CN105580091B - 提高具有转子绕组的电机的转子的起动力矩的励磁机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于提高具有转子绕组(21)的电机的转子的起动力矩的电阻模块。此外，本发明涉及一种励磁机(20)、转子和电机，其分别具有至少一个这样的电阻模块。为了提供对于用于提高起动力矩的已知解决方案的替代方案而提出，电阻模块具有：‑第一连接点(1)和第二连接点(2)，‑至少两个导电的层(3，4，23)，其中至少两个层(3，4，23)与第一连接点(1)和第二连接点(2)电连接，其中，至少两个层(3，4，23)分别至少部分地在周向方向上包围电阻模块的轴线(5)，并且分别具有层起始点(6)和层结束点(7)，‑相应的第一绝缘层(8)，其相应地布置在两个层(3，4，23)之间，‑相应的接合点(9)，在该接合点处相应的层(3，4，23)的层结束点(7)与相应的后续的层(3，4，23)的层起始点(6)电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提高具有转子绕组的电机的转子的起动力矩的电阻模块。此外，本发明涉及一种励磁机、转子和电机，其分别具有至少一个这种类型的电阻模块。
背景技术
这种类型的电阻模块例如应用在具有转子绕组的他励同步电机中。在起动阶段期间，这样的电机具有相对大的转差率并且不同步地加速运行。在此已知的是，在转子绕组中的起动电流的减小导致起动力矩的提高。
由DE 39 59 52公开了一种具有带有两个转子绕组的转子的电机，其中，径向靠外地布置的转子绕组具有大的电阻并且径向靠内地布置的转子绕组具有小的电阻。在起动周期期间，电机具有大的转差率并且具有大的电阻的转子绕组产生高的起动力矩。
由EP 2 605 252 Al公开了一种用于具有导体的同步电机的起动电阻，其围绕中心轴线缠绕在多个径向的层中，以便形成电阻线圈。至少两个相邻的径向的层在相反的方向上缠绕，以便抵消磁场，该磁场通过在各个径向的层中的电流产生。
由EP 1 071 192 A2公开了一种具有无接触环励磁的凸极同步电机和起动电阻。该电阻像双绞线一样由扁平的绝缘铜线缠绕。
由US 4 319 216 A公开了一种放电电阻，其装配在发电设备的能转动的轴上。该放电电阻具有一对螺旋形缠绕的绝缘电阻元件，其相对于该轴大约同轴地布置。电阻元件中的每一个都成螺旋形地并且扁平地缠绕，并且具有孔，该孔的有效直径大于该轴的直径。在相邻的绕组之间设置有绝缘层。
由CN 102 170 257 A公开了一种无刷同步电机的能转动的控制模块，其中，该控制模块还具有起动电阻。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对于用于提高起动力矩的已知的解决方案的替代方案。
该目的通过开头所述的类型的电阻模块如下地实现，即电阻模块具有：
-第一连接点和第二连接点，
-至少两个导电的层，
其中至少两个导电的层与第一连接点和第二连接点电连接，
其中，至少两个层分别至少部分地在周向方向上包围电阻模块的轴线，并且分别具有层起始点和层结束点，
-相应的第一绝缘层，其相应地布置在两个层之间，
-相应的接合点，在该接合点处相应的层的层结束点与相应的后续的层的层起始点电连接,
其中，层中的至少一个层在周向方向上成曲折形状地设计，并且曲折部径向向外地突出，
其中，电阻模块具有至少一个紧固件，该紧固件相应地布置在周向方向上相邻的两个曲折部之间，并且径向外部地布置在至少两个层处。
此外，该目的通过开头所述类型的励磁机如下地实现，即该励磁机具有：
-能够与电机的轴抗扭地连接的次级绕组，
-与次级绕组电连接的整流器，
-与整流器电连接的根据本发明的电阻模块。
此外，该目的通过开头所述类型的转子如下地实现，即该转子具有根据本发明的电阻模块或者根据本发明的励磁机以及与电阻模块电连接的转子绕组。
最后，该目的通过开头所述类型的电机如下地实现，即该电机具有根据本发明的电阻模块或者根据本发明的励磁机或者根据本发明的转子。
在第一连接点和第二连接点之间连接有至少两个导电的层，其分别由含有电阻的材料构成。通过电阻模块与转子绕组的耦联、也就是尤其通过电阻模块与转子绕组的串联电路，减小在起动阶段期间穿过转子绕组流动的起动电流，这导致起动力矩的提高。因此，根据本发明的电阻模块实现了，电机在起动阶段期间具有提高的动力。
电阻模块具有至少两个具有含有电阻的材料的层，其中，不同的层可以具有不同的材料。层以如下方式电串联，即一个层的层结束点与后续的层的层起始点连接。仅仅在串联的开始处，第一层的层起始点与电阻模块的第一连接点连接，其中，最后的层的层结束点与电阻模块的第二连接点连接。在此，在相应的层之间都设置有第一绝缘层，其避免了短路或者对电阻的不希望的降低。
在此，电串联连接的层尤其可以在径向或者在轴向方向上依次连续地布置或者堆叠。
在此，相应的层至少部分地包围电阻模块的轴线并因此还包围转子或者电机的轴线，其中，相应的层尤其沿着整个圆周的至少3/4包围或者环绕该轴线。
希望的电阻可以如下地实现，即选择相应的材料并且特别是使用对此来说必要数量的层。因此，电阻模块能够模块化地建造，由此简单和廉价地进行制造。此外得出，至少两个层具有相对大的表面，这对于电阻模块的良好的导热和因此良好的冷却而言是必要的。
层中的至少一个层在周向方向上成曲折形状地设计，其中，曲折部径向向外地突出。
成曲折形状地设计的层例如能够参照波纹板，其至少部分地在周向方向上围绕轴线引导。在此，电阻模块的多个层或者所有的层也可以成曲折形状地设计。
成曲折形状波动的相应的层因此具有向外突出的曲折部，其中在相应的层内部，用于相应的电流的电阻通过延长的折返的路径而变大。因此，这种类型的电阻模块在尽管紧凑的构造中也允许相对大的电阻。
同时，至少两个层的表面增大，由此极大地提高了冷却能力。附加地，曲折部如径向通风机的叶片一样起作用，从而进一步有利地对冷却进行影响。原理上在此也可以考虑的是，电阻模块具有多个成曲折形状地设计的层，这些层在轴向方向上前后布置并且在周向方向上轻微地相对错位，由此叶片与轴向通风机的叶片类似地复制。该设计方案一方面允许电阻模块的高效的冷却，并且另一方面促进在轴向方向上的冷却气流，该冷却气流能够为了冷却电机的转子或者另外的组件而改变。
最后，曲折部允许相应的层的实际上不受约束的热膨胀，而不会由此产生机械应力，该机械应力对于电阻模块的稳定性而言可能是有问题的。
在本发明的另一个有利的设计方案中，电阻模块在此具有至少一个紧固件，其相应地布置在周向方向上相邻的两个曲折部之间，并且径向外部地布置在至少两个层处。
至少一个紧固件因此径向外部地连接至至少两个层，或者布置在至少两个层的径向外面处。在周向方向上观察，至少一个紧固件布置在两个相邻的、径向向外突出的曲折部之间。
如上所述，成曲折形状地设计的层可以参照波纹板，其中，至少一个紧固件根据该类比在波纹板的外侧处布置在两个峰之间的凹处中。
因此，至少一个紧固件允许可靠地接收径向向外指向的离心力，该离心力在电阻模块围绕轴线旋转期间对至少两个层产生作用。例如，相应的紧固件能够径向向内形状配合地连接至至少两个层，从而提供用于接收机械力的大的接触面，由此避免了对至少两个层的尤其是绝缘的损害。为了连接另外的机械部件，至少一个紧固件例如可以具有设计为螺栓的区域，该区域借助螺丝连接或者插接连接或者类似连接与另外的机械部件、尤其是与电机的轴或者与转子连接。
因此，通过至少一个紧固件、尤其是通过多个紧固件显著地提高了电阻模块的机械稳定性。为此优选的是，为每个处于周向方向上的、在两个相邻的曲折部之间的中间空间相应地设置一个紧固件。特别地，相应的紧固件可以抗扭地与毂连接。
在此，电阻模块可以应用到用于他励同步电机的转子的励磁机中。这种类型的机器例如可以设计成同步电机。此外，电阻模块可以用于这种类型的他励同步电机的转子。
有利的是，电机能够以至少1MW、尤其是超过10WM的电功率运行。在此，电机可以实施成电动机并且例如是同步电机或者他励同步电机。因此，例如可以考虑的是，电机是环形电动机或者碾磨机驱动电动机。
在本发明的有利的设计方案中，至少两个层相对于轴线同轴地布置并且成螺旋轨道形状地设计。
对于至少两个层的螺旋轨道形的设计方案来说，第一层在周向方向上例如沿着具有基本上恒定的半径的圆执行几乎完整的旋转，其中，在轴向方向上产生第一层的在层起始点和层结束点之间的错位。跟随在第一层之后的第二层在接合点之后连接至第一层并且类似于第一层地成型。此外，电阻模块能够具有多个这种类型的层。
在本发明的可替换的有利的设计方案中，相应相邻的层从其相应的层起始点至其相应的层结束点在相反的旋转方向上延伸。
例如，第一层能够在电阻模块上的轴向的俯视图中顺时针地延伸并且与第一层串联连接的第二层能够逆时针延伸。在此有利的是，这种类型的电阻模块仅仅是电阻并且表现为磁性中立，也就是尤其不形成产生轴向指向的磁场的线圈。
在本发明的另一个有利的设计方案中，层中的至少一个层设计成扁钢或者扁材和/或主要由铝构成。
尤其是对于层中的至少一个层来说，能够使用电工钢片或者类似于电机的板叠的布置。电阻模块的这样构造的层是特别容易获得的并且给予电阻模块很大的稳固性。
铝具有相对小的密度，从而尤其在起动阶段期间能够附加地改善转子或者电机的动力。
在本发明的另外有利的设计方案中，电阻模块具有相对于轴线同轴地布置的毂，至少两个层与该毂抗扭地连接，其中，毂能够与电机的轴抗扭地连接。
特别地，至少两个层能够径向外部地固定在毂上，以便产生在至少两个层和毂之间的抗扭的连接。但是为了产生该连接，至少两个层也可以至少部分地在轴向方向上相对于毂错开地布置。
最后，毂能够与电机的轴或者转子抗扭地连接，以便电阻模块与电机的转子机械地耦联。该耦联能够例如通过夹紧螺栓实现，其通过轴向地穿过毂延伸的孔***并且将毂与轴或者转子紧固。特别为此可以使用绝缘的夹紧螺栓，其相对于毂和至少两个层借助绝缘的层来电绝缘，其中附加地，在毂和轴或者转子之间可以设置一个绝缘层。
在本发明的另外有利的设计方案中，在此在毂和至少两个层之间布置有第二绝缘层。
第二绝缘层提供特别可靠的可行性，其将至少两个层与毂并因此与轴或者转子电绝缘。
在本发明的另外优选的设计方案中，至少一个紧固件与至少两个层固定地连接，其中，在至少一个紧固件和至少两个层之间布置有第三绝缘层。
通过第三绝缘层确保了在至少两个层和相应的紧固件之间的良好的电绝缘。
在本发明的另外优选的设计方案中，电阻模块在此具有相对于轴线同轴地布置的紧固环，其在轴向方向上连接于至少两个层地布置，其中，至少一个紧固件与该紧固环抗扭地连接。
相应的紧固件在此可以如下地设计，即其分别在轴向方向上啮合到紧固环中，由此产生相应的紧固件与紧固环的抗扭连接。可替换地或者附加，也可以相反地设置，即紧固环具有啮合到相应的紧固件中的轴向的凸起。
紧固环因此给予电阻模块附加的稳定性，因为径向向外指向的、作用到至少两个层上的离心力经由相应的紧固件能够传递到紧固环上。
附加地可以提出，紧固环具有至少一个支撑件，其分别径向外部地布置在曲折部中的至少一个的径向端部处，并且借助其能够接收相应的层的径向向外指向的力。
紧固环特别地与毂抗扭地连接，其中也可以考虑的是，紧固环与毂一件式地设计。
此外，根据本发明的励磁机例如可以具有静态布置的初级绕组，利用其能够将电流传递到次级绕组处。此外，设置有电容器和或许可能的欧姆电阻，以用于平滑由整流器整流的次级电流。在此，能够给转子绕组提供次级电流，其中，电阻模块与转子绕组串联连接。
在本发明的另外优选的设计方案中，电阻模块的至少两个层能够借助第一开关或者借助第二开关桥接。
电阻模块提高了电阻，这在转子的起动阶段期间导致了提高的起动力矩并且因此导致了转子的提高的动力。一旦电机高速运行并且例如转子到达其运行转数，那么就可以放弃电阻模块的附加电阻。为此，第一开关或者第二开关并联地与电阻模块连接，从而相应的开关的短路对电阻模块进行桥接。
相应的开关可以在此实施为能机械操作的组件或者实施为电子开关。相应的开关特别能够设计成特别地由控制单元控制的晶体管或者晶闸管。
特别地，第一开关能够实施为电阻模块的一部分或者励磁机的一部分，并且第二开关能够实施为转子的一部分或者电机的一部分。也可以考虑的是，仅仅在总体上设置一个对电阻模块进行桥接的开关。控制单元在此例如能够实施为电阻模块的、励磁机的或者转子的一部分。
附图说明
接下来根据附图中示出的实例进一步进行说明和描述本发明。图中示出：
图1是电阻模块的第一实例，
图2是第二实例，
图3是第三实例，
图4是根据本发明的电阻模块的实施例，以及
图5是根据本发明的电机的实施例的电路图。
具体实施方式
图1示出了电阻模块的第一实例，本发明不包括该第一实例。电阻模块具有第一连接点1和第二连接点2，在二者之间电接通有第一层3和第二层4。两个层3，4是导电的，主要由含有电阻的材料构成并且分别具有层起始点6和层结束点7。在此，第一层3在其层结束点7处与第二层4在第二层的层开始点8处经由接合点9电连接，其中这两个层3，4还借助布置在这两个层3，4之间的第一绝缘层8彼此电绝缘。这两个层3，4基本上设计成U形并且至少部分地包围电阻模块的轴线5。
在第一实例的范畴中，这两个层3，4相对于轴线5同轴地布置并且成螺旋轨道形状地设计。为此，第一层3在其层起始点6和其层结束点7之间在周向方向上沿着具有基本恒定的半径的圆成型，其中在轴向方向上在其层起始点6和其层结束点7之间存在错位。第二层4在接合点9之后连接至第一层3并且与第一层3类似地成型，以便使螺旋轨道继续。
图2示出了电阻模块的第二实施例。在此，相同的参考标号标记与图1中相同的对象。
与第一实例的电阻模块的区别在于，设置有三个层3，4，23，这些层从此时起不具有螺旋轨道形的设计方案。更确切地说，层3，4，23在其相应的层起始点6和其相应的层结束点7之间没有轴向错位。第一层3表示在第一连接点1与在第一层3和第二层4之间的接合点9之间的电连接，其中该连接在图2的示意图中以顺时针方向延伸。相反，第二层4表示一方面是在第一层3和第二层4之间的接合点9与另一方面是在第二层4和第三层23之间的接合点9之间的电连接，其中该连接逆时针方向地延伸。最后，第三层23表示以顺时针方向延伸的相应的连接。
图3示出了电阻模块的第三实例。由于透视图的原因，第二连接点2没有示出，其中出于更好地观察的目的，相应的层起始点6、层结束点7和接合点9没有详细标记。电阻模块在第三实例的范畴中具有层3，4，23等，其如在第一实例中一样可以成螺旋轨道形地设计并且相对于轴线5同轴地设计或者如在第二实例中一样以不同的旋转方向交替地设计。
当前的电阻模块的特征在于，层3，4，23等在周向方向上成曲折形状地设计，其中曲折部13径向向外突出。此外，电阻模块具有毂10，层3，4，23等与该毂抗扭地连接并且该毂借助第二绝缘层12与层3，4，23等电绝缘。
毂10具有在轴向方向上引入的孔11，毂10并且进而电阻模块能够借助该孔固定在轴以及电机的转子处。
图4示出了根据本发明的电阻模块的实施例，其中，该示意图对应于第三实例的示意图。层3，4，23等能够类似于在第三实例的电阻模块的情况中的层那样进行设计。在本实施例的范畴中，电阻模块具有紧固件14，其分别布置在周向方向上相邻的两个曲折部13之间并且径向外部地布置在层3，4，23等处。相应的紧固件14在此固定地与层3，4，23等连接。
电阻模块附加地具有紧固环16，其相对于轴线5同轴地布置并且其在轴向方向上连接于层3，4，23等地布置。相应的紧固件14固定地与紧固环16连接，其又与毂10抗扭地连接。在本实施例的范畴中，相应的紧固件14具有轴向上从电阻模块中突出的螺栓，该螺栓能够用于将电阻模块与电机的轴以及转子连接。
图5示出了根据本发明的电机的实施例的电路图。电机具有初级绕组24，借助该初级绕组能够将电流传递到次级绕组17处。传递到次级绕组17处的交流电能够借助具有整流器二极管15的整流器18进行整流，并且接下来借助电容器27进行平滑。整流过的和平滑过的电流输送给转子绕组21，其磁场与由定子绕组26产生的磁场交替作用。
为了降低在起动阶段期间的电流，根据本发明的电阻模块的电阻22与转子绕组21串联连接。在此，起动电流的降低引起提高的起动力矩，由此能够特别动态地加速转子。电阻模块的电阻22能够借助实施为晶闸管的开关19短路，该开关与电阻22并联地布置。控制单元25为此对开关19施加相应的控制信号，其中控制单元25为此与开关19适当地连接，并且例如检测在电容器25处的电压、在次级绕组17处的电压和/或电流或者类似物。
因此，电机具有带有转子绕组21的转子和励磁机20，其中励磁机20包括次级绕组17、整流器18、电容器27、控制器25、开关19和电阻模块22。特别地，励磁机20可以实施为转子的一部分。此外，电机具有初级绕组24和定子绕组26。
综上所述，本发明涉及一种用于提高具有转子绕组的电机的转子的起动力矩的电阻模块。此外，本发明涉及一种励磁机、转子和电机，其分别具有至少一个这种类型的电阻模块。为了提供对于用于提高起动力矩的已知的解决方案的替代方案而提出，电阻模块具有：
-第一连接点和第二连接点，
-至少两个导电的层，
其中，至少两个导电的层与第一连接点和第二连接点电连接，
其中，至少两个层分别至少部分地在周向方向上包围电阻模块的轴线，并且分别具有层起始点和层结束点，
-相应的第一绝缘层，其相应地布置在两个层之间，
-相应的接合点，在该接合点处相应的层的层结束点与相应的后续的层的层起始点电连接，
其中，层中的至少一个层在周向方向上成曲折形状地设计，并且曲折部径向向外地突出，
其中，电阻模块具有至少一个紧固件，该紧固件相应地布置在周向方向上相邻的两个曲折部之间，并且径向外部地布置在至少两个层处。
Claims (14)
1.一种用于提高具有转子绕组(21)的电机的转子的起动力矩的励磁机(20)，其中，所述励磁机(20)具有：
-能够与所述电机的轴抗扭地连接的次级绕组(17)，
-与所述次级绕组(17)电连接的整流器(18)，
-与所述整流器(18)电连接的电阻模块，其中，所述电阻模块具有：
-第一连接点(1)和第二连接点(2)，
-至少两个导电的层(3，4，23)，
其中，至少两个所述层(3，4，23)与所述第一连接点(1)和所述第二连接点(2)电连接，
其中，至少两个所述层(3，4，23)分别在周向方向上至少部分地包围所述电阻模块的轴线(5)，并且分别具有层起始点(6)和层结束点(7)，
-相应的第一绝缘层(8)，所述第一绝缘层相应地布置在两个所述层(3，4，23)之间，
-相应的接合点(9)，在所述接合点处相应的所述层(3，4，23)的所述层结束点(7)与相应的后续的所述层(3，4，23)的所述层起始点(6)电连接，
其中，所述层(3，4，23)中的至少一个层在周向方向上成曲折形状地设计，并且曲折部(13)径向向外地突出，
其中，所述电阻模块具有至少一个紧固件(14)，所述紧固件相应地布置在周向方向上相邻的两个所述曲折部(13)之间，并且径向外部地布置在至少两个所述层(3，4，23)处。
2.根据权利要求1所述的励磁机(20)，其中，至少两个所述层(3，4，23)相对于所述轴线(5)同轴地布置并且成螺旋轨道形状地设计。
3.根据权利要求1所述的励磁机(20)，其中，相应地相邻的所述层(3，4，23)从所述层的相应的所述层起始点(6)至所述层的相应的所述层结束点(7)在相反的旋转方向上延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的励磁机(20)，其中，所述层(3，4，23)中的至少一个层设计成扁材。
5.根据权利要求4所述的励磁机(20)，其中，所述层(3，4，23)中的至少一个层设计成扁钢。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的励磁机(20)，其中，所述层(3，4，23)中的至少一个层主要由铝构成。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的励磁机(20)，其中，所述电阻模块具有相对于所述轴线(5)同轴地布置的毂(10)，至少两个层(3，4，23)与所述毂抗扭地连接，其中，所述毂(10)能够与所述电机的轴抗扭地连接。
8.根据权利要求7所述的励磁机(20)，其中，第二绝缘层(12)布置在所述毂(10)和至少两个所述层(3，4，23)之间。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的励磁机(20)，其中，至少一个所述紧固件(14)固定地与所述至少两个层(3，4，23)连接，其中，第三绝缘层布置在至少一个所述紧固件(14)和至少两个所述层(3，4，23)之间。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的励磁机(20)，其中，所述电阻模块具有相对于所述轴线(5)同轴地布置的紧固环(16)，所述紧固环在轴向方向上连接于至少两个所述层(3，4，23)地布置，其中，至少一个所述紧固件(14)与所述紧固环(16)抗扭地连接。
11.根据权利要求1所述的励磁机(20)，其中，所述电阻模块的至少两个所述层(3，4，23)能够借助第一开关(19)桥接。
12.一种电机的转子，具有
-根据权利要求1-11中任一项所述的励磁机(20)
-转子绕组(21)，所述转子绕组与所述励磁机的电阻模块电连接。
13.根据权利要求12所述的转子，其中，所述电阻模块的至少两个所述层(3，4，23)能够借助第二开关桥接。
14.一种电机，具有根据权利要求1-11中任一项所述的励磁机(20)或者根据权利要求12或13所述的转子。
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