DE1538985B2 - Anordnung von halbleiter-gleichrichtern auf rotierenden bauteilen elektrischer maschinen - Google Patents

Description

Für die Erregung der umlaufenden Feldwicklungen elektrischer Maschinen ist es bekannt, den erforderlichen Gleichstrom in umlaufenden, auf der Welle der Maschine angeordneten Halbleiter-Gleichrichtern zu erzeugen, um Schleifringe zu vermeiden. Zur Befestigung der Halbleiter-Gleichrichter sind im allgemeinen auf der Welle der elektrischen Maschine besondere Tragkonstruktionen vorgesehen. So sind in der deutschen Patentschrift 849 727 Halbleiter-Gleichrichteranordnungen beschrieben, bei der; plat-, tenförmige Gleichrichter zwischen zwei auf der;Welle; befestigten, parallel ausgerichteten Tragwänden angeordnet sind.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (deutsche Auslegeschrift 1 131 319) sind die Gleichrichter in kreisförmigen Aussparungen von isoliert auf der Welle befestigten, parallel ausgerichteten Trennwänden angeordnet, welche die Sammel ringe für die Gleichspannung bilden. Es handelt sich dabei um Gleichrichter, die als Ersatz eines Kommutators den von einer elektrischen Maschine abgegebenen Wechselstrom gleichrichten, wobei dann der Gleichstrom über Schleifringe abgenommen wird. Die Gehäuse der Gleichrichter sind dabei unmittelbar in kreisförmige Aussparungen in den Tragscheiben für die Schleifringe eingepreßt. Daher stehen sich die Aussparung 3d gen, in denen die Gleichrichter liegen, bei beiden Tragscheiben, von denen die eine den Sammelring für den positiven und die andere den Sammelring für den negativen Strom bildet, jeweils versetzt gegenüber. Außerdem hat man als Gleichrichter betriebsfertige Gleichrichtereinheiten mit einem Gehäuse und den entsprechenden Mitteln zur Erzeugung des kontaktdruckes verwendet. Da es sich bei dieser bekannten Anordnung nur um verhältnismäßig kleine Leistungen handelt, entstehen daher auch keine Schwierigkeiten bei der räumlichen Unterbringung dieser Gleichrichtereinheiten in der Tragkonstruktion.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Gleichrichteranordnung soll dagegen zur bürstenlosen Erregung von elektrischen Synchronmaschinen dienen, d. h. sie betrifft rotierende Anordnungen für verhältnismäßig große Leistungen. Dabei entsteht das Problem, möglichst viele Gleichrichter, d. h.

eine möglichst große Leistung, auf kleinstem Raum unterzubringen, damit einerseits die Beanspruchungen der einzelnen Gleichrichter durch die Fliehkräfte nicht unzulässig groß und andererseits die Anordnung nicht zu viel axiale Länge einnimmt. Diese Schwierigkeiten werden dadurch überwunden, daß bei einer Anordnung von Halbleiter-Gleichrichtern auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen, bei der die Gleichrichter von isoliert auf der Welle befestigten, kreisförmige Aussparungen aufweisenden, parallel ausgerichteten Tragwänden, welche die Sammelringe für die Gleichspannung bilden, getragen werden, gemäß der Erfindung — zwischen den in beiden Tragwänden einander axial gegenüberliegenden Aussparungen jeweils scheibenförmige Gleichrichter in Distanzringen aus Isolierstoff liegen, zwischen denen eine als Zuleitung für die Wechselspannung dienende Kontaktscheibe angebracht ist, auf die die Gleichrichter jeweils durch eine in die Aussparungen eingeschraubte, stromführende Druckschraube gepreßt werden. Der Raum zwischen beiden Tragwänden dient also zur Aufnahme der Gleichrichter und der die Zuleitung .der; Wechselspannung bildenden Kontakt- (( scheibe.

Je nach Bedarf liegen hinter jeder Aussparung ein '· oder mehrere scheibenförmige Gleichrichter, die mit Hilfe der die Aussparung verschließenden Elemente, nämlich von in den Rand der Aussparungen einge¹ schraubten Druckschrauben, gegen die mittlere Kontaktscheibe gepreßt werden. Dadurch wird der für die Gleichrichter erforderliche Kontaktdruck für alle hinter einer Aussparung liegenden Gleichrichter gemeinsam erzeugt. Dieser Druck kann durch Verwendung eines Drehmomentenschlüssels jederzeit wieder neu eingestellt werden.

Die Gleichrichter sind von der Außenseite der Tragwände her durch einfaches Lösen der Druckschrauben zugänglich und können herausgenommen und ausgewechselt werden, ohne daß Leitungsverbindungen oder Befestigungsteüe der Anordnung gelöst werden müssen, da die Tragwäride bzw. die in der . Mitte zwischen ihnen liegenden Kontaktscheiben jeweils die elektrischen Zuleitungen bilden. Die Form der Tragwände kann der erforderlichen Zahl der Gleichrichter entsprechend kreis- oder polygonförmig ausgebildet sein. Diese äußerst raumsparende Anordnung gestattet es, auf einfachste Weise, je nach Anforr derung der elektrischen Belastung, die Anordnung der Gleichrichter zu variieren. Es können bei Drehstrom-Brückenschaltungen die Gleichrichter so angeordnet werden, daß sie entweder hintereinander oder parallel geschaltet eingebaut sind. Der Außendurchmesser der Anordnung kann klein gehalten werden, wodurch auch die Größe der auftretenden Fliehkraftbeanspruchung entsprechend klein bleibt. .

Da die Gleichrichter und ihre Befestigungsteile zwischen den Tragwänden angeordnet sind, muß die Luft zur Kühlung der Gleichrichter in an sich bekannter Weise in den Innenraum zwischen die Tragwände ge- ^ leitet werden. Zu diesem Zweck besitzen sowohl die Tragwände als auch die Befestigungsteüe für die Gleichrichter öffnungen und Belüftungsnuten, durch deren besondere Ausbildung bei der Rotation der Gleichrichteranordnung eine erzwungene Durchzugsbelüftung entsteht, durch die die an den Kontaktstellen der Gleichrichter entstehende Wärme gut abgeführt wird.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der Zeich-

nung näher erläutert. Die F i g. 1 bis 3 zeigen den besonderen konstruktiven Aufbau einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Halbleiter-Gleichrichteranordnung. Die F i g. 4 bis 9 zeigen im Schema zwei verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Gleichrichter auf den Tragwänden entsprechend der gewünschten elektrischen Schaltung. */.

Die F i g. 1 und 2 zeigen als Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung eine Tragkonstruktion für zwölf Halbleiter-Gleichrichter, die in einer dreiphasigen Brückenschaltung mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Gleichrichtern pro Zweig angeordnet sind und zur Lieferung von Gleichstrom für die Erregung einer elektrischen Maschine dienen. Die scheibenförmig ausgebildeten Gleichrichter 1 liegen zwischen zwei dreieckförmigen Tragwänden 2 und 3. Diese Tragwände 2 und 3 sind über isolierte Schrauben 4 an einer auf der Maschinenwelle 5 sitzenden Nabe 6 befestigt, deren Außenflächen mit einer Isolierung 7 versehen sind.

In jeder der Tragwände 2 und 3 sind drei kreisförmige Aussparungen 8 vorgesehen, deren Durchmesser. größer als der maximale Durchmesser der scheibenförmig ausgebildeten Gleichrichter 1 ist. Den Rand der Aussparungen 8 bildet jeweils eine Hülse 9 mit Innengewinde, die in die Tragwände eingeschweißt ist.

Die Aussparungen 8 stehen sich in den beiden parallel verlaufenden Tragwändeh 2 und 3 jeweils genau gegenüber und zwischen ihnen ist die Kontaktplatte

10 isoliert angeordnet. Sie wird durch die Distanzringe

11 und 12 aus Isolierstoff in einem bestimmten Abstand zu den Tragwänden 2 und 3 gehalten. Außerdem dienen sie zur Führung der Gleichrichter und ihr innerer Durchmesser entspricht dem maximalen äußeren Durchmesser der scheibenförmigen Gleichrichter 1. Diese liegen also in dem hinter den Aussparungen 8 befindlichen freien Innenraum der Distanzringe 11, 12.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 2 liegen jeweils auf jeder Seite der Kontaktplatte zwei durch die Zwischenscheiben 14 in Reihe geschaltete, scheibenförmige Gleichrichter 1. Die Kontaktplatte 10 besitzt auf jeder Außenseite Ansätze 15, welche an den Kontaktflächen der Gleichrichter 1 anliegen und zur Herstellung eines einwandfreien Kontaktes mit einem besonders guten Kontaktmaterial, wie z.B. Silber, versehen sind. In die den Rand der Aussparungen 8 bildenden Hülse 9 sind Druckschrauben 16 eingeschraubt, welche die Gleichrichter 1 gegen die Kontaktplatte 10 drücken. Die Druckschrauben 16 besitzen dazu einen Ansatz 17, der den Kontakt zu den Gleichrichtern 1 herstellt und ebenfalls an seiner Kontaktfläche versilbert ist. Ferner haben die Druckschrauben 16 auf ihrer Außenfläche einen Ansatz 18 in Form eines Sechskants, durch den sie auf einfache Weise mit einem Schlüssel in die Hülse 9 eingeschraubt werden.

Die beiden Tragwände 2 und 3 sind gegeneinander durch in Isolierhülsen 19 liegende Bolzen 20 verspannt. Diese Bolzen halten auch gleichzeitig die Distanzringe 11, 12 und die Kontaktplatte 10, die untereinander noch durch Vorsprünge geführt sind.

Zum Auswechseln der Gleichrichter braucht die Verspannung der Tragwände und die Befestigung der Distanzringe und der Kontaktplatte nicht verändert zu werden. Es werden lediglich die Druckschrauben 16 herausgeschraubt und die Gleichrichter 1 sind leicht zugänglich.

Die Tragwände 2 und 3 dienen als Sammelringe für den Gleichstrom. Auf jeder Tragwand ist eine Ableitung 21 bzw. 22 für den Gleichstrom vorgesehen. Damit beide Ableitungen 21, 22 auf der gleichen

ίο Außenseite der Halbleiter-Gleichrichteranordnung liegen, ist die eine Ableitung 21 isoliert durch die Tragwand 2 hindurchgeführt. Als Zuleitung für den Wechselstrom dienen jeweils die Kontaktplatten 10. Der Wechselstrom wird ihnen über die Anschlüsse 23, 24, 25 zugeführt, die isoliert auf den Tragwänden 2 und 3 abgestützt sind.

Damit die an den Kontaktflächen der Gleichrichter 1 entstehende Wärme wirksam abgeführt werden kann, sind in den Tragwänden öffnungen 26 und in den Druckschrauben öffnungen 27 vorgesehen. Ferner befinden sich in den Distanzringen 11, 12 auf der der Kontaktplatte 10 zugewandten Seite kreuzförmig angeordnete Nuten 28. Dadurch wird bei Rotation der Anordnung die Außenluft durch die öffnungen 26,27 in den Raum zwischen die Tragwände 2, 3 gesaugt und durch die Nuten 28 radial nach außen geleitet, so daß die Gleichrichter 1 in einem erzwungenen, ständigen Luftstrom liegen. Die räumliche Anordnung der einzelnen Öffnungen und mithin der dadurch entstehenden Luftkanäle ist insbesondere aus Fig.3, bei der ein Ausführungsbeispiel mit nur einem Gleichrichter 1 pro Zweig der Brückenschaltung dargestellt ist, deutlich zu ersehen.
Der prinzipielle Aufbau der Halbleiter-Gleichrichteranordnung gemäß der Erfindung kann entsprechend der verwendeten elektrischen Schaltung der Gleichrichter abgewandelt werden. Fig. 4, 5 und 6 zeigen im Schema die Anordnung für eine dreiphasige Brückenschaltung mit je einem Gleichrichter pro Zweig, bei der die Tragwände 2, 3 dreieckförmig ausgebildet sind und hinter jeder der drei vorgesehenen Aussparungen 8 liegt ein Gleichrichter 1 vor der mittleren Kontaktplatte 10. Sollen größere Spannungen erzielt werden, so kann man in jedem Zweig der Brücke zwei oder mehrere Gleichrichter hintereinanderschalten. Auch Parallelschaltungen von Brückenzweigen sind bei Gleichrichteranordnungen gemäß der Erfindung möglich, wobei in jedem Zweig nach Bedarf ein oder mehrere Gleichrichter in Reihe liegen.

So zeigen die Figuren 7, 8, 9 im Schema eine dreiphasige Brückenschaltung, bei der jeweils zwei Zweige mit zwei in Reihe liegenden Gleichrichtern parallel geschaltet sind. Für diese Anordnung empfiehlt sich eine kreisförmige Ausbildung der Tragwände 2, 3. Jede Tragwand 2, 3 hat dann sechs Aussparungen 8, hinter denen jeweils zwei in Reihe geschaltete Gleichrichter 1 vor der mittleren Kontaktplatte 10 liegen, der konstruktive Aufbau dieser Anordnung ist übereinstimmend mit den bisher beschriebenen Anordnungen, da die Parallelschaltungen der Wechselstromanschlüsse außerhalb der Halbleiter-Gleichrichteranordnung vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentanspruch:

Anordnung von Halbleiter-Gleichrichtern,auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen, bei 5 der die Gleichrichter von isoliert auf der Welle befestigten, kreisförmige Aussparungen aufweisenden, parallel ausgerichteten Trafwänden, welche die Sammelringe für die Gleichspannung bilden, getragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in beiden Tragwänden (2, 3) einander axial gegenüberliegenden Aussparungen (8) jeweils scheibenförmige Gleichrichter (1) in Distanzringen (11, 12) aus Isolierstoff liegen, zwischen denen eine als Zuleitung für die Wechselspannung dienende Kontaktscheibe (10) angebracht ist, auf die die Gleichrichter jeweils.durch eine in die Aussparungen eingeschraubte, strömführende Druckschraube gepreßt werden. ■ '\