DE202017005031U1 - Geteilter Transversalflussgenerator mit integrierter Lagerfunktion und symmetrischer Kraftausleitung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Strom auf der Basis eines kraftsymmetrisch geteilten zweisträngigen Transversalflussgenerators (G) dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Teile eines Transversalflussgenerators (G),(Fig.2,5-6) auf einer gemeinsamen Achse (A) mechanisch geteilt bzw. auf Entfernung getrennt montiert sind (Fig.2) und diese in Kombination mit Lagern (L) tragen bzw. halten, wobei der Transversalflussgenerator (TFG) physisch in zwei einsträngigen Hälften (G) genauso elektrisch arbeitet wie sonst ein einziges Aggregat, wobei hier trotz ihrer Entfernung die beiden Hälften auf der gleichen Achse (A) mechanisch zusammenwirken. Dies erfolgt indem eine feldorientierte Strom- bzw. Momentenregelung durch eine elektrische Kopplung (Kl) über einen Maschinenwechselrichter stattfindet, der die beiden Stränge steuerungstechnisch so koppelt, dass das diese abwechselnd miteinander im Rhythmus arbeiten aufgrund der jeweiligen Positionsmessungen der Rotoren (Ro) und mittels der resultierenden notwendigen elektronischen Regelung, ein möglicher Winkelversatz zwischen den beiden Hälften wird durch die Positionsmessung beider Rotoren ermittelt und in der Ansteuerung genutzt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen neuartigen Transversalflussgenerator (TFG), der gebildet wird -, aus zwei oder mehreren Teilen (G), die jeweils mindestens die Halbierung eines vollständigen Generators darstellen um so auch auf räumliche Distanz entlang der Rotationsachse (A) eine Abstandsdifferenz beider Hälften zu erlauben um so eine mechanische Energieeingabe über die Rotationsachse zu ermöglichen (2,5-6) (hier zur Montage eines Wasserschaufelrades (W) symmetrisch zwischen die Generatorenhälften) (G), (2), wobei diese getrennten Hälften gleichzeitig physikalisch wie eine einzige ungeteilte elektrische Einheit wirken (Generator). Durch dieses Teilen des Generators ist es nun erstmals möglich eine Einheit aus Generatorsegment und jeweils notwendigem Lager zu konstruieren.(1,2,)
• Herkömmliche ähnliche Konstruktionen können im Generator kaum Lagerfunktionen erfüllen, weil Generatoren an sich solche von außen zusätzlich einwirkenden dynamischen Kräfte nicht aufnehmen können. (Empfindlichkeit der Generatorenspalte mit extrem kurzen inneren Distanzen). Ferner ist eine Konstruktion einer Kraftwelle (A), horizontal oder arbeitend, beidseitig gelagert, bislang nur asymmetrisch an einer Seite durch einen Generator gebremst- oder symmetrisch durch zwei getrennte Generatoren möglich. Dem entgegen wird hier nun eine gleichmäßige symmetrische Krafteintragung in das gesamte System ermöglicht, (2), bei gleichzeitig symmetrischer Gewichtsverteilung was sich besonders für schwimmende Konstruktionen positiv auswirkt.(Pon, F)
• Möglich wird dies dadurch dass ein Transversalflussgenerator (G) normal als mindestens zweisträngige Vorrichtung (Ws) so in zwei einsträngige Systeme (Ws) geteilt werden kann, weil diese innere Trennung auch durch die Grundkonstruktion in ihrer Anordnung möglich ist. (s. 2).
• Als permanent erregte Synchronmaschine besteht der Transversalflussgenerator (TFG) aus mindestens zwei Ringspulen in jeweils U-förmigen Eisenblechpaketen,(St) die als ringförmige Pakete einzeln nebeneinander radial auf der Achse sitzen und deshalb in der deren Längsrichtung verschieblich sind.(3-4) Obwohl sie dann physisch getrennt sind, können sie dennoch ein gemeinsames Drehfeld zu erzeugen , wofür die einzelnen Ringspulen (Ws) eine elektrische und eine mechanische Phasenverschiebung aufweisen müssen , die erzeugt und gesteuert wird durch einen gemeinsamen Maschinenwechselrichter, der so die getrennten Spulen steuerungstechnisch in einer Weise koppelt, als seien dieser immer noch eine unmittelbare physische Einheit.(TFG) Vorrausetzung ist u.a. eine genügend steife Welle (A) und eine Positionsmessung sowie Kontrolle auf beiden Seiten der Gesamtkonstruktion.(2)
• Die zugrundeliegende Konstruktion, (1) selbst wird so gestaltet, dass hier eine Wasserkraftnutzungsvorrichtung horizontal als Schaufelrad (W)(L) mechanische Energie erzeugt und in den Lagern (L) bzw. Generatoren (G) jeweils rechts und links hälftig und synchronisiert abgibt.
• Mehrere solcher Arbeitsmodule lassen sich auch mechanisch und elektrisch nach dem gleichen Prinzip erweitern bzw. koppeln in Verlängerung der Arbeitsachse, (5,6) wobei diese je nach Konstruktionsabsicht horizontal- (H) oder auch vertikal (V) angeordnet sein kann. Hier horizontal als Wasserrad, (W), 1 im Falle von Vertikalwindrotoren (V) als Lager/Generatorprinzip (L) oder auch als schlanke aber lange Generatoren in Turbinenkernen zur Ausnutzung von Strömungsenergie. Überall dort wo niedrigen Drehzahlen, hohes Drehmoment sowie hohe dynamische Lagerlasten gleichzeitig wirken, kann nun diese Entwicklung eines geteilten Transversalflussgenerators mit integrierter Lagerfunktion zum Einsatz kommen und so erheblichen Vorteil bieten.(3)
• Der Vorteil dieser Anwendung eines modifizierten Transversalflussgenerators besteht somit u.a. darin , dass durch seine prinzipbedingte Eignung für niedrige Drehzahlen bei hohem Drehmoment und die Direktkopplung mit der Wasserradwelle die Notwendigkeit für ein zusätzliches Getriebepaket ggfls. zur Übersetzung aufhebt bei gleichzeitig trotzdem kompakter Bauweise. Verschleißanfällige und teuere Ketten, Riemen oder andere Arten von Getrieben, die den Wirkungsgrad der Anlage verschlechtern und zudem eigene Befestigungen sowie Lager benötigen würden , können somit komplett eingespart werden.
• Die Lagerung der gesamten Anlage wird von den in die Generatoren integrierten Radrillen- Kugellagern übernommen , die das Wasserrad mittragen, wobei die Generatoren selber wiederum jeweils an einem Standfuß befestigt sind, der auf eine schwimmende Plattform montiert werden kann. Es gibt eine Festlager- und eine Loslagerseite der jeweiligen Transversalflussmaschine (TFM). Bauvarianten hierzu -Profilwellenverbindung formschlüssig als Variante mit kraftschlüssiger Pressverbindung oder als Kegelspannelement und angeschraubter Scheibe, sowie Zylinderrollenlager.
• Die Grundkonstruktion kann ggfls auch in der technischen Umkehrung nach ähnlichem Prinzip erfolgen was dann Motore mit den gleichen Eigenschaften hervorbringen würde die bei geringem Durchmesser und grosser Baulänge hohe elektrische Leistungen liefern können trotz relativ geringen Durchmessers bzw Gesamtgewichts. Hierdurch können ggfls auch neue Wellenantriebe gestaltet werden in der grundsätzlichen Antriebstechnik wie Elektroturbinen, bzw. schlanke Pumpen bei sehr kompakter Bauweise zu Rohreinbau, die bislang für Langsamläufer hoher Drehmomente nicht zur Verfügung standen. Dieses Prinzip kann große Vorteile ebenfalls für schlanke Aktuatoren oder Linearmotore bieten.
• Bezugszeichenliste

A

Drehachse

W

Wasserrad

La

Lamellen Wasserrad

D

Detail

G

Generator

F

Fuss

A

Achse

K

Kupplung

Kp

Kopfplatte Lager

S

Statorgehäuse

Ws

Statorwicklung

St

Statorblech

Ro

Rotor mit Luftspalt und Magnet

Kl

Kupplung Lager

Pl

Kupplungsplatte Lager

Sr

Verbindungsschrauben

B

Lagerblech

L

Lager

V

Vertikalachse

H

Horizontalachse

M

Modulübergang

TFG

Transversalflussgenerator

• Figurenliste
• 1 Isometrie Gesamtsystem Wassermühle
• 2 Grundanordnung Baugruppe (2× ½ TFG)
• 3 Querschnitt / Ansicht (1× ½ TFG)
• 4 Ansicht / Perspektive (1× ½ TFG)
• 5 Baugruppen / Anordnungen (eng / weit)
• 6 Isometrie Module/ Baugruppen

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Strom auf der Basis eines kraftsymmetrisch geteilten zweisträngigen Transversalflussgenerators (G) dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Teile eines Transversalflussgenerators (G),(2,5-6) auf einer gemeinsamen Achse (A) mechanisch geteilt bzw. auf Entfernung getrennt montiert sind (2) und diese in Kombination mit Lagern (L) tragen bzw. halten, wobei der Transversalflussgenerator (TFG) physisch in zwei einsträngigen Hälften (G) genauso elektrisch arbeitet wie sonst ein einziges Aggregat, wobei hier trotz ihrer Entfernung die beiden Hälften auf der gleichen Achse (A) mechanisch zusammenwirken. Dies erfolgt indem eine feldorientierte Strom- bzw. Momentenregelung durch eine elektrische Kopplung (Kl) über einen Maschinenwechselrichter stattfindet, der die beiden Stränge steuerungstechnisch so koppelt, dass das diese abwechselnd miteinander im Rhythmus arbeiten aufgrund der jeweiligen Positionsmessungen der Rotoren (Ro) und mittels der resultierenden notwendigen elektronischen Regelung, ein möglicher Winkelversatz zwischen den beiden Hälften wird durch die Positionsmessung beider Rotoren ermittelt und in der Ansteuerung genutzt.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Lagerung (L) der Anlage so auf die getrennten Generatorenteile (G) verteilt wird und durch die in diese integrierten Kugellager bzw. Wälzlager übernommen wird, so dass so eine direkte Verbindung (Kl) zwischen der Arbeitswelle (A) und den Generatorteilen entsteht und so eine Direktkopplung weitere Getriebeteile überflüssig macht.
3. Bauteil nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die grundsätzliche Bauweise als Konstruktionsvarianten, (5,6) entweder als eine Profilwellenverbindung formschlüssig erfolgt in kraftschlüssiger Pressverbindung oder alternativ als Kegelspannelement mittels angeschraubter Scheibe (L) sowie Zylinderrollenlager um so eine reversible Verbindung zwischen Generatorlagereinheit (G) und Achse (A) zu schaffen bei definierter Lastabtragung durch das integrierte Lager.(KI,PI)
4. Bauteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Direktkopplung (Kl,Pl) zwischen Achse (A) und Generator (G) vorgesehen ist, die so weitere verschleißanfällige Teile wie Riemen, Ketten oder Getriebe oder weiter Befestigungen sowie Lager eingespart werden können.
5. Bauteil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Direktkopplung möglich ist durch die Kombination dieser Konstruktion mit Transversalflussgeneratoren (TFG),(G) hier in modifizierter Bauweise, die für niedrigen Drehzahlen bei hohem Drehmoment auch ohne Getriebe geeignet sind und hier unmittelbar mit der Antriebsachse (A) verbunden werden können.
6. Bauteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Konstruktionen mit Antriebsachsen auch mit mehr als zwei getrennt arbeiten Teilen von Generatoren arbeiten können (s. 5,6), zu 2, 4, 6 oder 8 Generatorenhälften um hierdurch sehr grosse Kräfte bei geringstem Systemdurchmesser aber erhöhter Baulänge zu erreichen, zb bei Flussgeneratoren oder anderen Arbeitsachsen (W)
7. Bauteil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorgenannte Gruppenanordnungen auch vertikal arbeiten können (s. 6) z.B. für bestimmte Hochleistungspumpen oder auch Vertikalwindradachsen (V), wobei alle Anordnungen auch in Umkehrung arbeiten können, wenn statt eines geteilten Generators nach ähnlichem Prinzip ein Motor aufgebaut wird, der dann so besonders geeignet ist, z.B. für Schiffs- oder U-Bootwellen, Elektroturbinen oder andere Antriebe bei geringstem Durchmesser, hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl

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