DE3529398C2 - Elektromaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Elektromaschine dieser Gattung ist aus der GB-PS 9 74 830 und der DE-AS 16 13 492 bekannt. Diese Druckschriften offenbaren jeweils einen Dauermagnetmotor mit einem zweipoligen Rotor und einer Dreiphasen-Statorwicklung. Ein Kollektor mit zwei gekrümmten Lamellen läuft mit dem Rotor um, und diese beiden Lamellen sind über ein entsprechendes Paar Schleifringe und Bürsten mit einer Gleichstromquelle verbunden. Weitere Bürsten stehen mit dem Kollektor in Kontakt, und jede greift ein Kollektorwechselsignal mit einer Frequenz ab, die der Drehzahl des Rotors proportional ist. Diese Kollektorsignale werden an die drei Statorwicklungen angelegt und erzeugen ein sich um den Rotor drehendes Magnetfeld, das eine Drehung des Rotors bewirkt. In jedem Fall dienen drei um 120° beabstandete Bürsten dazu, die drei Phasen des Kollektorsignals abzugreifen und sie an die drei Statorwicklungen anzulegen.

Bei einem Dauermagnetmotor mit einem vierpoligen Rotor ist es erforderlich, die effektive Frequenz des Kollektorsignals zu verdoppeln, und dies kann dadurch erzielt werden, daß die Anzahl der Kollektorlamellen verdoppelt wird. Die Anzahl der Bürsten, die zum Abgreifen der Kollektorsignale verwendet werden, muß nicht notwendigerweise verdoppelt werden, da eine Mindestanzahl von drei ausreicht, um die drei Phasen des Kollektorsignals, die für die drei Statorwicklungen erforderlich sind, abzugreifen.

Wenn acht- oder zwölfpolige Rotoren verwendet werden, ist es in gleicher Weise möglich, die effektive Frequenz des Kollektorsignals dadurch zu vervielfachen, daß die Anzahl der Lamellen im Kollektor vervielfacht wird. In diesem Fall wird jedoch die Konstruktion des Kollektors immer komplizierter, und die Winkeltoleranz der verschiedenen Bauteile wird dann kritisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine in Form eines Wechselstromgenerators mit einem Dauermagnetrotor zu schaffen, die erforderlichenfalls als Motor betrieben werden kann, um eine Arbeitsmaschine zu starten, die dann den Wechselstromgenerator antreibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine sind somit zwei Kollektoren vorgesehen, die elektrisch miteinander verbunden sind, wodurch die Verwendung von Schleifringen vermieden wird.

Durch eine geeignete elektrische Verbindung der beiden Kollektoren ist es ferner möglich, eine Gesamtverdoppelung der effektiven Frequenz des Kollektorsignals zu erzielen, ohne daß die Anzahl der verwendeten Kollektorlamellen und -bürsten erhöht wird. Unter der Annahme einer Winkelgeschwindigkeit W für den Rotor ergäbe sich dann für die relative Drehgeschwindigkeit zwischen dem zweiten Kollektor und den von einer Gleichstromquelle gespeisten abgreifenden Bürsten ebenfalls W, und das entsprechende Kollektor-Wechselsignal hätte dann eine Frequenz nw, worin n die Anzahl der verwendeten Bürstenpaare ist. Dieses Kollektorsignal wird dann über die Verbindungen an den ersten Kollektor angelegt, der ebenfalls mit einer Geschwindigkeit von W relativ zu den die Statorwicklungen speisenden Bürsten umläuft. Das von den Bürsten des ersten Kollektors abgegriffene Kollektorsignal besteht daher aus dem Kollektorsignal bei einer Frequenz nw, das von dem zweiten Kollektor erzeugt wird, wobei die ihm aufgeprägte weitere Frequenz W durch Drehung des ersten Kollektors hervorgerufen wird, so daß die beiden Kollektoren gemeinsam eine frequenzverdoppelnde Wirkung von 2 W haben.

Die Erfindung läßt sich somit ohne weiteres auf Wechsel­ stromgeneratoren anwenden, deren Rotoren mehrfache Polpaare wie z. B. 4, 8, 12, 16 usw. haben, und löst die Aufgabe den­ noch unter Einsatz von nur 2, 4, 6, 8 usw. Kollektorbürsten am zweiten Kollektor, wodurch die erforderliche Genauigkeit zum Positionieren dieser Bürsten in Umfangsrichtung hal­ biert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend näher anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektromaschine, wobei Teile ausgebaut wurden,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Maschine,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Stator der Maschine mit seiner Dreiphasenwicklung,

Fig. 4 einen Verdrahtungsplan des Stators,

Fig. 5 ein Schaltbild der Maschine,

Fig. 6 einen Anschlußplan der beiden Kollektoren der Maschine mit ihren elektrischen Verbindungen untereinander.

Nach den Zeichnungen weist die Elektromaschine ein Gehäuse 30, einen Stator 31 mit zwölf im gleichen Abstand voneinander angeordneten Polstücken sowie einer dreiphasigen Statorwicklung 32 in Sternschaltung auf.

Eine Welle 33 ist drehbar im Gehäuse gelagert und an einem Ende 34 an einen nicht gezeigten Motor angeschlossen, der ihre Drehung bewirkt, wenn die Elektromaschine als Wechselstromgenerator arbeiten soll.

Ein mehrpoliger Dauermagnet-Rotor 35 ist im Stator 31 angeordnet und auf der Welle 33 befestigt, wodurch er sich mit dieser dreht.

Die Welle 33 trägt ebenfalls zum Mitdrehen einen ersten Polwender oder Kollektor 37 sowie einen zweiten Polwender oder Kollektor 36. Beide Kollektoren sind im Abstand voneinander angeordnet.

Der zweite Kollektor 36 weist sechs elektrische Kontaktbürsten 38, 39, 40, 41, 42 und 43 auf, von denen nicht alle in den Fig. 1 und 2 zu sehen sind. Ferner besitzt er vierundzwanzig Lamellen 1B, 2B, . . . 24B (Fig. 6).

Der erste Kollektor 37 weist vier Kontaktbürsten 44, 45, 46, 47 auf, die nicht alle in den Fig. 1 und 2 sichtbar sind. Auch er besitzt vierundzwanzig Lamellen 1A, 2A, . . . 24A (Fig. 6).

Eine dreiphasige Statorwicklung in Sternschaltung (Fig. 4) ist direkt an einen Ausgangskreis über die Bürsten des zweiten Kollektors angeschlossen.

Wenn die Welle 33 durch einen Motor angetrieben wird, dreht sich der Dauermagnet-Rotor 35 gegenüber der dreiphasigen Statorwicklung 32. Ein Drehstrom mit den Phasen A, B und C wird somit in die Statorwicklungen induziert, wobei die Maschine als Wechselstromgenerator arbeitet. Nach den Fig. 5 und 6 liegt die Phase A direkt am Ausgangskreis über die Klemmen der Bürsten 40 und 43 an. Die Phase B ist direkt mit dem Ausgangskreis über die Klemmen der Kontaktbürsten 39 und 42 verbunden, und die Phase C an den Ausgangskreis über die Klemmen der Bürsten 38 und 41 angeschlossen.

Damit kann der im Ausgangskreis durch die Maschine erzeugte Drehstrom einem nicht gezeigten Gleichrichter eingespeist werden, wenn Gleichstrom erforderlich ist.

Der Zweck der beiden Kollektoren besteht darin, daß die Maschine als Gleichstrommotor arbeiten kann, um die Kraftmaschine anzulassen, damit die Elektromaschine danach als Wechselstromgenerator arbeiten kann.

Die Lamellen 1A, 2A, . . . 24A des ersten Kollektors sind mit den Lamellen 11B, 10B, . . . 24B wie in Fig. 6 gezeigt verbunden. Ein Pol einer Versorgungskreisspannung kann an die Kontaktbürsten 44 und 46 und der andere Pol an die Kontaktbürsten 45 und 47 gelegt werden.

Wenn der Motor der Welle 33 nicht läuft und angelassen werden muß, so daß die Elektromaschine anschließend als Wechselstromgenerator arbeiten kann, dann werden die Kontaktbürsten 44, 45, 46 und 47 mit Gleichstrom versorgt. Dieser Gleichstrom wird über den ersten Kollektor 37 zur Statorwicklung geleitet. Die in der Wicklung auftretenden elektrischen Ströme bewirken, daß sich der mehrpolige Dauermagnet-Rotor dreht. Diese Drehung bewirkt eine Drehung der Antriebsmaschine und damit auch deren Anlaufen.

Wo die vorstehend beschriebenen Elektromaschinen in Verbindung mit Motor eingesetzt werden sollen, die eine verhältnismäßig lange Gebrauchslebensdauer aufweisen, ehe sie abgeschaltet werden, sind Vorrichtungen vorgesehen, um einen unnötigen Bürstenverschleiß und eine Wärmeerzeugung an den Kollektoren zu vermeiden, besonders wenn ein Betrieb in großer Höhe vorgesehen ist. Diese Vorrichtungen können eine Kupplung aufweisen, welche den Dauermagnet-Rotor vom Kollektor oder den Kollektoren des sich drehenden Aggregats trennen würde, wenn die Drehzahlen einen bestimmten Wert überschreiten, die kleiner sind als die minimale Motordrehzahl beim Normalbetrieb als Wechselstromgenerator. Andererseits können solche Vorrichtungen auch andere geeignete Einrichtungen sein, z. B. drehspulbetriebene oder zentrifugalbetriebene Einrichtungen mit einer erforderlichen Hysterese, welche die Bürsten vom Kollektor oder den Kollektoren abheben sollen, wenn die Drehzahlen einen bestimmten Wert überschreiten, der geringer ist als die minimale Motordrehzahl bei Normalbetrieb als Wechselstromgenerator.

Claims (7)

1. Elektrische Maschine mit einem Stator mit Wicklun­ gen und mit einem Dauermagnetrotor mit einer Kollektor-/ Bürstenanordnung, welche bei Motorbetrieb einen zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom für die Wicklungen des Stators umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollek­ tor-/Bürstenanordnung (36 bis 47) zwei komplette gegenein­ ander versetzt angeordnete Kollektoren (36, 37) umfaßt, daß den Bürsten (44 bis 47) des ersten (37) der Kollektoren (36, 37) Gleichstrom zugeführt wird, daß die Lamellen (1A, 2A, . . . ) des ersten Kollektors (37) in geeigneter Weise mit denen des zweiten Kollektors (36) elektrisch verbunden sind, und daß an den Bürsten (38 bis 43) des zweiten Kol­ lektors (36) Wechselstrom abgenommen wird.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (1A, 2A, . . . ) des ersten Kollektors (37) mit den Lamellen (1B, 2B, . . . ) des zweiten Kollektors (36) über Kreuz so verbunden sind, daß sich eine Gesamtverdoppelung der Kollektorfrequenz ergibt.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Kollektor (36, 37) eine identische Anordnung der Lamellen besitzen.

4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kollektor (36) mindestens zwei mit ihm in Kontakt stehende Bürsten (38 bis 43) aufweist.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kollektor (37) mindestens drei mit ihm in Kontakt stehende Bürsten (44 bis 47) aufweist.

6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kollektor (36, 37) 24 Lamellen (1A, 2A, . . . ; 1B, 2B, . . .) aufweist.

7. Anwendung der elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche alternativ als Motor zum Starten einer Arbeitsmaschine und als von der Arbeitsmaschine ange­ triebener Generator.