DE2917031A1 - Demodulator fuer interferenz aufweisende mehrphasenspannungen - Google Patents

Description

291703]

O'MAHONY 10 555

FR 78 12 835 vom 28. April 1978

FR 78 17 836 vom 14. Juni 1978

Gerard O'MAHONY,

95 rue de Versailles

F - 93 410 Ville d'Avray

Demodulator für Interferenz aufweisende Mehrphasenspannungen

Die Erfindung betrifft einen Demodulator, der zum Demodulieren von Mehrphasenspannungen zu η Phasen dient, die unter Bildung eines mit einer Pulsfrequenz £ pseudo-sinusförmig amplitudenmodulierten Mehrphasenspannungssystems ineinandergreifen, wodurch ein Mehrphasenspannungssystem entsteht, das mit £, pulsiert.

Die Erscheinung der Interferenz zwischen zwei sinusförmigen Spannungen mit den Frequenzen f₁ und f_? oder den Kreisfrequenzen ⁶^₁, ^₉ und den Amplituden U , U, , die voneinander verschieden sind, ist bekannt und wird vielfach in der Rundfunktechnik, der Technik der Synchronoskope, bei Sendern usw. eingesetzt. Die Erscheinung läßt sich durch folgende Gleichungen darstellen:

U(t) = U_a sintttjt + ü_b sinnet

= 2U_Qcos(et) sin (^t) + 2e sin (fet) cos (u)t) (1)

mit (ύ = ω+ £, _und υ = ü + e

• a ο

^ω2 =^ω-ί ^üb ^{= U}o - ^e '

Hierin ist 6J die mittlere Kreisfrequenz und U_q der Mittelwert

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der zusammengesetzten Sinusspannungen.

Der allgemeine Verlauf der sich dadurch ergebenden Schwebungs spannung U(t) ist mit der ausgezogenen Kurve in der Fig. 1 dargestellt.

Wenn man jeweils zwei Phasen von zwei derartigen Mehrphasenspannungssystemen hintereinander schaltet, so erhält man η Spannungen U , die gleich der vorstehend beschriebenen sind

und sich in eine Hüllkurve einschreiben, die jedoch gegeneinander um — phasenverschoben sind, wobei η die Zahl der Phasen jedes Systems ist. Die Spannung U ist dann:

U = U sin Ua₁1 + ^) + U, sin (ω t + -^) (2)

pa ι η D δ Ii

Hierin kann ρ jeden Wert von 1 bis η annehmen.

Die Figur 2 zeigt die Kurven 1, 2 und 3 der drei resultierenden Spannungen UL, U₃, U₃, die durch das Zusammenfügen zweier dreiphasiger Systeme entstanden sind (in der nachfolgenden Beschreibung wird bevorzugt ein Beispiel mit zwei Dreiphasensystemen betrachtet).

Wählt man Spannungen, deren Amplituden sich voneinander nicht unterscheiden, worin also e = 0 ist, so daß U = U, = U , so ist die resultierende Spannung U(t) = 2U cos£t siniüt, die als pseudo-sinusförmige Spannung mit der Kreisfrequenz tu und der schwankenden Amplitude 2U cos6t zu schreiben ist. Dies gilt gleichermaßen für die resultierenden Spannungen der zwei Mehrphasensysterne, deren Phasen in Reihe geschaltet sind, wie dies vorstehend beschrieben ist.

Betrachtet man η Gruppen von η resultierenden Spannungen der zwei Mehrphasensysteme der vorstehend beschriebenen Art und führt man jede mögliche zyklische Vertauschung der Phasen des zweiten Mehrphasensystems gegenüber dem ersten durch, dann erhält man η Gruppen von Spannungen, deren Verlauf gleich dem der Spannungen der ersten Gruppe ist, wobei jedoch die

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jeweiligen Hüllkurven gegeneinander versetzt sind. So erhält man η Gruppen von Mehrphasenspannungen U. , mit

U. = U sin (U),t + ^X-) + U sin (ta,t .+ ) ₍₃₎

xp ο 1 no 2. η

worin i die Gruppe der Spannungen bedeutet und von 1 bis η läuft, während ρ der Index der Phase in einer Spannungsgruppe ist und ebenfalls die Werte von 1 bis η durchläuft.

So bilden für Dreiphasensysteme die drei resultierenden Spannungen (U₁₃₇U₁₂JU₁₁), (^U23'^U22'^U21^' *^Ü33'^Ü32^/Ü31* ^drei pseudo-dreiphasige Systeme, deren Amplituden folgende Werte haben

U_n = 2U cosbt,

U_B = 2ü_o cos (£t -ψ),

U_n = 2U cos (£.t + |2) ,

Die Form der Spannungen U₁₁, U₁₂, U₁₃, U₃₁, U₃₃, U₃₃, U₃₁, U₃₂, U₃₃ ist in den Figuren 3a, 3b, 3c mit den Kurven a₃, a~, a.., b₃, b₂, b₁, C₃, C₂, c^ dargestellt.

Mit der Erfindung sollen neue Mittel geschaffen werden, die sich eignen, das Phänomen der Schwebung auszunutzen, insbesondere um ein System von Mehrphasenspannungen mit einer gegebenen Frequenz f, die konstant oder variabel sein kann, zu erhalten, wobei die Spannungen mit einer Pulsation £, von einem elektrischen Generator abgegeben werden, der diese Spannungen entsprechend den vorstehend beschriebenen Gleichungen (3) abgibt.

Insbesondere wird mit der Erfindung ein Demodulator geschaffen, der es ermöglicht, ausgehend von Systemen von Mehrphasenspannungen mit η Phasen entsprechend η Systemen gemäß den η Gleichungen des Typs (3) ein System von η Mehrphasenspannungen zu bilden, die eine Frequenz f haben, die der Pulsation der

Amplitudenmodulation der die Systeme der Mehrphasenspannungen bildenden Spannungen haben.

Es sind bereits Demodulatoren bekannt, die von elektronischen Gleichrichtern in unterschiedlichen Zusammensetzungen Gebrauch machen. Derartige Demodulatoren sind relativ komplex aufgebaut und benötigen eine große Anzahl von Einzelbauteilen, wodurch die Kosten und die Anfälligkeit des Systems erhöht werden. Mit Hilfe der Erfindung sollen diese Nachteile gerade vermieden und eine Demodulationsart geschaffen werden, wie sie nachstehend näher erläutert wird und die einfach, wirkungsvoll und zuverlässig ist.

Zu diesem Zweck wird ein Demodulator der eingangs genannten Art geschaffen, welcher folgende Merkmale aufweist:

a) η Statoranker mit η Phasen, gespeist mit η pseudo-sinusförmigen, mit einer Pulsfrequenz β amplitudenmodulierten Mehrphasenspannungen, die der Gleichung

ü._p = u_o sin (^t ₊ ψ) ₊ ü_o sin (^t ₊ lMi±El,

folgen, worin i eine Gruppe von Spannungen im System und ρ eine Phase in einer Gruppe bedeuten und i und ρ die Werte von 1 bis η durchlaufen,

b) η Rotorelemente, von denen jedes magnetische Schließungskreise enthält, die aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor bestehen und magnetischen Wechselfluß ohne Abdämpfung zu leiten vermögen,

c) der Anzahl der η Rotorelemente entsprechende Mittel zum Schließen der Stromkreise von η mit £■ pulsierenden Mehrphasenspannungssystemen, die mit diesen verbunden sind.

Demodulatoren dieser Art können als Maschinen von relativ geringer Baugröße und geringem Gewicht, bezogen auf ihre Leistung, gebaut werden, sowie für relativ hohe Drehzahlen.

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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung besteht der Demodulator aus einer mehrphasig aufgebauten Maschineneinheit, in der η Statoranker zu η Phasen durch ein gemeinsames Joch aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor miteinander verbunden sind, während die η magnetische Kreise bildenden η Rotorelemente zu einem einheitlichen Rotor auf einer gemeinsamen, magnetisch leitfähigen Welle zusammengefaßt sind, der in den als magnetischer Pfad dienenden Teilen aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor besteht, während die Mittel zum Aufnehmen der η Systeme der £ pulsierenden Mehrphasenspannungen η feststehende und zur Achse der magnetisch leitfähigen Welle konzentrische Spulen sind, jeder der η magnetischen Schließungskreise des Rotors eine Anzahl von Polkörpern von der Zahl der Polpaare im zugehörigen Anker hat und die geometrische Relativverschiebung der entsprechenden Phasen der η Statoranker gleich den Relativverschiebungen in Längsrichtung der Polkörper des Rotors ist.

Nach einem weiteren Merkmal sind die vom Magnetwechselfluß durchsetzten Teile des Rotors und des Joches geblecht ausgeführt, wobei eine erste Blechschichtung parallel zur Rotorachse verläuft, die von einer zweiten Blechschichtung senkrecht zur Rotorachse umgeben ist. Dabei kann in besonderer Ausführungsweise die erste Blechschichtung der zur Rotorachse parallelen Bleche durch Stapel ebener Bleche gebildet sein, die in den Polkörpern enthalten sind. Nach einer weiteren Ausbildung bilden die ersten, zur Rotorachse parallelen Blechstapel einen zu der Achse konzentrischen Kranz aus Einzelblechen, welche Teile eines Zylinders darstellen, wie dies andeutungsweise in der Fig. 10 gezeigt ist. Die zur Rotorachse parallelen Bleche des ersten Stapels können im Rotor nach Art von Kollektorlamellen bei Gleichstrommaschinen befestigt sein.

Bei den verschiedenen Ausführungsformen der oben beschriebenen Art ist es in jedem Fall erforderlich, ein gemeinsames Gehäuse aus einem Material mit geringen Eisenverlusten und einen Rotor mit einer gemeinsamen magnetischen Welle vorzusehen, damit die magnetischen Feldlinien einen geschlossenen Kreis vorfinden.

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ORlGINAt INSPECTED

Die Beanspruchungen können in bestimmten Fällen sich als störend erweisen, so daß es nicht möglich ist, Elemente von elektrischen Maschinen in herkömmlicher Bauweise einzusetzen.

Nach wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung läßt sich auf einfache und relativ kostengünstige Weise ein Dedomulator herstellen, der aus Maschinenteilen besteht, die besonders leicht herzustellen sind und aus der bekannten Technik der Herstellung von Synchronmaschinen abgeleitet sind. In diesem Fall besteht der erfindungsgemäße Demodulator aus einer Gruppe von η Heteropolar-Mehrphasensynchronmaschinen, von denen jede einen Statoranker mit η Phasen aufweist, während ein mit Wicklung ausgestatteter Rotor mit der Anzahl der Pole im Statoranker entsprechender Polzahl vorgesehen ist und die Wicklungen der Rotorelemente den Mitteln angehören, mit denen mit Hilfe der η Rotorelemente η Systeme von Mehrphasenspannungen mit der Pulsation £ erzeugt werden können.

Diese Mittel zur Erzeugung der η Systeme von Mehrphasenspannungen mit der Pulsation 6 auf den η Rotorelementen können mit dem Rotor fest verbundene Schleifringe und feststehende Schleifbürsten enthalten.

In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Demodulators ist es nicht einmal erforderlich, ein gemeinsames Gehäuse und eine gemeinsame Welle aus einem Material mit geringen Eisenverlusten vorzusehen, welches den Durchtritt eines Magnetflusses zuläßt, da es sich ja um eine Heteropolarmaschine handelt. Lediglich unter zusätzlicher Verwendung von Blechen im Rotor, die den Durchtritt eines Wechselflusses zulassen, kann der Demodulator im übrigen vollständig unter Verwendung der bei Synchronmaschinen üblichen Technik hergestellt werden. So sind in einer besonderen Ausführungsform die η Statorelemente in Verbindung mit ihren Rotorelementen so aufgebaut, daß sie η gleiche heteropolare Synchronmaschinen darstellen, die

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ORiGiMAl.

mechanisch unabhängig sind. So kann man z. B. für einen Dreiphasendemodulator drei heteropolare Synchronmaschinen unter Beachtung der weiter oben aufgeführten Bedingungen zusammenfügen und diese dann mit den drei Systemen der pseudo-sinusförmigen Dreiphasenspannungen, die in ihrer Amplitude mit der Pulsation £ moduliert sind und sich entsprechend den Gleichungen (3) verhalten, speisen, um an den einzelnen Rotorwicklungen ein System von Pseudo-Dreiphasenspannungen entsprechend den Gleichungen (4) abzunehmen.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, sind die η Statorelemente, die η mit Wicklung versehenen Rotoren zugeordnet sind, in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, und die η magnetischen Kreise der Rotoren sitzen auf einer gemeinsamen Welle. Hierdurch wird eine besonders kompakte Maschine geschaffen, in der die Zahl der Lager verringert ist und bei der auch die Anzahl der Schleifringe auf die Zahl der magnetischen Kreise im Rotor, eventuell um 1 vermehrt, verringert werden kann, da jede Rotorwicklung an einen unabhängigen Schleifring geführt ist, und eventuell ein gemeinsamer Schleifring für alle η Rotorwicklungen als Nulleiter-Anschluß oder gemeinsamer Sternpunkt dient.

Weitere Eigenheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm der Spannung nach Gleichung (1), Fig. 2 ein Diagramm der Spannungen gemäß den Gleichungen (2);

Fig. 3a bis 3c Spannungsdiagramme entsprechend den Gleichungen (3);

Fig. 4a bis 4c vereinfachte Schnittdarstellungen in den Schnittebenen IVa-IVa, IVb-IVb bzw. IVc-IVc in der Fig. 5;

Fig. 5 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Dreiphasendemodulators;

Fig. 6 ein Schaubild des Flußverlaufs im Demodulator nach Fig. 5;

Fig. 7, 9 und 11 Längsschnitte durch Ausführungsbeispiele von Demodulatoren nach dem in Fig. 5 gezeigten Prinzip;

Fig. 8, 10 und 12 Teilquerschnitte in den Schnittebenen VIII-VIII in Fig. 7, X-X in Fig. 9 bzw. XII-XII in Fig. 11;

Fig.13a bis 13c Schemabilder von Querschnitten durch eine aus drei Stator-Rotor-Anordnungen zusammengefügte Maschinengruppe als weitere Ausführungsform des Dreiphasendemodulators;

Fig. 14 einen Axialschnitt durch ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel des Dreiphasendemodulators in schematisierter Vereinfachung; und

Fig. 15 einen Querschnitt in der Ebene XV-XV der· Fig. 14.

Die Fig. 5 zeigt das schematisierte Bild eines Dreiphasendemodulators, der drei Dreiphasenanker 11, 12, 13 mit jeweils drei Phasenwicklungen A₁, A_?, Ä, im Anker 11 (Fig. 4a), B^, B₂, B im Anker 12 (Fig. 4b) und C., C₂, C₃ im Anker 13 (Fig. 4c) hat. Die Anker 11, 12 und 13 befinden sich in einem gemeinsamen Joch 10.

Die Phasen (A₁, A₃, A₃), (B₁, B₃, B₃), (C₁, C₃, C₃), der Anker 11, 12, 13 werden jeweils mit den resultierenden Spannungen (U₁₃, U₁₂, U₁₁), (U₂₃, U₂₂, U₂₁), (U₃₃, U₃₂, U₃₁) gespeist, die an früherer Stelle beschrieben sind und einem Schwebungsspannungsgenerator entstammen, der in einer Patentanmeldung mit gleichem Prioritätstag wie der vorliegenden eingehend beschrieben ist.

Der Demodulator weist darüber hinaus einen in Lagern 40, 40' innerhalb des Gehäuses 10 gehalterten Rotor 20 auf, dessen Welle sich frei in den Lagern 40, 40' um ihre Achse 00' drehen kann. Der Rotor 20 besteht aus einem magnetisch leitfähigen Wellenabschnitt 24, auf dem drei spezielle Magnetkreisabschnitte 21, 22, 23 sitzen. Diese Magnetkreisabschnitte 21, 22, 23 sind mit einer Anzahl von Polkörpern oder Polen ausgestattet, deren

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Zahl der Zahl von Polpaaren im magnetischen Kreis der einzelnen Anker 11, 12, 13 gleich ist. Da das zur Erläuterung vereinfachte Schemabild der Figuren 4a, 4b, 4c und der Figur 5 eine zweipolige Maschine zeigt, besitzt der Rotor nur einen einzigen Polkörper 21, 22, 23 je Statoranker.

Die relative geometrische Versetzung der gleichnamigen Phasen (A₁, B^, C₁), (A„, B₂, C₂) und (A₃, B₃, C₃) der drei Anker 11, 12, 13 des Stators sind gleich den gegenseitigen Längsversetzungen der Polkörper 21, 22, 23 des Rotors 20. Bei dem in den Figuren 4a, 4b, 4c und 5 dargestellten Beispiel sind die gleichnamigen Phasen der Anker 11, 12, 13 in dieselbe Ebene gelegt, da bei dem gezeichneten Beispiel die drei Polkörper 21, 22, 23 des magnetisch leitenden Läuferteils 24 in einer Ebene ausgerichtet sind.

Der von jedem der drei Anker 11, 12, 13 erzeugte Wechselfluß ist

^₁ = φ costt,

Φ₂ = Φ cos fet - ^~) und (5)

0₃ = φ cos (£.t + ^) .

Die in den Langsabschnxtten des Joches 10 zirkulierenden Flüsse sind parallel zur Achse 00'; sie schließen sich in Längsrichtung durch den magnetisch leitenden Teil 24 der Welle.

Wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 6 ersichtlich, werden in den drei Ankern 11, 12, 13 drei Drehfelder erzeugt, die mit der Kreisfrequenz ^o ₁ + **-> in derselben radialen

Ebene um die Achse 00' umlaufen. Aus dem magnetischen Aufbau des Rotors 20 ergibt sich, daß dieser mit der Kreisfrequenzcunach Art eines leerlaufenden Reluktanzmotors umläuft. Wie an früherer Stelle angedeutet, ist der Wert jedes der drei Flüsse $.,, φ~, (§₃ proportional der Amplitude der drei diese Flüsse jeweils hervorrufenden Systeme der Dreiphasenspannungen· Die Flüsse §.., (JL, ^₃ schließen sich über die Welle 24 und das gemeinsame Joch 10, wie mit den mit Pfeil versehenen Magnetfluß-Linien in Fig. 5

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angedeutet, wobei sie auch drei ruhende, konzentrische Spulen 31, 32, 33 durchsetzen, die die gemeinsame Welle 24 umgeben. Die mittlere Spule 32 ist vorzugsweise aus zwei Halbspulen aufgebaut, von denen jeweils ein Teil zu beiden Seiten des mittleren Ankers 12 angeordnet ist. Die Flüsse φ.., φ-, ^K. rufen an den Klemmen der Spulen 31, 32, 33 ein ausgeglichenes System von Dreiphasenspannungen U, , U_ß , U mit der

ο ο ο

Frequenz f = ^ entsprechend Gleichung (4) hervor.

Man bemerke, daß der beschriebene Demodulator eine Frequenzänderung der Mehrphasenspannungen ermöglicht, wobei die Vorteile eines Transformators erhalten bleiben.

Die vom Magnetfluß durchströmten Teile der Maschine müssen aus einem magnetisch leitfähigen Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor hergestellt werden, da in ihnen ein Wechselfluß fließt. Der Wechselfluß mit der Pulsation 6 parallel zur Rotationsachse bedingt, daß die magnetisch leitfähige Welle 24 und das Joch aus magnetisch leitfähigem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor hergestellt werden muß.

Eine mögliche erste Lösung zeigen die Figuren 7 und 8 für eine achtpolige Maschine (Polzahl des Stators), die in ihrem Rotor 20 Magnetkreisabschnitte 21, 22, 23 aufweist, die jeweils vier Polkörper haben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Rotor 20 Stapel aus ebenen Blechen 124 auf, die zur Rotorachse parallel verlaufen und in Gruppen zusammengefaßt sind, die in die Polkörper 21, 22, 23 des Rotors 20 eingefügt sind. Diese Bleche 124 werden von einem Blechpaket umschlossen, dessen Einzelbleche 120 senkrecht zur Achse des Rotors ausgerichtet sind. Die dünnen, isolierten Bleche 120 bilden die ausgeprägten Polkörper des magnetischen Schließungskreises des Rotors und dienen vom elektrischen Standpunkt her gesehen zur Leitung des Magnetflusses, und vom mechanischen Standpunkt her gesehen, zur Halterung der in Längsrichtung geschichteten Blechpakete 124. Die längs verlaufenden Teile des Joches 10 können gleichfalls Blechpakete 100 enthalten, deren Einzel-

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bleche zur Rotorachse parallel verlaufen und die im Bereich der Anker mit Paketen aus senkrecht zur Achse des Rotors geschichteten Blechen 130 verbunden sind.

Eine andere Ausführungsform zeigen die Schemabilder der Figuren 9 und 10, in welchen das aus den zur Rotorachse senk recht gerichteten Blechen 220 gebildete Paket, das die ausgeprägten Polkörper 21, 22, 23 formt, ein Paket aus gekrümmten Blechen 224 umschließt, die einen die Rotorwelle bildenden konzentrischen Ring abgeben. Die längs verlaufenden Bleche 224 in diesem Ring sind so angeordnet, daß sie in einem senkrecht zur Rotorachse gelegten Schnitt nach einer Kreisevolvente verlaufen, wie dies in der Fig. 10 deutlich wird.

Die in Längsrichtung parallel zur Achse des Rotors verlaufenden Teile des Joches 10 können ebenfalls aus einem Stapel dünner, gegeneinander isolierter, gekrümmter und zur Rotorachse parallel verlaufender Bleche gebildet sein, die in einer senkrecht zur Rotorachse gelegten Schnittebene in einer Kreisevolvente verlaufen. Der Teil des magnetischen Schließungskreises der Anker kann, wie bereits im vorhergehenden Fall, aus Paketen aus Blechen 230 bestehen, die in Ebenen senkrecht zur Rotorachse liegen. In den Figuren 9 und 10 sind der Deutlichkeit wegen die Wicklungen der Anker und die konzentrischen Spulen weggelassen.

Die Figuren 10 und 11 und 12 zeigen eine weitere Variante des erfindungsgemäβen Demodulators. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die parallel zur Rotorachse angeordneten Bleche 324 auf dem Rotor in der Art von Kollektorlamellen bei Gleichstrommaschinen befestigt. Dies kann mit Hilfe einer Schwalbenschwanzbefestigung erfolgen, wie sie bei 325 angedeutet ist. Die längs verlaufenden Abschnitte des Joches 10 können in gleicher Weise Pakete von Blechen 300 enthalten, die nach denselben technischen Grundsätzen befestigt sind.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die magnetisch wirksamen Rotorabschnitte und diejenigen des Joches aus massivem Material herzustellen, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß dieses Material bei hohen Frequenzen nur geringe Eisenverluste hat.

Die Figuren 13a, 13b, 13c, 14 und 15 zeigen in schematischer Darstellung einen Dreiphasendemodulator mit drei Dreiphasenankern 511, 512, 513, von denen jeder eine Dreiphasenwicklung A., A₂, A₃ (im Anker 511, Fig. 13a), B₁, B₃, B₃ (im Anker 512, Fig. 13b) und C₁, C_, C (im Anker 513, Fig. 13c), aufweist. Die Phasen (A₁, A₃, A₃), (B₁, B₃, B₃), (C₁, C₃, C₃) der Anker 511, 512, 513 werden jeweils durch die resultierenden Spannungen (U₁₃, U₁₂, U₁₁), (U₂₃, U₂₂, U₂₁), (U₃₃, U₃₂, U₃₁) mit dem früher beschriebenen Spannungsverlauf gespeist, die aus einem Schwebungsspannungsgenerator zugeführt werden, der in der bereits genannten Anmeldung mit gleichem Prioritätsdatum beschrieben ist.

Jeder Stator oder Anker 511, 512, 513 kann in seinem Aufbau exakt gleich einem Stator eines üblichen Dreiphasensynchronmotors sein. Jeder Anker 511, 512, 513 wirkt mit einem mit Rotorwicklung 531, 532, 533 versehenen Rotor 521, 522 bzw. 523 zusammen. Für den Zweck der einfacheren Darstellung sind in den Figuren 13 bis 15 zwei- bzw. vierpolige Polschnitte dargestellt. Es versteht sich, daß die Polzahl von diesem vereinfacht dargestellten Aufbau abweichen kann. Außerdem kann ein Demodulator nach den Merkmalen der Erfindung statt der Rotoren mit ausgeprägten Polen auch solche aufweisen, die als Vollpolläufer ausgebildet sind, insbesondere deswegen, weil letztere sich für höhere Umfangsgeschwindigkeiten eignen.

Die Rotoren 521, 522, 523 sind geblecht ausgeführt und haben geringe Eisenverluste, so daß ein Wechselfluß darin auftreten kann. Es sei an dieser Stelle festgehalten, daß die Tatsache, daß der Läufer von einem Wechselfluß durchsetzt wird, es verbietet, daß im Rotor eine Dämpferwicklung vorhanden ist, also

ORIGINAL INSPECTED

keinerlei Kurzschlußwicklung oder Kurzschlußkäfig vorhanden sein darf, weder als geschlossener Käfig, noch als Teilkäfig je Polschuh.

Die Rotorwicklungen 531, 532, 533 sind an Schleifringe 541-543, 540 angeschlossen, von denen mittels Schleifbürsten 551,552, 553,550 das Dreiphasenspannungssystem U , U , U mit der Frequenz f = -γ- entsprechend Gleichung (4) abgenommen werden kann. Jede Rotorwicklung 531, 532, 533 ist an jeweils einen Schleifring 541, 542, 543 entsprechend einer Phase A, B, C und an einen weiteren Schleifring 54Oa, 54Ob, 54Oc, der dem Nullleiter-Anschluß N entspricht, angeschlossen. Die Bürsten 551-553 und 55Oa-55Oc liegen in üblicher Weise auf den Schleifringen 541-543 und 54Oa-54Oc auf, um so die Systeme der demodulierten Dreiphasenspannungen abzunehmen=

Die Arbeitsweise des Demodulators ist folgende: Jeder Stator 511, 512, 513 wird mit einer Dreiphasenspannung gespeist, deren Grundwelle eine Kreisfrequenz to besitzt und deren Amplitude mit einer Pulsation & moduliert ist, so daß im Luftspalt einer jeden Synchronmaschine 511, 521; 512, 522; 513, 523 ein Drehfeld der Kreisfrequenz ou umläuft (für den Fall einer zweipoligen Maschine), dessen Amplitude sinusförmig mit der Pulsation έ schwankt. Aufgrund der Ungleichförmigkeit des magnetischen Leitwertes des Rotors über den Umfang treibt das Drehfeld diesen mit der Kreisfrequenz oü nach Art eines synchronen Reluktanzmotors im Leerlauf an. Die Änderung der Amplitude des Drehfeldes in Abhängigkeit von der Zeit induziert in den Rotorspulen eine Sinusspannung mit einer Pulsfrequenz S, die der Pulsation der Modulation gleich ist. Aufgrund der Maßnahme, daß die drei gleichen Anordnungen 511, 521; 512, 522; 513, 523 in der oben beschriebenen Weise gespeist werden, wonach die Phasenlagen der drei Modulationen gegeneinander um —■ versetzt sind, mit anderen Worten also der Wechselfluß, der durch jeden der drei Anker 511, 5T2, 513 hervorgerufen wird, den nachstehenden mathematischen Ausdrücken folgt

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ORIGINAL INSPECTED

-is- 291703

S₁ = Φ cosE-t,

§~ = <| cos (£t - —) und

(Jj₃ = <j> cos

bilden die drei Rotorwicklungen 531, 532, 533 die Quelle für ein Dreiphasensystem von Spannungen mit der Pulsation £ , das mit Hilfe der Schleifringe 541-543, 54Oa-54Oc und der Bürsten 551-553, 55Oa-55Oc nutzbar gemacht und abgenommen werden kann.

Nach einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine können die drei Elementar-Synchronmaschinen 511, 521; 512, 522; 513, 523, die den Demodulator bilden, mechanisch vollständig voneinander unabhängig sein und drei gesonderte Maschineneinheiten bilden. In dieser Form läßt sich auf einfache Weise ein erfindungsgemäßer Demodulator aus drei Heteropolar-Synchronmaschinen nahezu üblicher Bauart herstellen, bei welchen lediglich die Rotoren in besonderer Weise für den Durchgang eines Wechselflusses geeignet, d. h. geblecht sein müssen und keine Dämpferkäfige haben dürfen.

In anderer Ausführungsform, wie sie der Fig. 14 zu entnehmen ist, sind drei Einzelsynchronmaschinen in einem einzigen Gehäuse 510 zusammengefaßt. Danach werden die drei Magnetfluß führenden Läuferteile 521, 522, 523 auf einer gemeinsamen Welle 524 gehalten. Es genügt dadurch, je ein Lager 561, 562 an jedem Ende für die gesamte Maschine vorzusehen. Diese zusammengefaßte Anordnung der magnetischen Schließungskreise des Rotors gibt auch die Möglichkeit, gegebenenfalls nur drei oder vier Schleifringe vorzusehen. Bei dem in Fig. 14 gezeigten Fall dient ein gemeinsamer Anschluß aller drei Rotorwicklungen 531, 532, 533 als gemeinsamer Nullpunkt, so daß hierfür nur ein Schleifring 540 mit Schleifbürste 550 benötigt wird, während die Schleifringe 541, 542, 543 mit ihren Schleifbürsten 551, 552, 553 die gleichen sind, wie in dem in Fig. 13 dargestellten Allgemeinfall, wobei allerdings sämtliche Schleifringe an einem Ende der Welle 524 zusammengefaßt sind.

ORIGINAL

Bei dem zusammengefaßten Kompaktaufbau gemäß Fig. 14 müssen zwar die Fluß führenden Teile des Rotors 521, 522, 523 geblecht sein, damit sie einen Wechselfluß zulassen können, das Gehäuse 510 führt jedoch keinen Magnetfluß und muß deshalb nicht aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor bestehen, was im Gegensatz steht zu den Ausführungsformen gemäß den Figuren 4 bis 12.

Der Fachmann ist in der Lage, im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung verschiedene Abwandlungen vorzunehmen. So kann beispielsweise bei einer "integrierten" Ausbildung der Maschine gemäß Fig. 14 die Anzahl der Schleifringe und Schleifbürsten genau gleich der Zahl η der Einzelrotoren und Statoren sein oder auch gleich η + 1, wie dies oben beschrieben ist, sofern nämlich im letzteren Fall der Nullpunkt mit einem gemeinsamen Schleifring für alle η Rotorwicklungen ausgestattet ist. Allgemein können die umlaufenden Mehrphasenmaschinen, die einen Demodulator gemäß der Erfindung darstellen, für den Fall ihrer Ausbildung gemäß den Figuren 4 bis 12 als "zweifach homopolar" und für den Fall der Ausbildung gemäß Figuren 13 bis 15 als "heteropolar" bezeichnet werden.

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Claims (17)

1. nt L( s g

   O¹MAHONY 10 555

   FR 78 12 835 vom 28. April 1978

   FR 78 17 836 vom 14. Juni 1978

   Gerard O'MAHONY,

   95 rue de Versailles

   F - 93 410 Ville d'Avray

   Demodulator für Interferenz aufweisende Mehrphasenspannungen

   f 1. ^Demodulator zum Demodulieren von Mehrphasenspannungen zu\r—i"nasen, die unter Bildung eines mit einer Pulsfrequenz & pseudo-sinusförmig amplitudenmodulierten Mehrphasenspannungssystems ineinandergreifen, wodurch ein Mehrphasenspannungssystem entsteht, das mit £. pulsiert, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) η Statoranker (11,12,13) mit η Phasen, gespeist mit η pseudosinusförmigen, mit einer Pulsfrequenz 6 amplitudenmodulierten Mehrphasenspannungen, die der Gleichung

   o_ip - ü_o.i»_toit ♦ ige» ♦ u_osin«o₂t ♦ aüi

   folgen, worin i eine Gruppe von Spannungen im System und ρ eine Phase in einer Gruppe bedeuten und i und ρ die Werte von 1 bis η durchlaufen,

   b) η Rotorelemente (21,22,23), von denen jedes magnetische Schließungskreise enthält, die aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor bestehen und magnetischen Wechselfluß ohne Abdämpfung zu leiten vermögen,

   c) der Anzahl der η Rotorelemente (21,22,23) entsprechende Mittel zum Schließen der Stromkreise von η mit 6 pulsierenden Mehrphasenspannungssystemen, die mit diesen verbunden sind.
2. 2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als einheitliche, mehrphasige umlaufende Maschine ausgebildet ist, in dem die η Statoranker (11,12,13) für η Phasen miteinander durch ein gemeinsames Joch (10) aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor verbunden sind, daß die η magnetische Kreise bildenden Rotorelemente (21,22,23) zu einem einheitlichen Rotor (20) auf einer gemeinsamen, magnetisch leitfähigen Welle (24) zusammengefaßt sind, der in den als magnetischer Pfad dienenden Teilen aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor besteht, daß die Mittel zur Aufnahme der η Systeme der mit £ pulsierenden Mehrphasenspannungen η feststehende und zur Achse der magnetisch leitfähigen Welle (24) konzentrische Spulen (31,32,33) sind, daß jeder der η magnetischen Schließungskreise (21,22,23) des Rotors (20) eine Anzahl von Polkörpern von der Zahl der Polpaare im zugehörigen Anker (11,12,13) hat und daß die geometrische Relatiwerschiebung der gleichnamigen Phasen der η Statoranker gleich der relativen Längsverschiebung der Polkörper des Rotors sind.
3. 3. Demodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Magnetwechselfluß durchsetzten Teile des Rotors und des Joches geblecht sind mit einer ersten Blechschichtung parallel zur Rotorachse in Verbindung mit einer zweiten Blechschichtung senkrecht zur Rotorachse.
4. 4. Demodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Blechschichtung der zur Rotorachse parallelen Bleche aus Paketen ebener Bleche (124) gebildet ist,

   die in den Polkörpern enthalten sind.
5. 5. Demodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus parallel zur Rotorachse verlaufenden Blechen aufgebauten ersten Blechpakete im Rotor einen die Rotorachse konzentrisch umgebenden Ring bi'lden und aus Blechen (224) bestehen, die Teile des zylindrischen Ringes bilden und die Form einer Kreisevolvente haben.
6. 6. Demodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Blechpakete aus zur Rotorachse parallelen Blechen auf dem Rotor nach Art von Kollektorlamellen befestigt sind.
7. 7. Demodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Rotors und des Joches, in denen ein Wechselfluß auftritt, aus massivem, für Hochfrequenz geeigneten Material bestehen.
8. 8. Demodulator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere ortsfeste Wicklung (32) aus zwei Halbwicklungen zu beiden Seiten des mittleren Ankers (12) besteht.
9. 9. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Anordnung von η mehrphasigen, synchron laufenden Heteropolarmaschinen (511,512,513) zusammengesetzt ist, von denen jede eine η phasigen Statoranker und einen mit einer Spulenwicklung (531,532,533) versehenen Rotor (521,522,523) aufweist, dessen Polzahl mit der des Ankers übereinstimmt, und daß die Spulenwicklungen der Rotorelemente zu den Mitteln zum Erzeugen der η Systeme der mehrphasigen Spannungen mit der Pulsation £ auf den Rotorelementen gehören.
10. 10. Demodulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel an den Rotoren sitzende Schleifringe (541-543;54Oa-54Oc) und feststehende Schleifbürsten (551-553; 550a-55Oc) aufweisen.

    »0914471011-
11. 11. Demodulator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem einzigen Gehäuse η Statorelemente (511,512,513), die zu η mit Wicklungen versehenen Rotoren (521,522,523) gehören, befestigt sind und daß die η magnetischen Schließungskreise der Rotoren auf einer gemeinsamen Welle (524) sitzen.
12. 12. Demodulator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die η Statorelemente (511,512,513)mit ihren jeweiligen Rotoren (521,522,523) η gleiche, mechanisch unabhängige, synchrone Heteropolarmaschinen bilden.
13. 13. Demodulator nach Anspruch 10.oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zahl der magnetischen Schließungskreise der Rotoren gleiche Anzahl von Schleifringen vorgesehen ist und daß jede Rotorwicklung einem gesonderten Schleifring zugeordnet ist.
14. 14. Demodulator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schleifringe um 1 größer als die Anzahl der magnetischen Schließungskreise der Rotoren ist und daß jede Rotorwicklung mit einem eigenen und alle η Rotorwicklungen mit einem gemeinsamen Schleifring verbunden sind, der als Nulleiter-Anschluß dient.
15. 15. Demodulator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schließungskreise der Rotoren mit Vollpolen ausgestattet sind.
16. 16. Demodulator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schließungskreise der Rotoren ausgeprägte Pole haben.
17. 17. Demodulator nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl η gleich 3 ist.

    9098U/1Q1S