Transformer for electric locomotive and coil device therefor

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超伝導巻線を備えた電気機関車用変圧器及びその巻線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気的に駆動される機関車に使用される変圧器は、通常、単相変圧器として構成されている。 架線を介して変圧器に供給される交流電圧はその饋電系統に応じて１５及び２５ＫＶである。 駆動のため多くの場合複数の電動機が設けられる。 必要な駆動電力を電気的に制御するためには、変圧器は低圧側にそれぞれの電動機に対応した複数の巻線を備え、投入される電動機の必要数に応じてこの巻線に部分的に電流を流すことが必要である。 このような要求から従来の変圧器はそれぞれ１
個の高圧巻線に対応する複数個の例えば４個の低圧巻線を備えている。 高圧巻線はその場合並列接続されている。 これらの巻線は場合によっては鉄心の幾つかの脚に分配して装着され、そして各巻線群はまた加熱装置或いはその他の補助装置を運転するための付加的な巻線を備えることができる。 このような従来の変圧器はその構造上例えば損失や寸法が大きいという公知の欠点を有している。

【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２３２
７０３号明細書によれば超伝導巻線装置を備えた電気機関車用変圧器は公知である。 この巻線或いは鉄心についての詳細はそこには記載されていない。 またスイス連邦共和国特許第３９７０６６号明細書により高圧巻線が直列に接続されている車両用変圧器の巻線構成が公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、小さな構造、従って僅かな所要空間しか必要としない電気機関車用変圧器及びその巻線装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によれば、電気機関車用変圧器がクライオスタット容器内において鉄心に装着されかつそれぞれ駆動電動機に対応する多数の巻線群を有する超伝導巻線装置を備え、この巻線群はそれぞれ１つの高圧巻線、１つの低圧巻線及び少なくとも１つの漏れ抑制巻線を備えるとともに前記の高圧巻線が直列に接続されていることによって解決される。

【０００６】また巻線装置に関するこの発明の課題は、
駆動電動機、特に電気機関車の駆動装置に給電する超伝導変圧器において、各駆動電動機に対して１つの低圧巻線、１つの高圧巻線及び少なくとも１つの漏れ抑制巻線を備えた１つの巻線群が付設され、その際高圧巻線は直列に接続されることによって解決される。

【０００７】

【作用】この発明は、電気機関車において超伝導変圧器の技術を導入した全く新しい方式を提供するものである。 この場合超伝導を得るための付加的な経費にもかかわらずこの技術を適用する際の利点が十分に期待される。 この発明による変圧器の要部の重量は従来の変圧器の重量の約１／６に過ぎない。 約５ＭＶＡの変圧器の鉄心寸法の比較においても、約１０００×３９０ｍｍの窓寸法を持つ従来の鉄心に対してこの発明では８３０×２
００ｍｍしか必要でないことが判明した。

【０００８】また、この種の巻線装置は超伝導構成において特に小形の構造が可能となる。 というのは高圧巻線に対して細い導体しか使用されないからである。 超伝導のために必要な冷却装置の大きさは特に超伝導導体における残留損熱に関係する。 これは通常単位容積当たり一定値で与えられる。 即ち、巻回された導体容積或いは全体の必要な導体長が冷却装置の寸法を決める。 従来の巻線構成では各低圧巻線に高圧巻線の並列分路が付設されているので、超伝導変圧器において前記の解決案に対しては莫大な余分の経費を招来することになろう。 この発明で使用される導体はマルチフィラメント導体として構成され、４５０アンペア（Ａ）までの電流を流すことができる。 それ故この導体は、通常、高圧巻線の全所要電流（この例では３００Ａ）に対して充分である。 従って従来技術のように４個の並列分路に配分するのではかなりの過大寸法となる。

【０００９】４個の高圧巻線は直列に接続され、これに各１つの低圧巻線と好ましくは２つの漏れ抑制巻線が付設されるのがよい。 漏れ抑制巻線は多重同心に閉鎖する漏れ磁束通路を形成し、磁束がクライオスタット容器を離れることないようにすると共に、また他の低圧巻線の整流間隙において丁度電流が流れている低圧巻線へのエネルギーの伝達を良好にする。 さらにこの漏れ抑制巻線は補助装置、例えば加熱装置或いは補助運転変換器に対する電源として有利に使用される。

【００１０】巻線装置は所定の空隙を備えたカットストリップ巻鉄心に配置されるのがよい。 これにより鉄心の所定の直流アンペア回数にもかかわらず単方向磁束成分が飽和誘導の端数にしかならない。 このようにして変換器用変圧器の単相鉄心における直流予備磁化の問題が解決される。 このことは即ち運転中における鉄心の完全飽和を招来し、特に鉄心断面の小さい変圧器に対して有効であり、また超伝導巻線を備えて重量を最小化された変圧器において特に際立っている。

【００１１】

【実施例】この発明の実施例を以下に図面に基づいて詳しく説明する。

【００１２】図１は変換器により制御される車両駆動装置の電動機のための、特に電気機関車に使用される超伝導変圧器の巻線装置１を概略的に示す。 給電電圧Ｕはこの場合直列接続された高圧巻線ＯＳ１乃至ＯＳ４に供給される。 このような高圧巻線の直列接続は従来公知の変圧器においては、電流が大きくなり、そのために必要な導体断面積により不可能であった。 これは、高耐電流で導体断面積が小さい超伝導導体をもってして初めて可能である。 高圧巻線ＯＳ１乃至ＯＳ４にはそれぞれ対応の低圧巻線ＵＳ１乃至ＵＳ４が空間的にかつ電気的に付設されている。 それぞれの低圧巻線ＵＳ１乃至ＵＳ４はその場合その端子Ａ１乃至Ａ４によりそれぞれ１つの、ここでは示されていない変換器及び車両電動機を備えた駆動ユニットに電気的に接続される。 巻線装置１にエネルギーを均一に配分するために、それぞれ１つの車両電動機に対応するそれぞれの巻線群Ｗ１乃至Ｗ４はそれぞれ２つの漏れ抑制巻線Ｓ１１乃至Ｓ４２を有する。 これらの漏れ抑制巻線Ｓ１１乃至Ｓ４２は多重同心的にそれ自体で閉鎖する漏れ磁束回路を、漏れ磁束がここには図示されていないクライオスタット容器から離れないように形成するものである。 さらにこの漏れ抑制巻線はまたその都度の他の低圧巻線の整流間隙においてそれぞれ丁度電流が流れている低圧巻線への良好なエネルギー伝達を行うようにする。

【００１３】互いに並列に接続された漏れ抑制巻線Ｓ１
１乃至Ｓ４２は補助駆動装置、特に補助駆動変換器やその他の必要電源のための電圧ＨＢを発生するためにも使用される。

【００１４】図示の巻線装置１は例えば４個の車両電動機に対して設計されている。

【００１５】この巻線装置１の鉄心はここには図示されていないが、特に一定に設定された空隙を持つカットストリップ巻鉄心として形成されるのが好ましい。 これにより単方向磁束成分は変換器の点弧角の非対称によって生ずる直流通電の際に飽和誘導の端数にしかならない。
巻線装置１を備えた変圧器は超伝導に構成されているので、この変圧器は図示してないクライオスタット容器内に冷却装置とともに設置される。 クライオスタット容器は鉄心を室温もしくは運転温度で収容するために、円形或いは四角形断面の２つのトンネルを、場合によっては固有の鉄心冷却系とともに内包する。 巻線群Ｗ１、Ｗ
２、及びＷ３、Ｗ４はその場合例えばそれぞれ１つの鉄心脚に装着される。 巻線装置１の巻線はその使用例に応じて例えば円盤コイル或いは層巻線として構成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による超伝導装置の概略構成図。

【符号の説明】

１ 巻線装置 Ｗ１乃至Ｗ４ 巻線群 Ｕ 運転電圧 ＯＳ１乃至ＯＳ４ 高圧巻線 ＵＳ１乃至ＵＳ４ 低圧巻線 ＨＢ 補助電圧 Ｓ１１乃至Ｓ４２ 漏れ抑制巻線 Ａ１乃至Ａ４ 端子