Anordnung von Halbleiter-Gleichrichtern in der hohlen Rotorwelle einer
bürstenlosen Synchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung der Halbleiter-Gleichrichter
in bürstenlosen Synchronmaschinen, die über mitrotierende Gleichrichteranordnungen
erregt sind. Will man den gleichstromerregten Rotoren derartiger elektrischer Maschinen
die Erregerleistung ohne Verwendung von Schleifringen und Bürsten zuführen, so verwendet
man bekanntlich die Halbleitergleichrichter, die mit dem Rotor mit umlaufen und
an oder in ihm befestigt sind. Es ist bekannt, daß diese Gleichrichterelemente gegen
mechanische Beanspruchungen empfindlich sind, weshalb verschiedene Bauarten veröffentlicht
wurden, die eine entsprechend günstige Anordnung der Gleichrichterelemente zeigen.Arrangement of semiconductor rectifiers in the hollow rotor shaft of a
brushless synchronous machine The invention relates to the arrangement of the semiconductor rectifiers
in brushless synchronous machines that use co-rotating rectifier arrangements
are excited. If you want the DC-excited rotors of such electrical machines
supply the excitation power without the use of slip rings and brushes, so used
you know the semiconductor rectifier, which rotate with the rotor and
are attached to or in it. It is known that these rectifier elements oppose
mechanical stresses are sensitive, which is why different types are published
which show a correspondingly favorable arrangement of the rectifier elements.
So ist z. B. bekannt, die einzelnen Gleichrichter auf einem ringförmigen
Tragkörper so zu befestigen, daß ihre Mittelachse in radialer Richtung und die wirksamen
Hableiterschichten senkrecht dazu, also tangential, stehen. Diese Anordnung hat
aber den Nachteil, daß die auftretenden Fliehkräfte den Kontaktdruck je nach der
Stellung der Elemente vergrößern oder verkleinern können. Dies ist um so mehr der
Fall, je näher die Gleichrichterelemente an der Peripherie angebracht sind. Es ist
ferner bekannt, die Gleichrichterelemente in der hohlen Rotorwelle einer Synchronmaschine
unterzubringen. Eine andere bekannte Wellenanordnung zeigt einen die Gleichrichterelemente
enthaltenden hohlzylindrischen Teil mit erweitertem, größerem Durchmesser, an den
beidseitig die Wellenstümpfe mit dem üblichen Wellendurchmesser angeflanscht sind.
Bei einer Reparatur an den Gleichrichtern werden diese Flanschverbindungen gelöst.
Diese Ausführung ist bei einem kleineren Generator, beispielsweise bei einem Bordnetzgenerator
für Flugzeuge, möglich. Eine Anwendung bei Großmaschinen ist jedoch ausgeschlossen.
Bei anderen be, kannten Anordnungen sind die Gleichrichterelemente in ein rohrförmiges
Gehäuse eingesetzt, das sich in der hohlgebohrten Welle des Generators befindet.
Dabei sind die Wandungen des rohrförmigen Gehäuses so aus einzelnen, gegeneinander
isolierten, in Achsrichtung liegenden Segmentbahnen aufgebaut, daß diese Segmentbahnen
aus Leitermaterial gleichzeitig als Stromzu- und -ableitungen dienen. Dieser sehr
komplizierte Aufbau wird dann mit einer Anzahl von aufgesetzten oder aufgeschrumpfen
Ringen zusammengehalten. Nachteilig ist dabei einmal die Herstellung dieses komplizierten
Körpers, und zum anderen sind eine einfache Inspektion oder das Auswechseln eines
einzelnen Elementes sehr schwierig und zeitraubend. Der ganze: Körper muß dabei
über seine ganze Länge au.seinandergenommen werden. Wenn dieser vorbekannte Segmentkörper
mit rohrförmigem Aufbau noch, wie es auch bekannt ist, von einer Isolierstoffbuchse
aus Gießharz umkleidet ist, sind einfache überwachungsa;rbeiten an den Gleichrichtern
ohne wesentlichen Aufwand unmöglich. Alle diese vorbekannten rohrförmigen Gehäuse
für die Gleichrichterelemente haben weiterhin den Nachteil, d'aß sie in voller Länge
in: die hohle Maschinenwelle eingeführt werden müssen. Das bedingt bei größeren
Maschinen, daß rein baulich in Richtung der Maschinenachse ein solcher Raum, etwa
nochmals von der Länge der Maschinenwelle, zur Verfügung stehen muß.So is z. B. known, the individual rectifiers on an annular
To fasten the support body so that its central axis in the radial direction and the effective
Semiconductor layers are perpendicular to it, i.e. tangential. This arrangement has
but the disadvantage that the centrifugal forces that occur, the contact pressure depending on the
Can increase or decrease the position of the elements. This is all the more so
Case, the closer the rectifier elements are attached to the periphery. It is
also known, the rectifier elements in the hollow rotor shaft of a synchronous machine
accommodate. Another known shaft arrangement shows the rectifier elements
containing hollow cylindrical part with enlarged, larger diameter to the
the stub shafts with the usual shaft diameter are flanged on both sides.
These flange connections are loosened when the rectifiers are repaired.
This design is for a smaller generator, for example an on-board power supply generator
for aircraft, possible. However, it cannot be used in large machines.
In other known arrangements, the rectifying elements are in a tubular shape
Housing used, which is located in the hollow shaft of the generator.
The walls of the tubular housing are made up of individual elements against one another
isolated, axially lying segment tracks built that these segment tracks
made of conductor material serve as power supply and drainage at the same time. This very one
Complicated construction is then made with a number of attached or shrunk
Rings held together. One disadvantage is the production of this complicated one
Body, and on the other hand are a simple inspection or replacement of one
single element very difficult and time consuming. The whole: body must be there
be taken apart over its entire length. If this previously known segment body
with a tubular structure, as is also known, from an insulating material bushing
is encased in cast resin, simple monitoring work is required on the rectifiers
impossible without substantial effort. All of these prior art tubular housings
for the rectifier elements still have the disadvantage that they are in full length
in: the hollow machine shaft must be inserted. This requires larger ones
Machines that purely structurally in the direction of the machine axis such a space, for example
again of the length of the machine shaft, must be available.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung von Halbleitergleichrichtern
im Rotor einer bürstenlosen Synchronmaschine, die mit einer Wechselstromerregermaschine
auf gleicher Welle angeordnet ist und bei der die Gleichrichterelemente in einem
in der hohlen Rotorwelle befestigten rohrförmigen Gehäuse eingebaut sind, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß in dem axial in die einstöckig aufgebaute Hohlwelle einschiebbaren,
oder aus ihr herausziehbaren, axial zu zwei Halbrohren geteilten rohrförmigen Gehäuse
die Gleichrichterelemente in fertig ausgeführter Schaltung zusammen mit gegebenenfalls
verwendeten Sicherungs- und Überwachungselementen in Form von Baueinheiten angeordnet
sind, wobei bedarfsweise das rohrförmige Gehäuse entsprechend der räumlichen Aufteilung
der Baueinheiten in mehrere Längen radial geteilt ist.The invention relates to an arrangement of semiconductor rectifiers
in the rotor of a brushless synchronous machine with an alternating current exciter
is arranged on the same shaft and in which the rectifier elements in one
in the hollow rotor shaft fastened tubular housing are built, which thereby
is characterized in that in the axially insertable into the one-piece hollow shaft,
or tubular housing that can be pulled out of it and is axially divided into two half-tubes
the rectifier elements in a completed circuit together with, if necessary
used security and monitoring elements arranged in the form of structural units
are, if necessary, the tubular housing according to the spatial division
the structural units is divided radially into several lengths.
Mit dem Gegenstand der Erfindung werden die eingangs genannten Nachteile
vermieden. Das rohrförmige Gehäuse ist gemäß der Erfindung axial zu zwei Halbrohren
geteilt. Hierdurch läßt sich das rohrförurige
Gehäuse öffnen, und
es. ist an jeder Stelle leicht eine Inspektion oder eine Reparatur auszuführen.
Auch die bauliche Herstellung des Gehäuses und die Schaltung der elektrischen Elemente
sind wesentlich vereinfacht, so d'aß leicht nach ihren Funktionen zusammengehörige
Bauteügruppen gebildetwerdenkönnen. Diese Bauteilgruppen sind dann: in axialer Richtung
der Maschine aneinandergesetzt. Daraus. ergibt sich auch, daß bedarfsweise das rohrförmige
Gehäuse in der Ausführung gemäß der Erfindung in einer Weiterbildung des Gegenstandes
der Erfindung in mehrere Längen sinngemäß zu den Schaltungsbaueinheiten radial geteilt
-werden kann. Das erleichtert einmal den Aus- und Einbau in die hohle Maschinenwelle,
und zum anderen ist eine einfache Auswechslung eines einzelnen Bauteiles ermöglicht.With the subject matter of the invention, the disadvantages mentioned at the outset are eliminated
avoided. According to the invention, the tubular housing is axial to two half-tubes
divided. This allows the tubular
Open the housing, and
it. an inspection or repair is easy to carry out at any point.
Also the construction of the housing and the switching of the electrical elements
are essentially simplified so that they easily belong together according to their functions
Component groups can be formed. These component groups are then: In the axial direction
the machine attached to each other. From it. it also follows that, if necessary, the tubular
Housing in the embodiment according to the invention in a further development of the object
of the invention divided radially into several lengths in accordance with the circuit units
-can be. This makes it easier to remove and install in the hollow machine shaft,
and on the other hand, a simple replacement of a single component is made possible.
Die Gleichriehterelemente sind auf einem kleinen Radius in der hohlen
Maschinenwelle untergebracht. Das rohrförmige., gemäß der Erfindung zu zwei Halbrohren
teilbare Gehäuse, das in die hohlgebohrte Welle des Rotors oder in den hohlen Rotorkörper
axial eingeschoben und ebenso wieder ausgebaut werden kann, enthält alle benötigten
Gleichrichterelemente zusammen mit gegebenenfalls zu verwendenden Sicherungs- und.
Überwachungselementen. Es ist sinngemäß fertig geschaltet, so d'aß sich an einem
Ende des rohrförmigen. Gehäuses die Wechselstromanschlüsse, am anderen Ende die
Gleichstromanschlüsse befinden. Vorteilhaft werden dabei die Gleichrichterelemente
in an sich bekannter Weise so in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet, daß ihre Achse
mit der Maschinenachse und damit mit der Rotationsachse zusammenfällt. Es stehen
dann. die wirksamen Halbleiterschichten senkrecht zu dieser Achse, und Fliehkräfte
können keinen Einfluß auf den Kontaktdruck ausüben. Auch .stoßartige Beanspruchungen
jeder Art werden bei dieser Anordnung wirksam. Die Gleichrichterelemente werden
wärmeleitend mit Kühlkörpern verbunden; die ebenfalls zentrisch symmetrisch ausgebildet
sind und im wesentlichen radial stehende Kühlrippen besitzen. Um diese Kühlrippen
voll wirksam werden zu lassen, kann in bekannter Weise ein Kühlgas, z. B. Kühlluft,
in ausreichender Menge und mit entsprechendem Druck durch das ganze rohrförmige
Gehäuse geblasen , werden.The aligned elements are on a small radius in the hollow
Machine shaft housed. The tubular. According to the invention, two half-tubes
divisible housing, which is in the hollow bored shaft of the rotor or in the hollow rotor body
can be inserted axially and also removed again, contains all the necessary
Rectifier elements together with any fuse and.
Monitoring elements. It is essentially ready, so there is one
End of the tubular. The housing, the AC connections, at the other end the
DC connections are located. The rectifier elements are advantageous here
arranged in a manner known per se in the tubular housing that its axis
coincides with the machine axis and thus with the axis of rotation. There are
then. the effective semiconductor layers perpendicular to this axis, and centrifugal forces
cannot influence the contact pressure. Also. Shock loads
of any kind are effective in this arrangement. The rectifier elements are
thermally connected to heat sinks; which are also centrally symmetrical
are and have substantially radially standing cooling fins. Around these cooling fins
to be fully effective, a cooling gas such. B. cooling air,
in sufficient quantity and with appropriate pressure through the whole tubular
Housing blown.
Die Figuren erläutern den Gegenstand der Erfindung.The figures explain the subject matter of the invention.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des Gegenstandes der Erfindung; Fig. 2 und
3 zeigen Einzelheiten der Anordnung nach Fig. 1.Fig. 1 shows the structure of the subject matter of the invention; Fig. 2 and
3 show details of the arrangement according to FIG.
Fig. 1 zeigt eine hohlgebohrte Welle 1, auf der zwischen zwei Lagern
2 der Rotor einer Synchronmaschine 3 mit der Erregerwicklung 4 sitzt. Am Ende der
Welle 1 ist der Rotor einer Wechselstromerregermaschine 5 aufgesetzt, aus dessen
Wicklung drei Phasenstränge 6 in das Innere der Welle führen. Sie münden in einem
rohrförmigen Gehäuse 7, in welchem gemäß der Erfindung die notwendigen Gleichrichterelemente,
Sicherungs@ und überwachungselemente eingebaut sind. Dien Gleichstromleitungen B
führen aus dem rohrförmigen Gehäuse und durch einen Wellendurchbruch in die Erregerwicklung
4.Fig. 1 shows a hollow shaft 1 on which between two bearings
2 the rotor of a synchronous machine 3 with the excitation winding 4 is seated. At the end of
Shaft 1, the rotor of an alternating current exciter 5 is placed, from which
Lead winding three phase strands 6 into the interior of the shaft. They flow into one
tubular housing 7, in which, according to the invention, the necessary rectifier elements,
Fuse @ and monitoring elements are installed. Dien direct current lines B
lead out of the tubular housing and through a shaft opening into the excitation winding
4th
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein gemäß der Erfindung axial (bei 16) und
radial (bei 16) geteiltes rohrförmiges Gehäuse 12, indem die Gleichrichterelemente
9 mit den Kühlelementen 10, 11 mittengleich und so eingesetzt sind, daß die wirksamen
Halbleiterschichten senkrecht zur Rotationsachse 13 stehen. In der Fig.3 sind außer
den Gleichrichterelementen und Kühlkörpern 9, 10 und 11 noch Schaltschienen 14 zu
erkennen. Eine Luftzuführung 15 lenkt einen Kühlgasstrom in an sich bekannter Weise
so durch das rohrförmige Gehäuse, daß die Kühlkörper 10 mit den Kühlrippen 11 wirksam
vom Kühlgasstrom getroffen werden.2 and 3 show a according to the invention axially (at 16) and
radially (at 16) split tubular housing 12, in which the rectifier elements
9 with the cooling elements 10, 11 are in the middle and inserted so that the effective
Semiconductor layers are perpendicular to the axis of rotation 13. In Fig.3 are except
the rectifier elements and heat sinks 9, 10 and 11 still shift rails 14 to
recognize. An air supply 15 directs a flow of cooling gas in a manner known per se
so through the tubular housing that the heat sink 10 with the cooling fins 11 effective
be hit by the cooling gas flow.