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Anordnung von Halbleiter-Gleichrichtern in der hohlen Rotorwelle einer
bürstenlosen Synchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung der Halbleiter-Gleichrichter
in bürstenlosen Synchronmaschinen, die über mitrotierende Gleichrichteranordnungen
erregt sind. Will man den gleichstromerregten Rotoren derartiger elektrischer Maschinen
die Erregerleistung ohne Verwendung von Schleifringen und Bürsten zuführen, so verwendet
man bekanntlich die Halbleitergleichrichter, die mit dem Rotor mit umlaufen und
an oder in ihm befestigt sind. Es ist bekannt, daß diese Gleichrichterelemente gegen
mechanische Beanspruchungen empfindlich sind, weshalb verschiedene Bauarten veröffentlicht
wurden, die eine entsprechend günstige Anordnung der Gleichrichterelemente zeigen.
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So ist z. B. bekannt, die einzelnen Gleichrichter auf einem ringförmigen
Tragkörper so zu befestigen, daß ihre Mittelachse in radialer Richtung und die wirksamen
Hableiterschichten senkrecht dazu, also tangential, stehen. Diese Anordnung hat
aber den Nachteil, daß die auftretenden Fliehkräfte den Kontaktdruck je nach der
Stellung der Elemente vergrößern oder verkleinern können. Dies ist um so mehr der
Fall, je näher die Gleichrichterelemente an der Peripherie angebracht sind. Es ist
ferner bekannt, die Gleichrichterelemente in der hohlen Rotorwelle einer Synchronmaschine
unterzubringen. Eine andere bekannte Wellenanordnung zeigt einen die Gleichrichterelemente
enthaltenden hohlzylindrischen Teil mit erweitertem, größerem Durchmesser, an den
beidseitig die Wellenstümpfe mit dem üblichen Wellendurchmesser angeflanscht sind.
Bei einer Reparatur an den Gleichrichtern werden diese Flanschverbindungen gelöst.
Diese Ausführung ist bei einem kleineren Generator, beispielsweise bei einem Bordnetzgenerator
für Flugzeuge, möglich. Eine Anwendung bei Großmaschinen ist jedoch ausgeschlossen.
Bei anderen be, kannten Anordnungen sind die Gleichrichterelemente in ein rohrförmiges
Gehäuse eingesetzt, das sich in der hohlgebohrten Welle des Generators befindet.
Dabei sind die Wandungen des rohrförmigen Gehäuses so aus einzelnen, gegeneinander
isolierten, in Achsrichtung liegenden Segmentbahnen aufgebaut, daß diese Segmentbahnen
aus Leitermaterial gleichzeitig als Stromzu- und -ableitungen dienen. Dieser sehr
komplizierte Aufbau wird dann mit einer Anzahl von aufgesetzten oder aufgeschrumpfen
Ringen zusammengehalten. Nachteilig ist dabei einmal die Herstellung dieses komplizierten
Körpers, und zum anderen sind eine einfache Inspektion oder das Auswechseln eines
einzelnen Elementes sehr schwierig und zeitraubend. Der ganze: Körper muß dabei
über seine ganze Länge au.seinandergenommen werden. Wenn dieser vorbekannte Segmentkörper
mit rohrförmigem Aufbau noch, wie es auch bekannt ist, von einer Isolierstoffbuchse
aus Gießharz umkleidet ist, sind einfache überwachungsa;rbeiten an den Gleichrichtern
ohne wesentlichen Aufwand unmöglich. Alle diese vorbekannten rohrförmigen Gehäuse
für die Gleichrichterelemente haben weiterhin den Nachteil, d'aß sie in voller Länge
in: die hohle Maschinenwelle eingeführt werden müssen. Das bedingt bei größeren
Maschinen, daß rein baulich in Richtung der Maschinenachse ein solcher Raum, etwa
nochmals von der Länge der Maschinenwelle, zur Verfügung stehen muß.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung von Halbleitergleichrichtern
im Rotor einer bürstenlosen Synchronmaschine, die mit einer Wechselstromerregermaschine
auf gleicher Welle angeordnet ist und bei der die Gleichrichterelemente in einem
in der hohlen Rotorwelle befestigten rohrförmigen Gehäuse eingebaut sind, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß in dem axial in die einstöckig aufgebaute Hohlwelle einschiebbaren,
oder aus ihr herausziehbaren, axial zu zwei Halbrohren geteilten rohrförmigen Gehäuse
die Gleichrichterelemente in fertig ausgeführter Schaltung zusammen mit gegebenenfalls
verwendeten Sicherungs- und Überwachungselementen in Form von Baueinheiten angeordnet
sind, wobei bedarfsweise das rohrförmige Gehäuse entsprechend der räumlichen Aufteilung
der Baueinheiten in mehrere Längen radial geteilt ist.
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Mit dem Gegenstand der Erfindung werden die eingangs genannten Nachteile
vermieden. Das rohrförmige Gehäuse ist gemäß der Erfindung axial zu zwei Halbrohren
geteilt. Hierdurch läßt sich das rohrförurige
Gehäuse öffnen, und
es. ist an jeder Stelle leicht eine Inspektion oder eine Reparatur auszuführen.
Auch die bauliche Herstellung des Gehäuses und die Schaltung der elektrischen Elemente
sind wesentlich vereinfacht, so d'aß leicht nach ihren Funktionen zusammengehörige
Bauteügruppen gebildetwerdenkönnen. Diese Bauteilgruppen sind dann: in axialer Richtung
der Maschine aneinandergesetzt. Daraus. ergibt sich auch, daß bedarfsweise das rohrförmige
Gehäuse in der Ausführung gemäß der Erfindung in einer Weiterbildung des Gegenstandes
der Erfindung in mehrere Längen sinngemäß zu den Schaltungsbaueinheiten radial geteilt
-werden kann. Das erleichtert einmal den Aus- und Einbau in die hohle Maschinenwelle,
und zum anderen ist eine einfache Auswechslung eines einzelnen Bauteiles ermöglicht.
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Die Gleichriehterelemente sind auf einem kleinen Radius in der hohlen
Maschinenwelle untergebracht. Das rohrförmige., gemäß der Erfindung zu zwei Halbrohren
teilbare Gehäuse, das in die hohlgebohrte Welle des Rotors oder in den hohlen Rotorkörper
axial eingeschoben und ebenso wieder ausgebaut werden kann, enthält alle benötigten
Gleichrichterelemente zusammen mit gegebenenfalls zu verwendenden Sicherungs- und.
Überwachungselementen. Es ist sinngemäß fertig geschaltet, so d'aß sich an einem
Ende des rohrförmigen. Gehäuses die Wechselstromanschlüsse, am anderen Ende die
Gleichstromanschlüsse befinden. Vorteilhaft werden dabei die Gleichrichterelemente
in an sich bekannter Weise so in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet, daß ihre Achse
mit der Maschinenachse und damit mit der Rotationsachse zusammenfällt. Es stehen
dann. die wirksamen Halbleiterschichten senkrecht zu dieser Achse, und Fliehkräfte
können keinen Einfluß auf den Kontaktdruck ausüben. Auch .stoßartige Beanspruchungen
jeder Art werden bei dieser Anordnung wirksam. Die Gleichrichterelemente werden
wärmeleitend mit Kühlkörpern verbunden; die ebenfalls zentrisch symmetrisch ausgebildet
sind und im wesentlichen radial stehende Kühlrippen besitzen. Um diese Kühlrippen
voll wirksam werden zu lassen, kann in bekannter Weise ein Kühlgas, z. B. Kühlluft,
in ausreichender Menge und mit entsprechendem Druck durch das ganze rohrförmige
Gehäuse geblasen , werden.
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Die Figuren erläutern den Gegenstand der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt den Aufbau des Gegenstandes der Erfindung; Fig. 2 und
3 zeigen Einzelheiten der Anordnung nach Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt eine hohlgebohrte Welle 1, auf der zwischen zwei Lagern
2 der Rotor einer Synchronmaschine 3 mit der Erregerwicklung 4 sitzt. Am Ende der
Welle 1 ist der Rotor einer Wechselstromerregermaschine 5 aufgesetzt, aus dessen
Wicklung drei Phasenstränge 6 in das Innere der Welle führen. Sie münden in einem
rohrförmigen Gehäuse 7, in welchem gemäß der Erfindung die notwendigen Gleichrichterelemente,
Sicherungs@ und überwachungselemente eingebaut sind. Dien Gleichstromleitungen B
führen aus dem rohrförmigen Gehäuse und durch einen Wellendurchbruch in die Erregerwicklung
4.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen ein gemäß der Erfindung axial (bei 16) und
radial (bei 16) geteiltes rohrförmiges Gehäuse 12, indem die Gleichrichterelemente
9 mit den Kühlelementen 10, 11 mittengleich und so eingesetzt sind, daß die wirksamen
Halbleiterschichten senkrecht zur Rotationsachse 13 stehen. In der Fig.3 sind außer
den Gleichrichterelementen und Kühlkörpern 9, 10 und 11 noch Schaltschienen 14 zu
erkennen. Eine Luftzuführung 15 lenkt einen Kühlgasstrom in an sich bekannter Weise
so durch das rohrförmige Gehäuse, daß die Kühlkörper 10 mit den Kühlrippen 11 wirksam
vom Kühlgasstrom getroffen werden.