专利名称：热电堆线材、绕组支承件以及用于制造热电式发电机的方法和机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造具有热电堆线材的热电式发电机的方法和机器。
背景技术：
从专利公开文献DE202006003595U1已知一种热电堆线材，其中 所述热电堆线材包括多个热电偶，其中所述多个热电偶一个在另一个 之后设置并且彼此电学串联，并且所述热电堆线材可被用于制造热电 式发电机("热转换器")，在所述热电式发电机中，所述热电堆线材在 一绕组支承件上被巻绕，从而热连接点(hot connection point)以及冷 连接点(cold connection point)在绕组支承件的相反侧上设置。在绕 组支承件的相反侧之间具有温差的情况中，巻绕的热电堆线材然后产 生对应的热电电压。
问题的出现之处在于，在绕组支承件巻绕有一个位于另一个之上 的多个热电堆线材的绕组层时，有效绕组周长从一个绕组层变化至另 一个绕组层。在各个热电偶在热电堆线材中具有一致的长度时，这反 过来导致了这样一种状态，即各个绕组层中的热电堆线材的热和冷连 接点相对于预设的位置偏置。然而，期望的是热连接点和冷连接点并 没有不对正地、精确地彼此相对设置。
相对于现有技术，还参照专利公开文献US335 866A 、 US3700503 A 、DD103763A1 、US3150 844A 、GB819273A 、 DE19529725A1、 DE4335089A1、 DE1774229B2和DE 34 20 294A1。 然而，这些引用的参考文献大多数涉及具有热电堆线材的单层绕组的 热电式发电机，从而热电堆线材的绕组直径是恒定的。在任何情况中， 各个热电偶或热电偶腿的长度的目标适应性从这些引用的参考文献并 不是可知的。本发明旨在解决相邻的(前后紧接的)绕组层中热电堆线材的热 和冷连接点的不正确定位的问题。
该目的通过根据本发明的热电堆线材、对应的绕组支承件、以及 根据独立权利要求的制造热电式发电机的方法和机器实现。
本发明首先涉及一种热电堆线材，其中所述热电堆线材基本上与
例如专利公开文献DE202006003595U1中所述的传统的热电堆线材对 应。为了避免重复，关于根据本发明的热电堆的线材的结构和制造参 看该专利公开文献，该专利公开文献全文结合在本申请中引作参考。
根据本发明的热电堆线材相对于上述传统的热电堆线材的区别之 处在于，各个热电偶的长度和/或各个热电偶腿的长度沿热电堆线材并 不是恒定的。实际上，本发明使得各个热电偶的长度和/或各个热电偶 腿的长度沿热电堆线材单调递增或单调递减。各个热电偶或热电偶腿 的这种长度改变使得热连接点和冷连接点在巻绕的状态中精确地位于 所期望的位置，而无论是否存在从一个绕组层至另一个绕组层的有效 绕组直径的改变。
在根据本发明的热电堆线材的一个改型中，所有紧邻的(前后紧 接的)热电偶和/或热电偶腿分别具有给定的长度差。这意味着每个热 电偶或每个热电偶腿相对于恰在其之前的热电偶或热电偶腿具有给定 的长度差。该改型尤其适合于在绕组支承件上没有彼此紧邻的绕组的 情况，从而每个绕组形成了新的绕组层。
相反，在根据本发明的热电堆的另一改型中，紧邻的热电偶和/或 热电偶腿仅仅每隔n个热电偶产生给定的长度差，否则长度不变。各 热电偶因而被划分成相邻的(前后紧接的)组，各个组中的热电偶和/ 或热电偶腿分别具有相同的长度，而紧邻的组中的热电偶和/或热电偶 腿具有给定的长度差。该改型尤其在以下情况中是有用的，即根据本 发明的热电堆线材将在一绕组支承件上被巻绕，其中在巻绕的状态中， 多个绕组彼此紧邻，从而仅仅每隔n个绕组，有效绕组直径发生改变。
相邻的热电偶之间的长度差因而优选大致等于热电堆线材的周长，从而补偿从一个绕组层至另一绕组层的有效绕组周长的改变。
此外，本发明涉及用于巻绕传统的热电堆线材的绕组支承件，例
如如专利公开文献DE202006003595U1中所述。为了巻绕热电堆线材， 根据本发明的绕组支承件包括具有给定的巻绕周长的巻绕区域，其中 所述巻绕周长适合于热电堆内的各个热电偶的长度，从而热电偶的热 连接点和热电偶的冷连接点在巻绕的状态中大致位于绕组支承件的相 反侧上，从而形成热电式发电机。然而，在这种情况中出现的问题是， 巻绕区域的有效的巻绕周长从一个绕组层增加至另一个绕组层，这导 致了热和冷连接点的稍微不正确的定位。
根据本发明的绕组支承件因此除了绕组区域以外还包括补偿区 域，其中所述补偿区域用于接收热电堆线材的至少一个补偿绕组，所 述补偿区域具有与所述巻绕区域不同的巻绕周长。例如，补偿区域可 以具有比巻绕区域更小的巻绕周长，从而补偿绕组的更小的周长实现 了对于热和冷连接点的位置校正。
在本发明的一个实施例中，补偿区域大致包括环形凹槽，其中所 述环形凹槽在巻绕区域的一端或两端设置并可接收一个或多个补偿绕 组。
在此应该提到的是，绕组支承件并不必具有现有技术已知的圆柱 形。在本发明的范围内，实际上还存在绕组支承件不同地被形成的可 能性。例如，绕组本体可以具有椭圆形、矩形或方形绕组的横截面。
此外，本发明不仅涉及上述的根据本发明的热电堆线材以及上述 的根据本发明的绕组支承件，还涉及具有根据本发明的热电堆线材或 根据本发明的绕组支承件的热电式发电机。
此外，本发明涉及用于制造热电式发电机的方法，其中，设置一 种热电堆线材，所述热电堆线材包括多个热电偶，所述热电偶一个在 另一个之后设置并分别具有两个热电偶腿以及热连接点和冷连接点。 该热电堆线材可以是例如如专利公开文献DE 202006003595U1中所述
的传统的热电堆线材。然而，根据本发明的该制造方法是基于上述的 根据本发明的热电堆线材，其中，各个热电偶或各个热电偶腿的长度 沿热电堆线材单调递增或单调递减。此外，根据本发明的制造方法提供了热电堆线材以传统的方式在 一绕组支承件上被巻绕，从而热连接点和冷连接点位于绕组支承件的 相反侧上。热电堆线材在绕组支承件上的巻绕也在上述专利公开文献
DE 202006003595U1中被说明，从而该专利公开文献的内容全文结合 在本申请中。
根据本发明的制造方法提供了，热电堆线材中热电偶的热连接点 和/或冷连接点的实际位置在制造的过程中被检测，这例如可以通过光 学传感器实现。
在根据本发明的制造方法的范围内，连接点的所确定的实际位置 与连接点的给定的期望位置之间的期望-实际偏差然后被确定。
根据由此确定的所期望-实际偏差，在巻绕到绕组支承件上之前和 /或过程中，热电堆线材沿纵向然后被延展，从而在巻绕的状态中，热 连接点和冷连接点尽可能精确地在绕组支承件的相反侧上的期望的位 置上设置。
根据本发明的制造方法的一个有利的特征在于，连续制造热电堆 线材的可能性，例如在上述专利公开文献DE 202006003595U1中被说 明，从而该专利公开文献的内容全文结合在本说明书中。在制造根据 本发明的热电堆的过程中，准连续支承元件(例如，线材)可以从一 巻绕本体解开，并且然后在解开的状态中被涂层，从而产生不同长度 的热电偶。以这种方式制造的热电堆线材然后可以巻绕到一巻绕本体 上，并以这种巻绕的状态被运输和存储。此外，以这种方式制造的热 电堆线材可以被分成多个热电堆线材，它们然后分别单独地被巻绕到 对应的巻绕本体上。在将根据本发明的热电堆线材分成多个热电堆线 材时，有用的是如果过渡分别在所关注的生产线中被记录。如果在生 产线中新巻绕本体将被巻绕新热电堆线材，则热电堆线材的位置的记 录也是有帮助的，这是因为热和冷连接点的精确的定位是重要的。
根据本发明的热电堆线材内的各个热电偶的结构造成的改变因而 造成了冷和热连接点的位置的大致的校正，而热电堆线材的延展实现 了精细的校正。
最后，本发明还涉及用于完成上述制造方法的机器。
本发明的其它有利实施例在权利要求书中提出或者借助于附图以 下通过本发明的优选实施例的说明将更详细地被说明，其中 图1示出了根据本发明的热电堆线材的一部分的侧视图； 图2A示出了热电式发电机的俯视图； 图2B示出了根据图2A的热电式发电机的透视图； 图3A示出了沿热电堆线材的各个热电偶的长度的变化的曲线图； 图3B示出了根据本发明的热电堆线材的另一示意性实施例的对 应的曲线图4示出了根据本发明用于制造热电式发电机的机器的显著简化 的示意图5示出了根据本发明形式为流程图的制造方法； 图6A示出了根据本发明的绕组支承件的侧视图；并且 图6B示出了根据图6A的、具有两个热电堆线材绕组层的绕组支 承件。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的热电堆线材1的一部分，其中所述热电 堆线材包括多个热电偶2、 3、 4，其中所述热电偶一个在另一个之后 设置并且电学串联，各个热电偶2至4分别具有两个热电偶腿2.1、2.2、 3.1、 3.2、 4,1、 4.2。
各个热电偶腿2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2分别通过热连接点5 和冷连接点6彼此相连。在由热电堆线材1制造热电式发电机的过程 中，热连接点5承受比冷连接点6更高的温度，热电堆线材l产生对 应的热电电压。
热电堆线材1的详细的结构以及制造方法在专利公开文献DE 202006003595U1中被扩展说明，从而该专利公开文献的内容针对热电 堆线材1的结构和制造而言全部被包含在本申请中。
与传统的热电堆线材相比热电堆线材1的根据本发明的特征包括，各个热电偶2、 3、 4具有不同的长度lnw、 ln、 ln_p其中各个电偶 2至4的长度沿热电堆线材1的纵向单调递增，也就是ln.《l^ln+p其 中至少在两个相邻的热电偶的情况中存在长度差。在巻绕的状态中，
沿热电堆线材1的各个热电偶2至4的这种长度改变应该补偿了从一
个绕组层至下一个绕组成的有效绕组直径的改变。
图2A和2B示出了根据本发明的具有圆柱形绕组支承件8的热电 式发电机，其中所述圆柱形绕组支承件巻绕有根据本发明的热电堆线 材1。绕组支承件8的直径D因而与各个热电偶2至4的长度Uw、 ln、 1rM并与热电堆线材1的直径d匹配，从而一方面热连接点5以及另一 方面冷连接点6尽可能精确地位于绕组支承件8的相反侧上。
绕组支承件8包括一绕组长度L，从而在绕组支承件8的周向表 面上一个接着另一个地设置多个m-L/d的热电堆线材1的绕组，其中 每个绕组形成一公共绕组层。相反地，在下一个绕组层中，由于位于 其下方的绕组层，绕组支承件8的有效绕组周长发生改变，从而对于 n=m+l，第n个热电偶2具有比之前的热电偶3、 4更大的长度ln。第 (n-l)个热电偶2与第n个热电偶3之间的长度差等于热电堆线材1 的周长。
在这种情况中，可以实现的是在上绕组层中， 一方面热连接点5 以及另一方面冷连接点6精确地位于绕组支承件8的相反点上。
此外，应该提到的是，热电式发电机7包括两个电压分接头9、 10，其中所述两个电压分接头连接至热电堆线材1的相反端并输出对 应的热电电压UTH。
图3A和3B示出了根据本发明的热电堆线材1的相邻的热电偶的 长度li的不同的可能的变化。
在根据图3A的示意性实施例中，相邻的热电偶的长度li分别从一 个热电偶到下一个热电偶增加热电堆线材的U=7t'd的量。这种长度 的改变尤其适合于条型热电堆线材，在所述条型热电堆线材中，热电 堆线材的每个绕组属于新的绕组层。
相反，在根据图3B的示意性实施例中，仅仅每七个热电偶具有相 对于之前的热电偶的对应的长度变化。各个热电偶的这种长度的进展尤其适合于这种绕组支承件的巻绕，在其中，热电堆线材的七个绕组 分别彼此相邻并且形成了一共同的绕组层。
图4示出了用于制造根据图2A和2B的热电式发电机7的根据本 发明的机器11的大致简化的示意图。
首先，根据本发明的机器包括传统的线材涂层机12，其中所述线 材涂层机供应有作为开始产品的传统的线材13。线材涂层机12然后 制造热电堆线材1，其中，所述线材13形成热电堆线材1的支承元件， 例如如专利公开文献DE202006003595U1所述。在热电堆线材1的制 造过程中，线材涂层机12可以向线材13涂覆绝缘材料或导电材料的 涂层或者部分地从线材13去除涂层，如专利公开文献DE 202006003595Ul所述，从而相对于根据本发明的热电堆线材1的制造， 该专利公开文献的全文整体被包含。
热电堆线材1然后被供应至一位置检测装置14，其中所述位置检 测装置利用合适的传感器确定热连接点5和冷连接点6的位置。用于 记录位置的传感器例如可以是光学传感器，但是在本发明的范围内也 可以使用其它类型的传感器。
以这种方式被测量的热电堆线材1然后被供应至一延展装置15， 其中所述延展装置沿纵向以可变的方式延展所述热电堆线材1。通过 一控制单元16根据热连接点5和冷连接点6的之前确定的位置而控制 热电堆线材1的延展，从而连接点5、 6在最终的热电式发电机中精确 地位于所期望的位置。
以这种方式延展的热电堆线材1然后被供应至一传统的巻绕机 17，其中所述巻绕机将热电堆线材1巻绕到绕组支承件8上。
热电堆线材1中的各个热电偶2至4的长度的这种结构导致的改 变因而实现了相邻的绕组层中的连接点5、 6的位置的大致的校正(对 正)。
相反，热电堆线材1通过延展装置15的延展造成了连接点5、 6 的位置的附加的精细的校正(对正)。
最后，图5以流程图的方式示出了根据图4的机器11的制造方法，
这正如前述说明得出。图6A和6B示出了根据本发明的热电式发电机18的另一示意性 实施例，其中所述热电式发电机18包括一绕组支承件19，其中所述 绕组支承件巻绕有传统的热电堆线材20，这例如由专利公开文献DE 202006003595U1可知。热电堆线材20因而具有针对各个热电偶的一 致的长度。
一个位于另一个之上的绕组层的有效绕组直径的改变在这种情况 中通过以下措施被补偿，即在绕组支承件19的一个端部上设置环形凹 槽21，其中所述环形凹槽接收热电堆线材20的一个或多个绕组并具 有一巻绕直径d2，其中所述巻绕直径d2小于绕组支承件19的其余部 分的巻绕直径dl。环形凹槽21中的热电堆线材20的绕组因而形成了 针对对应相邻的绕组层中的扩大的绕组周长的补偿绕组。
本发明并不限于上述优选示意性实施例，而利用本发明的思路可 以实现多种改型和改变，并且这因而是落入本发明的保护范围内。
附图标记列表
1热电堆线材
2至4热电偶
2.1、 2.2热电偶腿
3.1、 3.2热电偶腿
4.1、 4.2热电偶腿
5热连接点
6冷连接点
7热电式发电机
8绕组支承件
9、 10电压分接头
11机器
12线材涂层机
13线材
14位置测量装置
15延展装置
16控制单元17 巻绕机
18 热电式发电机
19 绕组支承件
20 热电堆线材
21 环形凹部
权利要求
1.一种热电堆线材(1)，其中所述热电堆线材包括多个热电偶(2、3、4)，所述热电偶一个在另一个之后设置，并且每个热电偶包括两个热电偶腿(2.1、2.2、3.1、3.2、4.1、4.2)，其中每个热电偶腿具有一特定的长度(ln-1、ln、ln+1)；并包括热连接点(5)和冷连接点(6)，其中所述热电堆线材(1)适于在一绕组支承件(8)上卷绕，从而所述热连接点(5)和所述冷连接点(6)分别位于所述绕组支承件(8)的相反侧上，其特征在于，各个所述热电偶(2至4)的长度(ln-1、ln、ln+1)和/或各个所述热电偶腿(2.1、2.2、3.1、3.2、4.1、4.2)的长度沿所述热电堆线材(1)增加或减小。
2. 根据权利要求1所述的热电堆线材(1)，其特征在于，所有所 述紧邻的热电偶(2至4)和/或热电偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)分别具有一给定的长度差。
3. 根据权利要求1所述的热电堆线材(1)，其特征在于，所述紧 邻的热电偶(2至4)和/或热电偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)仅仅每隔n个热电偶产生特定的长度差，否则长度不变。
4. 根据权利要求2或3所述的热电堆线材(1)，其特征在于，所 述相邻的热电偶的长度差大致等于所述热电堆线材的周长(兀 d)。
5. —种绕组支承件(19)，包括a) —用于巻绕有热电堆线材(20)的巻绕区域，其中所述热电堆 线材包括多个热电偶，其中所述热电偶一个在另一个之后设置，所述 热电偶具有一给定的长度并包含热连接点和冷连接点，其中所述巻绕 区域具有一给定的巻绕周长，所述给定的巻绕周长大致等于各个热电偶的长度，从而所述热连接点(5)和所述冷连接点(6)在巻绕的状 态中分别位于所述巻绕区域的相反侧上， 其特征在于，b)至少一个补偿区域(21)，以接收所述热电堆线材(20)的至 少一个补偿绕组，所述补偿区域具有与所述巻绕区域不同的巻绕周长。
6. 根据权利要求5所述的绕组支承件，其特征在于，所述补偿区 域(21)是环形凹槽，所述环形凹槽在所述巻绕区域的一端或两端上 设置。
7. 根据权利要求6所述的绕组支承件，其特征在于，所述环形凹 槽(21)的凹槽宽度大致等于所述热电堆线材(20)的直径，以使得 所述环形凹槽精确地接收所述热电堆线材的绕组。
8. —种包括根据权利要求1至4任一所述的热电堆线材(1)或 根据权利要求5至7任一所述的绕组支承件(19)的热电式发电机(7、 18)。
9. 一种热电式发电机(7)的制造方法，包括以下步骤a) 提供一热电堆线材(O，其中所述热电堆线材包括多个热电偶 (2至4)，所述热电偶一个在另一个之后设置并分别包含两个热电偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)以及冷连接点(5)和热连接点(6)，b) 在一绕组支承件(8)上巻绕所述热电堆线材(1)，以使得所 述冷连接点(5)和热连接点(6)分别位于所述绕组支承件(8)的相 反侧上，其特征在于以下步骤-c) 确定所述热电堆线材(1)内的所述热电偶(2至4)的所述热 连接点(5)和/或所述冷连接点(6)的实际位置；d) 确定所确定的实际位置与给定的期望位置之间的期望-实际偏 差；并且e)在巻绕之前和/或过程中依据所述期望-实际偏差延展所述热电 堆线材。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热电堆线材 (1)被延展，以使得所述连接点(5、 6)的位置的期望-实际偏差被最小化。
11. 一种用于制造热电式发电机(7)的机器(11)，包括a) —巻绕机(17)，用于在一绕组支承件(8)上巻绕热电堆线材 (1)，所述热电堆线材(1)包括多个热电偶(2至4)，所述热电偶一个在另一个之后设置，并且每个热电偶包括两个热电偶腿(2.1、 2.2、 3.1、 3.2、 4.1、 4.2)，其中每个热电偶腿具有一特定的长度(1^、 ln、 ln+1);并包括热连接点(5)和冷连接点(6)， 其特征在于，b) —测量装置(14)，以便确定各个所述热电偶(2至4)的热连 接点(5)禾口/或冷连接点(6)的实际位置；c) 一延展装置(15)，以便沿纵向可变地延展所述热电堆线材(l);以及d) —控制装置(16)，所述控制装置的输入侧连接至所述测量装 置(14)并且所述控制装置的输出侧连接至所述延展装置(15)，并且 所述控制装置取决于所述确定的实际位置以及所述热连接点(5)禾口/ 或冷连接点(6)的给定的期望位置控制所述延展装置(15)。
12. 根据权利要求11所述的机器(11)，其特征在于，所述控制 单元(16)控制所述延展装置(15)，以使得所述各个连接点(5、 6) 的位置的期望-实际偏差被最小化，并且所述热连接点(5)和所述冷 连接点(6)分别位于所述绕组支承件(8)的相反侧上。
全文摘要
本发明涉及热电堆线材(1)、用于这种热电堆线材的绕组支承件、以及用于制造包括热电堆线材的热电式发电机的方法和机器(11)。本发明考虑了在热电堆线材(1)被卷绕时，有效的卷绕直径从热电堆线材(1)的一个绕组层改变至另一个。
文档编号H01L27/16GK101622710SQ200880006183
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月20日 优先权日2007年2月26日
发明者U·黑茨勒 申请人:伊莎贝尔努特·霍伊斯勒两合公司