CN116636123A - 用于外部激励的同步电机的能够转动的电整流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于外部激励的同步电机的整流器(100)。整流器(100)包括由金属制成的壳体(102)，所述壳体限界壳体内部空间(101)。壳体(102)具有环形的几何形状并且包围贯通开口(103)。壳体(102)包括壳体上部件(104)和壳体下部件(105)。此外，所述整流器包括在所述壳体内部空间(101)中布置在所述壳体下部件(105)上的电路板(106)。在所述电路板(106)上布置有整流器电路(107)，所述整流器电路用于将交流电压进行整流。该整流器电路(107)包括至少一个电整流器元件(108a‑108d)，所述至少一个电整流器元件用于将交流电压进行整流。

Description

用于外部激励的同步电机的能够转动的电整流器

技术领域

本发明涉及一种用于具有感应式能量传输的外部激励的同步电机的能够转动的电整流器，以及涉及一种具有这样的整流器的同步电机。

背景技术

所谓的外部激励的同步电机(fremderregte Synchronmaschinen)在其转子中需要直流电压，用于产生转子磁场。该过程被称为“转子激励”。在传统的外部激励的同步电机中，转子电压作为直流电压借助所谓的碳刷滑环触点(Kohlebürste-Schleifring-Kontakt)传输到旋转的转子上。这样做的缺点是，碳刷正是在高转速的情况下由于磨损而磨掉，并且在此可能产生不期望的导电碳尘。

替代于这样的借助滑环的直流电流传输，已知的是，以感应的方式、即以无线的方式实现到旋转的转子上的电压传输。这样的构造作为外部激励的同步电机的一部分也被称为“旋转变压器(Drehtransformator)”或者感应式传输器(induktiverübertrager)。

前述的感应式能量传输的作用原理基于电变压器，其中，变压器的初级线圈布置在旋转变压器的或同步电机的定子上，并且次级线圈布置在旋转的转子上。因为在感应式能量传输的情况下在次级线圈中首先总是产生交流电压，所以需要借助适合的整流器电路将所产生的交流电压在电方面(elektrisch)进行整流，即转换为经整流的电压，该整流器电路同样可以布置在转子上。

发明内容

本发明的任务在于，在开发用于外部激励的同步电机的整流器时指明新的途径。尤其是，应提出一种用于这样的整流器的改进的实施方式，该整流器的突出之处在于在技术上简单的构造，并且仍然允许转子和(因此)整流器以高转速旋转——该特性对于相关的技术人员而言也被称为“高转速稳定性(hohe Drehzahlfestigkeit)”。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。优选的实施方式是从属权利要求的主题。

据此，本发明的基本构思是，在环形的电路板上布置整流器的整流器电路，该整流器电路用于将交流电压整流为定向电压(gerichtete elektrische Spannung)，该电路板又布置在同样环形的金属壳体中，该壳体由金属制成。因此，带有电路板和整流器电路的壳体可以以简单的方式紧固在外部激励的同步电机的能够旋转的转子轴上，该转子轴在外部激励的同步电机运行时或相对于位置固定的定子围绕预给定的旋转轴线旋转。除此之外，在这里提出的解决方案中，借助壳体也可以通过电路板与金属壳体的面式接触来实现由整流器电路在运行中产生的废热的有效散热。最后，壳体可以用于，在转子的高转速的情况下在机械方面也使整流器电路的布置在电路板上的部件、尤其是该整流器电路的整流器元件稳定。因此，当在外部激励的同步电机中使用时，根据本发明的整流器具有期望的高转速稳定性。

根据本发明的用于电旋转变压器的转子或用于外部激励的同步电机、尤其用于车辆的牵引马达的整流器，包括由金属制成的壳体，该壳体限界壳体内部空间。壳体具有环形的几何形状并且包围贯通开口，该贯通开口用于接收同步电机的转子轴。壳体包括壳体上部件和壳体下部件。此外，整流器包括在壳体内部空间中布置在壳体下部件上的电路板。在电路板上布置有整流器电路，该整流器电路用于将交流电压优选整流为经整流的电压。该整流器电路包括至少一个电整流器元件，所述电整流器元件用于将交流电压进行整流。整流器元件可以是整流器二极管或者晶体管、尤其是MOSFET。

根据一种优选的实施方式，由金属制成的壳体完全围绕壳体内部空间。通过这种方式，使整流器电路在电方面特别好地相对于整流器的外部环境屏蔽，以防电干扰影响和磁干扰影响，尤其是当在外部激励的同步电机中使用时。

符合目的地，至少一个整流器元件可以分别借助焊接连接或者借助压紧接触(Presskontakt)紧固在电路板上。这允许将整流器元件简单地装配在电路板上。

根据一种优选的实施方式，至少一个整流器元件以其二极管壳体在径向内部贴靠在壳体下部件的内周壁(Innenumfangswandung)上。如果使用根据本发明的整流器的旋转变压器的转子或者使用根据本发明的整流器的外部激励的同步电机的转子——尤其以高转速——旋转，则借助内周壁在机械方面使二极管壳体稳定。

根据一种有利的扩展方案，壳体上部件具有开口凸缘，该开口凸缘包围贯通开口且在轴向上延伸。在该扩展方案中，至少一个整流器元件以其二极管壳体在径向外部贴靠在壳体凸缘上。该措施也实现整流器元件与壳体上部件之间的良好热接触。这尤其是在整流器运行中适用，即当壳体转动并且由于离心力作用整流器元件径向向外地被压到开口凸缘上时。因此，由整流器元件在运行中产生的废热除了壳体下部件之外还有效地经由壳体上部件引离。

在一种优选的实施方式中，电路板面式地贴靠在壳体下部件上。通过这种方式，由整流器电路的设置在电路板上的部件和/或由在整流器电路上游或下游连接的电气/电子结构元件在运行中产生的废热，可以经由壳体向外排放给整流器的外部环境。通过这种方式可以抑制电路板的和布置在该电路板上的整流器电路的不期望的升温或者甚至过热，该升温或者甚至过热可能导致电路板的和布置在该电路板上的整流器电路的损坏。

根据一种有利的扩展方案，为了使至少一个整流器元件以进一步改进的方式热耦合到整流器的壳体上，可以在二极管壳体与壳体上部件的开口凸缘之间布置热传导器件(thermisches Leitmittel)、尤其是所谓的“间隔垫(Gap-Pad)”，该热传导器件优选是电绝缘的。

符合目的地，至少一个整流器元件可以布置在在内周壁与开口凸缘之间形成的中间空间中。当整流器作为外部激励的同步电机的转子的一部分以高转速旋转时，该措施在机械方面使整流器元件稳定。

根据另一种有利的扩展方案，为了使电路板以改进的方式热耦合到壳体上，存在于电路板与壳体下部件之间的中间空间可以至少部分地、优选完全地用热传导器件、尤其是所谓的“间隔垫”填充，该热传导器件优选是导电的，所述另一种有利的扩展方案可以与上文阐述的有利的扩展方案结合。

根据另一种有利的扩展方案，为了将电路板机械地固定在壳体内部空间中，存在于电路板与壳体上部件之间的中间空间可以至少部分地、优选完全地用填充介质填充。优选地，该填充介质是或者包括浇铸料，特别优选地由电绝缘的材料制成。尤其是，当壳体在运行中在同步电机中以高转速转动时，该措施实现电路板在壳体内部空间中的改进的固定。

在一种优选的实施方式中，至少一个整流器元件、优选至少一个整流器二极管借助至少一个焊接连接紧固在电路板上。在此，可以使用典型的焊接连接，但是替代地或附加地，也能够考虑以SMD构造方式的焊接连接。

在另一种优选的实施方式中，至少一个整流器元件完全布置在电路板的径向内部的端部区段上。在此，前述的径向内部的端部区段可以从电路板的径向内部的端部出发延伸经过电路板的径向延伸(Erstreckung)的最大30％、优选最大25％、特别优选最大20％。优选地，这可以适用于优选所有整流器元件。通过这种方式，作用到相应的整流器元件上的离心力可以保持得低。

根据一种有利的扩展方案，至少一个整流器元件具有轴向延伸，所述轴向延伸大于同一整流器元件的径向延伸。优选地，这可以适用于优选所有整流器元件。通过这种方式，作用到相应的整流器元件上的离心力也可以保持得小。优选地，轴向延伸是径向延伸的至少两倍、优选至少四倍。

优选地，电整流器100可以构造成处理至少3kW的、优选至少30kW的电功率。特别优选地，电整流器100可以构造成处理在30kW与500kW之间的、最优选地在优选100kW与300kW之间的电功率。

因此，整流器也可以在牵引马达中使用，用于将转子电流无线地传输给牵引马达的转子。

因此，本发明还涉及一种上文提到的、根据本发明的整流器在车辆的牵引马达中的应用。

此外，本发明涉及一种外部激励的同步电机，该外部激励的同步电机具有能够通电的同步电机定子，所述同步电机定子用于产生定子磁场。此外，该同步电机包括能够通电的且能够相对于同步电机定子旋转的同步电机转子，所述同步电机转子用于产生转子磁场。同步电机转子具有同步电机转子轴和上文提到的、根据本发明的电整流器，其中，同步电机转子轴穿过贯通开口，该贯通开口被整流器的壳体包围，并且壳体固定地、尤其是形状锁合地(formschlüssig)紧固在同步电机转子轴上。

根据本发明的同步电机尤其可以在机动车中使用，该机动车可以包括电池作为能量源。在此，同步电机尤其用于驱动机动车，即尤其构造为牵引马达。优选地，根据本发明的牵引马达的输出功率或驱动功率为至少3kW，优选为至少30kW。特别优选地，根据本发明的牵引马达的输出功率或驱动功率在30kW与500kW之间，最优选地在100kW与300kW之间。在根据本发明的牵引马达中，可以经由存在于旋转变压器定子中的变压器芯(Transformatorkern)特别有效地引离废热，该废热在根据本发明的牵引马达中比在具有更小的输出功率的电动马达中以高得多的程度出现。

附图说明

附图分别示意性地示出：

图1在透视示意图中示出不带有壳体上部件的、根据本发明的整流器的示例，

图2在单独示意图中示出整流器的壳体的在图1中未示出的壳体上部件，

图3示出在组装状态中的、图1和图2的整流器。

具体实施方式

图1示出不带有壳体上部件104的、根据本发明的整流器100的示例，使得能够看到由壳体上部件104和由壳体下部件105——两个壳体部件104、105在组装状态中形成整流器100的由金属制成的壳体102——限界的壳体内部空间101。图2在单独示图中示出在图1中未示出的壳体上部件104。

图1和图2表明，壳体102具有环形的几何形状并且包围贯通开口103。轴向方向A在此沿着环形的壳体102的中心纵轴线M延伸。径向方向R垂直于轴向方向A远离中心纵轴线M地延伸。周向方向U垂直于轴向方向A并且也垂直于径向方向R延伸，并且环绕中心纵轴线M。当整流器100安装在外部激励的同步电机的同步电机转子中时，中心纵轴线M在此与如下旋转轴线D相同：壳体102围绕该旋转轴线D转动。在这种情况下，同步电机转子的能够围绕旋转轴线D旋转的同步电机转子轴(未示出)穿过贯通开口103，其中，壳体102抗扭地紧固在该同步电机转子轴上(未示出)。

壳体上部件104和壳体下部件105也——以与整个壳体102类似的方式——具有这样的环形的几何形状并且分别包围贯通开口103。此外，壳体上部件104具有开口凸缘111，该开口凸缘包围贯通开口103且在轴向上延伸。

壳体102的壳体下部件105具有壳体底部112和在轴向上从壳体底部112突出的内周壁110，该内周壁包围贯通开口103。符合目的地，内周壁110和壳体底部112是相互整体成型的。因此，在壳体102的安装在同步电机的转子上的状态中，随后穿过贯通开口102的转子轴(未示出)面式地贴靠在内周壁110上。在组装状态中，壳体102完全地围绕环形的壳体内部空间101。

从图1可以看出，在壳体内部空间101中在壳体下部件105上布置有电路板106。在布置在壳体下部件105上的电路板106上，又布置有整流器电路107，该整流器电路用于将交流电压优选整流为经整流的电压。在此，电路板106面式地贴靠在壳体下部件105上。通过这种方式，由整流器电路107的设置在电路板106上的部件、尤其是前述的整流器元件108a-108d在运行中产生的废热，可以经由壳体102向外排放给整流器100的外部环境并且也排放给同步电机的同步电机转子轴，该同步电机转子轴穿过贯通开口103。

根据图1，整流器电路107包括四个电整流器元件108a-108d，所述电整流器元件在该示例中分别构造为整流器二极管，所述整流器二极管具有相应的二极管壳体109a-109d。替代整流器二极管，也可以使用晶体管、尤其是MOSFET。整流器元件108a-108d或整流器二极管可以借助相应的焊接连接紧固在电路板106上。在此，可以使用典型的焊接连接，但是替代地或附加地，也能够考虑以SMD构造方式的焊接连接。在使用适合的二极管壳体109a-109d的情况下，整流器元件108a-108d可以借助直插装配(Durchsteckmontage)施加在电路板106上，并且分别借助焊接连接固定在电路板106上。整流器电路107可以具有另外的电子结构元件，所述另外的电子结构元件布置在电路板106上。所述构件尤其可以是SMD构件，所述SMD构件因此可以将在运行中产生的废热排放给电路板106并且可以经由该电路板排放给壳体102。尤其是，在具有四个整流器元件108a-108d的整流器电路107下游的电气/电子结构元件108a-108d，可以布置在电路板106上，所述电气/电子结构元件尤其可以实施为SMD构件。

电整流器100可以构造成处理至少3kW的、优选至少30kW的电功率。特别优选地，电整流器100可以构造成处理在30kW与500kW之间的、最优选地在优选100kW与300kW之间的电功率。

图3在剖视图中示出在组装状态中的整流器100。整流器元件108a-108d可以完全布置在电路板106的径向内部的端部区段上。在此，该径向内部的端部区段可以从电路板106的径向内部的端部出发延伸经过电路板的整个径向延伸的最大30％、优选最大25％、特别优选最大20％。通过这种方式，作用到相应的整流器元件108a-108d上的离心力可以保持得小。

此外，四个整流器元件108a-108d布置在在内周壁110与开口凸缘111之间形成的中间空间114中。四个整流器元件108a-108d中的每个整流器元件都具有二极管壳体109a-109d。四个整流器元件108a-108d以其各自的二极管壳体109a-109d在径向内部贴靠在壳体下部件105的内周壁110上，该内周壁110包围贯通开口103。附加地，四个整流器元件108a-108d以其各自的二极管壳体109a-109d在径向外部贴靠在开口凸缘111上。

在该示例中，整流器元件108a-108d分别具有沿着轴向方向测量的轴向延伸，该轴向延伸大于其各自的沿着径向方向R测量的径向延伸。通过这种方式，作用到相应的整流器元件108a-108d上的离心力可以保持得小。

为了使整流器元件108a-108d以改进的方式热耦合到整流器100的壳体102上，可以在相应的二极管壳体109a-109d与开口凸缘111之间分别布置热传导器件115、例如前述的“间隔垫”116，该热传导器件由具有高导热性的材料制成。同样地，为了使电路板106热耦合到壳体102上，存在于电路板106与壳体下部件105之间的中间空间117可以至少部分地、优选完全地用热传导器件118、尤其是用已经提到的间隔垫119填充，该热传导器件优选由电绝缘的材料制成。为了将电路板106机械地固定在壳体内部空间101中，存在于电路板106与壳体上部件104之间的中间空间可以至少部分地、优选完全地用填充介质、优选浇铸料填充，该填充介质特别优选地由电绝缘的材料制成。

Claims (16)

1.一种用于外部激励的同步电机的、尤其是用于牵引马达的电整流器(100)，

具有限界壳体内部空间(101)的壳体(102)，所述壳体由金属制成，所述壳体具有环形的几何形状并且包围贯通开口(103)，所述贯通开口用于接收同步电机的转子轴，其中，所述壳体(102)包括壳体上部件(104)和壳体下部件(105)，

具有在所述壳体内部空间(101)中布置在所述壳体下部件(105)上的电路板(106)，在所述电路板上布置有整流器电路(107)，所述整流器电路用于将交流电压进行整流，优选整流为经整流的电压，其中，所述整流器电路(107)包括至少一个电整流器元件(108a-108d)，所述至少一个电整流器元件优选通过整流器二极管形成。

2.根据权利要求1所述的整流器，

其特征在于，

所述壳体(102)完全围绕所述壳体内部空间(101)。

3.根据权利要求1或者2中任一项所述的整流器，

其特征在于，

所述至少一个整流器元件(108a-108d)以其二极管壳体(109a-109d)在径向内部分别贴靠在所述壳体下部件(105)的内周壁(110)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的整流器，

其特征在于，

所述壳体上部件(104)具有开口凸缘(111)，所述开口凸缘包围所述贯通开口(103)且在轴向上延伸，

所述至少一个整流器元件(108a-108d)以其二极管壳体(109a-109d)在径向外部贴靠在所述开口凸缘(111)上。

5.根据权利要求3和4所述的整流器，

其特征在于，

所述至少一个整流器元件(108a-108d)布置在以下中间空间中：所述中间空间在所述内周壁(110)与所述开口凸缘(111)之间形成。

6.根据权利要求4或者5所述的整流器，

其特征在于，

在所述二极管壳体(109a-109d)与所述开口凸缘(111)之间布置有热传导器件(115)、尤其是间隔垫(116)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

所述电路板(106)面式地贴靠在所述壳体下部件(105)上。

8.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

存在于所述电路板(106)与所述壳体下部件(105)之间的中间空间(117)至少部分地、优选完全地用热传导器件(118)、尤其是间隔垫(119)填充，所述热传导器件优选由电绝缘的材料制成。

9.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

存在于所述电路板(106)与所述壳体上部件(104)之间的中间空间至少部分地、优选完全地用填充介质、优选浇铸料填充，所述填充介质特别优选地由电绝缘的材料制成。

10.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

设置有至少两个、优选四个整流器元件(108a-108d)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

所述至少一个整流器元件(108a-108d)、优选所述至少一个整流器二极管借助至少一个焊接连接紧固在所述电路板(106)上。

12.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

所述至少一个整流器元件(108a-108d)、优选所有整流器元件(108a-108d)完全布置在所述电路板(106)的径向内部的端部区段上。

13.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

至少一个整流器元件(108a-108d)、优选所有整流器元件(108a-108d)具有轴向延伸，所述轴向延伸大于同一整流器元件(108a-108d)的径向延伸。

14.根据上述权利要求中任一项所述的整流器，

其特征在于，

所述电整流器(100)设置成处理在30kW与240kW之间、优选在100kW与150kW之间的电功率。

15.一种外部激励的同步电机、尤其是用于车辆的牵引马达，

具有能够通电的同步电机定子，所述同步电机定子用于产生定子磁场，

具有能够通电的且能够相对于同步电机定子旋转的同步电机转子，所述同步电机转子用于产生转子磁场，所述同步电机转子具有同步电机转子轴，所述同步电机转子轴穿过贯通开口(103)，所述贯通开口被所述整流器(100)的壳体(102)包围；

具有根据权利要求1至14中任一项所述的整流器(100)。

16.根据权利要求15所述的同步电机，

其特征在于，

所述同步电机或所述牵引马达的输出功率或驱动功率为至少3kW，优选为至少30kW，特别优选地在30kW与500kW之间，最优选地在100kW与300kW之间。