DE1817078C - Anordnung von rotierenden Gleich richtern zur schleifringlosen Erregung elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

ten Sammelringen verbunden sind. Gemäß der Erfindung sind bei einer solchen Anordnung die Baueinheiten mit plattenförmigen Gleichrichtern, die mit ihrer Mittelachse parallel zur Maschinenachse angeordnet sind, in über die gesamte Breite eines scheibenförmigen Tragkörper reichende nutenähnliche Aussparungen dieses scheibenförmigen Tragkörpers eingelegt und die auf beiden Seiten des Tragkörpers liegenden Sammelringe haben einen axialen Abstand voneinander, der größer als das jeweils maximale Maß des an ihnen vorbei in radialer Richtung heraushebbaren Teiles der Baueinheiten in axialer Richtung ist.

Die Baueinheiten liegen also in radial nach außen offenen Aussparungen des Tragkörpers und sind somit leicht zugänglich". Sie werden in radialer Richtung ein- und ausgebaut, da sie durch in Umfangsrichtung neben den Baueinheiten liegende, radial gerichtete Bolzen am Tragkörper befestigt sind. Daher kann die axiale Baulange der Anordnung klein gehalten werden. Der Ein- und Ausbau ist außerdem nicht durch die mit den Anschlüssen der Gleichrichter zu verbindenden Sammelringe auf beiden ■ iten des Tragkörpers behindert, da deren Abstand ' leinander größer als die jeweils maximale Breite (L-s an ihnen vorbei in radialer Richtung heraushcbb.ircn Teiles der Baueinheiten ist. Für das Auswechseln der Baueinheiten sind also jeweils nur der Anschluß der Gleichrichter an den Sammelringen urd die radial gerichteten Bolzen zu lösen.

Trotz des in radialer Richtung erfolgenden Ausbaues der Baueinheiten können aber die plattenförmigen Gleichrichter mit ihrer Mittelachse parallel zur Maschinenachse angeordnet sein, was einen Ausbau in axialer Richtung aus der Baueinheit zur Folge hat, der jedoch erst nach dem radialen Entfernen der Baueinheit von dem Tragkörper erfolgt. Diese radiale Ausrichtung der Gleichrichterplatten ist für die Fliehkraftbeanspruchung am günstigsten. Plattenförmige Gleichrichterelemente haben auch den Vorteil, daß sie wesentlich weniger wiegen als zylindrische Gleichrichter gleicher Leistung, so daß die bei Betrieb der elektrischen Maschine entstehenden Fliehkraftbeanspruchungen nicht zu groß werden. Diese werden außerdem von den radial gerichteten, allein nur Befestigung der Baueinheiten dienenden Bolzen in einfacher Weise aufgenommen.

Da die Baueinheiten in den Aussparungen des Tragkörpers isoliert eingesetzt sind, ist man weiterhin völlig unabhängig in der Wahl der elektrischen Schaltung der Baueinheiten untereinander.

Es ist zweckmäßig, daß die Baueinheiten mittig einen Isolierring tragen, der einerseits auf den Rändern der Aussparung des Tragkörpers liegt und andererseits von einem Klemmbügel umgeben ist, der über die radial gerichteten Bolzen mit dem Tragkörper verbunden ist. Durch diese Klemmverbindung wird der für die Baueinheiten benötigte Platz nicht eingeengt.

Mit Vorteil ist für die Baueinheiten der zur Abführung der Betriebswärme aus dem Gleichrichter erforderliche metallische Kühlkörper, der, ein- oder mehrteilig ausgefülivt, den bzw. die Gleichrichter umgibt, als mechanisch tragendes Bauteil ausgebildet. Der Kühlkörper enthält in seinem Innern der Form der Gleichrichter abgepaßte Aussparungen, in der diese unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder zur Erzeugung des notwendigen Kontaktdruckes eingesetzt sind. Die elektrischen Anschlüsse für die Gleichrichter sind je nach Bedarf, bedingt durch ihre Schaltung bzw. durch ihre Ausführung als gesteuerte oder ungesteuerte Gleichrichter, isoliert nach außen

geführt oder der Kühlkörper selbst kann auch als Anschluß dienen.

Man kann auch Schutz- und Steuerschaltungen für die Gleichrichter zu einer zusätzlichen Baueinheit zusammenfassen, die den Baueinheiten mit Gleichrichtern in äußerer Form und Gewicht nahekommt und die in Aussparungen des Tragkörpers eingesetzt wird, die nicht von Baueinheiten mit Gleichrichtern besetzt sind. Dadurch erhält man den Vorteil, daß auch diese Schutz- und Steuerschaltungen leicht zugänglich sind und durch die gleichmäßige Verteilung sämtlicher Baueinheiten die Anordnung leicht ausgewuchtet werden kann.

Da bestimmte Erregerschaltu'-gen verhältnismäßig viel gesteuerte und ungesteuei"; Gleichrichter er-

fordern können, kann der Fall eintreten, daß bei der Anordnung samtlicher Baueinheiten längs eines Umfangs des Tragkörpers dieser einen zu großen Durchmesser erhalten müßte, so daß die dann auftretenden Flichkraftbeanspruchungen einen zulässigen Wert

überschreiten würden. In diesem Fall empfiehlt es sich, mehrere Tragkonstruktionen axial nebeneinander auf der Welle der Maschine anzuordnen, deren in den Baueinheiten enthaltene Elemente elektrisch zusammengeschaltet werden. Die einzelnen Baueinheilen können dann auf einem kleineren Durchmesser angeordnet sein.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Baueinheit mit ungesteuerten Gleichrichtern,

Fig. 2 eine Baueinheit mit einem gesteuerten Gleichrichter, wobei jeweils die Lage der Sammelringe schematisch angedeutet ist, und F i g. 3 zeigt schematisch eine Ansicht auf die gesamte Anordnung mit den am Tragkörper befestigten Baueinheiten.

Tragendes Bauteil der Baueinheit 1 für zwei ungesteuerte, scheibenförmige Halbleitergleichrichter 2 ist der metallische Kühlkörper 3. Er besteht aus Leichtmetall und ist zur Vergrößerung seiner kühlenden Oberfläche mit Rippen 4 versehen. Der Kühlkörper 3 ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und enthält an jeder Stirnfläche 5 bzw. 6 kreisförmige Ausnehmungen 7 bzw. 8. In jeder dieser Ausnehmungen 7 bzw. 8 liegt ein Hingesteuerter Gleichrichter 2. Dieser ist mit Hilfe von Tellerfedcrn 9 mit einem bestimmt einstellbaren Druck gegen die arn Kühlkörper vorhandene K.ontaktfiäche 10 gedrück*. Der Kühlkörper 3 bildet somit zugleich den Wechseistromanschluß für die ungesteuerten Gleichrichter 2,

Die jeweils den glcichstromseitigen Kontakt bildenden Kontaktbolzen 11 mit den Tellerfedcrn 9 sind in einer Isolierbuchse 12 in die Druckschraube 13 eingesetzt, die in die öffnung der Ausnehmungen 7 bzw. 8 in den Kühlkörper 3 eingeschraubt wird. Die für das Einschrauben der Druckschrauben 13 zur Verfügung stehende Tiefe in den Ausnehmungen ist durch einen Anschlag 14 begrenzt, durch den die Höhe des von rlen Tellerfedern 9 ausgeübten Kontaktdruckes festgelegt ist. An die Kontaktbolzen 11 werden metallische Anschlußfahnen 15 gelötet,

wodurch die Isolierbuchse 12 und die Druckschrauben 13 zusammen mit dem Kontaktliolzen 11 und der Tellerfeder 9 eine unverlierbare liinheit bilden. Dies ist vorteilhaft für das Auswechseln der Gleichrichter. Da der Kühlkörper 3 den Wcchsclslroinanschluß für die Gleichrichter 2 bildet, steht er während des Betriebes unter Spannung. Kr wird dahei in dem in Fig. 3 dargestellten Tragkörper 16 isoliert eingesetzt. Der Kühlkörper 3 trägt daher mittig den Isolierring 17, der einerseits auf den Rändern 18 der Aussparung 19 des Tragkörpers 16 liegt und andererseits von einem Klemmbügel 20 umgeben ist, der über radial gerichtete Bolzen 21 mit dem Tragkörper 16 verbunden ist. Zur Aufnahme der radial gerichteten Bolzen 21 haben die Ränder 18 der Aussparungen 19 des Tragkörpers 16 eine größere Wandstärke als der eigentliche scheibenförmige Tragkörper 16.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Baueinheit 22 mit einem scheibenförmigen, gesteuerten Gleichrichter 23. Da ein derartiger scheibenförmiger, gesteuerter Gleichrichter 23 wesentlich größere Abmessungen als ein ungcstcucrter Gleichrichter 2 aufweist, sind die Abmessungen der Baueinheit 22 entsprechend größer als die Abmessungen der Baueinheit 1. Tragende Bauelemente der Baueinheit 22 sind zwei zylindrische metallische Kühlkörper 24 und 25, die gegeneinander durch den die Baueinheit 22 mittig umgebenden Isolierring 26 auf Abstand gehalten werden und somit auch gegeneinander i-iinicri sind. Die aus Leichtmetall bestehenden Kühlkörper 24 und 25 sind ebenfalls zur Vergrößerung ihrer kühlenden Oberfläche mit Rippen 27 versehen.

Der scheibenförmige, gesteuerte Gleichrichter 23 ist in dem Raum 28 zwischen beiden Kühlkörpern 24 und 25 eingesetzt. Beide Kühlkörper 24 und 25 werden mit Hilfe von isolierten Schrauben 54 zusammengehalten.

Der Kühlkörper 24 weist auf seiner dem gesteuerten Gleichrichter 23 zugewandten Stirnfläche 29 eine Kontaktflächc 30 für einen Anschluß des Gleichrichters 23 auf, gegen die dieser mit einem bestimmt einstellbaren Druck gepreßt wird. Dies geschieht mit Hilfe der Tellerfedern 31. die ihren Druck auf den die zweite Anschlußlläche 32 aufweisenden Kontaktbolzen 33 ausübt. Dieser KonUiktbolzcn 33 ist zusammen mit den Tellerfedern 31 in die Druckschraube 34 eingesetzt, die in die kreisförmige Ausnehmung 35 im Kühlkörper 25 eingeschraubt wird. Die Druckschraube 34 weist einen über den Durchmesser der Aussparung 35 hinausgehenden Ansatz 37 auf. der sich beim Einschrauben der Druckschraube 34 gegen die äußere Stirnwand 38 des Kühlkörpers 25 preßt, so daß dadurch die Höhe des von den Tellerfcdern 31 ausgeübten Kontaktdruckes festgelegt ist.

Der Kontaktbolzcn 33 ist an seinem Ende mit einer Anschlußfahne 39 versehen. Dadurch sind der Kontaktbolzcn 33, die Tellerfeder 31 und die Druckschraube 34 zu einer unverlierbaren Einheit zusammengefaßt.

Bedingt cf-'.rch die Größe des gesteuerten Gleichrichters 23 und durch den für ihn erforderlichen wesentlich höheren Kontaktdruck als bei ungestcuertcn Gleichrichtern ist die Baueinheit 22 größer und kompakter als die Baueinheit 1 für die ungestcucrtcn Gleichrichter 2. Da diese Baueinheit 22 jedoch aus schaltungsbcdingtcn Gründen sowohl um 180' gedreht einsetzbar sein soll als auch mit ihrer Anschlußfahne 40 zu den radial außenliegcnden Sammelringen 53 oder 53' geführt sein muß, mit denen ebenfalls die Anschlußfahnen 15 der Baueinheiten 1 für die ungestetierten Gleichrichter verbunden sind, erfordert dies die Anordnung eines lösbaren Zwischenstückes 41 zwischen der Anschlußfahne 40 und der in radialer Richtung heraushcbbareri Baueinheit 22, damit deren maximale Breite der Baueinheit 1 angepaßt sein kann. Dieses Zwischenstück 41 ist in

ίο axialer Richtung einschraubbar und wird nicht zusammen mit der Baueinheit 22 in radialer Richtung aus- bzw. eingebaut. Zum Einbau der Baueinheit 22 in die wiederum mit verstärkter Wandstärke versehenen Ränder 43 der Aussparungen 44 in dem Tragkörper 16 wird die Baueinheit 22 radial eingesetzt, ohne daß das Zwischenstück 41 in den Kühlkörper 24 eingeschraubt ist. Durch die somit verminderte axiale Breite der Baueinheit bereitet dies keine Schwierigkeiten und nach der Befestigung der

ao Baueinheit 22 mit Hilfe des auf dem Isolierring 26 aufliegenden Klcmmbügcls 45 und den radial gerichteten Bolzen 46 kann das Zwischenstück 41 mit der Anschlußfahne 40 in den Kühlkörper 24 eingeschraubt werden. In gleicher Weise wird das Zwischenstüek41 vor dem Ausbau der Baueinheit 22 zusammen mit der Anschlußfahne 40 gelöst und getrennt herausgenommen. Dann erst erfolgt das Lösen der radial gerichteten Bolzen 46 für den Ausbau der Baueinheit 22

Im Isolierring 26 der Baueinheit 22 für den gesteuerten Gleichrichter 23 ist eine Nut 47 zur Durchführung der Stellerleitung 48 des gesteuerten Gleichrichters 23 vorgesehen. Der Isolierring 26 weist außerdem einen inncnlicgcndcn Bund 49 auf der der Nut 47 abgewandten Seite auf. Da bei dem Zusammenbau der Baueinheit 22 zunächst der Kühlkörper 24 mit der festen Kontaktfläche 30 mit dem Isolierring 26 so zusammengefügt wird, daß der Bund 49 auf der Stirnfläche 29 des Kühlkörpers 24 anliegt, ist

durch die jetzt gegebene Lage der Nut 47 zur Aufnahme der Steucrlcitung 48 die richtige Polarität des Gleichrichters 23 festgelegt, wenn 'ieser in den Raum 28 eingesetzt wird.

Die in F i g. 3 dargestellte Tragkonstruktion 50 für die gemäß der Erfindung ausgebildete Anordnung besteht aus einer ringförmigen Nabe 51, auf die miltig der scheibenförmige Tragkörper 16 mit -en Aussparungen 19 bzw. 44 für die Baueinheiten 1 bzw. 22 aufgeschweißt ist. Wie bereits ersichtlich, sind die Ränder 18 bzw. 43 dieser Aussparungen 19 bzw. 44 mit einer gegenüber dem scheibenförmigen Tragkörper 16 vergrößerten Wandstärke ausgeführt. Die Baueinheiten 1 bzw. 22 mit den Gleichrichtern ver den an diesen Rändern 18 bzw. 43 der Aussparunger

19 bzw. 44 durch radial gerichtete Bolzen 21 bzw. 4< mit Hilfe von Klemmstücken 20 bzw. 45 befestigt

Die Schaltung der gesteuerten Gleichrichter 1'.

und/oder der ungcstcuerten Gleichrichter 2 einerseit und die Slromführung zwischen der Gleichrichter anordnung und der elektrischen Maschine anderer seits erfolgt über Sammelringe, von denen jeweil mindestens einer auf einer Stirnseite des Tragkörper 16 liegt. Fig. 3 zeigt z.B. eine Anordnung mit vie Sammclringcn, von denen nur die beiden Sammel ringe 52 und 53 zu sehen sind, die anderen beide Sammelringc 52' und S3' liegen analog auf de anderen Stirnseile. Diese Sammelrirgc sind mit Hilf von nicht dargestellten, axial verlaufenden, isolierte

is

Distanzbolzen am Tragkörper 16 befestigt. Infolge der unterschiedlichen Abmessungen der Baueinheiten 1 bzw. 22 in axialer Richtung sind die Anschlußfahnen 15 der Baueinheiten 1 mit den ungestcuertcn Gleichrichtern 2 jeweils zu der Innenseite der Sam-

mclringc S3 bzw. 53' geführt, während die Anschlußfahnen 39 bzw. 40 der Baueinheit 2? für den gesteuerten Gleichrichter 23 jeweils mit der Außenseite der Sammelringc 52 bzw. 52' oder 53 bzw. 53' ver-5 bunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 O 2 kennzeichnet, daß zusätzliche Baueinheiten mit Patentansprüche: Schutz- oder Steuerschaltungen, die den Baueinheiten mit Gleichrichtern in äußerer Form und

1. Anordnung von rotierenden Gleichrichtern Gewicht nahekommen, in Aussparungen des zur schleifringlosen Erregung elektrischer Ma- 5 Tragkörpers (16) eingesetzt sind, die nicht von schinen, bei der die Gleichrichter mit mindestens Baueinheiten (1, 22) mit Gleichrichtern (2, 23) einem Kühlkörper zu einer Baueinheit zusammen- besetzt sind.

gefaßt sind, die auswechselbar und isoliert durch
radial gerichtete Bolzen in Umfangsrichtung verteilt an einem Tragkörper befestigt und mit in io

axialer Richtung neben den Baueinheiten liegenden, ebenfalls am Tragkörper isoliert befestigten

Sammelringen verbunden sind, dadurch ge- Zur Erregung der umlaufenden Feldwicklungen kennzeichnet, daß die Baueinheiten (1, 22) elektrischer Maschinen ist es bekannt, den erfordermit plattenförmigen Gleichrichtern (2,23), die 15 liehen Gleichstrom in umlaufenden, auf der Welle mit ihrer MiHelachse parallel zut Maschinen- der Maschine angeordneten, ungesteuerten und/oder achse angc dnet sind in über die gesamte gesteuerten Gleichrichtern zu erzeugen, um Schleif Breite eines scheibenförmigen Tragkörpers (16) ringe zu vermeiden. Bei einer bekannten derartigen reichende nute.iähnliche Aussparungen (19,44) Anordnung (s. Siemens-Zeitschrift, 1962, S. 234/235) dieses scheibenförmigen Tragkörpers (16) ein- 20 ist jeweils ein Kühlkörper und ein zylindrischer gelegt sind und daß die auf beiden Seiten des Gleichri«.. ier zu einer betriebsfertigen Baueinheit Tragkörpers (16) liegenden Sammelringe (52,52' zusammengefaßt. Diese ist mit radial gerichteten bzw. 53, 53') einen axialen Abstand voneinander Bolzen isoliert unter dem s^:ch in axialer Richtung haben, der größer als das jeweils maximale Maß erstreckenden Mai.'elring eines Tragkörpers bedes an ihnen vorbei in radialer Richtung heraus- as festigt. Dadurch werden die Fliehkraftbelastungen hebbaren Teiles der Baueinheiten (1, 22) in nun von diesem außenliegenden Ring des Tragaxialer Richtung ist. körpers aufgenommen, jedoch sind die zylindi^chen

2. Anordnu ig nach Anspruch 1, dadurch ge- Gleichrichter nicht von außen her in radialer Richkennzeichnet, daß die Baueinheiten (1, 22) mittig tung zugänglich. Sie können nur nach dem Lösen der einen Isolierring (17, 26) tragen, der einerseits 30 radial gerichteten Bolzen in axialer Richtung herausauf den Rändern (18, 43) der Aussparung (19, gezogen werden, was außerdem erst möglich ist, 44) des Tragkörpers (16) liegt und andererseits wenn zuvor die ebenfalls am Tragkörper isoliert bevon einem Klemmbügel (20, 45) umgeben ist, der festigten Stromführungselemente entfernt sind, die in über radial gerichtete Bolzen (21,416) mit dem axialer Richtung neben den Baueinheiten liegen. Das Tragkörper (16) verbunden ist. 35 Auswechseln der Baueinheiten der Gleichrichter ist

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- also verhältnismäßig umständlich ...rd außerdem muß kennzeichnet, daß die Ränder (18, 43) der Aus- dafür ein genügender Platz in axialer Richtung vorsparungen (19, 44) des Tragkörpers (16) eine gesehen werden, wodurch sich die für die Anordnung größere Wandstärke aufweisen als der restliche erforderliche Baulänge vergrößert.

Tragkörper (16). 40 Weiterhin ist es bekannt, auch plattenförmige

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- Gleichrichter bei rotierenden Gleichrichteranordr.undurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1) für gen zu verwenden (s. deutsche Auslegeschrift ungesteuerte Gleichrichter (2) aus einem metal- ! 191471 bzw. USA.-Patentschrift 3 059 168). Um lischen, zylinderförmigen Kühlkörper (3) besteht, eine günstige Beanspruchung dieser Gleichrichter der an jeder Stirnfläche (5, 6) kreisförmige Aus- 45 durch die Fliehkraft zu erhalten, sind diese mit ihrer nehmungen (7, 8) enthält, in die jeweils scheiben- Mittelachse parallel zur Maschinenachse ausgerichtet, förmige Gleichrichter (2) unter Zwischenschal- Deshalb sind sie mit axial gerichteten Bolzen an tung einer Tellerfeder (9) eingesetzt sind. scheibenförmigen Tragkörpern befestigt und werden

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- ebenfalls in axialer Richtung ein- bzw. ausgebaut, kennzeichnet, daß der metallische Kühlkörpei(3) 50 Durch die Erfindung soll dagegen eine möglichst den Wechselstromanschluß für die ungesteuerten raumsparende, einfach an die verschiedenen elek-Gieichrichter (2) bildet. trischen Schaltungen von ungesteuerten und/oder

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- gesteuerten Gleichrichtern zur Erregung von elefcdurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (22) trischen Maschinen, insbesondere von Synchromfür einen gesteuerten Gleichrichter (23) aus zwei 55 generatoren und Synchronmotoren, anzupassende zylindrischen, metallischen Kühlkörpern (24, 25) und eine leichte Auswechselbarkeit der Gleichrichtei besteht, die gegeneinander durch den die Bau- zulassende konstruktive Ausführung von derartigen einheit (22) mittig umgebenden Isolierring (26) Glcichrichterbaueinheiten und dem zugehörigen auf Abstand gehalten und isoliert sind, und daß Tragkörper gefunden werden.

der scheibenförmige, gesteuerte Gleichrichter (23) 60 Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in den Raum (28) zwischen beiden Kühlkörpern von rotierenden Gleichrichtern zur schleifringlosen (24, 25) unter Zwischenschaltung einer Teller- Erregung elektrischer Maschinen, bei der d'.e Gleichfeder (31) eingesetzt ist. richter mit mindestens einem Kühlkörper zu einer

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge- Baueinheit zusammengefaßt sind, die auswechselbar kennzeichnet, daß die Stcuerleitung (48) des ge- 65 und isoliert durch radial gerichtete Bolzen in Umsteuerten Gleichrichters (23) durch eine Nut (47) fangsrichtung verteilt an einem Tragkörper befestigt in dem Isolierring (26) nach außen geführt ist. und mit in axialer Richtung neben den Baueinheiten

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- liegenden, ebenfalls am Tragkörper isoliert befestig-