DE60209017T2 - Schneller multipolgenerator mit modularer gleichrichterschaltung - Google Patents

Schneller multipolgenerator mit modularer gleichrichterschaltung Download PDF

Info

Publication number
DE60209017T2
DE60209017T2 DE60209017T DE60209017T DE60209017T2 DE 60209017 T2 DE60209017 T2 DE 60209017T2 DE 60209017 T DE60209017 T DE 60209017T DE 60209017 T DE60209017 T DE 60209017T DE 60209017 T2 DE60209017 T2 DE 60209017T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conductive
circuit
generator according
generator
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60209017T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60209017D1 (de
Inventor
W. Raymond Farmingdale BORDEN
Ming Tucson XU
Gerald Tucson TORNQUIST
Gregor Tucson McDOWALL
Kieran Oro Valley DOHERTY
Jim Oro Valley LENGEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell International Inc
Original Assignee
Honeywell International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell International Inc filed Critical Honeywell International Inc
Publication of DE60209017D1 publication Critical patent/DE60209017D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60209017T2 publication Critical patent/DE60209017T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/042Rectifiers associated with rotating parts, e.g. rotor cores or rotary shafts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen schnellen Multipolgenerator und insbesondere eine Gleichrichtermodulanordnung, die in einem schnellen Multipolgenerator befestigt ist. Das Gleichrichtermodul weist eine Schaltung mit verbesserter Betriebssicherheit auf, welche ein Multiphasen-Wechselstromsignal gleichrichtet, das in den Erregerankerwickelungen des schnellen Multipolgenerators erzeugt wird, und stellt das gleichgerichtete Gleichstromsignal für die Feldwickelung des Generators bereit.
  • Generatoren, die in Luftfahrzeugen installiert werden, drehen sich typischerweise bei hohen Geschwindigkeiten (zum Beispiel 24.000 U/min. oder mehr) und weisen typischerweise ein so genannte „bürstenlose" Generatorbauweise auf. Im Allgemeinen weisen bürstenlose Generatoren drei unterschiedliche Generatorsysteme auf, einen Permanentmagnetgenerator (PMG), einen Erreger und einen Hauptgenerator. Der PMG kann mehrere Permanentmagnete aufweisen, die sich mit dem Generatorrotor drehen und einen Strom in einen Satz Wicklungen induzieren. Dieser Strom wird typischerweise zu einem Regulator oder einer Steuervorrichtung gefördert, welche wiederum ein Gleichstromsignal ausgibt.
  • Der Erreger kann mehrere ortsfeste Feldwickelungen aufweisen, die elektrisch gekoppelt sind, um die Gleichstromsignalausgabe von dem Regulator oder der Steuervorrichtung zu empfangen und auf diese Weise ein Magnetfeld zu entwickeln. Der Erreger kann ebenfalls Ankerwicklungen aufweisen, die auf dem Generatorrotor befestigt sind und sich innerhalb dieses Magnetfeldes drehen. Folglich wird während der Drehung ein Wechselstrom in die Erregerankerwicklungen induziert. Typischerweise werden die Erregerankerwicklungen derart gewickelt, dass das induzierte Wechselstromsignal ein Dreiphasen-Wechselstromsignal ist. Gleichrichterschaltungen, die sich mit den Erregerankerwicklungen drehen, richten das Dreiphasen-Wechselstromsignal gleich, das in die Erregerankerwicklungen induziert wird. Die Gleichstromausgabe aus den Gleichrichtern wird für den Hauptgenerator bereitgestellt.
  • Der Hauptgenerator induziert drehende Feldwicklungen und ortsfeste Ankerwicklungen. Die drehenden Feldwicklungen sind elektrisch gekoppelt, um das Gleichstromsignal von den Gleichrichtern zu empfangen und ein Magnetfeld zu entwickeln, das sich mit dem Rotor dreht. Dieses drehende Magnetfeld weist einen Dreiphasen-Wechselstrom in den ortsfesten Ankerwicklungen auf. Dieser Dreiphasen-Wechselstrom wird dann für eine Last bereitgestellt.
  • Wie oben erwähnt, drehen sich die Generatoren, die in dem Luftfahrzeug installiert sind, bei einer relativ hohen Geschwindigkeit. Folglich unterliegen die Gleichrichter, die sich mit dem Erregeranker drehen und umgangssprachlich als „Drehgleichrichter" bezeichnet werden, relativ hohen Zentrifugallasten. Eine herkömmliche Drehgleichrichteranordnung wird entlang einer Fläche oder einer Basis im Inneren des Generators radial angeordnet und erfährt somit quer über seine Komponenten Zentrifugallasten. Als Alternative wird eine bekannte Drehgleichrichteranordnung permanent im Inneren eines Drehgehäuses befestigt, was folglich keine leichte Wartung und/oder Austausch ermöglicht.
  • Neben den oben genannten strukturellen Schwächen weisen herkömmliche Dreiphasen-Drehgleichrichterschaltungen nur einen einzigen Widerstand auf, um für die Gleichrichterdioden einen Schutz bereitzustellen. Dieser eine Widerstand ist im Allgemeinen ein drahtgewickelter Widerstand, der selbst Störungsbetrieben ausgesetzt ist, welche aus den Zentrifugallasten folgen, die auf ihn während der Drehung ausgeübt werden. Darüber hinaus führt die elektrische Störung dieses einzigen Widerstands in der Gleichrichterschaltung dazu, dass diese vor Spannungs- und/oder Stromspitzen ungeschützt ist, die im Inneren des Generators auftreten können.
  • Folglich besteht ein Bedarf an einem schnellen Multipolgenerator, der eine Gleichrichterschaltung aufweist, welche bezüglich der oben beschriebenen Nachteile eine Verbesserung darstellt. Nämlich eine Gleichrichterschaltung, die weniger zu Störungen aufgrund variierender radialer Zentrifugallasten neigt und/oder betriebssicherer ist und/oder einfacher zu reparieren und auszutauschen ist.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen schnellen Multipolgenerator bereit, der eine Gleichrichterschaltung aufweist, die weniger zu Störungen aufgrund von variierenden radialen Zentrifugallasten neigt, verlässlicher und einfacher zu reparieren und auszutauschen ist. Der Generator ist in Anspruch 1 definiert.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gleichrichtermodulanordnung eine im Wesentlichen flache Basis auf, die mehrere leitfähige Schaltungsläufe aufweist, die darauf ausgebildet sind, und die derart dimensioniert ist, dass sie innerhalb einer Nabe des Erregers befestigt wird. Bei einer ersten Diodenschaltung, die eine Anode und eine Kathode aufweist, ist die Anode mit einem ersten der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe elektrisch gekoppelt. Bei einer zweiten Diodenschaltung, die ebenfalls eine Anode und eine Kathode aufweist, ist die Kathode mit einem zweiten der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe elektrisch gekoppelt. Ein leitfähiges Element verkoppelt die Kathode der ersten Diodenschaltung und die Anode der zweiten Diodenschaltung.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gleichrichtermodulanordnung eine im Wesentlichen flache Basis auf, die mehrere leitfähige Schaltungsläufe aufweist, die darauf ausgebildet sind. Bei einer ersten Diodenschaltung, die eine Anode und eine Kathode aufweist, ist die Anode mit einem ersten der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe elektrisch gekoppelt. Bei einer zweiten Diodenschaltung, die ebenfalls eine Anode und eine Kathode aufweist, ist die Kathode mit einem zweiten der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe elektrisch gekoppelt. Ein Widerstandselement ist zwischen dem ersten und dem zweiten leitfähigen Schaltungslauf elektrisch gekoppelt. Und ein leitfähiges Element verkoppelt die Kathode der ersten Diodenschaltung und die Anode der zweiten Diodenschaltung miteinander.
  • In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten eines Multiphasen-Wechselstromsignals, das in mehreren Erregerankerwicklungen eines schnellen Multipolgenerators erzeugt wird, und zum Bereitstellen eines Gleichstromsignals für eine Feldwicklung des Generators mehrere, parallel geschaltete Gleichrichtungsschaltungen auf. Jede der Gleichrichtungsschaltungen weist eine Wechselstrom-Eingangsklemme zum Empfangen einer Phase des Multiphasen-Wechselstromsignals und eine erste und zweite Gleichstrom-Ausgangsklemme zum Bereitstellen des Gleichstromsignals für die Feldwicklung auf. Jede der Gleichrichtungsschaltungen weist ferner eine erste Diodenschaltung, eine zweite Diodenschaltung und ein Widerstandselement auf. Bei der ersten Diodenschaltung ist die Anode an die Wechselstrom-Eingangsklemme und die Kathode an die erste Gleichstrom-Ausgangsklemme elektrisch gekoppelt. Bei der zweiten Diodenschaltung ist die Kathode an die Wechselstrom-Eingangsklemme und die Anode an die zweite Gleichstrom-Ausgangsklemme elektrisch gekoppelt.
  • Andere Merkmale und Vorteile des schnellen Generators sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, welche die Prinzipien der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Übersicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Gleichrichtermodulanordnung zur Benutzung in der Erfindung;
  • 2 ist eine Draufsicht der Gleichrichtermodulanordnung aus 1;
  • 3 ist eine Draufsicht der Gleichrichtermodulanordnung aus 1, wobei mehrere Komponenten davon gestrichelt dargestellt sind;
  • 4 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Abschnitts einer schnellen Generatorrotoranordnung und eines Erregerankers, welche die physikalische Anordnung darin von einem oder mehreren Gleichrichtermodulanordnungen aus 1 darstellt;
  • 5 ist eine Übersicht der Rotoranordnung und des Erregerankers aus 4, welche die Verbindung einer physischen Rückhalterung darin der Gleichrichtermodulanordnung aus 1 darstellt;
  • 6 ist eine verallgemeinerte schematische Darstellung einer Drehgleichrichterschaltung, die aus mehreren, parallel geschalteten Gleichrichtermodulanordnungen gebildet ist;
  • 7 ist eine verallgemeinerte schematische Darstellung einer einzigen Gleichrichterschaltung, die einen Abschnitt der Gleichrichterschaltung aus 6 bildet;
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der einzigen Gleichrichtungsschaltung aus 7;
  • 9 ist eine Übersicht einer bevorzugten Ausführungsform eines schnellen Multipolgenerators, in dem das Gleichrichterschaltungsmodul aus 1 befestigt ist; und
  • 10 ist eine Querschnittsansicht des schnellen Multipolgenerators aus 9.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In 1 und 2 sind jeweils eine Übersicht und eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Gleichrichtermodulanordnung dargestellt. Wie darin dargestellt, weist die bevorzugte Gleichrichtermodulanordnung 100 eine im Wesentlichen flache Basis 102 auf, auf welcher mehrere leitfähige Schaltungsläufe, Klemmen und verschiedene Komponenten gebildet und/oder befestigt sind. Die Basis ist vorzugsweise aus einem metallischen oder metallischen/keramischen Material gebildet. Ein nicht leitfähiges Substrat 104, das vorzugsweise aus einem keramischen Material gebildet ist, wird auf einer Oberfläche 103 der Basis 102 ausgebildet, um die Basis 102 von den elektrisch leitenden Abschnitten der Anordnung 100 zu isolieren. Man wird zu schätzen wissen, dass Keramik nur ein Beispiel eines bevorzugten Materials für das nicht leitfähige Substrat 104 ist und dass auch andere Materialien benutzt werden können.
  • Die mehreren leitfähigen Schaltungsläufe, die auf der Basis 102 ausgebildet und mit dem nicht leitfähigen Substrat 104 eingefügt sind, weisen mindestens einen ersten leitfähigen Schaltungslauf 106, einen zweiten leitfähigen Schaltungslauf 108 und einen dritten leitfähigen Schaltungslauf 110 auf. Wie insbesondere in 3 dargestellt, die aus Gründen größerer Klarheit eine Draufsicht der Gleichrichtermodulanordnung 100 mit verschiedenen Komponenten in gestrichelter Darstellung bereitstellt, sind die Schaltungsläufe 106, 108, 110 in einem Muster gebildet, das die Benutzung des Flächeninhalts der Basis 102 maximiert. Man wird natürlich zu schätzen wissen, dass das spezielle Muster aus 3 nur ein Beispiel eines der zahlreichen anderen Muster ist, die mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden könnten. Jeder dieser leitfähigen Schaltungsläufe 106, 108, 110 ist vorzugsweise ein auf Kupfer basierendes, leitfähiges Material.
  • Wie noch deutlicher werden wird, wenn die elektrische Äquivalenzschaltung der Gleichrichtermodulanordnung 100 beschrieben wird, leiten der erste und der zweite leitfähige Schaltungslauf 106, 108 ein Gleichstromsignal und der dritte leitfähige Schaltungslauf 110 leitet ein Wechselstromsignal, wenn die Gleichrichteranordnung 100 in einem laufenden schnellen Generator angemessen verbunden wird. Insbesondere und mit erneutem Bezug auf 1 und 2 wird ein Wechselstromsignal von der Gleichrichtermodulanordnung 100 durch eine Wechselstrom-Eingangsklemme 112 empfangen und nach der Gleichrichtung wird ein Gleichstromsignal von der Gleichrichtermodulanordnung 100 durch die erste und die zweite Gleichstromquelle 114, 116 ausgegeben.
  • Mit gemeinsamem Bezug auf 1, 2 und 3 ist zu sehen, dass eine Diodenschaltung mit dem ersten 106 und dem zweiten 108 leitfähigen Schaltungslauf verbunden ist. Insbesondere ist bei einer ersten Diodenschaltung 118 die Anode an den ersten leitfähigen Schaltungslauf 106 gekoppelt und bei einer zweiten Diodenschaltung 120 die Kathode an den zweiten leitfähigen Schaltungslauf 108 gekoppelt. Spezifischer sind die erste 118 und die zweite 120 Diodenschaltung jeweils aus mehreren einzelnen Dioden 118-1, 118-2, ... 118-n, 120-1, 120-2, ... 120-n gebildet, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Folglich werden die Anoden jeder der einzelnen Dioden 118-1, 118-2 ... 118-n, welche die erste Diodenschaltung 118 bilden, elektrisch an den ersten leitfähigen Schaltungslauf 106 gekoppelt, und die Kathoden jeder der einzelnen Dioden 120-1, 120-2, ... 120-n, welche die zweite Diodenschaltung 120 bilden, elektrisch an den zweiten leitfähigen Schaltungslauf 108 gekoppelt. Die Benutzung mehrerer, parallel geschalteter, einzelner Dioden ermöglicht, dass die Größe der Dioden reduziert werden kann, aus denen jede Diodenschaltung 118, 120 besteht. Außerdem führt der Ausfall einer einzigen Diode in einer der Diodenschaltungen 118, 120 nicht zu einem Ausfall der gesamten Gleichrichterschaltung. Die Anzahl der einzelnen Dioden, welche jede der ersten 118 und der zweiten 120 Diodenschaltung bilden, kann variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch besteht jede Diodenschaltung 118, 120 aus fünf einzelnen Dioden, wie in 1, 2 ausdrücklich dargestellt ist, für eine Gesamtanzahl von zehn Dioden, die bei 1.000 Volt mit einer Erholungszeit von 2 Mikrosekunden gemessen werden. Ferner ist jede der einzelnen Dioden in der bevorzugten Ausführungsform eine in Glas verkapselte Diode, wenngleich die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Diese Diodenart wird bevorzugt, da sie die Benutzung eines Fluids wie eines Öls als ein Kühlmedium für die Gleichrichtermodulanordnung 100 ermöglicht.
  • Wie unten spezifischer analysiert und beschrieben werden wird, werden die Diodenschaltungen 118, 120 elektrisch aneinander gekoppelt, um eine Vollweg-Brückengleichrichter-Schaltung zu bilden. Da die Anode der ersten Diodenschaltung 118 und die Kathode der zweiten Diodenschaltung 120 mit dem ersten 106 und dem zweiten 108 Schaltungslauf verbunden sind, sind die Kathode und Anode dieser Schaltungen folglich jeweils elektrisch aneinander gekoppelt. Für diese Funktion wird ein leitfähiges Element 122 bereitgestellt, das vorzugsweise aus Beryllium-Kupfer (BeCu) gebildet ist, oder alternativ aus solch nicht einschränkenden Beispielen wie Cu/INVAR. Wie in 1 dargestellt wird das leitfähige Element 122 insbesondere mit den Klemmen jeder der einzelnen Dioden 118-1, 118-2, ... 118-n, 120-1, 120-2, ... 120-n verbunden, die mit keiner der ersten 106 oder zweiten 108 leitfähigen Schaltungsläufe verbunden sind. Das leitfähige Element 122 wird ferner mit dem dritten leitfähigen Schaltungslauf 108 verbunden. Folglich wird das Wechselstromsignal, das auf dem dritten leitfähigen Schaltungslauf 110 empfangen wird, zur Gleichrichtung von dem leitfähigen Element 122 durch die Wechselstrom-Eingangsklemme 112 jeweils an die Kathode und Anode der ersten 106 und zweiten 108 Diodenschaltung geleitet. Wenngleich die Wechselstrom-Eingangsklemme 112 jegliche der zahlreichen Formen und eine oder mehrere Verbindungsöffnungen darin aufweisen kann, wird darauf hingewiesen, dass die Wechselstrom-Eingangsklemme 112 vorzugsweise einen Schlitz 113 mit offenem Ende aufweist, um die Gleichrichtervorrichtung 100 an eine der Erregerankerwicklungen zu koppeln. Diese bestimmte bevorzugte Verbindung wird unten weiter beschrieben werden.
  • Ein Widerstandselement 124 wird zwischen dem ersten 106 und dem zweiten 108 leitfähigen Schaltungslauf verbunden. Auf diese Weise wird das Widerstandselement 124, wie untenstehend ausführlicher beschrieben und erläutert werden wird, mit der ersten 118 und zweiten 120 Diodenschaltung elektrisch parallel geschaltet und stellt für jede einen elektrischen Schutz bereit. Das Widerstandselement 124 weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen Widerstand von 300 Ohm und eine Nennleistung von 100 Watt auf, obwohl diese Nennleistungen geändert werden können, um bestimmte Anforderungen des Generators zu erfüllen. Außerdem kann das Widerstandselement 124 eine der vielen Widerstandsbauarten aufweisen, die im Stand der Technik bekannt sind und die umfassen, jedoch nicht beschränkt sind auf keramische, drahtgewickelte Widerstände und Halbleiterwiderstände. Vorzugsweise ist das Widerstandselement 124 jedoch ein flacher Dünnschicht-Widerstand. Diese Widerstandsart ist klein, wobei die Zentrifugallast über den Widerstandskörper gleichmäßig verteilt wird, da er in einer flachen Ausrichtung ausgebildet werden kann.
  • Schließlich werden die erste 114 und die zweite 116 Gleichstrom-Ausgangsklemme, die jeweils mit dem ersten 106 und dem zweiten 108 leitfähigen Schaltungslauf verbunden sind, benutzt, um das gleichgerichtete Gleichstromsignal aus der ersten und der zweiten Diodenschaltung 118, 120 an eine nicht dargestellte Feldwicklung in dem schnellen Multipolgenerator zu koppeln. Die Gleichstrom-Ausgangsklemmen 114, 116 können in irgendeiner der zahlreichen Konfigurationen ausgestaltet sein; jedoch sind die Gleichstrom-Ausgangsklemmen 114, 116 in einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgestaltet, dass sie Fassschrauben 115, 117 aufweisen, welche die Gleichrichtermodulanordnung 100 sichern und an die nicht dargestellte Feldwicklung elektrisch koppeln.
  • Vorzugsweise werden die Dioden 118-1, 118-2, ... 118-n, 120-1, 120-2, ... 120-n, die erste und die zweite Gleichstrom-Ausgangsklemme 114, 116 und die Wechselstrom-Eingangsklemme 112 durch ein Lötverfahren an die Gleichrichtermodulanordnung 100 gekoppelt. Ein einstückiges gelötetes Modul stellt gegenüber anderen bekannten Verfahren zur Komponentenverbindung eine verbesserte strukturelle Integrität bereit. Man wird zu schätzen wissen, dass das Löten nur ein Beispiel der bevorzugten Ausführungsform ist und dass andere bekannte Verbindungsprozesse wie Schweißen oder die Benutzung von leitfähigen Epoxiden ebenfalls von der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
  • Mit Bezug auf 4 und 5 wird nun eine Beschreibung der technischen Anordnung der Gleichrichtermodulanordnung 100 im Inneren des schnellen Generators bereitge stellt. Der dargestellte Rotoranordnungsabschnitt 400 weist den Hauptrotor 402 auf, der auf einer Welle 404 befestigt ist. Der Rotoranordnungsabschnitt 400 weist ebenfalls einen Erregeranker 408 auf, der auf der Welle 404 durch eine Nabe 410 befestigt ist. Die Nabe 410 weist mehrere Öffnungen 412 auf, in welchen mehrere Gleichrichtermodulanordnungen 100 mit gleichem Abstand (zum Beispiel für drei Module 120 Grad voneinander entfernt) um die Nabe eingesetzt sind. Diese Öffnungen 412 weisen flache Abschnitte auf, gegen welche sich die Gleichrichtermodulanordnungen 100 stützen, wenn sie darin befestigt werden. Die Anzahl der in 4 dargestellten Gleichrichtermodulanordnungen 100 ist drei, da der bestimmte schnelle Generator, in welchen die Gleichrichtermodulanordnungen 100 installiert werden, ein Dreiphasen-Wechselstromgenerator ist. Man wird zu schätzen wissen, dass die vorliegende Erfindung andere Anzahlen der Gleichrichtermodulanordnungen umfasst.
  • In jedem Fall wird jede Gleichrichtermodulanordnung 100 in eine der Öffnungen 412 eingefügt und zwischen der Hauptfeldwicklung (nicht dargestellt) und dem Erregeranker 408 elektrisch verbunden. Insbesondere werden die erste 114 und die zweite 116 Gleichstrom-Ausgangsklemme durch die Fassschrauben 115, 117 an einem Satz Verbindungsringe 414 durch angeordnete Gewindestreifen 416 auf den Verbindungsringen gesichert. Diese Verbindungsringe 414 werden mit den Hauptrotor-Feldwickelungen elektrisch verbunden, so dass auch die Gleichstrom-Ausgangsklemmen 114, 116 elektrisch damit verbunden sind. Am gegenüberliegenden Ende der Gleichrichtermodulanordnungen 100 nimmt die Öffnung 113 in der Wechselstrom-Eingangsklemme 112 einen Gewindeverbinder 418 darin auf und ist daran durch eine Reihe Unterlegscheiben und Nuten 420 gesichert. Ein Leiter 422, der ebenfalls an den Gewindeverbinder 418 gekoppelt ist, ist mit dem Erregeranker 408 elektrisch verbunden. Auf diese Weise ist die Wechselstrom-Eingangsklemme 112 gleichzeitig mit dem Erregeranker 408 elektrisch ver bunden. Eine Rückhalteklemme 502, von der in 5 nur eine dargestellt ist, hilft beim Zurückhalten der Gleichrichtermodulanordnungen 100 innerhalb der Nabe 410.
  • Zur Vervollständigung des Verständnisses ist in 9 eine Übersicht einer bevorzugten Ausführungsform eines schnellen Multipolgenerators 900 dargestellt, in dem die Schaltung der Gleichrichtermodulanordnung 100 befestigt ist. Außerdem ist in 10 eine Querschnittsansicht dargestellt, welche die innere Struktur des Generators 900 darstellt. Wie darin dargestellt, ist die Rotoranordnung 400 von einer ortsfesten Statoranordnung 450 umgeben. Ebenfalls dargestellt sind der Erregeranker 408 und die Nabe 410, die in einer oder mehreren Gleichrichtermodulanordnungen 100 entfernbar befestigt sind.
  • Bisher haben sich die Gleichrichtermodulanordnung 100 und ihre Anordnung in der Nabe 410 eines schnellen Multipolgenerators größtenteils auf die strukturellen Aspekte der Anordnung konzentriert. Mit Bezug auf 6, die eine bevorzugte Ausführungsform einer Gleichrichterschaltung 600 darstellt, die unter Verwendung der Gleichrichtermodulanordnungen 100 der vorliegenden Erfindung gebildet wird, wird nun jedoch eine Beschreibung der elektrischen Aspekte der Gleichrichterschaltung bereitgestellt. Man muss verstehen, dass die dargestellte und hier beschriebene Gleichrichterschaltung 600 jedoch nicht auf eine Ausführungsform beschränkt ist, welche die Gleichrichterschaltungsmodule 100 der vorliegenden Erfindung umfasst. Vielmehr kann die einzigartige elektrische Struktur und Funktion der Gleichrichterschaltung 600 unter Verwendung verschiedener struktureller Anordnungen ausgeführt werden.
  • Mit Bezug auf 6 weist die Gleichrichterschaltung 600 mehrere einzelne Gleichrichtungsschaltungen 602 auf, deren Anzahl in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform drei ist und die parallel zueinander geschaltet sind. Jede der Gleichrichtungsschaltungen 602 weisen eine Wechselstrom-Eingangsklemme 612 auf, die mit einer Phase des Dreiphasen-Erregerankers 408 elektrisch verbunden ist. Die Gleichrichterschaltungen 602 weisen ebenfalls jeweils die erste 614 und zweite 616 Gleichstrom-Ausgangsklemme auf, deren ähnliche Polaritäten elektrisch miteinander und mit der Hauptfeldwicklung 608 verbunden sind, wie in 6 schematisch dargestellt ist.
  • Die Gleichrichtungsschaltungen 602 umfassen jeweils die erste 618 und die zweite 620 Diodenschaltung, die in 6 als einzelne Dioden dargestellt sind. Wie dargestellt, sind die erste 618 und die zweite 620 Diodenschaltung innerhalb jeder Gleichrichtungsschaltung miteinander verbunden, um einen Vollweg-Brückengleichrichter zu bilden. Wie oben bezüglich der Struktur des Gleichrichterschaltungsmoduls 100 beschrieben, ist bei der ersten Diodenschaltung 618 die Anode elektrisch an die Wechselstrom-Eingangsklemme 612 gekoppelt und die Kathode elektrisch an die erste Gleichstrom-Ausgangsklemme 614 gekoppelt. Umgekehrt ist bei der zweiten Diodenschaltung 620 die Kathode an die Wechselstrom-Eingangsklemme 612 und die Anode an die zweite Gleichstrom-Ausgangsklemme 616 elektrisch gekoppelt. Das Widerstandselement 624 innerhalb jeder Gleichrichtungsschaltung 502 wird mit der ersten und der zweiten Diodenschaltung 618, 620 elektrisch parallel geschaltet. Wie oben angedeutet, stellen die Widerstandselemente 624 folglich nicht nur einen individuellen Schutz für jede Diodenschaltung 618, 620 bereit, sondern die Redundanz, die durch Umfassen eines Widerstandselements in jeder einzelnen Gleichrichtungsschaltung 502 bereitgestellt wird, erhöht auch die Systembetriebssicherheit.
  • Wie während der Beschreibung der strukturellen Aspekte der Gleichrichtermodulanordnung 100 aus verschiedenen Gründen wie der Betriebssicherheit angemerkt wurde, umfassen die erste und die zweite Diodenschaltung 618, 620 jeweils eine Vielzahl von Dioden, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Benutzung einer einzigen Diode für jede Schaltung nicht ausgeschlossen wird. Der Vollständigkeit halber ist in 7 eine schematische Darstellung einer Gleichrichtungsschaltung 602 mit der ersten und zweiten Diodenschaltung 618, 620 dargestellt, die im Allgemeinen "n" einzelne, parallel geschaltete Dioden (zum Beispiel 618-1, 618-2, ..., 618-n, 620-1, 620-2, ..., 620-n) umfassen. Außerdem ist 8 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Gleichrichtungsschaltung die erste und die zweite Diodenschaltung 618, 620 fünf einzelne Dioden (zum Beispiel 618-1, 618-2, 618-3, 618-4, 618-5, 620-1, 620-2, 620-3, 620-4, 620-5) umfasst, die elektrisch parallel geschaltet sind.
  • Die Gleichrichtermodulanordnung und die gleichzeitig bestehende Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung stellen gegenüber bekannten Drehgleichrichtern und Schaltungen, die in schnellen Generatoren benutzt werden, mehrere Vorteile bereit. Zum Beispiel werden die Modulkomponenten einstückig an die leitfähigen Schaltungsläufe gelötet, wodurch die strukturelle Betriebssicherheit verbessert wird. Das Modul wird in der Erregerankernabe gegen die bearbeiteten flachen Abschnitte von Fassschrauben, Nuten und entfernbaren Rückhalteklemmen gehalten, was sowohl den gemeinsamen als auch den einzelnen Austausch der Module relativ einfach macht. Die Anordnung der Module im Inneren der Erregerankernabe, welche das Modul und die Komponenten, die darauf befestigt sind, um einen festen radialen Abstand von dem Drehzentrum der Nabe positioniert, gewährleistet eine gleichmäßige Zentrifugallast aller Komponenten. Außerdem drängen die Zentrifugallasten während der Drehung die Dioden und den Widerstand zu dem Modulsubstrat. Da diese Lasten quer über die Kompo nenten gleichmäßig verteilt sind, wird die strukturelle Betriebssicherheit der Module und Komponenten verbessert. Das Bereitstellen eines Widerstands für jedes Modul, was bedeutet, dass die Gleichrichtungsschaltung für einen Multiphasengenerator eine Vielzahl von Widerständen umfasst, erhöht die Gesamtintegrität und Betriebssicherheit der Schaltung. Schließlich, obwohl sicher nicht einschließlich, erhöht die Benutzung eines dünnfilmartigen Widerstands die Schaltungsbetriebssicherheit, da die Zentrifugalbelastungen auf dem Widerstand während der Generatordrehung gleichmäßiger verteilt werden als bei der Benutzung des herkömmlichen drahtgewickelten Widerstands.
  • Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird der Fachmann verstehen, dass innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche verschiedene Veränderungen gemacht und Entsprechungen durch die Elemente davon ersetzt werden können.

Claims (16)

  1. Schneller Multipolgenerator, umfassend: einen Erreger (408) mit mehreren Erregerankerwicklungen, die darauf gewickelt sind; und einen oder mehrere Gleichrichtermodulanordnungen (100), die jeweils gekoppelt sind, um ein Wechselstromsignal zu empfangen, das in einer der mehreren Erregerankerwicklungen erzeugt wird, wobei jedes Gleichrichtermodul umfasst: eine flache Basis (102), die mehrere leitfähige Schaltungsläufe (106, 108, 110) auf einer Oberfläche davon aufweist, wobei die Basis derart dimensioniert ist, dass sie innerhalb des Erregers (408) befestigt wird; eine erste Diodenschaltung (118), die eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Anode an mindestens einen ersten (106) der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe gekoppelt ist; eine zweite Diodenschaltung (120), die eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Kathode an mindestens einen zweiten (108) der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe gekoppelt ist; und ein leitfähiges Element (122), das die Kathode der ersten Diodenschaltung (118) und die Anode der zweiten Diodenschaltung (120) aneinander koppelt.
  2. Generator nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Widerstandselement (124), das zwischen dem ersten und dem zweiten leitfähigen Schaltungslauf (106, 108) gekoppelt ist.
  3. Generator nach Anspruch 2, wobei das Widerstandselement (124) einen Dünnschicht-Widerstand umfasst.
  4. Generator nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Wechselstrom-Eingangsklemme (112), die an mindestens einen dritten (110) der mehreren leitfähigen Schaltungsläufe und an das leitfähige Element (122) gekoppelt ist.
  5. Generator nach Anspruch 4, wobei die Wechselstrom-Eingangsklemme (112) konfiguriert ist, um einen Steckverbinder zum elektrischen Koppeln der Gleichrichtermodulanordnung (100) an eine der mehreren Erregerankerwicklungen aufzunehmen.
  6. Generator nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste und eine zweite Gleichstrom-Ausgangsklemme (114, 116), die jeweils an den ersten und den zweiten leitfähigen Schaltungslauf (106, 108) elektrisch gekoppelt sind.
  7. Generator nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite Gleichstrom-Ausgangsklemme (114, 116) jeweils konfiguriert sind, um die Gleichrichtermodulanordnung (100) an eine Feldwicklung in dem schnellen Multipolgenerator zu koppeln.
  8. Generator nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Diodenschaltung (118, 120) jeweils mehrere einzelne Dioden umfassen, die miteinander elektrisch parallel geschaltet sind.
  9. Generator nach Anspruch 8, wobei die mehreren, einzelnen Dioden fünf Dioden umfassen, die miteinander parallel geschaltet sind. 10 Generator nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Diodenschaltung (118, 120) jeweils durch ein Lötverfahren an den ersten und den zweiten leitfähigen Schaltungslauf (106, 108) gekoppelt sind.
  10. Generator nach Anspruch 1, wobei das leitfähige Element (122) durch ein Lötverfahren an die erste und die zweite Diode gekoppelt ist.
  11. Generator nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein nicht leitfähiges Substrat (104), das zwischen der Basis und den mehreren leitfähigen Schaltungsläufen (106, 108, 110) eingefügt ist.
  12. Generator nach Anspruch 12, wobei das nicht leitfähige Substrat (104) Keramik umfasst.
  13. Generator nach Anspruch 1, wobei die flache Basis (102) ein metallisches Material umfasst.
  14. Generator nach Anspruch 1, wobei die mehreren leitfähigen Schaltungsläufe (106, 108, 110) jeweils Kupfer umfassen.
  15. Generator nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Diodenschaltung (118, 120) jeweils in Glas verkapselte Dioden umfassen.
  16. Generator nach Anspruch 1, wobei die Basis (102) derart dimensioniert ist, dass sie innerhalb des Erregers axial befestigt ist.
DE60209017T 2001-04-13 2002-04-12 Schneller multipolgenerator mit modularer gleichrichterschaltung Expired - Fee Related DE60209017T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/834,595 US6661135B2 (en) 2001-04-13 2001-04-13 Multi-pole high speed generator with a modular rectifier circuit
US834595 2001-04-13
PCT/US2002/011465 WO2002084848A1 (en) 2001-04-13 2002-04-12 Multi-pole high speed generator with a modular rectifier circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60209017D1 DE60209017D1 (de) 2006-04-13
DE60209017T2 true DE60209017T2 (de) 2006-09-14

Family

ID=25267300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60209017T Expired - Fee Related DE60209017T2 (de) 2001-04-13 2002-04-12 Schneller multipolgenerator mit modularer gleichrichterschaltung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6661135B2 (de)
EP (1) EP1386384B1 (de)
AT (1) ATE317173T1 (de)
BR (1) BR0208871A (de)
CA (1) CA2443574A1 (de)
DE (1) DE60209017T2 (de)
WO (1) WO2002084848A1 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6828703B2 (en) * 2003-03-06 2004-12-07 Visteon Global Technologies, Inc. Diode interconnection in an alternator rectifier
US7015608B2 (en) * 2004-07-27 2006-03-21 Delco Remy International, Inc. Method and apparatus to suppress electrical noise in a rotor assembly for an electrical machine
US7166943B2 (en) * 2005-01-27 2007-01-23 Hamilton Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly with inner mounted diodes
US20060176720A1 (en) * 2005-02-04 2006-08-10 Hamilton Sundstrand Corporation Rotating rectifier with strap and diode assembly
US7511392B2 (en) * 2005-06-17 2009-03-31 Hamilton Sundstrand Corporation Rotating rectifier module
US7622817B2 (en) * 2006-12-13 2009-11-24 General Electric Company High-speed high-pole count generators
DE102007030969A1 (de) * 2007-07-04 2009-01-08 Siemens Ag Haltevorrichtung für im Inneren eines Rotorkörpers angeordnete elektrische Bauteile einer Erregerschaltung sowie Rotor mit einer solchen Haltevorrichtung
US7868494B2 (en) * 2008-08-26 2011-01-11 Hamilton Sundstrand Corporation Rectifier assembly
US7948127B2 (en) 2008-11-14 2011-05-24 Honeywell International, Inc. Connection method for rotating rectifiers on a generator
US7944100B2 (en) * 2009-05-06 2011-05-17 Hamilton Sundstrand Corporation Generator rectifier assembly with ease of assembly features
US9312742B2 (en) 2013-03-01 2016-04-12 Hamilton Sundstrand Corporation Connector and spring assembly for a generator
WO2014196949A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-11 Ge Aviation Systems Llc Fastening assembly for electric machine and rectifier therefor
CN103490640B (zh) * 2013-10-10 2016-10-05 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 端面可拆卸的发电机旋转整流装置
JP2016116304A (ja) * 2014-12-15 2016-06-23 株式会社日立製作所 発電機システムまたは風力発電システム
US11139723B2 (en) 2017-04-28 2021-10-05 Hamilton Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3412271A (en) 1965-12-08 1968-11-19 Westinghouse Electric Corp Brushless type alternating current machine
US3829725A (en) 1973-02-21 1974-08-13 Westinghouse Electric Corp Rectifier assembly for brushless excitation systems
DE2511636C3 (de) 1975-03-17 1980-04-17 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Rotierende Gleichrichteranordnung für Erregersysteme elektrischer Maschinen
US4329603A (en) 1977-06-10 1982-05-11 Sundstrand Corporation Directly cooled, rotating rectifier assembly for a synchronous machine
DE2828473A1 (de) 1978-06-29 1980-01-17 Bosch Gmbh Robert Oelgekuehlte elektrische maschine
US5424593A (en) 1985-07-15 1995-06-13 Sundstrand Corporation Generator rotor cooling
US4959572A (en) 1989-06-26 1990-09-25 Allied-Signal Inc. Rotating rectifier assembly
US4797590A (en) 1987-11-09 1989-01-10 Sundstrand Corporation Brushless generator with minimal axial length
US4896062A (en) 1988-06-03 1990-01-23 Westinghouse Electric Corp. Rotating rectifier assembly
US5065484A (en) 1989-04-14 1991-11-19 Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly
US4959707A (en) 1989-04-14 1990-09-25 Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly
US5012145A (en) 1989-10-30 1991-04-30 Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly for brushless generator
GB9000787D0 (en) 1990-01-13 1990-03-14 Lucas Ind Plc Rotating rectifier assembly
US5001376A (en) 1990-02-12 1991-03-19 Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly
US5008574A (en) 1990-04-04 1991-04-16 The Chamberlain Group Direct current motor assembly with rectifier module
GB9010109D0 (en) 1990-05-04 1990-06-27 Lucas Ind Plc A rotatable rectifier assembly
US5319272A (en) 1992-07-14 1994-06-07 Eemco/Datron, Inc. Miniature rotating rectifier assembly
US5587616A (en) 1993-05-04 1996-12-24 Sundstrand Corporation Rotor for a dynamoelectric machine having a one-piece rotation rectifier
GB9322866D0 (en) 1993-11-05 1993-12-22 Lucas Ind Public Limited A rotary generator
JP3342987B2 (ja) * 1995-06-28 2002-11-11 三菱電機株式会社 車両用交流発電機
US5737210A (en) * 1996-04-30 1998-04-07 Magnetek, Inc. Bridge rectifier configuration and mounting for supplying exciter current in an AC generator
US5999078A (en) 1997-06-09 1999-12-07 Herbert; Edward Transformer and rectifier module with half-turn secondary windings
US6072253A (en) 1998-12-07 2000-06-06 Ford Motor Company Liquid-cooled electrical machine
US6205024B1 (en) * 2000-01-22 2001-03-20 Kalem Technology Corporation Heat sink for rectifier
US6687504B1 (en) 2000-07-28 2004-02-03 Telefonaktiebolaget L. M. Ericsson Method and apparatus for releasing location information of a mobile communications device

Also Published As

Publication number Publication date
DE60209017D1 (de) 2006-04-13
EP1386384A1 (de) 2004-02-04
US6661135B2 (en) 2003-12-09
US20020149276A1 (en) 2002-10-17
EP1386384B1 (de) 2006-02-01
ATE317173T1 (de) 2006-02-15
CA2443574A1 (en) 2002-10-24
BR0208871A (pt) 2005-01-18
WO2002084848A1 (en) 2002-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60209017T2 (de) Schneller multipolgenerator mit modularer gleichrichterschaltung
DE112018000583B4 (de) Kernlose elektrische Maschine, Spulenleitungsdraht und Herstellungsverfahren einer kernlosen elektrischen Maschine
DE10128769A1 (de) Elektrischer Motor
DE102014105642A1 (de) Elektrische Maschine
DE102012216542A1 (de) Verbindungsmodul für eine statoranordnung mit stabwicklungen und verfahren zum herstellen einer statoranordnung mit stabwicklungen
DE1463865B2 (de) Wechselstromgenerator mit klauenpooaeufer und einer halb leiter gleichrichteranlage
DE1918371A1 (de) Anordnung mit mehreren Halbleitergleichrichtern
AT521291B1 (de) Synchronmotor
DE2643612A1 (de) Wechselstromgenerator mit einbau- spannungsregler
DE2341715A1 (de) Rotierende gleichrichteranordnung
DE3701037A1 (de) Elektromagnetische abschirmung fuer eine elektromagnetanordnung
DE2534937A1 (de) Kraftausgleichssystem
DE1438291A1 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE102021103787B3 (de) Elektromotor mit Sammelschienen
DE102018116930A1 (de) Stator für eine Gleichstrommaschine und Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators
DE2819824C2 (de)
DE102013103480A1 (de) Mehrschichtige Bürste
EP2342799B1 (de) Elektrische maschine mit einem kontaktelement zur elektrischen verbindung elektrischer bauteile
DE102007025938A1 (de) Hochspannungsmaschine mit verbindungsloser Wicklung
DE102004030485A1 (de) Flacher Vibrationsmotor
EP2875567B1 (de) Elektrische maschine und kraftfahrzeug mit einer derartigen elektrischen maschine
DE102017207104A1 (de) Elektronisch kommutierter Motor
DE102021129989A1 (de) Axialflussmaschine, Verfahren zur Herstellung einer Axialflussmaschine und Getriebemotor-Einheit
EP0709946B1 (de) Antriebsvorrichtung für eine Drehanode
DE3490392T1 (de) Kompakte Widerstandsanordnung für umlaufende elektrische Maschine

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee