專利名稱：變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從固定元件向轉(zhuǎn)動(dòng)元件傳送電能的變壓器，其包括初級(jí)繞組和次級(jí)繞組。這樣的變壓器稱為異步電機(jī)，其中定子繞組構(gòu)成初級(jí)繞組，轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成次級(jí)繞組，或反之亦然。由于磁滯損失，在能量傳送過程中產(chǎn)生的損耗熱量相當(dāng)多，以至于一方面將可傳送的能量限于較少的千瓦數(shù)。另一方面，必須將所述熱量散出，因而需要具有足夠大表面的最小尺寸的變壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種變壓器，其中損耗熱量減少，因而有較小的尺寸，或者，同樣的尺寸可傳送較多量的能量。
本發(fā)明的目的通過設(shè)置在環(huán)形槽中的環(huán)形初級(jí)、次級(jí)繞組，在開頭所說明的變壓器中得以實(shí)現(xiàn)，其中所述初級(jí)和次級(jí)繞組是軸向或徑向彼此相對(duì)的。
本發(fā)明基于以下事實(shí)，即在已知的旋轉(zhuǎn)機(jī)器如異步電機(jī)中，結(jié)構(gòu)深度是主要影響熱量損耗問題的因素。相反地，這意味著熱量損耗問題的主要部分可通過盡可能薄的結(jié)構(gòu)來解決。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，變壓器具有由環(huán)形段元件構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)體，其中所述旋轉(zhuǎn)體具有軸向或徑向開設(shè)的槽，所述元件的材料是鐵氧體。以這種方式，有可能制造一種具有較好磁性、沒有氣隙的旋轉(zhuǎn)體，并使得能量在傳送中損失量很少。
為了使作用于變壓器的力離開旋轉(zhuǎn)體，并因而防止旋轉(zhuǎn)體的變形或損壞，設(shè)有一容置所述元件的支承結(jié)構(gòu)。
在裝有本發(fā)明所述變壓器的風(fēng)力渦輪機(jī)中，激磁能量從風(fēng)力渦輪機(jī)的固定固定元件向旋轉(zhuǎn)元件傳送，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)然，也可使用多個(gè)相鄰變壓器進(jìn)行多相傳送。
經(jīng)證明有利的是，在300kHz以內(nèi)的頻率，優(yōu)選約20kHz，運(yùn)轉(zhuǎn)本發(fā)明變壓器，使得電感的作用和能量損失最小。


在權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的有利改進(jìn)?，F(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，如圖圖1為旋轉(zhuǎn)體的第一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2為圖1中旋轉(zhuǎn)體的一個(gè)單個(gè)的片；圖3為圖1中沿A-A線的剖視圖；圖4為旋轉(zhuǎn)體第二實(shí)施例的側(cè)視圖；圖5為圖4中旋轉(zhuǎn)體第二實(shí)施例沿B-B線的剖視圖；圖6為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體布置的立體圖；圖7為旋轉(zhuǎn)體的局部剖視圖；圖8為旋轉(zhuǎn)體另一種布置方式的局部剖視圖；圖9為用于圖8其中一旋轉(zhuǎn)體的元件的立體圖；圖10為用于圖8中另一個(gè)旋轉(zhuǎn)體的元件的立體圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了本發(fā)明變壓器10的一個(gè)環(huán)。所述環(huán)設(shè)有一個(gè)支承結(jié)構(gòu)12，支承結(jié)構(gòu)12中插有元件14。所述元件14完全填滿支承結(jié)構(gòu)12形成的內(nèi)部空間，使得在各個(gè)元件14之間沒有氣隙。每個(gè)元件14中設(shè)有一個(gè)槽16。元件14的環(huán)形布置構(gòu)成一個(gè)環(huán)形槽16，繞組可置于其中。
圖2顯示了一個(gè)單個(gè)的元件14的平面圖。在視圖中，可清楚地看到元件的環(huán)形段形狀。元件14有一個(gè)上擋板15、一個(gè)下?lián)醢?7和一個(gè)介于其間的橫擋19。兩擋板15和17基本上垂直于橫擋19，這樣構(gòu)成一個(gè)U形截面，其中兩擋板15、17和橫擋19之間形成所述槽。
可在圖3中清楚見到所述U形截面，圖3是圖1中沿A-A線的剖視圖。圖中也包括其中插有元件14的支承結(jié)構(gòu)12，在此同樣示出U形截面。從圖中也可以看到，包括擋板15、17和橫擋19的元件14為整體結(jié)構(gòu)。槽中設(shè)置一繞組18，槽中余下的空間用填充物20填充。所述填充物一方面用于將繞組固定在槽中，另一方面提供防腐蝕保護(hù)，防止?jié)駳馇秩氩壑小?br> 圖4顯示了本發(fā)明變壓器10環(huán)的另一個(gè)實(shí)施例。在此，所示出的元件14也在支承結(jié)構(gòu)12內(nèi)。所述元件14類似于圖1中顯示的元件，同樣形成環(huán)形段。同樣地，設(shè)有一個(gè)環(huán)形槽16，繞組可置于其中。除了圖4中顯示的每個(gè)環(huán)形段元件14比圖1中的元件跨過的弧度大，另一區(qū)別在于元件14結(jié)構(gòu)不同。圖5中可清楚地看到這個(gè)區(qū)別。
圖5顯示了圖4中沿B-B線的剖視圖。從圖5中可以看到，同樣設(shè)置了U形支承結(jié)構(gòu)12，其中容置有元件14。所述元件14也有U形截面，然而上擋板15、下?lián)醢?7和橫擋19設(shè)置成單獨(dú)的零件，其結(jié)合在一起形成一U形。這個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化了擋板15、17和橫擋19的制造。在所述擋板15、17和橫擋19之間，同樣形成一個(gè)容納繞組18的槽，所述槽中填充有填充物20。
圖6顯示了軸向相對(duì)的兩個(gè)變壓器10。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，圖中顯示的所述變壓器10之間的空隙尺寸只是為了舉例說明，其在正常運(yùn)行中應(yīng)盡可能小。在本圖中，也可以看到支承結(jié)構(gòu)12’和12”，其中的元件14構(gòu)成磁體環(huán)，在磁體環(huán)中，繞組18和填充物20裝設(shè)于一個(gè)槽中。兩個(gè)變壓器環(huán)10中，其中一個(gè)連接到一個(gè)裝置的固定部件，如風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)定子，另一個(gè)變壓器環(huán)10連接到一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，如環(huán)形發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。用點(diǎn)劃線來表示旋轉(zhuǎn)軸線。因?yàn)閮蓚€(gè)變壓器環(huán)10正好相對(duì)設(shè)置，能量可象在變壓器中那樣，從初級(jí)繞組通過磁路傳送到次級(jí)繞組。
在圖7中對(duì)此進(jìn)一步說明。圖中顯示通過兩個(gè)對(duì)置變壓器環(huán)10上部的截面圖。兩個(gè)變壓器環(huán)10’、10”都有支承結(jié)構(gòu)12’、12”，在其中通過元件14’和14”形成磁路，此處示為整體元件。重要的是，對(duì)置的元件之間的間隙和磁路中的氣隙，要盡可能的小，如0.1mm-10mm。繞組18’和18”設(shè)置在元件14’和14”形成的槽中。圖中左邊顯示的繞組18’是初級(jí)繞組，右邊顯示的繞組18”是次級(jí)繞組。初級(jí)繞組中，所示電流指向遠(yuǎn)離讀者的方向。在元件14’、14”形成的磁路中，產(chǎn)生如箭頭所示方向的磁場(chǎng)。所述磁場(chǎng)在次級(jí)繞組18”中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，所述電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生朝向讀者方向⊙的電流。這樣，電能通過變壓器從初級(jí)端(左邊)傳送到次級(jí)端(右邊)。
圖8同樣顯示了兩個(gè)變壓器環(huán)10。然而，它們的布置為彼此徑向相對(duì)。在此也設(shè)有支承結(jié)構(gòu)12’、12”來支撐整體元件14’、14”，整體元件14’、14”轉(zhuǎn)而形成磁路。在圖8中，較低的繞組是初級(jí)繞組，較高的繞組是次級(jí)繞組。初級(jí)繞組中的電流方向也是離開讀者。從而，磁路中產(chǎn)生如箭頭所示方向的磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)在次級(jí)繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生朝向讀者的電流。在這種徑向布置方式中，磁路元件14’、14”之間的間隙和因而產(chǎn)生的磁路中的氣隙，都必須盡可能小，如1mm-3mm。
圖9顯示元件14的簡(jiǎn)化立體圖。根據(jù)元件14的形狀，多個(gè)按順序排列的此類元件可形成具有開口向下的槽16的環(huán)。因此，這種形狀的元件14被安裝在圖8中的上端支承結(jié)構(gòu)12中，并形成具有開口向下的槽16的環(huán)。
圖10同樣顯示了元件14的簡(jiǎn)化立體圖。所述元件14裝入圖8中的較低的支承結(jié)構(gòu)12中，從而構(gòu)成具有開口向上槽的環(huán)。
通過使用如圖9和10所示的元件，可制造一種根據(jù)本發(fā)明具有彼此徑向相對(duì)的環(huán)的變壓器。
本發(fā)明變壓器的預(yù)定用途如運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)(如同步電機(jī))，是將電控制能量饋入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。所述控制能量可以是在大于50kW的范圍內(nèi)，例如，優(yōu)選在約80kW到120kW的范圍內(nèi)。
本發(fā)明變壓器的具體優(yōu)點(diǎn)在于不再需要至今一直使用的將電激磁能量饋入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的匯流環(huán)(slip-ring)轉(zhuǎn)子，因而避免了以前在風(fēng)力渦輪機(jī)中磨損的根源。因?yàn)殡娂ご拍芰渴怯帽景l(fā)明變壓器來無線傳送的，不會(huì)發(fā)生這樣的磨損。
本發(fā)明的變壓器可用于，尤其是，同步發(fā)電機(jī)/環(huán)形發(fā)電機(jī)。此類發(fā)電機(jī)在額定功率大于500kW時(shí)具有相對(duì)較大的直徑，如超過4m，因而提供了足夠的空間來容置本發(fā)明的變壓器。
權(quán)利要求
1.從固定元件向旋轉(zhuǎn)元件傳送電能的變壓器，其具有一個(gè)初級(jí)繞組(18’)和一個(gè)次級(jí)繞組(18”)，其特征在于，在環(huán)形槽(16)中設(shè)置所述環(huán)形初級(jí)和次級(jí)繞組(18，18”)，所述初級(jí)和次級(jí)繞組(18’，18”)相互軸向或徑向相對(duì)設(shè)置，所述初級(jí)繞組設(shè)置在所述固定元件上，所述次級(jí)繞組設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)元件上。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，包括環(huán)段狀元件(14)的旋轉(zhuǎn)體具有軸向或徑向開設(shè)的槽(16)。
3.如前述權(quán)利要求之一所述的變壓器，其特征在于，所述元件(14)容置于一支承結(jié)構(gòu)(12)中。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的變壓器，其特征在于，所述元件(14)具有整體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1至4中之一所述的變壓器，其特征在于，所述元件(14)由多個(gè)單個(gè)的零件(15，17，19)構(gòu)成。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的變壓器，其特征在于，所述元件(14)的材料是鐵氧體。
7.如權(quán)利要求1至4中之一所述的變壓器，其特征在于，所述元件由環(huán)形帶繞鐵心構(gòu)成。
8.具有至少一個(gè)如前述權(quán)利要求之一所述的變壓器的風(fēng)力渦輪機(jī)。
9.一種運(yùn)行如權(quán)利要求1至7中之一所述的變壓器的方法，其特征在于，其運(yùn)行頻率在300kHz以內(nèi)，優(yōu)選約20kHz。
10.一種風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，優(yōu)選為同步發(fā)電機(jī)，其特征在于，使用如前述權(quán)利要求之一所述的變壓器向所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件傳送運(yùn)行所述發(fā)電機(jī)需要的激磁能量。
全文摘要
本發(fā)明涉及從固定元件向旋轉(zhuǎn)元件傳送電能的變壓器，具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組。通過設(shè)置在環(huán)形槽中的環(huán)形初級(jí)和次級(jí)繞組，所說明類型的變壓器可設(shè)計(jì)成較小的尺寸，和/或能夠在相同尺寸下傳送更多能量。
文檔編號(hào)H01F38/00GK1625790SQ03802965
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本 申請(qǐng)人:艾勞埃斯·烏本