DE102014100243A1 - Mehrkanalige Wicklungsfeld-Synchronmaschine - Google Patents
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Abstract
Eine mehrkanalige Wicklungsfeld-Synchronmaschine und ein Verfahren für die Montage einer mehrkanaligen Axialfluss-Wicklungsfeld-Synchronmaschine werden beschrieben. Die Maschine beinhaltet eine gerade Anzahl von Statoren und eine Mehrzahl von Felderregerwicklungen, wobei jede der Mehrzahl von Felderregerwicklungen einem jeweiligen der Statoren zugeordnet ist. Die Maschine beinhaltet außerdem einen Erreger, um alle der Mehrzahl an Felderregerwicklungen zu speisen.
Description
- In verschiedenen Anwendungen kann die Zuverlässigkeit einer Stromversorgung Folgen haben, die über reine Unannehmlichkeiten hinaus gehen. Zum Beispiel kann die Stromversorgung eines wichtigen Flugzeuginstrumentes, eines Stellmotors oder einer Pumpe von Redundanz profitieren, um Sicherheitsbedenken zu mindern. Wenngleich Redundanz für die Zuverlässigkeit wichtiger Systeme von Vorteil ist, muss die Zuverlässigkeit im Verhältnis zu anderen Faktoren abgewogen werden, wie zum Beispiel Gewicht und Größe.
- Es wird eine Ausführungsform einer mehrkanaligen Axialfluss-Wicklungsfeld-Synchronmaschine offenbart, welche Folgendes aufweist: Eine gerade Anzahl an Statoren; eine Mehrzahl von Felderregerwicklungen, wobei jede der Mehrzahl von Felderregerwicklungen einem jeweiligen der Statoren zugeordnet ist; und einen Erreger, der konfiguriert ist, um alle der Mehrzahl von Felderregerwicklungen zu speisen.
- Bevorzugte Ausgestaltungen können mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen, jeweils unabhängig voneinander oder in Kombination:
Der Erreger kann ein bürstenloser Erreger sein, der eine Felderregerwicklung und ein Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem umfasst. - Die Maschine kann ferner eine Hohlwelle umfassen, die konfiguriert ist, um elektrische Verbindungen zwischen dem Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem des bürstenlosen Erregers einer rotierenden Leistungselektronik und der Mehrzahl von Felderregerwicklungen zu tragen.
- Die Maschine kann ferner ein Gehäuse umfassen, das konfiguriert ist, um die Statoren und die Mehrzahl von Felderregerwicklungen zu umschließen.
- Die Maschine kann ferner einen oder mehrere Rotor(en) umfassen, wobei der eine Rotor oder ein jeder der mehreren Rotoren einem entsprechenden Paar von Statoren zugeordnet ist.
- Zwei oder mehr der Statoren können parallel schaltbar sein, um eine redundante Stromversorgung bereitzustellen.
- Außerdem wird eine Ausführungsform eines Verfahrens für die Montage einer mehrkanaligen Wicklungsfeld-Synchronmaschine offenbart, welches Folgendes aufweist: Anordnen einer geraden Anzahl von Mehrphasen-Statoren in einem Gehäuse; Anordnen einer Mehrzahl von Felderregerwicklungen im Gehäuse und das Zuordnen jeder der Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen zu jeweils einem der Mehrphasen-Statoren; sowie Anordnen eines Erregers im Gehäuse, wobei der Erreger mit der Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen gekoppelt ist.
- Bevorzugte Ausgestaltungen können mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen, jeweils unabhängig voneinander oder in Kombination:
Das Anordnen des Erregers kann das Anordnen eines bürstenlosen Erregers beinhalten, der eine Rotorfelderregerwicklung und ein Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem umfasst. - Das Verfahren kann ferner das Anordnen einer Hohlwelle durch das Gehäuse umfassen, wobei die Welle elektrische Verbindungen zwischen dem Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem des bürstenlosen Erregers, einer rotierenden Leistungselektronik und der Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen trägt.
- Das Verfahren kann ferner das Anordnen eines Rotors oder mehrerer Rotoren im Gehäuse umfassen, wobei der eine Rotor bzw. jeder der mehreren Rotoren einem entsprechenden Paar der Mehrphasen-Statoren zugeordnet ist.
- Das Verfahren kann ferner das Parallelschalten von zwei oder mehr der Mehrphasen-Statoren umfassen, um eine redundante Stromversorgung bereitzustellen.
- Das Verfahren kann ferner das Bereitstellen jedes der Mehrphasen-Statoren als eine einzelne Stromversorgung umfassen.
- Die folgenden Beschreibungen sind in keiner Weise als einschränkend auszulegen. Mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer zweikanaligen Wicklungsfeld-Synchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine Seitenansicht einer vierkanaligen Wicklungsfeld-Synchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und -
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens für die Montage einer mehrkanaligen Wicklungsfeld-Synchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. - Eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsform(en) der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens wird hierin mit Verweis auf die Abbildungen zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung bereitgestellt.
- Wie oben erwähnt, kann eine redundante Stromversorgung, die unter Berücksichtigung von Größe und Gewicht konzipiert wurde, in Anwendungen, wie zum Beispiel in Luft- oder Landfahrzeuganwendungen, unerlässlich sein. Hierin ausführlich erläuterte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben eine mehrkanalige Stromversorgung, die in einer Architektur einer Axialfluss-Wicklungsfeld-Synchronmaschine implementiert ist. Die Maschine gemäß den verschiedenen Ausführungsformen stellt eine Drehmomentdichte und eine Leistungsdichte bereit, die ausreichend hoch sind, um eine Redundanz in der Stromversorgung zu ermöglichen und gleichzeitig eine leichtere Lösung bereitzustellen als eine Radialflussmaschine.
-
1 zeigt eine zweikanalige Wicklungsfeld-Synchronmaschine100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einer Wicklungsfeldmaschine erzeugen die Rotorfelderregerwicklungen120 das Magnetfeld in der Maschine (Generator) statt eines permanenten Magneten, wobei die Statoren110 als Polyphasen-Ankersysteme fungieren. Das Gehäuse101 der Maschine100 beinhaltet zwei Statoren110 , zwei Felderregerwicklungen120 , eine rotierende Leistungselektronikeinheit130 , ein Erregersystem, z. B. in Form eines bürstenlosen Erregers145 mit Felderregerwicklung140 und Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem150 . In der dargestellten Ausführungsform ist die Felderregerwicklung120a dem Stator110a zugeordnet und die Felderregerwicklung120b ist dem Stator110b zugeordnet. Beide Felderregerwicklungen120a und120b werden vom selben Erregersystem146 gespeist. Wenngleich Erregerstrom von einem Erregersystem146 (z. B. dem bürstenlosen Erreger145 mit Felderregerwicklung140 und Ankersystem150 ) bereitgestellt wird, wird jeder Stator110a und110b unabhängig erregt und arbeitet an einer unabhängigen Last. Zudem gibt es ein separates Elektroniksystem (in der Leistungselektronikeinheit130 ) für jede der Felderregerwicklungen120a und120b , die jeweils dem Stator110a und110b zugeordnet sind. Die Leistungselektronikeinheit130 kann Dioden, Festkörperschalter oder eine Kombination aus Dioden und Festkörperschaltern beinhalten. Elektrische Verbindungen zwischen dem Ankersystem150 des bürstenlosen Erregers145 , der Leistungselektronikeinheit130 und den Felderregerwicklungen120 der Hauptmaschine werden unter Verwendung von elektrischen Verbindungskabeln (nicht dargestellt) durch eine Hohlwelle160 hergestellt, die durch Lager170 gehalten wird. - Der Hauptgenerator der Maschine
100 beinhaltet die zwei Statoren110 , zwei Felderregerwicklungen120 und den Rotor180 , und der Erregerabschnitt der Maschine100 beinhaltet die Felderregerwicklung140 und das Ankersystem150 des bürstenlosen Erregers145 . Strom wird an die Leistungselektronik130 bereitgestellt, die wiederum jedem Rotor180 Strom zuführt. Die zweikanalige Maschine100 gemäß der in1 gezeigten Ausführungsform kann eine redundante Stromversorgung (Einkanal) bereitstellen, wenn die zwei Statoren110 parallelgeschaltet sind. -
2 ist ein Blockdiagramm einer vierkanaligen Wicklungsfeld-Synchronmaschine200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Gehäuse201 der Maschine200 beinhaltet vier Statoren110 . In der in2 gezeigten Ausführungsform ist die Felderregerwicklung120w dem Stator110w zugeordnet, die Felderregerwicklung120x ist dem Stator110x zugeordnet, die Felderregerwicklung120y ist dem Stator110y zugeordnet, und die Felderregerwicklung120z ist dem Stator110z zugeordnet. Alle Felderregerwicklungen120 werden vom selben Erregersystem146 (z. B. dem bürstenlosen Erreger145 mit der Felderregerwicklung140 und Ankersystem150 ) gespeist. Die Maschine200 kann als eine ein-, zwei- oder vierkanalige Stromversorgung verwendet werden. Alle vier Statoren (110w –110z ) können parallel geschaltet sein, um einen redundante einkanalige Stromausgabe bereitzustellen. Die Statoren110w und110x können parallel als ein Kanal geschaltet sein, und die Statoren110y und110z können als ein anderer Kanal parallel geschaltet sein, um eine redundante zweikanalige Stromausgabe bereitzustellen. Jeder Stator110 kann ohne Redundanz verwendet werden, um eine vierkanalige Stromausgabe bereitzustellen. - Basierend auf der durch die in
1 und2 gezeigten Ausführungsformen dargestellten Architektur kann jede beliebige gerade Anzahl an unabhängigen Statoren110 und zugeordneten Felderregerwicklungen120 vom selben Erregersystem146 (z. B. 145) auf eine ähnliche Weise erzeugt werden. Dementsprechend kann jede beliebige gerade Anzahl von Kanälen (z. B. 2, 4, 6) verwendet werden, um eine Stromversorgung mit einem Stromausgang oder mehreren redundanten Stromausgängen (z. B. 1, 2, 3) bereitzustellen. Zum Beispiel verfügt eine Flugzeugtreibstoffpumpe üblicherweise über zwei Motoren. Mit der durch die in1 und2 gezeigten Ausführungsformen dargestellten Architektur ist eine Vielzahl an Kombinationen von Stromversorgungen möglich. In einer Ausführungsform kann die Maschine100 verwendet werden, und jeder Stator110 kann Strom an jeden Treibstoffpumpenmotor bereitstellen (d. h.110a an einen Motor und110b an den anderen Motor). In einer alternativen Ausführungsform kann die Maschine200 verwendet werden und die Statoren110w und110x können parallel mit dem ersten Treibstoffpumpenmotor verbunden sein, während die Statoren110y und110z parallel mit dem zweiten Treibstoffpumpenmotor verbunden sein können. In dieser Ausführungsform hätte jeder der Treibstoffpumpenmotoren eine redundante Stromversorgung. In einer weiteren anderen Ausführungsform können zwei Maschinen100 verwendet werden, und in jeder Maschine100 können die Statoren110a und110b parallelgeschaltet sein, um eine redundante Stromversorgung zu jedem jeweiligen Treibstoffpumpenmotor bereitzustellen. -
3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens300 für die Montage einer mehrkanaligen Wicklungsfeld-Synchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Anordnen einer geraden Anzahl an Statoren110 (Block310 ) beinhaltet zum Beispiel das Anordnen von zwei Statoren (110a und110b ), wie in der in1 gezeigten Ausführungsform, das Anordnen von vier Statoren (110w –110z ), wie in der in2 gezeigten Ausführungsform, oder das Anordnen von 6, 8 oder mehr Statoren110 . In Block320 beinhaltet das Verfahren300 das Anordnen einer Felderregerwicklung120 , die jedem Stator110 entspricht. Zum Beispiel entsprechen die Felderregerwicklungen120a und120b in der in1 gezeigten Ausführungsform den Statoren110a bzw.110b . Das Anordnen eines Erregersystems146 (z. B.145 ) gekoppelt mit den Felderregerwicklungen120 (Block330 ) ermöglicht das Speisen aller Felderregerwicklungen120 vom selben Erreger146 (Block340 ). Die mehrkanalige Wickelfeld-Synchronmaschine, die gemäß dem Verfahren300 montiert wurde, stellt eine redundante Stromversorgung bereit, indem zwei oder mehr Statoren parallelgeschaltet werden (Block350 ). - Wenngleich die Erfindung mit Verweis auf (eine) beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden und Entsprechungen für deren Elemente ersetzt werden können, ohne dabei vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zudem können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dabei vom grundlegenden Umfang der Erfindung abzuweichen. Demnach ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die jeweilige als der beste für die Umsetzung dieser Erfindung angedachte Modus offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen beinhaltet, die in den Umfang der Ansprüche fallen.
Claims (12)
- Mehrkanalige Axialfluss-Wicklungsfeld-Synchronmaschine (
100 ), die Folgendes umfasst: eine gerade Anzahl von Statoren (110 ); eine Mehrzahl von Felderregerwicklungen (120 ), wobei jede der Mehrzahl von Felderregerwicklungen (120 ) einem jeweiligen der Statoren (110 ) zugeordnet ist; und einen Erreger (146 ), der alle der Mehrzahl von Felderregerwicklungen (120 ) speist. - Maschine (
100 ) nach Anspruch 1, wobei der Erreger (146 ) ein bürstenloser Erreger (145 ) ist, der eine Felderregerwicklung (140 ) und ein Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem (150 ) umfasst. - Maschine (
100 ) nach Anspruch 2, die ferner eine Hohlwelle (160 ) umfasst, die konfiguriert ist, um elektrische Verbindungen zwischen dem Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem (150 ) des bürstenlosen Erregers (145 ) einer rotierenden Leistungselektronik (130 ) und der Mehrzahl von Felderregerwicklungen (120 ) zu tragen. - Maschine (
100 ) nach Anspruch 1, die ferner ein Gehäuse (201 ) umfasst, das konfiguriert ist, um die Statoren (110 ) und die Mehrzahl von Felderregerwicklungen (120 ) zu umschließen. - Maschine (
100 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen oder mehrere Rotor(en) (180 ) umfasst, wobei der eine Rotor (180 ) oder ein jeder der mehreren Rotoren (180 ) einem entsprechenden Paar von Statoren (110 ) zugeordnet ist. - Maschine (
100 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwei oder mehr der Statoren (110 ) parallel schaltbar sind, um eine redundante Stromversorgung bereitzustellen. - Verfahren zur Montage einer mehrkanaligen Axialfluss-Wicklungsfeld-Synchronmaschine (
100 ), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anordnen einer geraden Anzahl von Mehrphasen-Statoren (110 ) in einem Gehäuse (201 ); Anordnen einer Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen (120 ) im Gehäuse (201 ), und Zuordnen jeder der Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen (120 ) zu jeweils einem der Statoren (110 ); und Anordnen eines Erregers (146 ) im Gehäuse (201 ), wobei der Erreger (146 ) mit der Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen (120 ) gekoppelt ist. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anordnen des Erregers (
146 ) das Anordnen eines bürstenlosen Erregers (145 ) beinhaltet, der eine Rotorfelderregerwicklung (140 ) und ein Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem (150 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Anordnen einer Hohlwelle (
160 ) durch das Gehäuse (201 ) umfasst, wobei die Welle (160 ) elektrische Verbindungen zwischen dem Einzelphasen- oder Mehrphasen-Ankersystem (150 ) des bürstenlosen Erregers (145 ), einer rotierenden Leistungselektronik (130 ) und der Mehrzahl von Rotorfelderregerwicklungen (120 ) trägt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner das Anordnen eines Rotors (
180 ) oder mehrerer Rotoren (180 ) im Gehäuse umfasst, wobei der eine Rotor bzw. jeder der mehreren Rotoren einem entsprechenden Paar der Mehrphasen-Statoren (110 ) zugeordnet ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das ferner das Parallelschalten von zwei oder mehr der Mehrphasen-Statoren (
110 ) umfasst, um eine redundante Stromversorgung bereitzustellen. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, das ferner das Bereitstellen jedes der Mehrphasen-Statoren (
110 ) als eine einzelne Stromversorgung umfasst.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: SCHMITT-NILSON SCHRAUD WAIBEL WOHLFROM PATENTA, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |