DE2731511A1 - Buerstenlose synchronmaschine - Google Patents

Description

Ing. <arl "IAVWIOFnR in U nz (Österreich)

B ir:;tonlose Synchronmaschine

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Synchronmai

nie Ilrfindunq betrifft cine biirstenlose synchronmaschine, insbes. einen .".cliwoi fioener 11 )r, iii>· bzw. der über einen in
Achsrichtung "ersehiebbai en · ui \ lU't. j nc hen iebensciilu ( :;tel 1 bar ist. Hei oiiicr !.im 'ichtunq lii-vicr \rt wurde, or, aus der ■;: -^!>Γ, 77 t 71,) bekannt, den :ia jnet i se'ien Mebensch] iiH rohrför'iiq auszubilden und i"i Luftspalt /v/.i r -heu Rotor and St nt i>r jxial
/.u v<n;cii ι oben .

I .s wurde auch bereits bekannt ( ;p.-:\S 1 2^r>fj « ">f»} , bei
einer :'>ynchroivnaschi nc einen magnetischen Nebenschluß in Innenpolrad anzuordnen, woijei dieser lebenschlufi als axial verschiebbarer , in eine Pingnut: ei n;;c!iiebbarer Hing ausgebildetist, der iiJ>er die Ankerwelle den -iajnetischen NebcnscMuß
liildet. Die nu.-clianische Au:; Führung dieser Konstruktion ist
empfindlich wcjen des qeringen Luftspaltes zwischen Ring
und Pinqnut und insbes. far einen robusten Schweißbetrieb
nachteilig. Darüber hinaus ist ein starker Streuf'. u'l zu erwarten, der zu einer Magnetinierung der Kugellager der Ankerwelle führt und damit die Lebensdauer der Lager und auch der ganzen Maschine herabsetzt, weil bei Versagen des Laqers Gefahr besteht, daü der Rotor am Stator anläuft und den Stator beschädigt bzw. der Rotor überhaupt zerstört wird.

τ ine weitere Ausführung eines magnetischen Nebenschlusses ist für Gleichstrom mit feststehendem Außenpolsystem aus der GI'.-IS 3881/19O7 bekanntgeworden. Der Polschuhkern ist hiebei durch eine seitliche Einschiebeöffnung für den magnetischen
Nebenschluß stellbar angeordnet. Kine derartige Konstruktion ist für den Bau einer Außenpol-Synchronmaschine als Schweißjenerator ungeeignet, da man so hohe Schweißströme und Kurzschlüsse über Schleifringe und Bürsten nur mit großen Schwierigkeiten abnehmen kann. Der wesentliche Nachteil ist die Anbringung von Schleifringen und Bürsten und eines Kollektors
mit Bürsten zur Abnahme des Erregerstromes. Diese Konstruktion kann für eine bürstenlose Synchronmaschine und Schweißmaschine-Generator nicht verwendet werden.

Die Erfindung schlägt nun zur Vermeidung der Nachteile
der vorerwähnten Maschinen, bei einer bürstenlosen Synchronmaschine der eingangs erwHhntm Art vor, daß die Statornuten
größer als der Wicklungsquerschnitt ausgebildet sind und die

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Statorwicklung in dem vom Rotor abgewandton Bereich aufnehmen, wogegen der den Rotor zn gewandte Bereich der Stitornuten je eine durch Ansätze dor Mutenwände abgetei I tf: Kinschiebooffnung für den auf vorzugsweise lamelliert« f'inzolstiicke aufgeteilten Nebenschluß bildet. Diese Ausführung bringt den Vorteil, dan sich der Ilauptfiu'i unabhängig von der Stellung des magnetischen !Jebenschlußes über die; StaLorzähne schließen kann, sodafl die Leerlauf spannun j pr.ikt i r-.ch konstant bleibt und dor Schweißstrom durch entsprechende Verstellung der Einzelstücke in den Muten in einem w<:lten Moreich geregelt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der crf indungsgemä'ien Synchronmaschine sind Mehrere der Klnzelstücke zu einem knminart igen Korper verbunden. Damit ist en möglich, mehrere F'inzelst icke gleichzeitig und gemeinsam jeweils um den gleichen netrag in axialer Richtung zu verschieben.

Durchdie erf indungngemäß vorgesehene Beeinf .1 usr.un i des permanenten r.tatorfelden ist es möglich, bei konstantem Gleichfeld und konstantem Wechselhauptfeld eine konstante Leerlaufspannung bei allen Laststufen zu erreichen, sodaß das Lastfeld stufenlos verlustlos eingestellt worden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Ho for ulzaligen und die ungeradzahligen Einzelstücke jeweils an einem gemeinsamen unmagnetischen Ring, fallweise mit magnetischem Rückschluß, befestigt, wobei die Ringe voneinander unabhängig, z.B. von Hand aus oder ferngesteuert, in axialer Γι ichtung beweglich im Gehäuse der Maschine gelagert sind,insbes. zur Versorgung zweier Arbeitsstellen (Schweißstellen) unabhängig voneinander. Hiebei ist es möglich, die die IUnzelstücke tragenden Ringe zu beiden i?eiten des Stators anzuordnen, jedoch können diese Ringe auch nur an einer Seite, des .Itators angeordnet sein. Durch die erf indungsgemäße Maßnahme ist es möglich, bei Anordnung einer elektrisch nicht verketteten 90°-Zweiphasenwicklung die Leistung jeder einzelnen Phase von U-X und V-Y stufen- und verlustlos zu regeln. Bei Anordnung einer Zweiphasen-Statorwicklung kann der Schweißgenerator mit zwei voneinander völlig unabhängigen Arbeitsstellen ausgestattet werden, an denen beliebig hohe Ströme abgegeben werden können; all dies in einen einzigen Maschinensystem. Soferne die Maschine als Schweiß-

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generator eingesetzt wird, können daher beide Srhwt irtsteL lon mit beliebig grollen '''echspLstrornen schweißen oder .iber eine Schweißstelle mit Wrchr.fl ?;troii, die andere jedoch η i t ..; lei-.-'istrom jeweils .aus einer einzigen Maschine versorgt </> >rden. Soferne eine )i.'hwelttsteL Ic 'nit lleichstrom ver';or<|t \/ird, was auch für beide ."Schweißstellen möglich ist, sind ·η·.ί;ρί«·- chende bleicht iehter vorzusehen. Um bei konstanter I.ee-li i'-spannung eine stärkere Cleichstromschweißstelle /ersu jt ;i mi können, ist es mö<j 1 ich, be idf '"-chWeiHstellen in 'Λ leiv';h:;t -ion · schaltung parallel zu r>c(nil L':n. Ts ist weiters möfjlich, mir eine SteLle als i'.chwolßstel Le zn benutzen, an die ander».· Schweißstelle jedoch Glühbirnen, Schleifmaschinen, Hohriuischinen anzuschließen oder auch Batterien in Paral leli;chaltunq zu anderen Verbrauchern zu laden bzw. zu entladen, je nach Bedarf dieser Stromverhraucher. Die Batterie kann »ich als "-tarterbatterIe t ir eine den Schweißcjenerator treibende Brennkraftmaschine dienen, nie lietriebsspannun<j der betreffenden Anzapfung der Synchronmaschine ist Schutzspnnnunq, la sie einen eingestellten Wert nicht übersteigen kann.

Line weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einstellbare und nach erfolgter Einstellung fiber den Arbeitsbereich jeweiLs konstante Leerlaufspannung, also bei allen Laststufen, zu erzielen. Dies ist erreichbar, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Rotor als fremderrejter Rotor ausgebildet ist, wobei zur Erzeugung der F'rreqerspan-nung eine als RingpoLmaschine, z.B. bürstenlose Synchronaußenpolmaschine, ausgebildete Erregermaschine vorgesehen int, die mit permanent erregten Außenpolen versehen ist, deren Polschuhe sich in Richtung der Achse des Polrades der Frrejermaschine erstreckende Fortsätze aufweist, die durch einen axial verschiebbaren Zylinder verschieden stark abdeckbar sind, so daß in den Wechselstromläufer der Erregermaschine verschieden hohe Spannungen induzierbar sind, die gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Gleichrichtelementen dem Rotor der Synchronmaschine als Erregerspannung zuführbar sind.

Tn bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Rotor der Synchronmaschine und der Wechselstromläufer der Erreger-

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maschine auf dor gleichen ^Melle angeordnet sein. Ties bringt den Vorteil, daß die beiden Motoren mit absolut gleicher Drehzahl umlaufen und einr "wiorJrnnvj von L.iufgleiohrichtern möglich wird.

In weiterer Λακ jostal tunq dor Erfindung können zur ■ 'υ: pound i erung dos Trlwoi Bst ro'ioR Mindestens zwei der fost-•;t-"henden Außenpole dot I ■ rrogc?rniasch i ne :nit einer mit Gleichst! oin vor-orqharon 7.unatzwic!'.lung vorsehen sein. Auf diese '. < ι ;e entsteht ein sogenanntes -je'ni seht es Gloi clifeld im St »tor, weil außer einem permanenten Feld aucli ein elektro-M luetisches Feld dein '"titor 7\ir;chal t bar ist, wobei die ot.irk des zus'itzlcihen olekt romaqnet i uehen Feldes abh.ingi<j ist /ι η der (Jen Compoundwick 1 unqen zu jef ührten Oleichspannuna . D mit isi ic?d(» einzelne "Chwri 3«-,tol Io für sich, ilso unab-V/'iijiq von den anderen f,chwei;<st el 1 en compound i orbar .

Das erf i ndunqs'jenäTe !'rinzjp der Verwendung ν in Finzolst icken zur Beoinf lusnun j !>.?s *!ebr>nschlußes der itatorwickliuv} und weiters die Anordnung einer 'lebenschlußrejelunj i ir nine T'rreqer-naschine in άν.Ώ rillen, in denen dar; Polrad der Synchronmaschine fremderreqt wird, kann konstruktiv auch ί ir Außenpolläufer angewendet werden, wobei die jloichen, liier näher erläuterten rffekte erzielbar sind, dies auch bei Maschinen »nit permanent erregtem Polrad.

Die Trfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfMhrungsbeispielen näher erläutert. Γ.« zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungst'iirni einer erfindungsgemüßen bürstenlosen Synchronmaschine, Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Maschine,

Fig. 4 in einem Längsschnitt eine gegenüber der in Fig.l dargestellten Ausführung abgeänderte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine,

Fig. 5 eine Maschine gemäß Fig. 4, jedoch mit Fremderregung ,

Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 4 dargestellten Maschine,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig.5,

Fig. 8 eine gegenüber Fig. 7 modifizierte Ausführungsv.3-riante, und

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Fig. 9 ein Dingr irun, das die Stromstärke in Abhängigkeit von der Zeit einer ηiL einer Zweiphasenwicklung versehenen Maschine darstellt.

Bei dc:r Ausf ührunysl orm gemäß den Fig. 1-4 ist ein durch Permanentmagnete 2 erregter Rotor 1 dargestellt. Die Stäornuten 4 sind größer als der Querschnitt der Statorwicklungen ^r). Die Statorwicklung 5 ist hiebei in dem vom Rotor 1 abgewandten Bereich der Statornuten 4 angeordnet. Der dem Rotor 1 zugewandte Bereich der Statornuten bildet eine Einschiehoöffnunq für den auf vorzugsweise lamellierte Finzelstücke 6 aufgeteilten Nebenschluß. Die Einschiebeöffnung für die Einzelstücke 6 ist durch Ansätze 8 der Nutenwand von jene-Ti Teil der Nuten 4 getrennt, welche die Statorwicklung 5 aufnehmen. Mehrere der Einzelstücke 6, die den Nebenschluß bilden, sind zu einem kammartigen Körper 7 verbunden. 'Vird der kammartige Körper 7 in Richtung des Pfeiles A aus der Einschiebeöffnung herausbewegt, so nimmt die ..'irksamkeit des Magnetfeldes in der Statorwicklung 5 zu und die Statorwicklung 5 wird voll wirksam, sobald der kammartige Körper 7 mit .seinen Finzelstücken 6 vollständig aus der Einschiebeöffnung der Muten 4 herausbewegt wurde. Befinden sich die Einzelntücke 6 der. kammartigen Körpers 7 zur Gänze in der Einschiebeöffnung der Statornuten, so wird der größte Teil des magnetischen Flußer an der Statorwicklung 5 vorbeigeleitet und die Maschinenleistung erreicht ihren Kleinstwert. Durch entsprechendes Einstellen des kammartigen Körpers kann dabei jede beliebige Leistung zwischen den Grenzen voll eingeschoben und voll ausgezogen stufenlos verlustlos eingestellt '/erden. Der von der Maschine normalerweise gelieferte Wechselstrom hat bei Verwendung als Schweißg.enerator zweckmäßigerweise eine Frequenz von ca. 400 Hz und kann direkt zu Schweißzwecken verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, den gelieferten Viechseistrom gleichzurichten und in gleichgerichtetem Zustand dann ebenfalls zum Schweißen zu verwenden. Die Verstellung des kammartigen Körpers 7 zur Einstellung der gewünschten Schweißstromstärke kann entweder von Hand aus direkt an der Maschine erfolgen oder die Verstellung kann mittels Fernsteuerung von einem beliebigen Ort aus, insbes. vom

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Schweißort, durch Fernsteuerung erfolgen. Die Steuerung arbeitet verlustarra, sodaß sich ein guter Wirkungsgrad ergibt.

liei dnn Ausführungsforinon goma(J den Fig. 4 und '"> sind zwei kammartige Körper 7 und 7' vorgesehen. Die Anordnung ist hiebei so getroffen, daß die geradzahligen und die ungeradzahligeri Einzelstückt? 6, 6' jeweils an einem gemeinsamen unmagnetischen Ring 10, 10' fallweise Mit magnet i schein Rückschluß befestigt sind und solcherart voneinander unabhängig in axialer Richtung analog den kammartigen Körper in Fig. 2 (Pfeile ß und Π bzw. B¹ und Λ') im Gehäuse der Maschine beweglich sind. Jeder der kamrnartigen Körper 7, 7* kann zur Versorgung einer Schweißstelle eingesetzt werden. Kino Schweißstelle kann hiebei von der ersten Phase U-X der ftatorwicklung 5 versorgt werden, während die zv/eite Schweißstelle von der zv/eiten Phase V-Y der Statorwick 1 ui. ( versorgt wird. Die Stromstärken können durch entsprechenden Verschieben der kammartigen Körper 7, 7¹ in Richtung der Pfeile Π-Λ bzw. H'-Λ' unabhängig voneinander eingestellt v/erden.

Ist bei einer bürstenlosen Synchronmaschine, wie dies Fig. 5 zeigt, eine Erregermaschine für die Pole de«; Rotors der Synchronmaschine 1 vorgesehen, so ist es möglich, zusätzlich zur Stromstärke auch noch die Leerlauf spannung zu regulieren, .'jcjferne die Erregermaschine 11 selbst steuerbar ist. Die Krrogermar.chine 11 ist als Ringpoimaschine, ζ . n.h irstenlose Svnchronnußenpolmaschine, ausgebildet. Die Außenuole sind permanent erregt und die Polschuhe weisen Fortsätze U auf, die sich in Richtung der Achse des Wechselstromläifers der Erregermaschine 11 erstrecken und durch einen axial verschiebbaren Zylinder 15 verschieden stark abdeckbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, in den Wechselstromäufer 14 der Erregermaschine 11 verschieden hohe Spannungen zu induzieren, die dann dem elektromagnetischen Rotot 1 der Synchronmaschine als Erregerspannung zugeführt werden können. Soferne die ERregerspannung eine Gleichspannung sein soll, sind Gleichrichterelemente (Laufgleichrichter) 16, 17 zwischen dem Ausgang des Wechselstromläufer 14 der Erregermaschine und dem Rotor 1 der Synchronmaschine einzuschalten. Wird der Zylinder 15 in Richtung des Pfeiles P verschoben, so nimmt der Magnetfluß über den Wechselstromläufer 14 der

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Erregermaschine Il ah, sodaß in dor Wicklung des Läufers 14 der Erregermaschine 11 ei no immer kleiner werdende Spannung erreicht ist. Γη der inner ston ^r't.o llung ist dann dor Zylinder 15 als Abdeckung ior Fortr.ätze Ii eier Polschuhe 12 voll wirksam. Die grollte :;pannunq v/lrd in den Wechselstrom!Mufer 14 der Erregermaschine- 11 dann induziert, wenn der Zylinder 15 dio Fortsätze U dor Polschuhe 12 nicht iMockt.

Aus don in den Fig. 7 und H dargestellten Querschnitten durch don Zylinder 15 sind die Pole 12 des Stators ersichtlich, wobei bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform insgesamt vier Pole 12 vorgesehen :;ind. üei der in Flg. 8 dargestellten Ausf ührung^var iante sind ebenfalls vior Pole 12 vorgesehen, jedoch sind '.vwoi einander gegenüberliegende Pole mit zusätzlichen Wicklungen 19 ausgestattet, die mit Gleichstrom versorgt werden können. Auf diese Weise wird ein gemischtes Erregersystem erzielt, wobei eine Compoundiorung jeder Schweißstelle einzeln mittels der Wicklungen I^ möglich ist. Der Rotor 1 d·. r Synchron- :ischine und der Wechselstromläufer 14 der Erregermaschine 11 sind auf der gleichen Welle 18 angeordnet. Der Zylinder l^r> int analog ausgebildet wie in Fig. 5, also mit einem sich ül>or Jfio erstreckenden Mantel.

Aus Fig. 9 sind zwei Sinuslinien der Phase 1 und dor Phase 2 ersichtlich, wobei die Phasenverschiebung -A— betragt. Fig. 9 zeigt, daß der erfindungsgemäße Schweißgenerator mit zwei voneinander getrennten Schweißstellen völlig unabhängig voneinander betrieben werden kann.

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Leerseite

Claims (4)

Patentanspräche:

1.) Hürntcnlosn Synchronmaschine, insbesondere iichwelßgeneraiwr, dLe bzw. der über einen Ln Achsr ichtung vers;chLebbaren maijnetischen Nebenschluß stellbar Ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Statornuten (4) größer als der WkJclungsquerschnitt ausgebildet sind und die Statorwicklung (5) in der» vom Rotor (1) angewandten Bereich aufnehmen, wogegen der dem Rotor (1) zugewandte Bereich der Statornuten (1) je eine durch Ansätze (8) der Nutenwände abgeteilte Kinschleleöffnung für den auf vorzugsweise lamollierte Einzelstück·.? f6, 6') aufgeteilten Nebenschluß bildet.

2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .'Mehrere der Einzelst'icke (6, 6¹) zu einem kammartigen Körper (7, 7') verbunden sind.

3. .'Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch jekennzeichnet, da.3 die geradzahligen und die ungeradzahlingen Einzelstiicko (6, 6¹) jeweils an einem gemeinsamen unmagnetischen Ring (1O, LO¹) fallweise mit magnetischen Rückschluß befestigt sind, die voneinander unabhängig, z.B. von Hand aiu: oder ferngesteuert, in axialer Richtung (D, A; B', A¹) beweglich im Coli.iuse der Maschine gelagert sind (Fig. 4-6), insbes. zur Versorgung zweier Arbeitsstellen (Schweißstellen) unabhängig voneinander.

4. Synchronmaschine nach einen der Ansprüche 1-3, dadurch jekennzeichnet, (laß der Rotor (1) als fremderregter Rotor (Fig. 5) ausgebildet ist, wobei zur Erzeugung der Erregerspannung eine als Ringpolmaschine, z.B. bürstenlose Sync hronaußenpolmaschine, ausgebildete Erregermaschine (11) vorgesehen ist, die mit permanent erregten Außenpolen (12) versehen ist, deren Polschuhe sich in Richtung der Achse des Polrades (14) der Erregermasjchine (11) erstreckende Fortsätze (13) aufweist, die durch einen axial verschiebbaren Zylinder (15) verschieden stark abdeckbar sind, so daß in den Wechselstromläufer (14) der Erregermaschine (11) verschieden hohe Spannungen induzierbar sind, die gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Gleichrichtelementen (16, 17) dem Rotor (1) der Synchronmaschine als

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ORKSlNAL INSPECT»

Erregerspaniunq zufilhrbar >;ind.

f>. Hynchronmascli i nl· nach -\nspruch I, dadurch 'jekenn^eichnet, daß der Rotor (1) der Synchronmaschine und der Wechselstrom! Muf er (II) dor ;rroqermaschine (II) auf dor gleichen ■•/eile (Ifi) an'ieonliiot .«jirid.

f). S/nohronmanchlne nach Ari55iiructi 4 oder ^r>, dadurch ■/»>kennzeichnet, daß Mindestens zv/oi tlor fnststehenden Außenpole der Krrt;«jr;rmanchlne mit einer mit Cleichstrom versorqban?n Zusat zwiok Ui nq (10) zur Conif. ound ierunq des Schwoißstroines versehen Ist.

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