SIMA EWALD (AT)
| GB2453878A | 2009-04-22 | |||
| US20110140430A1 | 2011-06-16 | |||
| JPS6126455A | 1986-02-05 | |||
| DE3428888A1 | 1985-10-17 | |||
| US20100176685A1 | 2010-07-15 | |||
| DE2100938A1 | 1972-07-20 | |||
| CN2502451Y | 2002-07-24 | |||
| CN2269669Y | 1997-12-03 | |||
| DE202010003536U1 | 2010-07-01 | |||
| CN2098121U | 1992-03-04 | |||
| RO102593B1 | 1992-06-30 |
| Patentansprüche 1. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), mit Drehfeld erzeugenden Kreisen wie elektrischen Wicklungen oder um die Drehachse der Maschine angeordnete Magnete, mit einem feststehenden Stator und einem Rotor oder mit einem drehbar um die gleiche Drehachse wie der Rotor gelagerten Stator, „dadurch gekennzeichnet", dass der Strom der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) bevorzugt drehkontaktlos über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil (21) und über einen, bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter (22) einerseits, oder andererseits bei geöffnetem Halbleiterschalter (22) über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis (23) an eine im Sekundärkreis liegende Speichereinrichtung (24), wie beispielhaft ein Kondensator und über einen Wechselrichter für die Rückspeisung in die Rotorwicklung der Primärmaschine (29) , bevorzugt zu einem Drehmoment wirkenden Zeitpunkt, zurück in die Rotorwicklung der Primärmaschine (2), mittels einer Steuerelektronik welche einen MikroController (27) mit seinen aktiven und passiven Beschaltungsbauteilen beinhaltet, geschalten wird. 2. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), mit Drehfeld erzeugenden Kreisen wie elektrischen Wicklungen oder um die Drehachse der Maschine angeordnete Magnete, mit einem feststehenden Stator und einem Rotor oder mit einem drehbar um die gleiche Drehachse wie der Rotor gelagerten Stator, „dadurch gekennzeichnet", dass der Strom der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) mittels Drehkontakten über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil (21) und über einen, bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter (22) einerseits, oder andererseits über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis (23) an eine im Sekundärkreis liegende Speichereinrichtung (24), wie beispielhaft ein Kondensator und über einen Stromrichter für die Rückspeisung in das Leitungsnetz (31), an das Leitungsnetz und zurück in die Rotorwicklung der Primärmaschine (2), mittels einer Steuerelektronik welche einen MikroController (27) mit seinen aktiven und passiven Beschaltungsbauteilen beinhaltet, geschalten wird . 3. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), mit Drehfeld erzeugenden Kreisen wie elektrischen Wicklungen oder um die Drehachse der Maschine angeordnete Magnete, mit einem feststehenden Stator und einem Rotor oder mit einem drehbar um die gleiche Drehachse wie der Rotor gelagerten Stator, „dadurch gekennzeichnet", dass der Strom der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) bevorzugt drehkontaktlos über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil (21) und über einen, bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter (22) einerseits, oder andererseits bei geöffnetem Halbleiterschalter (22) über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis (23) an eine im Sekundärkreis liegende zuschaltbare Speichereinrichtung (24), wie beispielhaft ein Kondensator, und über einen Stromrichter in die Rotorwicklung der Sekundärmaschine (14), einer bevorzugt an der Rotorwelle der Primärmaschine (1) liegenden, bevorzugt mit dieser kraft- oder formschlüssig gekoppelten und bevorzugt im selben Maschinengehäuse (15) liegenden, Drehmoment wirkenden Sekundärmaschine, wie beispielhaft einer BLDC Maschine oder einem Drehstrom Asynchron Kurzschlußläufer, mittels einer Steuerelektronik welche einen MikroController (27) mit seinen aktiven und passiven Beschaltungsbauteilen beinhaltet, geschalten wird. 4. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), mit Drehfeld erzeugenden Kreisen wie elektrischen Wicklungen oder um die Drehachse der Maschine angeordnete Magnete, mit einem feststehenden Stator und einem Rotor oder mit einem drehbar um die gleiche Drehachse wie der Rotor gelagerten Stator, „dadurch gekennzeichnet", dass der Strom der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) - entweder bevorzugt drehkontaktlos über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil (21) und über einen, bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter (22) einerseits, oder andererseits bei geöffnetem Halbleiterschalter (22) über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis (23) an eine im Sekundärkreis liegende zuschaltbare Speichereinrichtung (24), wie beispielhaft ein Kondensator, und über einen Stromrichter in die Rotorwicklung der Sekundärmaschine (14), einer bevorzugt an der Rotorwelle der Primärmaschine (1) liegenden, bevorzugt mit dieser kraft- oder formschlüssig gekoppelten und bevorzugt im selben Maschinengehäuse (15) liegenden, Drehmoment wirkenden Sekundärmaschine, wie beispielhaft einer BLDC Maschine oder einem Drehstrom Asynchron Kurzschlußläufer, mittels einer Steuerelektronik welche einen MikroController (27) mit seinen aktiven und passiven Beschaltungsbauteilen beinhaltet, geschalten wird, - oder alternierend, bei zumindest einer rotierenden Rotorwelle der elektromechanischen Drehmaschine (100), bei lastabhängigen Bedarf und ständig geöffneten bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter (22), bevorzugt drehkontaktlos über die Rückleitung (28) und dem Stromrichter für die Sekundärmaschine Maschine (30) an die Rotorwicklung der Sekundärmaschine (14) und/oder der Speichereinrichtung 24, geschalten wird. 5. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), mit Drehfeld erzeugenden Kreisen wie elektrischen Wicklungen oder um die Drehachse der Maschine angeordnete Magnete, mit einem feststehenden Stator und einem Rotor oder mit einem drehbar um die gleiche Drehachse wie der Rotor gelagerten Stator, „dadurch gekennzeichnet", dass der Strom der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) bevorzugt drehkontaktlos über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil (21) und über einen, bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter (22) einerseits, oder andererseits bei geöffnetem Halbleiterschalter (22) über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis (23), an eine im Sekundärkreis liegende zuschaltbare Speichereinrichtung (24), wie beispielhaft ein Kondensator und an eine im selben Rotorblechpaket der Primärmaschine (3) liegende, bifilare Wicklung (25) oder einem Leistungswiderstand, über einen Halbleiterschalter im Sekundärkreis (26) mittels einer Steuerelektronik, welche einen MikroController (27) mit seinen aktiven und passiven Beschaltungsbauteilen beinhaltet, geschalten wird. 6. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-5 „dadurch gekennzeichnet", dass die Energie Zu- und Abfuhr der elektromechanischen Drehmaschine (100) entweder elektrisch, beispielhaft aus dem Leitungsnetz (7) oder einer sonstigen Energieliefereinrichtung über die Statorwicklung der Primärmaschine (4), der Statorwicklung der Sekundärmaschine (16) oder mechanisch über die Rotorwelle der Primärmaschine (1), der Welle des drehbar gelagerten Stators der Primärmaschine (18), erfolgt . 7. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-6 „dadurch gekennzeichnet", dass die Schaltfunktionen des bevorzugt pulsweitenmodulierten kurzschliessenden Halbleiterschalters (22) von zumindest einem der gleich- oder stromrichtenden Schaltteile (21, 23) übernommen werden. 8. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-7 „dadurch gekennzeichnet", dass der Stator der Drehmoment erzeugenden elektrischen Maschine im Sekundärkreis, feststehend oder drehbar um die gleiche Drehachse wie die Rotorwelle der Asynchron Induktionsmaschine 1 angeordnet ist. 9. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-8 „dadurch gekennzeichnet", dass die Drehzahl der Rotorwelle der Primärmaschine (1), durch Aufnahme der Frequenz der Spannungsimpulse aus der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) und durch die bekannte Frequenz der Spannung an der Statorwicklung der Primärmaschine (4), mit der Steuerelektronik ermittelt wird. 10. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-9 „dadurch gekennzeichnet", dass die Drehzahl der Welle des drehbar gelagerten Stators der Primärmaschine (18), der Rotorwelle der Primärmaschine (1) mittels Drehzahl messender Einrichtungen, wie beispielhaft ein Impulsgeber mit Hallsensor, mit der Steuerelektronik ermittelt wird. 11. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-10 „dadurch gekennzeichnet", dass die Frequenz der Pulsweitenmodulation ( PWM ) des bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalters (22) veränderbar ist. 12. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-11 „dadurch gekennzeichnet", dass der Strom der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) in Abhängigkeit der Schlupfdrehzahl gesteuert wird . 13. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-12 „dadurch gekennzeichnet", dass das Steuersignal mittels Drehkontakten, wie beispielhaft Schleifringe oder induktive Verbindungen, oder mittels kontaktloser elektromagnetischer oder optischer Steuersignaleinrichtungen (9), wie beispielhaft einer Blue Thooth oder einer Optokoppler Einrichtung, an die Steuerelektronik übertragen wird. 14. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-13 „dadurch gekennzeichnet", dass die Energieversorgung von bevorzugt an der Rotorwelle der Primärmaschine (1) liegenden Betriebsmittel, wie beispielhaft der Steuerelektronik oder einer elektrischen Kühleinrichtung direkt oder über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil aus der Rotorwicklung der Primärmaschine (2), der Speichereinrichtung 24 oder über eine Drehkontakteinrichtung aus dem Leitungsnetz (7) erfolgt. 15. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-14 „dadurch gekennzeichnet", dass ein Phasenausfall bei der Statorwicklung der Primärmaschine (4) durch Überwachung der Spannungsform der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) durch die Steuerelektronik (11) erkannt wird und durch ständiges öffnen des zumindest bevorzugt pulsweitenmodulierten kurzschliessenden Kontaktes des Halbleiterschalters (22) die elektromagnetische Drehmaschine (100) abgestellt wird. 16. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-15 „dadurch gekennzeichnet", dass der Steuerelektronik (11) zumindest eine temperaturgebende Einrichtung wie beispielhaft ein PTC oder NTC Widerstand angeschlossen ist und bei überschreiten der zulässigen Temperatur eines temperaturüberwachten Bauteiles, wie beispielhaft einer elektrischen Wicklung, die elektromagnetische Drehmaschine (100) durch ständiges öffnen des zumindest bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Kontaktes des Halbleiterschalters (22), sofort oder zeitversetzt abgestellt wird . 17. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-16 „dadurch gekennzeichnet", dass die Steuerelektronik (11) bei Abweichung der Drehzahl der Rotorwelle der Primärmaschine (1) oder der Drehzahl des drehbar gelagerter Stators der Primärmaschine (19) oder der Drehzahl der Rotorwelle der Sekundärmaschine im Vergleich zu einem Maschinenreferenzwert , in welchem beispielhaft die Pulsdauer, die Pulsfrequenz, die Schlupfdrehzahl und die Nennleistung berücksichtigt sind, beispielhaft hervorgerufen durch Überlast der Maschine oder Ausfall zumindest einer Phase in einer Wicklung, die elektromagnetische Drehmaschine (100) durch ständiges öffnen des zumindest bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Kontaktes des Halbleiterschalters (22), sofort oder zeitverzögert, abstellt. 18. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-17 „dadurch gekennzeichnet", dass beim Rotieren einer der Wellen (18, 1) der elektromagnetischen Drehmaschine (100), die Steuerelektronik eine Richtungsänderung des Drehfeldes in der Rotorwicklung der Primärmaschine (2) durch die auftretende höhere Frequenz der Spannungsimpulse in dieser Rotorwicklung, im Vergleich zu einem Maschinenreferenzwert erkennt und in der Folge durch zumindest entsprechender Steuerung des bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Kontaktes des Halbleiterschalters (22), nach vorgegebenen Bremsparametern, ein elektrisches Bremsen der Maschine einleitet und die Maschine bis zum Stillstand abbremst und nachfolgend abstellt. 19. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-18 „dadurch gekennzeichnet", dass der Steuerelektronik (11) steuerungsrelevante Daten und Größen der Statorwicklung der Primärmaschine (4), wie beispielhaft die Form, die Frequenz und die Größe des Stromes, der Spannung, der Leistung und daraus folgend des Leistungsfaktors, über eine Drehübertragungseinrichtung oder einer Elektromagnetischen- oder einer Optokoppler Einrichtung übermittelt werden, die Steuerelektronik (11) diese Daten und Größen mit einem Maschinenreferenzwert abgleicht und den oder die Halbleiterschalter so steuert, dass die elektromagnetische Drehmaschine (100) ihre Drehzahl sofort oder zeitverzögert erhöht, beibehält, vermindert oder abbremst, oder den oder die Kontakte der Halbleiterschalter ständig öffnet und die Maschine abstellt. 20. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-19 „dadurch gekennzeichnet", dass die Rotorwicklung der Primärmaschine 2, für den Anschluß der Rückleitung 28, eine separate Wicklungsanzapfung mit Wicklungsausführung besitzt. 21. Regelung und Steuerung für eine ein- oder mehrphasige elektromagnetische Drehmaschine (100), nach einem der Ansprüche 1-20 „dadurch gekennzeichnet", dass die Rotorwicklung der Primärmaschine 2 aus einer induzierten Wicklung und einer, von dieser galvanisch getrennten, Erregerwicklung zum Anschluß der Rückleitung 28 besteht. |
ELEKTROMAGNETISCHEN DREHMASCHINE
Die Erfindung betrifft eine Regelung und Steuerung von
Spannung, Strom, Leistung, Drehmoment und Drehzahl für eine elektromagnetische Drehmaschine.
Elektromagnetische Drehmaschinen benötigen systembedingt für Ihren Anlauf und für Ihren Betrieb verschiedene Einrichtunge um den Anlaufstrom, den Betriebsstrom, die Drehzahl, die Leistung, das Drehmoment und die Spannung zu regeln. Als Anlassverfahren zur AnlaufStrombegrenzung sowie während des Betriebes zur Regelung von Spannung, Strom, Leistung,
Drehmoment und Drehzahl sind mech. Einrichtungen wie Stern Dreieck Schalter, Dahlanderschaltung, polumschaltbare
Maschinen, Kurzschlußsanftanlauf, Teilwicklungsanlauf,
Anlasstrafos, elektronisch oder mechanisch geschaltene
Schleifringwiderstände sowie elektronische Einrichtungen wie elektronischer Sanftanlauf, über- und untersynchrone
Stromrichterkaskaden und Frequenzumformer bekannt.
Aus CN 2502451 Y ist eine Pulsweitenmodulation der
Rotorwicklung einer Schleifringläufer Asynchron
Induktionsmaschine bekannt. Über die Schleifringe wird der Stromfluß der Rotorwicklung über einen gleichrichtenden Teil und über einen pulsweitenmodulierten, kurzschließenden und wieder öffnenden, Halbleiterkontakt geführt. Schleifringe un keine Energie sparende oder rückgewinnende Schutzbeschaltung bedeuten unnötigen Energieverlust und eventuell Beschädigung oder gar Zerstörung des Halbleiterbauteiles.
Aus CN 2269669 Y ist eine über die Dreheinrichtung aus der Maschine ausgeführte Regelung und Steuerung des Stromflusses über einen gleichrichtenden Schaltteil, mittels eines kurzschliessenden und wieder öffnenden Power Trioden
Kontaktes, der Rotorwicklung bekannt. Die
Drehkontakteinrichtung und der bei geöffneten Power Trioden Kontaktes immer wirkende Widerstand wandelt Schlupfleistung aus der Rotorwicklung in thermische Verlustleistung um. Dies bedeutet erheblichen Energieverlust. Somit ist diese Schaltung nur für den kurzen Hochlauf der Maschine und nicht für eine energiesparende Drehzahlregelung zu verwenden.
Auch DE 202010003536 Ul stellt nur eine sinnvolle Lösung für den Hochlauf dar. Auch hier wirken die Schleifringe und der immer fest zugeschaltene Widerstand bei geöffnetem
Halbleiterschalter Energie vernichtend. Energiesparende
Drehzahlregelung ist mit dieser Lösung ebenfalls nicht
möglich. Ausserdem ist ein Kurzschluß- bzw.
Schlupfwiderstandsschütz für den Betrieb notwendig.
Genauso verhält es sich bei CN2098121. Hier ist noch
zusätzlich die relativ niedrige Schaltfrequenz des Thyristors, die starke Maschinenvibrationen auslösen kann, als nachteilig anzuführen .
RO 102593 verwendet ebenfalls Schleifringe und fest
zugeschaltene Widerstände sowie einen Kurzschluß- bzw.
Schlupfwiderstandsschütz .
Auch diese Schaltung ist nur sinnvoll für den Hochlauf der Maschine geeignet.
R0117492 Bl vermeidet zwar die Energieverluste der Drehkontakt Einrichtung und ordnet die Steuereinrichtung direkt auf der Rotorwelle an, aber fest zugeschaltenen Widerstände
verursachen ebenfalls massive Energieverluste. Daher ist auch hier eine energiesparende Drehzahlregelung nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, für den Anlauf und die
Drehzahlregelung, eine optimierte, energiesparende und
kostengünstige Regelung und Steuerung, der ein- oder
mehrphasigen elektromagnetischen Drehmaschine, anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine energiesparende Stromregelung über den Stromfluss der Rotorwicklung der Primärmaschine gelöst. An Stelle des fest verbundenen Widerstandes, der bei geöffnetem Halbleiterschalter unnötig Schlupfleistung aus der Rotorwicklung der Primärmaschine entnimmt und in Verlustwärme umwandelt, wird das
Spannungsniveau der Speichereinrichtung im Sekundärkreis bevorzugt kontrolliert über dem Niveau der LeerlaufSpannung gehalten. Es kann daher nur mehr die hohe
Selbstinduktionsspannung, hervorgerufen durch das
Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der elektromagnetischen Drehmaschine, die Spannungshöhe und damit verbunden die
Speicherenergie der Speichereinrichtung anheben.
Schlupfenergie während der Halbleiterschalter geöffnet ist, gelangt daher nicht mehr unkontrolliert in den Sekundärkreis und wird daher auch nicht mehr ungewollt in Verlustwärme umgewandelt. Ein weiterer Erfindungsschritt besteht darin, diese Abschaltenergie nicht einem Widerstand mit thermischer Energievernichtung zuzuführen, sondern sinnvoller Weise, zu einem Drehmoment unterstützenden Zeitpunkt, der Rotorwicklung der Primärmaschine rückzuführen oder in einer Sekundärmaschine in Drehmoment umzuwandeln, oder alternierend der
Sekundärmaschine elektrische Energie zu entnehmen und der Primärmaschine zuzuführen. Ausserdem befinden sich alle zu dieser Stromregelung notwendigen Schaltteile des
Hauptstromkreises bevorzugt an der selben Rotorwelle der
Primärmaschine. Zusätzliche Verluste durch Strom übertragende Dreheinrichtungen werden somit ebenfalls vermieden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen gemäß den Zeichnungen näher erläutert, wobei
Fig. 1 einen Schnitt durch eine elektromagnetische
Drehmaschine mit einem ausserhalb des Rotorraumes angeordneten Elektronikteiles zeigt. Fig. 2 einen Schnitt durch eine elektromagnetische
Drehmaschine mit einem Elektronikteil und einer
Sekundärmaschine darstellt.
Fig. 3 ebenso einen Schnitt durch eine elektromagnetische Drehmaschine mit drehbar gelagerten, und mit Permanentmagneten ausgeführten Stator der Primärmaschine und einen
feststehenden, mit Wicklungen versehenen Stator der
Sekundärmaschine abbildet.
Fig. 4 eine Anordnung der Steuerelektronik für den
Stromverlauf der Rotorwicklung der Primärmaschine, die eine Energie Rückspeisung aus der Speichereinrichtung in die
Rotorwicklung aufzeigt.
Fig. 5 eine Anordnung der Steuerelektronik für den
Stromverlauf der Rotorwicklung der Primärmaschine, die eine Speisung der Energie aus der Speichereinrichtung in die
Drehmoment erwirkende Wicklung einer Sekundärmaschine zeigt.
Fig. 6 ebenfalls eine Anordnung wie in Figur 5, jedoch mit der zusätzlichen Möglichkeit, alternierend zu der Anordnung in Figur 5, über die Rückleitung elektrische Energie aus der Sekundärmaschine und/oder der Speichereinrichtung, der
Primärmaschine zuzuführen
Fig. 7 eine Anordnung der Steuerelektronik für den
Stromverlauf der Rotorwicklung der Primärmaschine, die eine Energie Rückspeisung aus der Speichereinrichtung in das
Leitungsnetz zeigt. Figur 1
stellt eine mögliche schleifringlose Aus führungs form der elektromagnetischen Drehmaschine 100 dar. Die Statorwicklung der Primärmaschine 4 wird über den elektrischen
Anschlußklemmkasten 6 mit dem Leitungsschalter 8 an das
Leitungsnetz 7 geschalten. Die Rotorwicklung der
Primärmaschine 2 liegt mit seinem Rotorblechpaket 3, an der Rotorwelle der Primärmaschine 1 und innerhalb des
Maschinengehäuses 15. Die Steuerelektronik 11 ist
drehkontaktlos mit der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 verbunden, jedoch vom Rotorraum getrennt aber innerhalb des Maschinengehäuse 15 servicefreundlich angeordnet. Über eine kontaktlose Steuersignaleinrichtung 9 und der Steuerleitung 10 werden regelrelevante Daten ausgetauscht.
Figur 2
stellt ebenfalls eine mögliche schleifringlose Aus führungs form der elektromagnetischen Drehmaschine 100 dar. Die
Statorwicklung der Primärmaschine 4 wird über den elektrischen Anschlußklemmkasten 6 mit dem Leitungsschalter 8 an das
Leitungsnetz 7 geschalten. Die Rotorwicklung der
Primärmaschine 2 liegt mit seinem Rotorblechpaket 3, der
Steuerelektronik 11 und einer Drehkraft wirkenden
Sekundärmaschine, bestehend aus der Wicklung der
Sekundärmaschine 14, dem Rotorblechpaket der Sekundärmaschine 13 und den Permanentmagneten der Sekundärmaschine 12, an der selben Rotorwelle der Primärmaschine 1 und in dem selben
Maschinengehäuse 15. Die Steuerelektronik 11 ist
drehkontaktlos mit der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 und der Wicklung der Sekundärmaschine 14 verbunden. Über eine kontaktlose Steuersignaleinrichtung 9 und der Steuerleitung 10 werden regelrelevante Daten ausgetauscht. Figur 3
stellt eine weitere schleifringlose Aus führungs form der elektromagnetische Drehmaschine 100 mit Permanentmagnete der Primärmaschine 20 versehenen und drehbar gelagerten Stator der Primärmaschine 19, einem an der selben Rotorwelle der
Primärmaschine 1 liegenden Rotorblechpaket der Primärmaschine 3 mit seiner Rotorwicklung der Primärmaschine 2 und einer, ebenfalls an der selben Rotorwelle der Primärmaschine 1 und im selben Maschinengehäuse 15 liegenden, Drehkraft erwirkenden Sekundärmaschine, bestehend aus der Wicklung der
Sekundärmaschine 14, dem Rotorblechpaket der Sekundärmaschine 13, dem Statorblechpaket der Sekundärmaschine 17 mit seiner Statorwicklung der Sekundärmaschine 16 und dem elektrischen Anschlußklemmkasten 6. Die Steuerelektronik 11 ist
drehkontaktlos mit der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 und der Rotorwicklung der Sekundärmaschine 14 verbunden, ist jedoch ebenfalls vom Rotorraum getrennt aber innerhalb des Maschinengehäuses 15 servicefreundlich angeordnet. Über eine kontaktlose Steuersignaleinrichtung 9 und der Steuerleitung 10 werden regelrelevante Daten ausgetauscht.
Figur 4
Der Drehstrom aus der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 wird zuerst über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil 21 in einen pulsierenden Gleichstrom gerichtet. Dieser folgt über einen bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden
Halbleiterschalter 22 über den gleich- oder stromrichtenden Schaltteil 21 zurück zur Rotorwicklung der Primärmaschine 2. Diese ist daher kurzgeschlossen. Die elektromagnetische
Drehmaschine 100 verhält sich nun wie ein Kurzschlußläufer. Pulsweitenmoduliert bedingt, öffnet nun der bevorzugt
pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 für eine bestimmte Zeit. Eine hohe Abschaltinduktionsspannung, hervorgerufen durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der Primärmaschine, tritt auf. Diese hohe
Selbstinduktionsspannung würde nun den bevorzugt
pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 beschädigen oder zerstören. Daher wird mindestens diese
Energie über einen weitere gleich- oder stromrichtender
Schaltteil im Sekundärkreis 23 in eine Speichereinrichtung 24, wie beispielhaft ein Kondensator, des Sekundärkreises geführt. Um der elektromagnetischen Drehmaschine 100 eine höhere
Schlupfleistung zu entnehmen und somit das Drehmoment an der Rotorwelle der Primärmaschine 1 zu erhöhen, wird nicht nur die hohe Abschalt Induktionsspannung zur Speichereinrichtung mit dem gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis 23 durchgeschalten, sondern nach Bedarf auch noch kontrolliert zusätzliche Schlupfleistung . Das Spannungspotential und die damit verbundene Energie in der Speichereinrichtung 24 im Sekundärkreis wird angehoben. Die vom Strom davor passierte Sperreinrichtung in Form des gleich- oder stromrichtenden Schaltteiles im Sekundärkreis 23 verhindert einen Rückfluß des Stromes und somit eine Entladung der Speichereinrichtung 24 über zum anschließend wieder kurzschließenden
Halbleiterschalter 22. Die gespeicherte Energie in der
Speichereinrichtung 24 , die durch das Auftreten der
Selbstinduktionsspannung beim Abschaltvorgang des bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 entstanden ist und eventuell die zusätzlich gewollt
aufgeladene Schlupfenergie, wird anschliessend geregelt über einen Wechselrichter für die Rückspeisung in die Rotorwicklung der Primärmaschine 29 zu einem Drehmoment wirkenden Zeitpunkt, über die Rückleitung 28, der Rotorwicklung der Primärmaschine 2, rückgeführt.
Figur 5
Um ein höheres Drehmoment an der Rotorwelle der Primärmaschine 1 als in der Fig.4 dargestellten Erfindung zu erzielen, wird der Drehstrom aus der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 zuerst über einen gleich- oder stromrichtenden Schaltteil 21 in einen pulsierenden Gleichstrom gerichtet. Dieser folgt über einen bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden
Halbleiterschalter 22 über den gleich- oder stromrichtenden Schaltteil 21 zurück zur Rotorwicklung der Primärmaschine 2. Diese ist daher kurzgeschlossen. Die elektromagnetische
Drehmaschine 100 verhält sich nun wie ein Kurzschlußläufer. Pulsweitenmoduliert bedingt, öffnet nun der bevorzugt
pulsweitenmoduliert kurzschliessende Halbleiterschalter 22 für eine bestimmte Zeit. Eine hohe Abschalt Induktionsspannung, hervorgerufen durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der Primärmaschine tritt auf. Diese hohe
Selbstinduktionsspannung würde nun den bevorzugt
pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 beschädigen oder zerstören. Daher wird mindestens diese
Energie über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden
Schaltteil im Sekundärkreis 23 in eine Speichereinrichtung, wie beispielhaft ein Kondensator 24, des Sekundärkreises geführt. Um der Primärmaschine kontrolliert eine höhere
Schlupfleistung zu entnehmen und somit das Drehmoment an der Rotorwelle der Primärmaschine 1 zu erhöhen, wird nicht nur die hohe Abschalt Induktionsspannung zur Speichereinrichtung mit dem gleich- oder stromrichtenden Schaltteil im Sekundärkreis 23 durchgeschalten, sondern nach Bedarf auch noch zusätzliche Schlupfleistung . Das Spannungspotential und die damit
verbundene Energie in der Speichereinrichtung 24 im
Sekundärkreis wird angehoben. Die vom Strom davor passierte Sperreinrichtung in Form des gleich- oder stromrichtenden Schaltteiles im Sekundärkreis 23 verhindert einen Rückfluß des Stromes und somit eine Entladung der Speichereinrichtung 24 über zum anschließend wieder kurzschließenden
Halbleiterschalters 22. Die gespeicherte Energie in der
Speichereinrichtung 24 , die durch das Auftreten der Selbstinduktionsspannung beim Abschaltvorgang des bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 entstanden ist und eventuell die zusätzlich gewollt geladene Schlupfenergie wird nun kontrolliert geregelt über einen
Stromrichter für die BLDC Maschine 30, der Rotorwicklung der Sekundärmaschine 14, die hier zu einer BLDC Maschine gehört, zugeführt .
Figur 6
In dieser Figur 6 wird
- entweder, wie in Figur 5 beschrieben und dargestellt, bei gesperrter Rückleitung 28 der Drehstrom aus der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 mittels einer Steuerelektronik 11 über den gleich- und stromrichtenden Schaltteile 21, einerseits über den Halbleiterschalter 22, oder andererseits über den gleich- und stromrichtenden Schaltteile im Sekundärkreis 23 an die Speichereinrichtung 24 und über den Stromrichter für die BLDC Maschine 30 in die Rotorwicklung der Sekundärmaschine 14, geschalten ,
- oder alternierend, während des rotierenden Betriebes der Elektromagnetische Drehmaschine 100, werden der bevorzugt pulsweitenmoduliert gesteuerte Halbleiterschalter 22, die gleich- oder stromrichtenden Schaltteile 21, 23 ständig geöffnet. Elektrische Energie aus der Sekundärmaschine und eventuell aus der Speichereinrichtung 24 kann nun über den gesteuerten Stromrichter für die BLDC Maschine 30 und über die Rückleitung 28 der Rotorwicklung der Primärmaschine 2
zugeführt werden. Die elektromagnetische Drehmaschine 100 kann nun wie eine Synchronmaschine arbeiten.
Figur 7
der Drehstrom aus der Rotorwicklung der Primärmaschine 2 wird in einem gleich- oder stromrichtenden Schaltteil 21 in einen pulsierenden Gleichstrom gerichtet. Dieser folgt über einen bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden
Halbleiterschalter 22 über den gleich- oder stromrichtenden Schaltteil 21 zurück zur Rotorwicklung der Primärmaschine 2. Diese ist daher kurzgeschlossen. Die elektromagnetische
Drehmaschine 100 verhält sich nun wie ein Kurzschlußläufer. Pulsweitenmoduliert bedingt, öffnet nun der bevorzugt
pulsweitenmoduliert kurzschliessende Halbleiterschalter 22 für eine bestimmte Zeit. Eine hohe Abschalt Induktionsspannung, hervorgerufen durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes in der Primärmaschine tritt auf. Diese hohe
Selbstinduktionsspannung würde nun den bevorzugt
pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 beschädigen oder zerstören. Daher wird mindestens diese
Energie über einen weiteren gleich- oder stromrichtenden
Schaltteil im Sekundärkreis 23 bevorzugt in eine
Speichereinrichtung, wie beispielhaft ein Kondensator 24, des Sekundärkreises geführt. Das Spannungspotential und die damit verbundene Energie in der Speichereinrichtung 24 im
Sekundärkreis wird angehoben. Die vom Strom davor passierte Sperreinrichtung in Form des gleich- oder stromrichtenden Schaltteiles im Sekundärkreis 23 verhindert einen Rückfluß des Stromes und somit eine Entladung der Speichereinrichtung 24 über zum anschließend wieder kurzschließenden
Halbleiterschalters 22. Die gespeicherte Energie in der
Speichereinrichtung 24 , die durch das Auftreten der
Selbstinduktionsspannung beim Abschaltvorgang des bevorzugt pulsweitenmoduliert kurzschliessenden Halbleiterschalter 22 entstanden ist und eventuell die zusätzlich gewollt geladene Schlupfenergie wird nun kontrolliert geregelt über einen
Stromrichter für die Rückspeisung in das Leitungsnetz 31, den Phasen L1,L2,L3, des Leitungsnetzes zugeführt. Anhang
1 Rotorwelle der Primärmaschine
2 Rotorwicklung der Primärmaschine
3 Rotorblechpaket der Primärmaschine
4 Statorwicklung der Primärmaschine
5 Statorblechpaket der Primärmaschine
6 Elektrischer Anschlußklemmkasten
7 Leitungsnetz
8 Leitungsschalter
9 Kontaktlose Steuersignaleinrichtung
10 Steuerleitung
11 Steuerelektronik
12 Permanentmagnet der Sekundärmaschine
13 Rotorblechpaket der Sekundärmaschine
14 Rotorwicklung der Sekundärmaschine
15 Maschinengehäuse
16 Statorwicklung der Sekundärmaschine
17 Statorblechpaket der Sekundärmaschine
18 Welle des drehbar gelagerten Stators der Primärmaschine
19 Drehbar gelagerter Stator der Primärmaschine
20 Permanentmagnete der Primärmaschine
21 Gleich- oder stromrichtender Schaltteil
22 bevorzugt pulsweitenmoduliert gesteuerter
Halbleiterschalter
23 Gleich- oder stromrichtender Schaltteil im Sekundärkreis
24 Speichereinrichtung
25 Lüfterflügel
26 Kontaktlose Steuersignal Einrichtung der Steuerelektronik
27 MikroController
28 Rückleitung
29 Stromrichter für die Rückspeisung in die Rotorwicklung der Primärmaschine
30 Stromrichter für die BLDC Maschine
31 Stromrichter für die Rückspeisung in das Leitungsnetz 100 Elektromagnetische Drehmaschine