DE4212906A1 - Permanentmagneterregter Generator - Google Patents
Permanentmagneterregter GeneratorInfo
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/02—Details
- H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
- H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
- H02K21/029—Vectorial combination of the fluxes generated by a plurality of field sections or of the voltages induced in a plurality of armature sections
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- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft einen permanentmagneterregten Genera
tor nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 2.
Derartige Generatoren haben den Nachteil, daß die Drehzahl-
und Lastabhängigkeit der Spannung an ihren Ausgangsklemmen
bisher nur mit einer auf die Nennleistung des Generators be
messenen Leistungselektronik ausgeregelt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gene
rator der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine im
Prinzip verlustlose Verstellung der Generatorspannung ermög
licht und unabhängig von der Belastung und von der Drehzahl
eine konstante Klemmenspannung produziert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Teilmerkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die kennzeich
nenden Teilmerkmale von Anspruch 2 gelöst.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin
dung dargestellt, wobei eine im Prinzip verlustfreie Ver
stellung der Generatorspannung durch Stator- oder durch Ro
torverdrehung erfolgt, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen permanentmagneterregten Generator mit zwei ge
geneinander verdrehbaren Statoren in Vorderansicht,
Fig. 1a den Generator aus Fig. 1 in Seitenansicht (Schnitt
A-A),
Fig. 2 einen permanentmagneterregten Generator mit zwei ge
geneinander drehbar gelagerten permanentmagnettra
genden Teilrotoren in Vorderansicht,
Fig. 2a den in Fig. 2 gezeigten Generator in Seitenansicht
(Schnitt A-A), und
Fig. 3 zwei Vektordiagramme, wobei der Index 1 für den Ge
nerator gemäß Fig. 1 und Index 2 für den Generator
nach Fig. 2 steht.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht der Stator des perma
nentmagneterregten Generators aus zwei identisch auf gebau
ten, gegeneinander verdrehbaren Statoren 1 (Statorhälften),
die eine mehrsträngige zwei- oder mehrpolige Drehstromwickl
ung tragen. Die sich entsprechenden Wicklungsstränge beider
Statoren sind elektrisch in Reihe geschaltet. Beide Stator
hälften 1 sind über ein Drehrichtungsumkehrgetriebe 2 mit
einander gekoppelt, wobei die Achslager 3 des Umkehrgetrie
bes 2 mit der Gehäusestruktur 4 fest verbunden sind. Das
Prinzip des Umkehrgetriebes bewirkt, daß die vom einteiligen
Rotor 5 auf die beiden Statoren 1 übertragenen Drehmomente
einander entgegen wirken und daher nur das Differenzmoment
auf das Umkehrgetriebe 2 einwirkt. Das Differenzmoment wird
von einem Schneckengetriebe 6 aufgenommen. Eine Verdrehung
der beiden Statoren 1 gegeneinander wird über das Umkehrge
triebe 2 vorgenommen, wenn auf das Schneckenrad ein Drehmo
ment aufgebracht wird, dessen Größe sich aus dem Differenz
moment beider Statoren 1, dem Beschleunigungsmoment der
Statormassen und dem zu überwindenden Reibmoment dividiert
durch das Übersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes er
gibt. Bei zu vernachlässigender Rückwirkung der Statorströme
auf die Feldverteilung im Luftspalt (ist bei Ausführung der
Magnete in Läufer aus Co-Sm oder Nd-Fe-B fast immer möglich)
sind die vom Rotor 5 auf magnetischem Wege auf die beiden
Statoren 1 übertragenen Momente nahezu gleich, das Diffe
renzmoment ist klein. In diesem Fall ist für das Verstell
moment nur die Summe aus Beschleunigung- und Reibmoment auf
zubringen.
Die Spannungsverstellung an den Ausgangsklemmen des Genera
tors beruht auf dem Prinzip der vektoriellen Addition der in
den beiden Statorhälften 1 induzierten sinusförmigen Teil
spannungen wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Ist der Verdreh
winkel der beiden Statoren 1 gegeneinander null, so werden
in diesen phasengleiche Spannungen induziert, in der Summe
ergibt sich die algebraische Addition der Teilspannungen und
damit das natürliche Maximum. Die Auslegung des Generators
hat so zu erfolgen, daß dieser Fall bei minimaler Drehzahl
und maximaler fast gegeben ist. Wird der Generator nur mit
Teillast oder mit höherer Drehzahl betrieben, so ist für
eine Konstanthaltung der Klemmenspannung eine Reduzierung
der Summe aus beiden Teilspannungen notwendig. Dies ist
möglich, wenn durch Verdrehung der Statoren 1 gegeneinander
beide Teilspannungen nicht mehr phasengleich sind, sondern
vektoriell addiert werden. Der besondere Vorteil dieses Ver
fahrens besteht darin, daß bei sinusförmigen Teilspannungen
auch die Summenspannung unabhängig von der Größe des Phasen
winkels sinusförmig bleibt. Zwischen dem mechanischen Ver
stellwinkel ϕmech und dem Phasenwinkel ϕel der Teilspan
nungen besteht die Beziehung ϕel=p*ϕmech. In nebenste
hender Gleichung steht der Buchstabe p für die Polpaarzahl
der Maschine. Durch eine Federvorspannung des Verstellwin
kels kann dafür Sorge getragen werden, daß die stabile
Ruhelage des Verstellwinkels 180° el. beträgt und somit bei
Ausfall der Regelmechanismen nur eine minimale Ausgangsspan
nung des Generators vorhanden ist.
Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, bietet sich neben dem Gene
rator aus Fig. 1 als Mittel zur Spannungsbeeinflussung des
permanenterregten Generators eine Rotorverdrehung an. Der
Stator 7 dieses Generatortyps besteht aus einem einteiligen
mit der Struktur fest verbundenen Blechpaket mit eingelegter
mehrsträngiger, zwei- oder mehrpoliger Drehstromwicklung 8.
Der Rotor besteht aus zwei identischen, gegeneinander dreh
bar gelagerten permanenttragenden Teilrotoren 9 mit zum Sta
tor 7 passender Polpaarzahl. Beide Rotorhälften sind über
ein in der Hohlwelle angeordnetes Umkehrgetriebe 10 mitein
ander gekoppelt, wobei die Achslager 11 des Umkehrgetriebes
fest mit der angetriebenen Welle verbunden sind. Es handelt
sich um eine räumliche Anordnung des Umkehrgetriebes in der
rotierenden Welle und die Notwendigkeit, das Verstellmoment
auf ein rotierendes System übertragen zu müssen, was zum
Beispiel über eine Wirbelstrombremse möglich ist. Die Wir
kung des Umkehrgetriebes und die Momentenbeziehungen ent
sprechen den zu Fig. 1 gemachten Ausführungen. Wird auf die
Verstelleinrichtung 12 ein Drehmoment aufgebracht, so können
beide Rotorhälften 9 in einem beliebigen Winkel gegenein
ander verstellt werden.
Im Unterschied zu dem zu Fig. 1 beschriebenen Prinzip, be
ruht die Spannungsverstellung in diesem Fall nicht auf dem
Prinzip der Vektoraddition von Teilspannungen, sondern auf
dem Prinzip der Überlagerung räumlich gegeneinander verscho
bener magnetischer Teilflüsse. Auch in diesem Fall gelten
die in Fig. 3 angegebenen Winkelbeziehungen und mit ihnen
auch die Abhängigkeit der Klemmenspannung des Generators
von dem Verdrehwinkel. Ein Vorteil dieses Prinzips liegt in
dem Wegfall der Wickelköpfe zwischen den Statoren und damit
in der Einsparung von axialer Baulänge.
Claims (2)
1. Permanentmagneterregter Generator, dadurch gekennzeich
net, daß der Stator aus zwei gleich aufgebauten, gegenein
ander drehbar gelagerten Einzelstatoren (1) besteht, daß
die Einzelstatoren (1) in ihrem Blechpaket jeweils eine
mehrsträngige Drehstromwicklung tragen, wobei die sich ent
sprechenden Stränge der beiden Statorwicklungen in Reihe
geschaltet sind, daß beide Statoren (1) über ein Dreh
richtungsumkehrgetriebe (2, 3) miteinander verbunden sind,
dessen Achslager (3) an die feststehende Gehäusestruktur (4)
angebunden sind, daß eine Betätigung des Umkehrgetriebes (2)
eine Winkelverstellung der Statoren (1) gegenüber Umgebung
in gleicher Größe jedoch in unterschiedlicher Drehrichtung
bewirkt, und daß der zugehörige Rotor (5) permanentmagneter
regt und ungeteilt ist und die gleiche Polzahl wie die Sta
toren (1) trägt.
2. Permanentmagneterregter Generator, dadurch gekennzeich
net, daß der feststehende einteilige Stator eine mehrsträn
gige Drehstromwicklung trägt, daß der zugehörige permanent
erregte Rotor (9) auf der halben Länge geteilt ist, daß beide
Teilrotoren (9) mit zum Stator passender Polpaarzahl gegen
einander drehbar gelagert und über ein Umkehrgetriebe (19)
miteinander verbunden sind, daß die Achslager (11) des Um
kehrgetriebes (10) fest mit der angetriebenen Welle verbun
den sind, und daß eine Betätigung des Umkehrgetriebes (10)
eine Winkelverstellung der Teilrotoren (9) gegenüber Umge
bung in gleicher Größe jedoch in unterschiedlicher Drehrich
tung bewirkt.
Priority Applications (3)
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