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TRANSFORMATOR MIT UMLAUFENDEN TEILEN Gegenstand der Erfindung ist
die Ausführung eines Transformators, der für eine elektromagnetische kontaktlose,
dvh. ohne Gleitkontakte (Bürsten und Schleifringe), Ubertragung elektrischer Energie
von ruhenden Teilen der Anlagen und Maschinen auf umlaufende Teile der Anlagen und
Maschinen bestimmt ist.
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Es ist bekannt, dass man an Synchronmaschinen Kontaktlosigkeit meistens
derart erzielt, dass der Wechselstromerreger an die Welle der Hauptinaschine angebaut
wird. Die Erregung des Erregers befindet sich dann im Stator, wohrend der umlaufende
Anker Ueber umlaufende Gleichrichter die im Rotor angebrachte Erregerwicklung der
Hauptmaschine speist. Ein grösseres Problem stellt die Herstellung einer kontaktlosen
selbsterregten Compound-Synchronmaschine dar. Eines der bedeutenderer Probleme is
die Übertragung elektrischer Energie von den ruhenden Teilen der Anlage in die Erregerwicklung
der umlaufenden Synchronmaschine. Heute sind Trans format orkonstruktionen mit umlaufenden
Teilen bekannt, die mit einem radialen Luftspalt ausgeführt sind und bedeutend kompliziertere
und kostspieligere technologische Verfahren als die erfIadungsmassige Konstruktion
mit ernem axialen Luftspalt verlangen.
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Die Herstellung des Blechpakets braucht keine zusätzliche Oberflächenbearbeitung
weder im Luftspalt noch anderswo.
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Das Ziel dieser Erfindung ist es, einen verhältnismässig einfachen
Transformator für die elektromagnetische kontaktlose Ubertragung elektrischer Energie
in die Erregerwicklung der Synchronmaschine herzustellen. Diese Erfindung zeichnet
sich durch das einfache technologische Herstellungsverfahren aus, das durch die
einfache Sonstru'rtion bedingt ist.
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Die selbsterregten compoundierten Wragersysteme enthalten gewöhnlich
einen oder mehrere Transformatoren und oft auch eine Drosselspule (oder die Sunlrtion
des Transformators und der Drosselspule ist in einem Element vereinigt); so kann
der vorliegende Transformator mit umlaufenden Teilen mehrfach angewendet werden,
d.h. er kann in die Schaltanordnung der Anlage so eingegliedert werden, dass er
nicht nur Vermittler in der kontaktlosen Ubertragung elektrischer Energie ist, sondern
er zugleich auch die Rolle eines der erwähnten Elementen des compoundierten Transformators
oder der Drosselspule oder auch des Transformators und der Drosselspule zugleich
übernimmt.
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Den Transformator kann man nach Bedarf auch mehrphasig und mit mehreren
Wicklungen ausführen und nicht nur für die kontaktlose Erregung, wie es hier als
Beispiel und als besonders interessant für diese Verwendung beschrieben wird, sondern
auch für eine beliebige kontaktlose übertragung elektrischer Energie zwischen ruhenden
und umlaufenden Teilen der Anlagen und Maschinen für jeden Zweck verwenden.
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Dieses Ziel wird durch die erfindungsinassige Ausführung erreicht,
die durch die Art der Kernformung und durch den axialen Luftspalt gekennzeichnet
ist.
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Die Erfindung soll anhand der beiliegenden Zeichnungen eingehend erklart
werden. Darin zeigen: Fig. 1 und 2 die Grundidee der erfindungsmässigen Konstruktion,
Fig. 3 die Form des Kernbleches für den Transformator, Fig. 4 und 5 eine dreiphasige
Ausführung des Transformators mit umlaufenden Teilen, und Fig. 6 eine modifizierte
Form des Kernbleches eines Dreiphasentransformators mit umlaufenden Teilen.
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In Fig. 1 und 2 ist wegen Einfachneit ein Einphasentransformator dargestellt,
der grendsätzlich auch mehrere ;icklungen haben kann, und zwar derart ausgeführt,
dass eine oder mehrere wicklungen ruhen (oder dass eine oder mehrere Liicklungen
umlaufen). Zwecks Einfacmieit wird der Fall eines Zweiwicklungstransformators, d.h.
eines Dransformators, der
nur eine primäre und eine sekundäre wicklung
besitzt, beschrieben. Die Grundidee der lnstruktion besteht darin, dass man zwei
Scheiben herstellt: eine Scheibe II dreht sich zusammen mit der Welle 1, die eine
Verlängerung der elle der Synchronmaschine darstellt, während die zweite Scheibe
I an die Statorkonstruktion befestigt feststeht. Die Art der Befestigung der Scheiben
an die -g7elle und an die Statorkonstruktion ist nicht wesentlich. Da es sich um
Teile handelt, die nebeneinander rotieren (untereinander um den Luftspalt 5 entfernt),
kann der Transformator auch auf ähnliche Art eingebaute lager wie die--Rotationsmaschinen
besitzen, wobei die Welle, die die umlaufende Scheibe II trägt, durch eine Kupplung
mit der tselle der Synchronrnaschine verbunden wird.
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Der Transformator kann jedoch derart an die Welle der Synchronnaschine
angebaut sein, wie gewöhnlich der Erreger an die Welle der Synchronmaschine angebaut
wird. Jede Scheibe besteht aus radial zusammengelegten Blechformen 3 (Fig. 1 und
2).
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In Fig. 3 ist die Blechform gesondert dargestellt. Wie man sieht,
ist in die Bleche eine Nut 4 eingestanzt, wodurch man nach dem Zusammensetzen der
Bleche zu einer Scheibe (dem Kern) eine Kreisringe erhält, in welche die isolierten
Spulen 4' der Primär- und Sekundärwicklung leicht eingelegt werden.
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Beim Zusammensetzen muss man achten, dass am äusseren breiteren Umfang
geeignete Einsätze 3' eingelegt werden, um die richtige Scheibenform und die richtige
Lage der Bleche darin zu erzielen. Die Einsätze können aus dem gleichen Werkstoff
sein, aus dem die Bleche 3 gestanzt sind, oder aus Isolationsmaterial. Die zusammengesetzten
Kernteile I und II kann man imprägnieren, um kompakte Einheiten zu schaffen; sie
werden in Schalen (Eräntel) zwecks besserer mechanischer Verfestigung eingesetzt.
Diese Schalen sind aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt. Aus der Zeichnung kann
man sehen, dass sich die Schale der umlaufenden Scheibe (des Pakets) II der Form
nach von der ruhenden Scheibe I etwas unterscheiden kann. Das Detail der Spulenbefestigung
ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, weil diese nicht wesentlich ist und sie
der Konstrukteur nach seinem ermessen vorsehen kann, dabei die
hier
wirkenden Kräfte beachtend. Der Verlauf der Lcraftlinien des magnetischen Flusses
ist durch Linie 6 in Fig. 1 dargestellt. Der mechanischen Dimensionierung der eDcilalen
ist besondere Sorgfalt zu widmen.
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Die Herausführungen der wicklungen können durch die Kanäle und Rillen
in den Kernteilen und der Welle ausgefuhrt werden. Die Einzelheiten der Kanäle und
Rillen sind nicht. wesentlich und sind deshalb in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Aus den umlaufenden (Sekundär-).Wicklungen wird die Erregerwicklung der Synehronmaschine
über umlaufende, auf der Welle befestigte Gleichrichter gespeist, die als an sich
bekannt auch nicht dargestellt sind.
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Durch Zusammenfügen mehrerer elemente (nebeneinander) an der Welle,
welche in Fig. 1 und 2 dargestellt sind, kann man auf gleiche weise auch einen Mehrphasentransformator
herstellen, s. Fig. 4 und 5. Dabei kann man auch eine Ersparnis an Volumen und an
Werkstoff erzielen, wenn man Elemente 2' 2", 3" (mäntel) verwendet, wie sie in Fig.
4 gezeigt sind. In Fig. 4 und 5 ist ein Dreiphasentransformator mit umlaufenden
zeilen dargestellt. Alle Bezugszeichen aus Sig. 1, 2 und 3 haben in Fig. 4 und 5
dieselbe Bedeutung und Funktion und werden deshalb nicht noch einmal beschrieben.
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Ein T.ehrphasen-transformator kann auch derart hergestellt werden,
dass die Bleche mit mehreren Nuten gestanzt werden (s. Fig. 6) und man dadurch nach
dem Zusammenlegen konzentrische Rillen erhält, in welche die Phasenwicklungen eingelegt
werden. Ein Nachteil dieser Ausführung mit konzentrischen Rillen und Wicklungen
liegt darin, dass in diesem Falle nicht alle Phasenwicklungen untereinander gleich
sind (ihrem Durchmesser nach).
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Der erfindungsmässige Transformator mit umlaufenden Teilen wirkt so,
dass elektrische Energie von seinen ruhenden -icklungen auf umlaufende wicklungen
(oder ungekehrt) elektromagnetisch, d.h. auf Transformatorenart übertragen wird,
und dass dabei (unter Vernachlässigung der zusätzlichen durch
Drehung
verursachten Verluste) keine elektromechanische 3ergieumwandlung vorkommt. Die elektromechanische
Energie umwandlung wird durch Anordnung der Transformatorwicklungen koaxial zur
Drehungsachse verhindert.