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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Übersicht
einer bevorzugten Ausführungsform
einer Gleichrichtermodulanordnung zur Benutzung in der Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht der Gleichrichtermodulanordnung aus 1;
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3 ist
eine Draufsicht der Gleichrichtermodulanordnung aus 1,
wobei mehrere Komponenten davon gestrichelt dargestellt sind;
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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;
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5 ist
eine Übersicht
der Rotoranordnung und des Erregerankers aus 4, welche
die Verbindung einer physischen Rückhalterung darin der Gleichrichtermodulanordnung
aus 1 darstellt;
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6 ist
eine verallgemeinerte schematische Darstellung einer Drehgleichrichterschaltung, die
aus mehreren, parallel geschalteten Gleichrichtermodulanordnungen
gebildet ist;
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7 ist
eine verallgemeinerte schematische Darstellung einer einzigen Gleichrichterschaltung,
die einen Abschnitt der Gleichrichterschaltung aus 6 bildet;
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8 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der einzigen Gleichrichtungsschaltung aus 7;
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9 ist
eine Übersicht
einer bevorzugten Ausführungsform
eines schnellen Multipolgenerators, in dem das Gleichrichterschaltungsmodul
aus 1 befestigt ist; und
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10 ist
eine Querschnittsansicht des schnellen Multipolgenerators aus 9.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.