DE102008029377B4 - Device for a wind or hydroelectric power plant for generating electrical energy - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Homopolargenerator für eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie. Der Generator ist insbesondere Teil einer Wind- oder Wasserkraftanlage und wird direkt, d.h. ohne zwischengeschaltetes Getriebe, von den Flügeln der Wind- oder Wasserkraftanlage angetrieben. Eine supraleitende Spule, die mechanisch vom Rotor entkoppelt ist, d.h. nicht mit dem Rotor mitrotiert, erzeugt einen magnetischen Fluss, der vom Rotor derart geleitet wird, dass er die Statorwicklung eines Stators in radialer Richtung durchsetzt. Der Rotor weist hierzu den Stator klauenförmig umgebende Rotorabschnitte auf, die den magnetischen Fluss leiten. An den Rotorabschnitten sind den magnetischen Fluss leitende Pole vorgesehen, die bewirken, dass der magnetische Fluss in Umfangsrichtung des Stators gesehen variiert. Bei konstantem Magnetfeld und rotierendem Rotor wird somit in den Statorwicklungen eine Spannung induziert. Der Rotor rotiert vorzugsweise mit konstanter Frequenz. Durch eine entsprechende Wahl der Polzahlen kann die Ausgangsfrequenz des Generators an die Netzfrequenz angepasst werden.The invention relates to a homopolar generator for a device for generating electrical energy. The generator is in particular part of a wind or hydroelectric power plant and is directly, i. without intermediate transmission, driven by the wings of the wind or hydropower plant. A superconducting coil mechanically decoupled from the rotor, i. not co-rotated with the rotor, generates a magnetic flux, which is guided by the rotor so that it passes through the stator winding of a stator in the radial direction. The rotor has for this purpose the stator claw-shaped surrounding rotor sections, which conduct the magnetic flux. At the rotor portions, conductive poles are provided to the magnetic flux, causing the magnetic flux to vary in the circumferential direction of the stator. With constant magnetic field and rotating rotor, a voltage is thus induced in the stator windings. The rotor preferably rotates at a constant frequency. By an appropriate choice of the number of poles, the output frequency of the generator can be adapted to the mains frequency.

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere einen Homopolargenerator, für eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie. Dabei ist der Generator insbesondere Teil einer Wind- oder Wasserkraftanlage.The Invention relates to a generator, in particular a homopolar generator, for one Device for generating electrical energy. Here is the generator in particular part of a wind or hydroelectric power plant.

Das Flügelrad einer großen Windkraftanlage dreht sich üblicherweise mit weniger als einer Umdrehung pro Sekunde. Das Flügelrad ist bei vielen Windkraftanlagen an ein Getriebe gekoppelt, das einen herkömmlichen Synchron- oder Asynchrongenerator mit hoher Drehzahl antreibt. Die Anbindung an ein Stromversorgungsnetz kann direkt oder über Frequenzumrichter erfolgen. Häufig werden doppelt gespeiste Asynchrongeneratoren verwendet, bei denen der Rotor über Schleifringe von einem Frequenzumrichter gespeist wird.The impeller a big one Wind turbine usually turns at less than one revolution per second. The impeller is in many wind turbines coupled to a gearbox that is a conventional Synchronous or asynchronous generator drives at high speed. The Connection to a power grid can be direct or via frequency converter respectively. Often doubly fed asynchronous generators are used in which the Rotor over Slip rings is fed by a frequency converter.

Es ist vorteilhaft, den Generator direkt, d. h. ohne teures und störanfälliges Zwischengetriebe an das Flügelrad zu koppeln. Bspw. wird in der US 7 154 191 B2 eine Windenergieanlage beschrieben, bei der das Flügelrad direkt mit dem Rotor verbunden ist. Der Rotor trägt Permanentmagnete, mit deren Hilfe ein variierender magnetischer Fluss erzeugt wird, der die Statorwicklungen eines Stators durchsetzt. Ein mit dem Flügelrad angetriebener Generator muss jedoch zur Anbindung an das Stromversorgungsnetz eine Frequenz von 50 Hz bzw. 60 Hz zur Verfügung stellen. Die wegen der niedrigen Drehfrequenz des Flügelrads niedrige Ausgangsfrequenz des Generators muss daher wieder über Frequenzumrichter auf 50 Hz bzw. 60 Hz gebracht werden. Eine Alternative besteht darin, den Synchrongenerator direkt mit dem Flügelrad zu koppeln und den Generator mit einem Rotor mit so hoher Polzahl auszustatten, dass eine der Netzfrequenz entsprechende Frequenz bereitgestellt werden kann. In diesem Fall kann er direkt in das Netz einspeisen.It is advantageous to couple the generator directly, ie without expensive and trouble-prone intermediate gear to the impeller. For example. will be in the US 7 154 191 B2 a wind turbine described in which the impeller is directly connected to the rotor. The rotor carries permanent magnets, with the help of which a varying magnetic flux is generated, which passes through the stator windings of a stator. However, a generator driven by the impeller must provide a frequency of 50 Hz or 60 Hz for connection to the power supply network. The low output frequency of the generator due to the low rotational frequency of the impeller must therefore be brought back via frequency converter to 50 Hz or 60 Hz. An alternative is to couple the synchronous generator directly to the impeller and equip the generator with a rotor of such a high number of poles that a frequency corresponding to the mains frequency can be provided. In this case, he can feed directly into the grid.

Hochpolige direktgetriebene Windgeneratoren mit permanenterregten Rotoren sind realisiert. Nachteilig bei direkter Netzanbindung ist, dass der Blindleistungsbedarf des Netzes nicht über eine variable Erregung des Rotors angepasst werden kann. Insbesondere bei Offshore-Windanlagen kann dies nachteilig für die Netzstabilität sein. Direktgetriebene Generatoren mit Netzanbindung über Frequenzumrichter sind ebenfalls bekannt.high-position directly driven wind generators with permanently excited rotors realized. A disadvantage of direct network connection is that the reactive power requirement the network is not over a variable excitation of the rotor can be adjusted. Especially In offshore wind farms, this can be detrimental to grid stability. Direct-drive generators with grid connection via frequency converter are also known.

Durch Wicklungen über Schleifringe erregte hochpolige Synchrongeneratoren haben sich nicht durchgesetzt. Nachteilig ist der hohe Materialaufwand für die Vielzahl der Rotorspulen und der hohe Leistungsbedarf für die Erregung, der den Wirkungsgrad verschlechtert. Supraleitende Erregerspulen wurden vorgeschlagen, sie verringern die Erregerleistung erheblich. Der hohe Aufwand an Supraleitermaterial und kryogener Kühlung und Isolierung lassen diese Version ebenfalls als nicht wirtschaftlich erscheinen.By Windings over Slip rings excited high-pole synchronous generators have not prevailed. A disadvantage is the high cost of materials for the plurality of rotor coils and the high power requirement for the excitement that degrades the efficiency. superconducting Excitation coils have been proposed, they reduce the excitation power considerably. The high cost of superconductor material and cryogenic cooling and isolation also leave this version as not economical appear.

Bspw. wird in der US 7 049 724 B2 eine elektrische Maschine bzw. ein Generator mit einem scheibenförmigen Rotor und einem scheibenförmigen Stator beschrieben, bei der eine supraleitende, mechanisch vom Rotor entkoppelte Spule verwendet wird. Die Spule erzeugt einen magnetischen Fluss, der mit Hilfe von Polen des Rotors in axialer Richtung durch den Stator geleitet wird. Nachteilig bei dieser Maschine ist, dass sie sehr anfällig auf axial wirkende Kräfte reagiert. Diese Anfälligkeit wird mit steigendem Rotordurchmesser größer. Es ist daher notwendig, entsprechend große Toleranzen anzusetzen, bspw. für den Luftspalt zwischen den Polen des Rotors und dem Stator, womit der Wirkungsgrad der Maschine schlechter wird.For example. will be in the US Pat. No. 7,049,724 B2 an electric machine or a generator with a disc-shaped rotor and a disk-shaped stator is described, in which a superconducting, mechanically decoupled from the rotor coil is used. The coil generates a magnetic flux which is conducted by means of poles of the rotor in the axial direction through the stator. The disadvantage of this machine is that it reacts very vulnerable to axial forces. This vulnerability increases with increasing rotor diameter. It is therefore necessary to set correspondingly large tolerances, for example for the air gap between the poles of the rotor and the stator, whereby the efficiency of the machine is worse.

Den bislang bekannten Methoden ist gemeinsam, dass teure, störanfällige Getriebe, Frequenzumrichter und/oder Schleifringe benötigt werden und dass hohe Material-, Wartungs- und Betriebskosten anfallen.The previously known methods have in common that expensive, interference-prone transmissions, Frequency converters and / or slip rings are needed and that high material, Maintenance and operating costs incurred.

Durch den Wegfall von Getriebe, Frequenzumrichter und Schleifringen würden sowohl eine höhere Zuverlässigkeit als auch weniger Wartungsaufwand erreicht. Dies ist insbesondere vorteilhaft für den Einsatz in Offshore-Windkraftanalgen, dessen Bedeutung in Zukunft deutlich zunehmen wird.By the elimination of gearbox, frequency converter and slip rings would both a higher one reliability achieved as well as less maintenance. This is special advantageous for the Use in offshore wind turbines, whose importance in the future will increase significantly.

Zudem könnte bei Verwendung einer feststehenden, nicht rotierenden supraleitenden Spule erheblicher Aufwand für Material und Betrieb eingespart werden, wobei gleichzeitig die Komplexität der Anlage bzw. des Generators abnimmt.moreover could when using a fixed, non-rotating superconducting Coil considerable effort for Material and operation can be saved, while maintaining the complexity of the plant or of the generator decreases.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige, robuste und wenig störanfällige Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie anzugeben.It It is therefore the object of the invention to provide a cost-effective, robust and less prone to failure device to indicate the generation of electrical energy.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by those specified in the independent claims Inventions solved. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die besonderen Vorteile einer Homopolarmaschine ausgenutzt, wie sie bspw. in der DE 10 2004 014 123 A1 beschrieben wird. Bei der Homopolarmaschine schwankt im Gegensatz zu Synchron- oder Asynchronmaschinen ein durch eine Erregerspule erzeugter magetischer Fluss Φ zwar in seiner Amplitude zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert, seine Richtung kehrt sich jedoch nicht um, so dass seine Polarität konstant bleibt. Der Rotor einer Homopolarmaschine weist weder Wicklungen noch Schleifkontakte auf. Die Erregerspule ist mechanisch vom Rotor vollständig entkoppelt und muss nicht mit dem Rotor mitrotieren. Die Homopolarmaschine ist daher besonders für Anwendungen geeignet, bei denen eine elektrische Maschine mit einer supraleitenden Erregerspule arbeiten soll, da die Kühlung der Erregerspule wesentlich leichter zu handhaben ist als bei mitrotierender Spule.In the apparatus according to the invention, the particular advantages of a homopolar engine are exploited, as they are, for example, in the DE 10 2004 014 123 A1 is described. In the homopolar machine, in contrast to synchronous or asynchronous machines, a mag- netic flux Φ generated by an exciting coil varies in amplitude between a minimum and a maximum value, but its direction does not reverse, so that its polarity remains constant. The rotor of a homopolar machine has neither windings nor Sliding contacts on. The excitation coil is mechanically decoupled from the rotor completely and does not rotate with the rotor. The homopolar machine is therefore particularly suitable for applications in which an electrical machine to work with a superconducting exciter coil, since the cooling of the excitation coil is much easier to handle than mitmitierender coil.

Eine Homopolarmaschine ist sehr einfach und robust aufgebaut und kann generell als Motor oder als Generator eingesetzt sein.A Homopolarmaschine is very simple and robust and can generally be used as a motor or as a generator.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst einen Generator, der vorteilhafterweise als Homopolargenerator ausgebildet ist. Dieser beinhaltet einen feststehenden ringförmigen Stator mit Statorwicklung, einen drehbaren ringförmigen Rotor aus ferromagnetischem Material wie bspw. Eisen und eine feststehende ringförmige Erregerspule, wobei der Stator und die Erregerspule in radialer Richtung zwischen einem ersten und einem zweiten Rotorabschnitt angeordnet sind. Ein von der Erregerspule erzeugter magnetischer Fluss Φ wird vom Rotor geleitet und durchsetzt den Stator in radialer Richtung, senkrecht zur Statorwicklung. Beide Rotorabschnitte weisen eine Vielzahl von Polen auf, die in radialer Richtung auf den Stator hin ausgerichtet sind und den magnetischen Fluss Φ leiten. Zwischen den Polen eines Rotorabschnitts befinden sich Polzwischenräume. Die Pole der beiden Rotorabschnitte liegen sich in radialer Richtung jeweils gegenüber, gleiches gilt für die Polzwischenräume.The inventive plant for generating electrical energy comprises a generator which is advantageously designed as a homopolar generator. This includes a fixed annular stator with stator winding, a rotatable annular Rotor made of ferromagnetic material such as iron and a fixed annular Exciter coil, wherein the stator and the exciter coil in radial Direction between a first and a second rotor portion are arranged. A magnetic flux Φ generated by the exciting coil is emitted from the Rotor passes and passes through the stator in the radial direction, vertical to the stator winding. Both rotor sections have a plurality of poles on, which are aligned in the radial direction of the stator and conduct the magnetic flux Φ. Between the poles of a rotor section are interpolar spaces. The Poles of the two rotor sections are in the radial direction opposite each other, the same applies to the pole gaps.

Bei eine stromdurchflossenen Erregerspule ist der magnetische Fluss zwischen sich gegenüberliegenden Polen erheblich größer als zwischen sich gegenüberliegenden Polzwischenräumen, so dass der magnetische Fluss Φ bei stehendem Rotor in Umfangsrichtung des Rotors gesehen abhängig vom Ort ist. Bei einem rotierenden Rotor dagegen variiert der magnetische Fluss Φ an einem bestimmten Ort in Umfangsrichtung des Rotor, d. h. bspw. im Bereich eines bestimmten Abschnitts der Statorwicklung, in Abhängigkeit von der Zeit, so dass in der Statorwicklung eine Spannung induziert wird.at a current-carrying exciter coil is the magnetic flux between them Poland considerably larger than between them Polzwischenräumen, so that the magnetic flux Φ at standing rotor seen in the circumferential direction of the rotor depending on the location is. For a rotating rotor, however, the magnetic varies River Φ on a certain location in the circumferential direction of the rotor, d. H. for example in the Area of a specific section of the stator winding, depending on from time, so that induces a voltage in the stator winding becomes.

Da die Erregerspule fest steht, d. h. nicht mitrotiert, kann sie vorteilhafterweise als supraleitende Spule, insbesondere als Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) ausgebildet sein. Dies wirkt sich darin aus, dass die Erregerspule keine Erregerleistung verursacht, so dass der Wirkungsgrad steigt.There the excitation coil is fixed, d. H. not co-rotated, it can be beneficial as a superconducting coil, in particular as a high-temperature superconductor (HTSC) be educated. This affects the fact that the exciter coil does not cause any excitation power, so that the efficiency increases.

Die Anlage arbeitet mit einer festen, bekannten Umdrehungszahl des Rotors, d. h. im Falle einer Windkraftanlage mit einer festen Umdrehungszahl des Flügelrads. Je nach Netzfrequenz wird eine bestimmte, von der Umdrehungszahl des Rotors abhängige Polanzahl vorgesehen, so dass der Generator immer die korrekte Frequenz zur Verfügung stellt. Frequenzumrichter sind daher nicht notwendig, ein Getriebe ist überflüssig.The System works with a fixed, known number of revolutions of the rotor, d. H. in the case of a wind turbine with a fixed number of revolutions of the Impeller. Depending on the grid frequency is a certain, of the number of revolutions the rotor dependent Pole number provided so that the generator always has the correct frequency to disposal provides. Frequency converters are therefore not necessary, a gearbox its unneccessary.

Da im Unterschied zu Synchrongeneratoren nur eine einzelne, wenn auch größere Erregerspule vorgesehen ist, reduzieren sich die Material- und Betriebskosten zur Erzeugung des magnetischen Flusses Φ.There unlike synchronous generators, only a single one, though larger excitation coil provided is, reduce the material and operating costs for production of the magnetic flux Φ.

Über eine Variation des Erregerstroms kann auch der wechselnde Blindleistungsbedarf des zu speisenden Netzes gedeckt werden.Over a Variation of the excitation current can also be the changing reactive power demand covered by the network to be supplied.

Da die Erregerspule nicht mitrotiert und auf dem rotierenden Rotor keine elektrischen Bauteile vorhanden sind, kann auf Schleifringe gänzlich verzichtet werden.There the excitation coil is not co-rotated and on the rotating rotor No electrical components are present on slip rings completely be waived.

Der Generator kann bspw. in Wind- oder Wasserkraftanlagen zum Einsatz kommen, wobei der Rotor des Generators direkt mit dem Flügelrad gekoppelt wird.Of the Generator can be used, for example, in wind or hydroelectric plants come, with the rotor of the generator directly coupled to the impeller becomes.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the embodiment described below and with reference to the Drawings.

Dabei zeigt:there shows:

1 eine Windenergieanlage in Rück- und Querschnittsansicht, 1 a wind energy plant in back and cross-sectional view,

2 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch Rotor und Stator, 2 a section of a longitudinal section through rotor and stator,

3 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch Teile des Generators, und 3 a section of a cross section through parts of the generator, and

4 eine Draufsicht auf eine Statorwicklung in schematischer Ansicht. 4 a plan view of a stator winding in a schematic view.

Die 1 zeigt eine Windkraftanlage 10 in einer Rückansicht und einer Querschnittsansicht mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einen direkt angetriebenen Generator 20 zur Erzeugung elektrischer Energie beinhaltet. Die Windkraftanlage 10 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Flügelrad 30 mit drei Flügeln 31, wobei auch mehr oder weniger Flügel vorgesehen sein können. Das Flügelrad 30 ist fest mit einem Rotor 40 des Generators 20 verbunden, so dass bei Wind der Rotor 40 gemeinsam mit den Flügeln 31 und dem Flügelrad 30 in Rotation versetzt wird. Der Rotor 40 ist hierfür mit seiner Drehachse 50 in geeigneten Lagern 60 gelagert, die in einem Gehäuse 70 untergebracht sind. Ebenfalls angedeutet ist eine Befestigungseinrichtung 71, die einen Stator 80 (in 1 nicht dargestellt) des Generators 20 beinhaltet. Der Stator 80 ist konzentrisch zum Rotor 40 angeordnet und über die Befestigungseinrichtung 71 mit dem Gehäuse 70 fest, d. h. unverdrehbar verbunden. Weiterhin ist ein Kryokühler 90 zur Kälteerzeugung für eine zum Rotor 40 und zum Stator 80 konzentrische Erregerspule 100 (in 1 nicht dargestellt) des Generators 20 vorgesehen. Die gesamte Konstruktion ist auf einem Mast 110 befestigt.The 1 shows a wind turbine 10 in a rear view and a cross-sectional view with a device according to the invention, the directly driven generator 20 for generating electrical energy. The wind turbine 10 includes in the illustrated embodiment, an impeller 30 with three wings 31 , wherein more or less wings may be provided. The impeller 30 is fixed with a rotor 40 of the generator 20 connected so that when wind the rotor 40 together with the wings 31 and the impeller 30 is set in rotation. The rotor 40 is this with its axis of rotation 50 in suitable stores 60 stored in a housing 70 are housed. Also indicated is a fastening device 71 holding a stator 80 (in 1 not shown) of the generator 20 includes. The stator 80 is concentrated to the rotor 40 arranged and over the fastening device 71 with the housing 70 firmly, ie non-rotatably connected. Furthermore, a cryocooler 90 for cooling for one to the rotor 40 and to the stator 80 concentric exciter coil 100 (in 1 not shown) of the generator 20 intended. The entire construction is on a mast 110 attached.

Die 2 zeigt einen Längsschnitt u. a. durch den Rotor 40 und den Stator 80 im Detail. Die Befestigung des Flügelrads 30 am Rotor 40 ist nicht dargestellt, erfolgt aber auf an sich bekannte Weise derart, dass die durch Wind in Bewegung gesetzten Flügel 31 den Rotor 40 über das Flügelrad 30 in Rotation versetzen.The 2 shows a longitudinal section, inter alia, by the rotor 40 and the stator 80 in detail. The attachment of the impeller 30 on the rotor 40 is not shown, but takes place in a known per se such that the set by wind moving wings 31 the rotor 40 over the impeller 30 set in rotation.

Der Generator 20 ist als Homopolargenerator ausgebildet. Der Rotor 40 des Generators 20 umfasst drei Rotorabschnitte 41, 42, 43 und weist ein annähernd U-förmiges Profil auf. Der erste 41 und der zweite Rotorabschnitt 42 sind in radialer Richtung beabstandet angeordnet, wobei der radial außen liegende erste 41 und der radial innen liegende zweite Rotorabschnitt 42 die U-Schenkel des Profils bilden, während der dritte Rotorabschnitt 43 die Abschnitte 41, 42 verbindet. Insbesondere ist das Profil des Rotors 40 wie ein liegendes U geformt, d. h. die U-Schenkel sind in axialer bzw. in z-Richtung orientiert.The generator 20 is designed as a homopolar generator. The rotor 40 of the generator 20 includes three rotor sections 41 . 42 . 43 and has an approximately U-shaped profile. The first 41 and the second rotor section 42 are arranged spaced in the radial direction, wherein the radially outer first 41 and the radially inner second rotor section 42 forming the U-legs of the profile, while the third rotor section 43 the sections 41 . 42 combines. In particular, the profile of the rotor 40 shaped as a horizontal U, ie the U-legs are oriented in the axial or in the z-direction.

In radialer Richtung zwischen den Rotorabschnitten 41, 42 bzw. zwischen den U-Schenkeln ist im Bereich des dritten Rotorabschnitts 43 die feststehende Erregerspule 100 angeordnet. Speziell aufgrund dessen, dass die Erregerspule 100 fest steht, bietet es sich an, eine supraleitende Erregerspule 100 zu verwenden, da die Kühlung wesentlich einfacher zu bewerkstelligen ist als bei einer mitrotierenden Spule.In the radial direction between the rotor sections 41 . 42 or between the U-legs is in the region of the third rotor section 43 the fixed exciter coil 100 arranged. Especially due to the fact that the exciter coil 100 is fixed, it makes sense, a superconducting exciter coil 100 to use, since the cooling is much easier to accomplish than with a co-rotating coil.

Die Erregerspule 100 ist bevorzugt ein Hochtemperatur-Supraleiter. Sie befindet sich in einem Kryostaten 101 und wird durch eine Kühlleitung 102 auf Betriebstemperatur gehalten. Die Kühlleitung 102 wird durch den in der 1 dargestellten Kryokühler 90 versorgt. Die Kühlung kann bspw. indirekt mit flüssigem Neon oder Wasserstoff in einem Thermosyphon erfolgen. Die supraleitende Erregerspule 100 kann mit Gleichstrom betrieben werden und verursacht im Unterschied zu herkömmlichen, Normaltemperaturleitern, keine Erregerleistung, wodurch der Wirkungsgrad der Gesamtanlage steigt.The exciter coil 100 is preferably a high-temperature superconductor. It is in a cryostat 101 and is through a cooling line 102 maintained at operating temperature. The cooling line 102 is by the in the 1 illustrated cryocooler 90 provided. The cooling can be done, for example, indirectly with liquid neon or hydrogen in a thermosyphone. The superconducting exciter coil 100 can be operated with DC and unlike conventional, normal temperature, no excitation power, whereby the efficiency of the entire system increases.

Alternativ kann die ringförmige Erregerspule auch mit einem Normalleiter wie bspw. einem Kupfer- oder Aluminiumleiter bei Umgebungstemperatur betrieben werden. Dies erfordert zwar Erregerleistung, die aber weit unterhalb des Leistungsaufwands für den Rotor einer hochpoligen herkömmlichen Synchronmaschine bleibt. Der Wirkungsgrad der Homopolarmaschine ist entsprechend höher. Eventuell muss eine derartige Normalleiter-Spule bspw. mit Luft über einen Lüfter oder mit einem Wasserkreislauf zwangsgekühlt werden.alternative can the annular Exciter coil also with a normal conductor such as a copper or Aluminum conductors are operated at ambient temperature. This requires Although excitation power, but far below the power output for the Rotor of a high-poled conventional Synchronous machine remains. The efficiency of the homopolar machine is higher. Perhaps such a normal conductor coil, for example. With air over a Fan or forcibly cooled with a water cycle.

Die Erregerspule 100 erzeugt einen magnetischen Fluss Φ, der vom Rotor 40 bzw. von den Rotorabschnitten 41, 42, 43 wie durch die Pfeile symbolisiert geleitet wird. An den Rotorabschnitten 41 bzw. 42 sind zum Leiten des magnetischen Flusses Φ in radialer Richtung erste 44 bzw. zweite Pole 45 angeformt, die in radialer Richtung von den Rotorabschnitten 41, 42 hervorstehen. Zwischen zwei ersten Polen 44 (bzw. zwischen zwei zweiten Polen 45) liegt ein erster Polzwischenraum 46 (bzw. ein zweiten Polzwischenraum 47). Die Pole 44, 45 erstrecken sich in axialer Richtung vorzugsweise über den gesamten Bereich, der von der Tiefe der Stators, d. h. von dessen Erstreckung in axialer Richtung vorgegeben wird. Gegenüberliegende erste und zweite Pole 44, 45 bilden dabei ein Polpaar. In Umfangsrichtung des Rotors 40 gesehen weisen die ersten Pole 44 und die ersten Polzwischenräume 46 des ersten Rotorabschnitts 41 die gleiche Breite wR auf. Gleiches gilt für die zweiten Pole 45 und die zweiten Polzwischenräume 47 des zweiten Rotorabschnitts 42. Vorzugsweise ist der gesamte Rotor 40 umfassend die Rotorabschnitte 41, 42, 43 und die Pole 44, 45 einstückig aus massivem Eisen ausgebildet, um den magnetischen Fluss Φ bestmöglich zu leiten.The exciter coil 100 generates a magnetic flux Φ coming from the rotor 40 or from the rotor sections 41 . 42 . 43 as is symbolized by the arrows. At the rotor sections 41 respectively. 42 are first for directing the magnetic flux Φ in the radial direction 44 or second pole 45 formed in the radial direction of the rotor sections 41 . 42 protrude. Between two first poles 44 (or between two second poles 45 ) is a first pole gap 46 (or a second pole gap 47 ). The poles 44 . 45 extend in the axial direction preferably over the entire area, which is determined by the depth of the stator, ie its extent in the axial direction. Opposite first and second poles 44 . 45 form a pair of poles. In the circumferential direction of the rotor 40 seen have the first poles 44 and the first pole interspaces 46 of the first rotor section 41 the same width w R. The same applies to the second pole 45 and the second pole gaps 47 of the second rotor section 42 , Preferably, the entire rotor 40 comprising the rotor sections 41 . 42 . 43 and the poles 44 . 45 formed integrally of solid iron to best guide the magnetic flux Φ.

Der feststehende Stator 80 umfasst zwei dreiphasige Statorwicklungen 81, 82 und einen Statorkern 83 aus geblechtem Eisen zum Leiten des magnetischen Flusses Φ, wobei der Stator 80 und damit die Statorwicklungen 81, 82 in radialer Richtung zwischen den Rotorabschnitten 41, 42 bzw. zwischen den U-Schenkeln angeordnet sind. In axialer Richtung sind der Stator 80 und die Erregerspule 100 nebeneinander angeordnet. Dadurch, dass zwei Wicklungen 81, 82 verwendet werden, verdoppelt sich die Ausgangsleistung des Generators 20 gegenüber einer einzelnen Wicklung. Generell können auch zwei-, vier- oder mehrphasige Statorwicklungen eingesetzt werden. Ebenso ist es denkbar, mehr oder weniger als zwei Wicklungen vorzusehen.The stationary stator 80 includes two three-phase stator windings 81 . 82 and a stator core 83 made of laminated iron for conducting the magnetic flux Φ, wherein the stator 80 and thus the stator windings 81 . 82 in the radial direction between the rotor sections 41 . 42 or between the U-legs are arranged. In the axial direction are the stator 80 and the exciter coil 100 arranged side by side. Because of that, two windings 81 . 82 used, the output power of the generator doubles 20 opposite to a single winding. In general, two-, four- or multi-phase stator windings can be used. It is also conceivable to provide more or fewer than two windings.

Der Stator 80 wird mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung 71 an einem Teil 72 des Gehäuses 70 befestigt. Die Befestigungseinrichtung 71 fixiert darüber hinaus auch den Kryostaten 101 mit der Erregerspule 100 und der Kühlleitung 102. Bspw. kann die Befestigungseinrichtung 71 ausgebildet sein wie ein doppelwandiger Zylinder, wobei der Stator 80 und der Kryostat 101 zwischen den Zylinderwänden angeordnet und befestigt sind.The stator 80 is using a fastening device 71 at one part 72 of the housing 70 attached. The fastening device 71 also fixes the cryostat 101 with the exciter coil 100 and the cooling line 102 , For example. can the fastening device 71 be formed as a double-walled cylinder, wherein the stator 80 and the cryostat 101 are arranged and fixed between the cylinder walls.

Das einzige bewegte Teil des Generators 20 ist demnach der Rotor 40 umfassend die Rotorabschnitte 41, 42, 43 und die Pole 44, 45. Der Stator 80 und – im Unterschied zu Synchrongeneratoren – die Erregerspule 100 sind fest mit dem Gehäuse 70 verbunden, können daher nicht rotieren. Alternativ könnten der Stator 80 und/oder die Erregerspule 100 mit einem anderen feststehenden Teil der Windkraftanlage 10 fest, d. h. nicht dreh- oder verschiebbar, verbunden sein. Hierfür käme bspw. der Mast 110 in Frage.The only moving part of the generator 20 is therefore the rotor 40 comprising the rotor slice 41 . 42 . 43 and the poles 44 . 45 , The stator 80 and - unlike synchronous generators - the exciter coil 100 are stuck to the case 70 therefore they can not rotate. Alternatively, the stator could 80 and / or the exciter coil 100 with another fixed part of the wind turbine 10 firmly, ie not rotatable or displaceable, be connected. For this purpose, for example, the mast 110 in question.

Da der Rotor 40 keine elektrischen Bauteile wie etwa Spulen o. ä. trägt, kann vorteilhafterweise auf Schleifringe etc. verzichtet werden.Because the rotor 40 no electrical components such as coils o. Ä. Wears, can advantageously be dispensed slip rings, etc.

Die 3 zeigt einen Schnitt durch den Rotor 40, den Stator 80 und die Statorwicklungen 81, 82 entsprechend der in der 2 angedeuteten Linie A-A. Die Pole 44, 45 des Rotors 40 sind auf den dem Stator 80 zugewandten Seiten der Rotorabschnitte 41, 42 angeordnet und bewirken, dass der magnetische Fluss Φ wie durch die Pfeile angedeutet den Stator 80 und die Statorwicklungen 81, 82 in radialer Richtung, d. h. senkrecht zu den Statorwicklungen 81, 82 durchsetzt. Die Statorwicklungen 81, 82 weisen jeweils drei Phasen u, v, w auf. Zwischen den ersten Polen 44 und dem Stator 80 sowie zwischen den zweiten Polen 45 und dem Stator 80 befindet sich jeweils ein Luftspalt, der idealerweise möglichst klein ausfällt, d. h. in einer Größenordnung von 5–15 mm. Der den Stator 80 durchsetzende magnetische Fluss Φ ist im Bereich zwischen zwei sich gegenüberliegenden Polen 44, 45, d. h. im Bereich eines Polpaares, größer als in dem Bereich, der zwischen zwei sich gegenüberliegenden Polzwischenräumen 46, 47 liegt. Bei einer Rotation des Rotors 40 ausgelöst durch eine Bewegung der Flügel 31 variiert daher im Bereich der Statorwicklungen 81, 82 der magnetische Fluss Φ in Abhängigkeit von der Zeit, so dass in den Statorwicklungen 81, 82 eine Spannung induziert wird, die an nicht dargestellter Stelle abgegriffen werden kann.The 3 shows a section through the rotor 40 , the stator 80 and the stator windings 81 . 82 according to the in the 2 indicated line AA. The poles 44 . 45 of the rotor 40 are on the the stator 80 facing sides of the rotor sections 41 . 42 arranged and cause the magnetic flux Φ as indicated by the arrows the stator 80 and the stator windings 81 . 82 in the radial direction, ie perpendicular to the stator windings 81 . 82 interspersed. The stator windings 81 . 82 each have three phases u, v, w. Between the first poles 44 and the stator 80 as well as between the second poles 45 and the stator 80 In each case there is an air gap, which ideally is as small as possible, that is to say of the order of 5-15 mm. The the stator 80 permeating magnetic flux Φ is in the region between two opposite poles 44 . 45 , ie in the region of a pole pair, greater than in the region between two opposite pole interspaces 46 . 47 lies. During a rotation of the rotor 40 triggered by a movement of the wings 31 therefore varies in the range of the stator windings 81 . 82 the magnetic flux Φ as a function of time, so that in the stator windings 81 . 82 a voltage is induced, which can be tapped at a position not shown.

Da die Oberflächen der Pole 44, 45 auf (gedachten) Zylinderoberflächen liegen und der magnetische Fluss Φ den Stator 80 in radialer Richtung durchsetzt, ist es vergleichsweise einfach, durch konstruktive Mittel wie Speichen und/oder Scheiben die radialen Abstände von der Drehachse des Rotors 40 einzustellen und damit die Luftspalte zwischen Rotor 40 und Stator 80 unabhängig von Magnet-, Wind- oder sonstigen Kräften genau einzuhalten. Dies ist vorteilhaft -insbesondere für Maschinen mit großem Durchmesser wie Windkraftanlagen- bspw. gegenüber dem in der US 7 049 724 B2 beschriebenen Generator mit scheibenhafter Anordnung von Rotor und Stator bei axial gerichtetem magnetischen Fluss. Weitere Nachteile der in der US 7 049 724 B2 beschriebenen Anlage wurden bereits erwähnt.Because the surfaces of the poles 44 . 45 on (imaginary) cylinder surfaces lie and the magnetic flux Φ the stator 80 penetrated in the radial direction, it is comparatively easy, by structural means such as spokes and / or discs, the radial distances from the axis of rotation of the rotor 40 adjust and thus the air gaps between rotor 40 and stator 80 regardless of magnetic, wind or other forces to comply exactly. This is advantageous - in particular for machines with large diameters such as wind turbines - eg. Compared to in the US Pat. No. 7,049,724 B2 described generator with disc-like arrangement of rotor and stator with axially directed magnetic flux. Other disadvantages of in the US Pat. No. 7,049,724 B2 have already been mentioned.

Der in den 2 und 3 gezeigt Generator 20 kann in einer konkreten Ausführung ein 5 MW-Generator 20 sein, dessen direkt, d. h. ohne zusätzliches Getriebe angetriebener Rotor 40 unabhängig von den Windverhältnissen mit einer festen Drehfrequenz von 15 Umdrehungen/Minute rotiert. Je nach Frequenz des Netzes, in das die mit dem Generator 20 erzeugte elektrische Energie eingespeist werden soll, wird eine bestimmte Anzahl von ersten 44 bzw. zweiten Polen 45 benötigt. Bspw. für eine Frequenz von 50 Hz werden 200 Polpaare 48, d. h. jeweils 200 erste und zweite Pole 44, 45 benötigt. Für eine Frequenz von 60 Hz werden dementsprechend 240 Polpaare verwendet. Die Erregerspule erzeugt in den Luftspalten einen magnetischen Fluss von 1 T. Die Luftspalte können bspw. 7 mm oder 12 mm breit sein, wobei sich die Breite der Luftspalte auf die Amperewindungszahl der supraleitenden Erregerspule 100 in der Art auswirkt, dass bei breiterem Luftspalt eine größere Amperewindungszahl benötigt wird, um den magnetischen Fluss von 1 T zu erzeugen. Da hiermit die Kosten der Anlage ansteigen, ist ein möglichst schmaler Luftspalt von Vorteil. Die Breite der Luftspalte hängt ihrerseits im Wesentlichen von den mechanischen Toleranzen von Rotor 40 und Stator 80 ab.The in the 2 and 3 shown generator 20 can in a specific execution a 5 MW generator 20 be, directly, ie without additional gear driven rotor 40 regardless of the wind conditions with a fixed rotation frequency of 15 revolutions / minute rotates. Depending on the frequency of the network in which the generator 20 generated electrical energy is to be fed, a certain number of first 44 or second poles 45 needed. For example. for a frequency of 50 Hz will be 200 pole pairs 48 ie 200 first and second poles each 44 . 45 needed. Accordingly, for a frequency of 60 Hz, 240 pole pairs are used. The excitation coil generates a magnetic flux of 1 T in the air gaps. The air gaps can be, for example, 7 mm or 12 mm wide, the width of the air gaps being based on the ampere-turn number of the superconducting exciter coil 100 in such a way that with larger air gap a larger ampere-turn number is needed to produce the magnetic flux of 1T. Since this increases the cost of the system, the narrowest possible air gap is advantageous. The width of the air gaps depends in turn essentially on the mechanical tolerances of the rotor 40 and stator 80 from.

Durch die feste Umdrehungszahl und die darauf abgestimmte Anzahl von Polpaaren wird vorteilhafterweise erreicht, dass die erzeugte elektrische Energie direkt in das Netz eingespeist werden kann, dass also keine Frequenzumrichter o. ä. benötigt werden. Typischerweise weist der Rotor 40 eines solchen Generators 20 einen Durchmesser in einer Größenordnung von 10 m auf. Die Anregung des Generators 20 erfolgt durch eine feststehende, d. h. nicht-mitrotierende HTSL-Erregerspule 100, welche mit Hilfe von flüssigem Neon auf 27 K gekühlt wird und eine magnetische Flussdichte von 1 T in den Luftspalten erzeugt.Due to the fixed rotational speed and the matched number of pole pairs is advantageously achieved that the electrical energy generated can be fed directly into the network, so that no frequency converter o. Ä. Are required. Typically, the rotor has 40 of such a generator 20 a diameter of the order of 10 m. The excitation of the generator 20 is done by a fixed, ie non-co-rotating HTSC excitation coil 100 , which is cooled to 27 K using liquid neon and generates a magnetic flux density of 1 T in the air gaps.

Die 4 zeigt schließlich schematisch einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf den Stator 80 in radialer Richtung, bspw. mit Blickrichtung in negative y-Richtung, um den Verlauf der Statorwicklungen 81, 82 zu demonstrieren. In der Draufsicht ist lediglich die drei Phasen u, v, w aufweisende Statorwicklung 81 zu erkennen, die einen mäanderförmigen Verlauf hat, wobei die längeren Leitungsabschnitte in der axialen Richtung (z-Richtung) ausgerichtet sind. Die Erregerspule 100 ist in der 4 nicht dargestellt.The 4 Finally, schematically shows a section of a plan view of the stator 80 in the radial direction, for example. Viewing in the negative y-direction, to the course of the stator windings 81 . 82 to demonstrate. In the plan view, only the three phases u, v, w having stator winding 81 to recognize, which has a meandering course, wherein the longer line sections in the axial direction (z-direction) are aligned. The exciter coil 100 is in the 4 not shown.

Obige Beschreibung befasst sich mit einer Windkraftanlage. Die Vorrichtung ist jedoch ohne Weiteres bis auf Modifikationen in der Dimensionierung etc. auch in einer Wasserkraftanlage einsetzbar, bei der die Flügel 31 durch einen Wasserlauf angetrieben werden.The above description deals with a wind turbine. However, the device is readily applicable to modifications in the dimensioning, etc. in a hydropower plant, in which the wings 31 be driven by a watercourse.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine auch als Motor betrieben werden, wobei die elektrische Maschine an sich ausgebildet ist wie der oben beschriebene Generator 20.In principle, the inventive electric machine can also be operated as a motor, wherein the electric machine is formed per se as the generator described above 20 ,

Claims (14)

Vorrichtung (10) zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Homopolargenerator (20), welcher umfasst: – einen ringförmigen, feststehenden Stator (80), – eine ringförmige, feststehende Erregerspule (100) und – einen ringförmigen, drehbaren Rotor (40), welcher zumindest einen ersten (41) und einen zweiten Rotorabschnitt (42) aufweist, wobei – der Stator (80), der Rotor (40) und die Erregerspule (100) konzentrisch angeordnet sind, – der Stator (80) mindestens eine Statorwicklung (81, 82) aufweist, – der Stator (80) und die Erregerspule (100) in radialer Richtung gesehen zwischen dem ersten (41) und dem zweiten Rotorabschnitt (42) angeordnet sind, und wobei der Rotor (40), der Stator (80) und die Erregerspule (100) derart angeordnet sind, dass der Rotor (40) einen von der Erregerpule (100) erzeugten magnetischen Fluss Φ leitet und der magnetische Fluss Φ den Stator (80) in radialer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zur Statorwicklung (81, 82) durchsetzt.Contraption ( 10 ) for generating electrical energy with a homopolar generator ( 20 ), comprising: - an annular stationary stator ( 80 ), - an annular, fixed exciting coil ( 100 ) and - an annular, rotatable rotor ( 40 ), which at least a first ( 41 ) and a second rotor section ( 42 ), wherein - the stator ( 80 ), the rotor ( 40 ) and the exciter coil ( 100 ) are arranged concentrically, - the stator ( 80 ) at least one stator winding ( 81 . 82 ), - the stator ( 80 ) and the exciter coil ( 100 ) seen in the radial direction between the first ( 41 ) and the second rotor section ( 42 ) are arranged, and wherein the rotor ( 40 ), the stator ( 80 ) and the exciter coil ( 100 ) are arranged such that the rotor ( 40 ) one of the exciter coil ( 100 ) and the magnetic flux Φ conducts the stator ( 80 ) in the radial direction, substantially perpendicular to the stator winding ( 81 . 82 ) interspersed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (41) und der zweite Rotorabschnitt (42) konzentrisch und in radialer Richtung beabstandet angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the first ( 41 ) and the second rotor section ( 42 ) are arranged concentrically and spaced apart in the radial direction. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (80) und die Erregerspule (100) in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the stator ( 80 ) and the exciter coil ( 100 ) are arranged side by side in the axial direction. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40) ein annähernd U-förmiges Profil aufweist, wobei der erste (41) und der zweite Rotorabschnitt (42) die U-Schenkel des Profils bilden und in axialer Richtung ausgerichtet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 40 ) has an approximately U-shaped profile, the first ( 41 ) and the second rotor section ( 42 ) form the U-legs of the profile and are aligned in the axial direction. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (41) und der zweite Rotorabschnitt (42) den Stator (80) klauenförmig umfassen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 41 ) and the second rotor section ( 42 ) the stator ( 80 ) claw-shaped. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Rotorabschnit (41) eine Vielzahl von ersten Polen (44) und am zweiten Rotorabschnit (42) eine Vielzahl von zweiten Polen (44) angeformt ist, wobei. – die Pole (44, 45) jeweils auf der dem Stator (80) zugewandten Seite des jeweiligen Rotorabschnitts (41, 42) angeordnet sind, und – sich erste (44) und zweite Pole (45) radial gegenüber liegen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at the first Rotorabschnit ( 41 ) a plurality of first poles ( 44 ) and at the second rotor section ( 42 ) a plurality of second poles ( 44 ) is formed, wherein. - the poles ( 44 . 45 ) each on the stator ( 80 ) facing side of the respective rotor section ( 41 . 42 ), and - first ( 44 ) and second poles ( 45 ) are radially opposite. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40) zumindest umfassend die Rotorabschnitte (41, 42, 43) und die Pole (44, 45) einstückig aus massivem Eisen ausgebildet ist und den von der Erregerspule (100) erzeugten magnetischen Fluss Φ leitet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 40 ) at least comprising the rotor sections ( 41 . 42 . 43 ) and the poles ( 44 . 45 ) is integrally formed of solid iron and the of the exciter coil ( 100 ) generates magnetic flux Φ. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Statorwicklungen (81, 82) vorgesehen sind und/oder dass jede Statorwicklung (81, 82) zumindest mehrphasig, insbesondere 3-phasig (u, v, w), ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two stator windings ( 81 . 82 ) are provided and / or that each stator winding ( 81 . 82 ) is at least multi-phase, in particular 3-phase (u, v, w) is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (80) einen geblechten Statorkern (83) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 80 ) a laminated stator core ( 83 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (100) eine supraleitende Spule ist, insbesondere eine HTSL-Spule.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the exciting coil ( 100 ) is a superconducting coil, in particular a HTSC coil. Vorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (100) eine ringförmige Spule aus einem Normalleiter ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the exciting coil ( 100 ) is an annular coil of a normal conductor. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (100) mit Luft oder Wasser zwangsgekühlt ist.Device according to claim 11, characterized in that the exciter coil ( 100 ) is forced cooled with air or water. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40) mit einer festen Drehfrequenz rotiert.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 40 ) is rotated at a fixed rotational frequency. Wind- oder Wasserkraftanlage umfassend eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Homopolargenerator (20), wobei der Generator (20) umfasst: – einen ringförmigen, feststehenden Stator (80), – eine ringförmige, feststehende Erregerspule (100) und – einen ringförmigen, drehbaren Rotor (40), welcher zumindest einen ersten (41) und einen zweiten Rotorabschnitt (42) aufweist, wobei – der Stator (80), der Rotor (40) und die Erregerspule (100) konzentrisch angeordnet sind, – der Stator (80) mindestens eine Statorwicklung (81, 82) aufweist, – der Stator (80) und die Erregerspule (100) in radialer Richtung gesehen zwischen dem ersten (41) und dem zweiten Rotorabschnitt (42) angeordnet sind, – der Rotor (40), der Stator (80) und die Erregerspule (100) derart angeordnet sind, dass der Rotor (40) einen von der Erregerpule (100) erzeugten magnetischen Fluss Φ leitet und der magnetische Fluss Φ den Stator (80) in radialer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zur Statorwicklung (81, 82) durchsetzt, und wobei ein Flügelrad (30) oder Flügel (31) der Wind- oder Wasserkraftanlage (10) zum Antreiben des Rotors (40) des Generators (20) mit dem Rotor (40) verbunden ist.Wind or hydroelectric power plant comprising a device for generating electrical energy with a homopolar generator ( 20 ), the generator ( 20 ) comprises: an annular stationary stator ( 80 ), - an annular, fixed exciting coil ( 100 ) and - an annular, rotatable rotor ( 40 ), which at least a first ( 41 ) and a second rotor section ( 42 ), wherein - the stator ( 80 ), the rotor ( 40 ) and the exciter coil ( 100 ) are arranged concentrically, - the stator ( 80 ) at least one stator winding ( 81 . 82 ), - the stator ( 80 ) and the exciter coil ( 100 ) seen in the radial direction between the first ( 41 ) and the second rotor section ( 42 ), - the rotor ( 40 ), the stator ( 80 ) and the exciter coil ( 100 ) are arranged such that the rotor ( 40 ei from the exciter coil ( 100 ) and the magnetic flux Φ conducts the stator ( 80 ) in the radial direction, substantially perpendicular to the stator winding ( 81 . 82 ) and wherein an impeller ( 30 ) or wings ( 31 ) of the wind or hydroelectric power plant ( 10 ) for driving the rotor ( 40 ) of the generator ( 20 ) with the rotor ( 40 ) connected is.
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