DE2317500A1

DE2317500A1 - Elektrische synchronmaschine homopolarer bauart

Info

Publication number: DE2317500A1
Application number: DE2317500A
Authority: DE
Inventors: Guenther Rother; Roman Susdorf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-04
Filing date: 1973-04-04
Publication date: 1974-10-10
Also published as: AT325140B; FR2224912A1; JPS5030005A; CH573181A5; FR2224912B3

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8520 Erlangen, »" *· APR. 1373 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.50

Unser Zeichen: VPA 73/3735 D/Win

Elektrische Synchronmaschine homopolarer Bauart

Elektrische Synchronmaschinen homopolarer Bauart werden üblicherweise mit einem wicklungsfreien, gezahnten Läufer ausgebildet und allein der Ständer trägt die Arbeits- und Erregerwicklungen. Dadurch lassen sich diese Maschinen mit sehr hoher Drehzahl betreiben, wodurch die Ausnutzung der Maschine, nämlich die auf ihr Volumen bezogene Leistung, sehr hoch ist. Ein derartiger gezahnter Läufer hat allerdings den Nachteil, daß er während des Betriebes aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit starke, störende Geräusche erzeugt. Zur Verbesserung des akustischen Verhaltens eines derartigen wicklungsfreien Läufers 1st es daher bereits bekannt, die Pollücken des Läufers durch Füllstücke aus Isolationsmaterial, also unmagnetischem Material, auszufüllen, um eine geschlossene, zylindrische Oberfläche zu erhalten (siehe "Conti Elektro-Berichte, 1959, Seite 301).

Nachdem bisher derartige Synchronmaschinen homopolarer Bauart nur als Erregermaschinen bzw. als Mittelfrequenzgeneratoren eingesetzt wurden, hat sich neuerdings ein besonderes Anwendungsgebiet derartiger Synchronmaschinen ergeben, nämlich ihre Verwendung in Verbindung mit einem aus Thyristoren bestehenden Stromrichter. Dabei wird insbesondere der bekannte Vorteil des kommutatorlosen Betriebes der Maschine bei hohen Drehzahlen ausgenutzt. Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Stromrichtermaschine ist aber nun nicht mehr die Ausnutzung der Maschine allein, sondern auch der dazu gehörige Stromrichter muß gut ausgenutzt sein. Für die Auslegung des Stromrichters ist die Kommutierungsreaktanz maßgebend. Diese ist aber bei der beschriebenen bekannten elek-

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trischen Synchronmaschine homopolarer Bauart mit einem wicklungsfreien, gezahnten Läufer verhältnismäßig groß. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch eine einfache konstruktive Änderung der bekannten Synchronmaschine die Kommutierungsreaktanz zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer elektrischen Synchronmaschine homopolarer Bauart mit einem wicklungsfreien, gezahnten Läufer, dem durch Hinzufügung von Füllstücken aus unmagnetischem Material eine geschlossene, zylindrische Oberfläche gegeben ist. Gemäß der Erfindung ist bei Verwendung der Maschine in Verbindung mit einem aus Thyristoren bestehendem Stromrichter die Läuferoberfläche im Bereich der Läuferzähne mit einem durch Flammspritzen aufgetragenen, geschlossenen, zylindrischen Mantel versehen, der aus einem unmagnetischen, elektrisch gut leitendem Material besteht. Die sich in diesem zylindrischen Mantel aus einem unmagnetischen Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit bildenden Wirbelströme beeinflussen bei dem Stromübergang im Stromrichter von einen Thyristor auf den anderen den vorliegenden Kommutierungskreis im Sinne einer starken Dämpfung, so daß die Kommutierungsreaktanz verringert wird. Daher kann der Stromrichter gut ausgenutzt und entsprechend knapp dimensioniert werden.

Das durch Flammspritzen aufgebrachte Material, welches den zylindrischen Mantel bildet, haftet auf der gesamten Läuferoberfläche. Es wird während des Betriebes hauptsächlich den radial gerichteten Beanspruchungen durch die Fliehkraft unterworfen, die durch die Verbindung zur Läuferoberfläche aufgenommen werden können. Dadurch kann der Mantel eine dünnere Wandstärke erhalten, als dies bei einem aus einem aufgeschrumpften Ring gebildeten Zylindermantel möglich wäre. Entsprechend

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kann der flammgespritzte Ring, dessen Material infolge der sich beim Auftragen ergebenden Poren zwar eine etwas geringere mechanische Festigkeit hat, als das gleiche Material in gewalzter Form, wegen der dünneren Wandstärken dennoch bei hohen Drehzahlen eingesetzt werden. Das Auftragen eines Materials durch Flammspritzen hat außerdem noch den Vorteil einer einfachen Fertigung. Als Material für den zylindrischen Mantel empfehlen sich Kupfer und Kupfer legierungen, wie z.B. Beryllium-Kupferlegierungen und Bronze oder Aluminiumlegierungen, wie z.B. Titan-Aluminiumlegierungen, die Jeweils nach der gewünschten Leitfähigkeit und Materialfestigkeit ausgewählt werden.

Es ist zwar aus dem DT-GM T 962 987 bereits bekannt, bei einer normalen, als Schenkelpolmaschine ausgebildeten Synchronmaschine die übliche Dämpferwicklung als geschlossenen Zylindermantel auszuführen, der den Läufer der Maschine umgibt. Dadurch sollte aber nur eine bessere Kühlwirkung der Dämpferwicklung erzielt werden, ohne daß eine Änderung des elektrischen Verhaltens der Maschine auftrat.

Da eine gemäß der Erfindung ausgebildete Maschine sehr geräuscharm betrieben werden kann und wegen ihrer guten Ausnutzung bei großer Leistungsabgabe nur einen geringen Raumbedarf hat, eignet sie sich besonders gut für die Verwendung als drehzahlregelbarer, thyristorgespeister, kollektorloser Stromrichtermotor für elektrische Triebfahrzeuge, z.B. elektrische Lokomotiven oder Triebwagen. Es ist aber auch ein Einsatz als Generator üblich, weil dann mit geringem Aufwand gute co.*f-Werte des erzeugten Stromes erzielt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 jeweils schematisch im Schnitt gezeigt dargestellt. Fig. zeigt einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 2 und Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt entlang der Schnittlinie U-II in Fig. 1.

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Der Läufer 1 einer Synchronmaschine homopplarer Bauart, die als hochtouriger, thyristorgespeister Stromrichtermotor für Triebfahrzeuge eingesetzt wird, besteht aus einem massiven Eisenkörper mit Läuferzähnen 2 und dazwischenliegenden Zahnlücken 3· Wegen der nicht dargestellten Aufteilung des Ständers der Maschine in zwei Blechpakete, zwischen denen mittig eine Ringerregerspule angeordnet ist, sind auch am Läufer 1 die Zähne 2 und Zahnlücken 3 jeweils nur in dem unter dem Ständerblechpaket liegenden Teil ausgearbeitet, so daß in der Mitte im Bereich der Erregerspule ein Absatz 4 verbleibt. Außerdem sind in den beiden durch den Absatz 4 geteilten Bereichen des Läufers 1 die Zähne 2 und Zahnlücken 3 jeweils gegeneinander versetzt.

Die Zahnlücken 3 des Läufers 1 sind nun durch entsprechend geformte Füllstücke aus unmagnetischem Metall, z.B. Leichtmetall, völlig ausgefüllt, so daß der Läufer 1 auch im Bereich der Lauferzähne 2 eine geschlossene, zylindrische Form erhält. Die Läuferoberfläche wird dann im Bereich der Läuferzähne 2 unter Ausnahme des Absatzes 4 jeweils mit einem durch Flammspritzen aufgetragenen, geschlossenen zylindrischen Mantel 5 versehen. Als Material wird z.B. Kupfer verwendet. Da das flammgespritzte Metall auf der Läuferoberfläche haftet und während des Betriebes hauptsächlich durch die radial gerichteten Fliehkräfte beansprucht wird, kann die Wandstärke des Mantels 5 kleingehalten werden.

Dieser Mantel 5 hat zunächst einmal den Vorteil, daß er die Entstehung von sehr intensiven Geräuschen während des sehr hochtourigen Betriebes der Maschine verhindert. Außerdem wird durch die in ihn entstehenden Wirbelströme die Kommutierungsreaktanz für den zusammen mit der Maschine arbeitenden Stromrichter herabgesetzt, so daß dieser optimal ausgelegt werden kann. Auch die Oberflächenreibungsverluste sind durch den Mantel 5 verringert. Ferner haben auch die Stirnseiten des Läufers durch Verschließen der Zahnlücken mit Füllstücken

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eine glatte Oberfläche erhalten. Man erhält auf diese Weise einen geschlossenen trommelförmigen Läuferkörper, der die günstigste Läuferform für einen geräuscharmen und reibungsverlustfreien Betrieb der Maschine bei hohen Drehzahlen darstellt.

5 Ansprüche 2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Elektrische Synchronmaschine homopolarer Bauart mit einem wicklungsfreien, gezahnten Läufer, dem durch Hinzufügung von Füllstücken aus unmagnetischem Material eine geschlossene, zylindrische Oberfläche gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Maschine in Verbindung mit einem aus Thyristoren bestehendem Stromrichter die Läuferoberfläche im Bereich der Läuferzähne (2) mit einem durch Flammspritzen aufgetragenen, geschlossenen, zylindrischen Mantel (5) versehen ist, der aus einem unmagnetischen, elektrisch gut leitendem Material besteht.
2. Elektrische Synchronmaschine homopolarer Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Mantel (5) aus Kupfer besteht.
3. Elektrische Synchronmaschine homopolarer Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Mantel (5) aus einer Aluminium- oder Kupferlegierung besteht.
4. Elektrische Synchronmaschine homopolarer Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstüqke zum Verschließen der Zahnlücken (3) aus unmagnetischem Leichtmetall bestehen..
5. Elektrische Synchronmaschine homopolarer Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine als drehzahlregelbarer, thyristorgespeister, kollektorloser Stromrichtermotor für Triebfahrzeuge verwendet ist.

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