzt, wobei die im Aussenbereich des Stranges liegenden Schichten der Back-Lack-Schicht eine Verbindung miteinander eingehen, welche die Geometrie des Stranges für die weitere Handhabung stabilisiert und nach dem Abkühlen reproduzierbare, weiter verarbeitbare Formteile, 11a, 12a, und 13a, bilden, die automatisiert verarbeitet werden können.The so formatted on length braided strands for the preparation of the coil segments are inserted into a heatable shape which corresponds to the outer geometry of the coil segments and heated very briefly under pressure, wherein the lying in the outer region of the strand layers of the backcoat layer form a connection with each other , which stabilizes the geometry of the strand for further handling and after cooling reproducible, further processable moldings, 11a . 12a , and 13a , form, which can be processed automatically.

Diese Formteile werden auf den Spulenträgern, (6.2), (7.2) oder (8.2), fixiert und mit den zugehörigen Anschlüssen. (Lötaugen), der Ringplatinen, (6,1), (7,1) oder (8.1), verbunden. Anschliessend werden die vormontierten Spulensegmente in einer beheizbaren Pressvorrichtung gegen die innere und äussere Umfangsfläche der Spulenträger verpresst, wobei für die einzelnen Spulensegmente verdichtete Querschnitte entstehen, wie in 11b, 12b und 13c dargestellt.These moldings are placed on the bobbins, 6.2 ) 7.2 ) or ( 8.2 ), fixed and with the associated connections. (Pads), the ring boards, ( 6.1 ) 7.1 ) or ( 8.1 ), connected. Subsequently, the preassembled coil segments are pressed in a heatable pressing device against the inner and outer peripheral surface of the bobbin, wherein for the individual coil segments compacted cross sections are formed, as in 11b . 12b and 13c shown.

Der Übergangsbereich, (8.32), und (8.36), wird zusammen mit der Ringplatine, (8.1), und dem Spulenträger, (8.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird. Optional können die Querschnitte des einzelnen Spulensegments oder die links- und rechts gedrallten Leiter oder die einzelnen Litzen der Spulensegmente getrennt abgegriffen werden was jedoch mit einem wesentlich höheren Aufwand bei der Herstellung der Ringplatinen und der Montage der Spulensegmente verbunden ist und zusätzliche Lötaugenkreise aus der Ringplatine innerhalb und ausserhalb der bestehenden Lötaugenkreise erfordert.The transition area, ( 8:32 ), and ( 8:36 ), together with the ring board, ( 8.1 ), and the coil carrier, ( 8.2 ), shed by means of an epoxy or polyester resin, wherein the complete coil assembly is firmly connected. Optionally, the cross sections of the individual coil segment or the left and right twisted conductors or the individual strands of the coil segments can be tapped separately but this is associated with a much higher cost in the production of the ring boards and the assembly of the coil segments and additional Lötaugenkreise from Ring board inside and outside the existing Lötaugenkreise requires.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Funktion des Generators ist, daß die, vom Magnetfeld durchflossenen Bereiche der Spulen, (Spulensegmente), während des Herstellungsprozesses, insbesondere beim Verpressen auf,/im Spulenträger die vorgegebene Geometrie beibehalten und nicht, z. B. beim Verpressen der Spulensegmente auf dem Spulenträger Verlaufsdeformationen erhalten, die durch den Drall der Litzen innerhalb der Spulensegmente bedingt sind. Dies ist durch die hier beschriebene drallneutrale Bauform gewährleistet.An essential prerequisite for the function of the generator is that the, of the magnetic field-traversed areas of the coils (coil segments), during the manufacturing process, in particular during compression on / retained in the bobbin the given geometry and not, z. B. during compression of the coil segments on the bobbin course deformations obtained, which are caused by the twist of the strands within the coil segments. This is ensured by the spin-neutral design described here.

Anstelle der vorbeschriebenen geflochtenen Stränge können zur Herstellung der Stränge auch sogenannte Hochfrequenz-Litzen aus Back-Lack-Draht verwendet werden. Diese Leiterbauform ist seit langem bekannt. Sie besteht aus einem Kern, z. B. rechtsverdrallter Einzeldrähte und einer Hülle linksverdrallter Einzeldrähte, wobei der Anteil an links- und rechtsverdrallten Einzeldrähten gleich ist. Aufgrund der Differenzstruktur lässt sich jedoch beim Verpressen derartiger Leiter der in 9a sowie in 11b, 12b und 13c gezeigte Füllgrad nicht erreichen.Instead of the above-described braided strands, it is also possible to use what are known as high-frequency strands of baked-lacquer wire for producing the strands. This ladder design has been known for a long time. It consists of a core, z. B. right-twisted strands and a sheath linksverdrallter strands, the proportion of left and right-twisted strands is the same. Due to the difference structure, however, can be in the pressing of such conductors of in 9a as in 11b . 12b and 13c do not reach shown filling level.

Die überstehenden Umkehrbereiche am Kopf der Spulensegmente, sind, – abhängig von der Drehrichtung des Turbinenrotors. (9.1), so anzuordnen, daß durch ihre Schräglage die Bewegung des Kühlmediums, im beschriebenen Beispiel Luft, durch den inneren Luftspalt am Eingang des Innendurchmessers des Spulenkörpers angesaugt und durch den äusseren Luftspalt wieder an die Umgebung abgegeben wird, beschleunigt wird. Weitere Details zu den Spulensegmenten und deren Herstellung sind in der Beschreibung der Spulen, 9 und 11 bis 13 genannt.The protruding reverse areas at the head of the coil segments are, depending on the direction of rotation of the turbine rotor. ( 9.1 ), so arranged that the movement of the cooling medium, in the example described air, is sucked through the inner air gap at the entrance of the inner diameter of the bobbin and discharged through the outer air gap back to the environment by their skew, is accelerated. Further details of the coil segments and their manufacture are in the description of the coils, 9 and 11 to 13 called.

11 zeigt eine Spulenanordnung deren einzelne Spulensegmente, (8.3), vom, ausserhalb des Spulenträgers, (8.2), liegenden Strang, (8.33), zum innerhalb des Spulenträgers, (8.2), liegenden Strang, (8.35), V-förmig, 11a, ausgeführt sind deshalb als V-Spule bezeichnet wird. Diese Spulenform eignet sich besonders zur Verwendung von Strängen flacher/breiter Geometrie in Verbindung mit einer kleineren Anzahl von Spulensegmenten auf den Umfang des Spulenträgers. Die, in 11 und 11a dargestellten Spulensegmente, (8.3), (annähernd quadratischer Querschnitt), entsprechen dem vorerwähnten Stand der Vorfertigung. 11 shows a coil arrangement whose individual coil segments, ( 8.3 ), from, outside the bobbin carrier, ( 8.2 ), lying strand, ( 8:33 ) within the bobbin carrier, ( 8.2 ), lying strand, ( 8:35 ), V-shaped, 11a , are therefore referred to as a V coil. This coil form is particularly suitable for use with flat / wide geometry strings in conjunction with a smaller number of coil segments on the circumference of the spool carrier. In the 11 and 11a shown coil segments, ( 8.3 ), (approximately square cross-section), correspond to the aforementioned state of prefabrication.

Im Betrieb wird das Magnetfeld gleichzeitig in mehrere Spulensegmente, jedoch nur in einen Teil des einzelnen Spulensegments induziert.In operation, the magnetic field is simultaneously induced in several coil segments, but only in a part of the individual coil segment.

Die einzelnen Spulensegmente, im gezeigten Beispiel vierundzwanzig, sind in axialer Richtung mit einem Drall über die äussere Umfangsfläche des Spulenträgers, (8.2) geführt, wobei das, sich im Umkehrbereich, (8.34), d. h. der Bereich des Spulensegments, welcher über das Ende des Spulenträgers geführt wird, (8.34). Die Grösse des Drallwinkels ist davon abhängig wieviele Sektoren der Teilung, im gezeigten Beispiel, 11b, zwei Sektoren mit je 15°, übergreift.The individual coil segments, in the example shown twenty-four, are in the axial direction with a twist over the outer peripheral surface of the coil carrier, ( 8.2 ), which, in the reverse domain, ( 8:34 ), ie the area of the coil segment, which is guided over the end of the coil carrier, ( 8:34 ). The size of the helix angle depends on how many sectors of the pitch, in the example shown, 11b , two sectors each with 15 °, overlaps.

In 11b sind die Querschnittsverhältnisse deines einzelnen Spulensegments nach dem verpressen auf dem Spulenträger dargestellt. Im dargestellten Beispiel übergreifen die Spulensegmente vom äusseren Anschlussbereich, (8.31), zum Umkehrbereich, (8.34), einen Winkelsektor von 15° und vom Umkehrbereich, (8.34), bis zum inneren Anschlussbereich, (8.37), einen weiteren Winkelsektor von 15° der Anschlüsse auf der Ringplatine, (8.1). Dieser Bereich kann auf weitere Winkelsektoren ausgedehnt werden, wobei die sich dadurch im Umkehrbereich der Spulensegmente ergebenden Brücken den Raumbedarf in diesem Bereich vergrössern. Die, in 11b dargestellten Spulensegmente, (abgeflachter Querschnitt), entsprechen etwa dem in Stand nach dem Warmverpressen der Spulenelemente auf dem Spulenträger. Verpresst,/Verdichtet werden hauptsächlich die, der Induktion unterworfenen Bereiche der Spulensegmente, (8.33), und (8.35), sowie deren Umkehrbereich, (8.34). Die Übergangsbereiche, (8.32), und (8.36), dienen als Puffer zur Kompensation von Fertigungs- und Montagetoleranzen zu den Anschlussbereichen, (8.31), und (8.37), in den zugehörigen Lötaugen, (8.11), und (8.12), der Ringplatine, (8.1). Der Übergangsbereich, (8.32), und (8.36), wird zusammen mit der Ringplatine, (8.1), und dem Spulenträger, (8.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird.In 11b are the cross-sectional ratios of your individual coil segment shown after pressing on the bobbin. In the example shown, the coil segments overlap from the outer connection region, 8.31 ), to the reverse area, ( 8:34 ), an angle sector of 15 ° and the reverse region, ( 8:34 ), to the inner terminal area, ( 8:37 ), another angle sector of 15 ° of the connections on the ring board, ( 8.1 ). This area can be extended to other angular sectors, whereby the resulting bridge in the reverse of the coil segments bridges increase the space requirement in this area. In the 11b shown coil segments (flattened cross-section), correspond approximately to the state in the state after hot pressing of the coil elements on the bobbin. Pressed / compacted are mainly the induction-subjected areas of the coil segments, ( 8:33 ), and ( 8:35 ), as well as their reversal area, ( 8:34 ). The transition areas, ( 8:32 ), and ( 8:36 ), serve as buffers to compensate for manufacturing and assembly tolerances to the connection areas, ( 8.31 ), and ( 8:37 ), in the associated pads, ( 8.11 ), and ( 8.12 ), the ring board, ( 8.1 ). The transition area, ( 8:32 ), and ( 8:36 ), together with the ring board, ( 8.1 ), and the coil carrier, ( 8.2 ), shed by means of an epoxy or polyester resin, wherein the complete coil assembly is firmly connected.

12 eine zeigt eine Spulenanordnung deren einzelne Spulensegmente vom, ausserhalb des Spulenträgers liegenden Strang zum innerhalb des Spulenträgers liegenden Strang schräg über das Ende des Spulenhalters geführt sind deshalb als Schrägspule, (6). bezeichnet ist. 12 one shows a coil arrangement whose individual coil segments are guided obliquely from the strand lying outside the bobbin carrier to the strand lying inside the bobbin carrier over the end of the bobbin holder, therefore as an oblique bobbin, 6 ). is designated.

Diese Spulenform eignet sich besonders zur Verwendung einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten, (6.3), woraus sich im Betrieb kurze Induktionsimpulse und eine höhere Signalfrequenz als bei der, in 11 beschriebenen V-Spule ergeben, in Verbindung mit einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten auf den Umfang des Spulenträgers.This coil form is particularly suitable for use of a larger number of coil segments, ( 6.3 ), resulting in short induction pulses and a higher signal frequency than in the, in 11 described V coil, in conjunction with a larger number of coil segments on the circumference of the bobbin.

Die, in 12 und 12a dargestellten Spulensegmente, (6.3), im gezeigten Beispiel achtundvierzig. (mit annähernd quadratischem Querschnitt), entsprechen dem vorerwähnten Stand der Vorfertigung. In 12b sind die Querschnittsverhältnisse deines einzelnen Spulensegments nach dem verpressen auf dem Spulenträger dargestellt.In the 12 and 12a shown coil segments, ( 6.3 ), in the example shown forty - eight. (with approximately square Cross section), correspond to the aforementioned state of prefabrication. In 12b are the cross-sectional ratios of your individual coil segment shown after pressing on the bobbin.

Die Spulensegmente, (6.3), werden so montiert, dass der geflochene, vorgeformte Strang vom äusseren Anschluss, (6.31), axial entlang der äusseren Umfangsfläche des Spulenhalters, (6.2), zum Umkehrbereich, (6.34), und von diesem um eine Spulensegmentbreite, im gezeigten Beispiel 7,5°, versetzt in axialer Richtung zum inneren, im gezeigten Beispiel um 7,5° versetzten, innenliegenden Anschluss, (6.35), der Ringplatine, (6.1), geführt wird.The coil segments, ( 6.3 ), are mounted so that the patted, preformed strand from the outer terminal, ( 6.31 ), axially along the outer peripheral surface of the bobbin holder, ( 6.2 ), to the reverse area, ( 6:34 ), and of this by a coil segment width, in the example shown 7.5 °, offset in the axial direction to the inner, in the example shown offset by 7.5 °, inner terminal, ( 6:35 ), the ring board, ( 6.1 ), to be led.

Im dargestellten Beispiel übergreifen die Spulensegmente vom äusseren Anschlussbereich zum inneren Anschlussbereich jeweils einen Winkelsektor der Anschlüsse. Dieser Bereich kann auf weitere Winkelsektoren ausgedehnt werden, wobei die sich dadurch im Umkehrbereich der Spulensegmente Brücken ergeben, die den Raumbedarf in diesem Bereich vergrössern.In the illustrated example, the coil segments from the outer connection region to the inner connection region each overlap an angular sector of the connections. This area can be extended to other angular sectors, thereby resulting in the reversal of the coil segments bridges that increase the space requirement in this area.

Der Übergangsbereich, (6.32), und (6.36), wird zusammen mit der Ringplatine, (6.1), und dem Spulenträger, (6.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird.The transition area, ( 6:32 ), and ( 6:36 ), together with the ring board, ( 6.1 ), and the coil carrier, ( 6.2 ), shed by means of an epoxy or polyester resin, wherein the complete coil assembly is firmly connected.

13 zeigt eine Spulenanordnung deren einzelne Spulensegmente vom, ausserhalb des Spulenträgers liegenden Strang zum innerhalb des Spulenträgers liegenden Strang paarweise gekreuzt ausgeführt sind deshalb als Kreuzspule bezeichnet ist. 13 shows a coil arrangement whose individual coil segments executed by, lying outside the bobbin strand to run inside the bobbin strand executed in pairs crossed are therefore referred to as cross-wound bobbin.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spulensegmente, (7.3), und (7.4), wie vorbeschrieben symmetrisch vorgeformt. Sie übergreifen innerhalb des Winkelsektors von 7,5° einander gegenseitig. Die Kreuzung erfolgt im Umkehrbereich, wobei das Spulensegment, (7.4), um den Spulensegmentquerschnitt länger ausgeführt ist als das Spulensegment, (7.3). Abgesehen von der, sich ergebenden Gesamtlänge ist das Spulensegment, (7.4), eine gespiegelte Variante des Spulensegments, (7.3).In the illustrated embodiment, the coil segments, ( 7.3 ), and ( 7.4 ), as previously described symmetrically preformed. They overlap each other within the angular sector of 7.5 ° each other. The crossing takes place in the reverse region, the coil segment (FIG. 7.4 ) to make the coil segment cross-section longer than the coil segment, ( 7.3 ). Apart from the resulting overall length, the coil segment is ( 7.4 ), a mirrored variant of the coil segment, ( 7.3 ).

Bei der Montage wird das Spulensegment, (7.3), vom äusseren Anschlussbereich, (7,31), über den Übergangsbereich, (7.32), und den axial auf der äusseren Umfangsfläche des Spulenträgers, (7.2), liegenden Strang, (7.33), zum Umkehrbereich, (7.34), und schräg über denselben geführt, d. h. um eine Sektorbreite, (7,5°), versetzt, zur inneren Umfangsfläche des Spulenhalters, (7.2), und auf dieser zum inneren Übergangsbereich, (7.36), und zum inneren Anschlussbereich, (7.37).During assembly, the coil segment ( 7.3 ), from the outer terminal area, ( 7.31 ), about the transition area, ( 7:32 ), and axially on the outer peripheral surface of the bobbin, ( 7.2 ), lying strand, ( 7:33 ), to the reverse area, ( 7:34 ), and obliquely guided over the same, ie by a sector width, (7.5 °), offset, to the inner peripheral surface of the bobbin holder, ( 7.2 ), and on this to the inner transition region, ( 7:36 ), and to the inner terminal area, ( 7:37 ).

In 13c sind die Querschnittsverhältnisse deines einzelnen Spulensegments nach dem verpressen auf dem Spulenträger dargestellt.In 13c are the cross-sectional ratios of your individual coil segment shown after pressing on the bobbin.

Das Spulensegment, (7.4), vom äusseren Anschlussbereich, (7,41), über den Übergangsbereich, (7.42), und den axial auf der äusseren Umfangsfläche des Spulenträgers, (7.2), liegenden Strang, (7.43), zum Umkehrbereich, (7.44), und diametral entgegengesetzt, schräg über den Umkehrbereich, (7.34), des Spulensegments, (7.3), geführt, d. h. um eine Sektorbreite, (7,5°), versetzt, zur inneren Umfangsfläche des Spulenhalters, (7.2), und auf dieser zum inneren Übergangsbereich, (7.46), und zum inneren Anschlussbereich, (7.47).The coil segment, ( 7.4 ), from the outer terminal area, ( 7.41 ), about the transition area, ( 7:42 ), and axially on the outer peripheral surface of the bobbin, ( 7.2 ), lying strand, ( 7:43 ), to the reverse area, ( 7:44 ), and diametrically opposite, obliquely across the inversion area, ( 7:34 ), the coil segment, ( 7.3 ), ie, by one sector width, (7.5 °), offset to the inner circumferential surface of the bobbin holder, ( 7.2 ), and on this to the inner transition region, ( 7:46 ), and to the inner terminal area, ( 7:47 ).

Diese Spulenform besitzt im gezeigten Beispiel vierundzwanzig Spulensegmentpaare und ermöglicht die paarweise Montage der Spulensegmente beim Aufbau der Spule und eignet sich besonders zur Verwendung einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten, woraus sich im Betrieb kurze Induktionsimpulse und eine höhere Signalfrequenz als bei der, in 11 beschriebenen V-Spule ergeben, in Verbindung mit einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten auf den Umfang des Spulenträgers.This coil form has in the example shown twenty-four coil segment pairs and allows the paired mounting of the coil segments in the construction of the coil and is particularly suitable for using a larger number of coil segments, resulting in operation short induction pulses and a higher signal frequency than in, in 11 described V coil, in conjunction with a larger number of coil segments on the circumference of the bobbin.

Die Übergangsbereiche, (7.31), (7.31), sowie (7.37) und (7.47), werden nach der Montage zusammen mit der Ringplatine, (7.1), und dem Spulenträger, (7.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird. Optional kann auch die restliche Spulenoberfläche in den Verguß einbezogen werden, was jedoch die Wärmeabfuhr aus den Spulensegmenten beeinträchtigen kann.The transition areas, ( 7.31 ) 7.31 ), such as ( 7:37 ) and ( 7:47 ), after assembly together with the ring board, ( 7.1 ), and the coil carrier, ( 7.2 ), shed by means of an epoxy or polyester resin, wherein the complete coil assembly is firmly connected. Optionally, the remaining coil surface can be included in the casting, but this can affect the heat dissipation from the coil segments.

Die Funktion des Generators im Zusammenwirken mit der, in der DP 44 40 241 C1 und in der GMA 20 2014 0039 beschriebenen Turbine wird wie folgt beschrieben.The function of the generator in conjunction with the turbine described in DP 44 40 241 C1 and in GMA 20 2014 0039 will be described as follows.

Die, im Turbinenrotor angeordnete koaxial ausgeführte Magnetanordnung ist, wie in 1 dargestellt, mit dem Turbinenrotor verbunden. Die Spule, d. h. eine der, in 11, 12 oder 13 gezeigten Spulenbauformen ist mit dem feststehenden Gehäuse der Turbine verschraubt.The arranged in the turbine rotor coaxial magnet arrangement is, as in 1 shown connected to the turbine rotor. The coil, ie one of, in 11 . 12 or 13 shown coil forms is bolted to the fixed housing of the turbine.

Bei Drehung des Rotors unterliegen die, zwischen den polbildenden Magneten, 8, befindlichen Spulensegmente dem magnetischen Fluss derselben, wobei in die, im Induktionsbereich befindlichen Magnetsegmente eine Spannung induziert wird, die an den Anschlussbereichen der Spulensegmente abgegriffen werden kann.Upon rotation of the rotor, which, between the pole-forming magnet, 8th , Coil segments located the magnetic flux thereof, wherein in the, located in the induction region magnetic segments, a voltage is induced, which can be tapped at the terminal portions of the coil segments.

Innerhalb der gezeigten Spulenanordnungen können die einzelnen Spulensegmente durch Brücken miteinander verbunden werden und entsprechend der Polteilung des verwendeten Magnetarrays gemeinsam abgegriffen werden.Within the coil arrangements shown, the individual coil segments can be interconnected by bridges and be tapped together according to the pole pitch of the magnet array used.

Die Herstellung des Generators erfolgt zweckmässig in einer etwa quadratischen Bauform, d. h. Der Durchmesser des Spulenhalters, 5, und die Länge der Magnetsegmente, 4, (3), und der Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind etwa gleich.The preparation of the generator is suitably carried out in an approximately square design, ie the diameter of the coil holder, 5 , and the length of the magnet segments, 4 , ( 3 ), and the magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ), are about the same.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Baugruppe Generatorgehäuse,

1
Generatorgehäuse,
1.1
Mitnehmernut aussen, Rotorseite,
1.2
Mitnehmernut innen, Magnetseite,
1.3
Mitnehmer innen Magnetseite,
1.4
Mitnehmer aussen Rotorseite,
Baugruppe axiale Fixierung
2
Deckelverschraubung dielektrisch,
2
Deckelverschraubung dielektrisch,
2.11
Gewinde zur Verschraubung mit Rotor,
2.12
Innenkonus,
2.13
Ringnut für Umkehrbereich,
2.2
Deckelverschraubung, Metall mit Ringnut,
2.21
Ringnut,
2.22
Innenkonus,
2.23
Dielektrischer Einsatz,
2.24
Ringnut für Umkehrbereich,
2.3
Ringmutter ohne Einsatz,
2.31
Gewinde zur Verschraubung mit Rotor,
2.32
Innenkonus,
2.4
Ringmutter mit Sauglüftereinsatz,
2.41
Gewinde zur Verschraubung mit Rotor,
2.42
Sauglüftereinsatz dielektrisch,
Baugruppe Magnetarray
3
Magnetarray,
3.1
Magnetsegment 0° mit Nut,
3.2
Magnetsegment 45°,
3.3
Magnetsegment 90°,
3.4
Magnetsegment 135°,
3.5
Magnetsegment 180° mit Nut,
3.6
Magnetsegment 225°,
3.7
Magnetsegment 270°,
3.8
Magnetsegment 315°,
3.9
Magnetfeldlinien
3.10
Durchflossenes Spulensegment,
4
Baugruppe Magnetwelle,
4.1
Magnetwelle, Variante 1,
4.11
Aussenkonus,
4.12
Gewinde für Mutter,
4.13
Mutter,
4.2
Profilnut für Magnetkeil,
4.21
Gewindebohrung für Lüfterradbefestigung
4.3
Magnetkeil 0° eingepasst,
4.4
Magnetkeil 180° eingepasst,
4.5
Lüfterrad, dielektrisch,
4.51
Schraube für Lüfterradbefestigung,
4.6
Magnetwelle, Variante 2,
4.61
Magnetquader 0° eingepasst,
4.62
Magnetquader 180° eingepasst,
4.7
Magnethohlwelle, Variante 3,
4.71
Magnetquader abgeflacht 0° eingepasst,
4.72
Magnetquader abgeflacht 180° eingepasst,
5
Baugruppe Ringplatine, Spulenhalter,
5.1
Ringplatine,
5.11
Lötauge durchmetallisiert, äusserer Teilkreis
5.12
Lötauge durchmetallisiert, innerer Teilkreis
5.13
Ringplatine Befestigungsbohrung,
5.14
Belüftungsbereich für Kühlmedium, (Luft),
5.15
Entlüftungsbereich für Kühlmedium, (Luft),
5.16
Befestigungsschlitze für Spulenträger Fußsegmente,
5.2
Spulenträger,
5.21
Spulenträger Fußsegmente,
5.3
Spulenträger längsverrippt,
5.31
Spulenträger längsverrippt, Fußsegmente,
5.32
Spulenträger Führungsrippen,
6
Baugruppe Schrägspule,
6.1
Schrägspule Ringplatine,
6.11
Ringplatine Metallisierung, (Lötaugen), aussen,
6.12
Ringplatine Metallisierung, (Lötaugen), innen,
6.2
Spulenträger,
6.3
Schrägspule Spulensegment,
6.31
Spulensegment Anschlussbereich aussen,
6.32
Spulensegment 1, Übergangsbereich aussen,
6.33
Spulensegment Strang aussenliegend,
6.34
Schrägspule Umkehrbereich,
6.35
Spulensegment Strang innenliegend,
6.36
Spulensegment 1, Übergangsbereich innen,
6.37
Spulensegment Anschlussbereich innen,
6.38
Spulensegment Litze rechtsgedrallt
6.39
Spulensegment Litze linksgedrallt
6.4
Luftspalt aussen
6.5
Luftspalt innen
7
Baugruppe Kreuzspule,
7.1
Kreuzspule, Ringplatine,
7.11
Kreuzspule, Ringplatine Lötaugen, aussen
7.12
Kreuzspule, Ringplatine Lötaugen, innen
7.2
Spulenträger,
7.3
Kreuzspule, Spulensegment 1, (ROT),
7.31
Spulensegment 1, Anschlussbereich aussen,
7.32
Spulensegment 1, Übergangsbereich aussen,
7.33
Spulensegment 1, Strang aussen,
7.34
Spulensegment 1, Umkehrbereich
7.35
Spulensegment 1, Strang innen,
7.36
Spulensegment 1, Übergangsbereich innen,
7.37
Spulensegment 1, Anschlussbereich innen,
7.4
Kreuzspule, Spulensegment 2, (BLAU),
7.41
Spulensegment 2, Anschlussbereich aussen,
7.42
Spulensegment 2, Übergangsbereich aussen,
7.43
Spulensegment 2, Strang aussen,
7.44
Spulensegment 2, Umkehrbereich
7.45
Spulensegment 2, Strang innen,
7.46
Spulensegment 2, Übergangsbereich innen,
7.47
Spulensegment 2, Anschlussbereich innen,
8
Baugruppe V-Spule,
8.1
Ringplatine V-Spule,
8.11
Ringplatine Metallisierung, (Lötauge), aussen,
8.12
Ringplatine Metallisierung, (Lötauge), innen,
8.2
V-Spule, Spulenträger,
8.3
V-Spule, Spulensegment,
8.31
Spulensegment, Anschlussbereich aussen,
8.32
Spulensegment, Übergangsbereich aussen,
8.33
Spulensegment, Strang aussen,
8.34
Spulensegment, Umkehrbereich,
8.35
Spulensegment, Strang innen,
8.36
Spulensegment, Übergangsbereich innen,
8.37
Spulensegment, Anschlussbereich innen,
Baugruppe Turbine
9
Turbine, Rotor, Gehäuse,
9.1
Turbinenrotor,
9.2
Befestigungsgewinde für Deckel,
9.3
Befestigungsgewinde für Spannring,
9.4
Nuten für Mitnehmerstifte,
10
Turbinengehäuse, (Ausschnitt feststehend),
10.1
Entlüftungsschlitze für Kühlluft,
10.2
Befestigungsschraube für Ringplatine,
Assembly generator housing,
1
Generator housing,
1.1
Mitnehmerut outside, rotor side,
1.2
Carrier groove inside, magnet side,
1.3
Driver inside magnet side,
1.4
Driver outside rotor side,
Assembly axial fixation
2
Lid fitting dielectric,
2
Lid fitting dielectric,
2.11
Thread for screwing with rotor,
2.12
Inner cone,
2.13
Ring groove for reverse area,
2.2
Cover screw connection, metal with ring groove,
2.21
annular groove
2.22
Inner cone,
2.23
Dielectric use,
2.24
Ring groove for reverse area,
2.3
Ring nut without insert,
2.31
Thread for screwing with rotor,
2:32
Inner cone,
2.4
Ring nut with suction fan insert,
2:41
Thread for screwing with rotor,
2:42
Suction fan insert dielectric,
Assembly Magnetarray
3
Magnetic array
3.1
Magnetic segment 0 ° with groove,
3.2
Magnet segment 45 °,
3.3
Magnetic segment 90 °,
3.4
Magnet segment 135 °,
3.5
Magnetic segment 180 ° with groove,
3.6
Magnet segment 225 °,
3.7
Magnetic segment 270 °,
3.8
Magnetic segment 315 °,
3.9
magnetic field lines
3.10
Flowed through coil segment,
4
Assembly magnetic shaft,
4.1
Magnetic shaft, variant 1,
4.11
Outer cone,
4.12
Thread for nut,
4.13
Mother,
4.2
Profile groove for magnetic wedge,
4.21
Tapped hole for fan wheel attachment
4.3
Magnetic wedge 0 ° fitted,
4.4
Magnetic wedge 180 ° fitted,
4.5
Fan wheel, dielectric,
4:51
Screw for fan wheel attachment,
4.6
Magnetic shaft, variant 2,
4.61
Magnetic cuboid 0 ° fitted,
4.62
Magnetic square 180 ° fitted,
4.7
Hollow shaft, variant 3,
4.71
Magnetic cuboid flattened 0 ° fitted,
4.72
Magnetic cuboid flattened 180 ° fitted,
5
Assembly ring plate, coil holder,
5.1
Ring board,
5.11
Lötauge durchmetallisiert, outer circle
5.12
Lötauge durchmetallisiert, inner circle
5.13
Ring board mounting hole,
5.14
Ventilation area for cooling medium, (air),
5.15
Venting area for cooling medium, (air),
5.16
Mounting slots for bobbin foot segments,
5.2
Bobbin
5.21
Spool carrier foot segments,
5.3
Longitudinally ribbed,
5.31
Spool carrier longitudinally ribbed, foot segments,
5:32
Coil carrier guide ribs,
6
Assembly skew coil,
6.1
Helical coil ring board,
6.11
Ring board metallization, (pads), outside,
6.12
Ring board metallization, (pads), inside,
6.2
Bobbin
6.3
Helical coil segment,
6.31
Coil segment connection area outside,
6:32
Coil segment 1, transitional area outside,
6:33
Coil segment extruded strand,
6:34
Helical coil reversal area,
6:35
Coil segment strand inside,
6:36
Coil segment 1, transition area inside,
6:37
Coil segment connection area inside,
6:38
Coil segment Stranded right
6:39
Coil segment stranded left
6.4
Air gap outside
6.5
Air gap inside
7
Assembly cross-wound bobbin,
7.1
Cheese, ring board,
7.11
Cross coil, ring PCB pads, outside
7.12
Cross coil, ring PCB pads, inside
7.2
Bobbin
7.3
Cheese, coil segment 1, (RED),
7.31
Coil segment 1, connection area outside,
7:32
Coil segment 1, transitional area outside,
7:33
Coil segment 1, strand outside,
7:34
Coil segment 1, reverse region
7:35
Coil segment 1, strand inside,
7:36
Coil segment 1, transition area inside,
7:37
Coil segment 1, connection area inside,
7.4
Cross-wound bobbin, coil segment 2, (BLAU),
7:41
Coil segment 2, connection area outside,
7:42
Coil segment 2, transitional area outside,
7:43
Coil segment 2, strand outside,
7:44
Coil segment 2, reverse region
7:45
Coil segment 2, strand inside,
7:46
Coil segment 2, transition area inside,
7:47
Coil segment 2, connection area inside,
8th
Assembly V coil,
8.1
Ring board V-coil,
8.11
Ring board metallization, (solder), outside,
8.12
Ring board metallization, (solder), inside,
8.2
V-coil, coil carrier,
8.3
V-coil, coil segment,
8.31
Coil segment, connection area outside,
8:32
Coil segment, transitional area outside,
8:33
Coil segment, strand outside,
8:34
Coil segment, reversal region,
8:35
Coil segment, strand inside,
8:36
Coil segment, transition area inside,
8:37
Coil segment, connection area inside,
Assembly turbine
9
Turbine, rotor, housing,
9.1
Turbine rotor,
9.2
Fixing thread for cover,
9.3
Fixing thread for clamping ring,
9.4
Grooves for driving pins,
10
Turbine housing, (cutout fixed),
10.1
Ventilation slots for cooling air,
10.2
Fixing screw for ring board,

Druckschriften:Publications:

  • a. Elektrisola GmbH, Reichshof, Diverse Druckschriften zu Produkten Back-Lack-Draht. Geflochtene Litzen und umsponnene Drähte. Kupferummantelter Aluminiumdraht.a. Elektrisola GmbH, Reichshof, various publications on products baking paint wire. Braided strands and braided wires. Copper coated aluminum wire.
  • b. Magnetic Field of tubular linear machines with dual Halbach Array, Liang Yan, Lei Zhang, Tianyi Wang, Zongxia Jiao, Chin-Yin Chen, and I-Ming Chen in Progress In Electromagnetics Research, Vol. 136, 283{299, 2013 b. Liang Yan, Lei Zhang, Tianyi Wang, Zongxia Jiao, Chin-Yin Chen, and I-Ming Chen in Progress In Electromagnetics Research, Vol. 136, 283 {299, 2013
  • c. Halbach Array Motor/Generators – A Novel Generalized Electric Machine Bernard T. Merritt, Robert F. Post, Gary R. Dreifuerst, Donald A. Bender; October 28, 1994; Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-JC-119050 c. Halbach Array Motor / Generators - A Novel General Electric Machine Bernard T. Merritt, Robert F. Post, Gary R. Dreifuerst, Donald A. Bender; October 28, 1994; Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-JC-119050
  • d. Design of a 100 W, 500000 rpm Permanent-Magnet Generator for Mesoscale Gas Turbines C. Zwyssig and J. W. Kolar Power Electronic Systems Laboratory Swiss Federal Institute of Technology Zurich 8092 Zurich, SWITZERLAND d. Design of a 100 W, 500,000 rpm Permanent Magnet Generator for Mesoscale Gas Turbines C. Zwyssig and JW Kolar Power Electronic Systems Laboratory Swiss Federal Institute of Technology Zurich 8092 Zurich, SWITZERLAND

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 5280209 [0007] US 5280209 [0007]
  • US 725470 [0007] US 725470 [0007]
  • DE 10361378 [0007] DE 10361378 [0007]
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  • DE 102004017157 [0007] DE 102004017157 [0007]
  • DE 10210054170 [0007] DE 10210054170 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Schrift von K. Halbach „Permanent Magnet undulators, Journal de Physique Coloque C1, supplement au No 2 Tone 44, Februar 1983 Seite C1–211 [0006] Writing by K. Halbach "Permanent magnet undulators, Journal de Physique Coloque C1, supplement au No 2 Tone 44, February 1983 page C1-211 [0006]
  • Helmholtz Zentrums Berlin: „Permanent Magnets including Wigglers ans Undulators”, Johannes Bahrdt 20.–22.6.2009 [0007] Helmholtz Zentrum Berlin: "Permanent Magnets including Wigglers ans Undulators", Johannes Bahrdt 20.-22.6.2009 [0007]

Claims (5)

Generator für eine Turbine dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor einer Turbine, (1), ein für hohe Drehzahlen geeignetes, koaxiales geschlossenes Halbach-Array eingebaut ist, dessen äusserer Magnetkreis, (3), bestehend aus Magnetsegmenten mit seinen polbildenden Magneten, (3.5) und (3.2) mit dem inneren Magnetkreis, bestehend aus einer Magnetwelle, (4.1) in der die Magnetkeile, (4.3) und (4.4) durch die Bauform der Magnetkeile und der Magnetwelle gegen, im Betrieb auftretende Fliehkräfte gesichert, montiert sind, deren Magnetanordnnung demontierbar ist um bei Bedarf Magnete zu ersetzen, bzw. zu remagnetisieren und dass im feststehenden Bereich des Turbinengehäuses, (10), eine aus beliebig verbindbaren oder abgreifbaren Spulensegmenten bestehende, auf einem Spulenhalter verklebte Spulenanordnung, (11 bis 13), die auf einer Ringplatine befestigt ist, deren Spulensegmente sich mit Ihren Strangteilen, innerhalb des Induktionsbereiches befinden, deren Umkehrbereiche jedoch ausserhalb des Induktionsbereiches in einer dielektrischen Umgebung befinden mit dem Generatorgehäuse verbunden ist.Generator for a turbine characterized in that in the rotor of a turbine, ( 1 ), a coaxial closed Halbach array suitable for high speeds, whose outer magnetic circuit, 3 ), consisting of magnet segments with its pole forming magnets, ( 3.5 ) and ( 3.2 ) with the inner magnetic circuit, consisting of a magnetic shaft, ( 4.1 ) in which the magnetic wedges, ( 4.3 ) and ( 4.4 ) are secured by the design of the magnetic wedges and the magnetic shaft against occurring during operation centrifugal forces are mounted, whose Magnetanordnnung can be dismantled to replace if necessary magnets or to remagnetize and that in the fixed region of the turbine housing, 10 ), consisting of any connectable or tappable coil segments, glued on a coil holder coil assembly, ( 11 to 13 ), which is mounted on a ring circuit board, the coil segments are connected to your strand parts, within the induction region, the reversal areas, however, located outside the induction region in a dielectric environment with the generator housing is connected. Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Magnetanordnung, bestehend aus den Magnetsegmenten z. B. durch Mitnehmerstifte, (1.4), in radialer Richtung über das Generatorgehäuse, (1), an den Rotor, (9.1) und durch weitere Mitnehmerstifte, (1.2). an die Magnetsegmente, (3), gekoppelt ist.Generator for a turbine, according to claim 1, characterized in that the outer magnet arrangement consisting of the magnetic segments z. B. by driving pins, ( 1.4 ), in the radial direction over the generator housing, ( 1 ), to the rotor, ( 9.1 ) and by further driving pins, ( 1.2 ). to the magnet segments, ( 3 ) is coupled. Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Magnetanordnung an einer Seite Komponenten enthält, welche die verwendete Spule durch den Luftspalt dadurch kühlen, daß am äusseren Durchmesser ein ringförmiger Sauglüftereinsatz, (2.41), der zur Vermeidung von Wirbelströmen aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt ist, und die Kühlluft aus dem äusseren Luftspalt, (6.4), abzieht, eingebaut ist und auf der Magnetwelle, (4.1), ein ebenfalls zur Vermeidung von Wirbelströmen aus dielektrischen Werkstoff hergestelltes Lüfterrad, (4.5), welches die Kühlluft in den inneren Luftspalt (6.5), fördert.Turbine generator according to Claim 1, characterized in that the magnet arrangement contains components on one side which cool the coil used through the air gap by providing at the outer diameter an annular suction fan insert ( 2:41 ), which is made of a dielectric material to avoid eddy currents, and the cooling air from the outer air gap, ( 6.4 ), subtracts, is built in and on the magnetic shaft, ( 4.1 ), also made to avoid eddy currents of dielectric material fan, ( 4.5 ), which the cooling air in the inner air gap ( 6.5 ) promotes. Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der der Deckelverschraubung, (2.2), ein Innenkonus, (2.22), zur Aufnahme des Aussenkonus (4,11), Magnetwelle, (4.1), befindet und, soweit die Deckelverschraubung aus Metall hergestellt ist, ein ringförmiger, dielektrischer Einsatz, (2.23), zur Vermeidung von Wirbelströmen im Umkehrbereich der Spulensegmente, (6.34), (7.43), (7.44), und (8.34), montiert ist.Generator for a turbine, according to claim 1, characterized in that in the lid screw, ( 2.2 ), an inner cone, ( 2.22 ), for receiving the outer cone ( 4.11 ), Magnetic wave, ( 4.1 ), and, as far as the cover cap is made of metal, an annular, dielectric insert, ( 2.23 ), to avoid eddy currents in the reverse region of the coil segments, ( 6:34 ) 7:43 ) 7:44 ), and ( 8:34 ), is mounted. Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Magnetbaugruppe in axialer Richtung durch die Deckelverschraubung (2.2) und die Ringmutter, (2.4), im Turbinenrotor, (9.1), fixiert ist.Generator for a turbine, according to claim 1, characterized in that the magnet assembly in the axial direction through the cover screw ( 2.2 ) and the ring nut, ( 2.4 ), in the turbine rotor, ( 9.1 ), is fixed.
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Design of a 100 W, 500000 rpm Permanent-Magnet Generator for Mesoscale Gas Turbines C. Zwyssig and J. W. Kolar Power Electronic Systems Laboratory Swiss Federal Institute of Technology Zurich 8092 Zurich, SWITZERLAND
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