NL1003676C2 - Electromagnetic impeller for liquids and gases - Google Patents

Electromagnetic impeller for liquids and gases Download PDF

Info

Publication number
NL1003676C2
NL1003676C2 NL1003676A NL1003676A NL1003676C2 NL 1003676 C2 NL1003676 C2 NL 1003676C2 NL 1003676 A NL1003676 A NL 1003676A NL 1003676 A NL1003676 A NL 1003676A NL 1003676 C2 NL1003676 C2 NL 1003676C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
rotor
stator
magnetic field
electric
electric machine
Prior art date
Application number
NL1003676A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Willem Antoon Van Dr Kampen
Original Assignee
Magnetics Enterprise B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magnetics Enterprise B V filed Critical Magnetics Enterprise B V
Priority to NL1003676A priority Critical patent/NL1003676C2/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1003676C2 publication Critical patent/NL1003676C2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/06—Bearing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • F03B13/083—The generator rotor being mounted as turbine rotor rim
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/50—Bearings
    • F05B2240/51—Bearings magnetic
    • F05B2240/515—Bearings magnetic electromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

The rotor (7) is a hollow cylinder (9) circumferential armatures (10). Set into the middle of the cylinder are turbine blades (8) which radiate out from an imaginary central axis (11). The rotor is rotated by changing fields in electromagnets (2, 3, 4, 5) set into the inner wall of the cylindrical stator (6). When the rotor rotates, it is held away from the stator by the electromagnetic fields. As the rotor turns, the turbine vanes (8) impel the liquid or gas through the body of the rotor (9).

Description

Ringvormige elektrische energieomzetter voor vloeistoffen en gassenAnnular electric energy converter for liquids and gases

Bij het omzetten van elektrische energie in mechanische energie en omgekeerd bij het omzetten van mechanische energie in elektrische energie worden veelal 5 configuraties toegepast welke van oorsprong bedoeld zijn om relatief langzaam lopende assen te koppelen aan een aandrijving of aan een belasting.When converting electrical energy into mechanical energy and vice versa when converting mechanical energy into electrical energy, 5 configurations are often used which are originally intended to couple relatively slow-running shafts to a drive or to a load.

Voorbeelden van langzaam lopende aandrijvingen zijn een scheepsschoef die door een dieselmotor wordt 10 aangedreven of de as van een windturbine die een molensteen aandrijft.Examples of slow-running propulsion are a ship's propeller driven by a diesel engine or the shaft of a wind turbine driving a millstone.

Indien deze aandrijvingen worden uitgevoerd met een elektrische machine zoals een generator of een motor, dan is een langzaam lopende as een bezwaar vanwege de lage 15 omtreksnelheid van de rotor ten opzichte van de stator van een conventioneel gebouwde machine. De daaruit volgende lage vermogensdichtheid van de elektrische machine maakt dan het installeren van een zware machine voor een gevraagd vermogen noodzakelijk.If these drives are equipped with an electric machine such as a generator or a motor, a slow running shaft is a drawback because of the low peripheral speed of the rotor relative to the stator of a conventionally built machine. The resulting low power density of the electrical machine then necessitates the installation of a heavy machine for a required power.

20 Teneinde de vermogensdichtheid van de elektrische machine te vergroten wordt een hogere snelheid van rotor ten opzichte van stator nagestreefd. Een veel toegepaste methode is om de elektrische machine middels een tandwielstelsel aan de langzaam draaiende as te koppelen, 25 zodat het toerental van de elektrische machine hoger is dan de aandrijvende of aangedreven as.In order to increase the power density of the electrical machine, a higher speed of rotor relative to stator is aimed for. A commonly used method is to couple the electrical machine to the slowly rotating shaft by means of a gear system, so that the speed of the electric machine is higher than the driving or driven shaft.

Een andere methode om de omtreksnelheid van rotor ten opzichte van stator te vergroten is om de elektrische machine uit te voeren als een stelsel van twee ten opzichte 30 van elkaar draaiende ringen, waarbij één van de ringen de stator van de elektrische machine bevat en de andere ring de rotor, zie figuur 1. (uit I. Jacobson, "De Elektriciteit 10 0 3 6 76 2 en hare techniek", Amsterdam 1905)Another method of increasing the peripheral speed of the rotor relative to the stator is to design the electrical machine as a set of two rings rotating relative to each other, one of the rings containing the electric machine's stator and the other ring the rotor, see figure 1. (from I. Jacobson, "The Electricity 10 0 3 6 76 2 and its technique", Amsterdam 1905)

Een dergelijke configuratie kan worden toegepast in omzettere van de bewegingsenergie in een stromend medium zoals lucht of water naar elektrische enrgie of om 5 elektrische energie om te zetten in bewegingsenergie.Such a configuration can be used to convert the kinetic energy in a flowing medium such as air or water to electrical energy or to convert electrical energy into kinetic energy.

Hiertoe worden de centrale spaken, die zijn afgebeeld in figuur 1 vervangen door impellor of respectievelijk propellorbladen, waarbij het medium door de rotor stroomt in de lengterichting van de as van de rotor.To this end, the central spokes shown in Figure 1 are replaced by impeller or propeller blades, respectively, the medium flowing through the rotor in the longitudinal direction of the rotor shaft.

10 De mechanische ondersteuning van de as van de rotor zal constructiedelen bevatten die vanaf de as naar buiten naar het statorgedeelte leiden.10 The mechanical support of the shaft of the rotor will contain structural parts leading from the shaft outwards to the stator section.

In het geval van een scheepspropellor ontstaat steeds wanneer een propellorblad de ondersteuning passeert, een 15 pulsvormige verstoring van de waterstroom die via de schroefas het schip in een mechanische trilling brengt.In the case of a ship propeller, each time a propeller blade passes the support, a pulse-shaped disturbance of the water flow, which causes the ship to mechanically vibrate via the propeller shaft.

In het geval van een windturbine ontstaat een verstoring in de luchtstroom, die een bron van pulsvormig geluid is.In the case of a wind turbine, a disturbance occurs in the airflow, which is a source of pulse-shaped noise.

20 De verstoringen van het medium door de mechanische ondersteuning veroorzaken ongewenste geluidsgolven in het medium en veroorzaken een vermindering van het rendement van de energieomzetting.The disturbances of the medium by the mechanical support cause unwanted sound waves in the medium and cause a reduction in the efficiency of the energy conversion.

De uitvinding beoogt de verstoring van het medium door 25 de constructiedelen, die een centrale as ondersteunen, op te heffen, zie figuur 2. Daartoe voorziet de uitvinding erin, dat de ringvormige rotor (7), gemonteerd op een cylinder (9) waarin de turbinebladen (8) zijn gemonteerd, wordt gepositioneerd om een denkbeeldige as (11) van de 30 ring (12) die de stator (6) bevat, door middel van een toegevoegd magnetisch veld aam de omtrek van de rotor dat wordt opgewekt met elektrische stromen, met het oogmerk dat dit veld de rotor mechanisch in zwevende toestamd houdt ten opzichte van de stator. Om dit te bereiken, worden de 35 elektrische stromen geregeld op grond van de positie en de beweging van de rotor ten opzichte van een stator. In een dergelijk systeem kan de ondersteuning van de rotoras komen 100367« 3 te vervallen, en is een rotoras als mechanisch constructiedeel niet vereist. Tevens kan een mechanische layering aan de omtrek, waaraan grote technische bezwaren kleven vanwege de relatief grote snelheid aan de omtrek van 5 de rotor, komen te vervallen.The object of the invention is to eliminate the disturbance of the medium by eliminating the construction parts that support a central shaft, see figure 2. To this end, the invention provides that the annular rotor (7) is mounted on a cylinder (9) in which the turbine blades (8) are mounted on an imaginary axis (11) of the ring (12) containing the stator (6), by means of an added magnetic field at the periphery of the rotor generated by electric currents , with the object that this field mechanically keeps the rotor floating in relation to the stator. To achieve this, the 35 electric currents are controlled by the position and movement of the rotor relative to a stator. In such a system, the rotor shaft support can be omitted, and a rotor shaft as a mechanical structural part is not required. A mechanical layering on the periphery, which has great technical drawbacks due to the relatively high speed on the periphery of the rotor, can also be dispensed with.

Om het toegevoegde veld op te wekken, kunnen afzonderlijk aangebrachte elektromagneten (2), (3), (4) en (5) dienen die een magnetisch veld opwekken voor positionering van de rotor ten opzichte van de stator, 10 waarbij het magnetische veld werkt op een of meer ankers (10) verdeeld over de omtrek van cylinder (9) . In een andere uitvoeringsvorm kan het magnetische hoofdveld (1) dat dient voor de voortstuwing, zelf een bijdrage leveren aan de krachten die dienen voor de positionering van de 15 rotor.To generate the added field, separately applied electromagnets (2), (3), (4) and (5) can generate a magnetic field for positioning the rotor relative to the stator, the magnetic field acting on one or more anchors (10) distributed over the circumference of cylinder (9). In another embodiment, the main magnetic field (1) serving for the propulsion can itself contribute to the forces serving for the positioning of the rotor.

10036761003676

Claims (4)

1. Elektrische machine met een ringvormige rotor en een ringvormige stator, waarbij rotor en stator bij benadering een gemeenschappelijke denkbeeldige as bezitten, waarbij in de centrale ruimte van de rotor turbinebladen zijn 5 bevestigd die een medium van een gas of een vloeistof voortstuwen of die door dat medium worden voortgestuwd, met het kezmerk dat de rotor ten opzichte van de stator stabiel en mechanisch zwevend wordt gepositioneerd met behulp van een toegevoegd magnetisch veld aan de omtrek van de rotor, 15 dat wordt opgewekt met een stelsel van elektrische stroomgeleiders, waarvan de stromen worden geregeld ten minste op grond van de positie en de snelheid van de rotorring ten opzichte van de statorring.1. Electric machine with an annular rotor and an annular stator, the rotor and stator having approximately a common imaginary axis, in the central space of which the rotor are mounted turbine blades which propel a medium of a gas or a liquid or which that medium are propelled, characterized in that the rotor is positioned stable and mechanically floating with respect to the stator by means of an added magnetic field on the circumference of the rotor, which is generated with a system of electric current conductors, the currents of which controlled at least according to the position and speed of the rotor ring relative to the stator ring. 2. Een elektrische machine volgens conclusie 1, met het 20 kenmerk dat het toegevoegde magnetische veld gedeeltelijk wordt ontleend aan het hoofd magnetische veld dat dient om elektrisch vermogen om te zetten in mechanisch voortstuwingsvermogen of omgekeerd mechanisch voortstuwingsvermogen in elektrisch vermogen.2. An electric machine according to claim 1, characterized in that the added magnetic field is partly derived from the main magnetic field which serves to convert electric power into mechanical propulsion power or reverse mechanical propulsion power into electric power. 3. Een elektrische machine volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het toegevoegde magnetische veld een onderdeel vormt van het hoofd magnetische veld waarmee elektrisch vermogen wordt omgezet in mechanisch voortstuwingsvermogen of omgekeerd mechanisch voortstuwingsvermogen wordt omgezet 30 in elektrisch vermogen, waarbij het hoofd magnetisch veld mede wordt geregeld op grond van de positie en de snelheid van de rotorring ten opzichte van de statorring.An electric machine according to claim 1, characterized in that the added magnetic field forms part of the main magnetic field with which electric power is converted into mechanical propulsion power or reverse mechanical propulsion power is converted into electric power, the main magnetic field also being controlled by the position and speed of the rotor ring relative to the stator ring. 4. Een elektrische machine volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kezmerk dat in een constructie meer dan één rotor 35 en meer dam één stator voorkomen. 10 0 3 6 7 6An electric machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in a construction more than one rotor 35 and more dam have one stator. 10 0 3 6 7 6
NL1003676A 1996-07-25 1996-07-25 Electromagnetic impeller for liquids and gases NL1003676C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1003676A NL1003676C2 (en) 1996-07-25 1996-07-25 Electromagnetic impeller for liquids and gases

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1003676A NL1003676C2 (en) 1996-07-25 1996-07-25 Electromagnetic impeller for liquids and gases
NL1003676 1996-07-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1003676C2 true NL1003676C2 (en) 1998-01-28

Family

ID=19763268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1003676A NL1003676C2 (en) 1996-07-25 1996-07-25 Electromagnetic impeller for liquids and gases

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL1003676C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398773A (en) * 1979-05-12 1983-08-16 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Magnetic suspension assembly for a rotor
DE3638129A1 (en) * 1986-11-08 1988-05-11 Licentia Gmbh Large diameter turbogenerator for generating electrical energy at high power
EP0462724A1 (en) * 1990-06-07 1991-12-27 General Electric Company Integrated turbine generator
GB2283285A (en) * 1993-10-26 1995-05-03 Parker Limited Water powered generating apparatus
WO1996031934A1 (en) * 1995-04-03 1996-10-10 Sulzer Electronics Ag Rotary machine with an electromagnetic rotary drive

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398773A (en) * 1979-05-12 1983-08-16 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Magnetic suspension assembly for a rotor
DE3638129A1 (en) * 1986-11-08 1988-05-11 Licentia Gmbh Large diameter turbogenerator for generating electrical energy at high power
EP0462724A1 (en) * 1990-06-07 1991-12-27 General Electric Company Integrated turbine generator
GB2283285A (en) * 1993-10-26 1995-05-03 Parker Limited Water powered generating apparatus
WO1996031934A1 (en) * 1995-04-03 1996-10-10 Sulzer Electronics Ag Rotary machine with an electromagnetic rotary drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3740565A (en) Air driven modular tandem electrical generator
EP2220363B1 (en) A power generator
EP0566787B1 (en) Dual propeller shock resistant submersible propulsor unit
US6849965B2 (en) Wind machine with slanted blades
US3708251A (en) Gearless drive method and means
US7385303B2 (en) Integrated fluid power conversion system
US8240998B2 (en) Fluid movement device with method
EP0169682A2 (en) Fluid machine
CN111017178A (en) Pod type rim propeller
KR20140140515A (en) A propulsion unit
CN111152907B (en) Propulsion system and control method thereof
CN1109817C (en) Machine, in particular electrical machine, in particular energy converter for flowing fluids and gases
CN104061112A (en) Flange power-generating water-spraying thruster
CN111232173B (en) Double-stator-driven power unit integrated spiral mixed-flow water jet propulsion pump
CN210985876U (en) Novel electric culvert power device
EP0429640B1 (en) Water jet propulsion module
US20070001460A1 (en) Method and system for power generation
EP1976750B1 (en) Assembly for reducing friction loss in a propeller or turbine in a current of water
KR20120063367A (en) Propulsion apparatus for a ship and ship having the same
NL1003676C2 (en) Electromagnetic impeller for liquids and gases
CN201063491Y (en) Electromagnetic force vessel
EP0867361A2 (en) Nautical propulsor with ducted rotor propeller
JP3181109B2 (en) Propeller device with marine stator
CN111792012A (en) Multistage propeller ship propulsion device
CN214617056U (en) Shaftless fluid jet equipment

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
SD Assignments of patents

Owner name: HYDRORING B.V.

VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20040201