DE2237099A1 - Verfahren und vorrichtung fuer das erzielen eines synchronen zustandes bei einem elektromotor, der kombiniert eine elektromagnetische kupplung mit einem elektrischen drehmotor aufweist - Google Patents
Verfahren und vorrichtung fuer das erzielen eines synchronen zustandes bei einem elektromotor, der kombiniert eine elektromagnetische kupplung mit einem elektrischen drehmotor aufweistInfo
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Description
KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA 14, Higashikawasakicho 2-chome, Ikutaku, Kobe-city Japan
Verfahren und Vorrichtung für das Erzielen eines synchronen Zustandes
bei einem Elektromotor, der kombiniert eine elektromagnetische Kupplung mit einem elektrischen Drehmotor aufweist.
Wenn eine elektromagnetische Kupplung mechanisch mit einem elektrischen
Synchronmotor zusammengeschaltet wird, dessen Ankerwindung elektrisch mit der Ankerwindung der elektromagnetischen Kupplung
verbunden ist, sowie einer der zwei Rotoren der elektromagnetischen Kupplung eine Last antreibt und der andere Rotor durch einen Antriebsmotor
angetrieben wird, kann die elektromagnetische Kupplung des Synchronmotors leicht in einen synchronen Zustand gebracht werden,
wenn das Schließen des elektrischen Kreises für das Speisen einer Feldwicklung der Kupplung des Synchronmotors mit dem Erregungsstrom
gleichzeitig mit dem-Betätigen der Vorrichtung für das Verringern der Geschwindigkeit des Antriebsmotors durchgeführt wird.
Der Erfindungsgegenstand findet Nutzanwendung dort, wo es erforderlich
ist, die Kraftabgabe einer Hauptantriebsquelle, wie eines· Dieselmotors einer Belastung zuzuführen, wie es eine Schiffsschraube,
ein Fahrzeugrad, Pumpe usw. darstellt. Als Hauptantriebsquelle kommen natürlich auch eine Dampfturbine, ein Wasserrad, ein
Elektromotor, eine Gasturbine usw. in Betracht.
Bei einigen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, bei denen die von Hauptantriebsquellen abgegebenen Leistungen den Belastungen
zugeführt werden, finden Getriebe für das übersetzen oder Untersetzen der Geschwindigkeiten Anwendung. Im allgemeinen kann
ein Getriebe als solches wederdas Verhältnis der Übersetzung noch
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der Untersetzung der Geschwindigkeit noch die Drehrichtung einer Belastung steuern. Mit anderen Worten, wenn lediglich ein Getriebe
zwischen der Hauptantriebsquelle und einer Belastung vorliegt, kann die Drehrichtung der Belastung nicht verändert werden, wenn die
Drehrichtung der Hauptantriebsquelle konstant gehalten wird.
Wenn weiterhin eine Mehrzahl an abgegebenen Leistungen vonllauptantriebsquellen
kombiniert und einer Belastung durch einen Getriebemechanismus zugeführt wird, wird die Getriebekonstruktion recht
verwickelt.
Um eine Anordnung vorzusehen, die eine Leistung einer Hauptantriebsquelle oder eines Antriebsmotors auf eine Belastung überträgt, wobei
die ürehrichtung der Belastung verändert werden kann unter Aufrechterhalten der Drehrichtung der Hauptantriebsquelle und eine
Anordnung in Form eines einfachen Mechanismus vorzusehen, der die Leistungen einer Mehrzahl an Hauptantriebsquellen auf eine Belstung
überträgt, ist eine technische Lösung gemäß der US-PS (US-Patentanmeldung
Ser.No. 53 413) entwickelt worden. Gemäß dieser technischen Entwicklung wird ein Rotor einer elektromagnetischen Kupplung mechanisch mit einem Rotor eines elektrischen Drehmotors,
wie eines Synchronmotors verbunden, dessen Ankerwicklung elektrisch mit der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung verbunden
ist, wobei einer der zwei Rotoren der elektromagnetischen Kupplung eine Belastung antreibt, sowie der andere Rotor durch einen
Antriebsmotor angetrieben wird.
Eine wichtige der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine elektrische Drehmaschinenanordnung zu schaffen, die eine Leistung einer Hauptantriebsquelle oder eines Antriebsmotors auf eine Belastung übetträgt, wobei die Drehrichtung der
Belastung verändert werden kann unter Aufrechterhalten der Drehrichtung der Hauptantriebsquelle, wobei der die Belastung antreibende
Rotor leicht in einen synchronen Zustand überführt werden kann.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht da rin, eine elektrische Drehmaschinenanordnung zu schaffen, die
eine Mehrzahl an Leistungen von Antriebsquellen zusammenfaßt und
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CWlOlNAL INSPECTED
auf eine Belastung überträgt, wobei der die Belastung antreibende Rotor leicht in einen synchronen Zustand gebracht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 und Fig. 6 erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Teilkonstruktion;
Fig. 2,3 und 5 diagrammförmig erfindungsgemäße Systeme;
Fig. 4 Diagramme, die die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes
erläutern.
Im Zusammenhang mit dem Ausbilden eines synchronen Zustandes einer
elektrischen Drehmaschinenanordnung, die eine elektromagnetische Kupplung mit einen elektrischen Drehmotor kombiniert aufweist,
ergeben sich sehr erhebliche Probleme. So wird z.B. einer der ' zwei Rotoren 4,5 der elektromagnetischen Kupplung 3, die mechanisch
an einen Rotor der elektrischen Drehmaschine 8 angekuppelt ist, eine Belastung 2 antreiben, und der andere Rotor 4 wird durch einen
Antriebsmotor 1, siehe die Figur 2, angetrieben. Es sei nun ein Zustand des Ingangsetzens der elektrischen Drehmaschine 8 in Betracht
gezogen. Sobald der Antriebsmotor 1 den Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 antreibt, kann sich der Rotor 5 nicht
drehen, wenn der Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung nicht ein Erregungsfctrom zugeführt wird oder die Ankerwicklung
der elektromagnetischen Kupplung 3 nicht elektrisch mit der Ankerwicklung des elektrischen Drehmotors 8 in Verbindung steht. Wenn
die Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung 3 mit einem Erregungsstrom gespeist und die Ankerwicklung der elektromagnetischen
Kupplung 3 elektrisch mit der Ankerwicklung des elektrischen Drehmaschine 8 verbunden ist, beginnt der Rotor des elektrischen
Drehmotors 8 sich zusammen mit dem Rotor 5 der elektromagnetischen
Kupplung 3 zu drehen aufgrund einer Kraft einer iJiiimpferv/icklung in dem elektrischen Drehmotor 8. Somit wird die
Belastung 2 durch den Rotor 5 der elektromagnetischen Kupplung 3 und der Rotor des elektrischen Drehmotors 8 mit einer Geschwindigkeit
angetrieben, die benachbart zu der Synchrongeschwindigkeit liegt, die durch die Anzahl der Pole des elektrischen Dreh-
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motors 8 und der elektromagnetischen Kupplung 3 bestmmt wird.
Us ist jedoch außerordentlich schwietig, den Rotor des elektrischen
Drehmotors 8 in den Synchronen Zustand zu bringen, während der elektrische Drehmotor die sehr erhebliche Bast der Belastung 2
antreibt.
Wie anhand der Figuren 1 und 2 gezeigt, weist die erfindungsgemäße
Elektronotorenanordnung eine Kombination aus einem elektrischen Drehmotor 8 mit einem Stator 21, einem Rotor 34, einer
Feldwicklung 22 und einer Ankerwicklung 23, in der ein Wechselstrom fließt, eine elektromagnetische Kupplung 3 mit zwei Rotoren 4,5,
die relativ zueinander umlaufen, wobei einer derselben mit einer Ankerwicklung 25 und der andere mit einer Feldwicklung 24 versehen
ist, auf, wobei eine mechanische Kombination einer der zwei Rotoren 4,5 der elektromagnetischen Kupplung 3 mit dem Rotor 34
des elektrischen Drehmotors 8 vorliegt, sowie eine elektrische Verbindung zwischen der Ankerwicklung 25 der elektromagnetischen
Kupplung 3 und der Ankerwicklung 23 des elektrischen Drehmotors vorhanden ist, sowie ein Antriebsmotor 1 eine Steuervorrichtung
11 für die Geschwindigkeit aufweist, vermittels derer die Geschwindigkeit gesteuert oder eingeregelt werden kann, sowie einer der
zwei Rotoren 4,5 der elektromagnetischen Kupplung 3 eine Belastung
2 antreibt, und der andere Rotor der elektromagnetischen Kupplung
3 durch den Antriebsmotor 1 angetrieben wird und weiterhin das Schließen des elektrischen Kreises 3 3 dazu führt, daß eine der
Feldwicklungen 22, 24 mit Erregungsstrom gespeist wird gleichzeitig mit einem Betätigen der Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit
des Antriebsmotors l, wodurch eine Geschwindigkeitsabnahme des Antriebsmotors 1 inganggesetzt wird.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Teilkonstruktion, wobei es sich hierbei um ein Beispiel der mechanischen
Kombination zwischen dem Rotor 34 des elektrischen Dreiunotors 8 und dem Rotor 5 der elektromagnetischen Kupplung 3
handelt. Die mechanische Kombination besteht aus einer Anordnung eines Rotors 5 (34) , der mit einem Material 14 eines magnetischen
Schaltkreises für die elektromagnetische Kupplung 3 an seiner inneren Fläche versehen ist, sowie weiterhin ein Material 15 eines
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magnetischen Schaltkreises für den elektrischen Drehmotor 8 an
seiner anderen Fläche aufweist und in einem Raum zwischen dem Stator 21 des elektrischen Drehmotors 8 und dem anderen Rotor
der elektromagnetischen Kupplung 3 umläuft. Mit anderen Worten, der Rotor 5(34) wird gemeinsam als einer der zwei Rotoren der
elektromagnetischen Kupplung 3 und als der Rotor des elektrischen Drehmotors 8 angewandt. Ein Beispiel des elektrischen Drehmotors
8 stellt ein Synchronmotor dar, der eine Dämpferwicklung aufweist,
welche in der Fläche des Materials 15 des Feldes vertieft angeordnet ist, wenn dies auch in der Figur 1 nicht gezeigt ist.
Nach den Fig. 1 und 2 ist ein Rotor 4 der elektromagnetischen
Kupplung 3 mit einer Feldwicklung 24 und Gleitringen 6 versehen, wobei eine elektrische Verbindung mit einer Gleichstromquelle
- nicht gezeigt - über elektrische Drähte 3 2 und eine Schaltvorrichtung für den Erregungsstrom 10 verbunden ist. Weiterhin
ist ein Rotor 5 mit einer Ankerwicklung 25 und Gleitringen 7 versehen und es besteht eine elektrische Verbindung mit einer
Ankerwicklung 23 des elektrischen Drehmotors 8 über elektrische Drähte 31,35 und eine Schaltvorrichtung 9 einschließlich eines
Phasenwechselschalters. Die elektrischen Drähte 3 5 können elektrisch mit einer anderen Schaltvorrichtung 25 verbunden werden,
die in der Figur 2 nicht gezeigt ist und weiter unten anhand der Figur 3 erläutert wird.
Genäß der Figur 2 ist der Rotor 5 der elektromagnetischen Kupplung
mechanisch mit dem Rotor des elektrischen Drehmotors 8 verbunden und treibt eine Belastung 2 an , und der andere Rotor 4
der elektromagnetischen Kupplung 3 wird durch einen Antriebsmotor 1 angetrieben. Beispiele für eine derartige Belastung 2
sind eine Schiffsschraube, ein Fahrzeugrad, ein Gebläse, eine
Pumpe usw. Hauptantriebsquellen, wie ein Dieselmotor, eine Dampfturbine, ein Wasserrad, ein Elektromotor, eine Gasturbine
usw. sind Beispiele für den Antriebsmotor 1. Gemäß Figur 1 kann eine Anordnung dergestalt getroffen werden, daß die Drehrichtung
des Rotors des elektrischen Drehmotors 8 nicht nur die gleiche, sondern ebenfalls entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors
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4 der elektromagnetischen Kupplung 3, die durch den Antriebsmotor
1 angetrieben wird, dann sein kann, wenn die Schaltvorrichtung 9 aus einem Phasenwechselschalter besteht, der elektrisch
in den Hauptschaltkreis der elektrischen Drähte 31,3 5 eingeschaltet
ist.
Wenn die Umdrehungen pro Minute der Rotoren 4 und 5 der elektromagnetischen
Kupplung 3 sich auf N4 bzw. N5 belaufen, sowie
N4 > N5 ist, ergibt sich
N4 ± N5= N0 (1)
wobei N die Undrehung pro Minute des Rotors 4 bezüglich des
Rotors 5 ist.
Wenn die Drehrichtr.ng des Rotors 5 die gleiche wie diejenige
des Rotors 4 ist, ist das Vorzeichen für Nc in der Gleichung (1)
negativ, und wenn die Drehrichtung des Rotors 5 entgegengesetzt derjenigen des Rotors 4 verläuft·, ist das Vorzeichen von N5 in
der Gleichung (1) positiv. Unabhängig davon, ob die Drehrichtung des Rotors 5 die gleiche wie diejenige des Rotors 4 ist oder
nicht ist, wirkt die elektromagnetische Kupplung 3 nicht nur als eine Kupplung, sondern auch als ein Generaotr.
In einem derartigen Fall kann ein Elektromotor, der kombiniert eine elektromagnetische Kupplung 3 mit einem elektrischen Drehmotor
8 aufweist, eine von einem Antriebsmotor 1 abgegebene Leistung auf eine Belastung 2 übettragen und weiterhin kann die
Drehrichtung der Belastung 2 verändert werden, während die Drehrichtung des Antriebsmotors 1 kosnfctant gehalten wird.
Wenn die Anzahl der Pole der elektromagnetischen Kupplung 3 und
des elektrischen Drehmotors 8 sich auf P3 bzw. Pg belaufen und
die Frequenz des in dem Schaltkreis zwischen dem elektrischen Drehnotor ö und der elektromagnetischen Kupplung 3 fließenden
Wechselstroms sich auf f beläuft, ergeben sich die folgenden Gleichungen:
N0 = 120 . f/P3 (2)
N5 = 120 . f/Pg (3)
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und somit gilt
No/N5 = P8ZP3 (4).
Anhand der Gleichungen (1) und (4) ergibt sich
N4 + N5 = N5. P8ZB3 ·
und somit ρ
N4 = (g-2- + I)-N5 (5).
Wenn PQ > P- , kann die Drehrichtung des Rotors 34 des elektrischen Drehmotors 8 entgegengesetzt zu der Richtung des Rotors 4
der elektromagnetischen Kupplung 3 sein. Wenn die Ankerwicklung 23 des elektrischen Drehmotors 8 eine Polwechselwicklung ist,
sowie die elektrische Verbindung zwischen der Ankerwicklung 25 der elektromagnetischen Kupplung 3 und der Polwechsel-Ankerwicklung 23 des elektrischen Drehmotors 8 über den Phasenwechselschalter
hergestellt ist, kann für den Fall, daß die urehrichtung des Rotors des elektrischen Drehmotors 8 entgegengesetzt
zu derjenigen des Antriebsmotors 1 ist, die Anzahl der Umdrehungen pro Minute so gewählt werden, daß sich ein günstiger
Viert bzüglich der Belastung 2 ergibt unabhängig von der Anzahl der Umdrehungen pro Minute der Belastung 2, wenn die Drehrichtung
des Rotors des elektrischen Örehmotors 8 gleich derjenigen des Antriebsiaotors 1 ist.
Eine ähnliche Wirkung des Betriebes wie oben erläutert, kann dann
erhalten werden, wenn die Ankerwicklung 25 der elektromagnetischen Kupplung 3 eine Polwechselwicklung ist, sowie die elektrische
Verbindung zwischen der Polwechsel-Ankerwicklung 25 der elektromagnetischen Kupplung 3 und der Ankerwicklung 23 des
elektrischen Drehiaotors 8 über den Phasenwechselschalter hergestellt
wird.
Wie anhand der obigen Erläuterungen ersichtlich, kann die Bauart cjümäß den Figuren 1 und 2, wie sie sich durch die Kombination
der elektromagnetischen Kupplung und des elektrischen Drehmotors <J ergibt, als eine Vorrichtung ähnlich eines Untersetzungsgetriebes
betrieben werden. Die Geschwindigkeit der umlaufenden 19 des Kraftzuführungsrotors der elektromagnetischen
303807/0894 _ 8 .
Kupplung 3 wird auf die Geschwindigkeit der Kraftabgabewelle der elektromagnetischen Kupplung 3 verringert.
Der Betrieb der Anordnung nach der Figur 2 ähnlich einem Untersetzungsgetriebe
kann dann verbessert werden, wenn die Schaltvorrichtung 9 aus einem Phasenwechselschalter besteht, wie weiter
oben erläutert. Mit anderen Worten, die Drehrichtung der Belastung 2 kann verändert werden unter Konstanthalten der Drehrichtung
der Hauptantriebsquelle oder des Antriebsmotors 1. Ein Betrieb ähnlich einem Untersetzungsgetriebe kann ebenfalls
dann durchgeführt werden, wenn die Drehrichtung der Belastung entgegengesetzt derjenigen des Antriebsmotors 1 ist, siehe die
Figur 2.
In einigen Fällen ist ein "Polwechsel" wichtig, wenn die Drehrichtung
des Rotors des elektrischen Drehmotors 8 entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors der elektromagnetischen
Kupplung 3 gebracht wird. Wenn sich z.B. die Umdrehungen pro Minute des Rotors 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 oder des
Antriebsmotors l auf 400 U/min, belaufen, sowie die Anzahl
der Pole der elektromagnetischen Kupplung 3 und der elektrischen Drehmaschine 8 sich auf 4 bzw. 8 belaufen, betragen die
Umdrehungen pro Minute des Rotors 5 der elektromagnetischen Kupplung 3 oder Belastung 2 eine Zahl von 133,2 U/min aufgrund
der Gleichung (5) N. = + 1) . N,-, wenn die Dreh-
Tt MT «j 3
richtung der Belastung 2 gleich derjenigen des Antriebsmotors 1 ist. In diesem Fall ergibt sich, daß bei Vorliegen einer Anzahl
an Polen der elektromagnetischen Kupplung 3 und des elektrischen Drehmotors 8 auf 4 bzw. 16 oder 2 bzw. 8, daß
die Umdrehung pro Minute des Rotors 5 oder der Belastung 2 sich auf einen Viert von 13 3,3 U/min, aufgrund der Gleichung
Pa
(5) ... UA - L· 1) . Nr belaufen, wenn die Drehrichtung
(5) ... UA - L· 1) . Nr belaufen, wenn die Drehrichtung
der Belastung 2 entgegengesetzt derjenigen des Antriebsmotors
1 ist. Somit können die Umdreungen pro Minute der Belastung 2 dann, wenn die Drehrichtung der Belastung 2 entgegengesetzt
derjenigen des Antriebsmotors 1 ist, gleich sein, wie dann, wenn die Drehrichtunij der Belastung 2 die gleiche wie diejenige
des Antriebsmotors 1 ist. und zwar vermittels Anwenden
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des Polwechsels entweder des elektrischen Drehmotors 8 oder der elektromagnetischen Kupplung 3.
In einigen Fällen ist jedoch der Polwechsel gemäß Figur 1 dann
nicht erforderlich, wenn die Geschwindigkeit des Antriebsmotors
1 verhältnismäßig groß und die Geschwindigkeit der Belastung
2 sehr gering ist. Wenn z.B. ein Fall in Betracht gezogen wird,
bei dan die Umdrehungen pro Minute des Antrlfaebsmo.tors 1 und der
Belastung 2 sich auf 3000 U/min, bzw. 100 U/min, belaufen und
die Drehrichtung der Belastung gleich derjenigen des Antriebsmotors 1 ist, versteht es sich, daß die Umdrehungen pro Minute
des Antriebsmotors und der Belastung 2 sich auf 2800 U/min, bzw. 100 U/min, dann belaufen, wenn die Drehrichtung der Belastung
2 entgegengesetzt derjenigen des Antriebsmotors 1 ist, und zwar unter Anwenden von Ankerwicklungen, die "keinen Plwechsel" der
elektromagnetischen Kupplung 3 und des elektrischen Drehmotors 8 besitzen.
Die Bezugszeichen 17,18 geben Lager wieder, und das Symbol 13 zeigt das Material eines magnetischen Kreises in dem Rotor 4
der elektromagnetischen Kupplung 3 gemäß Figur 1. Wenn auch der Rotor 5 der elektromagnetischen Kupplung, der. gemeinsam mit
dem Rotor des elektrischen Drehmotors 8 angewandt wird, mit der Ankerwicklung 25 gemäß Fig. 1 und 2 versehen ist, ist es
doch möglich, daß der Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung, der mechanisch an den Antriebsmotor 1 angekuppelt ist,
mit der Ankerwicklung 25, und der Rotor 5 mit der Feldwicklung 24 der elektromagnetischen Kupplung 3 gemäß Figur 5 versehen
ist.
Wie anhand der obigen Erläuterung ersichtlich, liegt eine synchrone Geschwindigkeit des Blektromotors vor, der kombiniert
die elektromagnetische Kupplung 3 mit dem elektrischen Drehrnotor 8 aufweist. Bei dem weiter oben erläuterten Ausführungsbeispiel, bei dem sich die Umdrehungen pro Minute des Antriebsmotors 1 auf 400 U/min, belaufen, sowie die Anzahl der Pole
der elektromagnetischen Kupplung 3 und des elektrischen Drehmotors 8 sich auf 4 bzw. 8 belaufen, wird die Synchrongeschwindigkeit
des Rotors 5(34) des elektrischen Drehmotors 8 sich auf 133,3 U/Min, dann belaufen, wenn die Drehrichtung
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der Belastung 2 derjenigen des Antriebsmotors 1, siehe die Fig.2
ist.
Sobald der Antriebsmotor 1 den Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 mit der genannten Geschwindigkeit von 400 U/min.antreibt,
sowie die Feldwicklung 24 der elektromagnetischen Kupplung 3 mit dem Erregungsstrom gespeist wird und weiterhin die
Ankerwicklung 25 der elektromagnetischen Kupplung 3 elektrisch mit der Ankerwicklung 21 des elektrischen Drehmotors 8 in Verbindung
gebracht ist, beginnt der Rotor 34 des elektrischen prehmotors 8 umzulaufen zusammen mit dem Rotor 5 der elektromagnetischen
Kupplung 3 vermittels einer Kraft einer Dämpferwicklung in dem elektrischen Dreiunotor 8 und einer Kraft der elektromagnetischen
Kupplung 3. Die Geschwindigkeit der Belastung 2 nimmt allmählich zu und erreicht eine Geschwindigkeit benachbart
zu der Synchrongeschwindigkeit, z.B. 130,0 ü/min. in dem Fall des oben erläuterten Beispiels. Es ist jedoch außerordentlich
schwirig, den Rotor 34(5) des elektrischen Drehmotors 8 in die Synchrongeschwinäigkeit von 133,3 U/min, dann zu überführen,
wenn der elektrische Drehmotor 8 die erhebliche Last der Belastung
2 antreibt, z.B. wenn die charakteristische Kurve der erforderlichen Leistung gegen die Geschwindigkeit der Belastung
eine dritte Potenz, eine zweite Potenz und dgl. ist. In einem derartigen Fall ergibt sich, daß dann, wenn der elektrische
Kreis für das Speisen der Feldwicklung 22 des elektrischen Drehmotors 8 lediglich durch eine Schaltvorrichtung 26
geschlossen wird, daß der Rotor 34 des elektrischen Drehmotors 8 nicht in einen synchronen Zustand überführt werden kann.
Wenn jedoch das Schließen des elektrischen Kreises 33 unter Speisen der Feldwicklung 22 des elektrischen Drehmotors 8 mit
den Erregungsstrom vermittels der Schaltvorrichtung 26 gleichzeitig mit dem Betätigen der Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit
des Antriebsmotors 1 durchgeführt wird unter Verringern der Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1, kann der
-U-
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Rotor 34 des elektrischen Drehmotors 8 leicht in einen synchronen Zustand, wie die Figur 2 zeigt, überführt werden. Es ergibt
sich somit, daß dieser Betrieb ebenfalls mit einer ausgezeichr neten Wirkung dann durchgeführt werden kann, wenn die Arbeitsweise
so zur Durchführung kommt, daß die Drehrichtung des Rotors 34 des elektrischen Drehmotors 8 entgegengesetzt zu der Drehrichtung
des Rotors 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 vorliegt, die durch den Antriebsmotor 1 dadurch angetrieben'wird,
daß eine elektrische Verbindung der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung 3 mit der Ankerwicklung des elektrischen
Drehmotors durch den Phasenwechselschalter 9, siehe die Fig. 1
und 3, durchgeführt.
In diesem Fall handelt es sich bei der Schaltvorrichtung 26
um eine derartige, daß dieselbe den elektrischen Schaltkreis öffneii und schließen kann, wobei es sich.z.B. um ein sogenanntes
Schaltgetriebe handelt, und ein weiteres Beispiel stellt eine Schaltvorrichtung unter Anwenden von gesteuerten Gleichrichtern
dar. Der elektrische Schaltkreis 33 ist dergestalt aufgebaut, daß derselbe elektrisch mit der Feldwicklung 22 ausgehend
von einer Stromquelle verbunden wird, und zwar entweder einer Wechselstrom- oder Gleichstromquelle, und zwar durch die
Schaltvorrichtung'26, um so der Feldwicklung denErregungsstrom zuzuführen.
Das Bezugszeichen 27 zeigt einen Zuführungskanal des Arbeitsmittels
für den Antriebsmotors 1. Wenn der Antriebsmotor 1 ein
Verbrennungsmotor, wie ein Dieselmotor, eine Gasturbine und ein Benzinmotor ist, stellt das Arbeitsmittel für den Antriebsmotor
1 Brennstofföl, Benzin usw. dar. Wenn der Antriebsmotor
1 eine Dampfmaschine, wie eine Dampfturbine ist, stellt das Arbeitsmittel für den Antriebsmotor 1 Dampf dar, der unter
hohem Druck und unter hoher Temperatur steht. Wenn der Antriebsmotor
l·ein Elektromotor ist, stellt das Arbeitsmittel einen elektrischen Strom oder elektrische Leistung dar. Somit
stellt der Zuführungskanal 27 für das Arbeitsmittel in entijpruchencier
Weise ein Rohr für die Zuführung von Brennstoff öl, Ijuiiipf und einen elektrischen Schaltkreis dar, wenn der Antrieb
&nοtor entsprechender Weise ein Dieselmotor, eine Dampf-
-u 3 0 980770 0 3/, - 12 -
turbine und ein Elektromotor ist. Die Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit kann die Geschwindigkeit des Antriebsmotors steuern oder verändern vermittels Steuern oder Einregulieren
der entsprechenden Arbeitsbedingungen, wie der Temperatur, des Drucks usw. und der Menge des Arbeitsmittels. Wenn
der Antriebsmotor 1 eine Dampfturbine ist, stellt die Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit einen Geschwindigkeitsregler
dar, der ein Regelventil des Dampfrohrs steuern kann. Wenn der Antriebsmotor 1 ein Dieselmotor oder eine Gasturbine
ist, stellt die Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit einen Geschwindigkeitsregler dar, der die Mengedes in den
Motor eingespritzten BrennstoffÖls steuert. Weiterhin kann
die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1, wenn es sich um
einen Dieselmotor, eine Dampfturbine oder eine Gasturbine usw. handelt, dadurch gesteuert werden, daß der Einstellwert
des Geschwindigkeitsreglers dadurch gesteuert wird, daß eine Steuerung oder Einregulierung der Einstellvorrichtung des
Geschwindigkeitsreglers des Antriebsmotors 1 erfolgt. Das Symbol 12 zeigt, daß das Schließen des elektrischen Schaltkreises
33 vermittels Betätigen der Schaltvorrichtung 26 gleichzeitig inganggestzt wird mit dem Betätigen der Steuervorrichtung
11 für die Geschwindigkeit unter Verringern der Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1.
Dieser gleichzeitige Betrieb kann entweder manuell oder durch eine mechanische oder elektrische Verriegelungsvorrichtung
erfolgen. Beispiele für diese gleichzeitige Betätigung sind in der Figur 4 gezeigt, wobei "t" die Zeit, "G" und "H" die
Arbeitsweise der Schaltvorrichtung 26 bzw. der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit wiedergeben und "X" und "Y"
zeigen entsprechende Arbeitspunkte des Schließens der Schaltvorichtung 26 und der Veränderung des Einstellwertes des
Geschwindigkeitsreglers durch Steuerung der Einstellvorrichtung des Geschwindigkeitsreglers oder der Betätigung der
STeuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1 unter beginnender Verringerung der Geschwindigkeit
des Antreibsmotors 1. Mit anderen Worten, es ist dort gezeigt, daß die Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit so be-
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tätigt wird, daß eine beginnende Geschwindigkeitsabnahme des Antriebsmotors 1 in der "d" Zeit erfolgt, nachdem die Steuervorrichtung
11 fürdie Geschwindigkeit betätigt worden ist unter beginnender Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors 1,
siehe die Figur 4 (b)' , und das Schließen der Schaltvorrichtung
26 beginnt gleichzeitig, d.h.,zur Nullzeit nach Betätigen der STeuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit unter beginnender
Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors 1, siehe, Fig. 4(c). Wenn "d" eine sehr kurze Zeitspanne ist, z.B. innerhalb
von 3 Sekunden liegt, kann man von der Annahme ausgehen, daß die Schaltvorrichtung 26 in Funktion gesetzt wird unter gleichzeitigen
Schließen bei Betätigen der Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit unter beginnender Geschwindigkeitsverringerung
des Antriebsmotors 1, siehe die Figuren 4(a),(b) und (c).
Die Figur 4(d) zeigt den Verlauf der Geschwindigkeit ν des Antriebsmotors
1, wobei die Zeit derjenigen nach der Figur 4(c) entspricht. Die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1 beginnt
zum Zeitpunkt Y, siehe die Figur 4(d) abzunehmen.
Die Schaltvorrichtung 9 ist in der Figur 5 wiedergegeben, wobei
hier ein Phasenwechselschalter vorliegt. Weiterhin sind in der Figur 5 ebenfalls Gleichrichter 36,37 und eine Steuervorrichtung
38 für das Brennstofföl gezeigt. NAch der Figur
3 wird der Rotor 5 der elektromagnetischen Kupplung 3, die mechanisch mit dem Rotor des elektrischen Drehmotors kombiniert
ist, durch einen Antriebsmotor 1 angetrieben und der andere Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 treibt
eine Belastung 2 an. Die Anordnung nach der Figur 3 weist eine Kombination aus folgenden Bauelementen auf: Eine
erste iiauptantriebsquelle 1, von wo aus die mechanische
Leistung abgeleitet wird, eine zweite Hauptantriebsquelle 29 mit einer umlaufenden Welle 39, von der eine mechanische
Leistung abgeleitet werden kann, eine Belastung 2, die durch die Leistungen der ersten und zweiten Hauptantriebsquellen 1,29
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angetrieben wird, eine elektromagnetische Kupplung 3 mit zwei Rotoren 4,5, die relativ zueinander umlaufen und zwischen der
ersten Hauptantriebsquelle 1 und der Belastung 2 vorliegen, wobei eine derselben mechanisch an die erste Hauptantriebsquelle 1 und die andere mechanisch an die Belastung 2 angekuppelt
ist, sowie ein elektrischer Generator 30, der durch die zweite Hauptantriebsquelle 29 angetrieben wird, wobei
von der umlaufenden Welle der zweiten Hauptantriebsquelle 29 abgeleitete mechanische Leistung in elektrische Leistung umgewandelt
werden kann, sowie ein elektrisches Kabel 40, das eine elektrische Verbindung herstellt zwischen der Ankerwicklung
des elektrischen Generators 30 und der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung 3 über das Schaltgetriebe 28,
and elektrische Verdrahtungen 35,31, die eine elektrische Verbindung herstellen, zwischen der Ankerwicklung des elektrischen
Drehmotors 8 und der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung 3 über die Schaltvorrichtung 9, wobei die durch
den elektrischen Generator 30 ausgehend von der mechanischen Leistung der zweiten Hauptantriebsquelle 29 umgewandelte
elektrische Leistung der elektromagnetischen Kupplung 3 zugeführt wird, deren Rotor 4 mechanisch mit der Belastung 2
gekuppelt ist und relativ hierzu umläuft, und zwar schneller und in der gleichen Drehrichtung wie diejenige des anderen
Rotors, der mechanisch an die erste Hauptantriebsquelle 1 angekuppelt ist oder an den Rotor des elektrischen Drehmotors
angekuppelt ist, und somit kann die Belastung 2 durch die Leistung angetrieben werden, die in die zweite elektromagnetische
Kupplung 3 ausgehend von dem elektrischen Generator 30 und des elektrischen Drehmotors 8 fließt, wobei eine Vereinigung
mit der Leistung erfolgt, die ausgehend von der ersten llauptantriebsquelle 1 durch die elektromagnetische Kupplung 3
übetragen wird. Natürlich ist der durch die zweite Hauptan-
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triebsquelle 29 angetriebene elektrische Generator 30 erfindungsgemäß
nicht mehr erforderlich.
Die Fig. 6 erläutert eine Ausführungsform einer Teilstruktur
der Anordnung nach der Figur 3. Nach der Figur 6 wird die umlaufende
Welle 19 des Eintriebsrotors des Elektromotors, der kombiniert den elektrischen Drehmotor 8 mit der elektromagnetischen
Kupplung aufweist, durch den Antriebsmotor 1 angetrieben,
und die Drehwelle 20. des Abgaberotors der Elektromotorenanordnung treibt die Belastung 2. Die Figuren 1 und 6 zeigen, daß
die Oberfläche des magnetischen Kreises 13 des inneren Rotors 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 und die Oberfläche des
magnetischen Kreises 16 des elektrischen Drehmotors 8 zusammen in einem Abschnitt AB senkrecht zu einer Welle des inneren
Rotors 4 der elektromagnetischen Kupplung vorliegen.
Anhand der Figuren 3 und 6 ist gezeigt, daß es ebenfalls möglich ist, ein Schließen des Schaltkreises, der der Feldwicklung
24 der elektromagnetischen Kupplung 3 den Erregungsstrom zuführt, betätigt werden kann durch die Schaltvorrichtung 10 gleichzeitig
mit dem Betätigen der Steuervorrichtung 11 für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1 und der Steuervorrichtung. 41 für
die Geschwindigkeit der zweiten Hauptantriebsquelle 29 unter beginnender Geschwindigkeitsverlangsamung dieser Hauptantriebsquellen 1, 29. Das Bezugszeichen 42 zeigt einen Zuführungskanal für das Arbeitsmittel der zweiten Hauptantriebsquelle
Diesci Arbeitsweisen und erfindungsgemäß erzielten Wirkungen mm
Zusammenhang mit der Anordnung nach den Figuren'3 oder 6 ergeben
sich ohne weiteres im Zusammenhang mit der Anordnung nach den Figuren 1 und 2«
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Claims (17)
- - 16 Patentansprüche[1 JElektromotorenanordnung, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Bauelemente: einen elektrischen Drehmotor mit einem Stator, einem Rotor, einer Feldwicklung und einer Ankerwicklung, in denen Wechselstrom fließt, eine elektromagnetische Kupplung mit zwei Rotoren, die relativ zueinander umlaufen, wobei einer derselben mit einer Ankerwicklung versehen und der andere mit einer Feldwicklung versehen ist, eine mechanische Kombination aus einer der zwei Rotoren der elektromagnetischen Kupplung mit dem Rotor des elektrischen Drehmotors, einer elektrischen Verbindung zwischen der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung und der Ankerwicklung des elektrischen Drehmotors, und einem Antriebsmotor mit einer Vorrichtung für die Geschwindigkeitssteuerung, wobei einer der zwei Rotoren der elektromagnetischen Kupplung eine Belastung antreibt, sowie der andere Rotor der elektromagnetischen Kupplung durch den Antriebsmotor angetrieben wird, sowie weiterhin durch Schließen des elektrischen Schaltkreises unter Zuführen eines Erregungsstroms an eine der zwei Feldwicklungen dies gleichzeitig mit einen Arbeiten der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors erfolgt unter beginnender Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 2. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kombination zwischen dem Rotor und der elektromagnetischen Kupplung sowie dem Rotor oder dem elektrischen Drehmotor durch eine Anordnung eines Rotors erfolgt, der mit einem Material aus einem magnetischen Kreis für die elektromagnetische Kupplung in seiner inneren Fläche und mit einem Material eines magnetischen Kreises für den elektrischen Drehmotor in dessen äußerer Fläche versehen ist und in einem Raum umläuft, zwischen dem Stator des elektrischen Drehmotors und dem anderen Rotor der Elektromagnetischen Kupplung .- 17 309807/0894
- 3. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein Verbrennungsmotor, wie ein Dieselmotor und die Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors ein Geschwindigkeitsregler des Motors ist, vermittels dessen die Zuführung von Brerinstofföl zu dem Motor gesteuert werden kann.
- 4. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor eine Dampfturbine und die Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors ein Geschwindigkeitsregler der Dampfturbine ist, vermittels dessen die Zuführung von Dampf zu der Turbine gesteuert werden kann.
- 5. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der elektromagnetischen Kupplung mechanisch kombiniert mit dem Rotor des elektrischen Drehmotors die Belastung antreibt, sowie der andere Rotor der elektromagnetischen Kupplung durch den Antriebsmotor angetrieben wird, sowie weiterhin das Schließen des Schaltkreises für das Zuführen eines Erregung sstroms zu der Feldwicklung des elektrischen Dreiamotors gleichzeitig erfolgt mit dem Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unter Ingangsetzen der Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 6. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der elektromagnetischen Kupplung mechanisch in Verbindung mit dem Rotor des elektrischen Drehmotors durch den Antriebsmotor angetrieben wird, sowie der andere Rotor der elektromagnetischen Kupplung die Belastung antreibt, sowie weiterhin das Schließen des elektrischen Schaltkreises unter Zuführen von Erregungsstrom zu der Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung gleichzeitig erfolgt mit dem Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unter Ingangsetzen der Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors .
- 7. iilektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist, vermittels derer ein Schließen des elektrischen Schaltkreises unter Zuführen des Erregungsstroms zu der Feldwicklung des elektrishen309807/0894 - 18 -AVDrehinotors bewerkstelligt werden kann gleichzeitig mitdem Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unter Ingangsetzen einer Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 8. Elektrornotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist, vermittels derer ein Schließen des elektrischen Schaltkreises unter Zuführen des ErregungsStroms zu der Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung bewerkstelligt werden kann gleichzeitig mit dem Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unter Ingangsetzen einer Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 9. Elektromotorenai.ordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitsweise zur Durchführung kommt, vermittels derer ein Schließen des elektrischen Schaltkreises unter Zuführen eines Erregungsstroms zu der Feldwicklung des elektrischen Drehmotors gleichzeitig erfolgt mit dem Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unter Ingangsetzen einer Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 10. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitsweise zur Durchführung kommt, vermittels derer ein Schließen des elektrischen Schaltkreises unter Zuführen eines Erregungsstroms zu der Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung gleichzeitig erfolgt mit dem Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsraotors unter Ingangsetzen einer Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 11. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet,daß eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, die dergestalt angeordnet ist, daß dieselbe in der Lage ist den elektrischen Schaltkreis für die Zuführung von Erregungsstrom zu einer der zwei Feldwicklungen des Elektromotors zu bewerk-- 43-309807/0894stelligen, der kombiniert den elektrischen Drehmotor mit der elektromagnetischen Kupplung aufweist.
- 12. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen einer Schaltvorrichtung, die den elektrischen Schaltkreis für die Zuführung des ErregungsStroms zu einer der zwei Feldwicklungen des Elektromtors schließen kann, der kombiniert den elektrischen Drehmotor mit der elektromagnetischen Kupplung aufweist, innerhalb von drei Sekunden beginnt nach Betätigen der Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unter Ingangsetzen der Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors.
- 13. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung für die Geschwindigkeit des Antriebsirtotors betätigt wird unter Ingangsetzen der Geschwindigkeitsverringerung des Antriebsmotors innerhalb von 3 Sekunden nach Beginn des(Schließens der Schaltvorrichtung, die so angeordnet ist, daß dieselbe in der Lage ist, den elektrischen Schaltkreis zu schließen, der den Erregungsstrom einer der zwei Feldwicklungen dem Elektromotor zuführt, der kombiniert den elektrischen Drehmotor mit der elektromagnetischen Kupplung aufweist.
- 14. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Ankerwicklungen des Elektromtors, der den elektrischen Drehmotor mit der elektromagnetischen Kupplung kombiniert aufweist, eine Wicklung mit Poländerung darstellt.
- 15. Eloktromotorenanodnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß uie Drehrichtung des Rotors des elektrischen Dretanotors/entgeyencf esetzterDrehrichtung des Rotors der elektromagnetischen Kupplung verläuft, die durch den Antriebsmotor angetrieben wird, und zwar vermittels elektrischer Verbindung der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung- 20 -303807/0894- 2Φ -mit der" Ankerwicklung des elektrischen Drehmotors über einen Phasenwechselschalter.
- 16. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor eine Hauptantriebsquelle für den Antrieb eines Schiffes und die Belastung eine Schiffsschraube darstellt.
- 17. Elektromotorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor eine erste Hauptantriebsquelle darstellt, von der eine mechanische Leistung abgeleitet werden kann, weiterhin eine Anordnung aus den folgenden Bauelementen bestehend vorliegt: eine zweite Hauptantriebsquelle mit einer Drehwelle,von der aus eine mechanische Leistung abgeleitet werden kann, eine durch die Leistungen der ersten und zweiten Ilauptantriebsquellen angetriebenen Belastung, einen elektrischen Generator, der durch die zweite Hauptantriebsquelle angetrieben wird, und in dem die von der umlaufenden Welle der zweiten Hauptnatriebsquelle abgeleitete mechanische Leistung in eine elektrische Leistung umgewandelt werden kann, und ein elektrisches Kabel, das eine elektrische Verbindung herstellt zwischen der Ankerwicklung des Generators und der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung.309807/0894
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