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Title:
ROTARY TRANSMITTER AND SEPARATELY EXCITED SYNCHRONOUS MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/105764
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotary transmitter, in particular transformatoric rotary transmitter, comprising a primary winding (7) and a secondary winding (6) that is inductively coupled thereto and rotatably arranged relative to the primary winding, wherein the windings extend over the same axial region or at least over the same axial partial region. A first ferrite core (2) is associated with the primary winding and a second ferrite core (3) is associated with the secondary winding, wherein the first and the second ferrite cores extend over at least one equal axial partial region and extend over an equal radial partial region.

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Inventors:
SCHMIDT, Josef (Erfurter Strasse 8, Graben-Neudorf, 76676, DE)
LEICHTER, Thomas (Hambacher Str. 39, Karlsruhe, 76187, DE)
SCHWESINGER, Klaus (Schlossbergring 33, Bruchsal, 76646, DE)
PODBIELSKI, Leobald (Im Grün 57, Karlsruhe, 76199, DE)
Application Number:
EP2010/001533
Publication Date:
September 23, 2010
Filing Date:
March 11, 2010
Export Citation:
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Assignee:
SEW-EURODRIVE GMBH & CO. KG (Ernst-Blickle-Str. 42, Bruchsal, 76646, DE)
SCHMIDT, Josef (Erfurter Strasse 8, Graben-Neudorf, 76676, DE)
LEICHTER, Thomas (Hambacher Str. 39, Karlsruhe, 76187, DE)
SCHWESINGER, Klaus (Schlossbergring 33, Bruchsal, 76646, DE)
PODBIELSKI, Leobald (Im Grün 57, Karlsruhe, 76199, DE)
International Classes:
H01F3/00; H01F38/18; H02K19/16
Foreign References:
EP0680060A11995-11-02
DE2234472A11974-01-24
US5519275A1996-05-21
EP0688028A11995-12-20
DE102005047551A12007-04-12
DE102006056682A12007-07-19
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche:

1. Drehübertrager, insbesondere transformatorischer Drehübertrager zur Versorgung einer Erregerwicklung einer fremderregten Synchronmaschine, mit einer Primärwicklung und eine an diese induktiv gekoppelte, relativ zur Primärwicklung drehbar angeordnete Sekundärwicklung,

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,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste und der zweite Ferritkern sich über zumindest einen gleichen axialen Teilbereich erstrecken und sich zumindest über einen gleichen radialen Teilbereich erstrecken.

2. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferritkerne der jeweiligen Wicklung an einem jeweiligen zugeordneten Halteteil befestigt sind.

3. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteteile auf Aluminium gefertigt sind.

4. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Wicklungen jeweils eine Kapazität derart in Reihe und/oder parallel zugeschaltet sind, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des in die Primärwicklung eingespeisten Stromes entspricht.

5. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferritkerne jeweils axial geöffnet ausgeführt sind.

6. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wesentliche Teil des Magnetflusses vom ersten zum zweiten Ferritkern den Luftspalt zwischen erstem_und zweitem Ferritkern in radialer Richtung_durchdringL

7. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil des zweiten Ferritkerns auf einer Welle angeordnet ist.

8. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ferritkern eine derartige Form aufweist, dass er im Wesentlichen einem Vollzylinder 5 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,

insbesondere wobei der Ferritkern aus Ferritplatten derart zusammengesetzt ist, dass diese 10 Form zumindest näherungsweise erreicht wird.

9. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ferritkerne axial ineinander eingeschoben oder verschachtelt vorgesehen sind. 15

10. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle durch die Zentralbohrung des zweiten Ferritkerns hindurchragt.

20 11. Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Ausnehmung und die Zentralbohrung ausgeprägt hohle Mittelzapfen des zweiten Ferritkerns in die Zentralbohrung des ersten Ferritkerns hineinragt.

12. Fremderregte Synchronmaschine mit einem Drehübertrager nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

wobei die Synchronmaschine einen drehbar gelagerten Rotor aufweist, auf dem eine Erregerwicklung angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

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.

Description:
Drehübertrager und Fremderregte Synchronmaschine

Beschreibung:

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.

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 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Drehübertrager sind, dass der Drehübertrager, insbesondere ein transformatorischer Drehübertrager, mit einer Primärwicklung und eine an diese induktiv gekoppelte, relativ zur Primärwicklung drehbar angeordnete Sekundärwicklung,

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.

BESTATIGUNGSKOPIE 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.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ferritkerne der jeweiligen Wicklung an einem jeweiligen zugeordneten Halteteil befestigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige mechanische Befestigung erreichbar ist, insbesondere durch Kleben oder dergleichen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung 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 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,

insbesondere 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.

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. Bezugszeichenliste

Halteteil Ferritkern der Statorwicklung Ferritkern der Rotorwicklung Welle Halteteil Rotorwicklung Statorwicklung

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In Figur 1 ist ein Drehübertrager gezeigt, der zwei relativ zueinander drehbar angeordnete Wicklungen umfasst. Im Folgenden wird der Einfachheit halber die erste Wicklung als Statorwicklung und die zweite Wicklung als Rotorwicklung bezeichnet. Denn die erste

Wicklung ist relativ zur Umgebung fest, also stationär, vorsehbar und die zweite Wicklung ist drehbar lagerbar, beispielsweise über Kugellager, an der Welle 4.

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 Figur 1 gezeigten Schenkel in weiten axialen Bereichen parallel verlaufen.

Der Luftspalt zwischen den Ferritkernen 2 und 3 hat in Figur 1 einen L-förmigen Verlauf. Der gesamte Raumbereich des Luftspaltes ist also sozusagen aus einem axial orientierten Hohlzylinder und einem radial orientierten Hohlzylinder zusammengesetzt, die aneinander angrenzen.

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.