DE8913328U1

DE8913328U1 - Generator

Info

Publication number: DE8913328U1
Application number: DE8913328U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-11-11
Publication date: 1990-02-08
Anticipated expiration: 1999-11-12
Also published as: DE3903399A1

Description

Helmut Peters, Reue Straße 12, 2854 Loxstedt

Generator

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere einen langsam laufenden Generator für Wasser- und Windkraftanlagen, mit einem Ständer und einem mehrere Pole enthaltenden und auf einer Welle sitzenden Läufer.

Derartige Generatoren sind bekannt und weisen einen innerhalb des Ständers drehbar gelagerten Läufer auf. Ständer und Läufer besitzen Bleckpakete mit Nuten, in denen elektrische Wicklungen angeordnet sind. Damit die elektrische Wicklung auf dem Läufer mit Strom versorgt werden kann, sind auf der Läuferwelle Schleifringe vorgesehen, an denen die Läuferwicklung angeschlossen ist und auf denen

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feststehend® Schleifer aufliegen, die an einer geeigneten Spannungsquelle angeschlossen sind.

Wird der Generator in Wasser- oder Windkraftanlagen oder als Wellengenerator in einem Schiffsantrieb verwendet, so ist die Drehzahl des Läufers erheblich niedriger als die bei der üblichen 2-poligen Maschine für die Erzeugung einer 50-Hz-Wechselspannung benötigten Drehzahl von 3.000 Umdrehungen pro Minute. Vielmehr liegt die Drehzahl bei derartigen Anwendungen im Bereich von etwa 100 bis 300 Umdrehungen pro Minute. Um dennoch eine 50-Hz-Wechselspannung erzeugen zu können, wird die Anzahl der Pole auf dem Läufer entsprechend vervielfacht. Dementsprechend müssen für jedes Polpaar getrennte Wicklungen auf dem Läufer vorgesehen werden. Wegen der begrenzten Abmessungen des innerhalb des Ständers gelagerten Läufers können jedoch Probleme bei der Auslegung und Anordnung der Wicklungen auftreten, insbesondere wenn eine hohe Anzahl von Polen benötigt wird. Wegen der beengten räumlichen Verhältnisse können in einem solchen Fall nur eine aus relativ wenigen Windungen bestehende Wicklung pro Pol vorgesehen werden, wodurch die Feldstärke des

g vom Läufer erzeugten Magnetfeldes herabgesetzt

wird. Wegen der auftretenden thermischen Probleme

ist es auch nur begrenzt möglich, den Strom durch

t die Polwicklungen des Läufers zu erhöhen. Im übri-

gen bildet die Wärmeabfuhr bei den herkömmlichen

·; Generatoren ein nicht unbeachtliches Problem, ins-

_ besondere wenn die Generatoren gekapselt sind. So-

^: mit kann auf eine Fremdkühlung nicht verzichtet

werden, wodurch sich der Aufwand noch erhöht. Schließlich treten Beschädigungen an der Läuferwicklung nicht nur aufgrund thermischer, sondern auch aufgrund mechanischer Belastung auf, und zwar ">' durch Zentrifugalkräfte, die während der Rotation des Läufers auf dessen Wicklungen wirken. Eine weitere Schwachstelle bildet der Schleifring-Abgriff, bei dem eine Verschmutzung und eine Abnutzung aufgrund der Reibung auftreten kann, was negative Auswirkungen auf die Stromzufuhr der Läuferwicklung haben kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Generator zu schaffen, bei dem die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik weitestgehend vermieden werden und der robuster als herkömmliche Generatoren und dabei insbesondere für den langsam laufenden Betrieb geeignet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ständer innen und der Läufer außen liegt und daß die Pole des Läufers aus Permanentmagneten bestehen.

Der Läufer des erfindungsgemäßen Generators besitzt gegenüber vergleichbar großen, herkömmlichen Generatoren eine wesentlich größere ümfangsfläche, wodurch die Anordnung einer besonders großen Anzahl von Polen möglich ist. Dabei kann die Bauform des erfindungsgemäßen Generators besonders klein gewählt werden, da der Ständer den Läufer nun nicht mehr umgibt, sondern erfindungsgemäß innerhalb des sonst ungenutzten Hohlraumes des Läufers angeordnet

ist. Das Bauvolumen richtet sich somit nicht mehr nach dem Außendurchmesser des Ständers, sondern nach dem des Läufers. Somit wird auch keine Fremdkühlung für den Läufer mehr benötigt.

Die Ausbildung der Pole des Läufers als Permanentmagneten in Verbindung mit der außenliegenden Anordnung des Läufers bringt weitere Vorteile. Zum einen kann die radiale Dicke des Läufers im Vergleich zu gewickelten Läufern bei gleicher Leistung geringer ausgeführt werden, wodurch der erfindungsgemäße Generator in seiner Bauform besonders kompakt gehalten werden kann. Durch die Anordnung der Permanentmagneten am Läufer und die stationäre Anordnung von Wicklungen am Ständer wird eine besonders robuste Ausbildung des Generators verwirklicht, die von Zentrifugalkräften auf die Wicklungen frei ist und daher auch keine Beschädigungen der Wicklungen bei überhöhten Drehzahlen aufgrund zu großer Zentrifugalkräfte erfährt. Ebenfalls werden die thermischen Probleme vermieden, die bei mit elektrischen Wicklungen versehenen Läufern herkömmlicher Generatoren auftreten. Auch entfällt der sonst benötigte Schleifring-Abgriff, wodurch eine weitere Schwachstelle herkömmlicher Generatoren mit Hilfe der Erfindung beseitigt ist. Im übrigen ist die Anbringung von Permanentmagneten am Läufer einfacher und weniger aufwendig als die Ausbildung von elektrischen Wicklungen.

Demnach wird mit Hilfe der Erfindung ein besonders

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robuster Generator geschaffen, der insbesondere für einen langsam laufenden Betrieb geeignet ist und aufgrund der außenliegenden Anordnung des Läufers und der Ausbildung der Pole aus Permanentmagneten mit einer besonders großen Anzahl von Polpaaren am Läufer versehen werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei dem der Ständer ein Blechpaket aufweist, ist das Blechpaket auf einer feststehenden Hülse angeordnet, durch die die Welle hindurchgeführt ist, wobei der Läufer mittels einer stirnseitigen Halterung mit dem Ende der Welle fest verbunden ist. Die Hülse dient zur Zentrierung und Befestigung des Blechpaketes des Ständers.

Vorzugsweise ist dabei die Welle über mindestens ein Lager direkt in der Hülse gelagert, so da/3 die Hülse gleichzeitig auch noch zur Zentrierung und Lagerung der Welle dient.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist ** an dem freien Ende der Hülse ein Befestigungs-

flansch vorgesehen, der eine Befestigung des Generators an einem Bock &ogr;. dgl. erlaubt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer ein an der stirnseitigen Halterung befestigtes zylindrisches Gehäuse aufweist, das konzentrisch zur Welle angeordnet ist, und daß die Permanentmagneten an der auf den

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Ständers gerichteten Innenseite des Mantels des zylindrischen Gehäuses angebracht sind. Auf diese Weise wird eine besonders robuste und kompakte Bauweise verwirklicht. Da das zylindrische Gehäuse des Läufers zwangsläufig auch den innenliegenden Ständer umgibt, dient es gleichzeitig als Schutz des Ständers gegen Verschmutzung, Feuchtigkeit und sonstige störende Fremdeinflüsse von außen.

Zur Erzielung eines besonders wirksamen Schutzes gew gen Feuchtigkeit und sonstigen störenden Fremdein

flüssen von außen ist vorzugsweise die stirnseitige Halterung als Deckel ausgebildet. Zusätzlich kann an dem der stirnseitigen Halterung gegenüberliegenden Ende des zylindrischen Gehäuses ein Deckel befestigt sein, der die der stirnseitigen Halterung gegenüberliegende Seite des Läufers abdeckt, wobei vorzugsweise sich der Deckel über einen Dichtring in dichtendem Gleiteingriff mit der Hülse befindet, um eine vollständige Abdichtung zu erzielen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher er-

läutert.

Es zeigen:

§ Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Generator;

;_:: und

jail Fig. 2 einen Querschnitt durch den Generator § entlang der Linie II-II von Figur 1.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch den Generator dargestellt, der insbesondere als Langsamläufer für die Verwendung in Wasser- oder Windkraftanlagen oder als Wellengenerator in einem Schiffsantrieb ausgebildet ist, wobei jedoch auch andere Verwendungen möglich sind.

Eine Welle 20 ist durch eine Hülse 46 hindurchgeführt und an dieser mittels zweier Kugellager 48 drehbar gehaltert. An dem Ende der Welle 20 sitzt eine deckeiförmige stirnseitige Halterung 34, an dessen radialem Außenrand ein zylindrisches Gehäuse 33 befestigt ist, das konzentrisch zur Welle 20 angeordnet ist, so daß die Achse des zylindrischen Gehäuses 33 mit der Achse der Welle 20 zusammenfällt. An der Innenseite des Mantels des zylindrischen Gehäuses 33 sind Permanentmagneten 36 angebracht. Das zylindrische Gehäuse 33 und die Permanentmagneten 36 bilden einen Läufer 32.

Wie Figur 1 weiterhin erkennen läßt, ist an dem der stirnseitigen Halterung 34 gegenüberliegenden Ende des zylindrischen Gehäuses 33 ein Deckel 38 befestigt, der die der stirnseitigen Halterung 34 gegenüberliegende Seite des Läufers 32 abdeckt. Der Deckel 38 befindet sich über einem Dichtring 39 in dichtendem Gleiteingriff mit der Hülse 46. Auf diese Weise ist der gesamte Generator gegen Verschmutzung, Feuchtigkeit und sonstige störende Fremdeinflüsse von außen wirksam geschützt.

Auf der feststehenden Hülse 46 ist ein Blechpaket 43 befestigt, welches aus ringförmigen Einzelble-

chen zusammengesetzt ist und - den Permanentmagneten 36 gegenüber - elektrische Wicklungen 44 trägt, die zusammen mit dem Blechpaket 43 einen Ständer 42 bilden.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Generator. Wie diese Figur erkennen läßt, sind die Permanentmagneten 36 einzeln oder paarweise ausgebildet. Die Permanentmagnetenpaare sind in Umfangsrichtung an der auf den Ständer 42 gerichteten Innenseite des Mantels des zylindrischen Gehäuses 33 in vorgegebenem, gleichmäßigem Abstand zueinander angebracht. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführung sind 32 Polpaare vorgesehen, so daß bei einer Rotation des Läufers 32 mit 187,5 Umdrehungen pro Minute eine Wechselspannung von 50 Hz erzeugt wird.

Wie aus Figur 2 ferner ersichtlich ist, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel an der radialen Außenseite des Blechpaketes 96 Nuten 45 ausgebildet, in denen die Windungen für die drei elektrischen Drehstromwicklungen 44 (in Figur 2 weggelassen) liegen. Zur Abgabe der induzierten elektrischen Spannungen/Ströme sind die Anschlüsse der Wicklungen 44 nach außen geführt.

Damit der Generator an einem Sockel, Block o. dgl. befestigt werden kann, ist am der stirnseitigen Halterung 34 des Läufers 32 gegenüberliegenden, freien Ende der Hülse 46 ein Befestigungsflansch 50 vorgesehen, wie aus Figur 1 ersichtlich ist.

Claims

Ansprüche

1. Generator, insbesondere langsam laufender Generator für Wasser- und Windkraftanlagen, mit einem Ständer (42) und einem mehrere Pole (36) enthaltenden und auf einer Welle (20) sitzenden Läufer (32), dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (42) innen und der Läufer (32) außen liegt und daß die Pole des Läufers (32) aus Permanentmagneten (36) beste-

v hen.

2. Generator nach Anspruch 1,

bei dem der Ständer (42) ein Blechpaket (43) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket (43) auf einer feststehenden Hülse (46) angeordnet ist, durch die die Welle (20) hindurchgeführt ist, und daß der Läufer (32) mittels einer stirnseitigen Halterung (34) mit dem Ende der Welle (20) fest verbunden ist.

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3. Generator nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) über mindestens ein Lager (48) direkt in der Hülse (46) gelagert ist.

4. Generator nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß an dem freien Ende der

Hülse (46) ein Befestigungsflansch (50) vorgesehen

ist.

5. Generator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (32) ein an der stirnseitigen Halterung (34) befestigtes zylindrisches Gehäuse (33) aufweist, das konzentrisch zur Helle (20) angeordnet ist, und daß die Permanentmagneten (36) an der auf den Ständer (42) gerichteten Innenseite des Mantels des zylindrischen Gehäuses (33) angebracht sind.

6. Generator nach Anspruch 5,

O dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Hal

terung (34) als Deckel ausgebildet ist.

7. Generator nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß an dem der stirnseitigen Halterung (34) gegenüberliegenden Ende des zylindrischen Gehäuses (33) ein Deckel (38) befestigt ist, der die der stirnseitigen Halterung (34) % gegenüberliegende Seite des Läufers (32) abdeckt.

8. Generator nach Anspruch 7,

¹R dadurch gekennzeichnet, daß sich der Deckel (38)

I/ ^ über einen Dichtring (39) in dichtendem Gleitein-

' griff mit der Hülse (46) befindet.