NO772495L - B¦rstel¦s synkronmaskin. - Google Patents

Description

"Børsteløs synkronmaskin"

Oppfinnelsen angår en børsteløs synkronmaskin, særlig en sveisegenerator, som kan innstilles ved hjelp av en aksialt forskyvbar magnetisk shunt. Ved en innretning av denne art er det fra GB-PS 770 710 kjent å utføre den magnetiske shunt rørformet og forskyve den aksialt i luftspalten mellom rotor og stator.

Fra GB-PS 1 256 606 er der også allerede kjent, ved en synkronmaskin å anordne en magnetisk shunt i polhjulet og utføre shunten som en aksialt forskyvbar ring som kan skyves inn i et ringspor og slutter den magnetiske shunt via ankerets aksel. Den mekaniske utførelse av denne konstruksjon er ømfintlig på

grunn av de snevre luftspalter mellom ring og ringspor, noe som er særlig uheldig når der kreves en robust sveisedrift. Dessuten må man regne med en sterk spredningsf luks, som fører til magneti-sering av akselens kulelagere og dermed minsker lagrenes og også hele maskinens levetid, idet der når lagrene svikter, er fare for at rotoren slår mot statoren så statoren skades resp. rotoren blir helt ødelagt. -

Fra GB-PS 3881/1907 er der kjent enda eri magnetisk shunt for likestrøm, med stasjonært utvendig polsystem. Polskokjernen

er her gjort innstillbar takket være en sideåpning for innskyv-ning av den magnetiske shunt. En slik konstruksjon er uskikket når det gjelder å bygge en synkronmaskin med utvendige poler som sveisegenerator, da det /bare med stor vanskelighet lar seg gjøre å ta ut så sterke sveisestrømmer og kortslutningsstrømmer via sl peringer og børster. Den vesentlige ulempe ligger i anbringelsen av sl peringer og børster samt en kollektor med børster til uttak av magnetiseringsstfømmen. Denne konstruksjon er ikke anvendelig for en børsteløs synkronmaskin og sveise-maskingenerator.

Med sikte på å unngå ulempene med de ovennevnte maskiner

gir oppfinnelsen ved en børsteløs synkronmaskin av den innlednings-vis nevnte art anvisning på at statorsporene er utført større enn viklingstverrsnittet og opptar statorviklingen i det fra rotoren bortvendte område/mens det område av statorsporene som vender mot rotoren, danner en ved ansatser på sporveggene avdelt innskyvningsåpning for shunten, som er oppdelt i fortrinnsvis lamellerte enkeltstykker. Denne utførelse bringer den fordel at hovedfluksen kan slutte seg via statortennene uavhengig av stillingen av den magnetiske shunt, så tomgangsspenningen forblir praktisk talt konstant og sveisestrømmen kan reguleres innen et vidt område ved passende forskyvning av enkeltstykkene i sporene.

Som en videre utformning av synkronmaskinen ifølge oppfinnelsen er flere av enkeltstykkene innbyrdes forbundet til et kamformet legeme. Dermed blir det mulig å forskyve flere enkeltstykker aksialt på en gang og like langt.

Takket være den påvirkning av det permanente statorfelt som oppfinnelsen innebærer, er det mulig ved konstant likefelt og konstant veksel-hovedfelt å oppnå en konstant tomgangsspenning ved alle belastningstrinn, så lastfeltet kan innstilles trinnløst og uten tap.

Som en ytterligere utformning av oppfinnelsesgjenstanden er enkeltstykkene med like og med ulike nummer festet til en og en felles umagnetisk ring, eventuelt med magnetisk tilbakeslutning, og disse ringer lagret innbyrdes uavhengig bevegelig i aksial retning i maskinens kapsel, f.eks. for hånden eller også fjernstyrt, særlig til forsyning av to arbeidssteder (sveisesteder) uavhengig av hverandre. Det blir dermed mulig å anbringe ringene som bærer enkeltstykkene, på begge sider av statoren, skjønt de også vil kunne anbringes på en og samme side. Takket være oppfinnelsens anvisninger er det mulig ved anvendelse av en ikke elektrisk sammenkjedet 90°-tofasevikling å regulere effekten i hver enkelt fase U-X og V-Y trinnløst og uten tap. Ved anvendelse av en tofaset statorvikling kan sveisegeneratoren utrustes med to arbeidssteder som er helt uavhengige av hverandre, og hvor der kan avgis vilkårlig sterke strømmer - alt i et eneste maskinsystem. Såfremt maskinen anvendes som sveisegenerator, er det derfor mulig

på begge sveisesteder å sveise med vilkårlig sterke vekselstrømmer eller også å sveise med vekselstrøm på ett sveisested, mens det annet

sveisested forsynes med likestrøm, stadig fra en eneste maskin. Forsynes sveisestedet med likestrøm, noe som forsåvidt også er mulig for begge sveisesteder, benyttes tilsvarende likerettere.

For ved konstant tomgangsspenning å forsyne et likestrømsveise-sted med større effektyerdier er det mulig å koble de to sveisesteder parallelt i likestrømkobling. Videre er det mulig å benytte bare det ene sted som sveisested, mens det annet tilsluttes gløde-lamper, slipemaskiner, bormaskiner etc, eller også å lade resp. ' utlade batterier i parallellkobling med andre forbrukere,alt etter disse strømforbrukeres behov. Batteriet kan også tjene som start-batteri for en forbrenningskraftmaskin som driver sveisegeneratoren. Driftsspenningen på vedkommende uttak fra synkronmaskinen er over-spenningsbeskyttet, da den ikke kan overstige en innstilt verdi.

En ytterligere oppgave for oppfinnelsen består i å oppnå en innstillbar tomgangsspenning som etter foretatt innstilling er konstant over hele arbeidsområdet, altså ved alle belastningstrinn. Dette lar seg oppnå om rotoren,i henhold til en videre utformning av oppfinnelsestanken, er utført som fremmedmagnetisert rotor og der til å frembringe magnetiseringsspenningen er anordnet en magnetiseringsmaskin utført som ringpolmaskin, f.eks. som børste-løs synkronmaskin med utvendige poler, og disse poler har permanent-magnetisering, samtidig som deres polsko har fortsettelser som strekker seg i retningen for aksen for magnetiseringsmaskinens polhjul og kan tildekkes mer eller mindre sterkt ved hjelp av en aksialt forskyvbar sylinder,så der i magnetiseringsmaskinens vekselstrømrotor kan induseres forskjellig høye spenninger, som eventuelt under mellomkobling av likeretterelementer kan tilføres synkronmaskinens rotor som magnetiseringsspenning.

Ved en foretrukken/utførelsesform for oppfinnelsen kan synkronmaskinens rotor og magnetiseringsmaskinens vekselstrømrotor sitte på samme aksel. Dette bringer den fordel at de to rotorer løper med nøyaktig samme omdreiningstall og det blir mulig å anbringe medroterende likerettere.

Enda en videre utvikling av oppfinnelsen går ut på at minst to av magnetiseringsmaskinens stasjonære utvendige poler er forsynt med en vikling som kan forsynes med likestrøm for kompounder-ing av sveisestrømmen. På denne måte oppstår der et såkalt blandet likefelt i statoren,fordi der foruten et permanent felt også kan tilkobles statoren et elektromagnetisk felt, og styrken av dette elektromagnetiske tilleggsfelt er avhengig av den likespenning som tilføres kompound-viklingene. Dermed lar hvert enkelt sveisested seg kompoundere separat, altså uavhengig av de øvrige sveisesteder.

Oppfinnelsens prinsipp når det gjelder å anvende enkeltstykker til å påvirke statorviklingens shunt og å anvende en shunt-regulering for en magnetiseringsmaskin i de tilfeller hvor synkronmaskinens polhjul fremmedmagnetiseres, lar seg også anvende konstruktivt for maskiner med utvendige polhjul,og det er da mulig å oppnå de samme nærmere forklarte effekter, og det også ved maskiner med permanentmagnetisert polhjul.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere ved utførelseseksempler som er anskueliggjort på tegningen. Fig. 1 viser aksialsnitt av en børsteløs synkronmaskin i henhold til en første utførelsesform for oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en detalj fra fig. 1.

Fig. 3 er et partialt enderiss av maskinen.

Fig. 4 viser lengdesnitt av maskinen i en annen utførelses-form. Fig. 5 viser en maskin i henhold til fig. 4, men med fremmed-magnetisering.

Fig. 6 er et enderiss av maskinen på fig. 4.

Fig. 7 viser snitt etter linjen VII-VII på fig. 5.

Fig. 8 viser en utførelsesvariant på tilsvarende måte som fig. 7, og

fig. 9 er et diagram over strømstyrke som funksjon av tiden ved en maskin med tofasevikling.

På fig. 1-4 betegner 1 en rotor som magnetiseres ved hjelp av permanentmagneter 2. Statorsporene 4 har større tverrsnitt enn statorviklingene 5. Statorviklingen 5 er anordnet i det område av statorsporene 4 som vender bort fra rotoren. Det område av statorsporene som vender mot rotoren 1,danner en innskyvningsåpning for shunten, som er oppdelt i fortrinnsvis lamellerte enkeltstykker 6. Innskyvningsåpningen for enkeltstykkene 6 er ved ansatser 8 på sporveggene avdelt fra den del av sporene 4 som opptar statorviklingen 5. Flere av enkeltstykkene 6 som danner shunten,er forbundet innbyrdes til et kamformet legeme 7. Blir det kamformede legeme 7 beveget ut fra innskyvningsåpningen i retningen for pilen A, tiltar virkningen av magnetfeltet i statorviklingen 5, og statorviklingen 5 blir fullt virksom såsnart legemet 7 med enkeltstykkene 6 er beveget helt ut av innskyvnings-åpningene i sporene 4. Befinner enkeltstykkene 6 hos det kamformede legeme 7 seg i sin helhet i statorsporenes innskyvningsåpning, blir størstedelen av den magnetiske fluks ledet forbi statorviklingen 5, og maskineffekten når sin minimumsverdi. Ved passende innstilling av det kamformede legeme er det mulig, trinnløst og uten tap å innstille enhver vilkårlig effektverdi mellom ekstremene fullt innskjøvet og fullt uttrukket. Den veksel-strøm maskinen normalt leverer, har ved anvendelse som sveisegenerator hensiktsmessig en frekvens av ca. 400 Hz og kan anvendes direkte til sveiseformål. Men det er også mulig å likerette den leverte vekselstrøm og så anvende den i likerettet tilstand, likeledes for sveising. Forskyvningen av det kamformede legemet 7 for innstilling av ønsket sveisestrømstyrke kan enten skje manuelt direkte ved maskinen eller ved fjernstyring fra et vilkårlig sted, særlig fra sveisestedet. Styringen arbeider med små tap, så der fås en god virkningsgrad.

I utførelsesformene på fig. 4 og 5 benyttes to kamformede legemer 7 og 7". Anordningen er truffet slik at enkeltstykkene 6 og 6' med henhv. like og ulike nummer er montert på en og en felles umagnetisk ring 10 resp. 10', eventuelt med magnetisk tilbakeslutning, og innbyrdes uavhengig bevegelig i aksial retning i maskinens kapsel, analogt med det kamformede legeme på fig. 2 (piler B og A resp. B' og A'). De to kamformede legemer 7 og 7' kan benyttes til å forsyne hvert sitt sveisested. Det ene sveisested kan da forsynes av den første fase U-X hos statorviklingen 5, og det annet av statorviklingens annen fase V-Y. Strømstyrkene kan innstilles innbyrdes uavhengig ved forskyvning av de kamformede legemer 7, 7' i retningen for pilene B-A resp.

B^A'.

Hvis der ved en børsteløs synkronmaskin,slik der er vist

på fig.5,benyttes en magnetiséringsmaskin for polene hos rotoren i synkronmaskinen 1, er det mulig i tillegg til strømstyrken også å regulere tomgangsspenningen, dersom magnetiseringsmaskinen 11 selv er styrbar. Magnetiseringsmaskinen 11 er utført som ringpolmaskin, f.eks. børsteløs synkronmaskin, med utvendige poler.

Polene 12 er permanentmagnetisert, og polskoene har fortsettelser 13 som strekker seg i retningen for aksen for vekselstrømrotoren

14 hos magnetiseringsmaskinen 11 og kan tildekkes i forskjellig sterk grad ved hjelp av en aksialt forskyvbar sylinder 15. Det blir dermed mulig i vekselstrømrotoren 14 hos magnetiseringsmaskinen 11 å indusere forskjellig høye spenninger, som så kan tilføres synkronmaskinens elektromagnetiske rotor 1 som magnetiseringsspenning. Skal magnetiseringsspenningen være en likespenning, innkobles likeretterelementer (medroterende likerettere) 16, 17 mellom utgangen fra vekselstrømrotoren 14 hos magnetiseringsmaskinen 11 og synkronmaskinens rotor 1. Blir sylinderen 15 forskjøvet i retningen for pilen P, avtar magnetfluksen gjennom

vekselstrømrotoren 14 hos magnetiseringsmaskinen 11, så der i viklingen på rotoren 14 hos magnetiseringsmaskinen 11 fås en stadig avtagende spenning. I innerste stilling kommer så sylinderen 15 fullt til virkning som tildekning for fortsettelsene 13 av

polskoene 12. Den høyeste spenning blir indusert i vekselstrøm-rotoren 14 hos magnetiseringsmaskinen 11 når sylinderen 15 ikke tildekker fortsettelsene 13 av polskoene 12.

I tverrsnittene gjennom sylinderen 15 på fig. 7 og 8 kan man se statorens poler 12. I utførelsesformen på fig. 7 finnes ialt fire slike poler 12. I utførelsesformen på fig. 8 finnes likeledes fire poler 12, men et par motstående poler er forsynt med tilleggs-viklinger 19 som kan forsynes med likestrøm. På denne måte fås en blandet magnetiseringsstrøm, og det blir mulig å kompoundere hvert sveisested for seg ved hjelp av viklingene 19. Synkronmaskinens rotor 1 og vekselstrømrotoren 14 hos magnetiseringsmaskinen 11 er anbragt på samme aksel 18. Sylinderen 15 er utført analogt med den på fig. 5, altså med én mantel som strekker seg over 360°.

På fig. 9 ses to sinuslinjer for henhv. fase 1 og fase 2, med innbyrdes faseforskyvning -5^— . Figuren viser at sveisegeneratoren ifølge oppfinnelsen kan drives med to adskilte sveisesteder fullstendig innbyrdes uavhengig.

Claims (6)

1. Børsteløs synkronmaskin, særlig sveisegenerator, som kan innstilles via en aksialt forskyvbar magnetisk shunt, karakterisert ved at statorsporene (4) er utført større enn viklingstverrsnittet og opptar statorviklingen (5) i det fra rotoren (1) bortvendte område, mens det område av statorsporene (4) som vender mot rotoren (1), danner en og en ved ansatser (8) på rotorveggene avdelt innskyvningsåpning for shunten, som er fordelt på fortinnsvis lamellerte enkeltstykker (6,6*) .;

2. Synkronmaskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at flere av enkeltstykkene (6,6') er innbyrdes forbundet til et kamformet legeme (7,7').;

3. Synkronmaskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at enkeltstykkene (6, 6') med like og med ulike nummer er festet til en og en felles umagnetisk ring (10, 10 <1> ),eventuelt med magnetisk tilbakeslutning, lagret aksialt bevegelig(B, A; B', A <*> ) i maskinens kapsel (fig. 4-6) innbyrdes uavhengig, f.eks. for hånden eller fjernstyrt, særlig for innbyrdes uavhengig forsyning av to arbeidssteder (sveisesteder) .

4. Synkronmaskin som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at rotoren (1) er utført som fremmedmagnetisert rotor (fig. 5) og der til å frembringe magnetiseringsspenningen er anordnet en magnetiseringsmaskin (11) som er utført som ringpolmaskin, f.eks. børsteløs synkronmaskin med utvendige poler, bg som har permanentmagnetiserte utvendige poler (12) hvis polsko har fortsettelser som strekker seg i retningen for aksen for magnetiseringsmaskinens (11) polhjul (14) og kan tildekkes i forskjellig sterk grad ved hjelp av en aksialt forskyvbar sylinder (15), så der i magnetiseringsmaskinens (11) vekselstrømrotor (14) kan induseres forskjellig høye spenninger, som eventuelt under mellpmkobling av likerettere (16, 17) kan til-føres synkronmaskinens rotor (1) som magnetiseringsspenning.

5. Synkronmaskin som angitt i krav 4, karakterisert ved at synkronmaskinens rotor (1) og magnetiseringsmaskinens (11) vekselstrømrotor (14) er ånbragt på samme aksel (18).

6. Synkronmaskin som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ' ved at minst to av magnetiseringsmaskinens faste utvendige poler er forsynt med en tilleggsvikling (19) som kan mates med likestrøm for å kompoundere sveisestrømmen.