本發(fā)明涉及一種用于感應能量傳輸?shù)碾娹D(zhuǎn)動變壓器。

背景技術(shù)：

1、所謂的外部激勵的同步電機在其轉(zhuǎn)子中需要直流電流，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。該過程被稱為“轉(zhuǎn)子激勵”。在傳統(tǒng)的外部激勵的同步電機中，轉(zhuǎn)子電流作為直流電流借助所謂的碳刷滑環(huán)觸點傳輸?shù)叫D(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上。這樣做的缺點是，碳刷尤其在高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下由于磨損而發(fā)生磨蝕，并且在此產(chǎn)生不期望的導電碳塵。

2、替代于這樣的借助滑環(huán)對直流電流的傳輸，已知的是，以感應的方式、即以無線的方式實現(xiàn)到旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的電流傳輸。這樣的構(gòu)造作為外部激勵的同步電機的一部分也被稱為“轉(zhuǎn)動變壓器”。

3、前述的感應式電壓傳輸或能量傳輸?shù)淖饔迷砘陔娮儔浩?，其中，該變壓器的初級繞組或初級線圈固定地布置并且次級繞組或次級線圈布置在轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子上。由于在感應式能量傳輸?shù)那闆r下在次級線圈中首先總是產(chǎn)生交流電壓，因此，需要將所產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為經(jīng)整流的電壓。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務在于，在開發(fā)轉(zhuǎn)動變壓器時指明新的途徑。尤其是，應當提出一種用于這樣的轉(zhuǎn)動變壓器的改進的實施方式，該轉(zhuǎn)動變壓器的突出之處在于在技術(shù)上的簡單構(gòu)造，并且仍然允許轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子以高轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動——該特性對于相關(guān)的技術(shù)人員而言通常也被稱為“高轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性”。

2、該任務通過獨立權(quán)利要求的主題來解決。優(yōu)選的實施方式是從屬權(quán)利要求的主題。

3、因此，本發(fā)明的基本構(gòu)思是，不僅給轉(zhuǎn)動變壓器的定子側(cè)的初級線圈、還給轉(zhuǎn)動變壓器的相對于初級線圈圍繞轉(zhuǎn)動軸線能夠轉(zhuǎn)動的且因此在轉(zhuǎn)子側(cè)的次級線圈分別配備線圈繞組，該線圈繞組由導電的絞合線或者由導電的繞組金屬線構(gòu)成。這樣的線圈繞組可以承載高電流，并且因此允許將高功率從定子傳輸?shù)较鄬τ诙ㄗ訃@轉(zhuǎn)動軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上。除此之外，不僅將初級線圈、還將次級線圈分別構(gòu)造為線圈繞組，這允許：將兩個線圈在軸向上在轉(zhuǎn)動軸線的方向上或者在徑向上——即在垂直于轉(zhuǎn)動軸線的方向上——彼此直接相鄰地布置。由此，實現(xiàn)兩個線圈的特別好的磁耦合和因此感應耦合，這對功率傳輸?shù)男十a(chǎn)生有利影響。根據(jù)本發(fā)明，此外通過相對于初級線圈位置固定地布置的變壓器芯實現(xiàn)初級線圈與次級線圈之間的磁耦合，該變壓器芯相對于初級線圈位置固定地布置，并且不僅至少部分地包圍初級線圈、還至少部分地包圍次級線圈。

4、具體而言，根據(jù)本發(fā)明的電轉(zhuǎn)動變壓器包括轉(zhuǎn)動變壓器定子，該轉(zhuǎn)動變壓器定子具有初級線圈。此外，轉(zhuǎn)動變壓器包括轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子具有次級線圈，該轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子以相對于轉(zhuǎn)動變壓器定子圍繞轉(zhuǎn)動軸線能夠轉(zhuǎn)動的方式構(gòu)造，該轉(zhuǎn)動軸線沿著軸向方向延伸。次級線圈與初級線圈能夠感應耦合或者感應耦合，用于將能量從初級線圈傳輸?shù)酱渭壘€圈上。初級線圈包括能通電的初級線圈繞組。次級線圈包括能通電的次級線圈繞組。次級線圈與初級線圈能夠感應耦合或者感應耦合。這意味著，在用交流電流給初級線圈通電時，在次級線圈中感應出交流電壓。在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動變壓器中，初級線圈繞組和次級線圈繞組沿著軸向方向并排地布置或者垂直于軸向方向并排地布置。在所提到的第二種替代方案中，相對于轉(zhuǎn)動軸線，次級線圈優(yōu)選布置在徑向內(nèi)側(cè)，初級線圈因此布置在徑向外側(cè)。這便于將次級線圈抗扭轉(zhuǎn)地緊固在能夠圍繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸上。在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動變壓器中，初級線圈繞組和次級線圈繞組分別具有導電的絞合線或者分別包括導電的繞組金屬線。尤其是，初級或次級線圈繞組可以通過漆包線、絞合金屬線和類似物形成。最后，轉(zhuǎn)動變壓器包括由磁性材料構(gòu)成的變壓器芯，該變壓器芯相對于初級線圈位置固定地布置并且至少部分地包圍初級線圈和次級線圈。優(yōu)選地，變壓器芯與轉(zhuǎn)動軸線同軸地布置。

5、在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動變壓器的一種優(yōu)選實施方式中，初級線圈繞組和次級線圈繞組分別環(huán)繞、優(yōu)選多次環(huán)繞轉(zhuǎn)動軸線。

6、適宜地，變壓器芯的材料可以是鐵氧體。這樣的軟磁性材料被證明為特別適合用于影響在轉(zhuǎn)動變壓器運行時在兩個線圈之間產(chǎn)生的磁場。由于變壓器芯相對于初級線圈位置固定地布置，即不跟隨次級線圈的轉(zhuǎn)動運動，因此，也不存在由于在轉(zhuǎn)動運動時起作用的離心力而導致機械易碎的鐵氧體損壞的危險。

7、在一種優(yōu)選實施方式中，初級線圈繞組或/和次級線圈繞組布置在環(huán)形的初級線圈繞組載體或次級線圈繞組載體上，所述初級線圈繞組載體或次級線圈繞組載體環(huán)繞轉(zhuǎn)動軸線。特別優(yōu)選地，變壓器芯也具有環(huán)形的幾何形狀，并且具有與轉(zhuǎn)動軸線同軸地延伸的中心縱軸線。尤其是，初級線圈繞組載體或次級線圈繞組載體可以布置為環(huán)形的載體板或者包括這樣的環(huán)形的載體板，該載體板優(yōu)選與轉(zhuǎn)動軸線同心地布置。通過使用環(huán)形的幾何形狀，抵抗在具有次級線圈的轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動運動中的不期望失衡。替代地，初級線圈繞組或/和次級線圈繞組也可以布置在空心柱形的或者柱形的初級線圈繞組載體或次級線圈繞組載體上，所述初級線圈繞組載體或次級線圈繞組載體在軸向方向上延伸并且在周向方向上環(huán)繞轉(zhuǎn)動軸線。該替代方案便于組裝。

8、按照根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動變壓器的一種有利擴展方案，在沿著軸向方向的縱剖面中，變壓器芯具有兩個彼此軸向?qū)χ玫男驹约皬较騼?nèi)側(cè)芯元件和徑向外側(cè)芯元件，所述兩個彼此軸向?qū)χ玫男驹约皬较騼?nèi)側(cè)芯元件和徑向外側(cè)芯元件一起至少部分地包圍芯內(nèi)部空間。

9、特別優(yōu)選地，在芯內(nèi)部空間中，初級線圈和次級線圈在軸向上或者在徑向上對置。兩種變型保證兩個線圈(即初級線圈和次級線圈)的有效的磁耦合。由此提高從初級線圈到次級線圈上的電能傳輸?shù)男?。除此之外，第一種變型在徑向上需要特別少的結(jié)構(gòu)空間，而對于第二種變型，在軸向上需要特別少的結(jié)構(gòu)空間。因此，可以選擇在供使用的結(jié)構(gòu)空間方面最佳的變型，而因此在兩個線圈之間的磁耦合中不伴隨著損失。

10、根據(jù)另一種有利的擴展方案，在變壓器芯的徑向內(nèi)側(cè)芯元件中構(gòu)造有裂口，次級線圈的、尤其是線圈體的緊固區(qū)段徑向向內(nèi)地朝向轉(zhuǎn)動軸線穿過該裂口，用于將次級線圈緊固在同步電機轉(zhuǎn)子軸上。在該擴展方案中，次級線圈可以通過簡單的方式抗扭轉(zhuǎn)地緊固在布置在該變壓器芯之外的、能夠轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子軸上，而因此在變壓器芯對由線圈產(chǎn)生的磁場的作用中不伴隨著損失。

11、在另一種優(yōu)選實施方式中，轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子、尤其是次級線圈可以以無變壓器芯的方式、尤其是以無鐵氧體的方式構(gòu)造。通過這種方式，轉(zhuǎn)動變壓器在其轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子的高轉(zhuǎn)數(shù)的情況下也可以運行，而不產(chǎn)生損壞隨著旋轉(zhuǎn)的變壓器芯的危險。除此之外，試驗研究已表明，通過省去用作熱存儲器的變壓器芯，在運行時在轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的廢熱可以更好地從轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子導出。

12、根據(jù)一種有利的擴展方案，轉(zhuǎn)動變壓器具有轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸與轉(zhuǎn)動軸線同軸地布置，該轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸能夠相對于變壓器芯和初級線圈轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸與次級線圈抗扭轉(zhuǎn)地連接。通過這種方式，轉(zhuǎn)動變壓器能夠以簡單的方式裝配在同步電機中，其方式尤其是，將轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸與同步電機的轉(zhuǎn)子軸抗扭轉(zhuǎn)地連接。特別優(yōu)選地，同步電機的轉(zhuǎn)子軸也可以用作轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸。

13、根據(jù)另一種有利擴展方案，次級線圈與轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子的整流器電路電連接，該整流器電路布置在電路板上，該整流器電路具有至少一個整流器元件、優(yōu)選具有兩個或者四個整流器元件，用于對在次級線圈中電感應出的交流電壓進行整流。該措施支持對在次級線圈中感應出的交流電壓的電整流，使得該交流電壓適合用作經(jīng)整流的電壓，用于產(chǎn)生在外部激勵的同步電機的轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子中所需要的轉(zhuǎn)子磁場。整流器二極管或者整流器晶體管、尤其是mosfet可以用作整流器元件。電路板可以抗扭轉(zhuǎn)地與轉(zhuǎn)動變壓器的轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸連接。此外，電路板可以在軸向上與次級線圈或該次級線圈的繞組載體相鄰地布置。

14、優(yōu)選地，整流器電路在電路板上布置在徑向內(nèi)側(cè)。這也可以適用于連接在整流器電路的下游的轉(zhuǎn)子電子裝置的另外的電結(jié)構(gòu)元件/電子結(jié)構(gòu)元件。通過這種方式，在轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸并且因此電路板轉(zhuǎn)動時由整流器元件或轉(zhuǎn)子電子裝置產(chǎn)生的慣性力矩被保持得小，由此，進一步改進轉(zhuǎn)動變壓器的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。在當前背景下，表述“徑向內(nèi)側(cè)”指的是，整流器元件或轉(zhuǎn)子電子裝置在電路板的軸向俯視圖中分別至少離電路板的內(nèi)周緣側(cè)比離電路板的外周緣側(cè)近。適宜地，所有電子結(jié)構(gòu)元件或者電子結(jié)構(gòu)元件的一部分，尤其是轉(zhuǎn)子電子裝置的電子結(jié)構(gòu)元件，也可以布置在轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸中或者替代于此地可以外移到附加的、單獨的轉(zhuǎn)子電路板上。

15、適宜地，至少一個整流器元件布置在電路板的上側(cè)或/和與該上側(cè)對置的下側(cè)上。特別適宜地，這適用于現(xiàn)有的所有整流器元件。該措施便于組裝轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子。

16、根據(jù)一種有利的擴展方案，電路板布置在能安裝在轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸上的支撐結(jié)構(gòu)上。特別優(yōu)選地，該支撐結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造為支撐板。這樣的支撐結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)電路板在轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸上的穩(wěn)定的、抗扭轉(zhuǎn)的安裝，并且在適合的結(jié)構(gòu)的情況下同時便于將轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子軸和電路板組裝成轉(zhuǎn)動變壓器的轉(zhuǎn)動變壓器轉(zhuǎn)子。

17、本發(fā)明還涉及一種外部激勵的同步電機、尤其是用于車輛的牽引馬達。根據(jù)本發(fā)明的同步電機包括能通電的同步電機定子，用于產(chǎn)生定子磁場。此外，該轉(zhuǎn)動變壓器包括能通電的且能夠相對于同步電機定子轉(zhuǎn)動的同步電機轉(zhuǎn)子，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場，所述同步電機轉(zhuǎn)子具有同步電機轉(zhuǎn)子軸。此外，根據(jù)本發(fā)明的同步電機包括根據(jù)本發(fā)明的電轉(zhuǎn)動變壓器，該轉(zhuǎn)動變壓器與同步電機轉(zhuǎn)子軸抗扭轉(zhuǎn)地連接。因此，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動變壓器的上述的優(yōu)點轉(zhuǎn)移到根據(jù)本發(fā)明的同步電機上。

18、根據(jù)本發(fā)明的同步電機尤其可以在機動車中使用，該機動車可以包括電池作為能量源。在此，同步電機尤其用于驅(qū)動機動車，即尤其構(gòu)造為牽引馬達。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的牽引馬達的輸出功率或驅(qū)動功率為至少3kw，優(yōu)選為至少30kw。特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的牽引馬達的輸出功率或驅(qū)動功率在30kw與500kw之間，最優(yōu)選地在100kw與300kw之間。在根據(jù)本發(fā)明的牽引馬達中，可以經(jīng)由存在于旋轉(zhuǎn)變壓器定子中的變壓器芯特別有效地導出廢熱，該廢熱在根據(jù)本發(fā)明的牽引馬達中比在具有較小的輸出功率的電動馬達中以遠遠更高的程度出現(xiàn)。

19、由從屬權(quán)利要求、繪圖和根據(jù)繪圖的相關(guān)附圖描述得到本發(fā)明的其他重要特征和優(yōu)點。

20、顯而易見的是，上文提到的和下文待闡述的特征不僅能夠按相應給出的組合使用，還能夠按其他的組合來使用或者單獨使用，而不偏離本發(fā)明的框架。