CH355513A - Synchronmaschine ohne Schleifringe - Google Patents

Description

      Synchronmaschine        olme        Schleifringe       Synchronmaschinen ohne Schleifringe haben einen  feststehenden Teil mit einer     Wechselstromankerwick-          lung    und einen umlaufenden Teil mit einer     Gleich-          stromerregerwicklung.    Die Erregung für die     Gleich-          stromerregerwicklung    wird von einer     Wechselstrom-          erregermaschine    geliefert, die einen feststehenden  Erregerteil und einen umlaufenden     Wechselstrom-          ankerteil    besitzt,

   der auf derselben Welle montiert  ist wie der     Erregertell    der Hauptmaschine. Die An  kerwicklung der Erregermaschine ist mit der     Gleich-          stromerregerwicklung    der Hauptmaschine über eine  umlaufende     Gleichrichteranordnung,    die auf dersel  ben Welle sitzt, verbunden. Auf diese Weise wird eine       Wechselstrommaschine    geschaffen, die viele Vorteile  besitzt, da sie keinen     Kommutator,    keine Schleif  ringe oder Bürsten besitzt, wie sie sonst benötigt  werden.  



  Die bei Synchronmaschinen ohne Schleifringe  benutzte umlaufende     Gleichrichteranordnung    besteht  aus einer passenden Anzahl von Halbleitergleichrich  tern, die zu einem     Gleichrichterkreis    zusammenge  schaltet sind. Bei den bekannten Maschinen dieser  Art sind die Gleichrichter auf einer auf der Welle  befestigten kreisförmigen Scheibe zwischen der  Hauptmaschine und der Erregermaschine angeord  net. Eine umlaufende     Gleichrichteranordnung    dieser  Art ist verhältnismässig gross und beansprucht einen  beträchtlichen Raum, wodurch die Länge der Ma  schine in unerwünschter Weise vergrössert wird. Die  Gleichrichter selber sind grossen Fliehkräften aus  gesetzt, besonders im Falle von schnellaufenden  Maschinen, wie z.

   B.     Luftfahrzeuggeneratoren,    die  mit verhältnismässig hohen Drehzahlen laufen müssen,  um eine Frequenz von 400 Hz zu liefern. Die Gleich  richter lassen sich nur sehr schwer ausreichend<B>küh-</B>  len. Auch sind sie im Bedarfsfall nicht leicht zu  gänglich.    Durch die Erfindung werden die geschilderten  Nachteile vermieden. Die Erfindung sieht vor, die  Welle der Maschine als Hohlwelle auszubilden, in  deren Innern sich die umlaufende     Gleichrichter-          anordnung    befindet.

   Auf diese Weise wird erreicht,       dass    der für die     Synzhronmaschine    benötigte Raum  auf ein Mindestmass verringert ist und     dass    überdies  die auf die umlaufende     Gleichrichteranordnung    ein  wirkenden     Zentrifuaalkräfte    sehr klein sind. Die  umlaufende     Gleichrichteranordnung    kann so ausser  dem leicht zugänglich gemacht werden, was beispiels  weise für Reparaturzwecke von besonderem Vorteil  ist.

   Ausserdem     lässt    sich die unilaufende     Gleichrichter-          anordnung    leicht wirksam kühlen, indem man bei  spielsweise die Hohlwelle von einer Kühlflüssigkeit  durchströmen     lässt.    Die Kühlflüssigkeit hat dann  einen guten thermischen Kontakt mit den umlau  fenden Gleichrichtern, so     dass    die Kühlwirkung sehr  gross ist.  



  An Hand des in den     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> dargestellten       Ausführungsbeispieles    sei die Erfindung erläutert.  In     Fig.   <B>1</B> ist eine gemäss der Erfindung ausgebildete  elektrische Maschine im Schnitt wiedergegeben, deren  Schaltung in     Fig.    2 schematisch dargestellt ist.     Fig.   <B>3</B>  ist ein     Teilquerschni.t    längs der Linie     III-111    der       Fig.   <B>1.</B>  



  Die Erfindung, die sich ganz allgemein auf     Syn-          ehronmaschinen    ohne Schleifringe bezieht, ist in  den Figuren am Beispiel eines flüssigkeitsgekühlten  Wechselstromgenerators für Luftfahrzeuge erläutert.  Dieser Generator ist vom Gehäuse<B>1</B> umgeben, das  an seinem rechten Ende durch das Lagerschild 2  abgeschlossen ist. Die Maschine wird von der Hohl  welle<B>3</B> getragen, die an ihrem linken Ende durch den  Wellenstumpf 4 verschlossen ist, der durch die  Schrauben<B>5</B> mit der Welle<B>3</B> verschraubt ist. Das  rechte Ende der Hohlwelle<B>3</B> hat einen geringeren      Durchmesser und ist im Wälzlager<B>6,</B> das in einer  Bohrung des Lagerschildes 2 montiert ist, gelagert.

    Die Lagerbohrung wird durch die Kappe<B>7</B> abge  schlossen, die durch die Schrauben<B>8</B> mit dem Lager  schild 2 verschraubt ist. Die innere Seite der Lager  bohrung ist durch die     öldichtung   <B>9</B> abgedichtet, damit  ein Austreten von Schmiermittel aus dem Lager in  die Maschine verhindert wird.  



  Die in den Figuren dargestellte Maschine besitzt  nur ein Lager, da der Wellenstumpf 4 an seinem  linken Ende mit Hilfe des Teiles<B>10</B> und des Flan  sches<B>11</B> an eine nicht dargestellte Antriebsmaschine  anmontiert wird, die auf dieser Seite ihr eigenes Lager  hat.  



  Die in den     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> dargestellte Maschine be  steht aus dem Drehstromgenerator 12 und der Erre  germaschine<B>17.</B> Der Ständer des     Drehstromgenera-          tors    12 besteht aus dem Blechpaket<B>13,</B> das im Ge  häuse<B>1</B> gelagert ist, und der     Drehstromwicklung    14.  Auf der Hohlwelle<B>3</B> sitzt der Erregerteil des Gene  rators 12. Dieser     Erre-erteil    besteht aus einer     geei-          neten    Anzahl von ausgeprägten Polen<B>15,</B> die die       Gleichstromerregerwicklung   <B>16</B> tragen.

   Die     Dreh-          stromwicklung    14 ist an das Klemmbrett<B>50</B> ange  schlossen.  



  Der Erregerstrom für die     Erregerstromwicklung     <B>16</B> wird von der     Wechselstromerreaermaschine   <B>17</B>  geliefert, die einen feststehenden     Gleichstromerreger-          teil   <B>18</B> mit der Erregerwicklung<B>19</B> besitzt. Der um  laufende Anker der Erregermaschine<B>17</B> besteht aus  dem Blechpaket 20, das auf der Hohlwelle<B>3</B> sitzt,  und der     Drehstromwicklung    21. Die Erregerwicklung  <B>19</B> der Erregermaschine<B>17</B> wird durch Gleichstrom  aus einer geeigneten äusseren Quelle oder durch den  vom Generator 12 abgegebenen Strom über einen       Gleicbrichter    und einen Spannungsregler erregt.  



  Wie in     Fig.    2     orezeigt,    ist die     Drehstromwicklung     21 der Erregermaschine<B>17</B> mit der Erregerwicklung  <B>16</B> des     Generators    12 durch die umlaufende     Gleich-          richteranordnung    22 verbunden, die in üblicher       Drehstrombrückenschaltung    geschaltet ist.

   Da die       Drehstromwicklung    der Erregermaschine<B>17,</B> die       Gleichrichteranordnung    22 und die Erregerwicklung  <B>16</B> des     Generators    12 auf ein und derselben Welle  sitzen, können sie unmittelbar miteinander verbunden  werden, ohne     dass        Kommutatoren,    Bürsten oder  Schleifring benötigt werden.  



  Entsprechend der Erfindung ist die umlaufende       Gleichrichteranordnung    22 innerhalb der Hohl  welle<B>3</B> untergebracht und in dem rohrförmigen  Gehäuse<B>23</B> montiert, das konzentrisch innerhalb der  Hohlwelle<B>3</B> gelagert ist, so     dass    es mit ihr umläuft.  



  Die umlaufende     Gleichrichteranordnung    22 be  steht aus einer geeigneten Anzahl von Halbleiter  gleichrichtern     (Siliziumgleichrichter)    oder Dioden 24,  die von     becherförmigen    Metallgehäusen<B>25</B> umgeben  werden, die     gleichzeit,    als eine der     Anschlussklem-          men    der Gleichrichter dienen. Eine Seite der     Gleich-          richterzelle   <B>26</B> ist an die Innenfläche des Gehäuses  <B>25</B> angelötet.

   Der flexible Leiter ist an der andern    Seite der     Gleichrichterzelle   <B>26</B> befestigt und mit der  starren Klemme<B>28</B> verbunden, die aus dem Gehäuse  <B>25</B> herausragt, und durch die isolierende Durchfüh  rung<B>29</B> vom Gehäuse isoliert wird. Das Gehäuse<B>25</B>  ist abgedichtet und evakuiert     bzw.    mit einem trägen  Gas gefüllt.    Eine geeignete Anzahl von Gleichrichtern 24 wird  innerhalb des Gehäuses<B>23</B> durch die Leitungen<B>30</B>  miteinander verbunden. Die Gleichrichter 24 sind  im Gehäuse durch die kreisförmigen Abstandsstücke  <B>31</B> aus Isoliermaterial befestigt und gegeneinander  isoliert.

   Die kreisförmigen Abstandsstücke<B>31</B> sind  in das Gehäuse<B>23</B>     eingepasst.    Das Gehäuse<B>23</B> hat,  wie in     Fig.   <B>3</B> gezeigt, zur Aufnahme der Leitungen  <B>30</B> innere Nuten<B>32,</B> durch die gleichzeitig eine Kühl  flüssigkeit zur Abführung der Wärme aus den Gleich  richtern 24 hindurchgeleitet wird.  



  Das Gehäuse<B>23</B> wird konzentrisch von der Hohl  welle<B>3</B> umgeben und läuft mit ihr um. In der  Kappe<B>7</B> am rechten Ende der Maschine ist das fest  stehende Hohlrohr<B>33</B> befestigt, das durch den ver  jüngten Teil der Hohlwelle<B>3</B> in das     Gleichrichter-          gehäuse   <B>23</B> hineinragt. Das Gehäuse<B>23</B> ist mit sei  nem rechten Ende auf dem Rohr<B>33</B> durch das     Ver-          schlussstück    34 drehbar abgestützt. Das linke Ende  des Gehäuses<B>23</B> wird von der Stange<B>35</B> getragen,  die durch den Stift<B>36</B> am Wellenstumpf 4 befestigt  ist.

   Die Stange<B>35</B> ist mit dem Flansch<B>37</B> an dem  am weitesten links liegenden Abstandsstück<B>31</B> be  festigt, so     dass    die Gleichrichter 24 und die Abstands  stücke<B>31</B> gegen den Anschlag<B>38</B> am rechten Ende  gedrückt werden. Die Stange<B>35</B> steht also mit dem  Gehäuse<B>23</B> in Eingriff, so     dass    die     Gleichrichter-          anordnung    22 gemeinsam mit der Hohlwelle<B>3</B> um  <B>läuft.</B>  



  Die Leitungen<B>30</B> der     Gleichrichteranordnung     22 bestehen aus drei     Wechselstromzuführungsleitun-          gen    und zwei Gleichstromleitungen, wie der     Fig.    2  zu entnehmen ist. Die Leitungen<B>30</B> sind jeweils an  die fünf     Anschlussklemmen   <B>39</B> angeschlossen, die  wegen des bequemeren Zugangs im Wellenstumpf 4  am linken Ende der Maschine angebracht sind. Die  Klemmen<B>39</B> werden in der Hohlwelle<B>3</B> unter gleich  zeitiger Flüssigkeitsabdichtung befestigt, damit das  Entweichen der Kühlflüssigkeit, mit der die Hohl  welle<B>3</B> während des Betriebes gefüllt ist, verhindert  wird.

   Die     Wechselstromzuführungsleitungen    sind über  Leitungen 40 an die     Drehstromwicklung    21 ange  schlossen, während die Gleichstromleitungen in     glei-          C     eher Weise mit der     Gleichstromerregerwicklung   <B>16</B>  verbunden sind.    Zu der in den     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> gezeigten Maschine  gehört ein elektrisch getrennter Hilfsgenerator 41,  dessen mit dem Dauermagneten 42 ausgerüsteter  Läufer sich auf dem verjüngten Teil der Hohlwelle<B>3</B>  befindet. Die Ankerwicklung 43 des Hilfsgenerators  41, die auf dem Blechpaket 44 angeordnet ist, wird  vom Lagerschild 2 getragen.

   Der Hilfsgenerator 41  liefert zusammen mit dem     Gleichrichtersatz    45      Gleichstrom für Steuerzwecke; er ist vom Hauptgene  rator 12 unabhängig.  



  Die in den     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> gezeigte Maschine ist  eine flüssigkeitsgekühlte Maschine, die durch eine  durch die Hohlwelle<B>3</B> fliessende Kühlflüssigkeit,  beispielsweise<B>öl,</B> gekühlt wird. Zur Kühlung der  feststehenden Teile der Maschine ist die schrauben  förmige Kühlschlange 46 im Gehäuse<B>1</B> vorgesehen.  



  Das     Kühlöl    wird der Maschine durch den radia  len Kühlkanal 47 der Kappe<B>7</B> zugeführt und fliesst  durch das feststehende Hohlrohr<B>33</B> in das     Gleich-          richtergehäuse   <B>23,</B> wie es durch die Pfeile in     Fig.   <B>1</B>  angedeutet wird. Das     Kühlöl    fliesst also unmittelbar  über die Gleichrichter 24, so     dass    sie sehr wirksam  gekühlt werden, da das     Kühlöl    die Gleichrichter  thermisch unmittelbar berührt.

   Das Kühlöl tritt dann  am linken Ende des     Gleichrichtergehäuses   <B>23</B> in die  Hohlwelle<B>3</B> über und fliesst, da die Hohlwelle<B>3</B>  an diesem Ende durch den Wellenstumpf 4 abge  schlossen ist, auf der Aussenseite des     Gehäuws   <B>23</B>  in den ringförmigen Raum zwischen dem Gehäuse  und der Innenfläche der Hohlwelle<B>3</B> zurück, so     dass     auch die auf der Hohlwelle<B>3</B> angeordneten Teile  des Läufers wirkungsvoll gekühlt werden.

   Das     Kühlöl     entweicht schliesslich aus dem rechten offenen Ende  der Hohlwelle<B>3</B> in den Raum zwischen der Lager  bohrung und der Kappe<B>7,</B> überflutet das Lager<B>6,</B>  so     dass    dieses gleichzeitig geschmiert wird, und tritt  dann in den Kühlkanal 48 ein, der mit der schrauben  förmigen Kühlschlange 46 verbunden ist, so     dass    das       Kühlöl    durch das Gehäuse<B>1</B> fliesst und die feststehen  den Teile der Maschine kühlt. Schliesslich tritt das       Kühlöl    durch die     öffnung    49 des     Flänsches   <B>11</B> aus.  



  Die gemäss der Erfindung ausgebildete Synchron  maschine nach     Fig.   <B>1</B> bis<B>3</B> ohne Schleifringe weist  eine Reihe von Vorteilen auf. Die umlaufende     Gleich-          richteranordnung    ist innerhalb der Hohlwelle so un  tergebracht,     dass    sie wenig Platz benötigt. Die Ge  samtlänge der Maschine ist nicht grösser als eine mit  einer     Gleichstromerregermaschine    versehene normale  Maschine. Dies ist vor allem bei der Verwendung in  Luftfahrzeugen von besonderer Bedeutung.

   Weiter  hin sind auch die auf die Gleichrichter wirkenden  Fliehkräfte auf ein     Geringstmass    vermindert, da sie  sich praktisch auf der Achse der Maschine befinden,  so     dass    die Fliehkräfte auch dann recht niedrig sind,    wenn die Maschine sehr schnell läuft. Die Anordnung  der Gleichrichter innerhalb der Welle macht es auch  möglich, sie sehr wirkungsvoll zu kühlen, da das  Kühlmedium, sei es eine Flüssigkeit oder Luft, un  mittelbar die Gleichrichter bestreichen kann. Ferner  sind die Gleichrichter im Bedarfsfall leicht zugäng  lich, was bei älteren Konstruktionen, bei denen die  Gleichrichter auf einer umlaufenden Scheibe zwi  schen dem Generator und der Erregermaschine be  festigt sind, nicht der Fall ist.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Synchronmaschine ohne Schleifringre, deren auf dem Läufer befindliche Gleichstromerregerwicklung von einer umlaufenden Gleichrichteranordnung ge speist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der Maschine als Hohlwelle<B>(3)</B> ausgebildet ist, in deren Innern sich die umlaufende Gleichrichteran- ordnung (22) befindet. UNTERANSPRüCHE <B>1.</B> Synchronmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle<B>(3)</B> von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist. 2.

   Synchronmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die umlaufende Gleich- richteranordnung (22) von einem rohrförmigen Ge häuse umgeben ist, das innerhalb der Hohlwelle der Maschine mit ihr umläuft. <B>3.</B> Synchronmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass jede Gleicbrichterzelle (24) der un-daufenden Gleichrichteranordnung (22) von einem metallischen Gehäuse<B>(25)</B> umgeben ist. 4.

   Synchronmaschine nach Unteranspruch<B>1,</B> da durch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit inner halb des die umlaufende Gleichrichteranordnung (22) einschliessenden rohrfönnigen Gehäuses<B>(23)</B> in Nuten <B>(32)</B> längs der Metallgehäuse<B>(25)</B> der Gleichrichter- zellen (24) geführt ist. <B>5.</B> Synchronmaschine nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit nach dem Durchströmen des rohrförrnigen Gehäuses<B>(23)</B> in entgegengesetzter Richtung an der Aussenfläche des rohrförmigen Gehäuses<B>(23)</B> innerhalb der Hohl welle<B>(3)</B> entlang geführt ist.