DE2248972B2 - Elektromagnetische Transmission - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Transmission mit einer elektromagnetischen Kupplung aus zwei mechanisch unabhängig voneinander umlaufenden Rotoren, wobei der erste Rotor mit einem Antriebsteii und der zweite Roior mii einem angetriebenen Teil mechanisch verbunden sind und wenigstens einer der beiden Rotoren eine Ankerwicklung trägt, und mit einem Stator, der im Zusammenwirken mit einem der beiden Rotoren eine elektrische Dynamomaschine bildet, die mit wenigstens einer weiteren Ankerwicklung versehen ist, wobei die von dem einen der beiden Rotoren getragene Ankerwicklung und die Ankerwicklung der Dynamomaschine mit je einem Induktor zusammenwirken und elektrisch

ι ο miteinander verbunden sind.

Eine aus der DT-PS 6 54 663 bekannte elektromagnetische Transmission dieser Art ist als elektrisches Getriebe zum Einbau in ein Kraftfahrzeug ausgebildet Dieses bekannte elektrische Getriebe ist aufgrund seiner Bauart nur geeignet, die Leistung einer Antriebsmaschine auf eine einzige Belastung, nämlich den angetriebenen Teil, zu übertragen.

Bei konzentrisch zueinander angeordneten Belastungen, wie beispielsweise gegenläufig arbeitenden Schiffs- propellern, sind zur Kraftübertragung von einer oder mehreren Antriebsmaschinen auf die durch die Schiffspropeller gegebenen Belastungen Zahnradgetriebe verwendet worden. Dabei sind flexible Kupplungen zwischen den Antriebsmaschinen und den Belastungen erforderlich, wenn die Antriebsmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, unregelmäßige Drehmomente abgeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Transmission der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß die Leistung einer oder mehrerer Antriebsmaschinen auf ein Paar von Belastungen, wie insbesondere gegenläufige Propeller eines Schiffes, gegenseitig steuerbar übertragen werden kann, wobei die elektromagnetische Transmission einfach und wirksam im Betrieb und leicht und wirtschaftlich einbaubar sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der mit dem Antriebsteil verbundene erste Rotor zusätzlich mit einem angetriebenen Teil mechanisch verbunden ist und daß der zwischen den Ankerwicklun gen fließende Strom gesteuert wird, Dadurch wird es ermöglicht, die von dem Antriebsteil herkommende Leistung auf ein Paar von Belastungen, wie insbesondere gegenläufige Schiffspropeller, zu übertragen. Dabei kann die Umlaufrichtung des einen angetriebenen Teiles entweder gleich oder entgegengesetzt zu derjenigen des anderen angetriebenen Teiles sein. Die Winkelgeschwindigkeit der angetriebenen Teile kann gegebenenfalls beliebig durch Steuerung des Stromes der Feldwicklungen eingestellt werden, ohne daß zusätzli ehe Getriebe notwendig sind. Wie sich an Hand der Ausführungsformen ergibt, ist die elektromagnetische Transmission gemäß der Erfindung äußerst einfach im Aufbau. Wenn die Transmission in Schiffsmaschinenräumen verwendet wird, kann der dafür benötigte Raum im Vergleich zu bekannten Transmissionen dieser Art wesentlich verringert werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die weitere Ankerwicklung entweder am Stator oder am Rotor angeordnet sein. Aus der DAS 12 48 503 ist eine elektrische Antriebs anordnung für zwei gleichachsige, gegenläufige Schiffs propeller bekannt. Hierbei besteht das elektromagnetische Antriebssystem aus einer Induktionsmaschine mit 4 Polen und einer Synchronmaschine mit 36 Polen. Die Wicklung des Sekundärteils der Induktionsmaschine ist

^hS mit der Wicklung des Primärteils der Synchronmaschine elektrisch verbunden. Das elektromagnetische Antriebssystem wird mit elektrischer Energie von einer Spannungsqueiie über den Frimärteii der iiiuükiionsfnä-

schine beliefert Im Gegensatz: zur Erfindung ist hierbei der innere Rotor nicht mit einer Antriebsmaschine mechanisch verbunden, ferner ist auch der Schaft des äußeren Rotors nicht mechanisch mit der Antriebsmaschine verbunden. Folglich ist! der Wirkungsgrad der Kraftübertragung zwischen der Ausgangswelle der Antriebsmaschine und den gegenläufig angetriebenen Propellern sehr schlecht. Dies ist auf die Notwendigkeit eines von der Antriebsmaschine angetriebenen Wechselstromgenerators zurückzuführen. Demgegenüber ist ι ο der Wirkungsgrad der elektromagnetischen Transmission entsprechend der vorliegenden Erfindung zwischen der Ausgangswelle der Anüriebsmaschine und den angetriebenen Teilen bedeutend größer, was darauf zurückzuführen ist, daß der erste Rotor direkt und mechanisch mit der Antriebsmaschine verbunden ist und kein von der Antriebsmaschine angetriebener Wechselstromgenerator notwendig ist.

Es ist weiterhin aus der NL-PS 108 945 eine elektromagnetische Transmission mit einem Wechselstrommotor mit einem Kommutator bekannt, welcher mittels eines Gleichrichters mit einer Dreiphasenwicklung verbunden ist. Bei dieser Transmission ist die Eingangswelle mechanisch mit einem angetriebenen Teil verbunden, aber ein angetriebener Teil ist nur mechanisch mit der Ausgangswelle verbunden. Folglich kann mit dieser elektromagnetischen Transmission kein Antrieb von zwei mechanisch unabhängig voneinander umlaufenden Rotoren erfolgen.

Aus der CH-PS 2 56 303 ist eine elektromagnetische Schlupfkupplung, insbesondere zum Kuppeln der Welle einer Kraftmaschine mit einem Zahnradvorgelege bekannt. Beim Gegenstand dieser Patentschrift sind zwei Polräder elektrisch mit einem kraftaufnehmenden Teil der Welle einer Kraftmaschine zu einer Kupplung verbunden. Die Polräder sind starr mit einer hohlen Ritzelwelle bzw. einer in dieser gelagerten Welle verbunden. Die Ritzelwelle und die Welle sind am den Polrädern abgewandten Ende durch zwei Flansche starr miteinander verbunden. Die Unterteilung des kraftabgebenden Kupplungsteils in zwei gegeneinander verdrehbar gelagerte Teile ermöglicht es, die auf diese Teile übertragenen Drehmomente unabhängig voneinander nach verschiedenen Angriffspunkten weiterzuleiten. Es lassen sich mit dem Gegenstand dieser Patentschrift jedoch nicht zwei angetriebene Teile unabhängig voneinander antreiben.

Eine gattungsfremde Antriebsvorrichtung, insbesondere für Motorfahrzeuge mit Wärmekraftmaschine, Dynamomaschine und Elektromotor ist durch die DT-PS 2 19 112 bekannt. Beim Gegenstand dieser Patentschrift sind lediglich ein Generator und ein Motor koaxial hintereinander geschaltet und durch eine Kupplung miteinander verbindbar. Der Antrieb zweier von einer oder mehreren Antriebsmaschinen gemeinsam angetriebenen Teile unabhängig voneinander ist beim Gegenstand dieser Patentschrift jedoch nicht möglich.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 bis 9 Prinzipskizzen mehrerer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Transmission und

F i g. 10 bis 13 konstruktive Ausführungen einiger der t>^r> in den F i g. 1 bis 9 prinzipiell (lau-gestellten Ausführungsformen.

Die erste Ausführungsform der elektromagnetischen Transmissionen ist in den F i g. 1 und 10 dargestellt Die Transmission besteht aus einer elektromagnetischen Kupplung 32 mit zwei Rotoren 1 und 2, die mechanisch unabhängig voneinander umlaufen können, und von denen der Rotor 1 mechanisch mit einem Antriebsteil 3 und einem angetriebenen Teil 4 und der Rotor 2 mechanisch mit einem anderen angetriebenen Teil 5 verbunden ist Die Rotoren 1 und 2 sind über Lager 19 in einem Stator 7 gelagert, der zusammen mit dem Rotor 1 eine elektrische Dynamomaschine 8 bildet. Die elektrische Dynamomaschine 8 umfaßt eine am Stator 7 angeordnete Ankerwicklung 9, die mit einer am Rotor 1 angeordneten Ankerwicklung 6 elektrisch verbunden ist Die elektrische Dynamomaschine 8 umfaßt weiterhin einen am Rotor 1 angeordneten Induktor mit Feldwicklung 11, die der Ankerwicklung 9 des Stators 7 gegenüberliegt Der Rotor 2 der elektromagnetischen Kupplung 32 trägt einen Induktor mit Feldwicklung 12, die der am Rotor 1 angeordneten Ankerwicklung 6 gegenüberliegt Bei dieser Anordnung fließt bei einer Rotation des vom Antriebsteil 3 angetriebenen Rotors 1 ein Stom in der Ankerwicklung 9, der den in der mit der Ankerwicklung 9 elektrisch verbundenen Ankerwicklung 6 fließenden Strom steuert, so daß ein Umlauf des Rotors 2 relativ zum Rotor 1 und zum Stator 7 bewirkt wird.

Gleitringe 14 dienen als Anschlußklemmen, die mit elektrischen Leitungen 31 und mit der Ankerwicklung 6 im Rotor 1 der elektromagnetischen Kupplung 32 elektrisch verbunden sind. Am Rotor 1 angeordnete Stromabnehmer 17 und Schleifringe 15 sowie am Rotor 2 angeordnete Schleifringe 16 wirken als Anschlußklemmen, die elektrisch mit der Feldwicklung 12 im Rotor 2 der elektromagnetischen Kupplung 32 verbunden sind.

Die Antriebsteile 4 und 5 bilden ein Paar konzentrischer Belastungen. Der angetriebene Teil 4 ist auf einer Welle 29 gelagert, die konzentrisch zu einer Welle 30 umläuft, welche den angetriebenen Teil 5 trägt. Wenn die angetriebenen Teile 4 und 5 Propeller, beispielsweise eines Schiffes, sind, so können diese als gegenläufige Propeller in entgegengesetzten Drehrichtungen zueinander umlaufen.

In der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 10 bildet der Rotor 1 den äußeren Rotor, der mit dem Stator 7 zusammenwirkt und durch die Feldwicklung 11 und die Ankerwicklung 9 als elektrische Dynamomaschine 8 einen Wechselstromgenerator bildet. Der Rotor 1 ist mechanisch mit dem Antriebsteil 3 und mit dem angetriebenen Teil 4 verbunden. Der Rotor 2 bildet den inneren Rotor, der mit der Ankerwicklung 6 und der Feldwicklung 12 die elektromagnetische Kupplung 32 bildet, wobei der Rotor 2 mechanisch mit dem weiteren angetriebenen Teil 5 verbunden ist Weiterhin ist die Ankerwicklung 9 elektrisch mit der Ankerwicklung 6 verbunden. Ein Beispiel für einen Antriebsteil 3 sei ein Dieselmotor. Es können natürlich auch andere als diese Antriebsmaschine, wie z. B. eine Dampfturbine, ein Wasserrad, ein Elektromotor, eine Gasturbine etc. angewandt werden.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 10 wird die Ausgangsleistung des Antriebsteils 3 nicht nur mechanisch oder direkt auf die Last 4 übertragen, sondern ebenfalls elektrodynamisch auf die Last 5 durch den Generator 8, die elektrischen Leitungen 31 und die elektromagnetische Kupplung 32. Die Umlaufrichtung der Last 5 kann die gleiche wie diejenige der Last 4 sein. Die Richtung der Last 5 kann natürlich auch entgegengesetzt zu derjenigen der Last 4 sein.

Gemäß den Figuren 2 und 11 bestehen die zwei Rotoren 1, 2 aus einem äußeren Rotor 2, der in Zusammenwirken mit dem Stator 7 mit einer Ankerwicklung 9 einen Wechselstrommotor 8 als die elektrische Dynamomaschine bildet, und eine Feldwicklung 11 für den Wechselstrommotor 8 besitzt, wobei derselbe mechanisch mit einem angetriebenen Teil 5 verbunden ist, sowie einem inneren Rotor 1, der in Zusammenwirken mit dem äußeren Rotor 2 eine elektromagnetische Kupplung 32 mit einer Ankerwicklung 6 bildet, wobei derselbe mechanisch mit dem Antriebsteil 3 und einem weiteren angetriebenen Teil 4 verbunden ist. Weiterhin ist die Ankerwicklung 9 elektrisch mit der Ankerwicklung 6 verbunden. In diesem Fall wirkt die elektromagnetische Kupplung 32 nicht nur als eine elektromagnetische Kupplung, sondern ebenfalls als Wechselstromgenerator, der den Wechselstrommotor 8 mit elektrischer Leistung versorgen kann. Die Richtung der Last 5 kann die gleiche sein, wie diejenige der Last 4 oder umgekehrt.

Gemäß den F i g. 4 und 12 bestehen die zwei Rotoren aus einem äußeren Rotor 2, der im Zusammenwirken mit dem Stator 7 mit einer Feldwicklung 11 die elektrische Dynamomaschine 8 bildet und eine Ankerwicklung 9 für die elektrische Dynamomaschine 8 besitzt, der mechanisch mit einem angetriebenen Teil 5 verbunden ist, und einem inneren Rotor 1, der in Zusammenwirken mit dem äußeren Rotor 2 eine elektromagnetische Kupplung 32 bildet, die eine Ankerwicklung 6 besitzt und mechanisch mit dem Antriebsteil 3 und einem weiteren angetriebenen Teil 4 verbunden ist. Weiterhin ist die Ankerwicklung 9 elektrisch mit der Ankerwicklung 6 verbunden. Gemäß der Fig. 12 bildet die elektrische Dynamomaschine 8 einen Gleichstrommotor, der mit einem Kollektor 33 ausgerüstet ist, welcher elektrisch mit der Ankerwicklung 9 verbunden ist. Es sind Gleichrichter 10 (F i g. 4) elektrisch in den Schaltkreis zwischen der Ankerwicklung 6 der elektromagnetischen Kupplung 32 und dem Kollektor 33 des Gleichstrommotors 8 geschaltet. Die Feldwicklung 11 des Gleichstrommotors 8 wird mit elektrischer Leistung zwecks Erregung von der elektrischen Quelle 28, siehe die F i g. 4, aus gespeist.

Nach Fig.3 besteht das Antriebsteil aus einem Getriebe, das vermittels einer Mehrzahl Antriebsteile 3 und 13 angetrieben wird. In diesem Fall besteht das Getriebe aus einem Triebradräderwerk 22 und Ritzeln 21,20, die durch Antriebsmaschinen 3 bzw. 13 und durch Kupplungen 23 bzw. 24 angetrieben werden.

Gemäß den F i g. 5 und 13 sind die zwei Rotoren aus einem äußeren Rotor 1, der in Zusammenwirken mit dem Stator 7 mit einer Feldwicklung 11 einen Wechselstromgenerator 8, als Dynamomaschine, bildet und eine Ankerwicklung 9 für den Wechselstromgenerator aufweist, wobei der Rotor 1 mechanisch mit dem Antriebsteil 3 und einem angetriebenen Teil 4 verbunden ist, und einem inneren Rotor 2, der in Zusammenwirken mit dem äußeren Rotor 1 eine elektromagnetische Kupplung 32 bildet, die eine Ankerwicklung 6 aufweist, zusammengesetzt, wobei der Rotor 2 mechanisch mit einem weiteren angetriebenen Teil 5 verbunden ist. Die Ankerwicklung 9 ist elektrisch mit der Ankerwicklung 6 verbunden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, Gleitringe zum Schalten des Schaltkreises zwischen der Ankerwicklung 9 und der Ankerwicklung 6 vorzusehen.

Nach Fig.6 ist die Ankerwicklung des Wechselstromgenerators 8 elektrisch mit der Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung 32 durch einen Periodenumwandler verbunden, der Gleichrichter 10, eine Reaktanzspule 26 und einen Inverter 25/27 aufweist. Der Inverter weist gesteuerte Gleichrichter 25 und eine Steuervorrichtung 27 für die Steuerelemente der gesteuerten Gleichrichter 25 auf.

In der F i g. 7 ist ein weiterer Wechselstromgenerator 18 gezeigt, der durch eine Antriebsvorrichtung 13 angetrieben wird. Die Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung 32 ist elektrisch nicht nur mit der Ankerwicklung des Wechselstromgenerators 8, sondern ebenfalls mit der Ankerwicklung des Wechselstromgenerators 18 verbunden.

Im allgemeinen ist die Richtung des elektrischen Stromflusses durch die Richtung der Pfeile 34,35 und 36 wiedergegeben. In seltenen Fällen ist die Richtung des elektrischen Stromflusses durch die Pfeile 34,35 und 37 gegeben.

In der Fig.9 ist die Ankerwicklung des Wechselstrommotors 8 elektrisch nicht nur mit der Ankerwicklung oder Spulenwicklung der elektromagnetischen Kupplung 32, sondern ebenfalls mit der Ankerwicklung des Wechselstromgenerators 18 verbunden.

Im allgemeinen ist die Fließrichtung des elektrischen Stroms durch die Richtung der Pfeile 34, 38 und 39 bestimmt. In seltenen Fällen kann diese Richtung auch durch die Pfeile 34,38 und 40 gegeben sein.

Die beiden angetriebenen Teile 4 und 5 werden durch

konzentrische Wellen 29 und 30 angetrieben. Beispiele für die beiden angetriebenen Teile 4 und 5 sind gegenläufige Propeller oder Schiffsschrauben, wie sie bei Schiffen oder anderen Ortes angewandt werden.

Eine Phasenverschiebungs-Schaltvorrichtung kann elektrisch in den Schaltkreis der elektrischen Leitungen 31 geschaltet werden, wenn dies auch in den Figuren nicht dargestellt ist.

Die Umlauf richtung des Propellers 5 kann entweder gleich oder entgegengesetzt zu derjenigen des Propellers 4 sein, wenn die Phasenverschiebungs-Anordnung elektrisch in den Schaltkreis der elektrischen Leitungen 31 geschaltet ist, siehe F i g. 1 oder 2.

Die Geschwindigkeit des Propellers 5 kann kontinuierlich durch Steuerung des Stroms der Feldwicklung 11, siehe F i g. 4,12, gesteuert werden.

Die Geschwindigkeit des Propellers 4 kann kontinuierlich durch Steuerung der Steuervorrichtung 27, siehe F i g. 6, gesteuert werden.

Ein Paar Lasten 4 und 5 kann mit Leistung von einer

Mehrzahl Antriebsmaschinen 3 und 13, F i g. 3, 7, 8, 9

so gespeist werden. Diese Speisung kann insbesondere auch ohne das Anwenden von Getrieben, F i g. 7 und 9 erfolgen.

Unter der Annahme, daß sich das Antriebsteil 3

rechtsherum dreht (Fig. 1), erfolgt die Umdrehung dei angetriebenen Last 4 ebenfalls rechtsherum Die Umdrehung der angetriebenen Last 5 kann auch linksherum erfolgen, wenn die Drehrichtung, die vermittels des Stroms in der elektromagnetischer Kupplung 32 erhalten wird, linksherum ist. Wenn die

Mi Umdrehung des Antriebsteils 3 von rechts nach link:

verändert wird, verändern sich die Umdrehungen dei Lasten 4 und 5 entsprechend. Wenn somit die Anordnung nach F i g. 1 in einem Schiff Anwendung

findet, genügt lediglich die Veränderung der Drehrich

<>5 tung der Antriebsmaschine, um eine Veränderung dei Schiffsbewegung von geradeaus nach achtern zi bewirken.

Wie sich an Hand der Ausführungsformen nach dei

7 . I

Fig. 10, 11, 12 and 13 ergibt, ist die erfindungsgemäße X

Anordnung äußerst einfach. Wenn diese Anordnungen |

in Schiffs-Maschinenräumen angewandt werden, kann \ der dafür benötigte Raum im Vergleich zu dem Stand

der Technik wesentlich verringert werden. 5

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Transmission mit einer elektromagnetischen Kupplung aus zwei mechanisch unabhängig voneinander umlaufenden Rotoren, wobei der erste Rotor mit einem Antriebsteil und der zweite Rotor mit einem angetriebenen Teil mechanisch verbunden sind und wenigstens einer der beiden Rotoren eine Ankerwicklung trägt, und mit einem Stator, der im Zusammenwirken mit einem der beiden Rotoren eine elektrische Dynamomaschine bildet, die mit wenigstens einer weiteren Ankerwicklung versehen ist, wobei die von dem einen der beiden Rotoren getragenen Ankerwicklung und die Ankerwicklung der Dynamomaschine mit je einem Induktor zusammenwirken und elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Antriebsteil (3) verbundene erste Rotor (1) zusätzlich mit einem angetriebenen Teil (4) mechanisch verbunden ist und daß der zwischen den Ankerwicklungen (6 und 9) fließende Strom gesteuert wird.

2. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Ankerwicklung (9) am Stator (7) angeordnet ist.

3. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Ankerwicklung (9) an einem Rotor (1,2) angeordnet ist

4. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (3) aus dem angetriebeinen Zahnrad (22) eines Getriebes besteht, das durch eine Mehrzahl von Antriebsritzeln, die je mit einer Antriebsmaschine verbunden sind, angetrieben wird.

5. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebenen Teile gegenläufige Schrauben bzw. Propeller eines Schiffes sind.

6. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (6) der elektromagnetischen Kupplung (32) mit der Ankerwicklung eines weiteren Wechselstromgenerators (8) verbunden ist, der durch eine andere Antriebsmaschine (13) angetrieben wird (F ig. 9).

7. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (9) des Wechselstrommotors (8) elektrisch mit der Ankerwicklung des Wechselstromgenerators (18) verbunden ist, der durch eine andere Antriebsmaschine (13) angetrieben wird.

8. Elektromagnetische Transmission nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklungen (6, 9) elektrisch durch einen Periodenwandler verbunden sind.