PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10301272A1 05.08.2004
Titel Elektrische Maschine für den Propulsionsantrieb eines U-Boots mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Tölle, Hans-Jürgen, 90419 Nürnberg, DE;
Vogel, Reinhard, Dr., 91074 Herzogenaurach, DE;
Wengler, Peter, 91058 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 15.01.2003
DE-Aktenzeichen 10301272
Offenlegungstag 05.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.08.2004
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
Zusammenfassung Eine elektrische Maschine für den Propulsionsantrieb eines U-Boots mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine (1) hat einen Ständer (2), in dem eine Ständerwicklung (3) angeordnet ist.
Um eine derartige elektrische Maschine mit hoher Redundanz und Verfügbarkeit auszugestalten, wobei mit geringem Aufwand eine hohe Reduzierung der bei ihrem Betrieb entstehenden Geräusche erreicht werden soll und ein im Vergleich zum Stand der Technik erhöhtes Maß an Windungs- und Erdschlusssicherheit gewärleistet werden soll, wird vorgeschlagen, dass die Ständerwicklung (3) als Wellenwicklung (3) ausgebildet ist und eine Vielzahl Wicklungsstränge aufweist, dass jeder Wicklungsstrang der Wellenwicklung (3) durch einen separaten, einphasigen Umrichter gespeist ist, dass sich die Umrichter in Form von Umrichtermodulen (6) im Inneren der Synchronmaschine (1) befinden und dass die Umrichter in axialer Richtung zwischen einem A-seitigen Lagerschild (11) und einem B-seitigen Lagerschild (12) in einem Umrichterhaltegerüst (13) angeordnet sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine für den Propulsionsantrieb eines U-Boots mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine, mit einem Ständer, in dem eine Ständerwicklung angeordnet ist. Zu der Synchronmaschine gehört ein Läufer, auf dem Permanentmagnete vorgesehen sind.

Eine derartige elektrische Maschine, wie sie beispielsweise in der EP-B-0 194 433 näher beschrieben ist, kommt zunehmend in Antriebseinrichtungen von U-Booten zum Einsatz, da ihre Verwendung für derartige Zwecke u.a. mit einer erheblichen Reduzierung des erforderlichen Platzbedarfs einhergeht, woraus sich bootsbauseitig erhebliche Kosteneinsparungen ergeben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige elektrische Maschine für den Propulsionsantrieb eines U-Boots mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine derart weiterzubilden, dass eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Redundanz und Verfügbarkeit realisiert wird, wobei mit geringem technisch-konstruktiven Aufwand eine hohe Reduzierung der im Betrieb der elektrischen Maschine entstehenden Geräusche erreichbar sind soll und im Vergleich zum Stand der Technik ein erhöhtes Maß an Windungs- und Erdschlusssicherheit gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ständerwicklung der permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine als Wellenwicklung ausgebildet ist und eine Vielzahl Wicklungsstränge aufweist, dass jeder Wicklungsstrang der Wellenwicklung durch einen separaten, einphasigen Umrichter gespeist ist, dass sich die Umrichter in Form von Umrichtermodulen im Inneren der Synchronmaschine befinden und dass die Umrichter in axialer Richtung zwischen einem A-seitigen Lagerschild und einem B-seitigen Lagerschild in einem Umrichterhaltegerüst angeordnet sind. Aufgrund der Ausgestaltung der Ständerwicklung als Wellenwicklung, die eine Vielzahl einzelne Wicklungsstränge aufweist, wobei jeder Wicklungsstrang durch einen einphasigen Umrichter gespeist wird, ergibt sich ein im Vergleich zum Stand der Technik beträchtlich erhöhtes Maß an Windungs- und Erdschlusssicherheit; des weiteren ist es möglich, die derart ausgestaltete elektrische Maschine auch bei einem einpoligen Windungs- und Erdschluss weiter zu betreiben. Durch die Anordnung der in Umrichtermodulen vorgesehenen Umrichter innerhalb des Maschinengehäuses in axialer Richtung zwischen dem A-und dem B-seitigen Lagerschild wird eine hohe Kompaktheit der gesamten Antriebsanlage des U-Boots und eine weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Störeinflüssen erreicht, wobei darüber hinaus die von den Umrichtern ausgehenden EMV-Störbeeinflussungen weitestgehend reduziert werden. Da jeder Wicklungsstrang der als Wellenwicklung ausgebildeten Ständerwicklung durch einen separaten einphasigen Umrichter gespeist wird, ist eine hohe Redundanz erreichbar. Des Weiteren ergibt sich aufgrund der separaten Speisung durch einphasige Umrichter die Möglichkeit, auch die Oberwellen des elektromagnetischen Feldes nutzbringend zur Drehmomentenbildung zu verwenden, da sich durch die einphasige Speisung der Wicklungsstränge nahezu beliebige zeitliche Verläufe der Ständerströme realisieren lassen. Insbesondere besteht in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, die Zeitverläufe der Ständerströme so zu wählen, dass die störenden Pendelmomente sehr klein werden und damit die hohen Anforderungen an die Geräuscharmut für Antriebsanlagen von U-Booten erfüllt werden können. Die Umrichter der vorstehend geschilderten elektrischen Maschine sind in vorteilhafter Weise in Modulbauweise ausgeführt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist deren Wellenwicklung als Stabwicklung ausgebildet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine hat die als Wellenwicklung ausgebildete Ständerwicklung der permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine eine geradzahlige Anzahl von Wicklungssträngen, so dass in jedem Umrichtermodul in vorteilhafter Weise zwei Umrichter angeordnet werden können. Durch die Wahl einer geradzahligen Anzahl von Wicklungssträngen und Umrichtern ist es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, jeweils die Hälfte der Umrichter an ein von zwei Teilnetzen des Bordnetzes anzuschließen und dabei eine gleichmäßige Lastaufteilung auf beide Teilnetze zu erreichen.

Die permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann vorteilhaft 24 Wicklungsstränge aufweisen, denen 24 Umrichter und 12 Umrichtermodule zugeordnet sind, wobei in den Umrichtermodulen jeweils zwei Umrichter angeordnet sind.

Es ist möglich, dass jedes Umrichtermodul ein oder mehrere Umrichter aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

1 einen Teilschnitt einer prinzipiellen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einer permanent magnetisch erregten Synchronmaschine und innerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Umrichtern; und

2 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung von Wicklungssträngen und Umrichtern der in 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.

Eine in 1 in prinzipieller Form im Teilschnitt dargestellte elektrische Maschine mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine 1 wird in U-Booten als Propulsionsantrieb eingesetzt. Ein wesentlicher Bestandteil der permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine 1 einer derartigen Antriebsanlage ist ein Ständer 2 mit einer Ständerwicklung 3.

Im Falle der erfindungsgemäßen Ausführungsform der elektrischen Maschine ist die Ständerwicklung 3 als Wellenwicklung 3 ausgebildet. Diese als Wellenwicklung 3 ausgebildete Ständerwicklung 3, hat, wie sich insbesondere aus der prinzipiellen Darstellung in 2 ergibt, eine Vielzahl von Wicklungssträngen 4, von denen im Falle der in 2 prinzipiell gezeigten Ständerwicklung 3 24 Wicklungsstränge 4 vorgesehen sind.

Der Anschluss jedes einzelnen Wicklungsstrangs 4 an einen ihm allein zugeordneten Umrichter WR101 bis WR112 bzw. WR201 bis WR212 erfolgt mittels Verbindungsleitungen 5. Jeder Wicklungsstrang 4 der als Wellenwicklung 3 ausgebildeten Ständerwicklung 3 der Synchronmaschine 1 wird durch den jeweils einen, nur für diesen Wicklungsstrang 4 vorgesehenen Umrichter WR gespeist. Die Umrichter WR, die die Ständerwicklung 3 speisen, sind im Inneren der permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine 1 in axialer Richtung zwischen einem A-seitigen Lagerschild 11 und einem B-seitigen Lagerschild 12 in einem Umrichterhaltegerüst 13 angeordnet und befinden sich in Umrichtermodulen 6.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Umrichter WR, nämlich die Umrichter WR101 und WR102, die Umrichter WR103 und WR104, die Umrichter WR105 und WR106, die Umrichter WR107 und WR108, die Umrichter WR109 und WR110, die Umrichter WR111 und WR112, die Umrichter WR201 und WR202, die Umrichter WR203 und WR204, die Umrichter WR205 und WR206, die Umrichter WR207 und WR208, die Umrichter WR209 und WR210 und die Umrichter WR211 und WR121 zu einem Umrichtermodul 6 zusammengefaßt.

Jeweils sechs Umrichtermodule 6 sind über eine für sie vorgesehene Anschlussleitung 7 bzw. 8 an jeweils ein Teilnetz 9 bzw. 10 eines Bordnetzes angeschlossen.

Anstelle von zwei Umrichtern WR je Umrichtermodul 6 können mehr als zwei Umrichter WR zu einem Umrichtermodul zusammengefasst sein.


Anspruch[de]
  1. Elektrische Maschine für den Propulsionsantrieb eines U-Boots mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine (1), mit einem Ständer (2), in dem eine Ständerwicklung (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung (3) als Wellenwicklung (3) ausgebildet ist und eine Vielzahl Wicklungsstränge (4) aufweist, dass jeder Wicklungsstrang (4) der Wellenwicklung (3) durch einen separaten, einphasigen Umrichter (WR) gespeist ist, dass sich die Umrichter (WR) in Form von Umrichtermodulen (6) im inneren der Synchronmaschine (1) befinden und dass die Umrichter (WR) in axialer Richtung zwischen einem A-seitigen Lagerschild (11) und einem B-seitigen Lagerschild (12) in einem Umrichterhaltegerüst (13) angeordnet sind.
  2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, deren Wellenwicklung (3) als Stabwicklung ausgebildet ist.
  3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, deren Wellenwicklung (3) eine geradzahlige Anzahl von Wicklungssträngen (4) aufweist, denen eine ebenso große Anzahl von Umrichtern (WR) zugeordnet ist.
  4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der Umrichtermodule (6) vorgesehen sind, in denen jeweils ein, zwei oder mehrere Umrichter (WR) angeordnet ist bzw. sind.
  5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeweils die Hälfte der Umrichter (WR) an ein von zwei Teilnetzen (9, 10) des Bordnetzes angeschlossen ist.
  6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Synchronmaschine (1) 24 Wicklungsstränge (4) aufweist, denen 24 Umrichter (WR) und 12 Umrichtermodule (6) zugeordnet sind, in denen jeweils Umrichter (WR) angeordnet sind.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com