專利名稱：用于電機(jī)的激勵(lì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于電機(jī)的激勵(lì)裝置。 所述電機(jī)特別是同步電機(jī)，該同步電機(jī)優(yōu)選但限于采用超導(dǎo)電感作為磁極 轉(zhuǎn)子繞組。
背景技術(shù)：
在帶有電激勵(lì)且運(yùn)動(dòng)的次級(jí)部件(轉(zhuǎn)子)的電機(jī)、例如同步電機(jī)(SM) 中，可以通過(guò)將勵(lì)^茲繞組實(shí)施為高溫超導(dǎo)(HTS=gigh Iemperature Superconductor)繞組來(lái)將激勵(lì)損失減到最小。但是，為此必須將超導(dǎo)體冷 卻到80K(即，至少是液氮的溫度)以下的溫度范圍。在帶有超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)中要盡可能地避免通過(guò)機(jī)械接觸的任何熱輸入。易磨損的。由于該原因，優(yōu)選地非接觸式地(即，感應(yīng)地)將激勵(lì)功率、 監(jiān)視和調(diào)節(jié)信息傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子上。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，要求將在電機(jī)的勵(lì)磁繞組 的消磁時(shí)的去激勵(lì)能量轉(zhuǎn)換成熱量。公知的用于超導(dǎo)繞組的激勵(lì)裝置優(yōu)選地組成如下非接觸式的能量傳 輸段，至固定的控制和調(diào)節(jié)單元的非接觸式的控制和調(diào)節(jié)信號(hào)傳輸段，以 及用于影響電壓的控制裝置，和空轉(zhuǎn)電路。在此，變壓器尤其是感應(yīng)地工 作。EP 1247324B1提出了一種單向感應(yīng)的能量傳輸，其中，作為感應(yīng)的運(yùn) 行裝置存在"旋轉(zhuǎn)的變壓器"，該變壓器由兩個(gè)帶有環(huán)形繞組以及軸向磁通 引導(dǎo)件的碗狀磁心組成。在此，所述碗狀磁心可以相對(duì)地環(huán)繞共同的軸線 移動(dòng)。在如下的博士i侖文中詳細(xì)地描述了感應(yīng)地工作的運(yùn)行裝置Albert Esser, "Beriihrungslose, kombinierte Energie- und Informationsiibertragung flir bewegliche Systeme，， ISBN 3-86073-046-0; ISEA， RWTH Aachen 1992。其中的 實(shí)施方式的目標(biāo)是在機(jī)器人關(guān)節(jié)中實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向能量和數(shù)據(jù)傳輸。DE 4133001 Al還公開(kāi)了一種用于既傳輸能量又傳輸數(shù)據(jù)的"光電傳 輸"。在能量傳輸具有不足的功率密度的情況下，數(shù)據(jù)可能要極易受干擾且 無(wú)電平地傳輸。在市場(chǎng)上可以得到這類系統(tǒng)。這種用于激勵(lì)超導(dǎo)繞組的單 向能量傳輸需要一個(gè)在被冷卻的轉(zhuǎn)子上的無(wú)源電阻來(lái)進(jìn)行去激勵(lì)，該電阻 將激勵(lì)能量轉(zhuǎn)換為隨后必須被排出的熱量。在此，熱量輸入以及無(wú)源指數(shù) 衰退的激勵(lì)均是不希望的。發(fā)明內(nèi)容從最接近的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種對(duì) 可用于電機(jī)中的繞組的改善的激勵(lì)裝置。上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)權(quán)利要求1的特征解決的。優(yōu)選的擴(kuò)展是從屬權(quán) 利要求的內(nèi)容。本發(fā)明尤其是針對(duì)一種帶有超導(dǎo)磁極轉(zhuǎn)子繞組的同步電機(jī)。不過(guò)，本 發(fā)明也適合于對(duì)于非超導(dǎo)繞組的激勵(lì)。特別是，利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種通過(guò)旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)變壓器的雙向能量傳輸。 在此，所述感應(yīng)變壓器具有優(yōu)勢(shì)地由碗狀磁心以及在轉(zhuǎn)子上的合適的電壓 控制裝置組成。利用按照本發(fā)明的激勵(lì)裝置尤其可以直接地為超導(dǎo)電感饋電。在此， 具有優(yōu)勢(shì)的是，雙極性電壓可以影響所述超導(dǎo)電感。如果該電壓具有恒定 的絕對(duì)值，則可以對(duì)應(yīng)地線性激勵(lì)和/或去激勵(lì)該超導(dǎo)電感。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在同時(shí)供電中斷時(shí)的反饋的情況下，可以由所述 超導(dǎo)電感為控制電子裝置以及必要時(shí)的其它電氣設(shè)備供電。也就是說(shuō)，具有優(yōu)勢(shì)地不再需要單獨(dú)的不間斷供電(usv)。此外，通過(guò)該激勵(lì)能量的反饋，避免了在去磁化過(guò)程中在冷卻系統(tǒng)中的不希望的熱量輸入。在本發(fā)明中，不需要由于較差的利用率而將旋轉(zhuǎn)的變壓器強(qiáng)迫地按照星形連接來(lái)運(yùn)行。為使感應(yīng)變壓器具有良好的功率密度，建議按照中頻傳輸(必要時(shí)盡可能地諧振)，以便使得部件較小。也就是說(shuō)，整體上可以通過(guò)本發(fā)明同等地對(duì)特別是同步電機(jī)的超導(dǎo)磁極轉(zhuǎn)子線圏進(jìn)行主動(dòng)的激勵(lì)以及去激勵(lì)。在此，沒(méi)有提高進(jìn)入被冷卻的系統(tǒng)中的熱量輸入。此外，在供電中斷的情況下形成了 usv功能。


本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)借助于附圖并結(jié)合權(quán)利要求由下面對(duì)附 圖的描述給出。其中，圖1示出了用于對(duì)特別是超導(dǎo)線圈進(jìn)行雙向的激勵(lì)和/或去激勵(lì)的裝置 的按照本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
圖1中的電路具體地包括作為電壓源的電網(wǎng)接頭1,后接的由整流器 構(gòu)成的換流器2，以及相連的逆變器3和相關(guān)的電子裝置。此外，設(shè)置了感 應(yīng)變壓器5，在放大圖A中將其等效電路圖顯示為非接觸式的變壓器。在變壓器5的次級(jí)一側(cè)連接了激勵(lì)電路6，該激勵(lì)電路包括對(duì)于電感的 電壓預(yù)定以及電壓設(shè)置裝置。該電感是由超導(dǎo)材料、特別是高溫超導(dǎo)(HTS) 材料制成的繞組構(gòu)成的，所述高溫超導(dǎo)材料具有高的遷移溫度 (Sprungtemperatur )。在圖1中，總地用10來(lái)標(biāo)記該帶有電感Lsc的超導(dǎo)線圏。該超導(dǎo)線圈 10與空轉(zhuǎn)電路11并聯(lián)連接?？辙D(zhuǎn)電路11被設(shè)置在緊靠超導(dǎo)繞組10的附近，并且按照規(guī)定是低電 阻的。為了動(dòng)態(tài)運(yùn)行激勵(lì)場(chǎng)，外部的控制裝置7是必需的，以便在單極的 激勵(lì)電流的條件下在超導(dǎo)繞組IO上提供雙極性的電壓。如果在去磁化的期 間在激勵(lì)裝置的初級(jí)一側(cè)出現(xiàn)了斷電，則必須將HTS繞組10接入到空轉(zhuǎn)電 路ll上，因?yàn)檫@樣才不必將激勵(lì)能量導(dǎo)出到初級(jí)一側(cè)。否則的話，該電功 率必然在電機(jī)的定子上被轉(zhuǎn)換為熱量。按照?qǐng)D1,這樣描述的激勵(lì)裝置的具體結(jié)構(gòu)，是按照各個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記 的部件形成的，對(duì)這些部件進(jìn)行了具體的引用。由此，定義了用于雙向的 功率和能量傳輸?shù)膯卧?，以及用于在線圈10的超導(dǎo)電感上施加雙極性的電 壓影響的控制裝置。三相固定電網(wǎng)接頭借助于標(biāo)準(zhǔn)整流器在中間電路電容Cl上提供直流 電壓。對(duì)于雙向功率流的規(guī)定，要么要求自換相的影響電壓的整流器，要 么要求簡(jiǎn)單的線路換相二極管橋，該二極管橋帶有用于轉(zhuǎn)換可能由超導(dǎo)電 感反饋的能量的制動(dòng)斷路器(Brems-Chopper)。首先，示出了從電網(wǎng)接頭至 超導(dǎo)電感(從左至右)的功率流。逆變器3以及傳輸段是影響電壓的換流器。逆變器(例如包括IGBT S1 x， Dlx)將直流電壓轉(zhuǎn)換為具有中頻fs的方波電壓。整流器(S2x,在此是帶 有本征空轉(zhuǎn)二極管的MOSFET)在直流電壓電容器C2上運(yùn)行。在相對(duì)低的 電壓U2的條件下，在次級(jí)一側(cè)采用MOSFET是優(yōu)選的。
在圖1示出的實(shí)施方式中出現(xiàn)下列的諧振電容Clr和C2r: <formula>formula see original document page 6</formula>(1)
<formula>formula see original document page 6</formula> (2)
在交流中間電路中形成了正弦形的電流，其中，通過(guò)漏電感Lc x補(bǔ)償
了感應(yīng)電壓降。該諧振電容也僅僅可以被施加到一側(cè)，使得對(duì)于等式(l)
成立
<formula>formula see original document page 6</formula> (la)
在C2上的電壓&^f/d.l形成為具有在變壓器繞組和在功率半導(dǎo)體
上的歐姆電壓降，其比按照變壓系數(shù)換算到次級(jí)一側(cè)的電壓Uc,小很多。不 過(guò)，所出現(xiàn)的損失也用于在電容C2上發(fā)生負(fù)載越變時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行衰減。
在本文開(kāi)始部分引用的博士論文中詳細(xì)地說(shuō)明了 ，如何選擇對(duì)于正確 的衰減適當(dāng)?shù)碾娙軨2。有關(guān)的整流器總是無(wú)源的，對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)(IGBT 或二極管)則由順序控制器相應(yīng)地截止。
在整流器中二極管傳導(dǎo)電流并且被自然地?fù)Q相。逆變器則無(wú)電流地接 通和猛烈地?cái)嚅_(kāi)IGBT。不過(guò)，隨后需要在二極管上僅僅將小的三角波^t化 電流進(jìn)4亍換相。
在反向的功率流下，整流器和逆變器互換角色。上級(jí)的固定的順序控 制器控制激勵(lì)或去激勵(lì)或者激勵(lì)電流的空轉(zhuǎn)以及用于控制ULSC的旋轉(zhuǎn)電壓 控制裝置。
S5-S7與二極管Drl和S7的體二極管Dfr —起作為電壓控制裝置工作。 如果接通S5和S6、斷開(kāi)S7，利用電壓-Uc2來(lái)激勵(lì)HTS繞組。如果斷開(kāi)S5， 則二極管Dfr承擔(dān)空轉(zhuǎn)電流。其通量電壓(Flussspannung )被減小，其中， MOSFET S7被接通在其控制特征曲線的第三象限中，并由此基本上承擔(dān)空 轉(zhuǎn)電流。如果S6被接通，則電壓-Uc2施加在Lsc上。即，HTS繞組10被去激勵(lì)。
在HTS電感的激勵(lì)和去激勵(lì)中重要的是，非接觸式的能量傳輸同等地 允許對(duì)應(yīng)的功率流，這點(diǎn)由帶有功率電子裝置的順序控制器來(lái)保證。如果 激勵(lì)電流達(dá)到了特定的額定值，則被接入到空轉(zhuǎn)電路，直到低于一定的邊 界值并且必須在激勵(lì)狀態(tài)中再次進(jìn)行再充電。
所描述的裝置特別適合于對(duì)大的旋轉(zhuǎn)HTS電感進(jìn)行饋電，該電感的磁 化電流被固定地按照較低調(diào)節(jié)/控制動(dòng)態(tài)控制。特別是，順序控制器具有關(guān) 于功率流的方向的認(rèn)知，使得不需要如本文開(kāi)始部分提到的現(xiàn)有技術(shù)那樣 對(duì)逆變器和整流器進(jìn)行同步。有關(guān)的整流器總是無(wú)源的，對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān) (IGBT或二極管)則由順序控制器相應(yīng)地截止。
如果在去激勵(lì)的期間電網(wǎng)電壓中斷，則必須過(guò)渡到空轉(zhuǎn)電路，因?yàn)樵?沒(méi)有制動(dòng)斷路器的條件下不能輸出功率，并且因此可以將在電網(wǎng) 一側(cè)的換 流器上的中間電路電壓假設(shè)為危險(xiǎn)的高值。對(duì)應(yīng)地，在電網(wǎng)中斷的情況下 不允許順序控制器出故障。必要時(shí)要求的來(lái)自HTS繞組對(duì)電壓Uc,的再充 電，保證了足夠的供電電壓。根據(jù)HTS繞組的不同能函，也可以提供其它 的來(lái)自Ud的分量，以便將其在電網(wǎng)中斷的情況下受控制地?cái)嚅_(kāi)。
為了進(jìn)行對(duì)次級(jí)換流器的激勵(lì)電流測(cè)量值和控制信息的非接觸式的數(shù) 據(jù)傳輸，可以采用光學(xué)、電感或電容系統(tǒng)。所描述的電路的特別的優(yōu)點(diǎn)是， 可以受控制地進(jìn)行在所描述的電路中的激勵(lì)和去激勵(lì)。因?yàn)椴恍枰獑为?dú)的 能量源來(lái)去激勵(lì)。
權(quán)利要求
1.一種用于由定子和帶有磁極轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子組成的電機(jī)的激勵(lì)裝置，其中，通過(guò)感應(yīng)變壓器(5)實(shí)現(xiàn)至所述繞組(10)上的感應(yīng)的能量傳輸，并且存在相關(guān)的功率電子裝置(20)，該功率電子裝置被設(shè)計(jì)用于雙向地傳輸功率和/或能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，所述感應(yīng)變壓器(5) 由兩個(gè)碗狀磁心以及在所述轉(zhuǎn)子上的用于所述繞組(10)的電壓控制裝置(7)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子上的所 述磁極轉(zhuǎn)子繞組是超導(dǎo)電感(10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，所述超導(dǎo)電感(10) 由高溫超導(dǎo)材料的繞組組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，所述電壓控制 裝置(7)直接地為所述超導(dǎo)電感(10)供電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，可以影響在所 述超導(dǎo)電感(10)上的雙極性電壓(ULSC)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，在同時(shí)電網(wǎng)電 壓中斷時(shí)的反饋的情況下，由所述超導(dǎo)電感(10)為所述功率電子裝置供 電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，所述超導(dǎo)電感(IO) 可以為其它的電氣設(shè)備供電。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激勵(lì)裝置，其特征在于，利用中 頻、優(yōu)選按照諧振調(diào)諧來(lái)進(jìn)行所述傳輸，以便得到所述感應(yīng)變壓器(5)的 良好的功率密度。
全文摘要
在帶有電激勵(lì)且運(yùn)動(dòng)的次級(jí)部件的電機(jī)中，要將激勵(lì)損失減到最小。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)變壓器(5)實(shí)現(xiàn)了雙向感應(yīng)的能量傳輸，為此存在相關(guān)的功率電子裝置，該功率電子裝置被設(shè)計(jì)用于雙向地傳輸功率和/或能量。優(yōu)選地，存在超導(dǎo)電感(10)，其中，將電流引入到該超導(dǎo)電感(10)。由于雙極性電壓的影響，既可以通過(guò)將能量導(dǎo)入定子來(lái)進(jìn)行激勵(lì)、又可以通過(guò)導(dǎo)出能量來(lái)進(jìn)行去激勵(lì)，而不在所述轉(zhuǎn)子(10)上將功率變換為熱量。
文檔編號(hào)H02M7/42GK101278470SQ200680036334
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者簡(jiǎn)·韋格爾 申請(qǐng)人:西門子公司