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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen Drehtransformator-Rotor, welche eine Leiterplatte sowie eine Transformator-Sekundärspule des Drehtransformator-Rotors umfasst. Die Erfindung betrifft zudem einen Drehtransformator mit einer solchen Baugruppe. Ferner betrifft die Erfindung eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen Drehtransformator.
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Ein elektrischer Drehtransformator kommt zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz. Zu diesem Zweck weist der Drehtransformator eine Primärspule sowie eine Sekundärspule auf. Die Primärspule ist üblicherweise ortsfest, wogegen die Sekundärspule relativ zur Primärspule beweglich, insbesondere rotierbar ist. Zu diesem Zweck weist ein solcher Drehtransformator üblicherweise einen ortsfesten Stator sowie einen relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor auf. Der Stator des Drehtransformators, nachfolgend auch als Drehtransformator-Stator bezeichnet, weist gewöhnlich die Primärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule bezeichnet wird. Der Rotor des Drehtransformators, nachfolgend auch als Drehtransformator-Rotor bezeichnet, weist gewöhnlich die Sekundärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Sekundärspule bezeichnet wird.
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Ein solcher Drehtransformator kommt insbesondere in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine zum Einsatz. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine weist einen ortsfesten Stator sowie einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierenden Rotor auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Stator und Maschinen-Rotor bezeichnet werden. Dabei wirken ein magnetisches Rotorfeld des Maschinen-Rotor und ein magnetisches Statorfeld des Maschinen-Stators zusammen. In der fremderregten elektrischen Synchronmaschine wird das benötigte Rotorfeld des Maschinen-Rotors fremderregt. Zu diesem Zweck weist der Maschinen-Rotor in der Regel eine Rotorspule auf, welche mit einer Gleichspannung zum Erzeugen des magnetischen Felds versorgt wird. Die Versorgung der Rotorspule kann mittels des Drehtransformators erfolgen.
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Ein derartiger Synchronmotor mit einem Drehtransformator ist beispielsweise aus der
EP 2 869 316 B1 bekannt. Der Drehtransformator-Rotor weist eine Leiterplatte auf, auf der sich vier Wicklungen der Transformator-Sekundärspule spiralförmig erstrecken. Für die jeweilige Wicklung sind zwei elektrische Anschlüsse in der Leiterplatte vorgesehen, wobei die Wicklungen zusammengeschaltet sind. Zu diesem Zweck werden die Wicklungen mittels Leiterbahnen der Leiterplatte sowie Durchkontaktierungen, sogenannten „Vias“, elektrisch miteinander verbunden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine eine Leiterplatte sowie eine Primärwicklung eines Drehtransformator-Rotors eines elektrischen Drehtransformators der eingangs genannten Art aufweisende Baugruppe, für einen Drehtransformator mit einer solchen Baugruppe und für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen Drehtransformator verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche Nachteile aus dem Stand bekannter Lösungen beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für die Baugruppe, für den Drehtransformator sowie für die fremderregte elektrische Synchronmaschine Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Effizient auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer zumindest eine Leiterbahn einer Leiterplatte aufweisenden Spule eines elektrischen Drehtransformators, welche eine Achse umgebend verläuft, ein Ende des Verlaufs mit einem zugehörigen elektrischen Anschluss der Leiterplatte mittels einer sich außerhalb der Leiterplatte erstreckenden Stromschiene elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise sind für die elektrische Verbindung des Endes des Verlaufs, nachfolgend auch als Spiralende bezeichnet, mit dem zugehörigen Anschluss keine elektrischen Verbindungen innerhalb der Leiterplatte, insbesondere keine Leiterbahnen innerhalb der Leiterplatte benötigt und vorzugsweise vorgesehen. Insbesondere können auf diese Weise den Verlauf der Spule unterbrechende und einschränkende Leiterbahnen der Leiterplatte entfallen. In der Folge steht der zumindest einen Leiterbahn der Spule ein größerer Querschnitt der Leiterplatte zur Verfügung. Somit sind der Leitungsquerschnitt und folglich die Stromtragfähigkeit der zumindest einen Leiterbahn und folglich der Spule erhöht. In der Folge ist eine erhöhte Effizienz des Drehtransformators erreicht. Bei der Spule und der Leiterplatte handelt es sich dabei um Bestandteile eines Rotors des Drehtransformators, wobei die Leiterplatte und die Stromschiene Bestandteile einer Baugruppe des Rotors sind.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Baugruppe die Leiterplatte auf. Die Leiterplatte rotiert im Betrieb des zugehörigen elektrischen Drehtransformators um eine axial verlaufende Rotationsachse. Die Baugruppe weist ferner die Spule auf, welche eine Sekundärspule des Drehtransformators ist und nachfolgend auch als Transformator-Sekundärspule bezeichnet wird. Die Transformator-Sekundärspule ist an der Leiterplatte versehen und weist zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Leiterbahn bezeichnet wird. Die zumindest eine Transformator-Leiterbahn verläuft von einem Anfang bis zu einem Ende die Rotationsachse umgebend. Der Anfang wird nachfolgend auch als Spiralanfang und das Ende als Spiralende bezeichnet.. Die Leiterplatte weist für den Spiralanfang und für das Spiralende jeweils einen elektrischen Anschluss auf. Die Leiterplatte weist somit einen elektrischen Anfangsanschluss zum elektrischen Anschließen des Spiralanfangs und einen elektrischen Endanschluss zum elektrischen Anschließen des Spiralendes auf. Dabei ist der Endanschluss zum Spiralende radial, insbesondere nach innen, versetzt angeordnet. Die Baugruppe weist zudem einen zumindest die Stromschiene umfassenden Körper auf, der nachfolgend auch als Schienenkörper bezeichnet wird. Der Schienenkörper erstreckt sich außerhalb der Leiterplatte und ist an der Leiterplatte drehfest befestigt. Dabei verbindet die Stromschiene das Spiralende elektrisch mit dem Endanschluss.
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Vorteilhaft verläuft die zumindest eine Transformator-Leiterbahn vom Spiralanfang bis zum Spiralende die Rotationsachse umgebend spiralförmig.
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Vorstellbar ist es auch, dass die zumindest eine Transformator-Leiterbahn vom Spiralanfang bis zu zum Spiralende die Rotationsachse umgebend kreisförmig mit einem Schlag in der Art eines „S“ und somit mit einem S-Schlag verläuft.
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Die Transformator-Sekundärspule ist bevorzugt als eine Planarwicklung ausgebildet.
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Der jeweilige zumindest eine elektrische Anschluss kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.
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Der jeweilige elektrische Anschluss kann als Kontaktfläche, dem Fachmann auch als „Pad“ bekannt, als Durchkontaktierung, dem Fachmann auch als „Via“ bekannt oder als Durchkontaktierung in der Kontaktfläche, dem Fachmann auch als „Viain-Pad“ bekannt, ausgeführt sein.
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Der jeweilige elektrische Anschluss kann prinzipiell alle Lagen der Leiterplatte kontaktieren.
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Vorstellbar ist es auch, dass der jeweilige elektrische Anschluss nicht alle Lagen der Leiterplatte kontaktiert. Insbesondere sind sogenannte „Blind Vias“ denkbar, welche gezielt nur einzelne Lagen der Leiterplatte kontaktieren.
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Die Stromschien kann prinzipiell aus einem beliebigen Werkstoff oder Matetrial hergestellt sein.
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Insbesondere ist die Stromschiene aus als Kupfer, Aluminium oder einem mit Kupfer beschichteten Aluminium.
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Die Baugruppe kommt in einem elektrischen Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz.
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Der Drehtransformator weist zur induktiven Energieübertragung eine Primärspule und die Transformator-Sekundärspule auf. Die Primärspule wird nachfolgend auch als Transformator-Primärspule bezeichnet. Zudem weist der Drehtransformator einen ortsfesten Stator, nachfolgend auch als Drehtransformator-Stator bezeichnet, sowie einen Rotor, nachfolgend auch als Drehtransformator-Rotor bezeichnet, auf. Der Drehtransformator-Stator weist die Transformator-Primärspule auf. Der Drehtransformator-Rotor weist die Transformator-Sekundärspule auf. Die Baugruppe ist folglich Bestandteil des Drehtransformator-Rotors. Der Drehtransformator-Rotor ist relativ zum Drehtransformator-Stator um die axial verlaufende Rotationsachse rotierbar. Im Betrieb rotiert somit der Drehtransformator-Rotor relativ zum Drehtransformator-Stator um die Rotationsachse. Dabei sind die Transformator-Sekundärspule und die Transformator-Primärspule axial gegenüberliegend angeordnet. Zur induktiven Energieübertragung und somit im Betrieb wirken die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule zum Erzeugen einer elektrischen Spannung in der Transformator Sekundärspule induktiv zusammen, wobei die Spannung nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird.
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Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sich auf die axial verlaufende Rotationsachse. Dementsprechend verläuft „axial“ parallel, insbesondere koaxial, zur Rotationsachse. Zudem verläuft „radial“ quer zur Rotationsachse. Ferner verläuft die Umgangsrichtung die Rotationsachse umgebend.
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Bevorzugt wird die Transformator-Sekundärspule durch die zumindest eine Transformator-Leiterbahn der Leiterplatte gebildet.
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Die zumindest eine Transformator-Leiterbahn kann auf der Leiterplatte angeordnet und somit optisch von außen wahrnehmbar oder innerhalb der Leiterplatte umschlossen und somit optisch von außen nicht wahrnehmbar sein. Die auf der Leiterplatte angeordnete Transformator-Leiterbahn ist vorteilhaft von einer Soldermask, insbesondere von einem Lötstopplack, überdeckt. Dabei kann die Transformator-Leiterbahn axial von der Leiterplatte abstehen.
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Selbstverständlich sind Ausführungsformen möglich, bei denen sowohl zumindest eine Transformator-Leiterbahn auf der Leiterplatte und zumindest eine Transformator-Leiterbahn Leiterbahn innerhalb der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte kann also insbesondere als eine dem Fachmann als „Multilayer-Leiterplatte“ bekannte Leiterplatte ausgebildet sein.
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Die Transformator-Sekundärspule kann zumindest zwei axial zueinander beabstandete Transformator-Leiterbahnen aufweisen. Bevorzugt verlaufen dabei die Transformator-Leiterbahnen zueinander parallel.
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Der Schienenkörper erstreckt sich außerhalb der Leiterplatte entlang zumindest einer axialen Außenseite der Leiterplatte. Dabei kann die Stromschiene zum elektrischen Verbinden mit dem Spiralende und/oder dem Endanschluss in die Leiterplatte, insbesondere endseitig, eindringen, insbesondere wenn der Endanschluss als Via ausgebildet ist.
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Die Leiterplatte ist vorteilhaft als flache und in axialer Draufsicht runde Scheibe ausgebildet. Somit eignet sich die Leiterplatte insbesondere für erhöhte Rotationsgeschwindigkeiten.
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Die Leiterplatte kann eine, insbesondere zentral angeordnete, Öffnung aufweisen, durch welche eine Welle zur drehfesten Verbindung mit der Leiterplatte und somit mit der Baugruppe bzw. mit dem Drehtransformator-Rotor geführt sein kann. Hierbei ist die Leiterplatte vorteilhaft als ein axial flacher Ring ausgebildet.
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Der spiralförmige Verlauf der zumindest einen Transformator-Leiterbahn ist vorteilhaft derart, dass der Spiralanfang zum Spiralende Ende radial nach innen versetzt angeordnet ist.
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Der spiralförmige Verlauf der zumindest einen Transformator-Leiterbahn ist vorteilhaft derart, dass der Spiralanfang und das Spiralende in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.
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Vorteilhaft sind der Anfangsanschluss und der Endanschluss in Umfangsrichtung zueinander beabstandet, bevorzugt radial gegenüberliegend, angeordnet. Insbesondere ist die Öffnung radial zwischen dem Anfangsanschluss und dem Endanschluss angeordnet.
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Der Anfangsanschluss kann zum Spiralanfang, insbesondere radial, beabstandet sein. Insbesondere kann der Anfangsanschluss zum Spiralanfang radial nach innen versetzt angeordnet sein.
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Der Spiralanfang kann über die zumindest eine Transformator-Leiterbahn elektrisch mit dem Anfangsanschluss verbunden sein. Die zumindest eine Transformator-Leiterbahn verläuft dabei vom Anfangsanschluss bis zum Spiralanfang und anschließend spiralförmig.
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Mit dem Anfangsanschluss und dem Endanschluss erfolgt zweckmäßig ein elektrischer Anschluss der Transformator-Sekundärspule. Dabei kann die Transformator-Sekundärspule über den Anfangsanschluss und dem Endanschluss mit einer Gleichrichterschaltung verbunden werden, um die als Wechselspannung vorliegende Transformatorspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und einer nachfolgenden Anwendung zuzuführen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Schienenkörper an zumindest einer axialen Außenseite der Leiterplatte als eine sich gekrümmt erstreckende, insbesondere radiale, Schaufel ausgebildet. Die Form und Ausbildung der Schaufel sind zweckmäßig derart, dass die Schaufel bei Rotation der Baugruppe um die Rotationsachse ein Fluid in der Art eines Radiallüfters von radial innen nach radial außen fördert. Somit kommt es zu einer Kühlung der Baugruppe und insbesondere der Transformator-Sekundärspule. Das Fluid wirkt somit als Kühlmedium. Folglich wird die im Betrieb entstehende Abwärme, insbesondere der Transformator-Sekundärspule, durch die mittels der Schaufel erzeugte Strömung des Fluids zumindest teilweise abtransportiert. In der Folge kommt es zu einer erhöhten Effizienz des Drehtransformators. Die Schaufel wird nachfolgend allgemein auch als Lüfterschaufel bezeichnet.
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Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas, beispielsweise Luft handeln.
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Ebenso kann es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit handeln, welche vorteilhaft dielektrisch ist. Insbesondere handelt es sich beim Fluid um ein dielektrisches Öl.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Baugruppe einen dem Schienenkörper radial gegenüberliegenden und an der Leiterplatte befestigten Körper zum Ausgleichen oder zumindest Reduzieren der bei der Rotation um die Rotationsachse der Baugruppe durch den Schienenkörper verursachten Unwucht aufweist. Der Körper wird nachfolgend auch als Auswuchtkörper bezeichnet. Der Auswuchtkörper führt also insbesondere dazu, dass die Baugruppe und folglich der Drehtransformator-Rotor mit erhöhten Rotationsgeschwindigkeiten und/oder erhöhter Effizienz betrieben werden können. Zum Ausgleich der Unwucht ist der Auswuchtkörper entsprechend ausgebildet.
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Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Baugruppe außer der zum elektrischen Verbinden des Spiralendes mit dem Endanschluss eingesetzten Schienenkörper als Lüfterschaufel zumindest eine weitere Lüfterschaufel aufweist. Zweckmäßig ist die zumindest eine weitere Lüfterschaufel zum als Lüfterschaufel ausgebildeten Schienenkörper, insbesondere in Umfangsrichtung, beabstandet. Vorteilhaft sind sämtliche Lüfterschaufel zueinander gleichmäßig beabstandet. Auf diese Weise wird eine verbesserte Förderung des Fluids mittels der Baugruppe erreicht. Dies führt zu einer verbesserten Kühlung und folglich einer erhöhter Effizienz des Drehtransformators.
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Vorteilhaft weist die Baugruppe an zumindest einer axialen Außenseite der Leiterplatte, bevorzugt an der zumindest einen axialen Außenseite wie der Schienenkörper, wenigstens eine zum Schienenkörper beabstandete weitere Lüfterschaufel auf.
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Prinzipiell kann zumindest eine der weiteren Lüfterschaufel elektrisch mit der Transformator-Sekundärspule, beispielsweise einer Leiterbahn, und/oder zumindest einem der elektrischen Anschlüssen verbunden sein.
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Bevorzugt sind die weiteren Lüfterschaufel elektrisch von der Transformator-Sekundärspule und den elektrischen Anschlüssen elektrisch getrennt.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen auch der Auswuchtkörper als eine solche weitere Lüfterschaufel ausgebildet ist. Das heißt, dass der Auswuchtkörper einer solchen weiteren Lüfterschaufel entspricht. Insbesondere entspricht die Form des Auswuchtkörpers der Form des Schienenkörpers, sodass der Auswuchtkörper sich in der Art einer Lüfterschaufel gekrümmt erstreckt. Die Ausbildung des Auswuchtskörpers als Lüfterschaufel führt zu einer verbesserten Förderung des Fluids mittels der Baugruppe und folglich zu einer verbesserten Kühlung und einer erhöhten Effizienz des Drehtransformators.
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Bevorzugt sind der Auswuchtkörper und die zumindest eine weitere Lüfterschaufel als Gleichteile ausgebildet. Somit kommt es zu einer einfachen Herstellung der Baugruppe, einem besonders effektiven Ausgleichs von Unwucht sowie einer vorteilhaften Förderung des Fluids mittels der Baugruppe. Der Auswuchtkörper kann elektrisch mit der Transformator-Sekundärspule und/oder einem der Anschlüsse, beispielsweise mit einer zugehörigen Leiterbahn der Leiterplatte, verbunden sein. Vorteilhaft ist der Auswuchtkörper elektrisch von der Transformator-Sekundärspule und den elektrischen Anschlüssen getrennt ist.
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Alternativ oder zusätzlich sind die weiteren Leitschaufeln und der Schienenkörper als Gleichteile ausgebildet. Dies führt zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellung der Baugruppe, einer verbesserten Förderung des Fluids mittels der Baugruppe und somit einer erhöhten Effizienz des Drehtransformators. Zumindest einer der weiteren Leitschaufeln kann dabei elektrisch mit der Transformator-Sekundärspule und/oder einem der Anschlüsse, beispielsweise mit einer zugehörigen Leiterbahn der Leiterplatte, verbunden sein. Bevorzugt sind die weiteren Leitschaufeln elektrisch von der Transformator-Sekundärspule und den elektrischen Anschlüssen getrennt.
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Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Baugruppe insgesamt eine gerade Anzahl von Lüfterschaufeln aufweist, wobei die Lüfterschaufeln jeweils paarweise radial gegenüberliegend angeordnet sind. Auf diese Weise sind die radial gegenüberliegenden Lüfterschaufeln auch gegenseitige Auswuchtkörper. Ferner kommt es auf diese Weise zu einer gleichmäßigen und verbesserten Förderung des Fluids mittels der Baugruppe. Daraus resultiert eine erhöhte Effizienz des Drehtransformators.
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Prinzipiell kann der Schienenkörper lediglich aus der Stromschiene bestehen.
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Analog hierzu können die weiteren Lüfterschaufeln und/oder der Auswuchtkörper und/oder die Gleichteile aus einer Stromschiene bestehen, wobei diese Stromschienen, wie vorstehend erläutert, vorteilhaft elektrisch von der Transformator-Sekundärspule und den elektrischen Anschlüssen getrennt sind.
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Vorstellbar ist es auch, dass der Schienenkörper die Stromschiene und eine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist, welche die Stromschiene, insbesondere auf der von der Leiterplatte abgewandten Seite, ummantelt. Insbesondere kann die Stromschiene von der Ummantelung umspritzt sein. Somit kommt es zu einem verbesserten Schutz der Stromschiene, einer Vermeidung oder zumindest Reduzierung von und beabsichtigen elektrischen Wechselwirkungen der Stromschiene sowie einer Vergrößerung der Lüfterschaufeln.
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Analog hierzu können die weiteren Lüfterschaufeln und/oder der Auswuchtkörper und/oder die Gleichteile eine Stromschiene und eine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist, welche die Stromschiene, insbesondere auf der von der Leiterplatte abgewandten Seite, ummantelt. Dabei sind diese Stromschienen, wie vorstehend erläutert, vorteilhaft elektrisch von der Transformator-Sekundärspule und den elektrischen Anschlüssen getrennt.
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Prinzipiell kann für die jeweilige Stromschiene eine zugehörige Ummantelung vorgesehen sein.
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Vorstellbar ist es auch, dass zumindest zwei der Stromschienen eine gemeinsame Ummantelung aufweisen. Insbesondere können sämtliche Stromschienen auf zumindest einer der axialen Außenseiten eine gemeinsame solche Ummantelung aufweisen. Zweckmäßig ist die Ummantelung dabei zwischen den aufeinanderfolgenden Stromschienen ausgespart. Auf diese Weise kommt es im Betrieb zu einer verbesserten Kühlung der Leiterplatte.
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Die Leiterplatte weist vorteilhaft einen elektrischen Anschluss auf, in welchen das Spiralende mündet und mit dem der Schienenkörper elektrisch und mechanisch unmittelbar verbunden ist. Dieser Anschluss wird nachfolgend auch als erster elektrischen Schienenanschluss bezeichnet.
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Die Leiterplatte weist vorteilhaft einen radial zwischen dem Endanschluss und dem ersten Schienenanschluss angeordneten weiteren elektrischen Anschluss auf, mit welchem der Schienenkörper elektrisch und mechanisch unmittelbar verbunden ist und der nachfolgend auch als zweiter Schienenanschluss bezeichnet wird.
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Vorteilhaft ist der zweite Schienenanschluss und/oder der Schienenkörper zum Endanschluss beabstandet. Somit kommt es zu einer einem vereinfachten und verbesserten Zugang zum Endanschluss.
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Vorteilhaft ist der zweite Schienenanschluss mit dem Endanschluss über zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte elektrisch verbunden, wobei diese zumindest eine Leiterbahn nachfolgend auch als Verbindungs-Leiterbahn bezeichnet wird. Das heißt, dass vorteilhaft zumindest eine Verbindungs-Leiterbahn der Leiterplatte den zweiten Schienenanschluss mit dem Endanschluss elektrisch verbindet. Bevorzugt verbindet die zumindest eine Verbindung-Leiterbahn den zweiten Schienenanschluss elektrisch unmittelbar mit dem Endanschluss.
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Es versteht sich, dass neben der Baugruppe auch der elektrische Drehtransformator mit der Baugruppe zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Der Drehtransformator weist vorteilhaft einen zum Drehtransformator-Stator festen und somit ortsfesten bzw. stationären Magnetkern, nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern bezeichnet, auf. Dabei sind die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule im Transformator-Magnetkern angeordnet. Der Transformator-Magnetkern ist zweckmäßig radial innen offen, sodass die Baugruppe in den Transformator-Magnetkern eindringt und im Magnetkern rotierbar ist. Beim Magnetkern handelt es sich insbesondere um einen Ferritkörper. Auf diese Weise wird Kopplung zwischen der Transformator-Sekundärspule mit der Transformator-Primärspule und folglich die Effizienz des Drehtransformators verbessert.
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Der Drehtransformator, insbesondere der Transformator-Magnetkern, kann radial außen zumindest eine Auslassöffnung zum Auslassen von Fluid aus dem Transformator-Magnetkern aufweisen. Dabei weist die Baugruppe zumindest eine Lüfterschaufel auf. Somit kann die im Betrieb mittels der Baugruppe gefördertes Fluid radial außen aus dem Drehtransformator strömen. Vorstellbar ist es dabei, den Drehtransformator radial außen mit zumindest zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten und/oder mit zumindest zwei axial zueinander beabstandeten Auslassöffnungen zu versehen. Hierbei kann eine Baugruppe mit Lüfterschaufeln an einer axialen Außenseite der Leiterplatte zum Einsatz kommen.
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Bevorzugt kommt eine Baugruppe mit Lüfterschaufeln an beiden axialen Außenseiten der Leiterplatte zum Einsatz.
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Alternativ kann der Drehtransformator, insbesondere der Transformator-Magnetkern, radial außen geschlossen sein. Weist die Baugruppe zumindest eine Lüfterschaufel auf, kommt es somit zu einer Zirkulation des Fluids im Drehtransformator. Bevorzugt ist es dabei, wenn eine solche Baugruppe zum Einsatz kommt, bei der an lediglich einer axialen Außenseite der Leiterplatte Lüfterschaufeln vorgesehen sind. Die Strömung des Fluids radial innen kann dabei durch Aussparungen der Leiterplatte, beispielsweise durch Vias der Leiterplatte, erfolgen.
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Der Drehtransformator kann eine der Transformator-Sekundärspule nachgeschaltete Gleichrichterschaltung aufweisen. Somit kann die in der Transformator Sekundärspule als Wechselspannung induzierte Transformatorspannung in eine Gleichspannung umgewandelt und einer zugehörigen Anwendung zur Verfügung gestellt werden. Dabei können der Anfangsanschluss und der Endanschluss mit der Gleichrichterschaltung elektrisch verbunden sein. Insbesondere kann die Gleichrichterschaltung Bestandteil der Baugruppe sein.
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Der Drehtransformator kann eine der Transformator-Primärspule vorgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweisen. Somit kann die im Betrieb benötigte Wechselspannung für die Transformator-Primärspule aus einer elektrischen Energiequelle stammen, welche eine Gleichspannung bereitstellt.
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Der Drehtransformator kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz kommen.
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Bevorzugt kommt der Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine, insbesondere in einem fremderregten elektrischen Synchronmotor, zum Einsatz.
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Die Synchronmaschine weist einen Rotor mit einer Rotorwelle auf, wobei der Rotor nachfolgend auch als Maschinen-Rotor bezeichnet wird. Der Maschinen-Rotor weist eine an der Rotorwelle drehfest versehene Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule bezeichnet wird. Die Maschinen-Rotorspule erzeugt im Betrieb bei Versorgung mit einer Gleichspannung ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine weist ferner einen ortsfesten Stator auf, welcher nachfolgend auch als Maschinen-Stator bezeichnet wird. Der Maschinen-Stator weist eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Statorspule bezeichnet wird. Die Maschinen-Statorspule erzeugt im Betrieb ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Im Betrieb der Synchronmaschine wirkt das Statorfeld mit dem Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor um die axiale Rotationsachse rotiert. Dabei ist der Drehtransformator-Stator zum Maschinen-Stator fest. Zudem ist der Drehtransformator-Rotor drehfest am Maschinen-Rotor angebracht. Insbesondere ist der Drehtransformator-Rotor drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Die Maschinen-Rotorspule ist mit der Transformator-Sekundärspule verbunden, derart, dass die Maschinen-Rotorspule im Betrieb mit einer Gleichspannung zum Erzeugen des Rotorfelds versorgt ist. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft zwischen der Transformator-Sekundärspule und der Maschinen-Rotorspule eine Gleichrichterschaltung geschaltet, welche, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil des Drehtransformators, insbesondere des Drehtransformator-Rotors, sein kann.
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Bevorzugt ist der Drehtransformator, insbesondere der Drehtransformator-Rotor, axial stirnseitig des Maschinen-Rotors angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Drehtransformator zur Maschinen-Rotorspule und/oder zur Maschinen-Statorspule beabstandet. Somit kommt es zu einer Verhinderung oder zumindest Reduzierung von unerwünschten Wechselwirkungen zwischen dem Drehtransformator und dem Rotorfeld und/oder dem Statorfeld.
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Die im Betrieb für die Transformator-Primärspule benötigte Wechselspannung kann einer beliebigen elektrischen Energiequelle stammen.
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Vorstellbar ist es insbesondere, dass die Energiequelle eine Gleichspannung bereitstellt. Insbesondere kann es sich bei der Energiequelle um eine Batterie handeln. Dabei ist zwischen der Energiequelle und der Transformator-Primärspule zweckmäßig eine Wechselrichterschaltung vorgesehen, welche die Gleichspannung in die benötigte Wechselspannung umwandelt. Die Wechselrichterschaltung kann dabei, wie vorstehend erwähnt, Bestand des Drehtransformators sein. Die Wechselrichterschaltung kann insbesondere einen Umrichter umfassen.
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Die Synchronmaschine kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zum Einsatz kommen.
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Insbesondere kommt die Synchronmaschine als Traktionsmotor, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zum Einsatz.
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Auch kann die Synchronmaschine als ein Stellmotor zum Verstellen eines Verstellelements, beispielsweise eines Ventils und dergleichen, zum Einsatz kommen.
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Die Synchronmaschine kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, welches als Energiequelle eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also insbesondere als ein Traktionsmotor ausgebildet.
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Es versteht sich, dass neben der Baugruppe und dem Drehtransformator auch die fremderregte elektrische Synchronmaschine zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
- 1 einen stark vereinfachten Schaltplan einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit einem einen Drehtransformator-Rotor aufweisenden Drehtransformator,
- 2 eine Draufsicht auf einer Leiterplatte einer Baugruppe des Drehtransformator-Rotors,
- 3 den in 2 mit III bezeichneten Schnitt durch die Leiterplatte,
- 4 eine isometrische Ansicht der Baugruppe,
- 5 eine Draufsicht auf die Baugruppe bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 6 eine isometrische, geschnittene Ansicht der Baugruppe bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 7 eine isometrische, teilweise geschnittene Ansicht eines Maschinen-Rotors der fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit dem Drehtransformator,
- 8 eine isometrische, teilweise geschnittene Ansicht eines Maschinen-Rotors der fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit dem Drehtransformator bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 9 einen stark vereinfachten Schnitt durch die fremderregte elektrische Synchronmaschine.
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Eine Baugruppe 0, wie sie beispielsweise in den 2 bis 8 gezeigt ist, ist Bestandteil eines elektrischen Drehtransformators 1 als induktiver Energieübertrager. Der Drehtransformator 1 kann in einer in den 1 sowie 7 und 8 gezeigten fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100 zum Einsatz kommen. Der Drehtransformator 1 und/oder die Synchronmaschine 100 können in einem Kraftfahrzeig 200, wie es in 1 stark vereinfacht gezeigt ist, zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann als ein Synchronmotor 110, insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 200, zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann also insbesondere als Traktionsmotor 120 eingesetzt werden.
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Wie insbesondere den 1 sowie 7 und 8 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator 1 einen Stator 2 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 2 wird nachfolgend als Drehtransformator-Stator 2 bezeichnet. Der Rotor 4 wird nachfolgend als Drehtransformator-Rotor 4 bezeichnet. Die Baugruppe 0 ist dabei Bestandteil Drehtransformator-Rotors 4. Der Drehtransformator-Rotor 4 ist relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um eine axial verlaufende Rotationsachse 90 rotierbar (siehe 4 und 5). Im Betrieb rotiert also der Drehtransformator-Rotor 4 relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um die Rotationsachse 90. Zur induktiven Energieübertragung weist der Drehtransformator-Stator 2 eine Primärspule 3 und der Drehtransformator-Rotor 4 eine Sekundärspule 5 auf. Die Primärspule 3 und die Sekundärspule 5 sind, wie den 7 und 8 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen axial gegenüberliegend angeordnet. Im Betrieb induziert die Primärspule 3, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule 3 bezeichnet wird, in der Sekundärspule 5, welche nachfolgend als Transformator-Sekundärspule 5 bezeichnet wird, eine Wechselspannung, welche nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird.
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Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die Rotationsachse 90. Dementsprechend verläuft „axial“ parallel zur Rotationsachse. Zudem verläuft „radial“ quer zur Rotationsachse 90.
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Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine 100 bezeichnet, weist, wie insbesondere den 7 bis 9 entnommen werden kann, einen Rotor 101 auf. Der Rotor 101 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotor 101 bezeichnet. Der Maschinen-Rotor 101 weist eine Rotorwelle 102 und eine an der Rotorwelle 102 drehfest versehene Spule 103 auf. Die Spule 103 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule 103 bezeichnet. Die Maschinen-Rotorspule 103 ist in 1 als eine Induktivität und ein ohmscher Widerstand symbolisiert. Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Rotorspule 103 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine 100 weist ferner, wie 9 entnommen werden kann, einen Stator 104 auf, der nachfolgend auch als Maschinen-Stator 104 bezeichnet wird. Zudem weist die Synchronmaschine 100 eine zum Maschinen-Stator 104 feste Spule 105 auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Statorspule 105 bezeichnet wird (siehe 9). Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Statorspule 105 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Dabei wirken Statorfeld und Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor 101 im Betrieb um die Rotationsachse 90 rotiert. Zum Erzeugen des Rotorfelds benötigt der Maschinen-Rotor 101, insbesondere die Maschinen-Rotorspule 103, eine Gleichspannung. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird diese Gleichspannung der Maschinen-Rotorspule 103 mittels der Transformator-Sekundärspule 5 und somit mittels des Drehtransformators 1 zugeführt. Zu diesem Zweck ist, wie 1 entnommen werden kann, zwischen der Transformator-Sekundärspule 5 und der Maschinen-Rotorspule 103 eine Gleichrichterschaltung 6 geschaltet, welche die Transformatorspannung in die Gleichspannung umwandet. Zudem ist zu diesem Zweck, wie den 7 und 8 entnommen werden kann, der Drehtransformator-Rotor 4 drehfest an der Rotorwelle 102 und somit am Maschinen-Rotor 101 angebracht. Somit rotiert der Drehtransformator-Rotor 4 im Betrieb mit der Rotorwelle 102 und folglich mit dem Maschinen-Rotor 101 um die Rotationsachse 90. Zudem ist der Drehtransformator-Stator 2 zum Maschinen-Stator 104 fest und somit ortsfest. Die Gleichrichterschaltung 6 kann Bestandteils des Drehtransformators 1, insbesondere des Drehtransformator-Rotors 4, sein.
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Wie den 7 und 8 ferner entnommen werden kann, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Drehtransformator 1 an einer axialen Stirnseite des Maschinen-Rotors 101 und zur Maschinen-Rotorspule 103 beabstandet angeordnet.
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Die Transformator-Primärspule 3 benötigt zum Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule 5 eine Wechselspannung. Wie 1 entnommen werden kann, wird die Transformator-Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen über eine elektrische Energiequelle 201 versorgt, welche eine Gleichspannung bereitstellt. Bei der Energiequelle 201 handelt es sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen um eine Batterie 202 des Kraftfahrzeugs 200. Zum Versorgen der Transformator-Primärspule 3 mit der Wechselspannung ist zwischen der Energiequelle 201 und der Transformator-Primärspule 3 eine Wechselrichterschaltung 7 vorgesehen. Die Wechselrichterschaltung 7 wandelt die Gleichspannung der Energiequelle 201 in die Wechselspannung für die Transformator-Primärspule 3 um.
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Wie den 2 bis 8 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator-Rotor 4 in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Leiterplatte 8 auf, welche mit der Transformator-Sekundärspule 5 versehen ist. Die Leiterplatte 8 ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine runde Form, auf, ist also in der Art einer runden Scheibe bzw. eines Rings ausgebildet. Die Transformator-Sekundärspule 5 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zumindest eine Leiterbahn 9 der Leiterplatte 8 auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Leiterbahn 9 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht die Transformator-Sekundärspule 5 aus der zumindest einen Transformator-Leiterbahn 9 und ist als eine Planarwicklung 10 ausgebildet. Dabei weist die Leiterplatte 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie den 3 und 6 entnommen werden kann, zumindest zwei zueinander axial beabstandete Transformator-Leiterbahnen 9 auf, welche die Rotationsachse 90 spiralförmig umgeben. Die Leiterplatte 8 ist also als eine Multilayer-Leiterplatte 29 ausgebildet. Wie den 3 und 6 entnommen werden kann weist die Leiterplatte 8 in den in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft vier zueinander axial beabstandete Transformator-Leiterbahnen 9 auf, welche die Rotationsachse 90 spiralförmig umgeben. In den Ausführungsbeispielen der 7 und 8 weist die Leiterplatte 8 zwei zueinander axial beabstandete Transformator-Leiterbahnen 9 auf, welche die Rotationsachse 90 spiralförmig umgeben. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die zumindest eine Transformator-Leiterbahn 9 gänzlich in der Leiterplatte 8 angeordnet. Die beiden axial äußeren Transformator-Leiterbahnen 9 stehen axial von der Leiterplatte 8 ab und sind von einer Soldermask 34 der Leiterplatte 8 überdeckt.
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Die drehfeste Verbindung der Rotorwelle 102 mit dem Drehtransformator-Rotor 4 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie insbesondere den 7 und 8 entnommen werden kann, über eine in der Leiterplatte 8 zentrale Öffnung 14 realisiert, durch welche die Rotorwelle 102 greift. Wie beispielsweise den 2 und 4 entnommen werden kann, ist die Leiterplatte 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in axialer Draufsicht rund und axial flach, weist also mit der zentralen Öffnung 14 eine flache Ringform auf.
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Wie den 7 und 8 entnommen werden kann, ist die Transformator-Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen als eine ringförmige Spule 11, vorzugsweise auch der Hochfrequenzlitze, ausgebildet. Wie den 7 und 8 ferner entnommen werden kann, sind die Transformator-Primärspule 3 und die Transformator-Sekundärspule 5 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in einem zum Drehtransformator-Stator 2 festen Magnetkern 12, insbesondere in einem Ferritkern 13 angeordnet. Der Magnetkern 12 wird nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern 12 bezeichnet. Der Transformator-Magnetkern 12 ist radial offen, sodass die Leiterplatte 8 mit der Transformator-Sekundärspule 5 in den Transformator-Magnetkern 12 eindringt und darin rotierbar angeordnet ist. Zudem weist der Transformator-Magnetkern 12 eine axial offene Ausnehmung 15 auf, in welcher die Transformator-Primärspule 3 angeordnet ist.
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Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichterschaltung 6 rein beispielhaft als ein Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden Da, Db, Dc, Dd ausgebildet. Zudem ist die Wechselrichterschaltung 7 rein beispielhaft als ein Vollbrückenwechselrichter 17 ausgebildet, der vier Transistoren Ta, Tb, Tc, Td und zwei Treiberschaltungen Sa, Sb für die Transistoren Ta, Tb, Tc, Td aufweist.
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Die Baugruppe 0 umfasst die Leiterplatte 8 sowie die Transformator-Sekundärspule 5. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Leiterplatte 8. 3 zeigt den in 2 mit III-III bezeichneten Schnitt durch die Leiterplatte 8.
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Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, verläuft die zumindest eine Transformator-Leiterbahn 9, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also die Transformator-Sekundärspule 5, von einem Spiralanfang 18 bis zu einem Spiralende 19 die Rotationsachse 90 umgebend. In den gezeigten Ausführungsbeispielen verläuft die Transformator-Sekundärspule 5 vom Spiralanfang 18 bis zum Spiralende 19 die Rotationsachse 90 umgebend spiralförmig. Die Leiterplatte 8 weist einen elektrischen Anschluss 20 zum elektrischen Anschließen des Spiralanfangs 18 auf, der nachfolgend auch als Anfangsanschluss 20 bezeichnet wird. Zudem weist die Leiterplatte 8 einen elektrischen Anschluss 21 zum elektrischen Anschließen des Spiralendes 19 auf, der nachfolgend auch als Endanschluss 21 bezeichnet wird. Mit den Anschlüssen 20, 21 erfolgt ein elektrischer Anschluss der Transformator-Sekundärspule 5, beispielsweise an die Gleichrichterschaltung 6. Der Endanschluss 21 ist zum Spiralende 19 radial nach innen versetzt angeordnet. Somit ist eine elektrische Verbindung des Spiralendes 19 mit dem Endanschluss 21 erforderlich. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind der Anfangsanschluss 20 und der Endanschluss 21 in der Leiterplatte 8 radial innen hin zur Öffnung 14 und radial gegenüberliegend angeordnet.
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Die elektrische Verbindung des Spiralendes 19 mit dem Endanschluss 21 erfolgt über einen Körper 22 der Baugruppe 0, welcher eine Stromschiene 22 umfasst. Der Körper 22 wird nachfolgend auch als Schienenkörper 22 bezeichnet. Der Schienenkörper 22 erstreckt sich außerhalb der Leiterplatte 8 und ist drehfest an der Leiterplatte 8 befestigt. Dabei verbindet die Stromschiene 23 das Spiralende 19 elektrisch mit dem Endanschluss 21. Somit erfolgt die elektrische Verbindung des Spiralendes 19 mit dem Endanschluss 21 ohne eine die zumindest eine Transformator-Leiterbahn 9 entlang des die Rotationsachse 90 umgebenden Verlaufs kreuzende oder unterbrechende Leiterbahn der Leiterplatte 8. Insbesondere erfolgt die elektrische Verbindung ohne eine die zumindest eine Transformator-Leiterbahn 9 zwischen dem Spiralanfang 18 und dem Spiralende 19 kreuzende oder unterbrechende Leiterbahn. In der Folge steht der zumindest einen Transformator-Leiterbahn 9 ein größerer Querschnitt der Leiterplatte 8 zur Verfügung. Somit sind der Leitungsquerschnitt und folglich die Stromtragfähigkeit der zumindest einen Transformator-Leiterbahn 9 und folglich der Transformator-Sekundärspule 5 erhöht. In der Folge ist eine erhöhte Effizienz des Drehtransformators 1 erreicht.
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Wie den 4 bis 6 entnommen werden kann, ist der Schienenkörper 22 außerhalb der Leiterplatte 8 an zumindest einer axialen Außenseite 24 der Leiterplatte 8 angeordnet. In den in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Schienenkörper 22 außerhalb der Leiterplatte 8 entlang einer axialen Außenseite 24. Im in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Schienenkörper 22 entlang beider axialen Außenseiten 24. Hierzu weist die Stromschiene 23 im gezeigten Ausführungsbeispiel für die jeweilige Außenseite 24 einen zugehörigen Schienenabschnitt 35 auf, welcher sich außerhalb der Leiterplatte 8 entlang der zugehörigen Außenseite 24 erstreckt.
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Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, ist der Spiralanfang 18 in den gezeigten Ausführungsbeispielen zum Spiralende 19 radial nach innen versetzt. Wie insbesondere 2 ferner entnommen werden kann, ist der Spiralanfang 18 in den gezeigten Ausführungsbeispielen zum Anfangsanschluss 20 radial beabstandet. Dabei ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Spiralanfang 18 über die zumindest eine Transformator-Leierbahn 9 elektrisch mit dem Anfangsanschluss 20 verbunden. Hierzu verläuft die zumindest eine Transformator-Leierbahn 9 vom Anfangsanschluss 20 bis zum Spiralanfang 18 und anschließend die Rotationsachse 90 umgebend spiralförmig zum Spiralende 19.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Schienenkörper 22 an zumindest einer axialen Außenseite 24 der Leiterplatte 8 gekrümmt und ist als eine radiale Schaufel 25 ausgebildet, sodass der Schienenkörper 22 bei Rotation der Baugruppe und folglich des Drehtransformator-Rotors 4 um die Rotationsachse 90 ein Fluid in der Art eines Radiallüfters von radial innen nach radial außen fördert. Somit kommt es im Betrieb zu einer Kühlung der Baugruppe 0 und insbesondere der Transformator-Sekundärspule 5 sowie der Transformator-Primärspule 3. Das Fluid wirkt dabei als Kühlmedium.
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Beim Fluid kann es sich um eine dielektrische Flüssigkeit, beispielsweise um dielektrisches Öl, handeln. Auch kann es sich beim Fluid um ein Gas, beispielsweise um Luft, handeln. Die Schaufel 25 wird dabei nachfolgend allgemein auch als Lüfterschaufel 25 bezeichnet. Der Einfachheit halber und rein beispielhaft ist nachfolgend zudem davon ausgegangen, dass es sich beim Fluid um Luft handelt.
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Die Baugruppe 0 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen einen dem Schienenkörper 22 radial gegenüberliegenden und an der Leiterplatte 8 drehfest befestigten Körper 26 zum Ausgleichen der bei der Rotation der Baugruppe 0 durch den Schienenkörper 22 verursachten Unwucht auf. Der Körper 26 wird nachfolgend auch als Auswuchtkörper 26 bezeichnet. Wie beispielsweise 4 entnommen werden kann, ist der Auswuchtkörper 26 in den gezeigten Ausführungsbeispielen ebenfalls als eine Lüfterschaufel 25 ausgebildet, ist also eine weiter Lüfterschaufel 25a der Baugruppe 0. Somit weist die Baugruppe 0 an der zumindest einen axialen Außenseite 24 wie der Schienenkörper 22 eine dem Schienenkörper 22 radial gegenüberliegende und folglich beabstandete weitere Lüfterschaufel 25a auf.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die jeweilige weitere Lüfterschaufel 25a eine Stromschiene 23 auf. Somit wuchten sich die radial gegenüberliegenden Lüfterschaufeln 25 aus und führen ferner im Betrieb zu einem verbesserten Fördern von Luft und folglich einer verbesserten Kühlung. Dabei ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich die Stromschiene 23 des Schienenkörpers 25 elektrisch mit der Transformator-Sekundärspule 5 und den elektrischen Anschlüssen 20, 21 verbunden. Das heißt, dass in den gezeigten Ausführungsbeispielen die weiteren Lüfterschaufeln 25a elektrisch von der Transformator-Sekundärspule 5 und den elektrischen Anschlüssen 20, 21 getrennt sind.
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Wie beispielsweise den 4 und 5 entnommen werden kann, weist die Baugruppe 0 in den gezeigten Ausführungsbeispielen an der zumindest einen axialen Außenseite 24 wie der Schienenkörper 22 wenigstens zusätzlich zum Schienenkörper 22 und zum Auswuchtkörper 26 weitere Lüfterschaufel 25a auf. Die Lüfterschaufel 25 sind dabei in einer die Rotationsachse 90 umgebenden Umfangsrichtung 91 gleichmäßig verteilt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Baugruppe 0 eine gerade Anzahl von Lüfterschaufeln 25 auf, welche jeweils paarweise radial gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei weist die Baugruppe 0 in den gezeigten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft insgesamt sechs Lüfterschaufeln 25 auf.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind der Auswuchtkörper 26 und die weiteren Lüfterschaufel 25a als Gleichteile 27 ausgebildet.
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Beim in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Schienenkörper 22 aus der Stromschiene 23. Analog hierzu bestehen die weiteren Lüfterschaufeln 25a aus einer Stromschiene 23.
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Beim in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Schienenkörper 22 die Stromschiene 23 und eine elektrisch isolierende Ummantelung 28 auf, welche die Stromschiene 23 auf der von der Leiterplatte 8 abgewandten Seite ummantelt. Analog hierzu weise auch die weiteren Lüfterschaufel 25a eine Stromschiene 23 und eine Ummantelung 28 auf. Beim in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen dabei die Schienenkörper 22 eine gemeinsame Ummantelung 28 auf. Die gemeinsame Ummantelung 28 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Stromschienen 23 Aussparungen 38 auf. Dabei ist die Ummantelung 28 in 5 im Bereich der Stromschienen 23 transparent dargestellt.
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Wie 6 entnommen werden kann, ist es auch möglich, dass zumindest einer der Schienenkörper 22, insbesondere der jeweilige Schienenkörper 25, zwei Schienenabschnitte 35 aufweist, wobei sich der jeweilige Schienenabschnitt 35 entlang einer Außenseite 24 erstreckt. Wie 6 ferner entnommen werden kann, kann dabei lediglich einer der Schienenabschnitte 35 mit der Ummantelung 28 ummantelt sein.
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Wie beispielsweise 2 entnommen werden kann, weist die Leiterplatte 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen für den Schienenkörper 22 einen elektrischen Anschluss 30 auf, in welchen das Spiralende 19 mündet und mit dem die Stromschiene 23 des Schienenkörpers 22 elektrisch und mechanisch unmittelbar verbunden ist. Der Anschluss 30 wird nachfolgend auch als erster elektrischen Schienenanschluss 30 bezeichnet. Dabei ist die Stromschiene 23, wie beispielsweise 6 entnommen werden kann, in den ersten Schienenanschluss 30 gesteckt. Wie beispielsweise 2 auch entnommen werden kann, weist die Leiterplatte 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen für den Schienenkörper 22 einen weiteren elektrischen Anschluss 31 auf, der nachfolgend auch als zweiter elektrischer Schienenanschluss 31 bezeichnet wird. Der zweite elektrische Schienenanschluss 31 ist radial zwischen dem Endanschluss 21 und dem ersten Schienenanschluss 30 angeordnet. Die Stromschiene 23 des Schienenkörpers 22 ist elektrisch und mechanisch unmittelbar mit dem zweiten elektrischen Schienenanschluss 31 verbunden. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass die Stromschiene 23 in den zweiten Schienenanschluss 32 gesteckt ist. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist, wie beispielsweise 2 entnommen werden kann, der zweite Schienenanschluss 32 zum Endanschluss 21 radial und in Umfangsrichtung 91 beabstandet. Dabei verbindet zumindest eine Leiterbahn 32 (siehe 2) der Leiterplatte 8 den zweiten Schienenanschluss 31 mit dem Endanschluss 21 unmittelbar elektrisch. Die zumindest eine Leiterbahn 32 wird nachfolgend auch als Verbindungs-Leiterbahn 32 bezeichnet. Dabei ist in den Figuren lediglich eine durch die Soldermask 34 überdeckte Verbindungs-Leiterbahn 32 erkennbar.
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Wie insbesondere den 2 und 4 entnommen werden kann, sind die elektrischen Anschlüsse 20, 21, 30, 31 der Leiterplatte 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils als eine Durchkontaktierung 36, auch als „Via“ 36 bekannt, ausgebildet. Die Kontaktierung könnte aber ebenso als „Pad“ oder „Viain-Pad“ ausgeführt sein (jeweils nicht gezeigt).
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Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, weist die Leiterplatte 8 für die Befestigung der weiteren Lüfterschaufeln 25a und somit auch des Auswuchtkörpers 26 an der Leiterplatte 8 Durchgänge 37 auf, welche in den gezeigten Ausführungsbeispielen von der Transformator-Sekundärspule 5 und den elektrischen Anschlüssen 20, 21, 30, 31 elektrisch getrennt sind.
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Wie 7 entnommen werden kann, kann der Drehtransformator 1 radial außen zumindest eine Auslassöffnung 33 zum Auslassen von Luft aus dem Drehtransformator 1 aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Transformator-Magnetkern 12 radial außen die zumindest eine Auslassöffnung 33 auf. Somit kommt es im Betrieb zu einer in 7 mit gestrichelten Pfeilen angedeuteten Strömung von mittels der Lüfterschaufeln 25 geförderten Luft. Demnach wird die Luft von radial innen nach radial außen gefördert und strömt über die zumindest eine Auslassöffnung 33 radial außen aus dem Drehtransformator 1. Im in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Drehtransformator 1 zumindest zwei Auslassöffnungen 33 auf, welche axial zueinander beabstandet sind. Somit kommt es zur einem Ausströmen von Luft entlang beider Außenseiten 24 der Leiterplatte 8. Der Drehtransformator 1 kann dabei weitere in Umfangsrichtung 91 verteilte solche Auslassöffnungen 33 aufweisen (nicht gezeigt). Beim Ausführungsbeispiel der 7 kann eine Baugruppe 0 mit an einer der beiden axialen Außenseiten 24 angeordneten Lüfterschaufeln 25, also beispielsweise die Baugruppe 0 der 4, zum Einsatz kommen. Bevorzugt kommt eine Baugruppe 0 mit an beiden axialen Außenseiten 24 angeordneten Lüfterschaufeln 25, also beispielsweis die Baugruppe 0 der 6, zum Einsatz.
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Beim in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Drehtransformator 1 keine solche Auslassöffnungen 33 auf, ist also insbesondere radial außen geschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel kommt es somit zu einer in 8 mit dem gestrichelten Pfeil angedeuteten Zirkulation der Luft. Dabei kommt eine Baugruppe 0 mit an einer der beiden axialen Außenseiten 24 angeordneten Lüfterschaufeln 25, also beispielsweise die Baugruppe 0 der 4 zum Einsatz. Die axiale Strömung der Luft radial innen kann insbesondere durch nicht sichtbare Durchlässe, beispielsweise durch nicht sichtbare Vias 36, erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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