[发明专利]用于供给电动发电机中的励磁绕组的旋转变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将电功率从定子传输到转子的设备。这种设备也被称为旋转变换器。本发明还涉及一种装配有这种旋转变换器的电动发电机。

背景技术

同步电机形式的发电机具有位于转子上的一个或多个励磁绕组。励磁绕组是在运行过程中产生恒定磁场的配线(conductor arrangement)，恒定磁场与转子一起旋转以在定子的绕组中感应产生AC电压。可以设置电刷和滑环以向旋转励磁绕组供给电流。然而，它们容易受到磨损。因此常常设置无刷励磁器(exciter)，其中存在形式为外极发电机且向实际发电机的励磁绕组提供电流的辅助发电机。在辅助发电机中，安装到转子上的转子绕组在定子中产生的静磁场中旋转。辅助发电机的转子绕组中产生的电压在适当整流(rectification)后能够用来提供给实际发电机的励磁绕组。然而，这种辅助发电机需要相对大的空间。

WO 95/26069因此提出使用一种旋转变换器将电功率从定子传输到转子，以代替辅助发电机。那里所提出的旋转变换器包括两个线圈，所述两个线圈绕旋转轴同心地缠绕，并且沿所述旋转轴彼此轴向相对。这种设计使旋转变换器在实践中仅布置在转子轴的端部，并且这相当大地限制设计自由度，结果，当必须使用大型发电机时，这种解决方案特别不适合。

US 6,483,218也提出一种具有这种旋转变换器的电动发电机。在这里，所述变换器同样包括绕转子轴缠绕的两个同心绕组，其中，初级绕组布置在次级绕组的径向外侧，并且部分地环绕次级绕组。然而，这种布置也严重限制电动发电机的可能形式。而且，在组装过程中必须遵守非常特定的顺序。

US 3,758,845提出一种用于电机(electrical machine)的旋转变换器，其中，在转子的外表面上安装扁矩形次级绕组，并且与相应的初级绕组径向相对。虽然这种变换器使装配它的电动发电机组装简单，形式灵活，但仅适用于小信号的传输。而且，能够传输的功率高度依赖瞬间的转子位置。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于限定一种用于将电功率从电子传输到能够旋转的转子的设备，并且所述设备能够设计成节省空间的方式，所述设备组装简单，并且允许在更小依赖旋转角度的条件下传输更大的功率级。

这个目的通过具有权利要求1的特征的设备实现。优选实施例在从属权利要求中限定。

因此，本发明限定一种用于将电功率从定子传输到转子的设备，所述设备具有：

AC电压源，其用于产生AC电压；

定子，其具有由所述AC电压源输电的初级绕组装置；以及

转子，其具有次级绕组装置，所述次级绕组装置具有一个或多个次级绕组，感应耦合到所述初级绕组装置，其中，所述转子布置成使得转子能够绕旋转轴旋转并且限定旋转方向。

该设备的区别之处在于所述初级绕组装置具有至少两个，优选三个或更多个初级绕组，所述转子的旋转轴不通过所述初级绕组，所述初级绕组中的每一个都相对于所述旋转轴的旋转方向在预定扇区(角度范围)上延伸，并且所述初级绕组相对于所述旋转方向彼此偏置地布置。

术语至少两个初级绕组还意图覆盖包括两个半部分的线圈的实施例，所述两个半部分在组装过程中彼此连接，然后形成绕组。

每个初级绕组优选延伸至多180°的扇区，并且所述初级绕组布置成使得所述初级绕组不重叠，并且特别是相对于旋转方向一个在另一个后面地布置。

由于形成所述转子轴不通过的至少两个分开的初级绕组，能够一方面彼此分开地装配初级绕组，并且这样在不可能装配具有共轴绕组的变换器的位置设置变换器。特别地，所述变换器不需要布置在所述转子的一个端部，如现有技术中的解决方案那样的情况。而且，所需要的空间显著小于辅助发电机所占用的空间，结果，所述转子不需要不必要地延长。这里作出的特别贡献在于，变换器能够以相对高的频率运行，这样允许高功率密度。另一方面，保证甚至是相对高功率级的稳定传输，这是因为不只存在单个初级绕组，而是存在在周缘上分布地布置的多个这种初级绕组。

在本上下文中，绕组意思是形式为环的任何期望的导体装置，其适用于电流流过和适用于在该过程中产生磁场，并且其适用于允许磁通量通过和适用于输出作为该通量变化的结果的感应电压。在这种情况下，绕组能够常规地是具有一匝(turn)或多匝的线圈。然而，例如，还可以包括单个导体环和/或金属杆，带或中空导体，水或气体能够为冷却目的而穿过中空导体。