DE1134453B

DE1134453B - Luefterantrieb fuer Gleichstrommaschinen durch eine kollektorlose Drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE1134453B
Application number: DES69437A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Rosenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-07-16
Filing date: 1960-07-16
Publication date: 1962-08-09

Description

Lüfterantrieb für Gleichstrommaschinen durch eine kollektorlose Iarehfeldmaschine Bei langsamlaufenden Gleichstrommaschinen ergibt die Eigenbelüftung durch einen mit dem Läufer starr verbundenen Lüfter insofern Schwierigkeiten, als ein solcher Lüfter entweder viel Platz beansprucht, um die nötige. Luftmenge fördern zu können, oder hierfür überhaupt nicht ausgelegt werden kann. Ist dies der Fall, so ist ein gesondert angetriebener Lüfter anzuordnen, wobei es naheliegt, ihn mit einem Gleichstrommotor, der mit der zu belüftenden Maschine zusammengeschaltet ist, zu betreiben. Ein solcher Antrieb bedingt jedoch einen Kollektormotor mit dessen bekannten Nachteilen hinsichtlich Preis, Größe und Wartungsbedarf. Steht in der Nähe der Gleichstrommaschine ein Drehstromanschluß zur Verfügung, so sind diese Nachteile wohl durch Lüfterantrieb mit einem Drehstrommotor vermeidbar, jedoch werden dadurch zusätzliche Stromkreise, also mehr Leitungsaufwand und ein verwickelterer Aufbau der Anlage bedingt.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, für den Lüfterantrieb einer Gleichstrommaschine einen Induktionsmotor zu verwenden, dem der Strom aus der Gleichstromaia'natur zugeführt wird, Dabei ist es aber notwendig, die Gleichstrommaschine mit gesonderten Schleifringen zu versehen.
Die Erfindung geht zur Vermeidung aller vorgenannten Nachteile von einem Lüfterantrieb für Gleichstrommaschinen aus, der durch eine kollektorlose, vorzugsweise mehrphasig und wenigstens näherungsweise synchron arbeitende Drehfeldmaschine erfolgt, die über Anzapfungen der Ankerwicklung der zu belüftenden Maschine gespeist ist. Erfindungsgemäß ist nun der gespeiste Teil des Lüftermotors mit dem Anker der zu belüftenden Maschine mechanisch starr und mit dessen Wicklung elektrisch ohne Schleifringe verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, wobei Fig. 1 ein Schaltungsbeispiel des Prinzips zeigt, während Fig. z und ä eine Ausführungsform im Längs-und Querschnitt darstellen.
Wie aus Fig, 1 ersichtlich, ist die Ankerwicklung der zu belüftenden Gleichstrommaschine GM (hier eine Nebenschlußmaschine; an sich ist die Art der Gleichstrommaschine ohne Belang) mit Anzapfungen versehen, die eine mehrphasige Wechselspannung abgeben, deren Frequenz der Drehzahl der GM verhältnisgleich ist. Der Lüftermotor LM wird mit dieser Mehrphasenspannung gespeist und betreibt daher den Lüfter mit einer Drehzahl, die praktisch verhältnisgleich der der Gleichstrommaschine GM ist. Der Lüftermotor kann in an sich bekannter Weise mit anderer Polzahl ausgebildet sein als die zu belüftende Maschine, wodurch sich ein entsprechendes Drehzahlübersetzungsve:rhältnis zwischen GM und LM ergibt. Im allgemeinen wird der Lüftermotor mit weniger Polen versehen und dadurch schnelläufiger als die zu belüftende Maschine, wie es das wichtigste Anwendungsgebiet der Erfindung, nämlich die Belüftung von Langsamläufern, erfordert. Durch Vermehrung der Lüftermotorpolzahl gegenüber der Polzahl der Gleichstrommaschine kann der umgekehrte Effekt, d. h. Verringerung der Lüfterdrehzahl, erzielt werden, wie es unter Umständen, z. B. zur Belüftung extrem schnelläufiger Maschinen, vorteilhaft ist.
Die Lüfterdrehzahl setzt sich aus den Drehzahlen von Lüftermotor und zu belüftender Maschine nach der leicht herzuleitenden Formel zusammen. Dabei bedeutet: nL = Drehzahl des Lüfters, Drehzahl der Gleichstrommaschine, pL = Polpaarzahl des Lüftermotors, PG = Polpaarzahl der Gleichstrommaschine. Das Pluszeichen in vorstehender Formel gilt für den Fall, daß der Lüftermotor an die Anzapfungen der Ankerwicklung in an sich bekannter Weise mit Umkehrung der Phasenfolge angeschlossen ist. Es ergibt sich dann schon bei Polzahlgleichheit beider Maschinen ein Übersetzungsverhältnis hL : nG = 2 : 1. Bei gleichbleibender Phasenfolge, d. h. Gültigkeit des Minuszeichens in obiger Formel, muß wohl pL =# PC, sein, jedoch kann mit pL < pc, der Vorteil erzielt werden, daß sich Maschine und Lüfter gegensinnig drehen, was durch erhöhte Turbulenz die Wärmeabfuhr verbessert.
Zur Vermeidung von Schlupfverlusten kommen als Lüftermotor in erster Linie synchrone Maschinen in Betracht, insbesondere Reluktanzmotoren, ferner solche mit einem, vorzugsweise von permanenten Magneten erzeugten Gleichfeld sowie Hysteresemaschinen. Es kann jedoch auch eine asynchrone Induktionsmaschine zum Antrieb verwendet werden, deren von Haus aus kleiner Schlupf fallweise durch ein zusätzliches Hysteresemoment noch verringert werden kann.
In Fig. 2 und 3 ist die Gleichstrommaschine hinsichtlich ihrer Hauptteile, des Jochs 1, der Lagerschilder 2 und 3, der Pole 4 mit deren Wicklungen 5, des Ankers 6 mit Ankerwicklung 7 und Kollektor 8 sowie der kollektorseitigen Druckplatte und Wickelkopfstütze 9, in einer üblichen Weise ausgebildet. Der zylindrische Flansch der antriebsseitigen Druckplatte 10 ist über die von ihm abgestützten Wickelköpfe hinaus verlängert und trägt innen ein Blechpaket 11 mit einer mehrphasigen Wicklung 12 des Lüftermotors. Diese Wicklung ist über die nur schematisch eingezeichneten Leitungen 13 mit festen Anzapfungen der sie speisenden Ankerwicklung 7 verbunden. Der Sekundärteil des Lüftermotors ist durch eine eiserne Lüfternabe 15 gebildet, die mittels Wälzlagern 16 und 17 auf der Welle 18 gelagert ist. Diese Nabe ist, wie ihr Querschnitt in Fig. 3 zeigt, an ihrem Umfang mit vier gleichmäßig verteilten Zähnen versehen und bildet dadurch einen vierpoligen Reluktanzläufer. Angenommen, die Gleichstrommaschine besitze acht Pole und werde mit 400 U/min betrieben, dann ergibt sich bei Speisung der Wicklung 12 mit umgekehrter Phasenfolge eine Lüfterdrehzahl von etwa 1200 U/min. Ein zweipoliger Lüftermotor würde unter den gleichen Umständen den Lüfter mit rund 2000 U/min antreiben. Dieser auf der Nabe 15 befestigte Lüfter 14 kann gemäß seiner bedeutenden Drehzahl als Drucklüfter arbeiten, der die Maschine von der Antriebsseite aus axial mit Kühlluft beaufschlagt, wodurch die Ablagerung von Kohlebürstenstaub im Innern der Maschine mit , Sicherheit vermieden wird. Die in Fig. 2 durch Pfeile angedeutete Luftströmung nimmt teilweise ihren Weg durch die Pollücken der Lüftemabe 15 sowie Kühlluftkanäle im Anker 6 und Kollektor 8, wodurch eine ausreichende Belüftung dieser Teile erzielt ist.
Wird die Gleichstrommaschine nur in einer Drehrichtung betrieben und ist - wie im Ausführungsbeispiel - für den Lüfter der gleiche Drehsinn bei höherer Drehzahl vorgesehen, so kann, wie dies an sich bei Lüfterantrieben bekannt ist, durch Anordnung einer Kupplung, wie etwa einer überholungskupplung, zwischen Maschinenwelle und Lüfter erreicht werden, daß bei gestörtem Lüftermotor der Lüfter nicht stehenbleibt, sondern wenigstens mit der Maschinendrehzahl betrieben wird. Für einen einphasig ohne Hilfsphase betriebenen Lüftermotor liefert eine solche überholungskupplung außerdem die erforderliche Anlaufhilfe. Der letztgenannte Effekt kann, und zwar unabhängig vom absoluten und relativen Drehsinn von Maschine und Lüfter, auch durch eine Fliehkraftkupplung, vorzugsweise Reibungskupplung, die sich während des Anlaufes bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl selbsttätig löst, erzielt werden. Da es sich hier nur um kleine zu übertragende Drehmomente handelt, genügt für die Fhehkraftkupplung eine einfache und billige Ausführung, z. B. mit radial arbeitenden vorgespannten Blattfedern, die an einem der zu kuppelnden Teile befestigt und im Ruhezustand mit dem anderen Teil kraftschlüssig verbunden sind und sich im Lauf durch Fliehkraftwirkung von ihm abheben. Wird die Fliehkraftkupplung mit einer z. B. elektromagnetisch wirkenden Lösungssperre versehen, die bei Stromausfall am Lüftermotor wirksam ist, so daß bei genannter Störung Lüfter und Maschine drehzahlunabhängig gekuppelt bleiben, so ergibt sich wieder eine Sicherheit bei Ausfall des elektrischen Lüfterantriebs.
Die Lagerung des Lüfters auf der Maschinenwelle kann, insbesondere im Hinblick auf die meist geringe Lagerbeanspruchung, oft mit selbstschmierenden Lagern erfolgen, womit eine Wartung des Lüfterantriebes entfällt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Lüfterantrieb für Gleichstrommaschinen durch eine kollektorlose, vorzugsweise mehrphasig und wenigstens näherungsweise synchron arbeitende Drehfeldmaschine, die über Anzapfungen der Ankerwicklung der zu belüftenden Maschine gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeiste Teil (11) des Lüftermotors mit dem Anker (6) der zu belüftenden Maschine mechanisch starr und mit dessen Wicklung (7) elektrisch ohne Schleifringe verbunden ist.
2. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor in an sich bekannter Weise mit anderer, insbesondere kleinerer Pohlzahl ausgeführt ist als die zu belüftende Gleichstrommaschine.
3. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor an die Anzapfungen der Ankerwicklung in an sich bekannter Weise mit Umkehrung der Phasenfolge angeschlossen ist.
4. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor als Reluktanzmaschine ausgebildet ist.
5. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor als Synchronmaschine ausgebildet ist, die mit einem vorzugsweise von permanenten Magneten erzeugten Gleichfeld arbeitet.
6. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentbildung des Lüftermotors zumindest teilweise durch magnetische Hysterese erfolgt.
7. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor in an sich bekannter Weise als Induktionsmaschine ausgebildet ist. B.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Lüfters, vorzugsweise dessen Nabe (15), als aktiver, insbesondere als nicht elektrisch gespeister Teil des Lüftermotors. ausgebildet ist.
9. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zu belüftenden Maschine und dem Lüfter eine überholungskupplung vorgesehen ist.
10. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zu belüftenden Maschine und dem Lüfter eine von einer bestimmten Drehzahl aufwärts gelöste Fliehkraftkupplung, vorzugsweise Reibungskupplung, vorgesehen ist.
11. Lüfterantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftkupplung mit einer Lösungssperre versehen ist, die durch den Strom des Lüftermotors aufgehoben ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 259 034, 539 281, 551444, 704 030; schweizerische Patentschrift Nr. 146 670.