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QUERVERWEIS
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung ist eine teilweise Fortführung der am 6. August 2002
eingereichten anhängigen
US-Anmeldung mit der Seriennummer 10/213,649.
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft sich drehende elektrische Maschinen
wie etwa Hochgeschwindigkeits-Anlassergeneratoren für Gasturbinenmotoren,
und genauer einen Erregergenerator in einem Anlassergenerator, der
auf jedem Statorpol mehrere Statorwicklungen aufweist, die selektiv
zwischen einer Reihen- und einer Parallelschaltungskonfiguration
umschaltbar sind.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
US-Patentschrift Nr.
US 3,908,161 zeigt einen
Gasturbinen-Motoranlassergenerator mit einem Erreger. Der Erreger
umfasst einen Erregerstator mit drei gesonderten Statorwicklungen
und drei sterngeschaltete Ankerwicklungen auf dem Rotor, die über einen
Gleichrichter mit dem Hauptanker verbunden sind. Unter Steuerung
durch einen Steuerschaltkreis können
die Statorwicklungen über
jeweilige steuerbare Schalter sterngeschaltet oder in Reihe geschaltet
werden. Während
des Anlassens, wenn der Anlassergenerator als Motor arbeitet, sind
die Feldwicklungen sterngeschaltet, um die primären Wicklungen eines Dreiphasentransformators
aufzubauen, die mit den Erregerankerwicklungen als dem sekundären Teil
des Transformators zusammenarbeiten. Die Erregerstatorwicklungen
werden durch eine Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsquelle versorgt. Während des
normalen Zustands, in dem der Anlassergenerator als Generator ar beitet,
sind die Feldwicklungen in Reihe geschaltet und werden sie durch
eine Gleichstrom-Leistungsquelle versorgt.
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Ein
Flugzeug kann verschiedene Arten von sich drehenden elektrischen
Maschinen wie etwa, zum Beispiel, Generatoren, Motoren, und Motor/Generatoren
umfassen. Motor/Generatoren werden in einigen Flugzeugen als Anlassergeneratoren
verwendet, da diese Art von sich drehender elektrischer Maschine
sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann.
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Ein
Flugzeug-Anlassergenerator kann drei gesonderte bürstenlose
Generatoren umfassen, nämlich
einen Dauermagnetgenerator (DMG), einen Erregergenerator, und einen
Hauptmotor/generator. Der DMG umfasst an seinem Rotor Dauermagnete. Wenn
sich der DMG-Rotor dreht, werden in Statorwicklungen des DMG Wechselströme induziert.
Diese Wechselströme
werden typischerweise zu einem Regler oder einer Steuervorrichtung
geführt,
der bzw. die wiederum einen Gleichstrom ausgibt, wenn der Anlassergenerator
als Generator tätig
ist. Umgekehrt liefert die Steuervorrichtung Wechselstromleistung, wenn
der Anlassergenerator als Motor tätig ist.
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Wenn
der Anlasser-Generator als Generator tätig ist, wird der Gleichstrom
von der Steuervorrichtung zu Statorwicklungen des Erregers geliefert. Wenn
sich der Erregerrotor dreht, werden in den Erregerrotorwicklungen
typischerweise drei Phasen von Wechselstrom induziert. Gleichrichterschaltkreise,
die sich mit dem Erregerrotor drehen, nehmen eine Gleichrichtung
dieses Dreiphasen-Wechselstroms vor, und die sich ergebenden Gleichströme werden
den Rotorwicklungen des Hauptmotor/generators bereitgestellt. Wenn
sich der Hauptmotor/generator dreht, werden schließlich im
Hauptmotor/generatorstator typischerweise drei Phasen von Wechselstrom
induziert, und dieser Dreiphasen-Wechselstromausgang kann dann einer
Last bereitgestellt wer den.
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Wenn
der Anlassergenerator als Motor tätig ist, wird Wechselstromleistung
von der Steuervorrichtung zum Erregerstator geliefert. Diese Wechselstromleistung
induziert über
einen Transformatoreffekt ein elektromagnetisches Feld im Erregeranker, ob
der Erregerrotor nun stationär
ist, oder sich dreht. Die durch dieses induzierte Feld erzeugten
Wechselströme
werden durch die Gleichrichterschaltkreise gleichgerichtet und zum
Hauptmotor/generatorrotor geliefert, der im Rotor ein Gleichstromfeld
erzeugt. Wechselstromleistung mit veränderlicher Frequenz wird von
der Steuervorrichtung zum Hauptmotor/generatorstator geliefert.
Diese Wechselstromleistung erzeugt im Hauptstator ein sich drehendes
Magnetfeld, das verursacht, dass sich der Hauptrotor dreht und eine
mechanische Ausgangsleistung liefert.
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Ein
Anlassergenerator wie der oben beschriebene kann verwendet werden,
um die Motoren oder das Hilfstriebwerk (HTW) eines Flugzeugs anzulassen,
wenn er als Motor tätig
ist, und um dem Flugzeugleistungsverteilungssystem elektrische Leistung
zu liefern, wenn er als Generator tätig ist. Somit kann ein Anlassergenerator
dann, wenn er als Motor tätig
ist, dazu gestaltet sein, ein mechanisches Ausgangsdrehmoment zu
liefern, das ausreicht, um die Motoren anzulassen. Zusätzlich kann
der Anlassergenerator für
ein optimales Generatorbetriebsverhalten gestaltet sein. Für ein optimales
Generatorbetriebsverhalten können
die Erregerstatorwicklungen elektrisch miteinander in Reihe geschaltet
sein. Doch bei in Reihenschaltung gekoppelten Erregerstatorwicklungen
kann der Erregerstator Wechselstromleistung mit einer verhältnismäßig hohen
Spannungsgröße benötigen, um
eine ausreichend hohe mechanische Drehleistung zu erzeugen, wenn
er als Motor tätig
ist. Dies liegt daran, dass die Erregerwicklungen eine ziemlich
niedrige Impedanz gegenüber Gleichstromleistung,
aber eine ziemlich hohe Impedanz gegenüber Wechselstromleistung zeigen
können.
Als Ergebnis kann der Wechselstromleistungsversorgungsabschnitt
des Anlassergeneratorsystems die Größe, das Gewicht, und die Kosten
des gesamten Anlassergeneratorsystems erhöhen.
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Daher
besteht ein Bedarf an einem Anlassergenerator, der, wenn er als
Motor tätig
ist, ein Drehmoment erzeugen kann, das ausreichend hoch ist, um
einen Flugzeugmotor anzulassen, ohne das Betriebsverhalten des Anlassergenerators
in der Generatorbetriebsart nachteilig zu beeinflussen, und/oder die
Größe und/oder
das Gewicht und/oder die Kosten des Anlassergenerators nicht bedeutend
beeinflusst. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem oder
mehreren dieser Bedürfnisse.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gasturbinen-Motoranlassergenerator,
der, wenn er als Motor tätig
ist, ein Drehmoment erzeugen kann, das ausreichend hoch ist, um
einen Flugzeugmotor anzulassen, und der, wenn er als Generator tätig ist,
ausreichende elektrische Leistung erzeugen kann.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform,
und nur beispielhaft, umfasst ein Gasturbinen-Motoranlassergenerator
ein Gehäuse,
eine Welle, einen Hauptrotor, einen Hauptstator, einen Erregerrotor,
einen Erregerstator, eine Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen,
und einen Steuerschaltkreis. Die Welle ist drehbar im Gehäuse angebracht. Der
Hauptrotor ist an der Welle angebracht. Der Hauptstator ist im Gehäuse angebracht
und mindestens zum Teil um mindestens einen Abschnitt des Hauptrotors
angeordnet. Der Erregerrotor ist an der Welle angebracht, und der
Erregerstator ist im Gehäuse
angebracht und mindestens zum Teil um mindestens einen Abschnitt
des Erregerrotors angeordnet. Der Erregerstator weist eine Anzahl
von N Polen auf, die sich davon erstrecken. Die Anzahl von M gesonderten
Erregerstatorwicklungen ist jeweils um jeden der Anzahl von N Polen
gewickelt. Der Steuerschaltkreis ist elektrisch mit mindestens einer
ersten vorbestimmten Anzahl der Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen
gekoppelt und ist dazu betriebsfähig,
(i) ihnen selektiv Wechselstrom- und Gleichstromleistung zu liefern,
und (ii) selektiv mindestens eine zweite vorbestimmte Anzahl der
Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen miteinander in
eines aus einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung zu koppeln.
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In
einer zweiten beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Motor/Generator
einen drehbar angebrachten Erreger, eine Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen,
und einen Steuerschaltkreis. Der Erreger umfasst einen Rotor, der
dazu gestaltet ist, sich mit dem Generator zu drehen, und einen
Stator, der eine Anzahl von N Polen aufweist, die sich davon erstrecken.
Die Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen ist jeweils
um jeden einen der Anzahl von N Polen gewickelt. Der Steuerschaltkreis
ist elektrisch mit mindestens einer ersten vorbestimmten Anzahl
der Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen gekoppelt und
ist dazu betriebsfähig,
(i) ihnen selektiv Wechselstrom- und Gleichstromleistung
zu liefern, und (ii) selektiv mindestens eine zweite vorbestimmte
Anzahl der Anzahl von M gesonderten Erregerstatorwicklungen miteinander
in eines aus einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung zu
koppeln.
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In
noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Erreger
einen Hauptkörper und
eine Anzahl von M gesonderten Wicklungen. Der Hauptkörper weist
eine Anzahl von N Polen auf, die sich von einer Fläche davon
erstrecken. Die Anzahl von M gesonderten Wicklungen ist jeweils
in Reihenschaltung um jeden einen der Anzahl von N Polen gewickelt.
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In
noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren
zum Zusammensetzen eines Erregerstators das Liefern eines Erregerstators,
der eine Anzahl von N Polen aufweist, die sich von einer Fläche davon
erstrecken. Eine Anzahl von M gesonderten Leitern ist, jeweils einzeln,
um jeden der Anzahl von N Polen gewickelt.
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In
immer noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren,
um den Anlassergenerator in einem Flugzeug-Anlassergenerator, der
mindestens einen Erregeraufbau umfasst, welcher einen Stator mit
einer Anzahl von N Polen und eine Anzahl von M gesonderten Wicklungen
aufweist, von denen jede auf jeden der Anzahl von N Polen gewickelt
ist, in einer Generatorbetriebsart und in einer Motorbetriebsart
zu betreiben, das elektrische Koppeln mindestens einer ersten vorbestimmten
Anzahl der Anzahl von M Erregerstatorwicklungen in Parallelschaltung
miteinander und das Liefern von Wechselstromleistung zu den in Parallelschaltung gekoppelten
Erregerstatorwicklungen, um den Anlassergenerator dadurch im Motormodus
zu betreiben. Mindestens eine zweite vorbestimmte Anzahl der Anzahl
von M Erregerstatorwicklungen wird elektrisch in einer Reihenschaltung
miteinander gekoppelt, und anstatt von Wechselstromleistung wird
Gleichstromleistung zu den in Reihenschaltung gekoppelten Erregerstatorwicklungen
geliefert, um den Anlassergenerator dadurch im Generatormodus zu
betreiben.
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Andere
unabhängige
Merkmale und Vorteile des bevorzugten Anlassergenerators werden
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung offensichtlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
vorgenommen wird, welche die Grundsätze der Erfindung beispielhaft
veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein funktionelles schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften
Hochgeschwindigkeits-Anlassergeneratorsystems nach einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer physischen Ausführungsform
des Anlassergeneratorsystems, das in 1 dargestellt
ist;
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3 ist
ein funktionelles schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften
Erregerstatorwicklungskonfiguration und eines Steuerschaltkreises,
die im Anlassergeneratorsystem, das in 1 und 2 dargestellt
ist, verwendet werden können;
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4 ist
eine vereinfachte Darstellung eines Erregerstators nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine vereinfachte Darstellung eines besonderen beispielhaften Erregerstators;
und
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6 ist
ein funktionelles schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften
Erregerstatorwicklungskonfiguration und eines Steuerschaltkreises,
die mit dem Erregerstator, der in 4 dargestellt
ist, verwendet werden können.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bevor
mit der ausführlichen
Beschreibung fortgefahren wird, muss verstanden werden, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die Verwendung mit einer bestimmten Art von
elektrischer Maschine beschränkt
ist. Obwohl die vorliegende Erfindung zur Bequemlichkeit der Beschreibung
als in einem bürstenlosen
Wechselstrom-Mo tor/Generator ausgeführt dargestellt und beschrieben
ist, wird sich daher verstehen, dass sie in anderen Wechselstrom-Motor/Generator-Gestaltungen,
die in bestimmten Anwendungen benötigt werden, ausgeführt werden kann.
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Unter
Hinwendung zur Beschreibung und erster Bezugnahme auf 1 ist
ein funktionelles schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Hochgeschwindigkeits-Motor/Generatorsystems 100 gezeigt.
Dieses beispielhafte Motor/Generatorsystem 100, das gewöhnlich als
ein bürstenloser
Wechselstrom-Motor/Generator bekannt ist, umfasst einen Dauermagnetgenerator
(DMG) 110, einen Erreger 120, einen Hauptmotor/generator 130, eine
Motor/Generator-Steuereinheit 140, und einen oder mehrere
Gleichrichteraufbauten 150. Es wird bemerkt, dass das Motor/Generatorsystem 100 als ein
Anlassergenerator für
einen Gasturbinenmotor in Flugzeug-, Raum-, See-, Land- oder anderen
Anwendungen im Zusammenhang mit Fahrzeugen, bei denen Gasturbinenmotoren
verwendet werden, verwendet werden kann. Für Flugzeuganwendungen werden
Gasturbinenmotoren für
den Antrieb (z.B. die Hauptmotoren des Flugzeugs) und/oder für die Leistung
(z.B. das Hilfstriebwerk (HTW)) verwendet.
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Wenn
das Motor/Generatorsystem 100 als Generator tätig ist,
drehen sich ein Rotor 112 des DMG 110, ein Rotor 124 des
Erregers 120, und ein Rotor 132 des Hauptmotor/generators 130.
Wenn sich der DMG-Rotor 112 dreht, erzeugt der DMG 110 Wechselstromleistung
und liefert er sie zur Motor/Generator-Steuereinheit 140,
die wiederum steuerbare Gleichstromleistung zu einem Stator 122 des
Erregers 120 liefert. Der Erregerrotor 124 wiederum
liefert Wechselstromleistung zu den Gleichrichteraufbauten 150.
Der Ausgang von den Gleichrichteraufbauten 150 ist Gleichstromleistung
und wird zum Hauptmotor/generatorrotor 132 geliefert, der
wiederum Wechselstromleistung von einem Hauptmotor/genera torstator 134 ausgibt.
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Während seines
Betriebs als Generator ist das Motor/Generatorsystem 100 fähig, Ausgangsleistung
bei einer Vielfalt von Frequenzen zu liefern. Alternativ kann ein
Getriebesystem verwendet werden, um den Motor/Generator bei einer
konstanten Geschwindigkeit zu betreiben und somit eine konstante
Frequenz zu liefern. Die Ausgangsleistung vom Hauptmotor/generatorstator 134 ist
typischerweise eine Dreiphasen-Wechselstromleistung. Eine oder mehrere
Statorausgangsleitungen 135 liefert bzw. liefern die erzeugte
Wechselstromleistung über einen
oder mehrere Klemmenaufbauten 160, die nachstehend ausführlicher
besprochen werden, zu externen Systemen und Einrichtungen. Die Motor/Generator-Steuereinheit 140 kann
den Leistungsausgang auf Basis von Überwachungssignalen, die ihr
von Überwachungseinrichtungen 195 bereitgestellt
werden, regulieren. In der dargestellten Ausführungsform drehen sich der
DMG 110, der Erreger 120, und der Hauptmotor/generator 130 alle
mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit entlang einer einzelnen
Achse 198. Man wird jedoch verstehen, dass sich der DMG 110 in
anderen Ausführungsformen
entlang einer unterschiedlichen Achse drehen kann. Überdies
kann die relative Anordnung des DMG 110, des Erregers 120,
und des Hauptmotor/generators 130 in unterschiedlichen
Ausführungsformen
so abgewandelt werden, dass sich der Erreger 120 physisch
zwischen dem DMG 110 und dem Hauptmotor/generator 130 befindet.
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Wenn
das Motor/Generatorsystem 100 als Motor tätig ist,
wird Wechselstromleistung zum Beispiel von einem Wechselstromleistungsversorgungsabschnitt
(nachstehend besprochen) in der Motor/Generator-Steuereinheit 140 zum
Erregerstator 122 und zum Hauptmotor/generatorstator 134 geliefert,
wodurch verursacht wird, dass sich der Hauptmotor/generatorrotor 132 dreht.
Wenn sich der Hauptmotor/generatorrotor 132 dreht, drehen
sich auch der DMG 110 und der Erreger 120. Eine
Positionsab fühlvorrichtung
wie etwa eine Drehmeldereinheit 136 kann ebenfalls im System 100 enthalten sein,
um ein Signal, das für
die Position des Hauptmotor/generatorrotors 132 kennzeichnend
ist, zur Motor/Generator-Steuereinheit 140 zu liefern.
Dieses Positionssignal wird verwendet, um die Wechselstromleistung,
die zum Hauptmotor/generatorstator 134 und zum Erreger
geliefert wird, so zu steuern, dass das maximale Drehmoment erzeugt
wird. Man wird jedoch verstehen, dass die Drehmeldereinheit 136 nicht
im Motor/Generatorsystem 100 enthalten sein muss. Statt
dessen kann das Positionssignal unter Verwendung eines sensorlosen
Verfahrens erzeugt werden, bei dem die Position von verschiedenen
elektrischen Signalen im Motor/Generatorsystem 100 abgeleitet
wird. Eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften physischen
Ausführungsform von
mindestens jenen Teilen des Motor/Generatorsystems 100,
die in einem Gehäuse 200 angebracht sind,
ist in 2 veranschaulicht.
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Der
Erregerstator 122 und der Erregerrotor 124 sind
wie in 3 schematisch gezeigt jeweils aus mehreren Wicklungen 302 bzw. 304 aufgebaut. Wie
oben erwähnt
wurde, liefert die Steuereinheit 140 während des Betriebs als Generator
Gleichstromleistung zu den Erregerstatorwicklungen 302, und
liefert die Steuereinheit während
des Betriebs als Motor Wechselstromleistung zu den Erregerstatorwicklunge 302.
Somit umfasst die Steuereinheit 140 eine erste Leistungsversorgung 307,
die betriebsfähig
ist, um entweder Gleichstromleistung oder Wechselstromleistung zu
liefern. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die erste
Leistungsversorgung 307 einen Gleichstromleistungsversorgungsabschnitt 306 und
einen ersten Wechselstromleistungsversorgungsabschnitt 308.
Man wird verstehen, dass der Gleichstrom- 306 und der Wechselstromleistungsversorgungsabschitt 308 keine
physisch getrennten Abschnitte sein müssen, sondern ein einzelner
Abschnitt sein könnten,
der konfigurierbar ist, um entweder Wechselstrom- oder Gleichstromleistung zu liefern.
Bei der Tätigkeit
als Generator liefert die erste Leistungsversorgung 307 steuerbare
Gleichstromleistung zu den Erregerstatorwicklungen 302. Die
zu den Erregerstatorwicklungen 302 gelieferte Gleichstromleistung
erzeugt im Erregerstator 122 ein Magnetfeld. Eine Antriebsmaschine
(in 3 nicht veranschaulicht) dreht den Erregerrotor 124,
und in den Erregerrotorwicklungen 304 wird Wechselstromleistung
induziert, während
sich der Erregerrotor 124 durch dieses Magnetfeld dreht.
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Die
Steuereinheit 140 umfasst auch eine zweite Leistungsversorgung 309,
die Wechselstromleistung liefert. Bei der Tätigkeit als Motor liefert die erste
Leistungsversorgung 307 Wechselstromleistung zu den Erregerstatorwicklungen 302,
und liefert die zweite Leistungsversorgung 309 Wechselstromleistung
zum Hauptmotor/generatorstator 134 (in 3 nicht
veranschaulicht). Die Wechselstromleistung, die zu den Erregerstatorwicklungen 302 geliefert
wird, erzeugt in den Erregerstatorwicklungen 302 ein schwingendes
Magnetfeld. Dieses schwingende Magnetfeld induziert in den Erregerrotorwicklungen 304 eine
Spannung, die verursacht, dass in den Erregerrotorwicklungen 304 ein
Wechselstrom fließt.
Dieser Wechselstrom wird durch die Gleichrichteraufbauten 150 gleichgerichtet,
und der sich ergebende Gleichstrom wird zum Hauptmotor/generatorrotor 132 geliefert
und stellt die Gleichstromanregung bereit.
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Die
Erregerstatorwicklungen 302 sind auf den Erregerstator 122 gewickelt
und sind extern über mehrere
gesteuerte Schalter 310 bis 318 so angeschlossen,
dass die Erregerstatorwicklungen 302 miteinander selektiv
entweder in einer Reihenschaltung oder in einer Parallelschaltung
gekoppelt sind. Im Besonderen schließt die Schaltersteuerungslogik 320 in
der Steuereinheit 140 während
des Betriebs als Generator die Schalter 310 und 312,
und öffnet sie
die Schalter 314, 316, und 318, was die
Erregerstatorwicklungen 302 miteinander elektrisch in einer Reihenschaltung
koppelt. Umgekehrt öffnet
die Schaltersteuerungslogik 320 während des Betriebs als Motor
die Schalter 310 und 312, und schließt sie die
Schalter 314, 316, und 318, was die Erregerstatorwicklungen 302 miteinander
elektrisch in einer Parallelschaltung koppelt. Durch das elektrische
Koppeln der Erregerstatorwicklungen 302 in einer Parallelschaltung
miteinander wird die gesamte Wechselstromimpedanz der Erregerstatorwicklungen 302 verringert.
Somit kann durch Verwenden eines Wechselstromleistungsversorgungsabschnitts 308 mit
einer Ausgangsspannungsgröße, die
verglichen mit einem Anlassergenerator, der die Erregerstatorwicklungen
sowohl während
des Betriebs als Generator als auch während des Betriebs als Motor
in einer Reihenschaltung behält,
niedriger ist, ein ausreichend hohes Anlassdrehmoment erzeugt werden.
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Wenn
das Motor/Generatorsystem 100 als Flugzeug-Anlassergenerator
ausgeführt
ist, befindet sich das Flugzeug im Allgemeinen am Boden und wird
der Anlassergenerator anfänglich
als Motor betrieben. Somit sind die Schalter 310 und 312 offen und
die Schalter 314, 316, und 318 geschlossen,
wodurch die Erregerstatorwicklungen 302 in einer Parallelschaltung
gekoppelt sind. Zusätzlich
ist der erste Wechselstromleistungsversorgungsabschnitt 308 elektrisch
gekoppelt, um den Erregerstatorwicklungen 302 Wechselstromleistung
zu liefern. Wie oben erwähnt
induziert diese Wechselstromleistung im Erregerrotor 124 eine
Spannung, die wiederum verwendet wird, um die Gleichstromanregung
für den Hauptmotor/generatorrotor 132 bereitzustellen.
Wie oben erwähnt
wurde, liefert der zweite Wechselstromleistungsversorgungsabschnitt 309 Wechselstromleistung
zum Hauptmotor/generatorstator 134, die darin ein Feld
erzeugt. Die Flusswechselwirkung zwischen dem Hauptmotor/generatorstator 134 und
dem Hauptmotor/generatorrotor 132 verursacht eine Drehung.
Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit eine vorbestimmte Größe erreicht
und zu nimmt, schaltet das Motor/Generatorsystem 100 dann
zum Betrieb als Generator um. Dazu schaltet die Schaltersteuerungslogik 320 die
Konfiguration der Schalter 310 bis 318 automatisch
um, um die Erregerstatorwicklungen 302 in einer Reihenschaltung zu
koppeln, und den Gleichstromleistungsversorgungsabschnitt 306 mit
den Erregerstatorwicklungen 302 zu koppeln. Zusätzlich wird
der erste 308 und der zweite Wechselstromleistungsversorgungsabschnitt 309 von
den Erregerstatorwicklungen 302 bzw. vom Hauptmotor/generatorstator 134 entkoppelt.
Man wird verstehen, dass die vorbestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit,
bei der der Betrieb von der Motorbetriebsart zur Generatorbetriebsart
umschaltet, abhängig
von der Art des Motors, der angelassen wird, schwanken kann.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind die Schalter 310 bis 318 relaisbetätigte Kontakte. Man
wird jedoch verstehen, dass andere Arten von Schaltern verwendet
werden können.
Man wird zusätzlich
verstehen, dass andere Schaltkreisanordnungen als die in 3 dargestellte,
bei der die Erregerstatorwicklungen 302 als in zwei gleiche
Abschnitte geteilt und mit vier Klemmenanschlüssen dargestellt sind, ebenfalls
verwendet werden können.
Die dargestellte Konfiguration ist für eine Ausführungsform, die zum Beispiel
mit einem 10-Pol-Anlassergenerator ausgeführt werden kann, nur beispielhaft.
Andere Anordnungen, die mit einem 10-Pol-Anlassergenerator ausgeführt werden
können,
umfassen das Teilen der Erregerwicklungen in fünf gleiche Abschnitte mit zehn
Klemmenanschlüssen.
In der gleichen Weise können
die Erregerwicklungen bei einem 12-Pol-Anlassergenerator in zwei,
drei, vier oder sechs gleiche Abschnitte mit vier, sechs, acht bzw. zwölf Klemmenanschlüssen geteilt
werden. Man wird auch verstehen, dass sich die Schalter 310 bis 318 und/oder
die Schaltersteuerungslogik 320 im oder am Erregerrotor 124 befinden
kann.
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Für verschiedene
andere "N-Pol"-Anlassergeneratoren
können
verschiedene andere Anordnungen ausgeführt werden. Die Anzahl der
Abschnitte und der begleitenden Klemmenanschlüsse kann so gewählt werden,
dass sie Gestaltungsanforderungen und die gewünschte Verringerung der Wechselstromimpedanz
erfüllt.
Im Besonderen wird die Wechselstromimpedanz der Erregerstatorwicklungen 302 um das
Quadrat der Anzahl der parallelen Kreise verringert. Zum Beispiel
wird die Wechselstromimpedanz bei zwei parallelen Kreisen um einen
Faktor von 4 verringert, wird die Wechselstromimpedanz bei drei parallelen
Kreisen um einen Faktor von 9 verringert, und so weiter. Und obwohl
das Teilen der Erregerstatorwicklungen 302 in gleiche Abschnitte
gegenwärtig bevorzugt
ist, ist dies nur für
eine bevorzugte Ausführungsform
beispielhaft und kann auch ein Teilen der Wicklungen 302 in
ungleiche Abschnitte erfolgen.
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Die
Schalter 310 bis 318 und die Erregerstatorwicklungsklemmenanschlüsse können aufgenommen
werden, wenn das Anlassergeneratorsystem 100 anfänglich konstruiert
wird, oder können
in ein bestehendes Anlassergeneratorsystem 100 eingebaut
werden. Um ein bestehendes System 100 abzuändern, werden
die Erregerstatorwicklungen 302 durch selektives Öffnen der
Wicklungsanschlüsse
an den gewünschten
Stellen in die gewünschte
Anzahl von Abschnitten geteilt. Dann kann die passende Anzahl von
Klemmendrähten
und Schaltern richtig in das System angeschlossen werden und der
Steuereinheit 140 entweder eine neue oder eine bestehende
Schaltersteuerungslogik 320 hinzugefügt werden.
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Wie
oben erwähnt
wurde, können
für verschiedene "N-Pol"-Anlassergeneratorerreger 120 verschiedene
Erregerstatorwicklungsanordnungen ausgeführt werden. Unter Bezugnahme
auf die verbleibenden Figuren wird nun eine derartige alternative
Anordnung beschrieben werden. Nach dieser alternativen Anordnung
sind die Erregerstatorwicklungen 302 aus einer oder mehreren
gesonderten Wicklungen aufgebaut, wovon jede in Reihenschaltung um
jeden einen der Statorerregerpole gewickelt ist. Wie in 4,
die eine vereinfachte Darstellung eines Erregerstators 122 ist,
der eine Anzahl von N Polen 402-1, 402-2, 403-3,
... 402-N aufweist, die sich von einem Hauptkörper 401 erstrecken,
deutlicher veranschaulicht sind im Besonderen mehrere gesonderte Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M jeweils in Reihenschaltung um jeden einen der Anzahl
von N Erregerstatorpolen 402-1, 402-2, 403-3,
... 402-N gewickelt. Jede der Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M ist abwechselnd auf jeden Pol 402-1, 402-2, 402-3,
... 402-N gewickelt, um die Polaritäten im gewünschten abwechselnden Nord-Süd-Muster
zu induzieren, wenn Strom durch die Wicklungen fließt.
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Wie 4 ferner
veranschaulicht, weist jeder Erregerstatorpol 402-1, 402-2, 402-3,
... 402-N an sich eine Gesamtanzahl von Windungen der Wicklungen
auf. Von dieser Gesamtanzahl von Windungen macht jede der Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M vorzugsweise 1/M der Gesamtanzahl aus. Zum Beispiel
stellt 5 einen 4-Pol (z.B., N = 4)-Erregerstator 122
mit drei gesonderten Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3 (z.B.,
M = 3) dar, die abwechselnd mit jeweils einer Windung in Reihenschaltung
auf jeden der Pole 402-1, 402-2, 402-3, 402-4 gewickelt
sind. Somit weist jeder der Pole 402-1, 402-2, 402-3, 402-4 an sich
drei gesamte Wicklungswindungen auf, und von dieser Gesamtzahl macht
jede Erregerstatorwicklung 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M 1/3 der Gesamtzahl (d.h., eine Windung) aus.
Man wird verstehen, dass jede der Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M mit mehr als einer Windung auf jeden Pol 402-1, 402-2, 402-3, ... 402-N gewickelt
sein könnte.
Man wird zusätzlich
verstehen, dass die Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M so gewickelt sein könnten, dass jede nicht 1/M
der Gesamtanzahl der Windungen ausmacht, obwohl eine derartige Konfiguration
gegenwärtig
bevor zugt ist.
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Unter
Hinwendung zu 6 wird nun ein Beispiel der
oben beschriebenen alternativen Ausführungsform beschrieben werden.
Dieses besondere Beispiel besteht aus einem 2-Pol (z.B., N = 2)-Erregerstator 122,
der zwei gesonderte Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2 (z.B. M =
2) aufweist, die abwechselnd in Reihenschaltung auf jeden Pol 402-1, 402-2 gewickelt
sind. Zur zusätzlichen
Klarheit ist der Erregerstator 122 in vereinfachter Form dargestellt,
wie dies in 4 und 5 erfolgte.
Die Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2 sind über die mehreren
Schalter 310 bis 318 so verbunden, dass die Eregerstatorwicklungen 302-1, 302-2 miteinander selektiv
entweder in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung gekoppelt
werden. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform schließt die Schaltersteuerungslogik 320 während des
Betriebs als Generator die Schalter 310 und 312,
und öffnet
sie die Schalter 314, 316, und 318, was
die Erregerstatorwicklungen 302,1, 302-2 miteinander
elektrisch in einer Reihenschaltung koppelt. Umgekehrt öffnet die Schaltersteuerungslogik 320 während des
Betriebs als Motor die Schalter 310 und 312, und
schließt
sie die Schalter 314, 316, und 318, was
die Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2 miteinander elektrisch
in einer Parallelschaltung koppelt.
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Ein
Erregerstator 122, der wie in 4 bis 6 dargestellt
konfiguriert ist, stellt gegenüber
den vorher beschriebenen Ausführungsformen
zusätzliche
Flexibilität
bereit. Dies liegt daran, dass einige, oder alle, der Anzahl von
M Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M wie gewünscht
verwendet werden können,
um verschiedene Systemanforderungen zu erfüllen. Zusätzlich können einige, oder alle, der
verwendeten Erregerstatorwicklungen 302-1, 302-2, 302-3,
... 302-M wie gewünscht
selektiv in einer Reihen- und in einer Parallelschaltung gekoppelt
werden, um verschie dene Systemanforderungen zu erfüllen. Somit
können
in einem Erreger, der eine beliebige Anzahl von Polen aufweist,
unterschiedliche Zahlen von parallelen Erregerstatorwicklungskreisen
ausgeführt
werden. Diese zusätzliche Flexibilität gestattet,
dass für
die Anlasser/Motorbetriebsart die optimale Wicklungskonfiguration
erhalten wird, ohne das Betriebsverhalten des Anlassergenerators
in der Generatorbetriebsart, bei der es sich um die Hauptbetriebsart
des Anlassergenerators handelt, zu beeinflussen.
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Es
ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die besondere Ausführungsform
beschränkt
ist, die als die beste ins Auge gefasste Weise zur Ausführung dieser
Erfindung offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen
umfassen wird, die in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen.