專利名稱：熱電堆線材、繞組支承件以及用于制造熱電式發電機的方法和機器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于制造具有熱電堆線材的熱電式發電機的方法和機器。
背景技術：
從專利公開文獻DE202006003595U1已知一種熱電堆線材，其中 所述熱電堆線材包括多個熱電偶，其中所述多個熱電偶一個在另一個 之后設置并且彼此電學串聯，并且所述熱電堆線材可被用于制造熱電 式發電機("熱轉換器")，在所述熱電式發電機中，所述熱電堆線材在 一繞組支承件上被巻繞，從而熱連接點(hot connection point)以及冷 連接點(cold connection point)在繞組支承件的相反側上設置。在繞 組支承件的相反側之間具有溫差的情況中，巻繞的熱電堆線材然后產 生對應的熱電電壓。
問題的出現之處在于，在繞組支承件巻繞有一個位于另一個之上 的多個熱電堆線材的繞組層時，有效繞組周長從一個繞組層變化至另 一個繞組層。在各個熱電偶在熱電堆線材中具有一致的長度時，這反 過來導致了這樣一種狀態，即各個繞組層中的熱電堆線材的熱和冷連 接點相對于預設的位置偏置。然而，期望的是熱連接點和冷連接點并 沒有不對正地、精確地彼此相對設置。
相對于現有技術，還參照專利公開文獻US335 866A 、 US3700503 A 、DD103763A1 、US3150 844A 、GB819273A 、 DE19529725A1、 DE4335089A1、 DE1774229B2和DE 34 20 294A1。 然而，這些引用的參考文獻大多數涉及具有熱電堆線材的單層繞組的 熱電式發電機，從而熱電堆線材的繞組直徑是恒定的。在任何情況中， 各個熱電偶或熱電偶腿的長度的目標適應性從這些引用的參考文獻并 不是可知的。本發明旨在解決相鄰的(前后緊接的)繞組層中熱電堆線材的熱 和冷連接點的不正確定位的問題。
該目的通過根據本發明的熱電堆線材、對應的繞組支承件、以及 根據獨立權利要求的制造熱電式發電機的方法和機器實現。
本發明首先涉及一種熱電堆線材，其中所述熱電堆線材基本上與
例如專利公開文獻DE202006003595U1中所述的傳統的熱電堆線材對 應。為了避免重復，關于根據本發明的熱電堆的線材的結構和制造參 看該專利公開文獻，該專利公開文獻全文結合在本申請中引作參考。
根據本發明的熱電堆線材相對于上述傳統的熱電堆線材的區別之 處在于，各個熱電偶的長度和/或各個熱電偶腿的長度沿熱電堆線材并 不是恒定的。實際上，本發明使得各個熱電偶的長度和/或各個熱電偶 腿的長度沿熱電堆線材單調遞增或單調遞減。各個熱電偶或熱電偶腿 的這種長度改變使得熱連接點和冷連接點在巻繞的狀態中精確地位于 所期望的位置，而無論是否存在從一個繞組層至另一個繞組層的有效 繞組直徑的改變。
在根據本發明的熱電堆線材的一個改型中，所有緊鄰的(前后緊 接的)熱電偶和/或熱電偶腿分別具有給定的長度差。這意味著每個熱 電偶或每個熱電偶腿相對于恰在其之前的熱電偶或熱電偶腿具有給定 的長度差。該改型尤其適合于在繞組支承件上沒有彼此緊鄰的繞組的 情況，從而每個繞組形成了新的繞組層。
相反，在根據本發明的熱電堆的另一改型中，緊鄰的熱電偶和/或 熱電偶腿僅僅每隔n個熱電偶產生給定的長度差，否則長度不變。各 熱電偶因而被劃分成相鄰的(前后緊接的)組，各個組中的熱電偶和/ 或熱電偶腿分別具有相同的長度，而緊鄰的組中的熱電偶和/或熱電偶 腿具有給定的長度差。該改型尤其在以下情況中是有用的，即根據本 發明的熱電堆線材將在一繞組支承件上被巻繞，其中在巻繞的狀態中， 多個繞組彼此緊鄰，從而僅僅每隔n個繞組，有效繞組直徑發生改變。
相鄰的熱電偶之間的長度差因而優選大致等于熱電堆線材的周長，從而補償從一個繞組層至另一繞組層的有效繞組周長的改變。
此外，本發明涉及用于巻繞傳統的熱電堆線材的繞組支承件，例
如如專利公開文獻DE202006003595U1中所述。為了巻繞熱電堆線材， 根據本發明的繞組支承件包括具有給定的巻繞周長的巻繞區域，其中 所述巻繞周長適合于熱電堆內的各個熱電偶的長度，從而熱電偶的熱 連接點和熱電偶的冷連接點在巻繞的狀態中大致位于繞組支承件的相 反側上，從而形成熱電式發電機。然而，在這種情況中出現的問題是， 巻繞區域的有效的巻繞周長從一個繞組層增加至另一個繞組層，這導 致了熱和冷連接點的稍微不正確的定位。
根據本發明的繞組支承件因此除了繞組區域以外還包括補償區 域，其中所述補償區域用于接收熱電堆線材的至少一個補償繞組，所 述補償區域具有與所述巻繞區域不同的巻繞周長。例如，補償區域可 以具有比巻繞區域更小的巻繞周長，從而補償繞組的更小的周長實現 了對于熱和冷連接點的位置校正。
在本發明的一個實施例中，補償區域大致包括環形凹槽，其中所 述環形凹槽在巻繞區域的一端或兩端設置并可接收一個或多個補償繞 組。
在此應該提到的是，繞組支承件并不必具有現有技術已知的圓柱 形。在本發明的范圍內，實際上還存在繞組支承件不同地被形成的可 能性。例如，繞組本體可以具有橢圓形、矩形或方形繞組的橫截面。
此外，本發明不僅涉及上述的根據本發明的熱電堆線材以及上述 的根據本發明的繞組支承件，還涉及具有根據本發明的熱電堆線材或 根據本發明的繞組支承件的熱電式發電機。
此外，本發明涉及用于制造熱電式發電機的方法，其中，設置一 種熱電堆線材，所述熱電堆線材包括多個熱電偶，所述熱電偶一個在 另一個之后設置并分別具有兩個熱電偶腿以及熱連接點和冷連接點。 該熱電堆線材可以是例如如專利公開文獻DE 202006003595U1中所述
的傳統的熱電堆線材。然而，根據本發明的該制造方法是基于上述的 根據本發明的熱電堆線材，其中，各個熱電偶或各個熱電偶腿的長度 沿熱電堆線材單調遞增或單調遞減。此外，根據本發明的制造方法提供了熱電堆線材以傳統的方式在 一繞組支承件上被巻繞，從而熱連接點和冷連接點位于繞組支承件的 相反側上。熱電堆線材在繞組支承件上的巻繞也在上述專利公開文獻
DE 202006003595U1中被說明，從而該專利公開文獻的內容全文結合 在本申請中。
根據本發明的制造方法提供了，熱電堆線材中熱電偶的熱連接點 和/或冷連接點的實際位置在制造的過程中被檢測，這例如可以通過光 學傳感器實現。
在根據本發明的制造方法的范圍內，連接點的所確定的實際位置 與連接點的給定的期望位置之間的期望-實際偏差然后被確定。
根據由此確定的所期望-實際偏差，在巻繞到繞組支承件上之前和 /或過程中，熱電堆線材沿縱向然后被延展，從而在巻繞的狀態中，熱 連接點和冷連接點盡可能精確地在繞組支承件的相反側上的期望的位 置上設置。
根據本發明的制造方法的一個有利的特征在于，連續制造熱電堆 線材的可能性，例如在上述專利公開文獻DE 202006003595U1中被說 明，從而該專利公開文獻的內容全文結合在本說明書中。在制造根據 本發明的熱電堆的過程中，準連續支承元件(例如，線材)可以從一 巻繞本體解開，并且然后在解開的狀態中被涂層，從而產生不同長度 的熱電偶。以這種方式制造的熱電堆線材然后可以巻繞到一巻繞本體 上，并以這種巻繞的狀態被運輸和存儲。此外，以這種方式制造的熱 電堆線材可以被分成多個熱電堆線材，它們然后分別單獨地被巻繞到 對應的巻繞本體上。在將根據本發明的熱電堆線材分成多個熱電堆線 材時，有用的是如果過渡分別在所關注的生產線中被記錄。如果在生 產線中新巻繞本體將被巻繞新熱電堆線材，則熱電堆線材的位置的記 錄也是有幫助的，這是因為熱和冷連接點的精確的定位是重要的。
根據本發明的熱電堆線材內的各個熱電偶的結構造成的改變因而 造成了冷和熱連接點的位置的大致的校正，而熱電堆線材的延展實現 了精細的校正。
最后，本發明還涉及用于完成上述制造方法的機器。
本發明的其它有利實施例在權利要求書中提出或者借助于附圖以 下通過本發明的優選實施例的說明將更詳細地被說明，其中 圖1示出了根據本發明的熱電堆線材的一部分的側視圖； 圖2A示出了熱電式發電機的俯視圖； 圖2B示出了根據圖2A的熱電式發電機的透視圖； 圖3A示出了沿熱電堆線材的各個熱電偶的長度的變化的曲線圖； 圖3B示出了根據本發明的熱電堆線材的另一示意性實施例的對 應的曲線圖4示出了根據本發明用于制造熱電式發電機的機器的顯著簡化 的示意圖5示出了根據本發明形式為流程圖的制造方法； 圖6A示出了根據本發明的繞組支承件的側視圖；并且 圖6B示出了根據圖6A的、具有兩個熱電堆線材繞組層的繞組支 承件。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的熱電堆線材1的一部分，其中所述熱電 堆線材包括多個熱電偶2、 3、 4，其中所述熱電偶一個在另一個之后 設置并且電學串聯，各個熱電偶2至4分別具有兩個熱電偶腿2.1、2.2、 3.1、 3.2、 4,1、 4.2。
各個熱電偶腿2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2分別通過熱連接點5 和冷連接點6彼此相連。在由熱電堆線材1制造熱電式發電機的過程 中，熱連接點5承受比冷連接點6更高的溫度，熱電堆線材l產生對 應的熱電電壓。
熱電堆線材1的詳細的結構以及制造方法在專利公開文獻DE 202006003595U1中被擴展說明，從而該專利公開文獻的內容針對熱電 堆線材1的結構和制造而言全部被包含在本申請中。
與傳統的熱電堆線材相比熱電堆線材1的根據本發明的特征包括，各個熱電偶2、 3、 4具有不同的長度lnw、 ln、 ln_p其中各個電偶 2至4的長度沿熱電堆線材1的縱向單調遞增，也就是ln.《l^ln+p其 中至少在兩個相鄰的熱電偶的情況中存在長度差。在巻繞的狀態中，
沿熱電堆線材1的各個熱電偶2至4的這種長度改變應該補償了從一
個繞組層至下一個繞組成的有效繞組直徑的改變。
圖2A和2B示出了根據本發明的具有圓柱形繞組支承件8的熱電 式發電機，其中所述圓柱形繞組支承件巻繞有根據本發明的熱電堆線 材1。繞組支承件8的直徑D因而與各個熱電偶2至4的長度Uw、 ln、 1rM并與熱電堆線材1的直徑d匹配，從而一方面熱連接點5以及另一 方面冷連接點6盡可能精確地位于繞組支承件8的相反側上。
繞組支承件8包括一繞組長度L，從而在繞組支承件8的周向表 面上一個接著另一個地設置多個m-L/d的熱電堆線材1的繞組，其中 每個繞組形成一公共繞組層。相反地，在下一個繞組層中，由于位于 其下方的繞組層，繞組支承件8的有效繞組周長發生改變，從而對于 n=m+l，第n個熱電偶2具有比之前的熱電偶3、 4更大的長度ln。第 (n-l)個熱電偶2與第n個熱電偶3之間的長度差等于熱電堆線材1 的周長。
在這種情況中，可以實現的是在上繞組層中， 一方面熱連接點5 以及另一方面冷連接點6精確地位于繞組支承件8的相反點上。
此外，應該提到的是，熱電式發電機7包括兩個電壓分接頭9、 10，其中所述兩個電壓分接頭連接至熱電堆線材1的相反端并輸出對 應的熱電電壓UTH。
圖3A和3B示出了根據本發明的熱電堆線材1的相鄰的熱電偶的 長度li的不同的可能的變化。
在根據圖3A的示意性實施例中，相鄰的熱電偶的長度li分別從一 個熱電偶到下一個熱電偶增加熱電堆線材的U=7t'd的量。這種長度 的改變尤其適合于條型熱電堆線材，在所述條型熱電堆線材中，熱電 堆線材的每個繞組屬于新的繞組層。
相反，在根據圖3B的示意性實施例中，僅僅每七個熱電偶具有相 對于之前的熱電偶的對應的長度變化。各個熱電偶的這種長度的進展尤其適合于這種繞組支承件的巻繞，在其中，熱電堆線材的七個繞組 分別彼此相鄰并且形成了一共同的繞組層。
圖4示出了用于制造根據圖2A和2B的熱電式發電機7的根據本 發明的機器11的大致簡化的示意圖。
首先，根據本發明的機器包括傳統的線材涂層機12，其中所述線 材涂層機供應有作為開始產品的傳統的線材13。線材涂層機12然后 制造熱電堆線材1，其中，所述線材13形成熱電堆線材1的支承元件， 例如如專利公開文獻DE202006003595U1所述。在熱電堆線材1的制 造過程中，線材涂層機12可以向線材13涂覆絕緣材料或導電材料的 涂層或者部分地從線材13去除涂層，如專利公開文獻DE 202006003595Ul所述，從而相對于根據本發明的熱電堆線材1的制造， 該專利公開文獻的全文整體被包含。
熱電堆線材1然后被供應至一位置檢測裝置14，其中所述位置檢 測裝置利用合適的傳感器確定熱連接點5和冷連接點6的位置。用于 記錄位置的傳感器例如可以是光學傳感器，但是在本發明的范圍內也 可以使用其它類型的傳感器。
以這種方式被測量的熱電堆線材1然后被供應至一延展裝置15， 其中所述延展裝置沿縱向以可變的方式延展所述熱電堆線材1。通過 一控制單元16根據熱連接點5和冷連接點6的之前確定的位置而控制 熱電堆線材1的延展，從而連接點5、 6在最終的熱電式發電機中精確 地位于所期望的位置。
以這種方式延展的熱電堆線材1然后被供應至一傳統的巻繞機 17，其中所述巻繞機將熱電堆線材1巻繞到繞組支承件8上。
熱電堆線材1中的各個熱電偶2至4的長度的這種結構導致的改 變因而實現了相鄰的繞組層中的連接點5、 6的位置的大致的校正(對 正)。
相反，熱電堆線材1通過延展裝置15的延展造成了連接點5、 6 的位置的附加的精細的校正(對正)。
最后，圖5以流程圖的方式示出了根據圖4的機器11的制造方法，
這正如前述說明得出。圖6A和6B示出了根據本發明的熱電式發電機18的另一示意性 實施例，其中所述熱電式發電機18包括一繞組支承件19，其中所述 繞組支承件巻繞有傳統的熱電堆線材20，這例如由專利公開文獻DE 202006003595U1可知。熱電堆線材20因而具有針對各個熱電偶的一 致的長度。
一個位于另一個之上的繞組層的有效繞組直徑的改變在這種情況 中通過以下措施被補償，即在繞組支承件19的一個端部上設置環形凹 槽21，其中所述環形凹槽接收熱電堆線材20的一個或多個繞組并具 有一巻繞直徑d2，其中所述巻繞直徑d2小于繞組支承件19的其余部 分的巻繞直徑dl。環形凹槽21中的熱電堆線材20的繞組因而形成了 針對對應相鄰的繞組層中的擴大的繞組周長的補償繞組。
本發明并不限于上述優選示意性實施例，而利用本發明的思路可 以實現多種改型和改變，并且這因而是落入本發明的保護范圍內。
附圖標記列表
1熱電堆線材
2至4熱電偶
2.1、 2.2熱電偶腿
3.1、 3.2熱電偶腿
4.1、 4.2熱電偶腿
5熱連接點
6冷連接點
7熱電式發電機
8繞組支承件
9、 10電壓分接頭
11機器
12線材涂層機
13線材
14位置測量裝置
15延展裝置
16控制單元17 巻繞機
18 熱電式發電機
19 繞組支承件
20 熱電堆線材
21 環形凹部
權利要求
1.一種熱電堆線材(1)，其中所述熱電堆線材包括多個熱電偶(2、3、4)，所述熱電偶一個在另一個之后設置，并且每個熱電偶包括兩個熱電偶腿(2.1、2.2、3.1、3.2、4.1、4.2)，其中每個熱電偶腿具有一特定的長度(ln-1、ln、ln+1)；并包括熱連接點(5)和冷連接點(6)，其中所述熱電堆線材(1)適于在一繞組支承件(8)上卷繞，從而所述熱連接點(5)和所述冷連接點(6)分別位于所述繞組支承件(8)的相反側上，其特征在于，各個所述熱電偶(2至4)的長度(ln-1、ln、ln+1)和/或各個所述熱電偶腿(2.1、2.2、3.1、3.2、4.1、4.2)的長度沿所述熱電堆線材(1)增加或減小。
2. 根據權利要求1所述的熱電堆線材(1)，其特征在于，所有所 述緊鄰的熱電偶(2至4)和/或熱電偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)分別具有一給定的長度差。
3. 根據權利要求1所述的熱電堆線材(1)，其特征在于，所述緊 鄰的熱電偶(2至4)和/或熱電偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)僅僅每隔n個熱電偶產生特定的長度差，否則長度不變。
4. 根據權利要求2或3所述的熱電堆線材(1)，其特征在于，所 述相鄰的熱電偶的長度差大致等于所述熱電堆線材的周長(兀 d)。
5. —種繞組支承件(19)，包括a) —用于巻繞有熱電堆線材(20)的巻繞區域，其中所述熱電堆 線材包括多個熱電偶，其中所述熱電偶一個在另一個之后設置，所述 熱電偶具有一給定的長度并包含熱連接點和冷連接點，其中所述巻繞 區域具有一給定的巻繞周長，所述給定的巻繞周長大致等于各個熱電偶的長度，從而所述熱連接點(5)和所述冷連接點(6)在巻繞的狀 態中分別位于所述巻繞區域的相反側上， 其特征在于，b)至少一個補償區域(21)，以接收所述熱電堆線材(20)的至 少一個補償繞組，所述補償區域具有與所述巻繞區域不同的巻繞周長。
6. 根據權利要求5所述的繞組支承件，其特征在于，所述補償區 域(21)是環形凹槽，所述環形凹槽在所述巻繞區域的一端或兩端上 設置。
7. 根據權利要求6所述的繞組支承件，其特征在于，所述環形凹 槽(21)的凹槽寬度大致等于所述熱電堆線材(20)的直徑，以使得 所述環形凹槽精確地接收所述熱電堆線材的繞組。
8. —種包括根據權利要求1至4任一所述的熱電堆線材(1)或 根據權利要求5至7任一所述的繞組支承件(19)的熱電式發電機(7、 18)。
9. 一種熱電式發電機(7)的制造方法，包括以下步驟a) 提供一熱電堆線材(O，其中所述熱電堆線材包括多個熱電偶 (2至4)，所述熱電偶一個在另一個之后設置并分別包含兩個熱電偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)以及冷連接點(5)和熱連接點(6)，b) 在一繞組支承件(8)上巻繞所述熱電堆線材(1)，以使得所 述冷連接點(5)和熱連接點(6)分別位于所述繞組支承件(8)的相 反側上，其特征在于以下步驟-c) 確定所述熱電堆線材(1)內的所述熱電偶(2至4)的所述熱 連接點(5)和/或所述冷連接點(6)的實際位置；d) 確定所確定的實際位置與給定的期望位置之間的期望-實際偏 差；并且e)在巻繞之前和/或過程中依據所述期望-實際偏差延展所述熱電 堆線材。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述熱電堆線材 (1)被延展，以使得所述連接點(5、 6)的位置的期望-實際偏差被最小化。
11. 一種用于制造熱電式發電機(7)的機器(11)，包括a) —巻繞機(17)，用于在一繞組支承件(8)上巻繞熱電堆線材 (1)，所述熱電堆線材(1)包括多個熱電偶(2至4)，所述熱電偶一個在另一個之后設置，并且每個熱電偶包括兩個熱電偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)，其中每個熱電偶腿具有一特定的長度(1^、 ln、 ln+1);并包括熱連接點(5)和冷連接點(6)， 其特征在于，b) —測量裝置(14)，以便確定各個所述熱電偶(2至4)的熱連 接點(5)禾口/或冷連接點(6)的實際位置；c) 一延展裝置(15)，以便沿縱向可變地延展所述熱電堆線材(l);以及d) —控制裝置(16)，所述控制裝置的輸入側連接至所述測量裝 置(14)并且所述控制裝置的輸出側連接至所述延展裝置(15)，并且 所述控制裝置取決于所述確定的實際位置以及所述熱連接點(5)禾口/ 或冷連接點(6)的給定的期望位置控制所述延展裝置(15)。
12. 根據權利要求11所述的機器(11)，其特征在于，所述控制 單元(16)控制所述延展裝置(15)，以使得所述各個連接點(5、 6) 的位置的期望-實際偏差被最小化，并且所述熱連接點(5)和所述冷 連接點(6)分別位于所述繞組支承件(8)的相反側上。
全文摘要
本發明涉及熱電堆線材(1)、用于這種熱電堆線材的繞組支承件、以及用于制造包括熱電堆線材的熱電式發電機的方法和機器(11)。本發明考慮了在熱電堆線材(1)被卷繞時，有效的卷繞直徑從熱電堆線材(1)的一個繞組層改變至另一個。
文檔編號H01L27/16GK101622710SQ200880006183
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月20日 優先權日2007年2月26日
發明者U·黑茨勒 申請人:伊莎貝爾努特·霍伊斯勒兩合公司