DE696690C

DE696690C - Electrodynamic coupling

Info

Publication number: DE696690C
Application number: DE1937S0129476
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Siegfried Brockhaus
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-11-10
Filing date: 1937-11-10
Publication date: 1940-09-27

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrodynamische Kupplung, die aus einer mehrphasigen Asynchronmaschine besteht, deren Läufer mit der eintreibenden und deren'umlaufender Ständer mit der austreibendem Welle verbunden ist,·oder umgekehrt. Gemäß der Erfindung sind an die -Ständer- bzw. Läuferwicklung Widerstände- mit Kondensatoren, die in., an sich bekannter -Weise zur Selbsterregimg dienen, angeschlossen. Die Kupplung gemäß der Erfindung bietet den Vorteil einer außerordentlichen Vereinfachung der Bauweise und der Regelung beim Anfahren. The invention is an electrodynamic clutch, which consists of a multiphase Asynchronous machine consists, whose rotor with the driving and their'umlaufender Stator connected to the driving shaft, · or vice versa. According to of the invention are to the -stator or rotor winding resistors with capacitors, which in., per se known -Wise serve for self-regimg, connected. the Coupling according to the invention offers the advantage of an extraordinary simplification the construction and the regulation during start-up.

An sich sind elektrodynamische Kupplungen, die aus einer Asynchronmaschine bzw. einer Synchronmaschine bestehen, bekannt. Diese bekannten Kupplungen werden jedoch durch Gleichstrom oder Wechselstrom fremd-Electrodynamic clutches, which consist of an asynchronous machine or a synchronous machine exist, known. These known couplings are, however, externally powered by direct current or alternating current.

ao erregt. Gegenüber den mit Gleichstrom erregten Kupplungen besitzt die Anordnung nach der 'Erfindung den Vorteil, daß die Maschine kleiner wird, wenn bei einer bestimmten Drehzahldifferenz das gleiche Moment von beiden Kupplungen übertragen werden soll; denn beim Hochlauf bis.zu dieser Drehzahldifferenz sind die Verluste der mit Gleichstrom erregten Kupplung größer als der Kupplung gemäß der Erfindung, weil erstere im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Kupplung bereits vom Stillstand an ein ständig wachsendes Drehmoment erzeugt. Außerdem werden auch im Dauerbetrieb die Verluste in der gleichstromerregten Kupplung größer als bei der Kupplung gemäß der Erfindung, weil bei letzterer ein Teil der zur Übertragung des Momentes notwendigen Verluste in den außenliegeinden Widerständen vernichtet wird. Aber auch gegenüber der Fremderregung mit Wechselstrom ist der Er-ao excited. Compared to those excited with direct current Couplings, the arrangement according to the 'invention has the advantage that the The machine becomes smaller if the same torque occurs at a certain speed difference is to be transmitted by both clutches; because when starting up to this Speed difference, the losses of the clutch excited with direct current are greater than the coupling according to the invention, because the former is in contrast to the one according to the invention Clutch generates a steadily increasing torque from standstill. In addition, the Losses in the DC-excited clutch are greater than in the clutch according to the invention, because with the latter part of the losses necessary to transfer the moment is destroyed in the external resistances. But also towards the External excitation with alternating current is the

findungsgegenstand vorteilhafter. Es sei z.B. angenommen,_: daß zwischen Arbeitsmaschine und Kupplung ein mehrgängiges Schaltgetriebe besteht, das während des Hochfahrens bei Erreichen bestimmter Drehzahlen umgeschaltet werden muß. Bei der Kupplung gemäß der Erfindung würde dann so verfahren, daß zunächst der Antriebsmotor auf eine bestimmte Drehzahl hochgefahren wird, to Soll jetzt für den nächst höheren Drehzahlbereich das Schaltgetriebe 'umgeschaltet werden, so wird die Drehzahl des Antriebsmotors vermindert. Die Folge ist, daß die Kupplung kein Moment mehr überträgt und das Schaltgetriebe leicht umgeschaltet werden kann. Hierauf wird die Drehzahl des Antriebsmotors wieder erhöht, wodurch selbsttätig die - Drehmomentübertragung einsetzt. Wird dagegen eine Asynchronmaschine mit Fremderregung ao durch Wechselstrom als Kupplung verwendet, so müßte, falls die Drehzahl erreicht wird, hei der die Umschaltung des Getriebes vorgenommen werden muß, zunächst die Erregung abgeschaltet und die Drehzahl des Antriebsmotors vermindert werden. Hierauf . wird das Getriebe 'umgeschaltet. Jetzt muß die Erregung wieder zugeschaltet werden. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, den richtigen Augenblick zu erfassen, bei welchem die Erregung wieder eingeschaltet werden kann, ohne daß Stöße auftreten. Aber auch beim Anfahren ohne Schaltgetriebe besteht die Gefahr, daß beim Zuschalten der Erregung Stöße auftreten, wenn man nicht· besondere Mittel zu deren Verhütung vorsieht. Das gleiche gilt auch für "Erregung mit Gleichstrom, subject of invention more advantageous. It is assumed, for example _: that there is a multi-speed gearbox between the driven machine and the clutch, which must be switched over when certain speeds are reached during start-up. In the clutch according to the invention, the procedure would then be such that first the drive motor is run up to a certain speed. If the gearbox is to be switched over to the next higher speed range, the speed of the drive motor is reduced. The result is that the clutch no longer transmits any torque and the gearbox can easily be switched. Thereafter, the drive motor speed is increased again, which automatically which - using torque transmission. If, on the other hand, an asynchronous machine with external excitation ao by alternating current is used as the clutch, then the excitation would first have to be switched off and the speed of the drive motor reduced if the speed is reached, meaning that the gear must be switched. On that. the gearbox is switched over. Now the excitation has to be switched on again. However, it is difficult to detect the right moment at which the excitation can be switched on again without shocks occurring. But even when starting up without a gearbox there is a risk that shocks will occur when the excitation is switched on unless special means are provided for preventing them. The same applies to "excitation with direct current,

Es sind ferner Kupplungen bekannt, die aus zwei Magnetsystem und Kurzschlußwicklung bildenden, gegeneinander verdrehbaren Teilen bestehen, bei denen auf dem die Kurzschlußwicklung tragenden Getriebeteil eine Hilfswicklung vorgesehen ist, die über einen Kollektor mit der Erregerwicklung der Magnetpole auf dem änderen Getriebeteil leitend verbunden ist und in der bei der Relativbewegung der Getriebeteile der für die Erregung der Magnetpole erforderliche Strom induziert wird. Eine solche Anordnung ist aber sehr umständlich, und gerade für solche Maschinen, bei denen Ständer und Läufer umlaufen, kommt es darauf an, daß_ man eine besonders einfache Maschine hat. Dies wird durch die Anordnung nach der Erfindung erreicht, weil man hier eine gewöhnliche Asynchronmaschine, verwenden kann, während bei der bekannten Anordnung eine Zusatzwicklung, ein Kollektor 'und umlaufende Bürsten notwendig sind. Es sind ferner Kupplungen bekannt, bei denen sowohl der Ständer als auch der Läufer mit ausgeprägten Polen ausgeführt ist und der Läufer eine Gleichstfomwicklung be_asitzt, während an dem Ständer ein Kondensator angeschlossen ist. Bei diesen bekannten Einrichtungen ist jedoch der magnetische ⁶S Widerstand vom Verdrehungswinkel zwischen Läufer und Ständer abhängig. Infolgedessen ist auch das Drehmoment selbst bei der stets vorhandenen Gleichstromerregung ■ ständig Schwankungen unterworfen, sofern die Kupplung schlüpft. Ferner sind auch beim Schlupf null Pendelungen möglich, weil das übertragende Drehmoment von dem Verdrehungswinkel abhängig ist. Bei der Kupplung gemäß der Erfindung sind diese Nachteile ver- ⁷^ mieden. ■There are also couplings known which consist of two magnet system and short-circuit winding forming, mutually rotatable parts, in which an auxiliary winding is provided on the gear part carrying the short-circuit winding, which is conductively connected via a collector to the excitation winding of the magnetic poles on the other gear part and in the current required for the excitation of the magnetic poles is induced during the relative movement of the gear parts. Such an arrangement is, however, very cumbersome, and it is particularly important for machines in which stator and rotor revolve that one has a particularly simple machine. This is achieved by the arrangement according to the invention, because an ordinary asynchronous machine can be used here, while in the known arrangement an additional winding, a collector 'and rotating brushes are necessary. There are also known clutches in which both the stator and the rotor is designed with pronounced poles and the rotor is a DC winding be _a sits, while a capacitor is connected to the stator. In these known devices, however, the magnetic resistance ⁶ S depends on the angle of rotation between rotor and stator. As a result, even with the DC excitation that is always present, the torque is constantly subject to fluctuations if the clutch slips. Furthermore, zero oscillations are possible even with slip, because the torque transmitted is dependent on the angle of rotation. In the coupling according to the invention, these disadvantages are avoided comparable ^ ^7. ■

In der Zeichnung ist in Fig. 1 -ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 3 ist ein Antriebsmotor, z. B. ein Explosions- ₍ motor, ■ bezeichnet. Mit dem Antriebsmotor auf der gleichen Welle 1 sitzt der Läufers der Asynchronmaschine 4, der als Kurzschlußläufer ausgebildet ist. Der Ständer 6 ist mit der austreibenden Welle 2 verbunden und drehbar gelagert. Zu diesem Zweck sind die Lager 7 und 8 vorgesehen. Die nicht dargestellte Wicklung des Ständers 6 ist an Kondensatoren 10 angeschlossen, zu denen parallel Widerstände 11 geschaltet sind. In Fig. 2 ist das durch die Kupplung übertragene Drehmoment Ma, in Abhängigkeit von der Differenz Ji₁-H₂ der Drehzahlen der Welle 1 und der Welle 2 aufgetragen. Solange der Antriebsmotor nur langsam läuft, findet keine Drehmomentübertragung durch die Kupplung statt. Erst von einer bestimmten Drehzahl ab beginnt die Drehmomentenübertragung. Die Welle 2 setzt sich dann in Bewegung, sobald das durch* die Kupplung übertragene Drehmoment das vorhandene Gegenmoment über- >°o windet. Eine solche Anordnung ist daher insbesondere für Explosionsmotoren geeignet, da 'diese beim Anlauf kein oder nur ein geringes Drehmoment entwickeln. Da, wie Fig. 2 zeigt, das Drehmoment in Abhängigkeit von der Differenz n_t-n_z der Drehzahlen sehr stark ansteigt, so ist, sofern nicht sehr hohe Drehmomente übertragen werden, die Differenz der Drehzahlen ungefähr konstant. Bei Fahrzeugen hat diese Eigenschaft der Kupplung n» besondere Vorzüge, da man in sehr einfacher Weise durch Änderung der Drehzahl des Antriebsmotors die Fahrzeuggeschwindigkeit einstellen kann. Es ist auch ohne weiteres möglich, mit sehr geringen Geschwindigkeiten zu fahren und diese Geschwindigkeit genau einzuhalten. Die Stärke der Beschleunigung kann ebenfalls unmittelbar durch Veränderungen des Drehmomentes des Antriebsmotors bestimmt werden. Die Kupplung stellt also im gewissen Sinne eine starre Kupplung zwischen den Wellen ι und 2 dar, nur mit demIn the drawing, an embodiment of the invention is shown in FIG. 1. With 3 is a drive motor, for. B. an explosion ₍ motor, ■ designated. With the drive motor on the same shaft 1 sits the rotor of the asynchronous machine 4, which is designed as a squirrel-cage rotor. The stator 6 is connected to the driving shaft 2 and rotatably mounted the bearings 7 and 8. The winding (not shown) of the stator 6 is connected to capacitors 10 to which resistors 11 are connected in parallel. In Fig. 2, the torque Ma transmitted by the clutch is as a function of the difference Ji ₁ -H _{2 of} the speeds of shaft 1 and shaft 2. As long as the drive motor is only running slowly, there is no torque transmission through the coupling. The torque transmission only starts from a certain speed. Shaft 2 then starts moving as soon as this is through * the torque transmitted to the clutch overcomes the existing counter-torque. Such an arrangement is therefore particularly suitable for explosion engines t, because they develop little or no torque during start-up. Since, as FIG. 2 shows, the torque increases very sharply as a function of the difference n _t -n _{z of} the speeds, the difference between the speeds is approximately constant unless very high torques are transmitted. In vehicles, this property of the clutch n »has particular advantages, since the vehicle speed can be adjusted in a very simple manner by changing the speed of the drive motor. It is also easily possible to drive at very low speeds and to strictly adhere to this speed. The strength of the acceleration can also be determined directly by changing the torque of the drive motor. The coupling is in a certain sense a rigid coupling between the shafts ι and 2, only with the

Unterschied, daß die Drehzahl der Welle 2 um ■einen bestimmten Betrag niedriger als die Drehzahl der Welle 1 ist. Auch können Bremsmomente erst dann übertragen werden, wenn die Drehzahl der Welle2 um einen bestimmten Betrag höher ist als die Drehzahl der Welle i. Eine Entkupplung von ein- und austreibender Welle kann daher, ,wie früher erwähnt, in einfacher Weise durch Erniedrigurig der Drehzahl des Antriebsmotors erfolgen. Besondere Vorteile bietet dies bei Vorhandensein eines mehrgängigen Schaltgetriebes beim Umschalten von einem zum anderen Gang.Difference that the speed of the shaft 2 by ■ a certain amount lower than that Speed of shaft 1 is. Braking torques can also only be transmitted if the speed of the shaft2 by a certain Amount is higher than the speed of the shaft i. A decoupling of the driving in and driving out As mentioned earlier, the wave can therefore be reduced in a simple manner by lowering it the speed of the drive motor. This offers particular advantages if it is available a multi-speed manual transmission when switching from one gear to the other.

Gegenüber einer Kupplung, die aus einem Asynchronmotor besteht, der aus einem Netz erregt wird, hat die Anordnung den'großen Vorteil, daß sie in hohem Maße überlastbar ist, da mit steigender Drehzahldifferenz die Periodenzahl des Ständerkreises, wächst und die Erregung verstärkt. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses von Ohmschem Widerstand zu Kapazität ist ein Kippen der Kopplung ausgeschlossen.Compared to a coupling, which consists of an asynchronous motor, which consists of a network is excited, the arrangement has the great advantage that it can be overloaded to a high degree is, because with increasing speed difference the number of periods of the stator circle increases and the excitement intensified. By suitable choice of the ratio of ohmic resistance A tilting of the coupling to capacity is impossible.

Die Kondensatoren 10 und die Widerstände 11 können über Schleifringe angeschlossen werden. Durch Wahl verschiedener Werte von Kapazität und Ohmschem Widerstand lassen sich dann verschiedene Drehmomentenkennlinien in Abhängigkeit von der Differenz der Drehzahlen erreichen. Insbesondere kann man die Drehzahldifferenz, bei welcher ein ■Drehmoment übertragen wird, verändern.The capacitors 10 and the resistors 11 can be connected via slip rings. By choosing different values Different torque characteristics can then be determined from capacitance and ohmic resistance depending on the difference in speeds. In particular, can change the speed difference at which a torque is ■ transmitted.

Besonders einfach wird die Anordnung, wenn man in an sich bekannter Weise die Kondensatoren und Ohmschen Widerstände mitumlaufend anordnet, wobei sich durch eine zweckmäßige Anordnung eine gute Kühlung der Widerstände und der Kondensatoren erreichen läßt.The arrangement is particularly simple if the Capacitors and ohmic resistors are arranged in a circulating manner, with a Appropriate arrangement achieve good cooling of the resistors and capacitors leaves.

Die beschriebene Kupplung wirkt alsThe coupling described acts as a

Schlupfkupplung. Wenn daher im normalen ' Betrieb iein guter Wirkungsgrad gewünscht wird, kann man z. B. nach beendigtem Anlauf in an sich bekannter Weise eine starre Kupplung der ein- und austreibenden Welle vornehmen. Zu diesem Zweck könnte man beispielsweise einen verschiebbaren Kupplungsteil auf. der Welle 1 anbringen und diesen von Hand oder selbsttätig, in Eingriff mit So dem· Gehäuse des Ständers 6 bringen. Um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, kann man auch, falls die Kondensatoren und Widerstände über Schleifringe angeschlossen sind, nach beendigtem Hochlauf die Ständerwicklung mit ''Gleich- oder Wechselstrom aus einer besonderen Spannungsquelle speisen.Slip clutch. If, therefore, a good level of efficiency is desired in normal operation you can z. B. after the start of a rigid coupling in a known manner the input and output shaft. For this purpose one could for example a sliding coupling part. the shaft 1 and this by hand or automatically, in engagement with So · Bring the housing of the stand 6. To achieve good efficiency, can you also, if the capacitors and resistors are connected via slip rings, After the run-up is complete, switch off the stator winding with '' direct or alternating current feed from a special voltage source.

Im Ausführungsbeispiel ist die Wicklung des Ständers dreiphasig ausgeführt und an Kondensatoren angeschlossen, während der Läufer eine kurzgeschlossene Wicklung erhält. Man kann aber auch dem Ständer eine kurzgeschlossene Wicklung geben und dem Läufer eine Mehrphasenwicklung geben und diese in der Weise erregen, wie es für den Ständer vorher beschrieben wurde.In the exemplary embodiment, the stator winding is three-phase and on Capacitors connected while the rotor receives a short-circuited winding. But you can also give the stator a short-circuited winding and give the rotor a polyphase winding and excite them in the manner previously described for the stand.

Claims

Patent claims:

1. Electrodynamic coupling consisting of a polyphase asynchronous machine consists ^ whose runners with the driving and their revolving stand with the driving shaft is connected, or vice versa, characterized in that to the stator or rotor winding Resistors with capacitors for self-excitation are connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized. marked that the capacitors and. Resistors arranged in a rotating manner 'are.

3. Electrodynamic coupling according to • Claim 1, characterized in that

. After the run-up is complete, the driving and driving shafts are mechanically coupled will.

4. Electrodynamic coupling according to claim 1, characterized in that after completion of the run-up, the excitation winding of the clutch with DC or GO Alternating current, fed from a special voltage source.

1 sheet of drawings