Die Erfindung betrifft einen Drehübertrager und eine fremderregte Synchronmaschine.
Transformatoren weisen zumeist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf, wobei derartig geformte Ferritkerne vorgesehen sind, dass die Verluste reduziert sind und somit ein hoher Wirkungsgrad bei der Übertragung erreichbar ist.
Aus der
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verlustarme Übertragung bei einem Drehübertrager zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Drehübertrager nach den in Anspruch 1 und bei der fremderregten Synchronmaschine nach den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Drehübertrager sind, dass der Drehübertrager, insbesondere ein transformatorischer Drehübertrager, eine Primärwicklung und eine an diese induktiv gekoppelte, relativ zur Primärwicklung drehbar angeordnete Sekundärwicklung aufweist, wobei die Wicklungen sich über denselben axialen Bereich oder zumindest über einen gleichen axialen Teilbereich erstrecken,
der Primärwicklung ein erster und der Sekundärwicklung ein zweiter Ferritkern zugeordnet ist,
wobei der erste und der zweite Ferritkern sich über zumindest einen gleichen axialen Teilbereich erstrecken und sich zumindest über einen gleichen radialen Teilbereich erstrecken.
Von Vorteil ist dabei, dass ein Luftspalt realisierbar ist, der sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstreckt und somit durch große Oberflächen an den Ferritkernen begrenzt wird. Auf diese Weise ist ein geringer magnetischer Widerstand erreichbar für den Transformator. Weil somit der Magnetisierungsstromanteil gering haltbar ist, ist daher auch die einspeisende Stromquelle oder Spannungsquelle entlastbar. Denn die Anordnung ermöglicht eine höhere Magnetisierungsinduktivität bei gleicher Windungszahl im Vergleich zum Stand der Technik. Außerdem ist die Empfindlichkeit gegenüber Luftspalttoleranzen reduziert.
Erfindungsgemäß weist jeder Ferritkern eine derartige Form auf, dass er im Wesentlichen einem Vollzylinder entspricht, der eine Zentralbohrung aufweist und in den eine mittig angeordnete ananasscheibenförmige oder torusförmige Ausnehmung eingebracht ist, die eine geringere axiale Ausdehnung hat als der Vollzylinder, wobei der Ferritkern aus Ferritplatten derart zusammengesetzt ist, dass diese Form zumindest näherungsweise erreicht wird. Von Vorteil ist dabei, dass auch geringe Stückzahlen kostengünstig fertigbar sind, insbesondere müssen im Lager nur geringe Mengen gelagert werden. Erfindungsgemäß sind die Ferritkerne der jeweiligen Wicklung an einem jeweiligen zugeordneten Halteteil stoffschlüssig befestigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige mechanische Befestigung erreichbar ist, insbesondere durch Kleben oder dergleichen. Erfindungsgemäß sind die Halteteile auf Aluminium gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass Verluste reduzierbar sind, insbesondere Wirbelstrombedingte Verluste.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind den Wicklungen jeweils eine Kapazität derart in Reihe und/oder parallel zugeschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des in die Primärwicklung eingespeisten Stromes entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass die Empfindlichkeit gegen Luftspalttoleranzen oder -änderungen noch weiter reduzierbar ist und ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ferritkerne jeweils axial geöffnet ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Ferritkerne nicht gleich ausgeführt sind und somit zumindest teilweise axial ineinander einschiebbar anordenbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung durchdringt der wesentliche Teil des Magnetflusses vom ersten zum zweiten Ferritkern den Luftspalt zwischen erstem und zweitem Ferritkern in radialer Richtung. Von Vorteil ist dabei, dass eine große Oberfläche der Ferritkerne zur Begrenzung des Luftspaltes bereit stellbar ist und somit ein geringer magnetischer Widerstand für den Feldfluss erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Halteteil des zweiten Ferritkerns auf einer Welle angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Lagerung des Ferritkerns über die Lagerung der Welle realisierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Ferritkerne axial ineinander eingeschoben oder verschachtelt vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine kompakte Anordnung erreichbar ist mit wenigen Sorten an Lagerteilen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ragt die Welle durch die Zentralbohrung des zweiten Ferritkerns hindurch. Von Vorteil ist dabei, dass dieser direkt oder mittels eines Halteteils auf der Welle befestigbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ragt der durch die Ausnehmung und die Zentralbohrung ausgeprägte hohle Mittelzapfen des zweiten Ferritkerns in die Zentralbohrung des ersten Ferritkerns hinein. Von Vorteil ist dabei, dass eine verschachtelte Anordnung der beiden Ferritkerne ermöglicht ist.
Wichtige Merkmale bei der fremderregten Synchronmaschine mit dem Drehübertrager sind, dass die Synchronmaschine einen drehbar gelagerten Rotor aufweist, auf dem eine Erregerwicklung angeordnet ist,
wobei der Drehübertrager in einem anderen axialen Bereich als die Erregerwicklung angeordnet ist, insbesondere wobei die Wicklungen des Drehübertragers axial, insbesondere in Rotorachsrichtung, beabstandet sind von der Erregerwicklung der Synchronmaschine, wobei die Erregerwicklung auf dem Rotor angeordnet ist. Vorteilig ist hierbei die kompakte Ausführmöglichkeit.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Ein vorzugsweise aus Aluminium gefertigtes Halteteil nimmt den Ferritkern 2 der Statorwicklung der Statorwicklung auf oder ist mit diesem verbunden, beispielsweise stoffschlüssig.
Der Ferritkern 2 ist derart geformt, dass er die Statorwicklung 7 aufnimmt und im Wesentlichen umfasst, wobei in axialer Richtung eine Öffnung vorgesehen ist. Dabei ist ein Raumbereich radial über der Statorwicklung ausgefüllt mit der Rotorwicklung 6, so dass die Rotorwicklung 6 und die Statorwicklung 7 zumindest teilweise einen gemeinsamen axialen Teilbereich überdecken. Sie stehen sich also radial direkt gegenüber. Die Statorwicklung 7 ist von der Rotorwicklung 6 radial umgeben.
Der Ferritkern 3 der Rotorwicklung 6 ist derart geformt, dass er die Rotorwicklung 7 aufnimmt und im Wesentlichen umfasst, wobei in axialer Richtung eine Öffnung vorgesehen ist.
Die Ferritkerne 2 und 3 sind ineinander verschachtelt angeordnet, so dass die in
Der Luftspalt zwischen den Ferritkernen 2 und 3 hat in
Wichtig ist auch, dass die Ferritkerne 2 und 3 sich axial über zumindest einen gleichen Teilbereich erstrecken. Ebenso erstrecken sich beide über zumindest einen gleichen radialen
Teilbereich. Auf diese Weise begrenzt bei beiden Ferritkernen 2 und 3 jeweils eine sehr große Oberfläche den Luftspalt zwischen den beiden Kernen 2 und 3.
Obwohl die Kerne 2 und 3 nur in axialer Richtung eine Öffnung aufweisen, durchdringt der größte Teil des Flusses den Luftspalt in radialer Richtung.
Da der magnetische Widerstand des Drehübertragers sehr gering ist wegen der großen den Luftspalt begrenzenden Oberflächen ist primärseitig ein kleiner Magnetisierungsstromanteil erreichbar und somit die primärseitige Spannungsquelle oder Stromquelle gering belastet.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine hohe Magnetisierungsinduktivität erreichbar, insbesondere eine höhere wie im Stand der Technik bei gleicher Windungszahl.
Dadurch dass die Halteteile 1 und 5 aus Aluminium ausgeführt sind, sind mechanische Haltefunktionen bei geringen Übertragungs-Verlusten erreichbar.
Vorzugsweise wird die Anordnung derart betrieben, dass der Primärstrom, beispielsweise der in die Statorwicklung eingespeiste Strom eine Frequenz aufweist, die zwischen 10 und 500 kHz liegt, insbesondere zwischen 15 und 30 kHz.
Die Wicklungen 6 und 7 sind auch als Teil einer Resonanzschaltung vorsehbar, so dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des eingespeisten Primärstroms entspricht. Auf diese Weise ist ein hoher Wirkungsgrad erreichbar. Darüber hinaus sind auch Daten übertragbar, wobei hierzu Stromanteile höherer Frequenz zusätzlich aufmoduliert werden und sekundärseitig wieder demoduliert werden. Dieses Datenübertragung ist auch bidirektional ausführbar.
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