us 8558426
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 Us 8558426
1/9
1 2 )
United S t a t e s Patent
S t i e s d a l
US008558426B2
US
8 , 5 5 8 , 4 2 6 B2
O c t . 1 5 , 2 0 1 3
1 0 )
Patent
N 0 . :
4 5 ) Date o f P a t e n t :
5 4 ) ARRANGEMENT
TO
COMPENSATEA
NON-UNIFORM
AIR
GAP
OFANELECTRIC
MACHINE
7 5 )
I n v e n t o r :
H e n r i k S t i e s d a l ,
O d e n s e C
D K )
7 3 ) A s s i g n e e :
S i e m e n s A k t i e n g e s e l l s c h a f t , M i i n c h e n
D E )
*
) N o t i c e : S u b j e c t t o a n y
d i s c l a i m e r ,
t h e t e r m
o f h i s
p a t e n t
i s e x t e n d e d o r a d j u s t e d u n d e r 3 5
U . S . C . 1 5 4 b )
b y
3 7 2
d a y s .
2 1 ) A p p l . N o . : 1 2 / 9 6 1 , 6 2 3
2 2 ) F i l e d : D e c . 7 ,
2 0 1 0
6 5 ) P r i o r
P u b l i c a t i o n Data
US
011/0133586
A1
J u n .
9 ,
2 0 1 1
3 0 ) F o r e i g n A p p l i c a t i o n P r i o r i t y D a t a
Dec.
8 , 2009
EP)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 09015204
5 1 )
I n t .
C l .
H02K21 / 1 2
H 02K 5 / 1 6
5 2 ) us. c 1 .
USPC . . . . . . . . . . . .
310/156.38; 310/ 156.45; 310/156.26;
3 1 0 / 9 0
2 0 0 6 . 0 1 )
2 0 0 6 . 0 1 )
5 8 )
F i e l d o f C l a s s i ? c a t i o n
S e a r c h
USPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310/90,
156.26, 156. 38,156. 45
S e e
a p p l i c a t i o n ? l e
f o r c o m p l e t e
s e a r c h h i s t o r y .
5 6 )
R e f e r e n c e s C i t e d
U . S . PATENTDOCUMENTS
2,575, 15 3
A
1 1 / 195 1
Wightman . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310/40R
6 , 4 8 3 , 1 9 9
B2
1 1 / 2 0 0 2 Umemoto t a 1 .
6 , 6 8 0 , 5 4 9
B2
1 / 2 0 0 4 Boardman t
a 1 .
6,700,280 B1
3/2004 Geiger
e t
a 1 .
. . . . . . . . . . . . . . .
3 10 / 193
6,817,507 B2
1 1 / 2 0 0 4
Yeon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 2 2 6 / 1 8 8
6 , 8 9 1 , 3 0 6 B1
*
5 / 2 0 0 5 Soghomonian
et
a 1 .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 310/216.092
9/2006
Wada t a 1 . . . . . . .
310/156.45
7/2007
Kadowaki . . . . . . . . . . . . . .
. 318/400.04
5 / 2 0 0 3
Boardman et
a 1 .
3 / 2 0 0 6 IWamiet
1 .
7 , 1 0 9 , 6 2 3
B2*
7 , 2 4 2 , 1 2 1
B2*
2003/0080636
A1
2006/0055266 A1* .. 310/156.47
2006/0152014 A1
7/2006 Grant
e t a 1 . . . . . . . .
. . 290/55
2008/0142284 A1 6/2008 Qu t a l . 180/656
2009/0134627 A1 5 /2 009
Stiesdal
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 /55
20 10 /00 33050 A1 2/2010 Kobayashiet 1 . . . . .
. .
310/156. 12
FOREIGN
PATENTDOCUMENTS
DE 1613289
A1 1 / 1 9 7 1
DE
201 1 6
649
U1 1 / 2 0 0 2
DE 20110520
U1
4/2002
DE
102004028746 A1
1 2 / 2 0 0 5
DE
102004033257 A1
1 / 2 0 0 6
EP
1586769
A2
1 0 / 2 0 0 5
C o n t i n u e d )
OTHER
PUBLICATIONS
T r a n s l a t i o n
o f
f o r e i g n document DE 0 2 0 0 4 0 2 8 7 4 6 . *
Primary Examiner ran Nguyen
Assistant Examiner lexW
ok
5 7 )
ABSTRACT
An rrangement
t o compensate
a non-uniform a i r g a p ,
Which
i s
l o c a t e d
i n an e l e c t r i c machine i s
p r o v i d e d .
The e l e c t r i c a l
machine
i n c l u d e s
a s t a t o r arrangement and a
r o t o r
arrange
m e n t .
The r o t o r arrangement r o t a t e s around a l o n g i t u d i n a l
a x i s .
At
e a s t p a r t s
o f
h e r o t o r
a r r a n g e m e n t
i n t e r a c t W i t h p a r t s
o f h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t t o
g e n e r a t e
e l e c t r i c a l p o W e r . The i r
g a p i s
de?ned by t h e d i s t a n c e betWeen t h e p a r t s
o f
t h e
r o t o r
a r r a n g e m e n t a n d t h e p a r t s
o f
h e
s t a t o r a r r a n g e m e n t . The
ar t s
o f
t h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t
a r e
o p p o s i t e
t o
t h e
p a r t s
o f
t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t
a l o n g
a c e r t a i n l e n g t h . The c r o s s s e c t i o n o f t h e
a i r g a p c h a n g e s a l o n g
t h i s l e n g t h
t h u s t h e a i r g a p i s n o t
u n i f o r m i n View t o
t h e
r e f e r r ed c e r t a i n l e n g t h . The ?ux den
s i t y
o f
m a g n e t s , Which a r e p a r t
o f
t h e
r o t o r a r r a n g e m e n t , i s
c h a n g e d i n d e p e n d e n c y
t o t h e
c r o s s s e c t i o n o f t h e a i r - g a p .
1 6 C l a i m s ,
3 Drawing
S h e e t s
\\\\\\\\\\\
1 1 1 7 1 1 a 1 1 a B M 1 1 B
1 1 s
l 1 1 1
II/I/Il/II/I/I/I/II/IIIIIIIIIA
11
-
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2/9
US 8 , 5 5 8 , 4 2 6
B2
P a g e
2
5 6 ) References Cited GB 1 2 0 1 6 3 7 A 8 / 1 9 7 0
GB
1263707
A 2/1972
W W
2/057624
A1 7/2002
FOREIGNPATENTDOCUMENTS
WO 2005075822
A1
8 / 2 0 0 5
WO
2009091248
A2 7/2009
EP
1641
1 0 2
A1 3/2006
EP
1710432
A1 9/2006
EP 1925820 A1 5 / 2 0 0 8 * c i t e d by
examiner
-
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3/9
US.
Patent
0a. 1 5 , 2 0 1 3 S h e e t
1 o f 3 US
, 5 5 8 , 4 2 6 B2
2 :
F i n
l
E
:
N E
E
:\
11in
a :
2 :
a s
/
w o w
N N T V
mV
S E
I
N > >
m
N
-
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4/9
-
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5/9
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6/9
US
8 , 5 5 8 , 4 2 6
B2
1
ARRANGEMENT TO COMPENSATEA
NON-UNIFORM
AIR
GAP
OFANELECTRIC
MACHINE
CROSS REFERENCE TO RELATED
APPLICATIONS
T h i s
a p p l i c a t i o n c l a i m s
p r i o r i t y o f
E u r o p e a n P a t e n t O ? i c e
a p p l i c a t i o n
N o . 090152042
EP
? l e d D e c .
8 , 2 0 0 9 , W h i c h i s
i n c o r p o r a t e d b y
r e f e r e n c e
h e r e i n
i n
i t s e n t i r e t y .
FIELD OF INVENTION
The i n v e n t i o n r e l a t e s t o an
arrangement
t o compensate a
non-uniform a i r
g a p ,
Which s
l o c a t e d
i n an e l e c t r i c
machine.
The
i n v e n t i o n e s p e c i a l l y r e l a t e s t o
a
compensation
of
an
a i r - g a p , Which s betWeen a r o t o r and a s t a t o r
of
g e n e r a t o r .
BACKGROUND OF
INVENTION
P r e f e r a b l y t h e e l e c t r i c a l
machine
i s a g e n e r a t o r l i k e a
d i r e c t d r i v e g e n e r a t o r used i n a
Wind t u r b i n e .
Each
e n e r a t o r
shoWs
an
i r
g a p ,
Which
s
l o c a t e d
betWeen
s t a t o r e l e m e n t s
and r o t o r
e l e m e n t s
of
h e g e n e r a t o r .
The
r o t o r
e l e m e n t s c o n t a i n
p e r m a n e n t
m a g n e t s
f o r
e x a m p l e , W h i l e t h e
s t a t o r e l e m e n t s c o n t a i n s t a c k e d l a m i n a t e
p l a t e s , Which
s u p p o r t a t
l e a s t
o n e
W i n d i n g
o f
t h e s t a t o r
c o i l .
The a i r gap
s h o u l d
be r e l a t i v e l y s m a l l t o
e n s u r e a
h i g h
e ? i c i e n c y o f
t h e
g e n e r a t o r .
Thus t h e
a i r g a p
s h o u l d
s t a y
i n a
r a n g e o f o n l y a feW m i l l i m e t e r s . F o r g e n e r a t o r s , l i k e d i r e c t
d r i v e o r d i r e c t l y
d r i v e n g e n e r a t o r s , t h i s
i s v e r y d i f ? c u l t due t o
t h e i r s i z e . D i r e c t
d r i v e
g e n e r a t o r s shoW a
d i a m e t e r o f
s e v e r a l
meters.
R o t o r e l e m e n t s and s t a t o r e l e m e n t s a r e a r r a n g e d o p p o s i t e
to
each o t h e r ,
t h u s t h e a i r
gap
h a s
t o
e n s u r e
t h a t
t h e y
do
n o t
come i n t o
c o n t a c t W h i l e t h e g e n e r a t o r i s a t o p e r a t i o n .
Thus t h e a i r gap
s h o u l d
be v e r y s m a l l
to
e n s u r e t h e e ? i
c i e n c y
of
h e
g e n e r a t o r
on
t h e
one
hand
W h i l e
a
c e r t a i n
Width
o f t h e a i r g a p
i s n e e d e d
to
p r e v e n t m e c h a n i c a l
d a m a g e s .
E s p e c i a l l y f o r a d i r e c t d r i v e
g e n e r a t o r t
i s d i ? i c u l t t o k e e p
t h e
a i r g a p
i n a
r a n g e o f
o n l y a
feW
m i l l i m e t e r s . T h i s r e q u i r e s
t h e r e f o r e
v e r y r i g i d , m a s s i v e
a n d
h e a v y s u p p o r t s t r u c t u r e s f o r
t h e
s t a t o r e l e m e n t s and f o r t h e r o t o r e l e m e n t s .
The a i r gap of g e n e r a t o r i s d e t e r m i n e d :
by
o l e r a n c e s o f h e p e r m a n e n t
m a g n e t s , Which
r e
p a r t o f
t h e
r o t o r ,
by
o l e r a n c e s
o f
h e
s t a c k e d
l a m i n a t e - p l a t e s ,
Which
r e p a r t o f
t h e
s t a t o r ,
a n d / o r
by t o l e r a n c e s o f t h e c o i l - W i n d i n g s , Which
a r e p a r t
o f t h e
s t a t o r - c o i l .
A l s o
o t h e r
e l e m e n t s o f
t h e
g e n e r a t o r c o n t r i b u t e t o t h e
d i m e n s i o n s
o f
t h e
a i r g a p .
The
a i r
g a p i s
d e s i g n e d
i n a
Way t h a t
t h e
e l e m e n t s
o f t h e
r o t o r
and of h e s t a t o r
do n o t
g e t i n c o n t a c t ,
W h i l e
t h e r o t o r
r o t a t e s around
t s d e d i c a t e d r o t a t i o n a l
a x i s .
D i f f e r e n t
b e a r i n g a r r a n g e m e n t s
f o r a d i r e c t d r i v e
g e n e r a t o r
a r e knoWn. One of them i s t h e s o c a l l e d tWo b e a r i n g
a r r a n g e m e n t .
T h i s
a r r a n g e m e n t i s
W e l l
knoWn b y
t h e d o c u
ment
EP 6 4 1 1 0 2 A1
o r
by
t h e
document US.
P a t .
No.
6 , 4 8 3 ,
1 9 9 B2
f o r
e x a m p l e .
A c c o r d i n g t o t h e s e
documents
t h e
r o t o r o f
t h e
g e n e r a t o r i s
c o n n e c t e d t o
t h e s h a f t
o f
t h e Wind t u r b i n e . The s h a f t
i t s e l f i s
s u p p o r t e d b y
t W o
b e a r i n g s . The s t a t o r o f
t h e
g e n e r a t o r i s
a t t a c h e d
t o
one s i d e v i a a bearing
t o
a s o
c a l l e d
s t a t i o n a r y
i n n e r
s h a f t .
Thus t h e r o t o r r o t a t e s r e l a t i v e l y t o t h e s t a t o r
a r o u n d
t h e s t a t i o n a r y i n n e r s h a f t .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
2
Du e t o
t h e o n e - s i d e d
s u p p o r t of
h e
s t a t o r i t i s
d i ? i c u l t
t o
keep t h e a i r
gap
c o n s t a n t o r
a t
l e a s t n e a r l y c o n s t a n t . Also
g r a v i t y a c t s
on
t h e l a r g e g e n e r a t o r , i n ? u e n c i n g t h e a i r g a p .
The
r o t o r - c o m p o n e n t s a l s o
i n ? u e n c e t h e a i r g a p
due
t o t h e
m a s s - i n e r t i a
o f
t h e
c o m p o n e n ts . M a g n e t i c
f o r c e s , W h i c h
a c t
on
t h e e l e m e n t s
o f
t h e
g e n e r a t o r ,
and v i b r a t i o n s
of
h e
gen
e r a t o r
a l s o
i n ? u e n c e s
t h e
W i d t h o f
t h e
a i r g a p d u r i n g
t h e
g e n e r a t o r
i s
a t o p e r a t i o n o r a t W o r k .
The t W o b e a r i n g a r r a n g e m e n t i s r e p l a c e d
by
t h e s o c a l l e d
s i n g l e
b e a r i n g a rr a n g e m e n t . T h i s
t e c h n o l o g y
i s
d i s c l o s e d
by
t h e d o c u m e n t US 2 0 0 6 / 0 1 5 2 0 1 4 A1 a n d b y
t h e document
WO
2 / 0 5 7 6 2 4
A1
f o r
e x a m p l e . A t a t i o n a r y
i n n e r
b e a r i n g
p a r t i s a t t a c h e d t o a s t a t i o n a r y i n n e r
s h a f t
and a r o t a t i n g o u t e r
b e a r i n g p a r t
s u p p o r t s
t h e r o t o r o f t h e d i r e c t d r i v e g e n e r a t o r .
F I G . 3
shoWs
a t y p i c a l a n d W e l l knoWn
o n e - b e a r i n g
a r r a n g e m e n t .
A ind t u r b i n e
4 0 1 c o m p r i s e s
a d i r e c t d r i v e
g e n e r a t o r 4 0 2 , Which i s
a r r a n g e d
on
t h e
upWind s i d e o f
a
toWer 403 of h e Wind t u r b i n e
4 0 1 .
A
o W e r ?ange 404 s a r r a n g e d
on
h e
t o p
o f t h e t o W e r
4 0 3 .
A e d p l a t e
405
s a t t a c h e d t o
t h e
t o W e r
?ange
4 0 4 . The Wind
t u r b i n e 4 0 1 c o m p r i s e s a yaW
systeminot
shoWn
herei
Which
s
used o t u r n t h e
b e d p l a t e
405 o f h e Wind u r b i n e 401
around
t h e
a x i s Y .
The Wind t u r b i n e 4 0 1 c o m p r i s e s a s t a t i o n a r y
s h a f t 4 0 6 ,
While t h e
s h a f t
406 has a c e n t r e a x i s A. The r e a r s i d e of h e
s t a t i o n a r y s h a f t 4 0 6
i s
a t t a c h e d t o a
r e t a i n i n g
a r r a n g e m e n t
4 0 7 .
On
h e f r o n t s i d e
of
t h e s t a t i o n a r y s h a f t
406
a
s t a t o r
a r r a n g e m e n t 4 0 8 o f h e d i r e c t d r i v e g e n e r a t o r 4 0 2 i s a r r a n g e d .
The s t a t o r a r r a n g e m e n t 408 c o m p r i s e s a s t a t o r
s u p p o r t
s t r u c t u r e 409 and a
l a m i n a t i o n
s t a c k
4 1 0 .
The
l a m i n a t i o n
s t a c k 4 1 0 s u p p o r t s
W i n d i n g s
4 1 1 .
The s t a t o r s u p p o r t
s t r u c t u r e
4 0 9
c o m p r i s e s
t W o s u p p o r t
e l e m e n t s
412 f o r a tWo s i d e s u p p o r t of h e l a m i n a t i o n s t a c k
4 1 0 . The s u p p o r t
e l e m e n t s
412 a r e
r i n g - s h a p e d .
They a r e
a t t a c h e d t o t h e o u t s i d e
o f
t h e s t a t i o n a r y s h a f t 4 0 6 .
A
o l l o W
c y l i n d r i c a l s u p p o r t e l e m e n t 4 1 3
i s
a t t a c h e d o t h e
o u t e r e n d s o f t h e
r i n g - s h a p e d s u p p o rt
e l e m e n t s 4 1 2 .
The
h o l l o W
c y l i n d r i c a l
s u p p o r t
e l e m e n t 4 1 3
c a r r i e s
t h e r i n g
s h a p e d
l a m i n a t i o n s t a c k
4 1 0
a n d t h e W i n d i n g s
4 1 1 .
A o t o r a r r a n g e m e n t 414
i s a r r a n g e d a r o u n d t h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t
4 0 8 .
The
r o t o r
a r r a n g e m e n t 414 c o m p r i s e s a
f r o n t
e n d p l a t e 415 and
a c y l i n d e r
e l e m e n t 4 1 7 . The f r o n t
e n d p l a t e 4 1 5
i s
r i n g - s h a p e d , W h i l e
t h e c y l i n d e r e l e m e n t
4 1 7 s
h o l l o W .
The c y l i n d e r e l e m e n t 4 1 7
c o m p r i s e s
a p l u r a l i t y o f
perma
n e n t magnets
4 1 8 ,
Which a r e mounted
on
t h e i n s i d e
o f
t h e
h o l l o W
c y l i n d e r e l e m e n t
4 1 7 .
The p e r m a n e n t m a g n e t s 4 1 8 ar e a r r a n g e d
o p p o s i t e t o
t h e
l a m i n a t i o n s t a c k 4 1 0 a n d t h e s u p p o r te d W i n d i n g s .
An i r gap 419 With a Width of
a p p r o x i m a t e l y
5 mm
s
l o c a t e d betWeen
t h e p e r m a n e n t m a g n e t s 4 1 8
and t h e
l a m i n a
t i o n
s t a c k 4 1 0 .
The
f r o n t e n d p l a t e
4 1 5 i s a r r a n g e d on t h e
s t a t i o n a r y s h a f t
4 0 6
v i a a
b e a r i n g 4 2 0 . The e a r i n g 4 2 0 s c a p a b l e o t r a n s f o r m
a x i a l
l o a d s
i n b o t h d i r e c t i o n s of
h e c e n t r e
a x i s A. An p p r o
p r i a t e
b e a r i n g
i s
d i s c l o s e d i n DE
0 1
1 6
6 4 9 U1 f o r e x a m p l e .
The s t a t i o n a r y p a r t
4 2 1
o f h e b e a r i n g 4 2 0 i s
a t t a c h e d o t h e
s t a t i o n a r y s h a f t 4 0 6 .
T h e
r o t a t i n g p a r t
4 2 2
o f t h e b e a r i n g
4 2 0
i s
c o n n e c t e d
t o a m o u n t i n g r i n g 4 2 3 .
The
f r o n t e n d p l a t e 4 1 5
a s
W e l l
a s t h e hub 424 a r e a t t a c h e d t o
t h e mounting r i n g
4 2 3 .
The hub
4 2 4
c o m p r i s e s m o u n t i n g d e v i c e s
4 2 5
f o r
Wind
t u r
b i n e
r o t o r bladesinot
shoWn e r e .
The i r gap
419
shoWn e r e i s uniform o a c h i e v e a c o n s t a n t
d i s t a n c e betWeen h e e l e m e n t s
o f
h e
r o t o r and
h e e l e m e n t s
o f
t h e
s t a t o r . The
one b e a r i n g
d e s i g n i s v e r y a t t r a c t i v e due
t o
i t s
e a s y d e s i g n . On
h e
o t h e r
s i d e t h e s i n g l e b e a r i n g
a r r a n g e m e n t
shoWs
t h e
same draWbacks
c i t e d
a b o v e .
-
7/24/2019 Us 8558426
7/9
US
8 , 5 5 8 , 4 2 6
B2
3
B o t h c i t e d b e a r i n g a r r a n g e m e n t s show i t s i n d i v i d u a l
s t r e n g t h s
a n d
W e a k n e s s e s .
I f t h e y a r e a p p l i e d to a d i r e c t - d r i v e - g e n e r a t o r of a Wind
t u r b i n e
t h e r e
i s a
h i g h p r o b a b i l i t y
t h a t t h e
a i r
g a p
i s
n o t
unif orm any more. Due
t o
t h e s i Z e
o f
t h e g e n e r a t o r compo
n e n t s
t h e
c r o s s
s e c t i o n
o f
t h e
a i r gap
W i l l
change i n r e f e r e n c e
to
t h e
l e n g t h
o f
t h e
a i r
g a p .
Thus
a
n o n - u n i f o r m
a i r
g a p
might
b e t h e r e s u l t . Thus
t h e
e f f e c t i v e n e s s o f
t h e
g e n e r a t o r W i l l b e
d e c r e a s e d .
SUMMARY OF INVENTION
I t i s t h e r e f o r e th e o b j e c t o f t h e
i n v e n t i o n
t o p r o v i d e an
a r r a n g e m e n t t o
compensate t h e
e f f e c t of
a non-uniform a i r
g a p
i n
a n
e l e c t r i c m a c h i n e ,
e s p e c i a l l y
i n a huge e n e r a t o r l i k e
t h e
d i r e c t - d r i v e - g e n e r a t o r .
T h i s o b j e c t i s a c h i e v e d by t h e
f e a t u r e s
o f t h e c l a i m s . P r e
f e r r e d
c o n ? g u r a t i o n s
a r e o b j e c t
o f
t h e
d e p e n d e n t
c l a i m s .
A c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n t h e e l e c t r i c a l machine c o n t a i n s
a s t a t o r arrangement and a
r o t o r arrangement.
The
r o t o r
arrangement
r o t a t e s o r
r e v o l v e s around
a l o n g i t u d i n a l
a x i s .
T h i s
a x i s
may
b e
t h e l o n g i t u d i n a l
a x i s
o f
t h e
e l e c t r i c a l
m a c h i n e .
At
e a s t p a r t s
o f
h e
r o t o r a r r a n g e m e n t
i n t e r a c t
W i t h
p a r t s
o f
t h e
s t a t o r a r r a n g e m e n t to
g e n e r a t e
e l e c t r i c a l p o W e r .
n i r
g a p i s de?ned by t h e d i s t a n c e
b e t W e e n
t h e p a r t s o f
t h e
r o t o r a r r a n g e m e n t and
h e p a r t s o f t h e s t a t o r
a r r a n g e m e n t .
The
a r t s
o f
h e
s t a t o r a r r a n g e m e n t a r e o p p o s i t e t o
t h e p a r t s
o f t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t a l o n g
a
c e r t a i n l e n g t h .
T h e
c r o s s - s e c t i o n o f t h e a i r g a p c h a n g e s
a l o n g
t h i s l e n g t h ,
s o t h e a i r g a p
i s
n o t u n i f o r m i n vieW t o t h e r e f e r r e d l e n g t h .
T o c o m p e n s a t e
t h e n e g a t i v e
e f f e c t s o f t h e n o n - u n i f o r m a i r
g a p t h e ?ux
d e n s i t y
o f m a g n e t s ,
Which
a r e
p a r t
o f t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t , i s
c h a n g e d
i n
d e p e n d e n c y
o f h e c r o s s
s e c t i o n
o f
t h e a i r - g a p .
P r e f e r a b l y
permanent
magnets a r e u s e d a t t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t .
P r e f e r a b l y t h e
m a g n e t i c ?ux
d e n s i t y i n
t h e
a i r g a p
i s
changed
d e p e n d e n t to t h e
c r o s s
s e c t i o n o f t h e
a i r - g a p a t
a
s p e c i ? c d i s t a n c e f r o m t h e
p a r t s
o f t h e r o t o r a r r a n g e m e n t .
I n a ? r s t c o n ? g u r a t i o n
o f
t h e i n v e n t i o n t h e
t y p e o f
m a g n e t s
c o u l d b e c h a n g e d
a l o n g
t h e n o n - u n i f o r m a i r g a p . I f
h e
a i r
g a p
shoWs a
s m a l l ? r s t d i s t a n c e a t
a
? r s t s i d e of
h e
a i r
g a p , t h e
d e d i c a t e d magnets t h e r e
may
shoW a
? r s t
m a g n e t i c ?ux den
s i t y
o r m a g n e t i c ? e l d s t r e n g t h ) .
I f
t h e a i r gap shoWs a b i g g e r
second
i s t a n c e a t a
second
s i d e of
h e
a i r
g a p , t h e d e d i c a t e d
magnets t h e r e
may shoW a
s e c o n d m a g n e t i c ? u x
d e n s i t y
o r m a g n e t i c ? e l d s t r e n g t h ) ,
Which
i s
i n c r e a s e d
i n
r e f e r e n c e t o t h e ? r s t
m a g n e t i c ?ux
d e n s i t y .
I n a s e c o n d c o n ? g u r a t i o n o f t h e
i n v e n t i o n
t h e
s i Z e
o f t h e
m a g n e t s c o u l d b e c h a n g e d a l o n g
t h e
n o n - u n i f o r m
a i r g a p .
I f
t h e
a i r gap shoWs
a
s m a l l ? r s t d i s t a n c e a t
a
? r s t s i d e
of
h e
a i r
g a p , t h e
s i Z e o f
t h e d e d i c a t e d
magnets t h e r e may
shoW a
? r s t h e i g h t i n r e f e r e n c e t o t h e ? r s t d i s t a n c e . Thus t h e m a g n e t s
W i l l
s h o W
a ? r s t m a g n e t i c ?ux d e n s i t y
o r
? e l d s t r e n g t h ) .
I f
t h e a i r
gap
shoWs a b i g g e r
second i s t a n c e
a t a
second
s i d e
o f h e
a i r
g a p , t h e
s i Z e
o f h e d e d i c a t e d
magnets h e r e may
shoW a
second h e i g h t i n r e f e r e n c e t o t h e second d i s t a n c e .
T h u s t h e m a g n e t s
W i l l shoW
a s e c o n d m a g n e t i c
?ux d e n s i t y
o r ? e l d
s t r e n g t h ) ,
Which s i n c r e a s e d
i n
r e f e r e n c e t o t h e ? r s t
m a g n e t i c ? u x d e n s i t y m a g n e t i c ? e l d s t r e n g t h ) .
T o
b a l a n c e t h e d i f f e r e n t h e i g h t s o f t h e
m a g n e t s
i n
r e l a t i o n
to
t h e a i r gap t h e magnets a r e a r r a n g e d on d i f f e r e n t b a s e
m e n t s . The
e i g h t s
o f
t h e
b a s e m e n t s a r e
c h o s e n i n d i v i d u a l l y
and
d e p e n d e n t
t o t h e c r o s s - s e c t i o n
o f
t h e a i r g a p .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
4
P r e f e r a b l y
t h e
e l e c t r i c a l
machine o n t a i n s a s i n g l e - b e a r i n g
a r r a n g e m e n t . T h u s o n l y
o n e
b e a r i n g i s u s e d
a s
u n i l a t e r a l l y
s u p p o r t o f t h e
r o t o r - a r r a n g e m e n t .
The b e a r i n g c o n n e c t s
t h e
r o t o r a r r a n g e m e n t and
h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t ,
W h i l e
t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t shoWs a s u p p o r t e d ? r s t end and p r e f e r a b l y a n
u n s u p p o r t e d s e c o n d e n d i n r e f e r e n c e
t o
t h e l o n g i t u d i n a l
a x i s
o f
t h e
e l e c t r i c a l
m a c h i n e .
P r e f e ra b l y t h e e l e c t r i c a l machine s a g e n e r a t o r .
P r e f e r a b l y
t h e g e n e r a t o r
i s
a
d i r e c t - d r i v e - g e n e r a t o r .
P r e f e r a b l y
t h e
g e n e r a t o r i s u s e d i n
a
W i n d - t u r b i n e .
P r e f e r a b l y t h e g e n e r a t o r c o n t a i n s
an o u t e r - r o t o r and
an
i n n e r
s t a t o r , s o t h e r o t o r r e v o l v e s
around t h e
s t a t o r .
P r e f e r a b l y t h e g e n e r a t o r h a s a
s t a t i o n a r y s h a f t W i t h
a c e n t r e
a x i s . The s t a t o r a r r a n g e m e n t i s a r r a n g e d
on h e
o u t s i d e o f t h e
s t a t i o n a r y s h a f t .
T h e r o t o r
a r r a n g e m e n t
i s
s u b s t a n t i a l l y
a r r a n g e d a r o u n d t h e
s t a t o r a r r a n g e m e n t . On
h e f r o n t s i d e o f
t h e
g e n e r a t o r
t h e
r o t o r i s
a t
l e a s t
i n d i r e c t l y s u p p o r t e d
o r
a r r a n g e d on t h e
s t a t i o n a r y
s h a f t by a main e a r i n g .
The
W i d t h o f t h e
a i r
g a p t e n d s to
v a r y d u r i n g
t h e o p e r a t i o n
o f t h e
e l e c t r i c a l m a c h i n e .
The
r i s k t h a t
t h e r o t o r a r r a n g e m e n t
h i t s
t h e s t a t o r a r r a n g e m e n t
d u r i n g
t h e o p e r a t i o n
i s
r e d u c e d o r
even e l i m i n a t e d , a s
a p p l i e d
f o r c e s
a r e t a k e n
i n t o
a c c o u n t by
t h e non-uniform
i r
g a p .
On t h e o t h e r hand t h e
e f f e c t i v e n e s s
o f
t h e
e l e c t r i c a l
machine i s
i n c r e a s e d a s t h e n e g a t i v e e f f e c t s o f t h e
n o n - u n i
form a i r gap a r e reduced
or even
e l i m i n a t e d .
BRIEF
DESCRIPTION
OFTHE
DRAWINGS
The i n v e n t i o n i s d e s c r i b e d
noW i n
more
d e t a i l
by h e l p o f
? g u r e s .
The
? g u r e s shoW i f f e r e n t
e x a m p l e s
a n d d o n o t
l i m i t
t h e s c o p e o f t h e i n v e n t i o n .
F I G . 1 s h o W s a p r e f e r r e d c o n ? g u r a t i o n a c c o r d i n g t o t h e
i n v e n t i o n ,
F I G . 2 shoWs d e t a i l s o f F I G .
1 ,
and
F I G .
3
shoWs
a W e l l e s t a b l i s h e d o n e - b e a r i n g a r r a n g e
ment
of a d i r e c t - d r i v e - g e n e r a t o r a s d e s c r i b e d
i n
t h e
i n t r o
d u c t i o n
o f
h i s
a p p l i c a t i o n .
DETAILED
DESCRIPTION
OF INVENTION
A ind
u r b i n e
1 0 1 c o m p r i s e s
a d i r e c t d r i v e
g e n e r a t o r
1 0 2 ,
Which s a r r a n g e d on
t h e
upWind s i d e
of
a
toWer
103
of
h e
Wind t u r b i n e 1 0 1 .
A o W e r
?ange
104
s a r r a n g e d
on h e t o p o f t h e t o W e r 1 0 3 .
A e d p l a t e 105 s a t t a c h e d
t o t h e
t o W e r
?ange 1 0 4 .
The Wind
t u r b i n e 1 0 1
c o m p r i s e s
a
yaW
systeminot
shoWn
herei
Which
s used o t u r n t h e
b e d p l a t e 105
o f h e
Wind
u r b i n e 1 0 1
around t h e a x i s Y .
The Wind t u r b i n e 1 0 1 c o m p r i s e s a s t a t i o n a r y s h a f t 1 0 6 ,
While t h e s h a f t 106 has a c e n t r e a x i s
A. The
r e a r s i d e
of
h e
s t a t i o n a r y s h a f t 1 0 6
i s
a t t a c h e d t o a
r e t a i n i n g
a r r a n g e m e n t
1 0 7 .
On
h e f r o n t s i d e
of
t h e s t a t i o n a r y s h a f t 106 a s t a t o r
a r r a n g e m e n t
1 0 8
o f h e d i r e c t
d r i v e g e n e r a t o r 1 0 2 i s
a r r a n g e d .
The
s t a t o r a r r a n g e m e n t 108 c o m p r i s e s
a
s t a t o r
s u p p o r t
s t r u c t u r e
109 and
a
l a m i n a t i o n
s t a c k
1 1 0 . The l a m i n a t i o n
s t a c k 110 s u p p o r t s a t l e a s t one Winding 1 1 1 .
The s t a t o r s u p p o r t
s t r u c t u r e
109 c o m p r i s e s
tWo
s u p p o r t
e l e m e n t s
112
f o r
a tWo
s i d e s u p p o r t
of h e
l a m i n a t i o n
s t a c k
1 1 0 .
The
s u p p o r t
e l e m e n t s 112
a r e r i n g - s h a p e d .
They a r e
a t t a c h e d t o t h e o u t s i d e
o f
t h e s t a t i o n a r y s h a f t 1 0 6 .
The r i n g - s h a p e d
s u p p o r t
e l e m e n t s 112 shoW
t h e
same
d i a m e t e r and t h u s t h e same e i g h t
o f
c o n s t r u c t i o n .
A o l l o W
c y l i n d r i c a l
s u p p o r t e l e m e n t 1 1 3 i s a t t a c h e d o
t h e
o u t e r
e n d s
o f t h e
r i n g - s h a p e d s u p p o rt e l e m e n t s
1 1 2 .
The
h o l l o W c y l i n d r i c a l s u p p o r t e l e m e n t 1 1 3 c a r r i e s t h e r i n g
s h a p e d
l a m i n a t i o n s t a c k
1 1 0
a n d t h e W i n d i n g s 1 1 1 .
-
7/24/2019 Us 8558426
8/9
US
8 , 5 5 8 , 4 2 6
B2
5
A o t o r a r r an g e m e n t 1 1 4 i s a r r a n g e d a r o u n d t h e s t a t o r
a r r a n g e m e n t
1 0 8 .
The r o t o r a r r a n g e m e n t 114
c o m p r i s e s
a
f r o n t e n d p l a t e 1 1 5
and
a c y l i n d e r e l e m e n t 1 1 7 .
The
f r o n t
e n d p l a t e 1 1 5 i s r i n g - s h a p e d , W h i l e t h e c y l i n d e r e l e m e n t
1 1 7
s
h o l l o W .
The
c y l i n d e r
e l e m e n t 1 1 7 c o m p r i s e s a
p l u r a l i t y
o f
perma
n e n t
magnets
1 1 8 , Which a r e mounted on t h e i n s i d e o f t h e
h o l l o W
c y l i n d e r
e l e m e n t
1 1 7 .
The
p e r m a n e n t m a g n e t s 1 1 8 ar e
a r r a n g e d o p p o s i t e t o
t h e
l a m i n a t i o n s t a c k
1 1 0 a n d
t h e s u p p o r t ed W i n d i n g s .
An on-uniform a i r g a p 119 W i t h an a v e r a g e d Width o f
a p p r o x i m a t e l y 5 mm
s l o c a t e d
betWeen t h e
permanent mag
n e t s 318 and t h e l a m i n a t i o n s t a c k 1 1 0 .
The
f r o n t
e n d p l a t e 1 1 5 i s a r r a n g e d o n t h e s t a t i o n a r y s h a f t
1 0 6 v i a a b e a r i n g 1 2 0 . The e a r i n g 1 2 0
i s c a p a b l e
o
t r a n s f o r m
a x i a l
l o a d s
i n
b o t h d i r e c t i o n s
of
h e c e n t r e a x i s
A.
An p p r o
p r i a t e b e a r i n g i s d i s c l o s e d i n DE 0 1 1 6
6 4 9
U1 f o r e x a m p l e .
The
s t a t i o n a r y p a r t
1 2 1 o f h e b e a r i n g 1 2 0 i s a t t a c h e d o t h e
s t a t i o n a r y
s h a f t
1 0 6 .
T h e
r o t a t i n g p a r t
1 2 2
o f
t h e
b e a r i n g
1 2 0
i s c o n n e c t e d
t o a m o u n t i n g r i n g
1 2 3 . The f r o n t e n d p l a t e 1 1 5
a s
W e l l
a s t h e hub 124 a r e a t t a c h e d t o t h e mounting r i n g 1 2 3 .
The hub 1 2 4
c o m p r i s e s
m o u n t i n g
d e v i c e s
1 2 5
f o r Wind
t u r
b i n e
r o t o r
bladesinot
shoWn
e r e .
A c c o r d i n g
t o
t h e
i n v e n t i o n
t h e p e r m a n e n t m a g n e t s 1 1 8
shoW
d i f f e r e n t s i Z e s
a n d
t h u s d i f f e r e n t h e i g h t s
H 1 1 ,
H21
i n
r e f e r e n c e
t o t h e c r o s s s e c t i o n
of
h e
non uniform a i r gap
1 1 9 .
A r s t s i d e S1 o f t h e a i r g a p 119
i s
a d j a c e n t
t o t h e f r o n t
e n d p l a t e 1 1 5 . The a i r gap 119 shoWs a t
t h i s
s i d e S1
a ? r s t
Width
W1.
The ? r s t
Width W1
a s t o
a s s u r e ,
t h a t a c o n t a c t betWeen
r e s p e c t i v e c o m p o n e n t s o f t h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t 1 0 8 a n d o f
t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t 1 1 4
i s
p r e v e n t e d
i f t h e g e n e r a t o r
1 0 2 i s
i n o p e r a t i o n .
A
e c o n d s i d e S2 o f t h e
a i r
g a p 119 i s
o p p o s i t e
to t h e ? r s t
s i d e S 1 . The a i r gap 119 shoWs a t t h i s s i d e S2 a second Width
W2.
Due
o t h e
p o s i t i o n o f
t h e
b e a r i n g - e l e m e n t s 1 2 0 , 1 2 2 , 1 2 3
t h e
s e c o n d
W i d t h
W2
s
b i g g e r t h a n t h e
? r s t
W i d t h
W1.
The
second
Width
W2 as
t o
a s s u r e t h a t a c o n t a c t betWeen
r e s p e c t i v e c o m p o n e n t s o f t h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t
1 0 8
a n d o f
t h e
r o t o r
a r r a n g e m e n t 1 1 4 i s p r e v e n t e d i f t h e g e n e r a t o r 1 0 2 i s
i n o p e r a t i o n .
The
o n - u n i f o r m
a i r
g a p
a l l o W s
c o m p e n s a t i o n
a n d
a b s o r p
t i o n o f :
g r a v i t y - f o r c e s , Which
a c t on
t h e
components o f t h e r o t o r ,
a e r o d y n a m i c l o a d s ,
Which a r e i n d u c e d
from t h e hub 1 2 4 v i a
t h e s h a f t 1 0 6 t o t h e
g e n e r a t o r
1 0 2 ,
m a s s - i n e r t i a c r e a t e d b y t h e r o t a t i n g e l e m e n t s o f h e
g e n e r a t o r
1 0 2 ,
m a g n e t i c
f o r c e s , Which a c t
on
t h e
e l e m e n t s o f
t h e
g e n e r a t o r ,
or
of
v i b r a t i o n s .
I t h a s to be n o t e d
t h a t
t h e tWo
s u p p o r t
e l e m e n t s 112 f o r t h e
tWo
s i d e s u p p o r t
o f t h e
l a m i n a t i o n
s t a c k
1 1 0 shoW
r e f e r a b l y
e q u a l
l e n g t h s .
F I G . 2
shoWs
d e t a i l s o f F I G .
1 .
The
s i Z e
o f t h e m a g n e t s
1 1 8
i s
c h a n g e d
a l o n g t h e non
uniform a i r gap 1 1 9 . I f t h e a i r gap
119 shoWs
a
s m a l l
? r s t
d i s t a n c e
o r Width
W1
t t h e
? r s t
s i d e S1 of h e a i r gap
1 1 9 ,
t h e
d e d i c a t e d
magnets
shoW a ? r s t
h e i g h t
H11 i n
r e f e r e n c e
t o
t h e
? r s t W i d t h W1. Thus t h e magnets 118 shoW a ? r s t m a g n e t i c
? e l d s t r e n g t h ? u x
d e n s i t y ) a t t h i s
s i d e S 1 .
I f t h e a i r gap 119 shoWs a b i g g e r second d i s t a n c e
o r
W i d t h
W2
t t h e s e c o n d
s i d e
S2 o f t h e a i r
gap
1 1 9 , t h e d e d i
c a t e d
magnets
shoW
a s e c o n d
h e i g h t
H21 i n
r e f e r e n c e
to t h e
second Width W2. Thus t h e magnets 11 8 shoW a second
m a g n e t i c
? e l d
s t r e n g t h ? u x d e n s i t y ) a t t h i s s i d e
S 2 ,
W h i l e t h e
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
6
? e l d
s t r e n g t h
? u x d e n s i t y ) a t t h i s s i d e
S 2
i s i n c r e a s e d i n
r e f e r e n c e
t o
t h e ? r s t m a g n e t i c
? e l d
s t r e n g t h ? u x d e n s i t y ) a t
t h e s i d e S 1 .
To
b a l a n c e
t h e d i f f e r e n t h e i g h t s
1 4 1 1 and 1 4 2 1 o f
t h e
m a g n e t s 1 1 8
i n
r e l a t i o n t o
t h e
c h a n g i n g
c r o s s - s e c t i o n o f
t h e
a i r gap 119 t h e
magnets
118
a r e a r r a n g e d on
d i f f e r e n t
b a s e
ments BM.
The
e i g h t s o f
t h e b a s e m e n t s BM r e
c h o s e n
i n d i v i d u a l l y
and i n dependency
t o t h e c r o s s - s e c t i o n o f t h e
a i r
g a p
1 1 9 .
I t h a s t o b e
n o t e d ,
t h a t
t h e
i n v e n t i o n
i s e s p e c i a l l y
s u i t a b l e
f o r
g e n e r a t o r s ,
Which
c o n t a i n s a
segmented s t a t o r
a n d / o r a
segmented
r o t o r .
T h i s
g e n e r a t o r
c o n t a i n s a number
o f s e g
m e n t s ,
Which r e
connected
o
t h e
s t a t o r / r o t o r a t
a p r o d u c t i o n
f a c i l i t y
o r a s i t e
f o r e x a m p l e .
T h i s
s t r u c t u r e
i s e s p e c i a l l y
s u i t a b l e f o r
d i r e c t d r i v e g e n e r a
t o r s
f o r
Wind
t u r b i n e s ,
a s t h e y shoW a
t y p i c a l d i a m e t e r
o f 4
meter r more.
As
t h e
n o n - u n i f o r m a i r
g a p i s
c o m p e n s a t e d b y
a d j u s t m e n t s
a s i d e t h e
r o t o r ,
t h e
a d j u s t m e n t s
c a n
b e
made e a s i l y b e f o r e t h e
s e g m e n t s a r e b r o u g h t
t o g e t h e r t o f o r m t h e Whole
g e n e r a t o r .
I t i s
a l s o
p o s s i b l e
t o
c h o o s e t h e h e i g h t s
o f t h e
b a s e m e n t s
BM o
i n c r e a s e
or even t o
generate a
non-uniform a i r
g a p .
The
r o s s - s e c t i o n
o f
h e
a i r
g a p a n d
t h e h e i g h t / t h i c k n e s s
o f
t h e
magnets may be
changed
n
a s t e p W i s e manner
o
a c h i e v e
an e f f e c t i v e c o m p e n s a t i o n .
I n
a p r e f e r r e d embodiment o f t h e i n v e n t i o n t h e a i r
g a p
shoWs
a d i s t a n c e - v a l u e of 6 mm t t h e ? r s t s i d e S1
and
a
h e i g h t o r
t h i c k n e s s
of h e ? r s t magnet of 20 mm t t h e s i d e S 1 .
The
i r
g a p a t t h e s e c o n d
s i d e
i s
p r e f e r a b l y
9 mm
hereby
t h e c o r r e s p o n d i n g
h e i g h t o r
t h i c k n e s s o f t h e magnet t h e r e i s
3 0
mm.
hus t h e a i r gap i s i n c r e a s e d by a f a c t o r o f 1 . 5 from
t h e ? r s t s i d e S 1 to t h e s e c o n d
s i d e
S 2 , W h i l e t h e
e f f e c t
o f t h e
n o n - u n i f o r m a i r
g a p i s c o m p e n s a t e d by
a
s i m i l a r
i n c r e a s e
o f
t h e h e i g h t / t h i c k n e ss o f t h e
m a g n e t s
by a f a c t o r o f 1 . 5 .
I n
a n o t h e r p r e f e r r e d
embodiment
o f h e i n v e n t i o n t h e com
p e n s a t i o n
o f
t h e non-uniform
a i r g a p
i s a c h i e v e d by a com
b i n a t i o n
o f a n
i n c r e a s e
i n t h e
magnet
s t r e n g t h .
The
magnet
s t r e n g t h
may
be
v a r i e d
betWeen
1 . 1
T e s l a
t o
1 . 2
T e s l a a n d / o r
b y d i f f e r e n t
h e i g h t / t h i c k n e s s
o f h e m a g n e t s .
The
i n v e n t i o n
c l a i m e d
i s :
1 An rrangement
o
compensate
f o r a
non-uniform i r gap
i n a n e l e c t r i c m a c h i n e , c o m p r i s i n g :
a
s t a t o r arrangement;
a r o t o r arrangement;
an a i r
g a p ; and
a p l u r a l i t y o f
m a g n e t s ,
Wherein t h e r o t o r a r r a n g e m e n t r o t a t e s
around
a
l o n g i t u d i
n a l
a x i s ,
Wherein
t
l e a s t a
p l u r a l i t y of r s t
p a r t s
of
h e
r o t o r
a r r a n g e
ment
n t e r a c t
W i t h a p l u r a l i t y
o f s e c o n d
p a r t s
o f
h e s t a t o r
a r r a n g e m e n t
t o
g e n e r a t e e l e c t r i c a l p o W e r ,
Wherein t h e a i r g a p i s de?ned by a d i s t a n c e betWeen t h e
p l u r a l i t y o f ? r s t
p a r t s
o f t h e
r o t o r
a r r a n g e m e n t
a n d
t h e
p l u r a l i t y o f
s e c o n d p a r t s
o f t h e s t a t o r a r r a n g e m e n t ,
W h e r e i n
t h e p l u r a l i t y
o f
s e c o n d
p a r t s
o f t h e
s t a t o r a r r a n g e
ment r e o p p o s i t e t o t h e p l u r a l i t y o f r s t p a r t s o f h e r o t o r
a r r a n g e m e n t a l o n g a c e r t a i n
l e n g t h ,
Wherein a c r o s s s e c t i o n
o f
t h e a i r
g a p c h a n g e s
a l o n g t h e
c e r t a i n l e n g t h ,
s o t h e a i r gap
s n o t
uniform n
vieW t o t h e
re ferre d c e r t a i n l e n g t h ,
W h e r e i n
t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t c o m p r i s e s
t h e
p l u r a l i t y o f
m a g n e t s ,
a n d
W h e r e i n
a m a g n e t i c ?ux d e n s i t y i n
t h e
a i r g a p i s c h a n g e d
d e p e n d e n t
on t h e c r o s s s e c t i o n
o f
t h e a i r - g a p ,
Wherein a s i Z e o r a h e i g h t
of
t h e p l u r a l i t y
of
magnets i s
c h a n g e d
a l o n g t h e n o n - u n i f o r m a i r g a p ,
-
7/24/2019 Us 8558426
9/9
US
8 , 5 5 8 , 4 2 6
B2
7
wherein
t h e a i r
gap
i n c l u d e s
on
a ? r s t s i d e a ? r s t
Width
and
t h e
a i r
gap
i n c l u d e s
on a second
s i d e
a second W i d t h ,
W h e r e i n t h e p l u r a l i t y o f
m a g n e t s
i n c l u d e a ? r s t h e i g h t
i n
r e f e r e n c e t o t h e ? r s t W i d t h
a t
t h e ? r s t
s i d e , and
W h e r e i n t h e p l u r a l i t y o f
a g n e t s
i n c l u d e a s e c o n d h e i g h t
i n
r e f e r e n c e t o t h e s e c o n d Width
t
t h e s e c o n d
s i d e ,
W h i l e
t h e ? r s t h e i g h t i s l o W e r t h a n t h e
s e c o n d
h e i g h t
W h e r e i n
t h e p l u r a l i t y o f m a g n e t s a r e p e r m a n e n t
m a g n e t s ,
W h e r e i n t h e p l u r a l i t y o f magnets a r e a r r a n g e d on p l u r a l i t y
o f b a s e m e n t s t o
b a l a n c e
t h e
d i f f e r e n t h e i g h t s
o f
t h e
p l u r a l i t y o f
m a g n e t s
i n
r e l a t i o n t o
t h e a i r g a p ,
a n d
W h e r e i n
a
? r s t p l u r a l i t y o f b a s e m e n t s o f
t h e
m a g n e t s ,
Which a r e c l o s e t o t h e ? r s t s i d e
of h e a i r
g a p , a r e
loWer
t h a n
a
s e c o n d p l u r a l i t y o f b a s e m e n ts o f
t h e
m a g n e t s ,
Which a r e
c l o s e
t o t h e
second s i d e of h e a i r g a p .
2 .
The
a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 ,
W h e r e i n
t h e
m a g n e t i c ?ux d e n s i t y i s
c h a n g e d
b y a
? r s t V a r i a t i o n
o f a
m a g n e t - s i Z e i n r e l a t i o n t o t h e a i r g a p , and
by
a s e c o n d
V a r i a
t i o n of m a g n e t - h e i g h t i n
r e l a t i o n
t o
t h e
a i r
g a p ,
and by
t h i r d
V a r i a t i o n
o f
a s t r e n g t h o r a
m a g n e t i c
? e l d - s t r e n g t h
o f
t h e
p l u r a l i t y o f
m a g n e t s
i n
r e l a t i o n t o t h e
a i r g a p .
3 .
The
a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g t o c l a i m
1 , W h e r e i n
t h e
m a g n e t i c
?ux
d e n s i t y
i s
c h a n g e d b y
a ? r s t V a r i a t i o n
o f
a
m a g n e t - s i Z e i n
r e l a t i o n
t o
t h e
a i r
g a p .
4 .
The
a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g t o c l a i m
1 , W h e r e i n t h e
m a g n e t i c ?ux d e n s i t y i s c h a n g e d by a s e c o n d V a r i a t i o n o f a
m a g n e t - h e i g h t
i n
r e l a t i o n t o t h e
a i r
g a p .
5 .
The
a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 ,
W h e r e i n
t h e
m a g n e t i c ?ux d e n s i t y i s
c h a n g e d
by a
t h i r d V a r i a t i o n
o f a
s t r e n g t h o r a m a g n e t i c ? e l d - s t r e n g t h o f t h e p l u r a l i t y o f
mag
n e t s i n
r e l a t i o n t o
t h e a i r g a p .
6 . The a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g t o c l a i m 1 , W h e r e i n
a t y p e
o f
t h e p l u r a l i t y o f
m a g n e t s
i s c h a n g e d a l o n g t h e
n o n - u n i f o r m
a i r
g a p
t o a d j u s t t h e
m a g n e t i c
? e l d - s t r e n g t h o r
m a g n e t i c ?ux
d e n s i t y o f t h e p l u r a l i t y
o f m a g n e t s
i n
d e p e n d e n c y
t o t h e c r o s s
s e c t i o n
o f
t h e
a i r - g a p .
7 .
The a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 , W h e r e i n
a n e l e c
t r i c a l
c o i l
i s
used
a s
a
magnet
a s i d e t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t .
8 .
The a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g
t o c l a i m
1 ,
W h e r e i n t h e
s t a t o r a r r a n g e m e n t c o m p r i s e s
a l a m i n a t i o n
s t a c k , Which i s
c o n s t r u c t e d t o s u p p o r t a
Winding o f
a
s t a t o r - c o i l ,
a n d
W h e r e i n t h e
r o t o r a r r a n g e m e n t
c o m p r i s e s a p l u r a l i t y o f
p e r m a n e n t
m a g n e t s .
9 . The a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 , Where
t h e
s t a t o r
arrangement
and
t h e
r o t o r
arrangement
a r e
connected V i a a
s i n g l e m a i n
b e a r i n g .
1 0 . The a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g t o c l a i m 1 ,
W h e r e i n t h e
s t a t o r
a r r a n g e m e n t
c o m p r i s e s
a
s t a t o r
s u p p o r t
s t r u c t u r e and a
l a m i n a t i o n
s t a c k ,
Wherein
t h e l a m i n a t i o n s t a c k i s c o n s t r u c t e d
t o
s u p p o r t a
W i n d i n g
o f
t h e
s t a t o r - c o i l ,
W h e r e i n
t h e s t a t o r s u p p o r t s t r u c t u r e c o m p r i s e s tWo s u p p o r t
e l e m e n t s
f o r
a t W o - s i d e d
s u p p o r t
o f
h e
l a m i n a t i o n
s t a c k ,
W h e r e i n
t h e s u p p o r t e l e m e n t s a r e ri n g - s h a p e d ,
20
25
30
35
40
45
50
8
Wherein t h e s u p p o r t e l e m e n t s
a r e c o n n e c t e d
V i a a s i n g l e
main b e a r i n g
t o t h e r o t o r
a r r a n g e m e n t ,
W h e r e i n
a p l u r a l i t y o f
o u t e r e n d s
o f
h e r i n g - s h a p e d s u p p o rt
e l e m e n t s
a r e
a t t a c h e d
t o a holloW c y l i n d r i c a l s u p p o r t
e l e m e n t , a n d
W h e r e i n
t h e h o l l o W
c y l i n d r i c a l
s u p p o r t e l e m e n t c a r r i e s t h e
r i n g - s h a p e d l a m i n a t i o n
s t a c k
a n d
t h e
W i n d i n g .
1 1 .
The
a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g t o c l a i m 1 0 ,
W h e r e i n
t h e
r i n g - s h a p e d s u p p o r t e l e m e n t s i n c l u d e
a same d i a m e t e r .
1 2 . The
a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g t o c l a i m 1 ,
W h e r e i n t h e
r o t o r a r r a n g e m e n t
c o m p r i s e s
a
f r o n t e n d p l a t e
a n d a c y l i n d e r
e l e m e n t ,
W h e r e t h e f r o n t e n d p l a t e i s r i n g - s h a p e d , W h i l e t h e
c y l i n d e r
e l e m e n t
i s
h o l l o W ,
W h e r e t h e c y l i n d e r e l e m e n t c a r r i e s t h e
p l u r a l i t y o f
perma
nent magnets, Which a r e
mounted
on
an
i n s i d e of
t h e
h o l l o W
c y l i n d e r
e l e m e n t ,
W h e r e i n
t h e p l u r a l i t y o f p e r m a n e n t m a g n e t s a r e
a r r a n g e d
o p p o s i t e t o a l a m i n a t i o n s t a c k and a
s u p p o r t ed W i n d i n g ,
and
W h e r e i n t h e a i r g a p i s l o c a t e d betWeen t h e p l u r a l i t y o f
p e r m a n e n t m a g n e t s a n d
s u p p o r t e d
W i n d i n g s o f
a
s t a t o r
c o i l .
1 3 .
The a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 2 ,
Wherein a ? r s t s i d e
o f
t h e a i r
g a p
i s a d j a c e n t t o t h e f r o n t
e n d p l a t e ,
W h e r e i n t h e p l u r a l i t y o f p e r m a n e n t m a g n e t s , Which
a r e
l o c a t e d a t t h e ? r s t
s i d e ,
i n c l u d e a p r e d e ? n e d ? r s t h e i g h t
i n r e f e r e n c e t o
t h e l o n g i t u d i n a l a x i s ,
W h e r e i n
t h e p l u r a l i t y o f
p e r m a n e n t m a g n e t s , Which
a r e
l o c a t e d a t a second s i d e , i n c l u d e a prede?ned second
h e i g h t i n r e f e r e n c e
t o t h e l o n g i t u d i n a l
a x i s , a n d
W h e r e i n
t h e
s e c o n d h e i g h t i s
l o W e r
t h a n
t h e
? r s t h e i g h t .
1 4 .
The
a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g t o c l a i m
1 , W h e r e i n
t h e
e l e c t r i c a l
machine s a g e n e r a t o r .
1 5 .
The a r r a n g e m e n t
a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 4 ,
Wherein t h e
g e n e r a t o r comprises
an o u t e r - r o t o r and an
i n n e r s t a t o r ,
s o a
r o t o r r e v o l v e s around
a
s t a t o r , and/or
W h e r e i n
t h e
g e n e r a t o r
i s
a
d i r e c t - d r i V e - g e n e r a t o r , Which s
l o c a t e d i n a W i n d - t u r b i n e .
1 6 . The a r r a n g e m e n t a c c o r d i n g t o c l a i m 1 4 ,
Wherein t h e
g e n e r a t o r
i n c l u d e s a s t a t i o n a r y
s h a f t W i t h
a
c e n t r e a x i s ,
Wherein
t h e
s t a t o r a r r a n g e m e n t i s a r r a n g e d on
t h e
o u t s i d e
o f h e s t a t i o n a r y
s h a f t ,
W h e r e i n t h e
r o t o r
a r r a n g e m e n t i s s u b s t a n t i a l l y a r r a n g e d
a r o u n d t h e s t a t o r a r r a n g e m e n t ,
Wherein t h e r o t o r a r r a n g e m e n t i s s u p p o r t e d on t h e s t a t i o n
a r y
s h a f t
by a s i n g l e main e a r i n g , a n d
Wherein
h e main e a r i n g
i s
l o c a t e d
on h e f r o n t s i d e o f
h e
g e n e r a t o r .