WO2003078834A1 - Stromgenerator - Google Patents

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Michael Kreitel
Miroslaw Janowicz
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Michael Kreitel
Miroslaw Janowicz
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    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Definitions

  • the invention relates to a current generator for generating electrical current from different energy sources such as wind, water, steam according to the preamble of claim 1.
  • a wind generator which consists of a first propeller, a first rotor of a first power generator driven by the latter, a second rotor which surrounds the first rotor, and a second propeller which is on the opposite side to the first propeller of the generator is arranged, drives the second rotor and rotates and rotates the second rotor opposite to the first propeller.
  • a second generator is located between the second rotor and a housing fixed to the device, the rotor of which is firmly connected to the second rotor on the outside thereof and the stator of which is firmly connected to the housing.
  • Both the first rotor and the second rotor consist of electromagnets.
  • the current supplied by the second generator is conducted into the windings of the electromagnets of the first or of the second rotor of the first current generator.
  • the object of the invention is to develop a power generator with which the disadvantages of the prior art described are avoided and with which a broad application is possible both in wind power plants and in all types of power plants, in aircraft or in the automotive industry and which is simple Retrofitting existing systems with simple means.
  • the power generator consisting of a shaft of a rotor of a first power generator, a rotor component with inner and outer windings or magnets, which surrounds the first rotor and carries both the second rotor of the first power generator and the rotor of a second power generator, which Surrounding the stator of the second current generator is characterized in that the shaft is designed as a continuous shaft, on which at least one gear is additionally arranged, via which the rotor component is displaced in the opposite direction of rotation.
  • the power generator is versatile and can be used regardless of the type of energy generation, including in the automotive and aircraft industries. The energy is conducted on one or two sides with the same direction and speed to the continuous shaft of the first rotor, which drives this rotor and a gear attached to the shaft, which rotates the rotor component in opposite directions.
  • the energy is introduced into the generator on two sides with the same direction and variable speed on a separate shaft, one shaft carrying the rotor and a gearbox for driving the rotor component attached to the other shaft.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the power generator according to the invention.
  • FIG. 2 a schematic axial section through the housing of the embodiment of the current generator according to FIG. 1, 3 shows a schematic sectional illustration of an embodiment variant 1 of the arrangement of generator coils and magnets,
  • Fig. 4 is a 'schematic sectional view of an embodiment 2 of the arrangement of generator coil and magnet
  • Fig. 6 a schematic sectional view through the housing of a further embodiment of the power generator according to the invention.
  • the current generator consists of a housing 1.
  • a continuous shaft 2 is mounted in the housing 1, with which a first rotor 3 and at least one gear 4 are firmly connected.
  • two gears 4 have been designed to represent the possibilities of the arrangement on one or both sides, only one gear, optionally arranged on one shaft end, being required for the function.
  • a rotor component 5 with inner windings or permanent magnets 6 and outer windings or permanent magnets 7 is movably mounted on the shaft 2 and acts with its inner winding 6 as a stator for the first rotor 3.
  • the first rotor 3 and the inner winding or permanent magnet 6 of Rotor component 5 together form a first current generator.
  • Permanent magnets or generator windings 8 are firmly connected to the housing 1.
  • the housing 1 with the permanent magnets or generator windings 8 forms a second stator and together with the outer windings or permanent magnets 7 of the rotor component 5 a second current generator.
  • the direction of rotation of the rotor component 5 is set in the opposite direction to the shaft 2 with the first rotor 3 fixedly arranged thereon, so that the two current generators work at a high relative speed of their parts.
  • the gear 4 is designed here as a planetary gear, but can have another expedient embodiment depending on the application. It ensures a translation of at least 1: 3.
  • the advantage is the one-sided introduction of energy onto a continuous shaft 2 with a high relative speed of the generator parts and a high current yield, the type of generation of the introduced energy being arbitrary, wind power, nuclear energy, hydropower and the like.
  • the energy input to the shaft 2 can also be carried out on both sides with the same direction and defined speed, which applications e.g. enabled or facilitated in hydropower plants and automobiles.
  • the rotor component 5 carries on the inside an electromagnet 6 which forms the first current generator with the rotor 3, and on the outside a generator winding 7 which forms the second current generator with permanent magnets 8 fastened to the housing 1.
  • the current generated in the generator winding 7 is conducted into the electromagnet 6, so that stronger and long-term stable fields can be generated here compared to permanent magnets, without the need for a current supply from outside the generator.
  • the rotor component 5 carries on the inside an electromagnet 6 which forms the first current generator with the rotor 3, and on the outside permanent magnets 7 which forms the second current generator with the generator winding 8 fastened to the housing 1.
  • the current generated in the generator winding 8 is conducted into the electromagnet 6, so that stronger and long-term stable fields can be generated here compared to permanent magnets, without the need for a power supply from outside the generator.
  • the second power generator can be operated as an electric motor in order to overcome the moments of inertia of the rotor component 5 and gear 4 (FIG. 2) in the start-up phase by supplying power from outside the generator.
  • the rotor component 5 carries inside permanent magnets 6, which form the first current generator with the rotor 3, and also outside permanent magnets 7, which forms the second current generator with the generator winding 8 attached to the housing 1. Furthermore, the second power generator can be operated as an electric motor in order to overcome the moments of inertia of the rotor component 5 and the gear 4 (FIG. 2) in the start-up phase by supplying power from outside the generator.
  • the energy is introduced on two sides with the same direction and variable speed on two shafts 2a and 2b, one shaft 2a carrying the rotor 3 and the other shaft 2b carrying the gear 4 which holds the rotor component 5 in opposite rotation offset. This embodiment enables applications, for example in automobiles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromgenerator, bestehend aus einem über eine Welle angetriebenen Rotor eines ersten Stromgenerators, einem Rotorbauteil mit Innen- und Außen-wicklungen bzw. Magneten, das den ersten Rotor umgibt und sowohl den zweiten Rotor des ersten Stromgenerators als auch den Rotor eines zweiten Stromgenerators trägt, welches vom Stator des zweiten Stromgenerators umgeben ist. Die Aufgabe der Erfindung, einen Stromgenerator zu entwickeln, mit dem die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem eine breite Anwendung sowohl in Windkraftanlagen als auch in Kraftwerken aller Art, in Flugzeugen oder in der Automobilindustrie ermöglicht wird und der eine einfache Umrüstung vorhandener Anlagen mit einfachen Mitteln gewährleistet, wird dadurch gelöst, dass auf der durchgehenden oder geteilten, durch Energieeinleitung angetriebenen Welle (2) zusätzlich mindestens ein Getriebe (4) angeordnet ist, über welches das Rotorbauteil (5) in gegensinnige Drehrichtung zur Welle (2) versetzt wird.

Description

S tromgener a t or
B e s ehr e ibung
Die Erfindung betrifft einen Stromgenerator zur Erzeugung von elektrischem Strom aus unterschiedlichen Energiequellen wie Wind, Wasser, Dampf gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist aus DE 196 43 362 ein Windgenerator bekannt, der aus einem ersten Propeller, einem ersten von diesem angetriebenen Rotor eines ersten Stromgenerators, einem zweiten Rotor, der den ersten Rotor umgibt, einem zweiten Propeller, der auf der zu dem ersten Propeller entgegengesetzten Seite des Generators angeordnet ist, den zweiten Rotor antreibt und sich und den zweiten Rotor entgegengesetzt zu dem ersten Propeller dreht, besteht.
Bei diesem Windgenerator befindet sich zwischen dem zweiten Rotor und einem gerätefesten Gehäuse ein zweiter Generator, dessen Rotor fest mit dem zweiten Rotor auf dessen Außenseite und dessen Stator fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Sowohl der erste Rotor als auch der zweite Rotor bestehen aus Elektromagneten. Der von dem zweiten Generator gelieferte Strom wird in die Wicklungen der Elektromagnete des ersten oder des zweiten Rotors des ersten Stromgenerators geleitet .
Nachteilig ist es bei diesem Windgenerator, dass zwei Punkte zur Energieeinleitung notwendig sind (Kraft-, Momenteneinleitung) , um über die auf getrennte Achsen montierten, sich gegenläufig drehenden Rotoren der zwei Generatoren den Effekt einer höheren Stromausbeute zu erreichen. Weiterhin ist die vorgeschlagene Lösung auf gegenläufig drehende Rotoren beschränkt . Die Synchronisation beider Rotoren auf eine definierte Relativgeschwindigkeit ist wegen der direkten Energieeinleitung über die Propeller auf die 2 Achsen und Rotoren schwierig. Die maximale Übersetzung ist dabei auf 1:2 begrenzt
Die Anwendungsbreite des Windgenerators ist begrenzt, da infolge der erforderlichen zwei Energieeinleitungspunkte und Propeller eine Umrüstung vorhandener Windkraftanlagen aufwendig wird und eine Ausdehnung auf weitere Anwendungen auch wegen der gegenläufigen Momenteneinleitung kompliziert bzw. unmöglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromgenerator zu entwickeln, mit dem die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem eine breite Anwendung sowohl in Windkraftanlagen als auch in Kraftwerken aller Art, in Flugzeugen oder in der Automobilindustrie ermöglicht wird und der eine einfache Umrüstung vorhandener Anlagen mit einfachen Mitteln ermöglicht .
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 10 gelöst.
Der Stromgenerator, bestehend aus einem über eine Welle angetriebenen Rotor eines ersten Stromgenerators, einem Rotorbauteil mit Innen- und Außenwicklungen bzw. Magneten, das den ersten Rotor umgibt und sowohl den zweiten Rotor des ersten Stromgenerators als auch den Rotor eines zweiten Stromgenerators trägt, welches vom Stator des zweiten Stromgenerators umgeben ist, ist- dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als eine durchgehende Welle ausgebildet ist, auf der zusätzlich mindestens ein Getriebe angeordnet ist, über welches das Rotorbauteil in gegensinnige Drehrichtung versetzt wird. Der Stromgenerator ist vielseitig und unabhängig von der Art der Energieerzeugung einsetzbar, auch in der Automobil- und Flugzeugindustrie . Die Energie wird einseitig oder zweiseitig mit gleicher Richtung und Geschwindigkeit auf die durchgehende Welle des ersten Rotors geleitet, wodurch dieser Rotor und ein auf der Welle befestigtes Getriebe angetrieben werden, welches das Rotorbauteil in gegenläufige Umdrehung versetzt .
In einer Variante des Stromgenerators erfolgt die Energieeinleitung in den Generator zweiseitig mit gleicher Richtung und variabler Geschwindigkeit auf eine getrennte Welle, wobei eine Welle den Rotor trägt und auf der anderen Welle ein Getriebe zum Antrieb des Rotorbauteils befestigt ist.
Damit ist eine leichte Umrüstung vorhandener Windgeneratoren gewährleistet und ein breites Anwendungsfeld für Stromgeneratoren eröffnet.
Weitere zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen eines Stromgenerators näher erläutert . In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform des Stromgenerators nach der Erfindung,
Fg. 2: einen schematischen Axialschnitt durch das Gehäuse der Ausführungsform des Stromgenerators nach Fig. 1, Fig. 3: eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsvariante 1 der Anordnung von Generatorspulen und Magneten,
Fig. 4: eine ' schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsvariante 2 der Anordnung von Generatorspulen und Magneten,
Fig. 5: eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsvariante 3 der Anordnung von
Generatorspulen und Magneten und
Fig. 6: eine schematische Schnittdarstellung durch das Gehäuse einer weiteren Ausführungsform des Stromgenerators nach der Erfindung.
In den Fig. 1 und 2 ist der Grundaufbau eines Stromgenerators nach der Erfindung dargestellt.
Der Stromgenerator besteht aus einem Gehäuse 1. In dem Gehäuse 1 ist eine durchgehende Welle 2 gelagert, mit der ein erster Rotor 3 und mindestens ein Getriebe 4 fest verbunden sind. In der vorliegenden Ausführung wurden zwei Getriebe 4 ausgeführt, um die Möglichkeiten der jeweils einseitigen oder auch beidseitigen Anordnung darzustellen, wobei hier nur ein Getriebe, wahlweise an einem Wellenende angeordnet, für die Funktion erforderlich ist.
Ein Rotorbauteil 5 mit Innenwicklungen bzw. Permanent- magneten 6 und Außenwicklungen bzw. Permanentmagneten 7 ist auf der Welle 2 beweglich gelagert und fungiert mit seiner Innenwicklung 6 als Stator für den ersten Rotor 3. Der erste Rotor 3 und die Innenwicklung bzw. Permanentmagneten 6 des Rotorbauteils 5 bilden zusammen einen ersten Stromgenerator . Mit dem Gehäuse 1 sind Permanentmagnete bzw. Generatorwicklungen 8 fest verbunden. Das Gehäuse 1 mit den Permanentmagneten oder Generatorwicklungen 8 bildet einen zweiten Stator und mit den Außenwicklungen bzw. Permanentmagneten 7 des Rotorbauteils 5 zusammen einen zweiten Stromgenerator.
Über das Getriebe 4 wird die Drehrichtung des Rotorbauteils 5 gegenläufig zur Welle 2 mit dem darauf fest angeordneten ersten Rotor 3 eingestellt, so dass die beiden Stromgeneratoren mit hoher Relativgeschwindigkeit ihrer Teile arbeiten.
Das Getriebe 4 ist hier als Planetengetriebe ausgeführt, kann aber je nach Anwendungsfall eine andere zweckmäßige Ausführungsform aufweisen. Es gewährleistet eine Übersetzung von mindestens 1:3.
Der Vorteil besteht in der einseitigen Energieeinleitung auf die eine durchgehende Welle 2 bei gleichzeitig hoher Relativgeschwindigkeit der Generatorteile und hoher Stromausbeute, wobei die Art der Erzeugung der eingeleiteten Energie beliebig ist, Windkraft, Kernenergie, Wasserkraft und dgl ..
In der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 kann die Energieeinleitung auf die Welle 2 auch zweiseitig mit gleicher Richtung und definierter Geschwindigkeit erfolgen, was Anwendungen z.B. in Wasserkraftwerken und Automobilen ermöglicht oder erleichtert.
Für die Anordnung der Generatorspulen und Magneten 6,7,8 auf dem Rotorbauteil 5 und dem Gehäuse 1 sind drei Varianten vorgesehen. In einer ersten Variante nach Fig. 3 trägt das Rotorbauteil 5 innen einen Elektromagneten 6, der mit dem Rotor 3 den ersten Stromgenerator bildet, und außen eine Generatorwicklung 7, die mit am Gehäuse 1 befestigten Permanentmagneten 8 den zweiten Stromgenerator bildet . Der in der Generatorwicklung 7 erzeugte Strom wird in den Elektromagneten 6 geleitet, so dass hier im Vergleich zu Permanentmagneten stärkere und langzeitstabile Felder erzeugt werden können, ohne dass eine Stromzufuhr von außerhalb des Generators notwendig ist.
In einer zweiten Variante nach Fig. 4 trägt das Rotorbauteil 5 innen einen Elektromagneten 6 , der mit dem Rotor 3 den ersten Stromgenerator bildet, und außen Permanentmagneten 7, die mit der am Gehäuse 1 befestigten Generatorwicklung 8 den zweiten Stromgenerator bildet . Der in der Generatorwicklung 8 erzeugte Strom wird in den Elektromagneten 6 geleitet, so dass hier im Vergleich zu Permanentmagneten stärkere und langzeitstabile Felder erzeugt werden können, ohne dass eine Stromzufuhr von außerhalb des Generators notwendig ist . Weiterhin kann der zweite Stromgenerator als Elektromotor betrieben werden, um in der Anlaufphase durch Stromzufuhr von außerhalb des Generators die Trägheitsmomente von Rotorbauteil 5 und Getriebe 4 (Fig. 2) zu überwinden.
In einer dritten Variante nach Fig. 5 trägt das Rotorbauteil 5 innen Permanentmagneten 6, die mit dem Rotor 3 den ersten Stromgenerator bilden, und außen ebenfalls Permanentmagneten 7, die mit der am Gehäuse 1 befestigten Generatorwicklung 8 den zweiten Stromgenerator bildet . Weiterhin kann der zweite Stromgenerator als Elektromotor betrieben werden, um in der Anlaufphase durch Stromzufuhr von außerhalb des Generators die Trägheitsmomente von Rotorbauteil 5 und Getriebe 4 (Fig. 2) zu überwinden. In einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 6 erfolgt die Energieeinleitung zweiseitig mit gleicher Richtung und variabler Geschwindigkeit auf zwei Wellen 2a und 2b, wobei die eine Welle 2a den Rotor 3 trägt, und die andere Welle 2b das Getriebe 4 trägt, welches das Rotorbauteil 5 in gegenläufige Drehung versetzt. Diese Aus ührungsform ermöglicht Anwendungen z.B. in Automobilen.
Bezugszeichenliste
Gehäuse
Welle a Welle b Welle
Rotor/Generatorwicklung
Getriebe
Rotorbauteil
Innenwicklung bzw. Magneten
Außenwicklung bzw. Magneten
Gehäusewicklung bzw. Magneten

Claims

Patentansprüche
1. Stromgenerator, bestehend aus einem über eine Welle (2) angetriebenen Rotor (3) eines ersten Stromgenerators, einem Rotorbauteil (5) mit Innen- und Außenwicklungen bzw. Magneten (6, 7) , das den ersten Rotor (3) umgibt und sowohl den zweiten Rotor des ersten Stromgenerators als auch den Rotor eines zweiten Stromgenerators trägt, welches vom Stator (1, 8) des zweiten Stromgenerators umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) als eine durchgehende Welle (2) ausgebildet ist, auf der zusätzlich mindestens ein Getriebe (4) angeordnet ist, über welches das Rotorbauteil (5) in gegensinnige Drehrichtung versetzt wird.
2. Stromgenerator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinleitung in den Generator einseitig auf die durchgehende Welle (2) erfolgt .
3. Stromgenerator nach .Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinleitung in den Generator zweiseitig mit gleicher Richtung und Geschwindigkeit auf die durchgehende Welle (2) erfolgt .
4. Stromgenerator nach Anspruch 1,2,3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (5) innen Elektromagneten (6) und außen Generatorwicklungen (7) trägt und am Gehäuse (1) Permanentmagneten (8) befestigt sind.
5. Stromgenerator nach Anspruch 1,2,3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (5) innen Elektromagneten (6) und außen Permanentmagneten (7) trägt, und am Gehäuse (1) eine Generatorwicklung (8) befestigt ist.
6. Stromgenerator nach Anspruch 1,2,3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (5) innen und außen Permanentmagneten (6,7) trägt und am Gehäuse (1) eine Generatorwicklung (8) befestigt ist.
7. Stromgenerator nach Anspruch 1,2,3,4,5 dadurch gekennzeichnet, dass der im zweiten äußeren Stromgenerator (7,8) erzeugte Strom in den Elektro- magneten (6) geleitet wird.
8. Stromgenerator nach Anspruch 1,2,3,5,6 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite äußere Stromgenerator (7,8) als Motor betrieben ist.
Stromgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (7,8) als Anlaufunterstützung (Anlasser) für den Stromgenerator dient .
10. Stromgenerator, bestehend aus einem über eine Welle (2) angetriebenen Rotor (3) eines ersten Stromgenerators, einem Rotorbauteil (5) mit Innen- und Außenwicklungen bzw. Magneten (6, 7) , das den ersten Rotor (3) umgibt und sowohl den zweiten Rotor des ersten Stromgenerators als auch den Rotor eines zweiten Stromgenerators trägt, welches vom Stator (1, 8) des zweiten Stromgenerators umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinleitung in den Generator zweiseitig mit gleicher Richtung und variabler Geschwindigkeit auf eine getrennte Welle (2a, 2b) erfolgt, wobei eine Welle (2a) den Rotor (3) trägt und auf der anderen Welle (2b) ein Getriebe (4) zum Antrieb des Rotorbauteils (5) befestigt ist.
11.Stromgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (5) innen Elektromagneten (6) und außen Generatorwicklungen (7) trägt und am Gehäuse (1) Permanentmagneten (8) befestigt sind.
12. Stromgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (5) innen Elektromagneten (6) und außen Permanentmagneten (7) trägt und am Gehäuse (1) eine Generatorwicklung (8) befestigt ist.
13. Stromgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (5) innen und außen Permanentmagneten (6,7) trägt und am Gehäuse (1) eine Generatorwicklung (8) befestigt ist.
14. Stromgenerator nach den Ansprüchen 10, 13, 14, dadurch gekennzeichnet, dass der im zweiten äußeren Stromgenerator (7,8) erzeugte Strom in den Elektromagneten (6) geleitet wird.
15. Stromgenerator nach den Ansprüchen 10, 14, 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite äußere Strom- generator (7,8) als Motor betrieben ist.
16. Stromgenerator nach -Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (7,8) als Anlaufunterstützung (Anlasser) für den Stromgenerator dient.
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