DE202010012270U1 - exchangers - Google Patents
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Abstract
Leistungsübertrager (1) zur verschleißfreien Übertragung elektrischer Leistung von einer Stromquelle (10), welche auf dem mit dem Wind mitdrehbaren Drehgestell eines Windrades angeordnet ist, zum feststehenden Sockel (7) dieses Windrades, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsübertrager (1) mindestens ein Spulenpaar mit einer feststehenden, sockelseitigen Spule (2B) und einer gegenüber dieser rotierbar gelagerten, mitdrehenden, stromquellenseitigen Spule (2A) aufweist, wobei beide Spulen (2A, 2B) berührungsfrei derart zueinander angeordnet sind, dass sie magnetisch gekoppelt sind.Power transformer (1) for the wear-free transmission of electrical power from a power source (10), which is arranged on the bogie of a wind turbine, which can be rotated with the wind, to the fixed base (7) of this wind turbine, characterized in that the power transformer (1) has at least one pair of coils with a fixed, base-side coil (2B) and a rotating, rotatable, co-rotating, current source-side coil (2A), the two coils (2A, 2B) being arranged contactlessly in such a way that they are magnetically coupled.
Description
Einleitungintroduction
Die Erfindung betrifft einen Leistungsübertrager zur Übertragung elektrischer Leistung von einer Stromquelle, welche auf dem mit dem Wind mitdrehbaren Drehgestell eines Windrades angeordnet ist, zum feststehenden Sockel dieses Windrades. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Leistungsübertrager zur verschleißfreien Übertragung elektrischer Leistung.The invention relates to a power transformer for transmitting electrical power from a power source which is arranged on the mitdrehbaren with the wind bogie of a wind turbine, the fixed base of this wind turbine. In particular, the invention relates to a power transformer for wear-free transmission of electrical power.
Stand der Technik und NachteileState of the art and disadvantages
Windräder, und insbesondere Kleinwindräder bzw. Kleinwindkraftanlagen weisen gewöhnlich einen feststehenden Sockel auf, der beispielsweise im Boden oder an Hauswänden oder -dächern befestigt ist. Auf diesem Sockel ist ein dem Wind mitdrehbares Drehgestell befestigt, welches im Bereich seiner Spitze die dem Wind ausgesetzte, Strom erzeugende Einheit trägt. Gewöhnlich ist dies ein Generator, der in den meisten Fällen Wechselstrom liefert. Zusätzlich können auch ein Gleichspannung lieferndes Solarmodul oder ein Pufferakkumulator vorhanden sein. Zwischen Drehgestell und Sockel befindet sich ein Drehgelenk, welches im Normalfall einen einzigen, rotatorischen Freiheitsgrad hat. Um die erzeugte elektrische Energie nutzbar zu machen, ist es notwendig, diese vom Drehgestell über das Drehgelenk auf den Sockel zu übertragen, von wo aus die Energie zu einem Verbraucher weitergeleitet, in einem Pufferspeicher gespeichert, oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird.Wind turbines, and in particular small wind or small wind turbines usually have a fixed base, which is fixed for example in the ground or on house walls or roofs. On this base a mitdrehbares to the wind bogie is mounted, which carries in the region of its tip the exposed to the wind, electricity generating unit. This is usually a generator that provides AC power in most cases. In addition, a DC voltage supplying solar module or a Pufferakkumulator may be present. Between bogie and base is a swivel, which normally has a single rotational degree of freedom. In order to harness the generated electrical energy, it is necessary to transfer it from the bogie via the pivot to the base, from where the energy is passed on to a consumer, stored in a buffer, or fed into the public grid.
Zur Übertragung der Energie werden häufig elektrische Kabel eingesetzt. Dies ist insbesondere im Bereich von Großwindkraftanlagen üblich und beispielsweise in der Druckschrift
Um eine freie Drehung des Drehgestells zu ermöglichen sind aus dem Stand der Technik Schleif- oder Gleitkontakte bekannt. Diese bestehen aus einem elektrisch leitfähigen ersten Bauelement wie einer Bürste oder einem Stift, welches am Umfang eines zweiten, rotierbar gelagerten Bauelementes entlang gleitet. Durch Bereitstellung mehrerer erster Bauelemente sowie geschickte Anordnung der auf dem zweiten Bauelement angeordneten Ringkontakte können auch mehrere, voneinander unabhängige Phasen bzw. die beiden Polaritäten einer Gleichspannung übertragen werden. Derartige Lösungen sind sowohl im Bereich von Groß- als auch von Kleinwindkraftanlagen anzutreffen und beispielsweise aus der Druckschrift
Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch der mechanische Kontakt zwischen den Gleitpartnern, der mechanischem Verschleiß unterliegt. Im Bereich von Windrädern spielt zwar Abnutzung aufgrund hoher Drehzahlen eine untergeordnete Rolle, aber gerade die niedrigen Drehzahlen führen, insbesondere in Verbindung mit den oft hohen zu übertragenden Leistungen, zu Schäden. Diese rühren daher, dass längere Zeit unbenutzte Bereiche des zweiten Bauelements zur Korrosion neigen. Nach längerer Flaute oder bei einem nach längerer Zeit stattfindenden Wechsel der Windrichtung gleitet das erste Bauteil auf einen mittlerweile korrodierten Bereich und verliert den elektrischen Kontakt. Zwar können sowohl die entsprechenden Bauteile sehr kostengünstig gefertigt werden. Ihr Austausch ist bei den sehr häufig nur schwer zugänglichen Drehgelenken von Windrädern (Höhe, schlechte Zugänglichkeit) jedoch mit hohem personellen Aufwand zu bewerkstelligen und daher unbedingt zu vermeiden. Dies trifft nicht nur im Bereich der Großwindkraftanlagen zu, sondern ist in steigendem Maße auch gerade im Bereich von Kleinwindrädern von Interesse. Ein wesentliches Hindernis für die erfolgreiche Verbreitung derartiger, beispielsweise für Hausbesitzer oder Häuser in entlegenen Regionen gedachter, Anlagen ist in der unzureichenden Wartungsfreiheit derselben zu sehen. Nur bei geringsten Herstellungs- und Wartungskosten sind solche Anlagen von Privatpersonen rentabel zu betreiben.A disadvantage of this solution, however, is the mechanical contact between the sliding partners, which is subject to mechanical wear. In the area of wind turbines, although wear due to high speeds plays a minor role, but especially the low speeds lead, especially in connection with the often high to be transmitted services to damage. These are due to the fact that for a long time unused areas of the second component tend to corrode. After a long doldrums or when the wind direction changes over time, the first component slides onto a corroded area and loses electrical contact. Although both the corresponding components can be manufactured very inexpensively. Their replacement is in the very difficult to access swivel joints of wind turbines (height, poor accessibility) but with a high staff effort to accomplish and therefore necessarily to avoid. This not only applies in the field of large wind turbines, but is increasingly in the area of small wind turbines of interest. A major obstacle to the successful dissemination of such systems, for example for homeowners or homes in remote areas, is the lack of maintenance. Only at the lowest manufacturing and maintenance costs such investments are profitable to operate by private individuals.
Zur Lösung schlägt die Druckschrift
Ein anderer, möglicher Lösungsansatz für dieses Problem besteht in der Nutzung induktiver Energieübertragung, welche ohne einander berührende Teile auskommt. Derartige Lösungen sind unter dem Begriff „Drehübetrager” oder „Ringübertrager” seit einiger Zeit aus dem Stand der Technik bekannt.Another possible approach to this problem is to use inductive Energy transfer, which manages without touching parts. Such solutions have been known for some time from the prior art under the term "rotary transformer" or "ring transformer".
So wird diese Technik seit längerem im Bereich der Videotechnik benutzt, um auf dem Videoband gespeicherte Informationen über die schnell rotierende Kopftrommel auf die feststehenden elektronischen Komponenten des Geräts zu übertragen. Beispielhaft können hier die Druckschriften
Andere, dieses Prinzip nutzende Lösungen sind beispielsweise aus den Bereichen der Fahrzeugtechnik bekannt. Zwar zeigt die Druckschrift
Auch möglicherweise wahrnehmbare Geräusche werden im Stand der Technik als nicht kritisch angesehen, da sie entweder von anderen Geräuschquellen überdeckt werden (Kfz-Bereich), nur vorübergehend auftreten, oder in geräuschunempfindlichen Bereichen auftreten (Kraftwerke, Messtechnik). Den spezifischen Anforderungen im Bereich der Windenergietechnik, insbesondere im Hinblick auf die geringen Fertigungs- und Wartungskosten sowie die Robustheit und Geräuscharmut, werden diese Lösungen jedoch nicht gerecht. Umso mehr gilt dies für weitere Anforderungen wie die Witterungsbeständigkeit und die Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen, insbesondere im Hinblick auf die Sprödigkeit des für Weicheisenkerne bevorzugt eingesetzten Materials Ferrit.Also possibly perceptible noises are considered in the prior art to be non-critical, since they are either covered by other sources of noise (automotive area), only occur temporarily, or occur in noise-insensitive areas (power plants, measurement technology). However, the specific requirements in the field of wind energy technology, especially in view of the low manufacturing and maintenance costs and the robustness and low noise, these solutions are not fair. This is all the more true for other requirements such as the weather resistance and the insensitivity to temperature fluctuations, in particular with regard to the brittleness of the preferred material used for soft iron cores ferrite.
Aufgabe der Erfindung und LösungObject of the invention and solution
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines verschleißfreien Leistungsübertragers für elektrische Energie von einer Stromquelle, welche auf dem mit dem Wind mitdrehbaren Drehgestell eines Windrades angeordnet ist, zum feststehenden Sockel dieses Windrades. Insbesondere soll die Lösung den besonderen Anforderungen im Hinblick auf Temperaturschwankungen, Windlasten, interne und externe Schwingungen und Witterungsbeständigkeit Rechnung tragen und dabei kostengünstig realisierbar sein.The object of the invention is therefore to provide a wear-free power transformer for electrical energy from a power source, which is arranged on the mitdrehbaren with the wind bogie of a wind turbine, the fixed base of this wind turbine. In particular, the solution should take into account the special requirements with regard to temperature fluctuations, wind loads, internal and external vibrations and weather resistance, while being economically feasible.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß kennzeichnendem Teil des Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, den Zeichnungen sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.The object is achieved by a device according to characterizing part of the claim. Advantageous embodiments are given in the dependent claims, the drawings and the following description.
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Leistungsübertrager zur verschleißfreien Übertragung elektrischer Leistung von einer Stromquelle, welche auf dem mit dem Wind mitdrehbaren Drehgestell eines Windrades angeordnet ist, zum feststehenden Sockel dieses Windrades. „Verschleißfrei”, bedeutet, dass die in Betracht kommenden Bauteile praktisch wartungsfrei sind und insbesondere keinem mechanischen Verschleiß unterliegen. Die elektrische Leistung kann als Gleichstrom oder als Wechselstrom vorliegen. Als Stromquelle kommt insbesondere ein Generator in Betracht, der durch die Repeller des Windrades angetrieben wird. Die Stromquelle kann jedoch auch eine Solarzelle oder ein Pufferakkumulator sein, die bzw. der im Bereich des Drehgestells angeordnet ist.The invention relates to a power transformer for wear-free transmission of electrical power from a power source, which is arranged on the mitdrehbaren with the wind bogie of a wind turbine, the fixed base of this wind turbine. "Wear-free" means that the components in question are virtually maintenance-free and, in particular, are not subject to any mechanical wear. The electrical power can be present as direct current or as alternating current. As a power source is in particular a generator into consideration, which is driven by the repeller of the wind turbine. However, the power source may also be a solar cell or a Pufferakkumulator, or which is arranged in the region of the bogie.
Erfindungsgemäß ist der Leistungsübertrager dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein Spulenpaar mit einer feststehenden, sockelseitigen Spule und einer gegenüber dieser rotierbar gelagerten, mitdrehenden, stromquellenseitigen Spule aufweist, wobei beide Spulen berührungsfrei derart zueinander angeordnet sind, dass sie magnetisch gekoppelt sind. Auf diese Weise wird eine induktive Kopplung der beiden Spulen zur berührungs- und somit verschleißfreien Energieübertragung bereitgestellt. Um die magnetische Kopplung beider Spulen zu erreichen, ist sicherzustellen, dass die magnetischen Felder der Spulen eine möglichst große Überdeckung aufweisen. Je nach zu übertragender Leistung kann der Fachmann ein entsprechend dimensioniertes Spulenpaar auslegen, welches auch Spitzenleistungen ohne große elektrische oder thermische Verluste aufgrund Erwärmung erlaubt.According to the invention, the power transformer is characterized in that it has at least one pair of coils with a fixed, socket-side coil and a rotatable, power source-side coil mounted opposite thereto, both coils being arranged without contact in such a way that they are magnetically coupled. In this way, an inductive coupling of the two coils for contact and thus wear-free energy transfer is provided. In order to achieve the magnetic coupling of both coils, it must be ensured that the magnetic fields of the coils have the greatest possible coverage. Depending on the power to be transmitted, the person skilled in the art can design a correspondingly dimensioned coil pair which also permits peak powers without great electrical or thermal losses due to heating.
Nach einer ersten Ausführungsform weist das Spulenpaar mindestens einen ferromagnetischen Kern auf, mittels dessen die Spulen magnetisch gekoppelt sind. Bevorzugt besteht der Kern aus Ferrit, weshalb nachfolgend beispielhaft auch von „Ferritkernen” gesprochen wird. Diese Art der magnetischen Kopplung ist besonders effektiv und benötigt im Verhältnis zu Spulen ohne einen solchen Kern geringere Dimensionen. Zudem ist der magnetische Streufluss gering, und die Bauform ist flexibler, da der Kern eine gezielte Lenkung des magnetischen Flusses ermöglicht. Besonders bevorzugt sind die Spulen koaxial zueinander angeordnet. Andernfalls ist der Kern so auszulegen, dass die magnetischen Flüsse beider Spulen gezielt gelenkt und zur Überdeckung gebracht werden.According to a first embodiment, the coil pair has at least one ferromagnetic core, by means of which the coils are magnetic are coupled. The core preferably consists of ferrite, which is why, for example, "ferrite cores" are also used below by way of example. This type of magnetic coupling is particularly effective and requires smaller dimensions relative to coils without such a core. In addition, the magnetic leakage flux is low, and the design is more flexible, because the core allows a targeted steering of the magnetic flux. Particularly preferably, the coils are arranged coaxially with each other. Otherwise, the core should be designed so that the magnetic fluxes of both coils are targeted and brought to cover.
Nach einer zweiten Ausführungsform erfolgt die magnetische Kopplung mittels Luftspulen. Gemäß technischer Definition sind Luftspulen induktive Bauteile ohne weichmagnetischen Kern. Daher weisen sie im Vergleich zu solchen mit entsprechendem Kern geringere Induktivitäten auf. Luftspulen müssen derart aufgebaut und angeordnet sein, dass ihre magnetische Kopplung über einen Spalt ohne magnetischen Kern erfolgt. Der Spalt kann dabei mit Luft, einem anderen Gas, z. B. einem Schutzgas, oder mit einer Flüssigkeit wie insbesondere Transformatorenöl gefüllt sein.According to a second embodiment, the magnetic coupling takes place by means of air coils. According to technical definition, air coils are inductive components without soft magnetic core. Therefore, they have lower inductances compared to those with a corresponding core. Air coils must be constructed and arranged such that their magnetic coupling is via a gap without a magnetic core. The gap can be filled with air, another gas, eg. As a protective gas, or be filled with a liquid such as transformer oil in particular.
Wie erwähnt, müssen die magnetischen Felder der Spulen eine möglichst große Überdeckung aufweisen. Dies ist bei runden Spulen dadurch erreichbar, dass die beiden Spulen koaxial zueinander angeordnet sind, so dass die Rotationsachsen der Spulen auf derselben Geraden liegen. Für den Fall, dass die Spulen eine nicht rotationssymmetrische Form haben, gilt dies sinngemäß. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass jedem Spulenfeld eine „Resultierende” zugeordnet wird, und dass die Resultierenden beider Spulenfelder koaxial verlaufen.As mentioned, the magnetic fields of the coils must have the greatest possible coverage. This can be achieved with round coils in that the two coils are arranged coaxially with each other, so that the axes of rotation of the coils lie on the same straight line. In the event that the coils have a non-rotationally symmetrical shape, this applies mutatis mutandis. This can be achieved, for example, by assigning a "resultant" to each coil field, and that the resultants of both coil fields are coaxial.
Bevorzugt umfasst ein erfindungsgemäßer Leistungsübertrager ferner einen der stromquellenseitigen Spule vorgeschalteten Wechselrichter oder Frequenzumrichter zur Erzeugung einer Wechselspannung geeigneter Frequenz.Preferably, a power transformer according to the invention further comprises an inverter or frequency converter upstream of the power source side coil for generating an alternating voltage of suitable frequency.
Damit die elektrische Leistung berührungslos induktiv übertragen werden kann, muss sie in Form einer Wechselspannung vorliegen. Unter bestimmten Voraussetzungen, beispielsweise im Falle eines entsprechenden Generators, ist dies unter Umständen bereits der Fall. Allerdings wechselt diese Frequenz mit der Drehzahl des Generators in einem weiten Bereich, wohingegen das Spulenpaar zur Übertragung elektrischer Leistung für eine bestimmte Frequenz bzw. einen bestimmten, engen Frequenzbereich ausgelegt ist.In order for the electrical power to be transmitted contactless inductively, it must be in the form of an alternating voltage. Under certain conditions, for example in the case of a corresponding generator, this may already be the case. However, this frequency varies with the speed of the generator in a wide range, whereas the coil pair is designed for transmitting electrical power for a particular frequency or a specific, narrow frequency range.
Unter einer „geeigneten Frequenz” ist daher insbesondere eine solche zu verstehen, die eine Übertragung über die Spulen mit möglichst geringen Energieverlusten erlaubt. Nach einer anderen Ausführungsform ist eine geeignete Frequenz bereits an eine solche Frequenz angeglichen, die zur sockelseitigen Weiterverarbeitung erwünscht ist.A "suitable frequency" is therefore to be understood in particular as meaning a transmission via the coils with the lowest possible energy losses. According to another embodiment, a suitable frequency is already matched to a frequency which is desired for socket-side further processing.
Für den Fall einer als Wechselspannung vorliegenden elektrischen Leistung, ist daher ein entsprechender Frequenzumrichter vorteilhaft. Für den Fall einer Gleichstromquelle ist hingegen ein Wechselrichter vorzusehen.In the case of an electrical power present as alternating voltage, therefore, a corresponding frequency converter is advantageous. In the case of a DC power source, however, an inverter is provided.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßer Leistungsübertrager einen der sockelseitigen Spule nachgeschalteten Gleichrichter zur Gleichrichtung der Wechselspannung. Das bedeutet, dass die zur Übertragung zumindest temporär als Wechselspannung vorliegende elektrische Leistung nach erfolgter Übertragung (ggf. wieder) in Form einer Gleichspannung vorliegt. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn sockelseitig z. B. eine Einspeisung in einen Akkumulator oder einen Gleichspannungsverbraucher gewünscht ist.According to a further preferred embodiment, a power transformer according to the invention comprises a rectifier connected downstream of the socket-side coil for rectifying the alternating voltage. This means that the electrical power present for transmission at least temporarily as an alternating voltage is present (possibly again) in the form of a DC voltage after the transmission has taken place. This can be advantageous if the base side z. B. a supply to a battery or a DC consumer is desired.
Für den Fall, dass die zu übertragende elektrische Leistung in Form mehrerer Phasen, z. B. als Drehstrom, vorliegt, ist für jede Phase der Stromquelle ein separates Spulenpaar vorgesehen. Dies folgt aus der physikalischen Notwendigkeit, dass ein Spulenpaar jeweils nur eine Phase bestimmter Frequenz gleichzeitig übertragen kann. Für den Fall von Drehstrom sind daher drei Spulenpaare vorzusehen.In the event that the electrical power to be transmitted in the form of several phases, for. B. is present as a three-phase current, a separate coil pair is provided for each phase of the power source. This follows from the physical necessity that a coil pair can transmit only one phase of a given frequency at a time. For the case of three-phase therefore three coil pairs are provided.
Es sei angemerkt, dass die Übertragung mehrerer Phasen insbesondere dann sinnvoll ist, wenn kein Wechselrichter und Wiedergleichrichter vorhanden sind, beispielsweise aus Gründen der Robustheit oder der Kosten. Diese Bauteile können entfallen, da die Phasen bereits als Wechselspannungen zur Verfügung stehen und so übertragen werden. Ggf. ist jedoch ein stromquellenseitiger Frequenzumrichter sinnvoll. Je nach konkretem Anwendungsfall muss dabei der Spulenkörper sehr groß sein.It should be noted that the transmission of several phases makes sense in particular if no inverter and rectifier are present, for example for reasons of robustness or cost. These components can be omitted, since the phases are already available as AC voltages and so transferred. Possibly. However, a power source side frequency converter is useful. Depending on the specific application case, the bobbin must be very large.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Spulenpaar derartig ausgelegt, dass mit ihm eine Wechselspannung von 50 oder 60 Hz übertragbar ist. Dies ist insbesondere dann vorn Vorteil, wenn sockelseitig eine Einspeisung der übertragenen elektrischen Leistung in das öffentliche Stromnetz erfolgen soll. In diesem Fall bietet es sich an, bereits stromquellenseitig dafür Sorge zu tragen, dass eine entsprechende Wechselspannung zur Übertragung gelangt, beispielsweise durch Wechsel- bzw. Frequenzumrichten der stromquellenseitigen Spannung. Diese Spannung wird dann übertragen und gelangt ohne weitere Umformung zur Einspeisung.According to a further embodiment, the coil pair is designed such that with it an AC voltage of 50 or 60 Hz can be transmitted. This is especially advantageous if the base side is to be fed with the transmitted electrical power in the public power grid. In this case, it makes sense to already ensure on the power source side that a corresponding alternating voltage is transmitted, for example by changing or frequency-converting the voltage on the power-supply side. This voltage is then transmitted and passes without further transformation to the feed.
Nach einer anderen Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Leistungsübertrager einen aus der Kombination von Wechsel- bzw. Frequenzumrichter und Gleichrichter gebildeten Spannungswandler. Der Spannungswandler dient dazu, die von der Stromquelle gelieferte Spannung auf einen Wert zu bringen, welcher von sockelseitigen nachgeschalteten Komponenten benötigt wird. So werden beispielsweise oft nur Spannungen bestimmter Höhe in der öffentliche Stromnetz eingespeist. According to another embodiment, the power transformer according to the invention comprises a voltage converter formed from the combination of AC or frequency converter and rectifier. The voltage converter serves to bring the voltage supplied by the current source to a value which is required by socket-side downstream components. For example, often only voltages of certain levels are fed into the public grid.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Leistungsübertrager ferner eine Vorrichtung zum simultanen Übertragen von Daten über den Leistungsübertrager. Mit anderen Worten dient der Leistungsübertrager nicht nur der Übertragung elektrischer Leistung, sondern auch der Übertragung von Information. Diese Informationsübertragung findet besonders bevorzugt bidirektional statt. Bevorzugt erfolgt diese Informationsübertragung unter Zuhilfenahme des bevorzugt vorhandenen Wechselrichters, der die Information mittels Frequenz- und/oder Amplitudenmodulation der Frequenz der zu übertragenden elektrischen Leistung überlagert. Die Dekodierung erfolgt beispielsweise mittels Verwendung einer dazu bereitgestellten sockelseitigen und/oder stromquellenseitigen Frequenzweiche.According to a further embodiment, the power transformer according to the invention further comprises a device for the simultaneous transmission of data via the power transformer. In other words, the power transformer serves not only the transmission of electric power but also the transmission of information. This information transfer is particularly preferably bidirectional. This information transmission preferably takes place with the aid of the preferably present inverter, which superimposes the information on the frequency of the electrical power to be transmitted by means of frequency and / or amplitude modulation. The decoding takes place, for example, by using a socket-side and / or current-source-side crossover provided for this purpose.
Je nach konkretem Anwendungsfall können diese Komponenten einzeln oder gemeinsam vorhanden sein. Durch Bereitstellung einer Vorrichtung zum simultanen Übertragen von Daten kann unter anderem auf eine Funk nutzende Lösung verzichtet werden. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Leistungsübertrager ferner eine Vorrichtung zur mechanischen Entkopplung zur Vermeidung von Schwingungsübertragungen und thermischen Spannungen zwischen Leistungsübertrager und seiner Umgebung. Die für mechanische Schwingungsübertragungen relevante „Umgebung” sind neben dem Gehäuse des Leistungsübertragers insbesondere das Drehgestell und der Sockel. Gemeint ist hierbei die Übertragung mechanischer Schwingungen.Depending on the specific application, these components may be present individually or together. By providing a device for the simultaneous transmission of data, among other things, a wireless solution can be dispensed with. According to a further embodiment, the power transformer according to the invention further comprises a device for mechanical decoupling to avoid vibration transmission and thermal stresses between power transformer and its surroundings. The relevant for mechanical vibration transmissions "environment" are in addition to the housing of the power transformer in particular the bogie and the base. This refers to the transmission of mechanical vibrations.
Diese können einerseits durch die Leistungsübertragerfrequenzen sowie deren Oberwellen entstehen. Übertragen sie sich auf den Sockel, können sie von dort beispielsweise auf ein Hausdach, auf welchem der Sockel befestigt ist, und welches zudem als Resonanzkörper wirken kann, weitergeleitet werden, wo sie zu unangenehmen Geräuschen führen.These can arise on the one hand by the power transformer frequencies and their harmonics. If they transfer to the base, they can be forwarded from there, for example, to a roof on which the base is fastened, and which can also act as a resonator, where they lead to unpleasant noises.
Andererseits können mechanische Schwingungen jedoch auch durch Vibrationen insbesondere des Drehgestells, beispielsweise aufgrund der Repellerbewegungen oder Windböen, entstehen, welche den Übertrager, und hier insbesondere die mechanisch empfindlichen Ferritkerne, schädigen können, sofern sie nicht gedämpft werden. Da das für die bevorzugt vorhandenen Weicheisenkerne verwendete Material Ferrit sehr spröde ist, kann es bei entsprechendem externen Schwingungen, die beispielsweise durch den Generator, durch Windböen usw. verursacht werden, bei fester Montage sehr leicht zerbrechen.On the other hand, however, mechanical vibrations can also be caused by vibrations in particular of the bogie, for example due to the repeller movements or wind gusts, which can damage the transformer, and in particular the mechanically sensitive ferrite cores, unless they are damped. Since the material used for the preferred soft iron cores ferrite is very brittle, it can easily break with appropriate external vibrations, which are caused for example by the generator, by gusts, etc., with a fixed installation.
Um solche, aus Sicht des Leistungsübertragers, von außen nach innen sowie von innen nach außen wirkenden Schwingungsübertragungen zu vermeiden, kann diese Schwingungen dämpfendes Material derart eingesetzt werden, dass es die Spulen und ggf. Weicheisenkerne des Übertragers von den sie umgebenden Komponenten entkoppelt. Bevorzugt kann solches Material beispielsweise in den Berührbereich zwischen den dem Luftspalt entgegengesetzten Grenzflächen der Spulen bzw. ihrem Weicheisenkern und den entsprechenden Gehäuseteilen angeordnet sein. Sofern die sockelseitige Spule direkt auf dem Sockel angeordnet ist, kann auch hier ein entsprechendes Material vorgesehen sein. Es ist nach einer weiteren Ausführungsform auch denkbar, die Spulen mit den Weicheisenkernen jeweils vollständig mit der Dämpfungsmaterial zu umgeben. Auf diese Weise wird der Kern des Leistungsübertragers besonders nachhaltig gegen äußere Einflüsse geschützt, und gleichzeitig wird eine wirkungsvolle Vermeidung der Übertragung der Leistungsübertragerschwingungen in die Umwelt vermieden.In order to avoid such, from the perspective of the power transformer, from outside to inside and from the inside outward vibration transmissions, these vibrations damping material can be used such that it decouples the coils and possibly soft iron cores of the transformer from the surrounding components. Preferably, such material can be arranged, for example, in the contact region between the air gap opposing boundary surfaces of the coil or its soft iron core and the corresponding housing parts. If the socket-side coil is arranged directly on the base, a corresponding material can also be provided here. It is also conceivable according to a further embodiment to completely surround the coils with the soft iron cores in each case with the damping material. In this way, the core of the power transformer is particularly sustainable protection against external influences, and at the same time an effective avoidance of the transmission of the power transformer vibrations in the environment is avoided.
Als geeignete Materialien kommen insbesondere Gummi oder Silikon in Betracht. Das Dämpfungsmaterial kann als Einsatzelement bereitgestellt oder als formbare Masse in den entsprechenden Spalt eingebracht werden. Dazu können auch Bohrungen im Gehäuse vorhanden sein, durch welche das Material nach Zusammenlegen der Teile eingespritzt wird. Bevorzugt dient das Dämpfungsmaterial dann gleichzeitig dem mechanischem Zusammenhalt (Kleben) von Gehäuse und Ferritkernen.Suitable materials are in particular rubber or silicone into consideration. The damping material can be provided as an insert element or introduced as a moldable mass in the corresponding gap. For this purpose, holes in the housing may be present, through which the material is injected after folding the parts. Preferably, the damping material then simultaneously serves the mechanical cohesion (bonding) of housing and ferrite cores.
Das Dämpfungsmaterial entkoppelt den Bereich des Leistungsübertragers, insbesondere seiner Spulen und ggf. vorhandenen Weicheisenkerne, mechanisch vom Bereich des Drehgestells und des Sockels. Gleichzeitig erfolgt auch eine Dämpfung etwaiger äußerer, auf den Leistungsübertrager wirkender Schwingungen. Da sich das Drehgelenk im Bereich des Leistungsübertragers befindet bzw. konstruktiver Teil desselben ist, ist auch die Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung dem Leistungsübertrager zuzurechnen. Bevorzugt ist es daher, wenn alle Komponenten in ein gemeinsames Gehäuse integriert sind, welches besonders bevorzugt wetterfest ausgestaltet ist.The damping material decouples the region of the power transformer, in particular its coils and possibly existing soft iron cores, mechanically from the area of the bogie and the base. At the same time there is also an attenuation of any external, acting on the power transformer oscillations. Since the rotary joint is located in the region of the power transformer or is a constructive part of the same, the device for vibration damping is also attributable to the power transformer. It is therefore preferred if all components are integrated in a common housing, which is particularly preferably designed weatherproof.
Um ein Anschlagen der bewegten Teile des Leistungsübertragers wie insbesondere seiner Spulen und ggf. Weicheisenkerne zu vermeiden, muss der Luftspalt zwischen den Spulen soweit vergrößert werden, dass auch bei größtmöglichen Schwingungen kein mechanischer Kontakt der Spulen auftritt. Daher führt der Einbau einer Vorrichtung zur mechanischen Entkopplung zunächst zu etwas nachteiligeren Übertragungswerten. Um dies auszugleichen, und aufgrund der zumeist größeren Fertigungstoleranzen bei der Verwendung elastischer Materialien, sollte der überlappende Bereich der Spulen entsprechend größer gewählt werden.In order to avoid striking the moving parts of the power transformer, in particular its coils and possibly soft iron cores, must the air gap between the coils are increased so far that no mechanical contact of the coils occurs even with maximum vibration. Therefore, the installation of a device for mechanical decoupling initially leads to somewhat more disadvantageous transmission values. To compensate for this, and due to the usually larger manufacturing tolerances in the use of elastic materials, the overlapping region of the coils should be chosen correspondingly larger.
Neben der Vermeidung der Übertragung von mechanischen Schwingungen zwischen Leistungsübertrager und Umgebung bietet die Verwendung einer Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung ferner den wichtigen Vorteil der Bereitstellung von Dehnungsfugen zum Auffangen von thermischen Spannungen, also mechanischen Spannungen, die sich durch Temperaturunterschiede zwischen den vom Strom durchflossenen und sich daher erwärmenden Teile und der insbesondere im Winter sehr kalten Gehäuseteile bilden. Da das spröde Material Ferrit auch sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen bzw. der daraus resultierenden verschiedenen Materialausdehnungen reagiert, ist es besonders vorteilhaft, wenn unterschiedliche Temperaturen zwischen dem Inneren des Leistungsübertragers und seiner Umgebung nicht zu mechanischen Spannungen führen.In addition to avoiding the transmission of mechanical vibrations between the power transmitter and the environment, the use of a vibration damping device also provides the important advantage of providing expansion joints for trapping thermal stresses, ie, mechanical stresses caused by temperature differences between the current flowing through and therefore heating Parts and make the especially in winter very cold housing parts. Since the brittle material ferrite also reacts very sensitively to temperature fluctuations or the resulting different material expansions, it is particularly advantageous if different temperatures between the interior of the power transformer and its surroundings do not lead to mechanical stresses.
Ferner ist bevorzugt, dass der Leistungsübertrager eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung der sich erwärmenden Teile des Leistungsübertragers mit der seiner Umgebung aufweist. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Erwärmung der Spulen und Weicheisenkerne effektiv nach außen abgeleitet, die sich erwärmenden Teile also gekühlt werden. Dies beugt sowohl übermäßigen Ausdehnungen (und somit Spannungen) durch hohe Temperaturen, als auch Überhitzungen, insbesondere der elektrischen Komponenten, des Leistungsübertragers vor.Furthermore, it is preferred that the power transformer has a device for the thermal coupling of the heating parts of the power transformer with that of its surroundings. This means that, for example, a heating of the coils and soft iron cores effectively dissipated to the outside, so the heating parts are cooled. This prevents both excessive expansions (and thus stresses) from high temperatures, as well as overheating, in particular of the electrical components of the power transformer before.
Zwar können hierzu jegliche aus dem Stand der Technik bekannten Kühlvorrichtungen verwendet werden, wie Kühlrippen, Kühlflüssigkeiten und dergleichen. Besonders bevorzugt sind jedoch spezielle, thermisch leitfähige Materialien, die in den Zwischenraum von Spulen- bzw. Weicheisenkernaußenseite und innerer Gehäusewandung eingebracht werden.Although any known from the prior art cooling devices may be used, such as cooling fins, cooling fluids and the like. However, particular preference is given to special, thermally conductive materials which are introduced into the intermediate space of the coil iron core outer side and the inner housing wall.
Besonders bevorzugt werden dabei solche Materialien verwendet, welche beide Anforderungen, also Schwingungsdämpfung bzw. mechanische Entkopplung und thermische Kopplung zugleich erfüllen. Derartige, z. B. auf Silikon basierende Materialien enthalten beispielsweise hoch thermisch leitfähige Keramiken und werden in der Elektronikindustrie als „gap-filler” bezeichnet.Particular preference is given to using materials which meet both requirements, ie vibration damping or mechanical decoupling and thermal coupling at the same time. Such, for. For example, silicone based materials include, for example, highly thermally conductive ceramics and are referred to in the electronics industry as "gap fillers".
Sowohl bidirektional wirkende mechanische Schwingungen, als auch durch Temperaturschwankungen verursachte mechanische Spannungen, sowie die durch thermische Entkopplung auftretenden Probleme können demnach durch die Verwendung einer Vorrichtung, die gleichzeitig der mechanischen Entkopplung und der thermischen Kopplung dient, effektiv aufgefangen und unschädlich gemacht werden.Both bi-directional mechanical vibrations, as well as caused by temperature fluctuations mechanical stresses, as well as occurring by thermal decoupling problems can therefore be effectively absorbed and rendered harmless by the use of a device that simultaneously serves the mechanical decoupling and thermal coupling.
Die Erfindung lässt sich ferner auch bevorzugt im Rahmen eines Verfahrens zur verschleißfreien Leistungsübertragung elektrischer Leistung von einer Stromquelle, welche auf dem mit dem Wind mitdrehbaren Drehgestell eines Windrades angeordnet ist, zum feststehenden Sockel dieses Windrades, verwenden. Zur Erläuterung der einzelnen Begriffe sei auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen.The invention can also be used preferably in the context of a method for the wear-free power transmission of electric power from a power source, which is arranged on the mitdrehbaren with the wind bogie of a wind turbine, to the fixed base of this wind turbine. For an explanation of the individual terms, reference is made to the statements made above.
Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen der elektrischen Leistung durch die Stromquelle;
- – Einspeisen der elektrischen Leistung in den mitdrehbaren Eingang eines Leistungsübertragers;
- – kontaktloses übertragen der elektrischen Leistung vom mitdrehbaren Eingang zum feststehenden Ausgang des Leistungsübertragers;
- – Bereitstellen der elektrischen Leistung am feststehenden Ausgang des Leistungsübertragers.
- - Providing the electrical power through the power source;
- - feeding the electrical power into the rotatable input of a power transformer;
- - Contactless transfer of electrical power from the co-rotating input to the fixed output of the power transformer;
- - Providing the electrical power at the fixed output of the power transformer.
Dabei ist das Verfahren zunächst nicht auf die im Rahmen der oben beschriebenen Vorrichtungsbestandteile beschränkt, sondern kann auch mit anderer Technik realisiert werden. Durch die kontaktlose Übertragung der elektrischen Leistung, die von der Stromquelle bereitgestellt wird, ist ein praktisch wartungsfreier Betrieb einer entsprechenden Anlage möglich.The method is initially not limited to those within the device components described above, but can also be realized with other technology. The contactless transmission of electrical power provided by the power source allows for virtually maintenance-free operation of such equipment.
Es ist jedoch bevorzugt, dass das kontaktlose Übertragen der elektrischen Leistung von einer mitdrehbaren, stromquellenseitigen Spule auf eine feststehende, sockelseitige Spule erfolgt, wobei beide Spulen berührungsfrei derart zueinander angeordnet werden, dass sie miteinander magnetisch gekoppelt sind, und wobei die Spulen ferner gegeneinander rotierbar gelagert werden. Je zu übertragender Phase ist dabei ein Spulenpaar notwendig. Zu diesen wie auch den nachfolgenden Ausführungsformen wird wiederum auf die oben gemachten Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.However, it is preferred that the contactless transfer of electrical power from a co-rotating, current source coil on a fixed, socket-side coil, both coils are arranged without contact in such a way that they are magnetically coupled together, and wherein the coils are also mounted rotatably against each other become. Depending on the phase to be transferred, a coil pair is necessary. For these as well as the subsequent embodiments, reference is again made to the statements made above for the device according to the invention.
Nach einer ersten bevorzugten Variante erfolgt die magnetische Kopplung durch einen ferromagnetischen Kern.According to a first preferred variant, the magnetic coupling is effected by a ferromagnetic core.
Nach einer zweiten bevorzugten Variante erfolgt die magnetische Kopplung mittels Luftspulen.According to a second preferred variant, the magnetic coupling takes place by means of air coils.
Nach einer weiteren bevorzugten Variante erfolgt, ferner vor dem Einspeisen der elektrischen Leistung in die stromquellenseitige Spule ein Wechselrichten oder Frequenzumrichten zur Erzeugung einer Spannung geeigneter Frequenz. Ein Wechselrichten ist immer dann von Vorteil, wenn die Stromquelle eine Gleichspannung bereitstellt, die vor der Übertragung der elektrischen Energie in eine Wechselspannung zu überführen ist. Liegt stromquellenseitig bereits eine Wechselspannung vor, sollte diese in eine zur Übertragung und/oder zur Weiterverarbeitung geeignete Frequenz umgerichtet werden.According to another preferred variant takes place, further before feeding the electrical Power in the power source side coil an inverter or frequency converter to generate a voltage of suitable frequency. Inverting is always advantageous when the power source provides a DC voltage that is to be converted into an AC voltage prior to transmission of the electrical energy. If there is already an AC voltage on the power source side, this should be converted to a frequency suitable for transmission and / or further processing.
Nach einer anderen bevorzugten Variante erfolgt ferner nach dem Bereitstellen der elektrischen Leistung an der sockelseitigen Spule ein Gleichrichten der Spannung. Dies ist insbesondere dann wünschenswert, wenn beispielsweise ein Gleichspannungsverbraucher oder ein Akkumulator mit Strom versorgt werden sollen.According to another preferred variant, a rectification of the voltage also takes place after the provision of the electrical power to the socket-side coil. This is particularly desirable if, for example, a DC consumer or an accumulator to be supplied with power.
Nach einer anderen Variante erfolgt abschließend eine Einspeisung der elektrischen Leistung in das öffentliche Stromnetz. Dann ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Frequenz bereits vor dem Übertragen auf genaue diese Frequenz umgerichtet und mit dieser synchronisiert worden ist. Ein weiteres Gleich- und erneutes Wechselrichten kann dann entfallen.According to another variant is finally a feed of electrical power in the public grid. In that case, it is particularly advantageous if the frequency has already been converted to the exact frequency before synchronization and has been synchronized therewith. Another equal and renewed Inversions can then be omitted.
Schließlich erfolgt nach einer weiteren Variante ferner eine simultane Datenübertragung über den Leistungsübertrager. Hierzu ist besonders bevorzugt eines der ggf. in Mehrzahl vorhandenen Spulenpaare zu verwenden, wobei die Übertragung der Daten wiederum kontaktlos stattfindet. Die Kodierung der Information erfolgt dabei beispielsweise mittels Amplituden- und/oder Frequenzmodulation, und kann sockelseitig wieder, beispielsweise mittels einer Frequenzweiche, vom Signal der zunächst auch als Wechselspannung vorliegenden elektrischen Leistung getrennt werden.Finally, according to a further variant, a simultaneous data transmission also takes place via the power transformer. For this purpose, it is particularly preferable to use one of the coil pairs, which may be present in a plurality, the transmission of the data again taking place contactlessly. The coding of the information is carried out, for example, by means of amplitude and / or frequency modulation, and can be the socket side again, for example by means of a crossover, separated from the signal of the present as an alternating voltage electrical power.
Die vorliegende Erfindung stellt einen verschleißfreien Leistungsübertrager zur Übertragung für elektrische Energie von einer Stromquelle, welche auf dem mit dem Wind mitdrehbaren Drehgestell eines Windrades angeordnet ist, zum feststehenden Sockel dieses Windrades bereit. Die Vorrichtung erlaubt eine freie Drehung des Drehgestells ohne die Gefahr eines Überdehnens oder gar Reißens elektrischer Kabel. Eine konstruktive Begrenzung der Drehbewegung und/oder Rückführung des Drehgestells in eine Startposition ist nicht notwendig. Aufgrund des fehlenden mechanischen Kontakts unterliegen alle die elektrische Leistung übertragenden Bauelemente keinerlei mechanischem Verschleiß. Ein Verzundern oder Festfrieren ist nicht möglich. Daher ist auch beim Einnehmen einer seit längerer Zeit nicht eingenommenen Position des Drehgestells jederzeit ein einwandfreier elektrischer Kontakt zwischen Drehgestell und Sockel gewährleistet. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist kostengünstig möglich. Die Unterhaltskosten sind aufgrund der Wartungsfreiheit minimal. Durch bevorzugten Einsatz einer Vorrichtung zur mechanischen Entkopplung zur Vermeidung von Schwingungsübertragungen und thermischen Spannungen wird sowohl die Übertragung mechanischer Schwingungen des Leistungsübertragers auf Sockel und Drehgestell vermieden, als auch sichergestellt, dass externe Schwingungen und Temperaturschwankungen die bevorzugt vorhandenen Ferritkerne der Spulen nicht beschädigen können. Durch den besonders bevorzugten Einsatz einer Vorrichtung zur thermischen Kopplung der sich erwärmenden Teile des Leistungsübertragers mit seiner Umgebung wird überschüssige Wärme effektiv aus dem Übertrager abgeführt. Durch Integration dieser beiden Funktionalitäten in ein Bauteil (thermisch leitfähiger Elastomer) wird eine besonders einfache, kostengünstige und robuste Lösung erreicht.The present invention provides a wear-free power transformer for transmitting electrical energy from a power source disposed on the windable bogie of a windmill to the stationary base of that windmill. The device allows a free rotation of the bogie without the risk of overstretching or even tearing electrical cables. A constructive limitation of the rotational movement and / or return of the bogie to a start position is not necessary. Due to the lack of mechanical contact, all components transmitting the electrical power are not subject to any mechanical wear. Scaling or freezing is not possible. Therefore, a perfect electrical contact between the bogie and base is guaranteed even when taking a long time not occupied position of the bogie. The preparation of the device according to the invention is inexpensive possible. The maintenance costs are minimal due to the maintenance-free. By preferred use of a device for mechanical decoupling to avoid vibration transmission and thermal stresses both the transmission of mechanical vibrations of the power transformer on pedestal and bogie is avoided, as well as ensuring that external vibrations and temperature fluctuations can not damage the ferrite cores of the coils preferably present. Due to the particularly preferred use of a device for the thermal coupling of the heating parts of the power transformer with its surroundings, excess heat is effectively dissipated from the transformer. By integrating these two functionalities into one component (thermally conductive elastomer), a particularly simple, cost-effective and robust solution is achieved.
Figurenbeschreibungfigure description
In der
Gezeigt sind dabei lediglich die wesentlichen Komponenten des Leistungsübertragers
Die stromquellenseitige Spule
Über Lager
Wie aus der
Durch die vorliegende Konstruktion wird in vorteilhafter Weise eine hohe Stabilität erreicht, da die beiden Lager wahlweise mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser und/oder vertikalem Abstand voneinander eingebaut sein können. Je nach Last kann so eine einfach konstruierte, sehr robuste, leicht zerlegbare und somit kostengünstig wartbare Vorrichtung bereitgestellt werden, welche gleichzeitig ausreichend Raum für eine Integration der Spulen
In der
Die
Die
In der
In der
Die
Die Variante der
Im Gegensatz dazu weist die Ausführungsform der
Besonders bevorzugt wird die Generatorfrequenz auf einen konstanten Wert von 50 bzw. 60 Hz gebracht und so übertragen. Auf diese Weise kann die übertragene Spannung direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.Particularly preferably, the generator frequency is brought to a constant value of 50 or 60 Hz and so transmitted. In this way, the transmitted voltage can be fed directly into the public grid.
Die Ausführungsform der
In der
Besonders bevorzugt erfolgt das Wechselrichten auf einen konstanten Wert von 50 bzw. 60 Hz. Auf diese Weise kann die übertragene Spannung direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.Particularly preferably, the inverting is carried out to a constant value of 50 or 60 Hz. In this way, the transmitted voltage can be fed directly into the public grid.
Wie in der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- LeistungsübertragerPower Transformers
- 1'1'
- LeistungsübertragerkernPower transformer core
- 2A2A
- stromquellenseitige SpulePower source side coil
- 2B2 B
- sockelseitige Spulesocket-side coil
- 3A3A
- stromquellenseitiger Ferritkernpower source side ferrite core
- 3B3B
- sockelseitiger Ferritkernsocket-side ferrite core
- 4A4A
- stromquellenseitige Vorrichtung zur mechanischen EntkopplungPower source device for mechanical decoupling
- 4B4B
- sockelseitige Vorrichtung zur mechanischen Entkopplungsocket-side device for mechanical decoupling
- 4A'4A '
- stromquellenseitige Vorrichtung zur thermischen KopplungPower source side device for thermal coupling
- 4B'4B '
- sockelseitige Vorrichtung zur thermischen Kopplungsocket-side device for thermal coupling
- 5A5A
- äußeres Gehäuseteilouter housing part
- 5B5B
- inneres Gehäuseteilinner housing part
- 6A, 6B6A, 6B
- Lagercamp
- 77
- Sockelbase
- 7'7 '
- Fixiereinrichtungfixing
- 7''7 ''
- Scheibedisc
- 8A8A
- Zuleitungsupply
- 8B8B
- Ableitungderivation
- 99
- Generatorgenerator
- 1010
- Stromquellepower source
- 1111
- Frequenzumrichterfrequency converter
- 1212
- Wechselrichterinverter
- 1313
- Gleichrichterrectifier
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2008089760 A1 [0003] WO 2008089760 A1 [0003]
- GB 2167612 A [0004] GB 2167612 A [0004]
- US 020080293260 A1 [0004] US 020080293260 A1 [0004]
- EP 1961082 B1 [0004] EP 1961082 B1 [0004]
- EP 2146403 A1 [0006] EP 2146403 A1 [0006]
- JP 60129904 A [0008] JP 60129904 A [0008]
- JP 11149601 A [0008] JP 11149601 A [0008]
- JP 61104302 A [0008] JP 61104302 A [0008]
- DE 4127647 A1 [0009] DE 4127647 A1 [0009]
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014212124B3 (en) * | 2014-06-24 | 2015-05-21 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Transformer, method for its production and rolling bearing with integrated transformer |
US10037848B2 (en) | 2015-01-09 | 2018-07-31 | Carl Mahr Holding Gmbh | Inductive rotary transmitter |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60129904A (en) | 1983-12-15 | 1985-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Tape guide drum device |
JPS61104302A (en) | 1984-10-23 | 1986-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Rotary head device of vtr |
GB2167612A (en) | 1984-11-21 | 1986-05-29 | English Electric Co Ltd | Wind-powered turbine generator systems |
DE4127647A1 (en) | 1991-08-21 | 1993-02-25 | Kolbenschmidt Ag | DEVICE FOR TRANSMITTING ELECTRICAL ELECTRICITY AND DATA BETWEEN THE STEERING WHEEL AND THE VEHICLE SIDE OF A MOTOR VEHICLE |
JPH11149601A (en) | 1997-11-19 | 1999-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Rotary transformer and rotary head drum device using it |
JP2002272019A (en) | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | Power feeder and transmitting/receiving apparatus of handle section |
WO2008089760A1 (en) | 2007-01-23 | 2008-07-31 | Vestas Wind Systems A/S | Flexible electric power cable and wind turbine |
US20080293260A1 (en) | 2005-12-12 | 2008-11-27 | Viggo Kofod Christoffersen | Wind turbine, a high current connector and uses thereof |
EP2146403A1 (en) | 2008-07-14 | 2010-01-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Rotary joint |
-
2010
- 2010-09-07 DE DE202010012270U patent/DE202010012270U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60129904A (en) | 1983-12-15 | 1985-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Tape guide drum device |
JPS61104302A (en) | 1984-10-23 | 1986-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Rotary head device of vtr |
GB2167612A (en) | 1984-11-21 | 1986-05-29 | English Electric Co Ltd | Wind-powered turbine generator systems |
DE4127647A1 (en) | 1991-08-21 | 1993-02-25 | Kolbenschmidt Ag | DEVICE FOR TRANSMITTING ELECTRICAL ELECTRICITY AND DATA BETWEEN THE STEERING WHEEL AND THE VEHICLE SIDE OF A MOTOR VEHICLE |
JPH11149601A (en) | 1997-11-19 | 1999-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Rotary transformer and rotary head drum device using it |
JP2002272019A (en) | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | Power feeder and transmitting/receiving apparatus of handle section |
US20080293260A1 (en) | 2005-12-12 | 2008-11-27 | Viggo Kofod Christoffersen | Wind turbine, a high current connector and uses thereof |
EP1961082B1 (en) | 2005-12-12 | 2009-08-26 | Vestas Wind Systems A/S | A wind turbine, a high current connector and uses hereof |
WO2008089760A1 (en) | 2007-01-23 | 2008-07-31 | Vestas Wind Systems A/S | Flexible electric power cable and wind turbine |
EP2146403A1 (en) | 2008-07-14 | 2010-01-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Rotary joint |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014212124B3 (en) * | 2014-06-24 | 2015-05-21 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Transformer, method for its production and rolling bearing with integrated transformer |
WO2015197057A1 (en) | 2014-06-24 | 2015-12-30 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Transformer, method for manufacturing same and roller bearing with integrated transformer |
CN106415035A (en) * | 2014-06-24 | 2017-02-15 | 舍弗勒技术股份两合公司 | Transformer, method for manufacturing same and roller bearing with integrated transformer |
US10020111B2 (en) | 2014-06-24 | 2018-07-10 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Transformer, method for manufacturing same and roller bearing with integrated transformer |
US10037848B2 (en) | 2015-01-09 | 2018-07-31 | Carl Mahr Holding Gmbh | Inductive rotary transmitter |
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