NL1014142C1 - Elektrodynamische overbrenging tussen een aandrijvende - en een aangedreven as. - Google Patents

Description

- ΙΕ lekt rody nam is che overbrenging tussen een aandrijvende - en een aangedreven as.

De uitvinding betreft een elektrodynamische overbrenging 5 tussen een aandrijvende - en een aangedreven as, waarbij op de ene as een draaistroomanker is aangebracht en op de andere een holle tussenrotor, die vrij draaibaar om het draaistroomanker past en vrij draaibaar in een vaststaande draaistroomstator past en waarbij middelen aanwezig zijn om 10 elektrisch vermogen over te dragen van de draaistroomrotcr naar de draaistroomstator of over te dragen in omgekeerde richting.

Een dergelijke overbrenging is bekend uit het Nederlands octrooischrift 103835, het Europees octrooi EP 0 866 544 A2, 15 fig.40; het Amerikaans octrooi 3,683,249, en het Amerikaans octrooi 3,789,281, figuren 7 en 8.

Bij die bekende overbrengingen is de tussenrotor massief uitgevoerd van ferromagnetisch materiaal en in- en uitwendig, naar beide luchtspleetzijden van wikkelingen 20 voorzien; en kan deze ook tangentiëel magnetisch geleiden.

De massa-traagheid van de tussenrotor is daardoor hoog, de magnetisering met de toegepaste drie-fase wikkelingen relatief laag en het rendement van de overbrenging laag.

Dergelijke overbrengingen worden toegepast wanneer het 25 toegevoerde vermogen bij constant toerental moet worden overgebracht met veranderlijke toerentallen.

Met de uitvinding wordt beoogd een dergelijke overbrenging te verkrijgen met dezelfde specifieke vermogensdichtheid en hetzelfde rendement als van een elektrische draaiveld-30 machine met een stator en een rotor.

Volgens de uitvinding kan dit worden bereikt, doordat de tussenrotor zo dunwandig als constructief mogelijk is uitgevoerd, daarbij de magnetische flux tussen de stator en de draaistroomrotor uitsluitend in radiale richting geleidt, de 35 rotorwikkeling via drie sleepringen met een, van ten minste drie parallel geschakelde drie-fase inverters is verbonden, en waarbij de overige drie-fase inverters zijn verbonden met de drie-fase wikkelingen, waarvan dus ten minste twee in aantal, van de stator.

1014142 - 2 -

Van de overbrenging volgens de uitvinding kunnen de draaistroom-rotor, de tussenrotor en de stator volgens de algemeen geldende constructieve regels als bij elektrische machines inzake aantallen poolparen, lengte en diameter 5 verhoudingen en aantallen wikkelingen gedimensioneerd worden.

De tussenrotor van de overbrenging volgens de uitvinding is een cilindrische kortsluitkooi, waarbij het deel, dat de magnetische flux tussen de rotor en de stator radiaal geleidt, bestaat uit staven, in hoofdzaak evenwijdig aan de lengte-as, 10 die in tangentiëele zin beurtelings elektrische stroom geleidend en dan magnetische flux geleidend zijn; en die onderling, evenals met de kortsluitringen,eventueel met een verbindend metaal aan elkaar zijn gesmolten.

De tussenrotor van de overbrenging volgens de uitvinding 15 kan ook bestaan uit permanente magneten, al of niet in een kortsluitkooi, onderling verlijmd, eventueel omvat door een dunwandige cilinder of bandage van paramagnetisch materiaal.

De statorwikkeling van de overbrenging volgens de uitvinding bestaat uit ten minste twee drie-fase wikkelingen, 20 die ten opzichte van elkaar, ruimtelijk zestig graden gedeeld door het aantal drie-fase wikkelingen verschoven zijn.

De parallel geschakelde inverters van de overbrenging volgens de uitvinding bestaan elk uit een drie-fase brug-schakeling van poort-geisoleerde bipolaire transistoren, 25 kortweg genoemd IGBT's, of Darlington transistoren; waarbij elke transistor antiparallel is geschakeld met een diode.

Opgemerkt wordt, dat voor een dergelijke overbrenging een Europees octrooi is aangevraagd onder nummer EP 0 725 474 Al, application number EP 96 10 1275.4. Ook deze 30 overbrenging is uitgevoerd met een massieve tussenrotor, die naar beide luchtspleetzijden van wikkelingen of van permanente magneten is voorzien.

De uitvinding wordt hieronder met behulp van figuren aan een uitvoeringsvorm toegelicht: 35 Fig. 1 toont een langsdoorsnede van een elektrodynamische overbrenging volgens de uitvinding,

Fig. 2 toont een schakelschema van de rotor- en de statorwikkelingen van een uitvoeringsvorm van de elektrodynamische overbrenging, waarvan de twee drie-fase statorwik- i 0} 4U 2 - 3 - kelingen ruimtelijk 30 graden ten opzichte van elkaar zijn verschoven met drie aan gelijkstroomzijde parallel geschakelde inverters met niet nader weer te geven pulswijdte-modula-toren, kortweg genoemd PWM, 5 Fig. 3 toont een schakelschema volgens fig. 2, met stromen en IGBT's in een bepaalde ingestelde stroomstand,

Fig. 4 toont schematisch pulswijdten van aanstuurspan-ningen, de tijdsduur en de schakelmomenten op de IGBT's, in graden hoeksnelheid, met verwijzing naar de figuren 5, 7, 9, 10 13 en 15,

Fig. 5 toont een schakelschema volgens fig. 2 met stromen en IGBT's in een andere bepaalde ingestelde stroomstand,

Fig. 6 toont een vectordiagram van magnetomotorische krachten en de magnetische flux in een andere bepaalde in-15 gestelde stroomstand van fig. 5,

Fig. 7 toont een schakelschema volgens fig. 2 met stromen en IGBT's in nog een andere bepaalde ingestelde stroomstand, Fig. 8 toont een vectordiagram van magnetomotorische krachten en de magnetische flux in nog een andere bepaalde 20 ingestelde stroomstand van fig. 7,

Fig. 9 toont een schakelschema volgens fig.2 met stromen en IGBT's in een bepaalde, anders dan volgens de figuren 3 tot en met 8, ingestelde stroomstand,

Fig. 10 toont een vectordiagram van magnetomotorische 25 krachten en de magnetische flux in de bepaalde ingestelde stroomstand van fig. 9,

Fig. 11 toont een vectordiagram van magnetomotorische krachten en de magnetische flux in een bepaalde ingestelde stroomstand van fig. 8, 30 Fig. 12 toont een vectordiagram van magnetomotorische krachten en de magnetische flux in een bepaalde ingestelde stroomstand van fig,10,

Fig. 13 toont een schakelschema volgens fig. 2 met een niet nader weergegeven gelijkspanningsbron B, met stromen en 35 IGBT's in een bepaalde ingestelde stroomstand, met aangedreven tussenrotor 7 en aandrijvende rotor 12 van de elektrodyna-mische overbrenging volgens fig. 1,

Fig. 14 toont een vectordiagram van magnetomotorische krachten en de magnetische flux in een bepaalde ingestelde 101 4142 - 4 - stroomstand van fig. 13,

Fig. 15 toont een schakelschema volgens fig. 13 met stromen en IGBT's in een andere bepaalde ingestelde stroomstand , 5 Fig. 16 toont een vectordiagram van magnetomotorische krachten en de magnetische flux in een andere bepaalde ingestelde stroomstand van fig. 15,

Fig. 17 stelt schematisch een toepassing voor van de aandrijving van een voertuig met de electr%ynamische over-10 brenging zoals aangeduid in fig. 1.

De in fig. 1 afgebeelde elektrodynamische overbrenging 1 heeft een vaststaande stator 2, bestaande uit dynamoplaten 3, voorzien van gleuven 4, waarin twee drie-fase wikkelingen 5 en 6 zijn aangebracht. Binnen de stator 2 bevindt zich de 15 tussenrotor 7 op de as 8. De tussenrotor bestaat uit magnetisch geleidende staven 9, die zijn gehecht of versmolten met de elektrisch stroom geleidende staven 10, en met de elektrisch geleidende ringen 11. Binnen de tussenrotor 7 bevindt zich de rotor 12 op de as 13, bestaande uit dynamoplaten 14, 20 voorzien van gleuven 15, waarin een drie-fase wikkeling 16 is aangebracht, die is aangesloten op drie sleepringen 17. Beide rotoren 7 en 12 zijn vrij draaibaar ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de stator 2. Op de sleepringen 17 rusten vast opgestelde borstels 18.

25 In het in fig. 2 aangegeven schakelschema zijn de borstels 18 verbonden met de drie-fase inverter brugschakeling 18a, bestaande uit de IGBT's 20, antiparallel met de dioden 19, en de IGBT's 21, antiparallel met de dioden 29. De drie fasen van de inverter 18a en van de wikkeling 16 zijn aangegeven met 30 r, s, en t.

De statorwikkeling 5 is verbonden met de drie-fase inverter brugschakeling 5a, bestaande uit de IGBT's 23, antiparal-lel met de dioden 22, en de IGBT's 24, antiparallel met de dioden 28. De drie fasen van de inverter 5a en van de wikke-35 ling 5 zijn aangegeven met u, v en w.

De statorwikkeling 6 is verbonden met de drie-fase inverter brugschakeling 6a, bestaande uit de IGBT's 26, antiparal-lel met de dioden 25, en de IGBT's 27, antiparallel met de dioden 30. De drie fasen van de inverter 6a en van de 1 01 41 42 - 5 - wikkeling 6 zijn aangegeven met x, y en z.Bij de uitvoeringsvorm van de elektrodynamische overbrenging als aangegeven in fig. 1, hebben alle fasen r, s, t, u, v, w, x, y en z gelijke aantallen windingen. Zie fig. 3.

5 Om de werking uiteen te zetten, wordt ervan uitgegaan, dat bijvoorbeeld de fasen u en v van de stator verbonden zijn met de wikkeling 16 van de rotor r als door ÈWM - stuurspanning de IGBT 23u en de IGBT 24v beide gesloten zijn. Wanneer de -rotor 12 mechanisch, door een krachtwerktuig wordt aangedre-10 zullen in de wikkelingen 16 geringe elektromotorische krachten ontstaan ten gevolge van remanent magnetisme in de rotor, in de tussenrotor en in de stator. Deze elektromotorische krachten veroorzaken een geringe drie-fasen spanning, via de sleepringen 17 en de borstels 18 op de dioden 19 en 29, en 15 dus een geringe gelijkspanning over de in serie geschakelde IGBT 23u,de fase u van wikkeling 5, de fase v van wikkeling 5 en de IGBT 24v. Die gelijkspanning doet een geringe stroom ontstaan in de fase u en de fase v van de wikkeling 5, waardoor de elektromotorische krachten in de wikkelingen 16 20 vergroot worden. Evenals bij elke elektrodynamische machine, die zich zelf bekrachtigt kunnen zich een elektrische stroom en een magnetische flux opbouwen, die regelbaar zijn door IGBT 23u gemoduleerd - met IGBT ?4v continue aan te sturen, als chopper, met diode 28 als v.xjlóopdiode.

25 In fig. 3 zijn bij deze uiteenzetting stroompulsen aange duid als onderbroken lijnen; i^-i·—m-, en de ononderbroken stroom als getrokken, dikke lijnen ; i^ ~ , in een stroom-stand door middel van gemoduleerde stuurspanning op IGBT 23u, aangeduid met _fl_.

30 Bovenstaande uiteenzetting is ook van toepassing, door bijvoorbeeld de IGBT 26x, met gemoduleerde aanstuurspanning, en IGBT 27y, met diode 30x als vrijloopdiode, als chopper-schakeling te gebruiken. Of bijvoorbeeld de IGBT 21t, met gemoduleerde aanstuurspanning, en IGBT 2lr, met diode 29t.

35 Mits de rotor 12 wordt aangedreven, dus roteert ten op zichte van de stator 2, zal de elektrische overbrenging zichzelf bekrachtigen. Bij mechanische aandrijving van de tussenrotor 7, bekrachtigt de overbrenging zichzelf mits de rotor 12 roteert.

1014142 - 6 -

Met draaistroom bekrachtigt de elektrische overbrenging zich als de pulswijdte-modulatoren cyclisch met 30° faseverschil achtereenvolgens aansturen de IGBT's 26x, 23u, 27z, 24w, 26y, 23v, 27x, 24u, 26z, 23w, 27y en 24v, waarbij de 5 pulsduur per 360° elektrische hoeksnelheid op elke IGBT maximaal 180° bedraagt, en waarbij per fase een IGBT met minder relatieve pulswijdte -over maximaal 180°- wordt aangestuurd dan de tweede IGBT van dezelfde fase.

In fig. 4 worden met pulsspanningen door de PWM met 10 geringe relatieve pulswijdte, en met _] L_ langduriger pulsspanningen, aangestuurd door de PWM op de IGBT's, aangeduid.

De werkwijze met draaistroom wordt uiteengezet met de draairichting rechtsom, met hoeksnelheid van de rotor 15 meer dan (üj van de tussenrotor, en met de rotor 12 aangedreven via de as 13 door een krachtwerktuig. Voorts met een basisfrequentie U) ^ van de door de PWM gegeven aanstuurspan-ningen -het aantal malen 360° per tijdseenheid- die minder bedraagt dan C012 9edeeld door 2.

20 Zie fig. 4. Op bijvoorbeeld het tijdstip 60° na nul worden de IGBT's 26x, 23u en 23w met geringe pulswijdte aangestuurd, de IGBT's 27y en 24v met relatief veel meer pulswijdte .

Zie fig. 5. In de wikkelingen 16 van de aangedreven 25 rotor 12 worden elektromotorische krachten geïnduceerd, die via de sleepringen 17, de borstels 18, de dioden 19r en 29t, de IGBT's 26x en 27y, de IGBT's 23u, 23w en 24v in de fasen x, y, u, v en w van de statorwikkelingen respectievelijk 6 en 5, en in de dioden 30x, 28u en 28w stromen veroorzaken; 30 op het in fig. 4 aangegeven tijdstip van 60°. Deze stromen, ίχ en iy, iu, iv en i^ respectievelijk in de wikkelingen 6 en 5 veroorzaken de magnetomotorische krachten AW, en AW,.; o i> i en i. in de wikkelingen 16 - de magnetomotorische kracht 35 Door de aansturing van de IGBT's, als aangegeven in fig.4 hebben de magnetomotorische krachten AW, en AW,. ruim- O o telijk fase-verschil van 30°, en draaien rechtsom met de hoeksnelheid ^0· De kortsluitkooi van de staven 10 met de λ f r f ? f ' · \ - 7 - ringen 11 van de tussenrotor 7 induceert bij een draaiende magnetische flux elektromotorische krachten, die de stroom i^ veroorzaken, die de magnetomotorische kracht AW^ veroorzaakt en die de tussenrotor 7 doet meedraaien met een 5 draaiende flux.

De magnetomotorische krachten AWg, AWg, AW^g en AW^ resulteren in AVt--c.

Kbo

Zie fig. 6. De magnetomotorische kracht AWn„0 veroor-zaakt de magnetische flux 0, die rechtsom draait met de 10 hoeksnelheid CO^, die gelijk is aan de door de PWM aangestuurde basis frequentie, en die de elektromotorische krachten in de wikkeling 16 van de rotor 12 en in de kort-sluitkooi 10/11 van de tussenrotor 7 induceert. Bij mechanische belasting van de tussenrotor 7, via de as 8 bezitten 15 i. en AW, een bepaalde waarde, die deze belasting aandrijft, en die bepaalde waarden van AWg, AWg en AW^g veroorzaakt.

De verhouding in aangestuurde pulswijdten, zie fig. 4 op alle IGBT's 26 en - 23 tot die, aangestuurd op alle IGBT's 27 en - 24, in de fig. 4 aangegeven geringe pulswijdten 20 tot langduriger aansturingen bepaalt de waarden van AWg en AWg ten opzichte van AW^g. Zoals aangeduid in fig. 6 oefenen de stator 2 en de rotor 12 een koppel uit op de tussenrotor 7, dat evenredig is met AWg + AWg + AW-^g vermenigvuldigd met de magnetische flux 0. Ontbreekt de mechanische belasting op 25 de tussenrotor 7, dan is het gemiddelde van. de hoekenehjPg meer dan 90°. De overbrenging bekrachtigt dan zichzelf. Pulswijdteregeling op alle IGBT's 26 en 23 ten opzichte van alle - 27 en 24, is stroomregelend, en bepaalt de verhouding in hoeksnelheden co tot r tot de verhouding co η is 30 half maal ^eze verhouding groter dan de helft, dan heeft stroomregeling plaats door de IGBT's 21r, 21s en 21t van inverter 18a. Zie fig. 7 en fig. 4. Alle IGBT's 26, 23, 27 en 24 zijn gelijkelijk aangestuurd, niet of gering gemoduleerd met de door de PWM aangestuurde basisfrequentie 35 op de inverters 6a en 5a.

De PWM, die de inverters 18a aanstuurt wordt voor wat betreft de basisfrequentie, gevoed door de fasen r, s en t. Als 60^2 Sroter- i-s dan ^0 draait de magnetische flux 0 1014142 - 8 - ten opzichte van de rotor 12 linksom, in fig. 4 op de tijdas aangeduid van 360° naar rechts naar 0°.

In fig. 7 is aangeduid, dat IGBT 21r met pulsmodulatie is aangestuurd, in fig. 4 op tijdstip 270°. Deze modulatie 5 bewerkstelligt pulserende stromen χχ, i , i^, i^, i^ met kortsluitingen van de fasen r en t van de rotorwikkeling 16, waardoor aan de pulserende stromen ir en i^ kortsluitstromen i-^g k worden toegevoegd, waardoor ononderbroken stromen ontstaan in de fasen r en t van de wikkeling 16. Daarbij zijn deze 10 stromen separaat genoemd en aangegeven als i^g ^ met de veroorzaakte magnetomotorische kracht AW^g k en i16( = ir ^ ifc) met de magnetomotorische kracht AW-^g. Een geringe pulswijdte van de aanstuurspanning op IGBT 21r geeft geringe waarden van i^g k en AWfg k· Daarbij is CO η ^ 1/2 x ^12' A^s ^eze pulswijdte wordt 15 vergroot neemt CO^ toe en nemen ig en ig af . Zie fig.4 en fig.7. Bij nagenoeg 100% pulswijdte aansturing op IGBT 21r zijn ig = ig £& 0, evenals AWg = AWg0. Zie fig.4, vierde balk bij 90°, respectievelijk 240°; CO η ^ ^12' datzelfde tijdstip karnde IGBT 20t met geringe pulswijdte aangestuurd zijn om de be-20 krachtiging van de elektrodynamische overbrenging te handhaven.

In de figuren 9 en 10 is aangegeven op hetzelfde tijdstip 90°, respectievelijk 240°, dat de IGBT 21rjvolledig of nagenoeg volledig is kortgesloten waarbij de pulswijdte waarmede IGBT 20t wordt aangestuurd relatief is toegenomen. De inverter 18a draagt 25 - behoudens in regel 18 t/m 20 genoemde bekrachtiging - werk zame stroom i = i. = i., over via IGBT 20t. De hoeksnelheid r t 16 CO^ neemt toe : CO 7 * A^s Pulswijdte van de aansturing op IGBT20t relatief toeneemt - bij 100% aansturing van IGBT 21r, neemt Co ^ steeds meer toe ten opzichte van CO 30 35 1014142 - 9 -

Elektrodynamische machines gecombineerd met elektronische componenten tonen oneenparige hoeksnelheden van magnetomotorische krachten. Zo is bij de rotor 12 van de elektrodynamische overbrenging 1 de magnetomotorische 5 kracht AW-^g in de figuren 4 ,6 .,8 . en 10 . aan geduid als vector met de hoeksnelheid cu^ . In werkelijkheid draait de vector AW^g gemiddeld met de hoeksnelheid ^0^2* door telkens in beginsel 60° in tijd van die hoeksnelheid met de hoeksnelheid ^ van de rotor 12 mee 10 te draaien, dan te verspringen naar de hoeksnelheid ^ om vervolgens weer de hoeksnelheid te hebben, na 60° in tijd weer te verspringen? etcetera, omdat de verdeling van gelijkgerichte stromen in de wikkelingen 16 elke 60° in tijd, elektrisch omschakelt naar een volgende 15 verdeling. De hierdoor veroorzaakte oneenparigheid van magnetomotorische krachten AW^g en ook van de magnetische flux 0 veroorzaakt hoger harmonische stroomverliezen en minder specificieke belastbaarheid.

De elektrodynamische overbrenging volgens de uitvin-20 ding komt hieraan tegemoet doordat de statorwikkelingen 5 en 6 ruimtelijk 30° ten opzichte van elkaar verschoven zijn aangebracht, en via de netwerken 5a en 6a parallel zijn geschakeld.

Volgens de wet van LENZ veroorzaakt een verandering 25 van de stroom i^ een secundaire stroom die deze verandering doet tegenwerken.In fig.ll én iig.12 zijn respectie-velijk'de vectoren AW^-en AWig k van- fi9·8' en'de vector AW16 van-fig.10 aangeduid met de versprong in hoeksnelheid van 60°. De vector AW^g verspringt daardoor tussen 30 de waarden AWREg QO en AW^g gQ0. Stroom, die deze versprong tegenwerkt veroorzaakt AW^. In beginsel kan de stroom ontstaan tussen de twee 3-fasewikkelingen 5 en 6, door een veranderlijke stroomverdeling over die twee wikkelingen, anders dan de stroomverdeling indien AW^.^ 35 de versprong niet zou hebben? omdat de wikkelingen 5 en 6 parallel zijn geschakeld. In fig. 11 bewegen,t.o.v.^ de 1014142 - 10 - vectoren AW^g en AWlgk rechtsom met hoeksnelheid^.^-ifc/g en neemt de vector AW^g af. Volgens de wet van LENZ ontstaan stroomtoenamen in de fasen x en y van wikkeling 6 en in de fasen u en v van wikkeling 5, via de dioden 25y 5 en 30x, en de IGBT's 23u, 24v en 23w; waardoor ontstaan respectievelijk^AW5^u>v, Z-\AW5>w^v enz.\AW 6> , waarbij AAW,. +^AW- „ „=^AWC „ „ en AWv.=^jAWc +AAWc . + 5.u>v 5.w>v 6.x y A+ 5.u>v 5.w>v /iAWg X;>y/ die de afname van AW^g tegenwerken. Bij hoek- snelheidA><s^ , linksom neemt AW^g toe, waardoor dan 10 ontstaan^AWg<u w en/^AWg door stroomwijziging in de fasen u, w, x en y, via de dioden 22w en 28u en de IGBT's 26x en 27y, waarbij ^iAWc „ = z>,AWc en AW, = aAWc + 5.up-w 6.x;>y 5.u>w AAW,. , die de toename van AW___ tegenwerken. Met de

o · x>y. KüiD

aanduidingen van vectoren in fig.ll functioneert de 15 stator 2 als motor.

Met generatorfunctie van de stator 2 zijn de vectoren aangeduid in fig.12. Als de magnetomotorische kracht AW._ 16 door de stromen ilg in de wikkelingen 16 van de rotor 12 ten opzichte van 0 rechtsom draait met hoeksneiheid cj> ^s> 20 cQq .neemt de magnetomotorische kracht AWREg af en ontstaan^. AWC en AAW,- door stroomtoenamen in de d . w > u o . x,->y fasen w, u, x en y, via de dioden 22u en 28w, en de IGBT’s 26x en 27y, waarbij AW =-^AWc „ „ + AAW, v die λ-γ o. u>w o.x^»y de afname van AW^- tegenwerken. Bij linksom draaien van

KÜiO

25 AW1ir,met hoeksneiheid oj=.oj -α)Λ v. 0nT,„ neemt AW_„„

16' 0. 12 RES RES

toe, ontstaan stroonwijziging in de fasen v, w, x en z.

via de dioden 22w en 28v en de IGBT's 26x en 27z, waarbij AW^ = AAWC „ +AAW, „ . die de toename van AW_,_,e A — D.y>w o.x>z Ktt) tegenwerken.

30 De omschreven werking, gebaseerd op de wet van LENZ, van tegen- of meewerkende stromen heeft plaats tussen de netwerken 5a en 6a, en gaat via aangestuurde IGBT's van een netwerk en via dioden van het andere netwerk; de stroomverdeling daarvan is afhankelijk van de elektro-35 motorische krachten, die de stromen volgens die wet ver- 1014142 - 1 1 - oorzaken.

De werkwijze van de elektrodynamische overbrenging 1 kan worden omgekeerd. De mechanisch aangedreven as is dan as 8 van de tussenrotor 7 , de mechanisch aandrijvende 5 as is dan as 13 van de rotor 12. Wordt as 8 door een krachtwerktuig aangedreven, dan kan as 13 vermogen overdragen met veranderlijke hoeksnelheid · De hoeksnel-heidto^ van as 8 en de tussenrotor 7 , minus of plus geringe slip, die stromen i^ in de kortsluitkooi 10-11 10 induceert bepaalt in beginsel de hoeksnelheid van de magnetische fluxi^ . De PWM, die de IGBT's van beide netwerken 5a en 6a aanstuurt wordt gevoed met de basis-elektrische hoeksnelheid door de elektromotorische krachten, die in de statorwikkelingen 5 en 6 door de 15 magnetische flux met hoeksnelheidworden geïnduceerd. Die aansturing is met fase-volgorde en pulsduur als genoemd op blad 6, regel 1 tot en met 8 , echter met gelijke pulsduur en identieke modulatie voor alle IGBT's van de netwerken 5a en 6a. De IGBT's van netwerk 20 18a worden aangestuurd zoals genoemd op blad 7 ., regel 36 tot en met blad 8 , regel 19.-

Bij deze, omgekeerde werkwijze kan de regeling van de hoeksnelheid van de rotor 12 verkregen worden door aansturing met gemoduleerde pulsspanningen van de IGBT's 25 van netwerk 18a. De werkwijze is als uiteengezet op blad 7,regel 30.,32 §n33ynu met de tussenrotor 7 aangedreven met hoeksnelheid groter dan fl/, 2 van de rotor 12.Als U) η hoeksnelheidi<,y2 ten opzichte van U! η regelbaar, instelbaar door de IGBT's van netwerk 30 18a met pulswijdte gemoduleerde spanningen aan te sturen.

Zie fig.13, een schakelschema volgens fig.2 met stromen en-lGBT's in een bepaalde ingestelde.stroomstand en het vectordiagram aangegeven in fig.14. Met toename van . de relatieve pulswijdte in de aanstuurspanning op IGBT21t 35 neemt de kortgesloten stroom i^g^toe.Als de som van de stromen i^ en ^I6 k' en Awig AW16 k -*-n beginsel f 01 41 42 -Iegelijk blijft, dan nemen de de stromen i16 met magnetomoto- -rische krachten AW^g ; en respectievelijk ig en ig met AWg en AWg af. Het door de rotor 12 aan de as afgegeven koppel is de som van het door de tussenrotor 7 via de as 8 opgenomen, 5 magnetisch overgedragen koppel en het door de stator 2 magnetisch overgedragen koppel, beiden door de magnetische flux 0 , die resulteert uit de magnetomotorische krachten: AWlg, AW^g ^,AWg, AWg en AW^. Hiervoor geldt: M12 = c-j* AW^x 0 + c^ x (AWg x cos^+AWg .s COSji'g) x 0 = 10 = (Awi6+AWi6.k)x ^

Als AWg, AWg en AW^g nul, of nagenoeg nul worden door 100% of nagenoeg 100% kortsluiting door IGBT 21t, wordt de magnetisering van de elektrische overbrenging gehandhaafd door bijvoorbeeld IGBT 20s met geringe pulswijdtemodulatie 15 aan te sturen.

Met de aansturingen van IGBT 21t^C’100% en van IGBT 20s 0%, zijn cos f' 5 0 en cos^'g ~ 0, en zijn de koppels van de tussenrotor en de rotor in beginsel gelijk; M ^ · C& M^2 t en zijn de hoeksnelheden gelijk;^ 2*^7 · Het in 20 fig. 13 aangeduid schakelschema gaat over naar dat van fig. 15; het in fig. 14 aangeduid vectordiagram gaat naar dat van fig. 16; beide met een verdraaiing van 30° hoek-snelheid van 0 - door de keuze van IGBT 20s -.

In fig. 13 en in fig. 15 is een niet nader weergegeven 25 gelijkspanningsbron B aangeduid om magnetiseringsstroom in de elektrische overbrenging te bewerkstelligen. De gelijkspanningsbron B kan door de elektrische overbrenging worden gevoed of bijgeladen.

Als de pulswijdtemodulatie van de aanstuurspanning op 30 IGBT 20s wordt vergroot, toeneemt vanaf nagenoeg 0% naar minder dan 100%, wordt in beginsel de hoeksnelheid van de rotor 12 groter dan die van de tussenrotor 7 .. Zie fig. 15 een schakelschema volgens fig. 2, met een bepaalde ingestelde stroomstand, waarbij IGBT 20s met pulsmodulatie 0%<l00%, 35 en IGBT's 21t en 21 r met pulsmodulatie 100% worden aangestuurd en het vectordiagram aangeduid in fig. 16.

1 014142 - 13 -

De stator 2 functioneert als generator, waarbij de in de wikkelingen 5 en 6 geïnduceerde elektromotor!sche krachten via de dioden 25 en 27 van netwerk 6a en de dioden 22 en 28 van netwerk 5a stromen veroorzaken via de IGBT's 20s, 5 21 r en 21t, via de borstels 18 en de sleepringen 17 in de wikkelingen 16 van de rotor 12. De stuurspanning waarmee de IGBT 20s wordt aangestuurd heeft relatief minder pulswijdte dan die waarmee de IGBT's 21r en 21t worden aangestuurd, zodat de stromen in de wikkelingen 16 de 10 magnetomotorische krachten AW-^g s r en AW16 s t veroor“ zaken, die ongeveer tegengesteld, tussen 90° en 180° linksom zijn gericht ten opzichte van de in de rotorwikke-ling 16 geïnduceerde elektromotorische krachten Ε^Γ en Et_^s , waardoor de rotor 12 als motor functioneert. De 15 hoeksnelheid van de rotor 12 is groter dan die van de tussenrotor 7 . ; ^ Ί ' waartij het koppel, dat door de rotor 12 wordt uitgeoefend op de as 13 kleiner is dan het koppel, dat door de tussenrotor 7 wordt opgenomen van de as 8: <C M y omdat 20 M^2 = c^x AWk* 0 -f C;Lx· (AW5 cosy>g + AWg cosy-g)*0 en cos ^ en cos g, beide negatief zijn.

De elektrodynamische overbrenging zoals uiteengezet ,. kan ook vermogen van de aangedreven as door de aandrijvende as overbrengen met tegengestelde 25 hoeksnelheden. De wijze van aansturing voorzover de basis elektrische hoeksnelheden van de PWM, die de IGBT's van de netwerken 5a en 6a aanstuurt, en van de PWM die de IGBT's van het netwerk 18a aanstuurt,,is zoals uiteengezet op blad &, regels 1. tot 13 en op bldd 7, regel 30 tot blad 8, 30 regel Bij tegengestelde hoeksnelheden komt de regeling van de vermogensoverdracht en van de hoeksnelheid tot stand door de IGBT's van de netwerken 5a en 6a op dezelfde wijze aan te sturen, met kortsluitingen van de wikkelingen 5 en 6, als van het netwerk 18a bij hoeksnelheden 47^ van 35 de rotor 12 tussen^^ > 0 en^i2<'^7 ’ zoa^s uiteengezet op blad 7, , regel 30 tot regel Zie fig. 4.

1014142

Claims (7)

1. Elektrodynamische overbrenging tussen een aandrijvende en een aangedreven as, waarbij op de ene as een draaistroom-rotor is aangebracht, en op de andere as een holle rotor, die de draaistroomrotor omvat; beide omgeven door een vaststaan- 5 de draaistroomstator, waarbij middelen aanwezig zijn om elektrisch vermogen over te dragen van de draaistroomrotor naar de draaistroomstator en omgekeerd, met het kenmerk, dat de holle rotor zo dunwandig als constructief mogelijk is uitgevoerd, zo dat uitsluitend radiale magnetische fluxgeleiding 10 plaats heeft.

2. Elektrodynamische overbrenging volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de holle rotor een kortsluitkooi is.

3. Elektrodynamische overbrenging volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat constructieve regels van een elektrodynami- 15 sche machine gelden.

4. Elektrodynamische overbrenging volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de statorwikkeling uit twee öï meer dan twee, via netwerken;parallel geschakelde, ruimtelijk verschoven drie-fase wikkelingen bestaat.

5. Elektrodynamische overbrenging tussen een aandrijvende en een aangedreven as volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vermogensoverdracht van de aandrijvende naar de aangedreven as in beide richtingen kan, dus omkeerbaar is.

6. Elektrodynamische overbrenging volgens conclusie 1, met 25 het kenmerk, dat ingaande en uitgaande toerentallen van de aandrijvende naar de aangedreven as in beide vermogensrichtin-gen, in dezelfde en in tegengestelde draairichting kunnen zijn.

7. Elektrodynamische overbrenging volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat toerentalregeling door middel van geregelde 30 kortsluitingen plaats heeft. - ft i 4.1 4 2