DE4239106A1

DE4239106A1 - Maintenance-free multi-layer generator - allows rotors either side of stator to move axially to enable distance between stator and rotors to be minimised

Info

Publication number: DE4239106A1
Application number: DE4239106A
Authority: DE
Inventors: Alfred Frohnert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2012-11-21
Also published as: DE4405308C2; DE4405308A1; DE4239106C2

Abstract

The stator rings (3) are connected to both sides of a carrier (1) lying in the housing (8) perpendicular to the axis (11). The carrier (1) is cooled by being perforated and having cooling fins (2). Each stator ring (3) is surrounded on two sides by a magnetic circuit (4). The magnetic rotors (4) at both sides of the stators (3) are adjustable along the axis (11) to minimise the distance between the stators (3) and the rotors (4). The rotors (4) and stators (3) can be magnets or conductors as desired. By connecting rectifiers therebetween, collector-ring-free construction is possible. ADVANTAGE - Simple and inexpensive to mfr. Does not need collector rings. Is well cooled.

Description

Wenn für die Windkraftnutzung herkömmliche Gleichstrom- oder Wechsel-bzw. Drehstromgeneratoren zur Anwendung kommen, müssen Getriebe zwischengeschaltet werden. Für Klein-Wind- Konverter ist dies technisch und ökonomisch ungünstig. Wenn bei üblichen Generatoren die Zahl der Magnete derart erhöht würde, daß die erforderliche Generatornenndrehzahl und die Windrotordrehzahl etwa übereinstimmen können, wäre der Generator zu schwer, selbst dann, wenn dieser als Ringge nerator ausgeführt wäre. Eine Möglichkeit der Verringerung der Generatornenndrehzahl bietet die Ausführung, die Rotoren und Statoren in mehreren Schichten konzentrisch übereinan der anzuordnen, wobei die Magnetringe sich ungleichnamig gegenüberliegen, und die Magnetkräfte sich auf diese Weise positiv beeinflussen im Sinn der Leistungsabgabe. Die Stato ren bei dieser Ausführung sind an einer Gehäusestirnseite befestigt. Die JP 56-54 859 A realisiert diese Möglichkeit.If conventional direct current or exchange or. Three-phase generators are used, gearboxes must be interposed. For small wind This is technically and economically unfavorable for converters. If the number of magnets in conventional generators is such would increase the required generator rated speed and the wind rotor speed could roughly match the generator is too heavy, even if it is a ring would be executed. One way of reducing the generator rated speed offers the version, the rotors and stators in several layers concentrically on top of each other to arrange, the magnetic rings are of the same name face each other, and the magnetic forces in this way influence positively in terms of performance. The stato ren in this version are on one end of the housing attached. JP 56-54 859 A realizes this possibility.

Eine praktische Überprüfung dieses Systems enthüllt mehrere Nachteile, die eine Neuerfindung nötig machen, um dieses Generatorsystem für die Windkraftnutzung brauchbar zu machen.A practical review of this system reveals several Disadvantages that make reinvention necessary to this Make generator system usable for wind power use.

Die wesentlichen Nachteile der JP 56-54 859 A sind:The main disadvantages of JP 56-54 859 A are:

1 . The need to use slip rings on E magnets to have to be able to transmit the current for the magnets nen. The replacement of the carbon brushes is so infrequent which is absolutely necessary and very important for wind converters laborious.
2. The cooling of the stator prepares during the practical Use under wind power conditions according to my experience considerable difficulties because of heat dissipation is very low due to the construction of the metal and the temperature increase in the event of overload quickly becomes critical Values reached.
3. The production of the JP type requires much more work gears than that of conventional inner pole machines. Without that the first two, the latter disadvantage could be tolerated.

Erfindungsmäßig stellt sich die Aufgabe, insbesondere die beiden erstgenannten Nachteile zu vermeiden. According to the invention, the task arises, especially the two to avoid the aforementioned disadvantages.

Die Lösung dieser Aufgabe stellt diese Anmeldung in den Punkten der Patentansprüche dar. Es ist ein wartungsfreier Mehrschicht- Generator, wie folgt beschrieben und aus der Zeichnung ersichtlich:This application provides the solution to this problem in the Points of the claims. It is a maintenance-free multi-layer generator as described below and can be seen from the drawing:

In der Mitte des Gehäusemantels ist ein Trägerring (Träger platte) befestigt. Auf diesem sind beidseitig die Stator ringe befestigt. Diese sind zu den Gehäusestirnseiten hin leicht konisch ausgebildet. Die Statorringe sind sowohl auf der Fläche zum Gehäusemantel hin (peripher) als auch zum Gehäusemittelpunkt hin (axial) von je einem Magnetläufer ring umgeben, dessen Fläche zum Statorring ebenso konisch geformt ist wie dieser. Jeder Läufer ist mit einer paßge nauen Hülse beweglich in Richtung Stirnseiten auf der Achse befestigt, gegen Verdrehung und zur Kraftübertragung mit Nut und Keil auf der Achse gesichert. Mit Einstellschrauben kann ein minimaler Abstand zwischen Läufer und Stator ein gestellt werden, was durch die konische Form von Läufer und Stator ermöglicht wird. Beide Läufer können von der Achse abgezogen werden, somit wird eine Montage möglich. Der Stator-Trägerring ist an den freien Flächen zwecks Luftdurchtritt gelocht, zur Gehäuseachse hin mit Rippen besetzt, um eine optimale Wärmeableitung zu gewährleisten. Der Stator-Trägerring erfüllt somit doppelte Funktion.There is a carrier ring (carrier plate) attached. The stator is on both sides of this rings attached. These are towards the front of the housing slightly conical. The stator rings are both on the area to the housing jacket (peripheral) as well as to Housing center point (axially) of one magnetic rotor each ring surrounded, the surface of the stator ring just as conical is shaped like this. Every runner is with a pass nau sleeve movable towards the end faces on the axis attached, against rotation and for power transmission with Groove and wedge secured on the axle. With adjusting screws there can be a minimal distance between the rotor and the stator be put what by the conical shape of runners and stator is enabled. Both runners can take part in the Axis are subtracted, so assembly is possible. The stator support ring is on the free surfaces Perforated air passage, with ribs towards the housing axis occupied to ensure optimal heat dissipation. The stator carrier ring thus fulfills a double function.

Messungen haben ergeben, daß es günstiger ist, die Mag netringe einer Seite gleichnamig gegenüberzustellen, d. h. Nord- gegen Nordpol, Süd- gegen Südpol, innerhalb der ein zelnen Magnetringe selbstverständlich Nord- gegen Südpol. Das Sichtbarmachen der Feldlinien mittels Eisen-Feilspänen gibt die Erklärung: Bei gleichnamiger Gegenüberstellung stoßen sich die Magnete gegenseitig ab, das ist bekannt. Die Feldlinien sind entlang der Magnetkreislinie dabei eng zusammengedrückt, komprimiert. Genau in diesem Bereich liegen die Leiterwindungen und werden so von besonders vielen Feldlinien geschnitten. Besonders günstig ist es deshalb, die Nuten der Leiterwindungsträger flach entlang der Ma gnetringe auszubilden. Die Wicklungen werden bei dieser An ordnung auch besonders gut gekühlt. Die gleichnamige Gegen überstellung der Magnetringe ermöglicht die Ausbildung der Maschine ohne Schleifringe: Measurements have shown that Mag to contrast the rings of a page with the same name, d. H. North vs. North Pole, South vs. South Pole, within the one individual magnetic rings of course north against south pole. The visualization of the field lines using iron filings gives the explanation: When comparing the same name the magnets repel each other, that is known. The field lines are along the magnetic circuit line tightly compressed, compressed. Exactly in this area are the conductor turns and are used by a particularly large number Field lines cut. It is therefore particularly cheap the grooves of the conductor turn carriers are flat along the dimension training rings. The windings are at this type order also particularly well chilled. The counterpart of the same name transfer of the magnetic rings enables the formation of the Machine without slip rings:

Da die Feldlinien komprimiert entlang der Rotorkreise ver laufen und nur wenige tiefer in den Eisenkern eindringen, können von den 4 Magnetrotoren einer wie der Stator gewickelt werden, der diesem Magnetrotor gegenüberliegende Stator wird wie der Magnetrotor gewickelt. Bei gleicher Polteilung sind die Eisenkerne der Statoren und Magnetläufer baugleich, des halb sind nur die Drahtwindungen diesem Bausystem anzupassen, wenn Rotoren und Statoren mit unterschiedlicher Drahtstärke und -länge gewickelt sind. Der Stromfluß geschieht wie in dem bekannten System bürstenloser Generatoren ohne Kondensa tor über Thyristor und Dioden. Der schleifringlose Mehrschicht- Generator ist selbstregelnd, drehzahlabhängig. Infolge der 3 verfügbaren Stromkreise aus den 3 Statoren (der 4. dient als Magnet der Stromversorgung innerhalb der Maschine ) kann diese Bauweise sowohl 1-Phasen-Wechselstrom als auch 3-Phasen-Drehstrom bereitstellen, je nach Verkettung der Phasen. Die wesentlichen Unterschiede zu den herkömmlichen Systemen bestehen darin, daßSince the field lines are compressed along the rotor circles run and penetrate only a few deeper into the iron core, one of the 4 magnetic rotors can be wound like the stator the stator opposite this magnetic rotor like the magnet rotor wound. With the same pole pitch the iron cores of the stators and magnetic rotors are identical, the half of the wire twists are to be adapted to this construction system, if rotors and stators with different wire thickness and length are wrapped. The current flow happens as in the well-known system of brushless generators without condensate gate via thyristor and diodes. The slip ring-free multi-layer Generator is self-regulating, speed-dependent. As a result of 3 available circuits from the 3 stators (the 4th serves as a magnet for the power supply inside the machine) this design can use both 1-phase alternating current as well Provide 3-phase three-phase current, depending on the chaining of the Phases. The main differences from the conventional ones Systems are that

1. Magnetrotoren und Leiterwindungsträger vom Eisenkern her baugleich sind, was die Herstellung wesentlich vereinfacht;1. Magnetic rotors and conductor winding carriers from the iron core are structurally identical, which significantly simplifies production;

2. durch mindestens 4 Schichten pro Maschine (mehr Schich ten sind leicht möglich ohne Zugeständnisse an die Stabilität) eine Stromabgabe bei geringer Drehzahl möglich ist;2. by at least 4 layers per machine (more layers are easily possible without compromising on stability) a current delivery at low speed is possible;

3. bedingt durch den vielschichtigen Aufbau eine im Vergleich zu einschichtigen gleichgroßen Maschinen sehr hohe Stromab gabe möglich ist;3. due to the multi-layered structure in comparison very high current to single-layer machines of the same size gift is possible;

4. trotz der hohen Stromabgabe eine sehr gute Kühlung gewähr leistet ist durch die besondere Konstruktion des Trägerringes;4. Despite the high power output, ensure very good cooling is achieved through the special construction of the carrier ring;

5. durch die Einstellbarkeit des geringstmöglichen Luft spaltes zwischen Stator und Rotor die Leistung optimiert werden kann;5. through the adjustability of the lowest possible air gap between stator and rotor optimizes performance can be;

6. infolge der gleichnamigen Schaltung der einem Statorring gegenüberliegenden Magnetrotorkreise danebenliegende Stator- oder Rotorteile nicht nachteilig beeinflußt werden und da durch eine schleifringlose Bauweise möglich wird;6. due to the circuit of the same name of a stator ring opposite magnet rotor circuits adjacent stator or rotor parts are not adversely affected and there is made possible by a design without slip rings;

7. die Nutenform dem Feldlinienverlauf dieser Schaltung angepaßt ist. 7. the groove shape of the field line course of this circuit is adjusted.

Explanation of symbols:

Längsschnitt durch die Hälfte des wartungsfreien Mehrschicht-Generators. Gleichrichter sind nicht eingez.Longitudinal section through half of the maintenance free Multi-layer generator. Rectifiers are not included.

1: Stator-Trägerring (Trägerplatte)
2: Löcher und Kühlrippen an und in der Trägerplatte
3: je ein Statorring mit je 2 Seiten
4: je ein Magnetrotor, bestehend aus je 2 Ringen
5: Speichen der Magnetrotoren
6: Form der Nuten für die Wickungen nicht gez.
7: Platz für die Schleifen der Wicklungen nicht gez.
8: Generatorgehäuse
9: konisch verlaufende Eisenkerne (überzeichnet)
10: Verstellschrauben der Rotoren
11: Achse des Generators 1 : stator carrier ring (carrier plate)
2 : Holes and cooling fins on and in the carrier plate
3 : one stator ring each with two sides
4 : one magnetic rotor each, consisting of two rings each
5 : Spokes of the magnetic rotors
6 : shape of the slots for the windings not drawn
7 : Space for the loops of the windings not drawn
8 : Generator housing
9 : tapered iron cores (exaggerated)
10 : adjusting screws of the rotors
11 : Axis of the generator

Claims

Maintenance-free multi-layer generator, the object is characterized in that

1. the stator carrier ring (carrier plate) deviates from the usual Construction is installed transversely to the axis;

2. The stator carrier plate is therefore cooled particularly well. It is perforated and covered with cooling fins;

3. The stator support plate from both sides of at least one stator ring (several are possible) is occupied;

4. each stator ring from 2 sides, each with a magnetic rotor ring surrounded by the same name, within the individual ring are switched differently;

5. the rotors and stators by the same type of iron cores (and the same pole pitch) as required Magnetic or conductor windings can be wound;

6. the grooves of the rotors and stators are flat and wide run, different from usual systems, being deep and run narrow;

7. the stators slightly towards the front of the housing have a conical shape, with the rotors are shaped accordingly;

8. the at least 4 rotors in 2 separate units are adjustable on the axis in the longitudinal direction, so that the distance between stators and rotors on the smallest possible dimension can be optimally adjusted.