DE202015006632U1

DE202015006632U1 - Koaxialgenerator für eine Turbine

Info

Publication number: DE202015006632U1
Application number: DE202015006632.1U
Authority: DE
Original assignee: Rainer Schmieg
Current assignee: SCHROEDTER, LIANE, DE
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-09-26
Anticipated expiration: 2025-09-18

Abstract

Generator für eine Turbine dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor einer Turbine, (1), ein für hohe Drehzahlen geeignetes, koaxiales geschlossenes Halbach-Array eingebaut ist, dessen äusserer Magnetkreis, (3), bestehend aus Magnetsegmenten mit seinen polbildenden Magneten, (3.5) und (3.2) mit dem inneren Magnetkreis, bestehend aus einer Magnetwelle, (4.1) in der die Magnetkeile, (4.3) und (4.4) durch die Bauform der Magnetkeile und der Magnetwelle gegen, im Betrieb auftretende Fliehkräfte gesichert, montiert sind, deren Magnetanordnnung demontierbar ist um bei Bedarf Magnete zu ersetzen, bzw. zu remagnetisieren und dass im feststehenden Bereich des Turbinengehäuses, (10), eine aus beliebig verbindbaren oder abgreifbaren Spulensegmenten bestehende, auf einem Spulenhalter verklebte Spulenanordnung, (11 bis 13), die auf einer Ringplatine befestigt ist, deren Spulensegmente sich mit Ihren Strangteilen, innerhalb des Induktionsbereiches befinden, deren Umkehrbereiche jedoch ausserhalb des Induktionsbereiches in einer dielektrischen Umgebung befinden mit dem Generatorgehäuse verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Bauform eines lagerlosen Generators,/Motors vorzugsweise geeignet zum Einbau in eine Turbine, nach der in der DP 44 40 241 C1 und in der GMA 20 2014 0039 beschriebenen Turbine der mit einer mechanischen Lagerung bekannter Bauart versehen, auch als extern angetriebene,/anzutreibende Einheit einsetzbar ist.
Zweck der Erfindung ist die Darstellung einer neuen Generatoren-, Motorenbauform, die über einen weiten Drehzahlbereich gefahren werden kann und deren eisenloses Spulensystem über ein geschlossenes Magnetsystenm, (Erweiterung des seit 1985 bekannten Halbach-Arrays), angeregt wird. Die Spulensegmente des Generators,/Motors sind beliebig abgreifbar oder untereinander zu beliebigen Spulenkonfigurationen kombinierbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine, einfach herstellbare, auch für hohe Drehzahlen geeignete, mechanisch stabile, eisenlose Generatoren-/Motorbauform anzugeben, deren Erregerspule innerhalb eines koaxialen Arrays von Erregermagneten modular aufgebaut ist und die einfach herstellbar und variabel beschaltbar ist. Das Magnetsystem soll zur Remagnetisierung demontierbar sein.
Die erfindungsgemässe Lösung soll bei gleichem Bauschema nahezu beliebig klein oder gross herstellbar sein und die Anzahl der wirksamen Magnetpole ebenso wie die Anzahl der Wicklungsschleifen auf die Leistungsanforderungen anpassbar sein.
Des weiteren soll die erfindungsgemässe Lösung die Herstellung von Generatoren, unterschiedlicher Leistung durch die Änderung der Baulänge der Magnetarrays bei gleichen Querschnittsabmessungen ermöglichen.
Mehrpolige Permanentmagnetwellen und -ringe zur Herstellung von Elektromotoren und Generatoren sind aus der DE 66 03 272 sowie der 36 22 459 bekannt. Bekannt sind ausserdem sogenannte Halbach-Arrays durch die Schrift von K. Halbach „Permanent Magnet undulators, Journal de Physique Coloque C1, supplement au No 2 Tone 44, Februar 1983 Seite C1–211.
In der US 5280209 ist eine ähnliche Magnetanordnung beschrieben und dargestellt und beschrieben. In der US 725470 ist eine ähnliche Magnetanordnung in Form eines koaxialen Halbach-Arrays beschrieben, die als Kupplung verwendet wird. In der Veröffentlichung des Helmholtz Zentrums Berlin: „Permanent Magnets including Wigglers ans Undulators", Johannes Bahrdt 20.–22.6.2009 ist auf Seite 31 ebenfalls eine ähnliche Magnetanordnung abgebildet. Der Einsatz von Halbach-Arrays für Generator-Anwendungen ist zum Beispiel aus der DE 103 61 378 , der CH 705 833 oder der DE 10 2004 017 157 und anderen bekannt. In der DE 10 210 054 170 und anderen Schutzrechtsanmeldungen dieses Anmelders ist ein koaxiales Halbach-Array beschrieben.
Nachteille der vorgenannten Lösungen sind, daß Sie zum einen für überwiegend statische Anwendungen vorgesehen sind und zum andern mangels geeigneter Sicherung der Magnete gegen herausschleudern bei hohen Drehzahlen, bzw. auftretenden mechanisch/akustischen Schwingungen nicht gesichert sind und dass in den Veröffentlichungen keine Remagnetisierung der verwendeten Permanentmagnete vorgesehen ist.
Der Aufbau des Generators ist nachfolgend beschrieben und anhand von Beispielen in einer Übersicht und in aufeinanderfolgenden Ausschnitten dargestellt.
1 bis 3 zeigen Skizzen in unterschiedlichen Detaillierungsgraden zur Übersicht über das Generatorsystem im Zusammenhang mit der Turbine.
4 bis 9 zeigen Details zum Aufbau und der Funktion des Generatorsystems.
10 zeigt die Montagebasis der Spulen.
11 bis 13 zeigen drei Varianten der Spulen, die in Verbindung mit dem beschriebenen Generator-Magnetsystem einsetzbar sind.
1 zeigt den aufgeschnittenen Turbinenrotor, (9.1), einer Turbine, nach DP 44 40 241 C1 bzw. GMA 20 2014 0039, in welchen ein ebenfalls koaxial angeordneter Generator integriert ist.
Der erfindungsgemässe Generator besteht aus zwei Baugruppen.
Die erste Baugruppe, als Magnetbaugruppe bezeichnet, ist mit dem Turbinenrotor, (9.1), gekoppelt und besteht aus dem Generatorgehäuse, (1), in welches das Magnetarray, (3), im Detail die Magnetsegmente, (3.1) und (3.3), eingebaut sind und der Magnetwelle, (4.1), welche in der Deckelverschraubung, (2.2), mittels eines Kegelsitzes und der Mutter, (4.13), befestigt ist.
Die in diesen generator verwendeten Permanentmagnete bestehen vorzugsweise aus Neodym-Eisen-Borid oder Kobalt-Samarium. Die Oberflächen der einzelnen Magnete sind zum Schutz der Oberflächen gegen Oxydation galvanisch verzinkt, phosphatiert oder gebondert, was eine Variante der Phosphatierung ist.
Die Deckelverschraubung, (2.2), ist in den Turbinenrotor, (9.1) eingeschraubt oder, zum Beispiel in einer Serienfertigung, Bestandteil desselben. In der Deckelverschraubung, (2.2), ist in einer Ringnut ein Einsatz, hergestellt aus einem dielektrischen Werkstoff mit geringer dielektrischer Dämpfung, (2.3), eingebaut, der die Übertragung von Wirbelströmen aus dem Umkehrbereich, (6.3), der Spulensegmente auf das Rotorsystem verhindert und die Kühlluft vom inneren auf den äusseren Luftspalt führt.
Auf der, der Deckelverschraubung, (2.2), gegenüberliegenden Seite des Rotors ist eine Ringmutter, (2.4), die das Generatorgehäuse, (1), mit dem Magnetarray, (3), fixiert.
Die radiale Kopplung des Magnetarrays gegenüber dem Rotor erfolgt durch Mitnehmer in der Innen- und Aussenkontur des Generatorgehäuses, (1), im gezeigten Beispiel als Mitnehmerstifte, (1.3), dargestellt, welche zur Hälfte in Längsnuten, (1.1), und (1.2), des Innen- und Aussendurchmessers des Generatorgehäuses und mit der anderen Hälfte in Längsnuten, (9.4). des Turbinenrotors und einem Teil der Magentsegmente, (3.1), und (3.5), montiert sind. In einer Serienfertigung wird das Generatorgehäuse, (1), zusammen mit den Mitnehmern, (1.3) und (1.4), als Feingussteil hergestellt, wobei die Mitnehmerstrukturen auch eine andere Form besitzen können.
In der Magnetwelle, (4.1), sind Permanentmagnetprofile, (4.51), montiert, die durch das Lüfterrad, (4.5), mittels der Schraube, (4.51), gegen die Deckelverschraubung, (2.2), fixiert sind.
Die zweite Baugruppe besteht aus einer Spule, detailliert dargestellt in 12, deren Segmente auf einem Spulenträger, (5.2) montiert sind. Die Spulensegmente und der Spulenträger, (5.2), sind mit der Ringplatine, (6.1), fest verbunden und durch Schrauben, (10.2), mit dem feststehenden Turbinengehäuse, (10), verbunden. Weitere Varianten der Spulen sind in 11 und 13 dargestellt.
Der Eintritt der Kühlluft erfolgt über den Innendurchmesser der Ringplatine, (6.1), durch den inneren Luftspalt, (6.5), durch die Ringnut des dielektrischen Einsatzes, (2.3), und den äusseren Luftspalt, (6.4) zu den segmentierten Luftaustritten am äusseren Umfang der Ringplatine, (6.1), bzw. der Innenkontur des Turbinengehäuses, (10).
2 zeigt die Baugruppen des Generators in der Längsachse in Bezug zum Turbinenrotor, (9.1), axial auseinandergezogen.
In den Innendurchmesser des Turbinenrotors, (9.1), sind Mitnehmernuten, (9.4), für die Mitnehmer, (1.4), eingearbeitet. Diese Mitnehmernuten korrespondieren mit den, auf der äusseren Umfangsfläche des Generatorgehäuses, (1), eingelegten Mitnehmerstiften, 3, (1.4), und bewirken die Mitnahme des Generatorgehäuses, (1), bei der Drehbewegung des Rotors, (9.1).
Auf beiden Seiten des Innendurchmessers des Turbinenrotors, (9.1), sind Befestigungsgewinde, (9.3), zur Aufnahme der Deckelverschraubung, (2.2) und der Ringmutter, (2.4), eingearbeitet.
Im Innenduchmesser des Generatorgehäuses, (1), sind die Magnete des Magnetarrays, 3, (3), eingesetzt und durch die Mitnehmer, 3, (1.3), in den inneren Mitnehmernuten, 3, (1.2), gegen Verdrehung gesichert. Die Position der Mitnehmernuten, 3, (1.2), und der inneren Mitnehmer, 3, (1.3), auf der inneren Umfangsfläche des Generatorgehäuses, (1), korrespondieren mit den Mitnehmernuten in den Magnetsegmenten, 4, (3.1) und (3.5).
Das Generatorgehäuse, (1), mit dem Magnetarray, (4), ist zwischen der Deckelverschraubung, (2.2), und der Ringmutter, (2.4), im Innendurchmesser des Rotors, (9.1), fixiert.
Das Magnetarray, (3), ist in 2 in das Generatorgehäuse eingebaut und zusammen mit der koaxial dazu liegenden Magnetwelle, (4.1), und den eingebauten Magnetkeilen, dargestellt. Die Anordnung ist in 7 detailliert dargestellt. Die Magnetwelle, (4.1), und die zugehörigen Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind in 3 radial auseinandergezogen und in 5, detailliert dargestellt.
An der Magnetwelle, (4.1), welche zentrisch zum Rotorgehäuse, (1), montiert ist wird das Lüfterrad, (4.5), aus einem dielektrischen Werkstoff mittels der Schraube, (4.51), befestigt, mit dem die Magnetkeile, (4.3) und (4.4), in axialer Richtung gegen die Deckelverschraubung, (2.2) fixiert werden.
Die Baugruppe Schrägspule, (6), ist in 12 dargestellt und beschrieben. Sie ist ohne Änderung der Magnetanordnung gegen die, in 11 und 13 dargestellten Spulen austauschbar.
3 zeigt die Einzelteile der Magnetbaugruppe des Generators axial und radial auseinandergezogen.
Die Mutter, (4.13), ist zur Verschraubung der Magnetwelle, (4.1), in der Deckelverschraubung bestimmt. In die Deckelverschraubung ist ein Einsatz, (2.23), mit einer Ringnut aus einem dielektrischen Werkstoff eingesetzt, Das Generatorgehäuse, (1), besitzt in der Aussen- und Innenkontur Längsnuten, (1.1) und (1.2), in die Mitnehmer, (1.3) und (1.4), eingesetzt sind. Die Magnete des Magnetarrays, (3), sind zur besseren Unterscheidbarkeit radial auseinandergezogen dargestellt. Die, in die Magnetwelle, (4.1), eingesetzten Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind von dieser radial abgesetzt dargestellt.
Das Lüfterrad, (4.5), besitzt an seinem Umfang eine Schaufelstruktur zur Förderung der Kühlluft in den Luftspalt zwischen den Magneten und der Spule. Es besteht aus einem dielektrischen Werkstoff und wird mittels der Schraube, (4.51), in der Magnetwelle befestigt, mit dem die Magnetkeile, (4.3) und (4.4), in axialer Richtung gegen die Deckelverschraubung, (2.2) fixiert werden.
In die Ringmutter, (2.4), ist ein Einsatz, (2.42), hergestellt aus einem dielektrischen Werkstoff mit geringer dielektrischer Dämpfung, dessen Innenkontur mit einer Struktur versehen ist, eingebaut, durch welchen bei Rotation des Rotors, (9.1), die Absaugung der Luft aus dem Luftspalt, (6.4), beschleunigt wird. Die Ringmutter, (2.4), fixiert die Magnete des Magnetarrays, (3), gegen Deckelverschraubung, (2.2), und verhindert die Verschiebung derselben in der Längsachse.
4 zeigt die Anordnung der Erregermagnete des Generators und deren Aufnahme.
Im Innendurchmesser des Generatorgehäuses, (1), sind die Magnete des Magnetarrays, 3, (3), eingesetzt und durch die Mitnehmerstifte, 3, (1.3), in den inneren Mitnehmernuten, 3, (1.2), gegen Verdrehung gesichert. Die Position der Mitnehmernuten, 3, (1.2), und der inneren Mitnehmerstifte, 3, (1.3), auf der inneren Umfangsfläche des Generatorgehäuses, (1), korrespondieren mit den Mitnehmernuten in den Magnetsegmenten, 4, (3.2) und (3.5). Das Magnetarray, (3), und dessen Zusammenwirken mit der Magnetwelle, (4.1), und deren Magneten, (4.3) und (4.4), sowie der Spule, (6), ist in 7 bis 10 detailliert dargestellt.
Die polbildenden Magnete, (3.2) und (3.5), des aussenliegenden Halbach-Arrays, (3), sowie die Magnete, (4.3), und (4.4), der Magnetwelle, (4.1), sind gekennzeichnet. Ihre Funktion ist in 7 bis 9 beschrieben.
Die Magnetwelle, (4.1), und die zugehörigen Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind in 3 radial auseinandergezogen und in 5, detailliert dargestellt. An der Magnetwelle, (4.1), ist ein Lüfterrad, (4.5), hergestellt aus einem dielektrischen Werkstoff mit geringer Dämpfung, mittels der Schraube, (4.51), befestigt, mit dem die Magnetkeile, (4.3) und (4.4), in axialer Richtung gegen die Deckelverschraubung, (2.2) fixiert werden. Die Magnetwelle und Ihre Varianten sind in 5 detailliert dargestellt.
5 bis 5c zeigen die Magnetwelle mit eingesetzten Magnetkeilen. Die Magnetkeile basieren vorzugsweise auf einem quadratischen Grundquerschnitt, (B) und (H). Sie sitzen, diagonal zum Zentrum des Generators eingebaut, in Längsnuten der Magnetwelle und sind durch deren Geometrie, die Breite der Überhänge, (BMF), gegen herausschleudern im Betrieb gesichert.
Die Magnetwelle, (4.1), besteht, wie das Generatorgehäuse, (1), vorzugsweise aus einem nichtlegierten Stahl, (z. B. St70 oder St60), und ist an seiner Oberfläche zur Vermeidung von Korrosionserscheiningen mit einer Beschichtung versehen.
Als Beschichtung kann eine galvanische Verzinkung ebenso wie eine Phosphatierung angewandt werden. In einer Serienfertigung wird die Magnetwelle als Feingussteil hergestellt und an den erforderlichen Bereichen, (Konus, Gewinde), mechanisch nachbearbeitet.
Die wirksame Austrittsfläche des Magnetfeldes kann durch die Abstimmung des freien Umfangsanteils, (BMF:BMK), auf einfache Weise an die in 8 beschriebenen Betriebsbedingungen dadurch angepasst werden, dass der Abstand der Mitte der Magnetprofile, (4.3), und (4.4), und die zugehörigen Innenprofile der Magnetwelle, (4.1), zum Zentrum der Magnetwelle, (4.1), variiert werden.
5 zeigt die Magnetwelle aus der Perspektive mit eingesetzten Magnetkeilen, wie in 5a dargestellt. Die Magnetwelle besitzt an einem Ende einen Konus, (4.11), zur Aufnahme in Innenkonus, (2.12) oder 2.22), der Deckelverschraubung, 6, (2.2) oder (2.1) und wird darin durch die Mutter, (4.13), in derselben fixiert.
5a zeigt einen Schnitt durch die, in 5 dargestellte Magnetwelle, (4.1) und die Magnetprofile, (4.3) und (4.4). In dieser Bauform bilden die Magnetprofile, (4.3) und (4.4), mit der Umfangsfläche der Magnetwelle, (4.1), eine geschlossene Oberfläche. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß Fertigungstoleranzen der Magnetwelle, (4.1) und der Magnetkeile, (4.3) und (4.4), nach der Montage dadurch ausgeglichen werden können, daß die komplette Baugruppe durch rundschleifen überarbeitet werden kann, wobei vorzugsweise der Aussenkonus, (4.11), beim Schleifvorgang als Aufnahme verwendet wird.
5b zeigt eine vereinfachte Anordnung der in 5a dargestellten Magnetwelle, (4.6). Die hier dargestellten Magnetkeile, (4.61) und (4.62) besitzen einen quadratischen Grundquerschnitt, (B:H), und sind am Umfangsbereich durch einen Radius oder eine Fläche, welche durch eine Sehne im Bereich, (BMK), bildet abgerundet oder abgeflacht und dem Aussendurchmesser der Magnetwelle, (4.6), angeglichen. Durch die, am Umfang zwischen dem Magentkeilen, (4.61), und (4.62), und der Magnetwelle, (4.6), entstehenden Längsrillen wird eine zusätzliche Förderung der Kühlluft im Betrieb bewirkt.
5c zeigt eine weitere Variante der Magnetwelle, (4.7), die im Innenbereich hohl ausgeführt ist. Diese Bauform kommt insbesondere bei Systemen mit grösseren Spulendurchmessern, (etwa ab 60 mm), zur Anwendung. Hierbei ist der Einsatz symmetrisch ausgebildeter Magnetkeile, (4.71) und (4.72) möglich, was deren Herstellung und Montage wesentlich vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert. Die hier gezeigten Magnetkeile besitzen vorzugsweise eine quadratische Grundstruktur, (H:B), und sind an den Polflächen, (F), symmetrisch mit Flächen, (BMK), versehen.
Mit zunehmendem Durchmesser Spulen und damit der Magnetarrays der Magnethohlwelle können die Radien an den Umfangsflächen der Magnetprofile und der Magnetsegmente durch ebene Flächen ersetzt werden.
6 zeigt einen Längsschnitt durch den Generator und einen Teil des Rotors mit der Lage der einzelnen Teile.
Die Deckelverschraubung mit Ringnut, (2.2), ist im gezeigten Beispiel aus Metall, z. B. Aluminium hergestellt. In der Ringnut der Deckelverschraubung ist ein ringförmiger dielektrischer Einsatz, (2.23), mit einer ebenfalls ringförmigen Nut, (2.24), zur Führung der Kühlluft eingearbeitet. Durch die Verwendung eines dielektrischen Werkstoffs, (z. B. POM), wird verhindert, daß im Betrieb Wirbelströme von der Spule, (6.3), auf die Deckelverschraubung, (2.2), übertragen werden. Alternativ kann die Deckelverschraubung in einem Stück, (2.1), aus einem dielektrischen Werkstoff, zum Beispiel aus einem faserstabilisierten Epoxydharz hergestellt werden.
Beide Varianten der Deckelverschraubung, (2.2), und (2.1), besitzen einen Innenkonus, (2.22), in dem die Magnetwelle, (4), mittels der Mutter, (4.13), befestigt ist. Die Deckelverschraubung, (2.2) oder (2.1), wird mittels Gewinde, (2.11), im Turbinenrotor, (9). fixiert.
In der, in 6 dargestellte Magnetwelle, (4), sind die Magnetkeile, (4.3), und (4.4), aufgenommen. Die Magnetkeile, (4.3), und (4.4), werden in axialer Richtung durch das Lüfterrad, (4.5), welches mit der Schraube, (4.51), in der Magnetwelle, (4), befestigt ist, gegen die Deckelverschraubung, (2.2), oder (2.1), fixiert. In radialer Richtung erfolgt die Fixierung der Magnetwelle, (4), durch den Aufnahmekonus (2.12).
Die Magnetsegmente, (3.1) und (3.5), werden in axialer Richtung durch die Ringmutter, (2.4), mit Sauglüftereinsatz, (2.5), oder die Ringmutter, (2.3), mit Innenkonus, (2.32), mittels des Gewindes, (2.31), im Rotor, (9), in axialer Richtung fixiert. In radialer Richtung erfolgt die Fixierung durch die Mitnehmer, (1.3).
Eine weitere Möglichkeit zur Fixierung des Magnetarrays besteht darin, daß das vormontierte Array, zusammen mit dem Generatorgehäuse 2, (1), in den Rotor eingeschrumpft wird, wobei eine zusätzliche Verdichtung des Magnetarrays, 3, (3), stattfindet.
7 zeigt eine schematische Zusammenstellung des Generators, die in 8 und 9 weiter detailliert ist.
Das Generatorgehäuse, (1), ist an Aussen- und Innendurchmesser mit Mitnehmern, (1.3), und (1.4), versehen, welche eine radiale Arretierung des Magnetarrays, 3, (3), bewirken.
Gemäss den Regeln des Aufbaus eines Halbach-Arrays erfolgt die Ausbildung von Magnetpolen, (Polwechsel im Array), dadurch, daß, z. B. mehrere Magnetprofile aneinandergefügt werden, deren Magnetisierungsrichtung, (gekennzeichnet durch Pfeile), um den Teil der Anzahl zwischen den zu bildenden Polen gedreht ist. Im gezeigten Beispiel sind dies, im Uhrzeigersinn betrachtet, bis zum Polwechsel vier Magnetprofile, Magnetsegment 0° mit Nut, (3.1), Magnetsegment 45°, (3.2), Magnetsegment 90°, (3.3), Magnetsegment 135°, (3.4), Magnetsegment 180° mit Nut, (3.5), deren Magnetisierungsrichtung um je 45° gedreht ist. Wird diese Folge, wie dargestellt, durch weitere Magnetprofile, Magnetsegment 225°, (3.6), Magnetsegment 270°, (3.7), Magnetsegment 315°, (3.8), Magnetsegment 0° mit Nut, (3.1), weitergeführt, ergibt sich eine Drehung des Magnetfeldes um 360°, wobei sich die zwischen den Polen liegenden Magnetprofile, Magnetsegment 45°, (3.2), Magnetsegment 90°, (3.3), Magnetsegment 135°, (3.4), und Magnetsegment 225°, (3.6), Magnetsegment 270°, (3.7), Magnetsegment 315°, (3.8), hinsichtlich der Abstrahlung von Magnetfeldern zum Innendurchmesser hin, weitgehend neutral verhalten. Die Abstrahlung am Aussendurchmesser wird durch das, aus Eisen bestehende Generatorgehäuse, (1), verhindert. Im gezeigten Beispiel ergeben drei radial aneinander gefügte Baugruppen wie vorbeschrieben eine geschlossene Gruppe aus mehreren zusammengesetzten Halbach-Arrays.
Die, auf diese Weise hergestellte Anordnung korrespondiert mit den Magnetkeilen, (4.3), und (4.4), der Magnetwelle, (4), und bildet mit Ihnen zusammen geschlossene Magnetkreise, wie in 8 dargestellt.
Die, in 9 und 10 bis 13 beschriebenen Spulen bestehen aus Segmenten, (6.33) und (6.35), die mit dem Spulenträger, durch Verklebung fest verbunden sind. Die in 7 gezeigten Segmente, (6.33) und (6.35), der in 12 gezeigten Schrägspule.
8 zeigt die in 7 dargestellte Anordnung, jedoch ohne Gehäuse und Mitnehmer. Die Bezeichnung der Teile entspricht der Beschreibung in 7. Die Abbildung zeigt die Ausbildung der geschlossenen Magnetkreise, (3.9). und die magnetische Durchflutung, (3.10), eines einzelnen Spulensegments, (6.33) der in 12 dargestellten Spule, wie sie sich aus der Anordnung der Teile ergeben.
8a zeigt den Ausschnitt, (A1), aus 8. Die mittlere Breite der Magnetsegmente, (BMS), sollte im Hinblick auf Herstellung und Funktion zur Höhe der Magnetsegmente, (HMS), die sich aus der Differenz zwischen Inkreis und Umkreis des Magnetarrays, (3), ergibt, etwa quadratisch sein.
Um eine, für den Betrieb des Generators optimale Induktion der Spulensegmente zu erreichen, ist die Abstimmung der Breite der magnetischen Durchflutung, (BMF), die einer gaußschen Verteilungskurve unterliegt durch die Anpassung der Breite, (BMS), der polbildenden Magnetsegmente, (3.1) und (3.5), – wie im 8a, Ausschnitt, (A1) aus 8 gezeigt, zur Breite der Polflächen der Magnetkeile, (BMK), in Grenzen möglich.
9 und 9a zeigen den Ausschnitt, (A2), aus 8a. In 9 ist ein Schnitt durch den Spulenträger, (6.2) und ein Spulensegment, (6.3), der, in 12 beschriebenen Schrägspule als Beispiel detailliert dargestellt. Dieses Beispiel gilt, was den Aufbau der Spulensegmente betrifft, für alle hier beschriebenen Spulenvarianten. Der ausserhalb des Spulenträgers liegende Teil des Spulensegments, (6.32), ist gegen den innenliegenden Teil des Spulensegments, (6.34), um eine Spulensegmentbreite versetzt. Bei der Drehung des fertig montierten Turbinenrotors, (9), mit den Magnetbaugruppen wie in 1 und 6 dargestellt, werden abwechselnd die innen und die aussenliegenden Bereiche der einzelnen Spulensegmente vom Magnetfeld durchflossen.
Das Magnetarray mit dem Magnetsegment, (3.1), ist ausserhalb der Spule so angeordnet, daß zwischen dem, mit dem Spulenträger, (6.2), verklebten, ausserhalb des Spulenträgers, (6.2), angeordneten Teilen der Spulensegmente, (6.32), und dem Innendurchmesser des Magnetarrays, (3), ein ausreichend grosser Luftspalt, (6.4), für den Durchtritt der Kühlluft gebildet wird.
Die Magnetwelle mit dem Magnetkeil, (4.3), ist innerhalb der Spule so angeordnet, daß zwischen dem, mit dem Spulenträger, (6.2), verklebten, innerhalb des Spulenträgers, (6.2), angeordneten Teilen der Spulensegmente, (6.34), und dem Aussendurchmesser der Magnetwelle, (4.3), ein ausreichend grosser Luftspalt, (6.5), für den Durchtritt der Kühlluft gebildet wird.
10, 10a und 10b zeigen den Aufbau der Aufnahme für die, in 11, 12, und 13 beschriebenen Spulenvarianten, der zum Einbau in das Turbinengehäuse, 1 (10). optimiert ist.
Sie besteht aus einem rohrförmigen Spulenträger, (5.2), der aus einem verdichteten dielektrischen Werkstoff, vorzugsweise ein, Epoxyd-, oder Polyesterharz, das durch Glas-, Aramid-, oder Basaltfasern verstärkt ist. (Bei der Verwendung von Basaltfaser ist zu beachten, das das Grundmaterial zur Herstellung weitgehend eisenfrei ist). In einer Serienfertigung kann der Spulenträger auch aus anderen, für die Betriebsbedingungen, geeigneten dielektrischen Werkstoffen hergestellt werden, soweit sie frei von magnetisierbaren Anteilen sind.
Der Spulenträger ist an einem Ende mit Fußsegmenten, (5.21), versehen, welche in korrespondierende bogenförmige Befestigungsschlitze, (5.16), der Ringplatine, 10a, (5.1), gesteckt und mit dieser durch eine Klebung verbunden werden.
Die Ringplatine, (5.1), besteht zum Beispiel aus einem glasfaserverstärktem Epoxydharz wie es zur Herstellung von elektronischen Leiterplatten verwendet wird. Sie besitzt, vorzugsweise am äusseren Rand zur Aufnahme des Drehmoments Bohrungen, (5.13), zur Verschraubung der fertigen Spule mit dem Turbinengehäuse, 1, (10). Am äusseren Umfang sind segmentierte Ausfräsungen zum Austritt der Kühlluft, welche durch die innenliegende Öffnung, (5.14), der Ringplatine, (5.1), angesaugt wird.
Innerhalb und ausserhalb des, Teilkreises, der durch die bogenförmigen Befestigungsschlitze, (5.16), gebildet wird, sind in der Ringplatine, (5.1), durchmetallisierte Bohrungen, (5.11), und (5.12), eingearbeitet, deren Anzahl und Position mit der Spulensegmentanordnung der verwendeten Spule, (11 bis 13), abgestimmt ist.
Auf beiden Seiten der Ringplatine, (5.1), können optional Leiterbahnen zur Verbindung, (Zusammenfassung/in Reihe schalten), einzelner Spulensegmente zu einer Spulengruppe oder elektrische Abgriffe aufgebracht sein, die zweckmässig galvanisch verstärkt sind. Die hier beschriebenen Grundlagen gelten sinngemäss für die, in 11 bis 13 beschriebenen Spulen.
10b. Zur exakten Führung bei der Montage der Spulen, (11 bis 13), kann die innere und die äussere Umfangsfläche des Spulenträgers, (5.3), wie in 10b gezeigt, mit Führungsrippen versehen werden in welche die spulenbildenden Stränge eingelegt werden, was die Montage und Fixierung der Spulensegmente, insbesondere bei der Herstellung von Prototypen vereinfacht. Bei Spulen, entsprechend der in 11 dargestellten Variante, erhalten diese Führungsrippen einen Drall der vorgesehenen Bauform der Spulensegmente folgend.
Die, in 11, 12, und 13, dargestellten Spulensegmente entsprechen in Ihrem Leiterquerschnitt sinngemäss dem, 9 und 9a dargestellten Spulensegment. Die einzeln dargestellten Spulensegmente, 11a, 12a, und 13a, werden aus, mit Isolierlack beschichteten Kupferdraht, oder kupferbeschichtetem Aluminiumdraht ausgeführt der mit einer Back-Lack-Schicht überzogen ist. Der Back-Lack-Draht besteht aus einem Kupfer oder einem kupferbeschichteten Aluminiumdraht dessen Oberfläche mit einer mehrfach aufgebrachten ausgehärteten Isolierschicht versehen ist. Auf diese Isolierschicht wird eine weitere Schmelzkleberschicht, meist in einer Schichtdicke von 2% bis 5% der Drahtduchmesser aufgebracht, in welche zum Beispiel bei der Beschichtung feingemahlener Glimmer oder sogenannte Micro-Ballons eingemischt werden können. Micro-Ballons sind Hohlkugeln aus Glas oder Quarzglas die in Grössen ab 2 μm hergestellt werden. Diese Zumischungen fungieren beim Verpressen der montierten Spulen als Abstandhalter zwischen benachbarten Drähten. Bekannt sind auch nach Aufbringen der Isolierschicht, zum Beispiel mit Seide umsponnene, und mit Backlack getränkte Drähte.
Die Spulensegmente sind aus rechts und links verdrallten Litzen, in der Rohform als zopfähnliches Geflecht, mit etwa quadratischem Querschnitt, so gefertigt, daß die einzelnen Litzen, 9, (6.38) und (6.39), rechts und links verdrallt paarweise durch den geflochtenen Strang geführt werden. Dabei ist zu beachten, daß im überwiegenden Teil des geflochtenen Strangs die benachbarten Litzen eine einander entgegengesetzte Drallrichtung haben. Die Drall-Länge der einzelnen Litzen, (6.38) und (6.39), entspricht einer oder mehreren vollen Umdrehungen auf die Länge des vom Magnetfeld durchflossenen Bereichs, (der Länge der Magentsegmente,/-keile). Die Stränge sind so geflochten, daß durch den überwiegenden Teil des Geflechts hindurch links- und rechts gedrallte Litzen einander allseitig benachbart sind.
Da ein derartiges Geflecht bei der Handhabung der einzelnen Spulensegmente nicht formstabil ist, wird vorzugsweise im Zentrum des Strangs oder zwischen mehreren einzelnen Litzen ein dünner Strang, (Roving), aus einem dielektrischen Fasermaterial, (Glas.-, Aramid- oder Basaltfaser), geführt, um den die Litzen geflochten sind. Dieser Strang, (Rowing), dient dazu, die Länge des Spulensegments bei den folgenden Formprozessen zu erhalten.
Nachdem die Rohteile der Spulensegmente auf die erforderliche Länge geschnitten sind, erfolgt eine Absicherung der Enden gegen Delamination, vorzugsweise durch kaltverschweißen unter Ultraschalleinwirkung, wobei die Anschlusskonturen, (6.31), bzw. (6.37), für die Bohrungen in der Ringplatine mit angeformt werden.
Die Anwendung des Ultraschallschweißens zur Herstellung elektrischer Verbindungen ist seit den 1960'ern Jahren aus der Verbindungstechnik von Flachbandkabeln mit Leiterplatten in der KFZ-Industrie bekannt. Beim Ultraschallschweißvorgang, der in diesem Fall zweckmässig in einer formgebenden Matritze erfolgt, werden die zusammenzufassenden Einzeldrähte,/Litzen innerhalb kurzer Zeit durch Kaltverschweissung miteinander verbunden. Werkstoffe wie Kupfer und Aluminium sind hierzu besonders geeignet. Eine Entfernung der Isolierung ist für diesen Prozeß erfahrungsgemäß nicht erforderlich, da die vorhandenen Isolierungen bei diesem Prozess im Bereich der Werkzeugeinwirkung verdrängt werden bzw. verdampfen.
Die so auf Länge formatierten geflochtenen Stränge zur Herstellung der Spulensegmente werden in eine beheizbare Form, welche der äusseren Geometrie der Spulensegmente entspricht eingelegt und unter Druck sehr kurzzeitig erhitzt, wobei die im Aussenbereich des Stranges liegenden Schichten der Back-Lack-Schicht eine Verbindung miteinander eingehen, welche die Geometrie des Stranges für die weitere Handhabung stabilisiert und nach dem Abkühlen reproduzierbare, weiter verarbeitbare Formteile, 11a, 12a, und 13a, bilden, die automatisiert verarbeitet werden können.
Diese Formteile werden auf den Spulenträgern, (6.2), (7.2) oder (8.2), fixiert und mit den zugehörigen Anschlüssen. (Lötaugen), der Ringplatinen, (6,1), (7,1) oder (8.1), verbunden. Anschliessend werden die vormontierten Spulensegmente in einer beheizbaren Pressvorrichtung gegen die innere und äussere Umfangsfläche der Spulenträger verpresst, wobei für die einzelnen Spulensegmente verdichtete Querschnitte entstehen, wie in 11b, 12b und 13c dargestellt.
Der Übergangsbereich, (8.32), und (8.36), wird zusammen mit der Ringplatine, (8.1), und dem Spulenträger, (8.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird. Optional können die Querschnitte des einzelnen Spulensegments oder die links- und rechts gedrallten Leiter oder die einzelnen Litzen der Spulensegmente getrennt abgegriffen werden was jedoch mit einem wesentlich höheren Aufwand bei der Herstellung der Ringplatinen und der Montage der Spulensegmente verbunden ist und zusätzliche Lötaugenkreise aus der Ringplatine innerhalb und ausserhalb der bestehenden Lötaugenkreise erfordert.
Eine wesentliche Voraussetzung für die Funktion des Generators ist, daß die, vom Magnetfeld durchflossenen Bereiche der Spulen, (Spulensegmente), während des Herstellungsprozesses, insbesondere beim Verpressen auf,/im Spulenträger die vorgegebene Geometrie beibehalten und nicht, z. B. beim Verpressen der Spulensegmente auf dem Spulenträger Verlaufsdeformationen erhalten, die durch den Drall der Litzen innerhalb der Spulensegmente bedingt sind. Dies ist durch die hier beschriebene drallneutrale Bauform gewährleistet.
Anstelle der vorbeschriebenen geflochtenen Stränge können zur Herstellung der Stränge auch sogenannte Hochfrequenz-Litzen aus Back-Lack-Draht verwendet werden. Diese Leiterbauform ist seit langem bekannt. Sie besteht aus einem Kern, z. B. rechtsverdrallter Einzeldrähte und einer Hülle linksverdrallter Einzeldrähte, wobei der Anteil an links- und rechtsverdrallten Einzeldrähten gleich ist. Aufgrund der Differenzstruktur lässt sich jedoch beim Verpressen derartiger Leiter der in 9a sowie in 11b, 12b und 13c gezeigte Füllgrad nicht erreichen.
Die überstehenden Umkehrbereiche am Kopf der Spulensegmente, sind, – abhängig von der Drehrichtung des Turbinenrotors. (9.1), so anzuordnen, daß durch ihre Schräglage die Bewegung des Kühlmediums, im beschriebenen Beispiel Luft, durch den inneren Luftspalt am Eingang des Innendurchmessers des Spulenkörpers angesaugt und durch den äusseren Luftspalt wieder an die Umgebung abgegeben wird, beschleunigt wird. Weitere Details zu den Spulensegmenten und deren Herstellung sind in der Beschreibung der Spulen, 9 und 11 bis 13 genannt.
11 zeigt eine Spulenanordnung deren einzelne Spulensegmente, (8.3), vom, ausserhalb des Spulenträgers, (8.2), liegenden Strang, (8.33), zum innerhalb des Spulenträgers, (8.2), liegenden Strang, (8.35), V-förmig, 11a, ausgeführt sind deshalb als V-Spule bezeichnet wird. Diese Spulenform eignet sich besonders zur Verwendung von Strängen flacher/breiter Geometrie in Verbindung mit einer kleineren Anzahl von Spulensegmenten auf den Umfang des Spulenträgers. Die, in 11 und 11a dargestellten Spulensegmente, (8.3), (annähernd quadratischer Querschnitt), entsprechen dem vorerwähnten Stand der Vorfertigung.
Im Betrieb wird das Magnetfeld gleichzeitig in mehrere Spulensegmente, jedoch nur in einen Teil des einzelnen Spulensegments induziert.
Die einzelnen Spulensegmente, im gezeigten Beispiel vierundzwanzig, sind in axialer Richtung mit einem Drall über die äussere Umfangsfläche des Spulenträgers, (8.2) geführt, wobei das, sich im Umkehrbereich, (8.34), d. h. der Bereich des Spulensegments, welcher über das Ende des Spulenträgers geführt wird, (8.34). Die Grösse des Drallwinkels ist davon abhängig wieviele Sektoren der Teilung, im gezeigten Beispiel, 11b, zwei Sektoren mit je 15°, übergreift.
In 11b sind die Querschnittsverhältnisse deines einzelnen Spulensegments nach dem verpressen auf dem Spulenträger dargestellt. Im dargestellten Beispiel übergreifen die Spulensegmente vom äusseren Anschlussbereich, (8.31), zum Umkehrbereich, (8.34), einen Winkelsektor von 15° und vom Umkehrbereich, (8.34), bis zum inneren Anschlussbereich, (8.37), einen weiteren Winkelsektor von 15° der Anschlüsse auf der Ringplatine, (8.1). Dieser Bereich kann auf weitere Winkelsektoren ausgedehnt werden, wobei die sich dadurch im Umkehrbereich der Spulensegmente ergebenden Brücken den Raumbedarf in diesem Bereich vergrössern. Die, in 11b dargestellten Spulensegmente, (abgeflachter Querschnitt), entsprechen etwa dem in Stand nach dem Warmverpressen der Spulenelemente auf dem Spulenträger. Verpresst,/Verdichtet werden hauptsächlich die, der Induktion unterworfenen Bereiche der Spulensegmente, (8.33), und (8.35), sowie deren Umkehrbereich, (8.34). Die Übergangsbereiche, (8.32), und (8.36), dienen als Puffer zur Kompensation von Fertigungs- und Montagetoleranzen zu den Anschlussbereichen, (8.31), und (8.37), in den zugehörigen Lötaugen, (8.11), und (8.12), der Ringplatine, (8.1). Der Übergangsbereich, (8.32), und (8.36), wird zusammen mit der Ringplatine, (8.1), und dem Spulenträger, (8.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird.
12 eine zeigt eine Spulenanordnung deren einzelne Spulensegmente vom, ausserhalb des Spulenträgers liegenden Strang zum innerhalb des Spulenträgers liegenden Strang schräg über das Ende des Spulenhalters geführt sind deshalb als Schrägspule, (6). bezeichnet ist.
Diese Spulenform eignet sich besonders zur Verwendung einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten, (6.3), woraus sich im Betrieb kurze Induktionsimpulse und eine höhere Signalfrequenz als bei der, in 11 beschriebenen V-Spule ergeben, in Verbindung mit einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten auf den Umfang des Spulenträgers.
Die, in 12 und 12a dargestellten Spulensegmente, (6.3), im gezeigten Beispiel achtundvierzig. (mit annähernd quadratischem Querschnitt), entsprechen dem vorerwähnten Stand der Vorfertigung. In 12b sind die Querschnittsverhältnisse deines einzelnen Spulensegments nach dem verpressen auf dem Spulenträger dargestellt.
Die Spulensegmente, (6.3), werden so montiert, dass der geflochene, vorgeformte Strang vom äusseren Anschluss, (6.31), axial entlang der äusseren Umfangsfläche des Spulenhalters, (6.2), zum Umkehrbereich, (6.34), und von diesem um eine Spulensegmentbreite, im gezeigten Beispiel 7,5°, versetzt in axialer Richtung zum inneren, im gezeigten Beispiel um 7,5° versetzten, innenliegenden Anschluss, (6.35), der Ringplatine, (6.1), geführt wird.
Im dargestellten Beispiel übergreifen die Spulensegmente vom äusseren Anschlussbereich zum inneren Anschlussbereich jeweils einen Winkelsektor der Anschlüsse. Dieser Bereich kann auf weitere Winkelsektoren ausgedehnt werden, wobei die sich dadurch im Umkehrbereich der Spulensegmente Brücken ergeben, die den Raumbedarf in diesem Bereich vergrössern.
Der Übergangsbereich, (6.32), und (6.36), wird zusammen mit der Ringplatine, (6.1), und dem Spulenträger, (6.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird.
13 zeigt eine Spulenanordnung deren einzelne Spulensegmente vom, ausserhalb des Spulenträgers liegenden Strang zum innerhalb des Spulenträgers liegenden Strang paarweise gekreuzt ausgeführt sind deshalb als Kreuzspule bezeichnet ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spulensegmente, (7.3), und (7.4), wie vorbeschrieben symmetrisch vorgeformt. Sie übergreifen innerhalb des Winkelsektors von 7,5° einander gegenseitig. Die Kreuzung erfolgt im Umkehrbereich, wobei das Spulensegment, (7.4), um den Spulensegmentquerschnitt länger ausgeführt ist als das Spulensegment, (7.3). Abgesehen von der, sich ergebenden Gesamtlänge ist das Spulensegment, (7.4), eine gespiegelte Variante des Spulensegments, (7.3).
Bei der Montage wird das Spulensegment, (7.3), vom äusseren Anschlussbereich, (7,31), über den Übergangsbereich, (7.32), und den axial auf der äusseren Umfangsfläche des Spulenträgers, (7.2), liegenden Strang, (7.33), zum Umkehrbereich, (7.34), und schräg über denselben geführt, d. h. um eine Sektorbreite, (7,5°), versetzt, zur inneren Umfangsfläche des Spulenhalters, (7.2), und auf dieser zum inneren Übergangsbereich, (7.36), und zum inneren Anschlussbereich, (7.37).
In 13c sind die Querschnittsverhältnisse deines einzelnen Spulensegments nach dem verpressen auf dem Spulenträger dargestellt.
Das Spulensegment, (7.4), vom äusseren Anschlussbereich, (7,41), über den Übergangsbereich, (7.42), und den axial auf der äusseren Umfangsfläche des Spulenträgers, (7.2), liegenden Strang, (7.43), zum Umkehrbereich, (7.44), und diametral entgegengesetzt, schräg über den Umkehrbereich, (7.34), des Spulensegments, (7.3), geführt, d. h. um eine Sektorbreite, (7,5°), versetzt, zur inneren Umfangsfläche des Spulenhalters, (7.2), und auf dieser zum inneren Übergangsbereich, (7.46), und zum inneren Anschlussbereich, (7.47).
Diese Spulenform besitzt im gezeigten Beispiel vierundzwanzig Spulensegmentpaare und ermöglicht die paarweise Montage der Spulensegmente beim Aufbau der Spule und eignet sich besonders zur Verwendung einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten, woraus sich im Betrieb kurze Induktionsimpulse und eine höhere Signalfrequenz als bei der, in 11 beschriebenen V-Spule ergeben, in Verbindung mit einer grösseren Anzahl von Spulensegmenten auf den Umfang des Spulenträgers.
Die Übergangsbereiche, (7.31), (7.31), sowie (7.37) und (7.47), werden nach der Montage zusammen mit der Ringplatine, (7.1), und dem Spulenträger, (7.2), mittels eines Epoxyd- oder Polyesterharzes vergossen, wobei die komplette Spulenanordnung fest miteinander verbunden wird. Optional kann auch die restliche Spulenoberfläche in den Verguß einbezogen werden, was jedoch die Wärmeabfuhr aus den Spulensegmenten beeinträchtigen kann.
Die Funktion des Generators im Zusammenwirken mit der, in der DP 44 40 241 C1 und in der GMA 20 2014 0039 beschriebenen Turbine wird wie folgt beschrieben.
Die, im Turbinenrotor angeordnete koaxial ausgeführte Magnetanordnung ist, wie in 1 dargestellt, mit dem Turbinenrotor verbunden. Die Spule, d. h. eine der, in 11, 12 oder 13 gezeigten Spulenbauformen ist mit dem feststehenden Gehäuse der Turbine verschraubt.
Bei Drehung des Rotors unterliegen die, zwischen den polbildenden Magneten, 8, befindlichen Spulensegmente dem magnetischen Fluss derselben, wobei in die, im Induktionsbereich befindlichen Magnetsegmente eine Spannung induziert wird, die an den Anschlussbereichen der Spulensegmente abgegriffen werden kann.
Innerhalb der gezeigten Spulenanordnungen können die einzelnen Spulensegmente durch Brücken miteinander verbunden werden und entsprechend der Polteilung des verwendeten Magnetarrays gemeinsam abgegriffen werden.
Die Herstellung des Generators erfolgt zweckmässig in einer etwa quadratischen Bauform, d. h. Der Durchmesser des Spulenhalters, 5, und die Länge der Magnetsegmente, 4, (3), und der Magnetkeile, (4.3) und (4.4), sind etwa gleich.
Bezugszeichenliste
Baugruppe Generatorgehäuse,

1: Generatorgehäuse,
1.1: Mitnehmernut aussen, Rotorseite,
1.2: Mitnehmernut innen, Magnetseite,
1.3: Mitnehmer innen Magnetseite,
1.4: Mitnehmer aussen Rotorseite,

2: Deckelverschraubung dielektrisch,
2: Deckelverschraubung dielektrisch,
2.11: Gewinde zur Verschraubung mit Rotor,
2.12: Innenkonus,
2.13: Ringnut für Umkehrbereich,
2.2: Deckelverschraubung, Metall mit Ringnut,
2.21: Ringnut,
2.22: Innenkonus,
2.23: Dielektrischer Einsatz,
2.24: Ringnut für Umkehrbereich,
2.3: Ringmutter ohne Einsatz,
2.31: Gewinde zur Verschraubung mit Rotor,
2.32: Innenkonus,
2.4: Ringmutter mit Sauglüftereinsatz,
2.41: Gewinde zur Verschraubung mit Rotor,
2.42: Sauglüftereinsatz dielektrisch,

3: Magnetarray,
3.1: Magnetsegment 0° mit Nut,
3.2: Magnetsegment 45°,
3.3: Magnetsegment 90°,
3.4: Magnetsegment 135°,
3.5: Magnetsegment 180° mit Nut,
3.6: Magnetsegment 225°,
3.7: Magnetsegment 270°,
3.8: Magnetsegment 315°,
3.9: Magnetfeldlinien
3.10: Durchflossenes Spulensegment,
4: Baugruppe Magnetwelle,
4.1: Magnetwelle, Variante 1,
4.11: Aussenkonus,
4.12: Gewinde für Mutter,
4.13: Mutter,
4.2: Profilnut für Magnetkeil,
4.21: Gewindebohrung für Lüfterradbefestigung
4.3: Magnetkeil 0° eingepasst,
4.4: Magnetkeil 180° eingepasst,
4.5: Lüfterrad, dielektrisch,
4.51: Schraube für Lüfterradbefestigung,
4.6: Magnetwelle, Variante 2,
4.61: Magnetquader 0° eingepasst,
4.62: Magnetquader 180° eingepasst,
4.7: Magnethohlwelle, Variante 3,
4.71: Magnetquader abgeflacht 0° eingepasst,
4.72: Magnetquader abgeflacht 180° eingepasst,
5: Baugruppe Ringplatine, Spulenhalter,
5.1: Ringplatine,
5.11: Lötauge durchmetallisiert, äusserer Teilkreis
5.12: Lötauge durchmetallisiert, innerer Teilkreis
5.13: Ringplatine Befestigungsbohrung,
5.14: Belüftungsbereich für Kühlmedium, (Luft),
5.15: Entlüftungsbereich für Kühlmedium, (Luft),
5.16: Befestigungsschlitze für Spulenträger Fußsegmente,
5.2: Spulenträger,
5.21: Spulenträger Fußsegmente,
5.3: Spulenträger längsverrippt,
5.31: Spulenträger längsverrippt, Fußsegmente,
5.32: Spulenträger Führungsrippen,
6: Baugruppe Schrägspule,
6.1: Schrägspule Ringplatine,
6.11: Ringplatine Metallisierung, (Lötaugen), aussen,
6.12: Ringplatine Metallisierung, (Lötaugen), innen,
6.2: Spulenträger,
6.3: Schrägspule Spulensegment,
6.31: Spulensegment Anschlussbereich aussen,
6.32: Spulensegment 1, Übergangsbereich aussen,
6.33: Spulensegment Strang aussenliegend,
6.34: Schrägspule Umkehrbereich,
6.35: Spulensegment Strang innenliegend,
6.36: Spulensegment 1, Übergangsbereich innen,
6.37: Spulensegment Anschlussbereich innen,
6.38: Spulensegment Litze rechtsgedrallt
6.39: Spulensegment Litze linksgedrallt
6.4: Luftspalt aussen
6.5: Luftspalt innen
7: Baugruppe Kreuzspule,
7.1: Kreuzspule, Ringplatine,
7.11: Kreuzspule, Ringplatine Lötaugen, aussen
7.12: Kreuzspule, Ringplatine Lötaugen, innen
7.2: Spulenträger,
7.3: Kreuzspule, Spulensegment 1, (ROT),
7.31: Spulensegment 1, Anschlussbereich aussen,
7.32: Spulensegment 1, Übergangsbereich aussen,
7.33: Spulensegment 1, Strang aussen,
7.34: Spulensegment 1, Umkehrbereich
7.35: Spulensegment 1, Strang innen,
7.36: Spulensegment 1, Übergangsbereich innen,
7.37: Spulensegment 1, Anschlussbereich innen,
7.4: Kreuzspule, Spulensegment 2, (BLAU),
7.41: Spulensegment 2, Anschlussbereich aussen,
7.42: Spulensegment 2, Übergangsbereich aussen,
7.43: Spulensegment 2, Strang aussen,
7.44: Spulensegment 2, Umkehrbereich
7.45: Spulensegment 2, Strang innen,
7.46: Spulensegment 2, Übergangsbereich innen,
7.47: Spulensegment 2, Anschlussbereich innen,
8: Baugruppe V-Spule,
8.1: Ringplatine V-Spule,
8.11: Ringplatine Metallisierung, (Lötauge), aussen,
8.12: Ringplatine Metallisierung, (Lötauge), innen,
8.2: V-Spule, Spulenträger,
8.3: V-Spule, Spulensegment,
8.31: Spulensegment, Anschlussbereich aussen,
8.32: Spulensegment, Übergangsbereich aussen,
8.33: Spulensegment, Strang aussen,
8.34: Spulensegment, Umkehrbereich,
8.35: Spulensegment, Strang innen,
8.36: Spulensegment, Übergangsbereich innen,
8.37: Spulensegment, Anschlussbereich innen,

9: Turbine, Rotor, Gehäuse,
9.1: Turbinenrotor,
9.2: Befestigungsgewinde für Deckel,
9.3: Befestigungsgewinde für Spannring,
9.4: Nuten für Mitnehmerstifte,
10: Turbinengehäuse, (Ausschnitt feststehend),
10.1: Entlüftungsschlitze für Kühlluft,
10.2: Befestigungsschraube für Ringplatine,

Druckschriften:

a. Elektrisola GmbH, Reichshof, Diverse Druckschriften zu Produkten Back-Lack-Draht. Geflochtene Litzen und umsponnene Drähte. Kupferummantelter Aluminiumdraht.
b. Magnetic Field of tubular linear machines with dual Halbach Array, Liang Yan, Lei Zhang, Tianyi Wang, Zongxia Jiao, Chin-Yin Chen, and I-Ming Chen in Progress In Electromagnetics Research, Vol. 136, 283{299, 2013
c. Halbach Array Motor/Generators – A Novel Generalized Electric Machine Bernard T. Merritt, Robert F. Post, Gary R. Dreifuerst, Donald A. Bender; October 28, 1994; Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-JC-119050
d. Design of a 100 W, 500000 rpm Permanent-Magnet Generator for Mesoscale Gas Turbines C. Zwyssig and J. W. Kolar Power Electronic Systems Laboratory Swiss Federal Institute of Technology Zurich 8092 Zurich, SWITZERLAND

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 6603272 [0006]
DE 3622459 [0006]
US 5280209 [0007]
US 725470 [0007]
DE 10361378 [0007]
CH 705833 [0007]
DE 102004017157 [0007]
DE 10210054170 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schrift von K. Halbach „Permanent Magnet undulators, Journal de Physique Coloque C1, supplement au No 2 Tone 44, Februar 1983 Seite C1–211 [0006]
Helmholtz Zentrums Berlin: „Permanent Magnets including Wigglers ans Undulators”, Johannes Bahrdt 20.–22.6.2009 [0007]

Claims

Generator für eine Turbine dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor einer Turbine, (1), ein für hohe Drehzahlen geeignetes, koaxiales geschlossenes Halbach-Array eingebaut ist, dessen äusserer Magnetkreis, (3), bestehend aus Magnetsegmenten mit seinen polbildenden Magneten, (3.5) und (3.2) mit dem inneren Magnetkreis, bestehend aus einer Magnetwelle, (4.1) in der die Magnetkeile, (4.3) und (4.4) durch die Bauform der Magnetkeile und der Magnetwelle gegen, im Betrieb auftretende Fliehkräfte gesichert, montiert sind, deren Magnetanordnnung demontierbar ist um bei Bedarf Magnete zu ersetzen, bzw. zu remagnetisieren und dass im feststehenden Bereich des Turbinengehäuses, (10), eine aus beliebig verbindbaren oder abgreifbaren Spulensegmenten bestehende, auf einem Spulenhalter verklebte Spulenanordnung, (11 bis 13), die auf einer Ringplatine befestigt ist, deren Spulensegmente sich mit Ihren Strangteilen, innerhalb des Induktionsbereiches befinden, deren Umkehrbereiche jedoch ausserhalb des Induktionsbereiches in einer dielektrischen Umgebung befinden mit dem Generatorgehäuse verbunden ist.
Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Magnetanordnung, bestehend aus den Magnetsegmenten z. B. durch Mitnehmerstifte, (1.4), in radialer Richtung über das Generatorgehäuse, (1), an den Rotor, (9.1) und durch weitere Mitnehmerstifte, (1.2). an die Magnetsegmente, (3), gekoppelt ist.
Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Magnetanordnung an einer Seite Komponenten enthält, welche die verwendete Spule durch den Luftspalt dadurch kühlen, daß am äusseren Durchmesser ein ringförmiger Sauglüftereinsatz, (2.41), der zur Vermeidung von Wirbelströmen aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt ist, und die Kühlluft aus dem äusseren Luftspalt, (6.4), abzieht, eingebaut ist und auf der Magnetwelle, (4.1), ein ebenfalls zur Vermeidung von Wirbelströmen aus dielektrischen Werkstoff hergestelltes Lüfterrad, (4.5), welches die Kühlluft in den inneren Luftspalt (6.5), fördert.
Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der der Deckelverschraubung, (2.2), ein Innenkonus, (2.22), zur Aufnahme des Aussenkonus (4,11), Magnetwelle, (4.1), befindet und, soweit die Deckelverschraubung aus Metall hergestellt ist, ein ringförmiger, dielektrischer Einsatz, (2.23), zur Vermeidung von Wirbelströmen im Umkehrbereich der Spulensegmente, (6.34), (7.43), (7.44), und (8.34), montiert ist.
Generator für eine Turbine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Magnetbaugruppe in axialer Richtung durch die Deckelverschraubung (2.2) und die Ringmutter, (2.4), im Turbinenrotor, (9.1), fixiert ist.