DE69911740T2 - Umwandler für fluidumenergie - Google Patents

Description

• Die Erfindung ist illustriert von eine elektrische Maschine, insbesondere Energieumwandler für strömende Flussigkeite und Gase, z. B. mit einem Vermögen zwischen ein oder einige oder zehner Pferdekräfte und Viele tausenden oder mehr, wovon eines Beispiel offenbahrt ist von DE-A-3 638 129. Aber die Erfindung kan auch anwendung finden auf andere Gebieten wobei z. B. zwei hauptsächlich koachsige Ringe gegenseitig rotieren.
• Bei die Umwandlung elektrische Energie in mechanische Energie oder umgekehrt bei die Umwandlung mechanische Energie in elektrische Energie in rotierenden Maschinen, rotiert die mechanische Energie transportierende Achse oft mit niedrige Geschwindigkeit, weil in viele Ausführungen den mechanische Antrieb oder die mechanische Last mit niedrige Geschwindigkeit rotieren.
• Eines Beispiel eines Systemes mit einer langsam rotierende Achse ist einen Dieselmotor, der Propeller einer Schiff antreibend. Für so ein Kombination von Elemente kommt eine niedrige Geschwindigkeit der Achse in Frage.
• Eines andere Beispiel eines Systemes mit langsam rotierende Achse ist eine Windmühle, eine Mahlstein oder Wasserrad antreibend.
• In einer rotierende elektrische Maschine konventionelle Bauart haben die Teile eine kurze Abstand relativ zur zentrale Achse. Wann solche Maschine genutzt werden, wie Motor oder zum umwandlen elektrische Energie in mechanische Energie oder wie ein Generator zum umwandlen mechanische Energie in elektrische Energie, ist eine langsam rotierende Achse nachteilig weil der Rotor eine niedrige Umwälzgeschwindigkeit hat zum Stator. Eine niedrige Umwälzgeschwindigkeit verursacht eine niedrige Vermögungsdichte der Maschine, sodass es nötig ist um schwere Apparaten zu installieren für einem bestimmte Vermögen.
• Eine Möglichkeit um der Vermögendichte der elektrische Maschine zu erhöhen ist um die Geschwindigkeit des Rotors relativ zum Stator zu erhöhen. Eine vielfältige leise ist eine Übersetzung zwischen der elektrische Maschine und eine langsam rotierende Achse sodass der Achse der elektrische Maschine schneller rotiert dann der langsam rotierende Achse.
• Eine alternative Weise zum erhöhen der Umwälzgeschwindigkeit des Rotors zum Stator ist erhöhen der Abstand zwischen Rotor und Achse, sodass die elektrische Maschine ein System ist mit zwei koachsige, gegenseitig rotierende Ringe, wobei die Ringe der Rotor und Stator der elektrische Maschine besitzen, sehe 1, offenbahrt in I. Jacobson, "De Elektriciteit en hare techniek"; Amsterdam 1905.
• Dieser System mit zwei Ringe find Anwendung um die Energie eines Flussigkeit- oder Gasstromes um zu wandlen in elektrische Energie, oder um elektrische Energie um zu wandlen in ein Flussigkeit- oder Gassstrom. Dafür kann das System der 1 so geändert werden, dass Propeller oder Turbineblätter die Speiche des Rotorrades ersatzen, und ein Medium, ein Gas oder Flussigkeit, strömt um diesen Blätter um dem Rotorring an zu treiben. Aber die zentrale Achse ist immer da.
• Eine mechanische Unterstützung einer zentrale Achse des Rotorringes benötigt auswärts von der Achse zu mit dem Statorring verbunden Teile laufende mechanische Teile.
• Bei dem Propeller eines Schiffes, z. B. ein Lastschiff wie einer Öltanker mit 300 m länge oder ein Kämpfschiff, soll der mechanische Unterstützung eine pulsierende Störung des Wasserstromes verursachen, um Lärm in das Wasser und mechanische Schwingungen in der Achse und Schiffkörper zu machen.
• Um Elektrizität zu generieren durch Wind oder einer Wasserstrom, z. B. mit einer Kapazität von einige MWatt und Flügel mit einem Durchmesser von z. B. 20 m, soll die mechanische Unterstützung der zentrale Achse auch eine pulsierende Störung in dem Medium und in der Bauwerk verursachen.
• Durch die Störung des gleichmässige Stromes des Mediums nimmt der Wirtschaft der Energieumwandlung ab und in viele Fälle ist Lärm unakzeptabel.
• Die Bauart eines Propellers mit einer mechanische zentrale Achse mit Lager, womit der Motor oder Generator verbunden ist, verschafft ein System von Propeller und Generator mit grosse Abmessungen in der Richtung der Achse, relativ zum Durchmesser des Propellers. Dies ist in viele Fälle einen Nachteil. Die Lager des Propellers und der Motor/Generator mussen auf ein Linie stehen, sodass eine starre Unterstützung der Lager und Motor/Generator notwendig ist, oder, Alternative, Abweichungen in Position und Winkel der Propellerachse und Motor/Generator zulassende Teilen haben.
• Ein Rotor, zumindestens teilweise Flügel unterstützend, wobei die Flügel einwärts laufen von dem Rotor und umströmt sind durch die Flüssigkeit oder Gas, z. B. sodass der Rotor ein an der Umriss unterstützte Ring verschafft mit einem grosse Durchmesser zum seine Länge in achsige richtung, hat viele Vorteile weil die zentrale Unterstützung der Flügel durch eine Achse teilweise oder ganz weggelassen werden kann, sodass die Achse nicht benötigt ist, aber verursacht konstruktive Problemen welche Umfangreich sind wann nur mechanische Lager genutzt werden.
• Allgemein kann ein Körper nicht stabil unterstützt werden durch ein Magnetfeld oder permanente Magnete wann kein weitere stabilizierende Komponenten zugegeben werden. Das gleiche gilt für ein System von nicht bewusst geführte Elektromagnete (z. B. ein nicht bewusst geführt Magnetfeld, z. B. weil sie eine konstante Strom empfangen). Auch ist es nicht möglich ein System zu entwickeln von verschiedene permanente Magnete und nicht bewusst geführte Elektromagnete, welche ein in dem Magnetfeld schwebend Körper stabil unterstützen ohne mechanisch Kontakt.
• Die Erfindung, wie weiter definiert in Anspruch 1 oder 4, schlagt vor um ein Magnetfeld zu nützen um zumindestens teilweise ein Rotor relativ zum Stator zu lagern. Einerseits bemarkte der Erfinder dass Magnetkräfte von einem Magnetfeld die statische und/oder dynamische Stabilität eines Rotorringes und/oder Statorringes erhöhen können, z. B. der Rotorring und/oder Statorring mechanisch verstar ren/versteifen um viele Vorteile zu bekommen, z. B. der Rotorring oder Statorring kann ein niedrig Gewicht haben. Stabilitäterhöhung kann in radiale oder achsige Richtung des Rotorringes oder Statorringes. Eine untere Grenze ist dass der Beitrag des Magnetfeldes bei der Stabilität klar oder günstig ist. Bevorzugt nimmt die Stabilität, z. B. Biegestabilität oder Formstabilität des Rotorringes und/oder Statorringes mit zumindestens 10%, mehr bevorzugt zumindestens 20%, meist bevorzugt zumindestens 25% zu von das Magnetfeld. Es ist bevorzugt der Rotorring und/oder Sotorring so flexibel wie möglich aus zu statten, sodass seine Stabilität fast völlig verschafft werden kann von dem Magnetfeld. Weil mechanisch an dem Rotorring befestigte Flügel (wann angewendet) oder andere Teile (wann angewendet) die Stabilität erhöhen können in eine oder beide Richtungen, ist es warscheinlich dass das Magnetfeld die meiste Vorteile bietet um zu stabilisieren in der nicht von Flügel stabilisierte Richtung. Anderseits bemerkte der Erfinder dass durch beifügen eine Führungsystem, welche reagiert auf die Position eines Körpers relativ zu einem Körper welche schwebt in ein Magnetfeld durch anderen diese Magnetfeld, das Körper in eine stabile Schwebeposition gehalten kann werden, sodass zumindestens teilweise eine mechanische Unterstützung für den Rotorring nicht benötigt ist.
• Wann ein Motor/Generator einen Rotorring und Statorring mit relativ grosse Durchmesser hat in vergleich mit die Abmessungen deren durchsnittabmessungen oder deren achsigen Abmessungen, entsteht ein mechanisch Stabilitätproblem. Es gibt ein solche Situation wann z. B. ein Rotorring zumindestens teilweise Flügel unterstützt, welche einwärts von dem Rotor laufen und umströmt sind von Flüssigkeit oder Gas. Der lokale Durchmesser der Ringe kann variieren bei verschiedene Azimut an den Ringen entlang und die Ringe können biegen sodass sie nicht in eine Fläche liegen.
• Bei anwenden einer zentrale mechanische Achse, ist die mechanische Stabilität eines grosse Ringes rundum eines Propellers ein weiter Problem. Die auf die Achse ausgeübte Kräfte mussen von die Propellerflügel übertragen werden zum Rotorring, wodurch fast sicher ein unlösbar Stabilitätproblem entsteht. Die mechanische Teile welche die Achse unterstützen, blockieren den Strom des Mediums.
• Die Erfindung ist auch behaftet mit dem Problem um weitere Lösungen zu bieten für verschiedene Probleme bei die nützung eines ringförmige Motors/Generators mit integrierte Propeller oder viele dieser Propeller, angetrieben durch Flüssigkeit/Gas oder es antreibend, insbesondere wobei den Durchmesser des Rotorringes und Statorringes gross sind relativ zur Abmessungen der Durchschnitt des Rotorringes, sehe die Durchschnitt der 2 einer darstellung eine nicht beschränkende Ausführung der Erfindung. Gemäss 2 erscheint den Durchmesser des Rotorringes klein relativ zu seine achsige Abmessung, eine höhe Steifheid des Rotorringes suggerierend, basiert auf Abmessungen und Materialeigenschaften. Aber in Wirklichkeit ist der Durchmesser zumindestens 3 mahl der achsige Abmessung, bevorzugt ungefehr zumindestens 10 mahl der achsige Abmessung des Rotorringes, eine relativ unstabile Rotorring verschaffend, sodass weitere Stabilisation benötigt ist für dauerhaft wirtschäftlich Gebrauch. Anderseits kann der Rotorring unstabil sein bei kleinere Durchmesser/achsige Abmessungverhältnisse wann es z. B. gefertigt ist von Kunststoffe. Um eine Lösung zu bieten ist ein Rotorring (9), rotierend in ein Stator 12, mechanisch verbunden mit dem Propeller (8) welche Medium antreibt oder dadurch angetrieben ist und welche einwärts lauft vom Rotorring (9), wobei der Rotorring ein Rotor 7 hat einer elektrische Maschine und Anker 10 von Magnetelemente. Diese Statorring hat Elektromagnete (2, 3, 4, 5) von Magnetelemente, verbunden mit Führungelemente (nicht sichtbar) und zusammenwirkend mit den Ankern 10 um achsige Kräfte und/oder Rotationskräfte um zwei nicht parallelle, bevorzugt kreuzende, mehr bevorzugt hauptsächlich senkrechte Achse, senkrecht laufend relativ zu der Hauptachse (11) des Rotorringes (9) zu verschaffen. Teile der Magnetkreise (10) können auch Radialkräfte verschaffen um der Radialposition des Rotorringes relativ zum Statorring (12) zu führen. Der Statorring (12) umfasst der Stator 6 der elektrische Maschine, Teile von Magnetkreise (5), achsige und rotierende Kräfte generierend, ausgeübt auf (10). Zwischen (6) und (7) ist den Spalt mit einem Magnetfeld der elektrische Maschine. Radialkräfte und weiche achsige Kräfte kommen von Teile der Magnetkreise (2) und (3). Achsige Kräfte, rotierende Kräfte um zwei nicht zusammenfallende Achse senkrecht auf die Hauptachse des Rotorringes, und weiche Radialkräfte kommen von Teile der Magnetkreise (4) und (5). Das Magnetfeld in dem Spalt (1) kann Radialkräfte generieren wann den Rotorring nicht genau zentriert ist relativ zum Statorring, oder unbeabsichtigt, wann die Ströme in dem Stator und Rotor der elektrische Maschine Azimutaal nicht gleichmässig verteilt sind.
• Die illustrierte Maschine hat kein unterstützte zentrale Achse und die Flügel 8 sind nur unterstützt durch der Rotorring 9 welche nur magnetisch unterstützt ist in dem Statorring 11. Weitere Ausführungen sind möglich, z. B. wobei die Elemente 7 und 10 nicht abstehen in dem Statorring 12, sodass Elemente 4 und 5 z. B. nicht aus Ring 12 herausragen. Auch können elemente 2, 3, 4 und 5 z. B. teilweise oder ganz ausgewechselt werden mit übereinstimmende Elemente 10. Oder die Magnetelemente sind nur verschafft durch der Stator 6 und der Rotor 7 der elektrische Maschine.

Claims (4)

1. Maschine mit eine höhe Vermögenkapazität, umfassend: einem ringförmigen Statorring (12), einem ringförmigen Rotorring (9), rotierend in oder aussen den Statorring; zumindestens einer Schaufel (8), befestigd an dem Rotorring und angetrieben durch Fluidum oder Gas, oder besagten antreibend; magnetsichen Mitteln (2, 3, 4, 5), Magnetkräfte generierend zwischen dem Rotorring und Statorring; Mitteln zum detectieren der Position zumindestens ein Teil des Rotorringes zum Statorring; Mitteln zum überwachen der Magnetkräfte von den Magnetmitteln abhängig von der Detection von den Detectionmitteln um den Rotorring in eine stabile Position zu halten zum Statorring, dadurch gekennzeichnet, dass den Magnetmitteln anziehenden Magnetkräften generieren zwischen dem Stator- und Rotorring um den Rotorring (9) in einer stabielen Position zu halten zum Statorring (12).
2. Maschine gemäss Anspruch 1, wobei die anziehenden Magnetkräfte die Formstabilität des Rotorringes und/oder Statorringes vergrösseren.
3. Maschine gemäss Anspruch 2, wobei die Formstabilität erhöht ist mit zumindestens 10%.
4. Maschine gemäss eine oder mehrere der vorgehenden Ansprüche, wobei das Fluidum Umgebungsluft oder Umgebungswasser ist.