DE102005024203A1 - Electric drive machine - Google Patents

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DE102005024203A1
DE102005024203A1 DE200510024203 DE102005024203A DE102005024203A1 DE 102005024203 A1 DE102005024203 A1 DE 102005024203A1 DE 200510024203 DE200510024203 DE 200510024203 DE 102005024203 A DE102005024203 A DE 102005024203A DE 102005024203 A1 DE102005024203 A1 DE 102005024203A1
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DE200510024203
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Gerhard Prof. Huth
Jan Dr. Weigel
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/26—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices

Abstract

Bekannt ist eine elektrische Antriebsmaschine aus einem Stator und einem Läufer, die zusammen ein Antriebssystem bilden, dem für bestimmte Anwendung ein Energieübertragungssystem zugeordnet ist. Vorgeschlagen wird, die elektrischen Wicklungen des Antriebssystems und des Energieübertragungssystems in einem gemeinsamen Aktivteil (50, 60) einzubringen, wobei die Antriebsfunktion und die Energieübertragungsfunktion voneinander unabhängig sind.What is known is an electric drive machine comprising a stator and a rotor, which together form a drive system to which a power transmission system is assigned for a specific application. It is proposed to introduce the electrical windings of the drive system and the energy transmission system in a common active part (50, 60), wherein the drive function and the energy transfer function are independent of each other.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Antriebsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Antriebsmaschine ist insbesondere nach dem Prinzip einer Synchronmaschine (SM) oder Asynchronmaschine (ASM) oder Reluktanzmaschine aufgebaut und kann als Linear- bzw. Drehantrieb dienen.The The invention relates to an electric drive machine according to the preamble of claim 1. Such a prime mover is particular according to the principle of a synchronous machine (SM) or asynchronous machine (ASM) or reluctance machine constructed and can be used as linear or Rotary drive serve.

Elektrische Antriebsmaschinen bestehen aus einem Stator und einem bewegten Läufer. Dabei ist u.U. elektrische Energie auf dem Läufer erforderlich, beispielsweise

  • – zur Steuerung der Antriebsleistung durch separate Speisung des Läufers, wie z. B. Erregerleistung bei elektrisch erregter Synchronmaschine, doppelt gespeiste Asynchronmaschine.
  • – als Hilfsenergie zum Be- und Entladen bei Transportaufgaben, Spannen von Werkstücken oder Werkzeugen, für eine Sensorik, z.B. Temperatur, Lage, etc., für Datenübertragungssysteme.
Electric drive machines consist of a stator and a moving rotor. This may require electrical energy on the rotor, for example
  • - To control the drive power by separate power supply of the rotor, such. As excitation power at electrically excited synchronous machine, double-fed asynchronous machine.
  • - As auxiliary power for loading and unloading in transport tasks, clamping of workpieces or tools, for a sensor, such as temperature, position, etc., for data transmission systems.

Zur Energieübertragung bei Antriebsmaschinen ist ein geeignetes Energieübertragungssystem erforderlich. Da die Antriebsmaschine je nach Anwendung als Synchronmaschine (SM) oder Asynchronmaschine (ASM) oder Reluktanzmaschine einschließlich spezifischer Untertypen ausgelegt sind, ist für deren Auslegung eine Reihe von Parametern zu berücksichtigen (s. bspw. Lehrbuch K. Vogt et al. „Elektrische Maschinen", VEB Verlag Berlin 1974, insbesondere Hauptabschnitt C: 'Entwurf rotierender elektrischer Maschinen').to power transmission for prime movers, a suitable energy transfer system is required. Since the drive machine, depending on the application as a synchronous machine (SM) or asynchronous machine (ASM) or reluctance machine including specific ones Sub-types are designed for whose interpretation a number of parameters have to be taken into account (see, for example, Textbook K. Vogt et al. "Electrical Machines ", VEB publishing house Berlin 1974, in particular main section C: 'Design of rotating electric machines').

Ein derartiges Energieübertragungssystem muss in die Arbeitsmaschine integriert oder separat angebaut werden. Beim Stand der Technik wird die erforderliche Leistung beispielsweise mittels Schleifkontakten, Schleppkabel (bei begrenztem Verfahrweg/-winkel) übertragen. Es ist auch bekannt, ein se parates Energieübertragungssystem mit räumlich getrenntem Aktivteil vorzusehen, z. B. die Erregermaschine in einer Synchronmaschine (SM), oder lineare induktive Energieübertragungssysteme. Dieses Prinzip wird beispielsweise in der DE 42 36 340 A1 beschrieben.Such a power transmission system must be integrated into the work machine or grown separately. In the prior art, the required power is transmitted, for example by means of sliding contacts, trailing cable (at a limited travel / angle). It is also known to provide a se parates energy transfer system with spatially separated active part, z. As the exciter machine in a synchronous machine (SM), or linear inductive energy transfer systems. This principle is used for example in the DE 42 36 340 A1 described.

Inhärente Probleme dieser bekannten Problemlösungen sind:

  • – zusätzlich erforderlicher Bauraum/Masse für das Energieübertragungssystem: Bei Schleppkabeln ist die bewegte Schleppkabelmasse sogar variabel.
  • – Verschleiß, Reibung, Verschmutzung.
Inherent problems of these known problem solutions are:
  • - Additionally required installation space / mass for the energy transmission system: For towing cables, the moving tow cable mass is even variable.
  • - Wear, friction, contamination.

Von obigem Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der neben dem Antrieb gleichermaßen eine geeignete Energieübertragung vorhanden ist.From Based on the above prior art, it is an object of the invention to create an electric machine, in addition to the drive equally a suitable energy transfer is available.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The Task is inventively by the entirety of the features of claim 1 solved. further developments are in the dependent claims specified.

Bei der Erfindung sind die oben genannten Nachteile vermieden, da die notwendige Energie induktiv auf den Läufer übertragen wird, die Motor- und Energieübertragungsfunktionen aber von einer kombinierten Elektromaschine mit gemeinsamem Aktivteil und kombiniertem Stromrichter erbracht werden. Wesentlich ist dabei die Realisierung des gemeinsamen Aktivteils durch geeignete Wahl der Wicklungsparameter von Motor- und Energieübertragungswicklungssystem. Dadurch ist ein entkoppelter Betrieb von induktiver Energieübertragung und Motorbetrieb möglich.at the invention, the above-mentioned disadvantages are avoided because the necessary energy is inductively transmitted to the rotor, the motor and energy transfer functions but of a combined electric machine with common active part and combined power converter. It is essential the realization of the common active part by a suitable choice the winding parameters of motor and Power transmission coil system. This is a decoupled operation of inductive energy transfer and engine operation possible.

Bei der Erfindung sind zwar nicht die Teilsysteme jeweils optimal, sondern vielmehr das Gesamtsystem hinsichtlich Bauraum/Masse und Wirkungsgraden paretooptimal ausgelegt. Die Motor- und Energieübertragungswicklungen sind dabei als getrennte Wicklungen in ein gemeinsames Aktivteil eingebracht.at Although not the subsystems are optimal in each case of the invention, but rather, the overall system in terms of space / mass and efficiencies designed pareto optimal. The engine and power transmission windings are thereby introduced as separate windings in a common active part.

Bei der Erfindung lässt sich vorteilhafterweise läuferseitig mit einem Stromrichterstellglied eine Gleichspannung auskoppeln. Im einfachsten Fall kann dafür eine Diodenbrücke verwendet werden.at of the invention advantageously on the rotor side decouple a DC voltage with a power converter actuator. In the simplest case can do it a diode bridge be used.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen jeweils in schematischer DarstellungFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the claims. Show it each in a schematic representation

1 ein Blockschaltbild einer elektrischen Antriebsmaschine mit separater induktiver Energieübertragung des Standes der Technik 1 a block diagram of an electric drive machine with separate inductive energy transmission of the prior art

2 die räumliche Trennung von Motor- und Energieübertragungssystem, 2 the spatial separation of engine and energy transmission system,

3 Motor- und Energieübertragungssystem mit gemeinsamem Aktivteil und kombiniertem Umrichter, 3 Motor and energy transmission system with shared active part and combined inverter,

4 Ausführungen mit getrennten Wicklungen im gemeinsamen Aktivteil, wobei 4A den Fall einer Asynchron- oder Synchronmaschine mit Erregerwicklung und 4B den Fall einer PM Synchronmaschine wiedergibt, 4 Versions with separate windings in the common active part, wherein 4A the case of an asynchronous or synchronous machine with excitation winding and 4B reproduces the case of a PM synchronous machine,

5 Stator und Läufer mit kombinierter Motor(„M")- und Energieübertragungs(„E")-Funktion bei Oberflächen(PM)-Magneten, 5 Stator and rotor with combined motor ("M") and energy transfer ("E") function on surface (PM) magnets,

6 Stator und Läufer mit ihren korrespondierenden Luftspaltfeldern der Energieübertragung, 6 Stator and rotor with their corresponding air gap fields of energy transfer,

7 eine Asynchronmaschine mit einem Energieübertragungssystem im Läufer und Ständer, 7 an asynchronous machine with a power transmission system in the rotor and stator,

8 eine IPM-Synchronmaschine mit schalenförmigen oder geraden Magneten im Läufer und einer Läufer-Energieübertragungswicklung, 8th an IPM synchronous machine with cup-shaped or straight magnets in the rotor and a rotor energy transfer winding,

9 eine IPM-Synchronmaschine mit radial angeordneten Magneten im Läufer und einer Läufer-Energieübertragungswicklung, 9 an IPM synchronous machine with radially arranged magnets in the rotor and a rotor energy transmission winding,

10 eine Vollpol-Synchronmaschine mit integriertem elektrischem Energieübertragungssystem, 10 a full pole synchronous machine with integrated electric power transmission system,

11 eine Schenkelpol-Synchronmaschine mit integriertem elektrischen Energieübertragungssystem, 11 a salient pole synchronous machine with integrated electric power transmission system,

12 eine PM-Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten und integriertem Energieübertragungssystem, 12 a PM synchronous machine with surface magnets and integrated energy transfer system,

13 eine synchrone Reluktanzmaschine mit integriertem Energieübertragungssystem, 13 a synchronous reluctance machine with integrated energy transfer system,

14 ein einphasiges Ersatzschaltbild der Energieübertragungsstrecke für stationären Betrieb, 14 a single-phase equivalent circuit of the power transmission line for stationary operation,

15 die läuferseitige Spannungsauskopplung mit einer mE = 3-phasigen Diodenbrücke und 15 the rotor-side voltage decoupling with a m E = 3-phase diode bridge and

16 die läuferseitige Spannungsauskopplung mit einem mE = 3-phasigen selbstgeführten Gleich-/Wechselrichter. 16 the rotor side voltage decoupling with a m E = 3-phase self-commutated DC / inverter.

Die 1 und 2 zeigen den Stand der Technik, wie er einleitend im Wesentlichen bereits erwähnt wurde. Weitere Erläuterungen erfolgen weiter unten.The 1 and 2 show the state of the art, as it was essentially already mentioned in the introduction. Further explanations are given below.

Aus den 2 bis 6 ergibt sich das Prinzip der Erfindung. Die weiteren Figuren zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungssysteme, wobei die 7 bis 12 unterschiedliche Maschinen und speziell die 14 und 15 die Spannungsauskopplung zeigen.From the 2 to 6 the principle of the invention results. The other figures each show different execution systems, wherein the 7 to 12 different machines and especially the 14 and 15 show the voltage decoupling.

Die 1 und 2 umfassen den Stand der Technik. In 1 ist ein an einem Drehstromnetz 1 angeschalteter Antriebsmotor 5 dargestellt, dem ein System 10 zur Energieübertragung zugeordnet ist. In bekannter Weise wird der Motor 5 von einem Stromrichterstellglied 2/3 aus einem Gleichrichter 2 und einem Wechselrichter 3 angesteuert, wobei der Gleichrichter von einem Servoregler 4 angesteuert wird. Der Motor 5 und das Energieübertragungssystem 10 sind über eine Drehwelle 6 und u.U. mit einem Lageerfassungssystem 7 gekoppelt. Die Sensorik kann zusätzlich noch um die Funktion „Drehzahlistwert-Erfassung" erweitert werden. Weiterhin ist eine elektrische Last 9 vorhanden. Nicht dargestellt ist die mechanische Last an der Abtriebswelle.The 1 and 2 include the state of the art. In 1 is one on a three-phase network 1 powered drive motor 5 represented by a system 10 is assigned to the energy transfer. In a known manner, the engine 5 from a power converter actuator 2/3 from a rectifier 2 and an inverter 3 controlled, the rectifier by a servo drive 4 is controlled. The motor 5 and the energy transfer system 10 are about a rotary shaft 6 and possibly with a position detection system 7 coupled. In addition, the sensor technology can be extended by the function "Actual speed value acquisition." There is also an electrical load 9 available. Not shown is the mechanical load on the output shaft.

Es wird somit eine Antriebsmaschine realisiert. In der 2 wird in den Teilfiguren 2A und 2B einmal ein Motorsystem M definiert, das aus einem Stator 50 mit darin angeordneter Ständerwicklung 51 und aus einem Läufer 60 mit darauf angeordneten einzelnen Permanentmagneten 61-63 besteht. Im zugehörigen Energieübertragungssystem E gemäß der 2b ist im Stator 55 eine Spulenanordnung 56 mit der Polpaarzahl PE und im Läufer 65 eine Spulenanordnung mit der gleichen Polpaarzahl PE vorhanden. Damit wird in bekannter Weise über den Luftspalt δ2 hinweg induktiv elektrische Energie übertragen und steht auf dem Läufer zur Verfügung.It is thus realized a drive machine. In the 2 is in the subfigures 2A and 2 B once defined an engine system M, which consists of a stator 50 with stator winding arranged therein 51 and from a runner 60 with individual permanent magnets arranged thereon 61 - 63 consists. In the associated energy transmission system E according to the 2 B is in the stator 55 a coil arrangement 56 with the number of pole pairs P E and in the rotor 65 a coil arrangement having the same number of pole pairs P E is present. This is transmitted in a known manner over the air gap δ 2 away inductively electrical energy and is available on the rotor.

Wesentlich ist in 2, dass im Motorsystem und im davon räumlich getrennten Energieübertragungssystem E im Allgemeinen unterschiedliche, optimale Luftspalte δ1 und δ2 vorliegen.It is essential in 2 in that in the engine system and in the spatially separate energy transmission system E there are generally different, optimal air gaps δ 1 and δ 2 .

Die 3 zeigt eine erfindungsgemäß verbesserte Anordnung: Hier ist ein Stromrichter 20 vorhanden, der im Einzelnen aus einem Gleichrichter 21 und zwei an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Wechselrichtern 22 und 23 besteht. Der erste Wechselrichter 22 ist für den Motor („M") zuständig und der zweite Wechselrichter für die Energieübertragung („E"). Beide Wechselrichter 22 und 23 wirken auf eine Antriebsmaschine M/E ein, die auch mit 25 bezeichnet ist. Die Antriebsmaschine 25 hat eine Abtriebswelle 26, die mit der Drehzahl n rotiert. Der Motor 25 ist wiederum über einen Servoregler 24 mit dem Wechselrichter 22 verbunden. Der Motor ist mit einem Lageerfassungssystem im Rückkoppelzweig an den Servoregler 24 angeschlossen. Weiterhin ist 29 als elektrische Lastnachbildung RL vorhanden.The 3 shows an improved arrangement according to the invention: Here is a power converter 20 in detail, consisting of a rectifier 21 and two inverters connected to the DC link 22 and 23 consists. The first inverter 22 is responsible for the engine ("M") and the second inverter for power transmission ("E"). Both inverters 22 and 23 act on a prime mover M / E, which is also designated 25. The prime mover 25 has an output shaft 26 , which rotates at the speed n. The motor 25 is again via a servo drive 24 with the inverter 22 connected. The motor is equipped with a position detection system in the feedback branch to the servo drive 24 connected. Furthermore is 29 as electric load simulation R L available.

Wesentlich ist in 3, dass Motor und Energieübertragungssystem ein gemeinsames Aktivteil aufweisen. Dies wird anhand 4 verdeutlicht.It is essential in 3 in that the engine and energy transmission system have a common active part. This is based on 4 clarified.

In 4 ist die konstruktive Realisierung in zwei Alternativen dargestellt. Dabei ist beide Male der Stator als Aktivteil mit einer 3-phasigen Motor(M)-Wicklung 1 der Polpaarzahl pM und einer 3-phasigen Energieübertragungs-Wicklung 1 der Polpaarzahl pE aufgebaut. In 4A befindet sich im Läufer 60 eine Motor(M)-Wicklung 2 und eine Energieübertragungs(E)-Wicklung 2. In der Teilfigur gemäß 4B wird die Motor-Läufererregung durch Permanentmagnete bereitgestellt, während eine Wicklung der Polpaarzahl pE der Energieübertragung dient. Dies wird nachfolgend erläutert:
Im Läufer 60 ist eine Energieübertragungswicklung erforderlich, u.U. auch eine weitere, sekundäre Motorwicklung. Das Energieübertragungssystem ist wiederum mit „E", das Motorsystem mit „M" bezeichnet. Bei „E" handelt es sich grundsätzlich um eine Asynchronmaschine mit gewickeltem Läufer, die als Übertrager je nach Energieübertragungsfrequenz geeigneterweise bei einem Schlupf ≥1 eingesetzt wird. „M" ist vorzugsweise als Synchronmaschine (SM) ausgeführt, kann aber auch prinzipiell als Asynchronmaschine (ASM) mit gewickeltem Läufer ausgeführt sein.In 4 the constructive realization is shown in two alternatives. Both times the stator is an active part with a 3-phase motor (M) winding 1 the pole pair number p M and a 3-phase power transmission winding 1 built the pole pair number p E. In 4A is in the runner 60 a motor (M) winding 2 and an energy transfer (E) winding 2 , In the subfigure according to 4B the motor-rotor excitation is provided by permanent magnets, while a winding of the pole pair number p E of the energy transfer is used. This is explained below:
In the runner 60 an energy transfer winding is required, possibly also another, secondary motor winding. The energy transmission system is again denoted by "E", the engine system by "M". In principle, "E" is an asynchronous machine with wound rotor, which is suitably used as a transformer depending on the energy transmission frequency at a slip ≥ 1. "M" is preferably designed as a synchronous machine (SM), but can also be used as an asynchronous machine (ASM ) be executed with wound rotor.

Die Wicklungsparameter der getrennten „E"- und „M"- Wicklungen sind so zu wählen, dass eine weitgehende Entkopplung der Motor- und Energieübertragungsfunktion sichergestellt wird. Die beste Entkopplung bzgl. des Antriebsmoments/der Antriebskraft ist dann möglich, wenn das Wicklungssystem der Energieübertragung mit einem Wechselfeld bei Schlupf s = 1 gespeist wird. Dabei pulsiert aber die elektrische Leistung. Bei Drehstromspeisung ist die Übertragung elektrischer Leistung konstant, allerdings wird dabei ein wenn auch geringes Antriebsmoment bereitgestellt. Die Energieübertragung ist aber stets unabhängig von der Speisung des Motorsystems. Dies ist ein wesentlicher Bestandteil für die Funktionsweise der neuen Antriebsmaschine, was im nachfolgend verdeutlicht wird.The Winding parameters of the separate "E" and "M" windings should be selected such that a substantial decoupling of the engine and energy transfer function is ensured. The best decoupling with respect to the drive torque / the Driving force is then possible if the winding system of the energy transfer with an alternating field is fed at slip s = 1. But the electric pulse is pulsating Power. With three-phase current supply, the transmission of electrical power constant, but there is an even if low drive torque provided. The energy transfer but is always independent from the power of the engine system. This is an essential part for the Functioning of the new drive machine, which is illustrated below becomes.

1. „M"-Funktion:1. "M" function:

Die Ständerwicklung (M Wicklung 1) ist im allgemeinen Fall (PM-SM) als sog. Bruchlochwicklung der Lochzahl qM = z/n mit der Grundpolpaarzahl pM ausgeführt und erzeugt die Drehfeldpolpaarzahlen:

Figure 00070001
The stator winding (M winding 1) is in the general case (PM-SM) designed as a so-called. Fence hole winding of the number of holes q M = z / n with the Grundpolpaarzahl p M and generates the Drehfeldpolpaarzahlen:
Figure 00070001

Positive Polpaarzahlen νM sind bei symmetrischer Speisung positiv umlaufende Wellen, negative entsprechend negativ umlaufende Wellen.Positive pole pair numbers ν M are positive circulating waves with symmetrical feed, negative correspondingly negative rotating waves.

Ein durch Gleichstrom oder Permanentmagnete (PM) hervorgerufenes Läuferluftspaltfeld beinhaltet in der Regel alle ungeradzahligen Vielfachen der Grundpolpaarzahl pM. μM = pM ·(1 + 2·g2)·; g2 = 0, 1, 2, ... (2) As a rule, a rotor air gap field caused by direct current or permanent magnets (PM) contains all the odd multiples of the number of base pole pairs p M. μ M = p M · (1 + 2 · g 2 ) ·; G 2 = 0, 1, 2, ... (2)

Dabei sind die einzelnen Amplituden zum Beispiel durch geeignete Formung der Polschuhe bei einer Schenkelpolmaschine, durch geeignete Verteilung der Erregerwicklung in Nuten bei einer Vollpolmaschine oder durch geeignete Polbedeckung oder variable Magnetdicke, bei einer PM-Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten, beeinflussbar.there are the individual amplitudes, for example, by appropriate shaping the pole pieces in a salient pole machine, by suitable distribution the exciter winding in grooves in a Vollpolmaschine or by suitable pole coverage or variable magnet thickness, in a PM synchronous machine with surface magnets, influenced.

2. „E"-Funktion:2. "E" function:

Beim Energieübertragungssystem handelt sich grundsätzlich um eine Asynchronmaschine mit gewickeltem Läufer, wobei Ständer- und Läuferwicklung üblicherweise als Ganzlochwicklungen ausgeführt werden. Das von der Ständerwicklung (E Wicklung 1) erzeugte Luftspaltfeld beinhaltet die Drehfeldpolpaarzahlen.In principle, the energy transmission system is an asynchronous machine with a wound rotor, wherein the stator and rotor windings are usually designed as all-hole windings. That of the stator winding (E winding 1 ) generated air gap field includes the Drehfeldpolpaarzahlen.

Es gilt für die Mitsystemspeisung: νE = pE + 2·mE·pE·g'1· ; g'1 = 0, ± 1, ± 2, ... (3.1) und für Gegensystemspeisung: νE = –pE + 2·mE·pE·g'1· ; g'1 = 0, ± 1,± 2, ... (3.2) It applies to the co-system feed: ν e = p e + 2 · m e · p e ·G' 1 ·; G' 1 = 0, ± 1, ± 2, ... (3.1) and for negative sequence supply: ν e = -P e + 2 · m e · p e ·G' 1 ·; G' 1 = 0, ± 1, ± 2, ... (3.2)

Der Läufer (E Wicklung 2) reagiert auf ein Ständerluftspaltfeld der Polpaarzahl νE mit Läuferluftspaltfeldern der Polpaarzahlen: μE = νE + 2·mE·pE·g'2· ; g'2 = 0, ± 1, ± 2, ... (4) The rotor (E winding 2) responds to a stator air gap field of the pole pair number ν E with rotor air gap fields of the pole pair numbers: μ e = ν e + 2 · m e · p e ·G' 2 ·; G' 2 = 0, ± 1, ± 2, ... (4)

5 zeigt speziell für ein Beispiel mit Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten die Zuordnung der Wicklungen: Hier sind im Stator eine Motorwicklung und eine Energieübertragungswicklung einander zugeordnet angeordnet. Im Läufer sind Oberflächen-Permanentmagnete für die Erregung angeordnet, wobei weiterhin eine Energieübertragungswicklung vorhanden ist. 5 shows specifically for an example with synchronous machine with surface magnet, the assignment of the windings: Here, a motor winding and a power transmission winding are arranged in the stator associated with each other. In the rotor surface permanent magnets are arranged for the excitation, wherein further a power transmission winding is present.

Konkret gilt, dass die Polpaarzahlen einer dreisträngigen (mM = 3) Synchronmaschine SM mit PM Oberflächenmagneten und einer ebenfalls dreisträngigen (mE = 3) Energieübertragungswicklung die folgenden Ungleichungen erfüllen müssen:

Figure 00080001
Specifically, the number of pole pairs of a three-strand (m M = 3) synchronous machine SM with PM surface magnets and also a three-strand (m E = 3) energy transfer winding must meet the following inequalities:
Figure 00080001

6 zeigt, dass Stator 50 und Läufer 60 mit ihren korrespondierenden Luftspaltfeldern in definierter Weise einander zugeordnet sind. Die Entkopplung wird nachfolgend im Einzel nen beschrieben: 6 shows that stator 50 and runners 60 are associated with their corresponding air gap fields in a defined manner to each other. The decoupling will be described in detail below:

3. Entkopplung:3. decoupling:

Für eine Entkopplung von „M"- und „E"-Funktion, unabhängig von Mit- oder Gegensystemspeisung der „E"-Funktion, muss eine Entkopplung bezüglich der „M"- und „E"- Primärwicklungen |νM|≠|νE| und bezüglich des Läuferluftspaltfeldes |μM|≠|νE| gewährleistet sein.For a decoupling of "M" and "E" function, independent of co-or negative sequence supply of the "E" function, a decoupling with respect to the "M" and "E" primary windings | ν M | ≠ | ν E | and with respect to the rotor air gap field | μ M | ≠ | ν E | be ensured.

Darüber hinaus gilt für beide Wicklungssysteme dieselbe Nutzahl. N1 = 2·mM·pM·gM = 2·mE·PE·gE (5) In addition, the same number of slots applies to both winding systems. N 1 = 2 · m M · p M ·G M = 2 · m e · P e ·G e (5)

Eine mögliche Ausführung des M-Systems und E-Systems mit ihren Parametern Strangzahl m, Nutzahl N1, Polpaarzahl p und Lochzahl q ist in nachfolgender Tabelle wiedergegeben:

Figure 00090001
A possible implementation of the M system and E system with its parameters strand number m, number of slots N1, number of pole pairs p and number of holes q is shown in the following table:
Figure 00090001

Die Anordnung der einzelnen Strangwicklungen in Ständer und Läufer ergibt sich aus nachfolgendem Strang-Zonenplan. Es ist eine Polteilung der E-Wicklung gezeigt:

Figure 00090002
The arrangement of the individual strand windings in stand and rotor results from the following strand zone plan. It is shown a pole pitch of the E-winding:
Figure 00090002

Für den Entwurf einer rotierenden elektrischen Maschine gilt grundsätzlich: Für große Luftspalte δ zwischen Primär- und Sekundärteil ist die Polteilung des Energieübertragungssystems hinsichtlich einer starken magnetischen Kopplung und demzufolge einem hohen Wirkungsgrad möglichst groß zu wählen. Bei der Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten ist die Polpaarzahl der Energieübertragung aufgrund des großen effektiven Luftspalts aus Magnethöhe und eigentlichem Luftspalt bei gegebener Motorpolpaarzahl kleiner als die Motorpolpaarzahl zu wählen.For the design a rotating electric machine basically applies: For large air gaps δ between Primary- and abutment is the pole pitch of the energy transfer system in terms of strong magnetic coupling and consequently a high degree of efficiency as possible big too choose. In the synchronous machine with surface magnets, the number of pole pairs the energy transfer because of the big one effective air gap of magnetic height and actual air gap for a given number of motor pole pairs smaller than the number of motor pole pairs to choose.

Bei Antriebsmaschinen (sowohl ASM als auch SM) mit vergrabenen Magneten (IPMSM), Schenkelpol- und Vollpol-SM mit kleinem Spalt zwischen Primär- und Sekundärteil lässt sich die Polpaarzahl der Energieübertragung u.U. auch kleiner als die Motorpolpaarzahl wählen.at Drive machines (both ASM and SM) with buried magnets (IPMSM), salient pole and full pole SM with small gap between Primary- and abutment let yourself the pole pair number of the energy transfer u.U. also select smaller than the number of motor pole pairs.

Die 7 bis 13 zeigen den möglichen Aufbau unterschiedlicher Antriebsmaschinen. Dabei ist jeweils der Stator und der Läufer dargestellt, die über einen Luftspalt δ getrennt sind. Durch unterschiedliche Schraffuren werden die einzelnen Strangwicklungen des Motorsystems einerseits und des Energieübertragungssystems andererseits verdeutlicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird dabei für das Motorsystem nur jeweils eine Phase mit Schraffuren für AM + und AM – dargestellt, während sich für die andern beiden Phasen der 3poligen Maschine jeweils Platzhalter ergeben.The 7 to 13 show the possible structure of different drive machines. In each case, the stator and the rotor are shown, which are separated by an air gap δ. By different hatching the individual strand windings of the engine system on the one hand and the power transmission system on the other hand clarified. For reasons of clarity, only one phase with hatchings for A M + and A M - is shown for the motor system, while in each case placeholders result for the other two phases of the 3-pole machine.

Im Einzelnen zeigt 7 eine Asynchronmaschine mit einem Energieübertragungs-Wicklungssystem im Läufer und im Ständer, welche jeweils im Nutgrund angeordnet sind.In detail shows 7 an asynchronous machine with a power transmission winding system in the rotor and in the stator, which are each arranged in the groove bottom.

In der 7 bedeuten 110 der Stator und 150 der Läufer einer Asynchronmaschine (ASM) 100. Im Stator 110 und im Läufer 150 sind – jeweils durch die elektrischen Parameter der Antriebsmaschine vorgegeben – einzelne Nuten 111, 111', ... und 151, 151', ... eingebracht. In die Nuten 111, 111', ... bzw. 151, 151', ... sind die Wicklungen 115 des Motorsystems einerseits und die Wicklungen 155 des Energieübertragungssystems andererseits eingebracht. Für ein dreiphasiges System sind jeweils drei Strangwicklungen vorhanden, die in der Legende mit AM, BM und CM gekennzeichnet sind sowie weiterhin Wicklungen des Energieübertragungssystems mit der Bezeichnung AE, BE, CE. Während die Wicklungen 115 des Motorsystems oberflächennah angeordnet sind, befinden sich die Wicklungen 155 des Energieübertragungssystems sowohl im Läufer 150 als auch im Ständer 110 jeweils im Nutgrund.In the 7 mean 110 the stator and 150 the rotor of an asynchronous machine (ASM) 100 , In the stator 110 and in the runner 150 are - each predetermined by the electrical parameters of the drive machine - individual grooves 111 . 111 ' , ... and 151 . 151 ' , ... brought in. In the grooves 111 . 111 ' , ... respectively. 151 . 151 ' , ... are the windings 115 of the motor system on the one hand and the windings 155 the energy transmission system on the other hand introduced. For a three-phase system, there are three phase windings each, labeled A M , B M, and CM in the legend, and windings of the energy transfer system labeled A E , B E , C E. While the windings 115 of the motor system are located near the surface, there are the windings 155 of the energy transfer system both in the runner 150 as well as in the stand 110 each in the groove base.

Im Prinzip entsprechende Anordnungen ergeben sich aus den 8 bis 13 speziell für die Synchronmaschinen, wobei verschiedene Typen derartiger Synchronmaschinen dargestellt sind. In 8, 9 und 12 sind im Läufer für die Erregung der Motorfunktion keine Wicklungen, sondern Permanentmagnete (PM) eingebaut.In principle, corresponding arrangements result from the 8th to 13 especially for the synchronous machines, wherein various types of such synchronous machines are shown. In 8th . 9 and 12 are in the rotor for the excitation of the motor function no windings, but permanent magnets (PM) installed.

8 zeigt eine so genannte IPM-Synchronmaschine 200 mit schalenförmigen oder geraden Permanentmagneten 255, bei der im Aktivteil die Energieübertragungswicklungen im Nutgrund und im Läufer an der Oberfläche angeordnet sind. Zwischen den Permanentmagneten sind Bereiche aus amagnetischem Material angeordnet. Der Stator 210 ist entsprechend dem in 7 ausgebildet. 8th shows a so-called IPM synchronous machine 200 with cup-shaped or straight permanent magnets 255 in which the energy transfer windings are arranged in the groove base and in the rotor on the surface in the active part. Between the permanent magnets areas of non-magnetic material are arranged. The stator 210 is according to the in 7 educated.

9 zeigt eine IPM-Synchronmaschine 300 mit radial angeordneten Permanentmagneten 355 im Abstand τpM im Läufer 350 und Energieübertragungswicklungen 155. 9 shows an IPM synchronous machine 300 with radially arranged permanent magnets 355 in the Distance τ pM in the rotor 350 and energy transfer windings 155 ,

In 10 ist eine Vollpol-Synchronmaschine 400 mit Stator 410 und Läufer 450 dargestellt. Bezüglich des Stators 410 wird auf die 8 und 9 verwiesen. An der Oberfläche des Läufers 450 sind in Nuten neben den Wicklungen des Motorsystems und des Energieübertragungssystems weiterhin Wicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern für die magnetischen Pole angeordnet. Die dafür notwendigen Wicklungen sind mit ihren Feldrichtungen durch die Schraffuren AF + und AF – angedeutet.In 10 is a full pole synchronous machine 400 with stator 410 and runners 450 shown. Regarding the stator 410 will be on the 8th and 9 directed. On the surface of the runner 450 In addition to the windings of the motor system and the energy transmission system, windings for generating magnetic fields for the magnetic poles are arranged in slots. The necessary windings are indicated with their field directions by the hatching A F + and A F - .

11 zeigt eine Schenkelpol-Synchronmaschine 500 mit Stator 510 und Rotor 550 sowie Energieübertragungswicklungen, die in den Nuten der Pole angeordnet sind. 11 shows a salient pole synchronous machine 500 with stator 510 and rotor 550 and power transmission windings disposed in the slots of the poles.

Um die Schenkel 555 des Rotors 550 befindet sich jeweils eine Erregerwicklung 556, während der Stator 510 entsprechend den vorangehenden Figuren ausgebildet ist.To the thighs 555 of the rotor 550 there is one exciter winding each 556 while the stator 510 is formed according to the preceding figures.

Insgesamt wird aus den 7 bis 11 deutlich, dass die Polteilung der Motorwicklungen größer ist als die der Energieübertragungswicklungen. Das ist möglich aufgrund des kleinen Luftspalts zwischen Läufer und Ständer. Dennoch kann die magnetische Kopplung der Energieübertragung auf Kosten der Kopplung der Motorfunktion erhöht werden, indem die Polteilung der Energieübertragung weiter erhöht wird.Overall, the 7 to 11 clearly that the pole pitch of the motor windings is greater than that of the energy transmission windings. This is possible due to the small air gap between the runner and the stand. Nevertheless, the magnetic coupling of the energy transfer can be increased at the expense of coupling the motor function by further increasing the pole pitch of the energy transfer.

In 12 ist eine Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten 600 mit Stator 610 und Läufer 650 und Energieübertragungswicklungen gezeigt, die im Stator 610 an der Oberfläche angeordnet sind. Im Läufer 650 liegen die Wicklungen in den Nuten unter den Permanentmagneten.In 12 is a synchronous machine with surface magnets 600 with stator 610 and runners 650 and energy transfer windings shown in the stator 610 are arranged on the surface. In the runner 650 The windings are in the grooves under the permanent magnets.

Durch mE-phasige Speisung der Energieübertragungsstatorwicklung mit einem separaten Wechselrichter WR zur Energieübertragung kann Energie via Drehfeld übertragen werden. Das Energieübertragungssystem arbeitet als Asynchronmaschine mit einem Schlupf s, der von der Motordrehzahl und der Speisefrequenz f1 abhängt.By m E- phase supply of the power transmission stator winding with a separate inverter WR for energy transfer energy can be transmitted via a rotating field. The energy transmission system operates as an asynchronous machine with a slip s, which depends on the engine speed and the feed frequency f 1 .

In 13 ist eine Reluktanzmaschine mit Stator 710 und Läufer 750 sowie zusätzlichen Energieübertragungswicklungen dargestellt. Die Reluktanzmaschine besitzt große Ähnlichkeit mit der Schenkelpolmaschine. Das Antriebsmoment der Maschine wird hier aber aus der Reluktanz der Maschine aufgrund ausgeprägter Pole geholt.In 13 is a reluctance machine with stator 710 and runners 750 and additional energy transfer windings. The reluctance machine is very similar to the salient pole machine. However, the drive torque of the machine is brought here from the reluctance of the machine due to distinct poles.

14 gibt ein Ersatzschaltbild der Energieübertragungsstrecke entsprechend einer Asynchronmaschine wieder. Es ist der stationäre Betrieb vorausgesetzt und ein Grundwellenmodell wiedergegeben. Dabei ist nur eine Phase dargestellt. 14 gives an equivalent circuit of the energy transmission path corresponding to an asynchronous machine again. It is assumed that stationary operation and a fundamental wave model reproduced.

Die Ersatzschaltung setzt sich zusammen aus dem Stator- und Läuferwiderstand R1 und R'2, der primären Streureaktanzen X1σ, der sekundären Streureaktanz X'2σ und der Hauptreaktanz X1h. Die sekundärseitigen Bauelementkenngrößen sind dabei mit dem Übersetzungsverhältnis der Windungszahlen auf die Ständerseite umgerechnet. s bezeichnet den Schlupf zwischen dem Energieübertragungsfeld und dem Läufer.The equivalent circuit is composed of the stator and rotor resistance R 1 and R ' 2 , the primary leakage reactances X 1σ , the secondary leakage reactance X' 2σ and the main reactance X 1h . The secondary-side component characteristics are converted to the gear ratio of the number of turns on the stator side. s denotes the slip between the energy transfer field and the rotor.

Aus dem Ersatzschaltbild ist Folgendes ablesbar: Je größer der Schlupf (→Gegensystemspeisung), desto größer ist die sekundärseitig abgreifbare Spannung (Leerlauf: U'2 = s·X1h·Iμ).The following is read from the equivalent circuit diagram: The greater the slip (→ negative sequence supply), the greater the voltage that can be tapped on the secondary side (idling: U'2 = s · X 1h · I μ ).

Der Leistungsfluss im Energieübertragungssystem ist nachfolgend dargestellt:

Figure 00130001
The power flow in the energy transmission system is shown below:
Figure 00130001

Dabei kennzeichnen P1el die der Energieübertragungsstatorwicklung elektrisch zugeführte Leistung, PCU1 die ohmschen Statorverluste, Pδ die – Luftspaltleistung, s den Schlupf, P2el die im Läufer elektrisch abgeführte Leistung, I1 den Statorstrom. Der Statorwicklung wird die Leistung P1el zugeführt: Im Stator fällt die ohmsche Verlustleistung PCU1 an, sodass die Luftspaltleistung Pδ über den Luftspalt übertragen wird. Diese spaltet sich wiederum auf in einen Anteil mechanischer Leistung Pmech und den Anteil s·Pδ. Diese Leistung abzüglich der ohmschen Verlustleistung PCU2 in den Läuferwiderständen wird als elektrische Versorgungsleistung Pel2 abgeführt.In this case, P 1el denote the power supplied to the power transmission stator winding , P CU1 the ohmic stator losses, P δ the - air gap power, s the slip, P 2el the power electrically dissipated in the rotor, I 1 the stator current. The stator winding is supplied with the power P 1el : The ohmic power dissipation P CU1 is produced in the stator, so that the air gap power P δ is transmitted via the air gap. This in turn splits into a proportion of mechanical power P mech and the proportion s · P δ . This power minus the ohmic power loss P CU2 in the rotor resistors is dissipated as electrical supply power P el2 .

Es lässt sich zeigen, dass der Wirkungsgrad der Energieübertragung unabhängig von den Parametern der Energieübertragung (Xσ1, X'σ2, X1h, R1, R'2, RL) mit wachsendem Schlupf s ansteigt. Daher läuft die Energieübertragungsmaschine geeigneterweise mit Gegensystemspeisung im Gegenstrombremsbetrieb s > 1. Dabei entsteht auch ein entsprechendes Bremsdrehmoment. Bei Mitsystemspeisung ist die im Läufer induzierte Spannung geringer und es entsteht ein antreibendes Drehmoment.It can be shown that the efficiency of the energy transfer increases independently of the parameters of the energy transfer (X σ1 , X ' σ2 , X 1h , R 1 , R' 2 , R L ) with increasing slip s. Therefore, the energy transfer machine runs suitably with negative sequence supply in countercurrent braking operation s> 1. This also creates a corresponding braking torque. With Mitsystemspeisung the induced voltage in the rotor is lower and there is a driving torque.

Durch Anschluss einer einsträngigen Energieübertragungs-ASM an eine Wechselspannung entsteht in der Maschine ein Wechselfeld (Lehrbuch G. Müller „Elektrische Maschinen", VEB Verlag Technik Berlin; 1967; insbesondere Hauptabschnitt B: 'Der stationäre Betrieb der rotierenden elektrischen Maschinen'). Dieses Wechselfeld lässt sich in ein Mit- und ein Gegensystem zerlegen. Mitkomponente und Gegenkomponente der Grundwellenfelder sind für s = 1 gleich groß, so dass zwar keine mechanische Leistung übertragen wird, sich aber dennoch am Läufer ebenfalls einphasig eine Wechselspannung abgreifen lässt. Bei Bewegung sind Mit- und Gegenkomponenten der Grundwellenfelder nicht gleich, es kommt drehrichtungsunabhängig zu einem geringen Antriebsmoment.By Connection of a single-stranded Energy transfer ASM an alternating voltage creates an alternating field in the machine (Textbook G. Müller "Electric Machines ", VEB Verlag Technik Berlin; 1967; in particular main section B: 'The stationary operation the rotating electrical machines'). This alternating field can be disassemble into a co-and a negative system. Co-component and counter-component of Basic wave fields are for s = 1 same size, so that no mechanical power is transmitted, but still at the runner can also single-phase an AC voltage tap. at Movement are not co-components and counter-components of the fundamental wave fields the same, it comes independent of the direction of rotation to a low drive torque.

Der Vorteil liegt in der nur einphasigen Einspeisung des Energieübertragungssystems, dafür mit pulsierender übertragener Leistung.Of the Advantage lies in the single-phase feed of the energy transmission system, for that with pulsating rendered Power.

Die 15 und 16 zeigen die Auskopplung der übertragenen Energie, wobei hier die jeweils zugehörige läuferseitige Beschaltung dargestellt ist.The 15 and 16 show the decoupling of the transmitted energy, in which case the respective associated rotor-side wiring is shown.

In 15 und in 16 wird jeweils von der Prinzipdarstellung gemäß 4 ausgegangen. Gezeigt ist hier, dass die läuferseitigen Energieübertragungswicklungen an Gleich richter angeschaltet sind.In 15 and in 16 is in each case from the schematic diagram according to 4 went out. Shown here is that the rotor-side power transmission windings are connected to rectifier.

Speziell in 15 ist dafür eine 3-phasige Diodenvollbrücke 140 mit sechs Dioden 141, 141' und einer Kapazität 145 dargestellt, so dass eine Gleichspannung abgegeben werden kann. Im Allgemeinen ist die Vollbrücke mehr (mE)-phasig.Specially in 15 is for a 3-phase diode full bridge 140 with six diodes 141 . 141 ' and a capacity 145 represented so that a DC voltage can be delivered. In general, the full bridge is more (m E ) -phasic.

Letztere Schaltung gestattet nur Gleichrichterbetrieb bzw. unidirektionalen Leistungsfluss vom Stator zum Läufer. Überschüssige Energie muss u.U. mit Hilfe eines Choppers in einem elektrischen Widerstand in Wärme umgesetzt werden.Latter Circuit only allows rectifier operation or unidirectional Power flow from the stator to the rotor. Excess energy must u.U. with the help of a chopper in an electrical resistance in heat be implemented.

In 16 ist die läuferseitige Anschaltung eines im Allgemeinen mE-phasigen selbstgeführten Stromrichters dargestellt. Beispielhaft ist eine dreiphasige (mE = 3) Vollbrücke wiedergegeben, die aus Dioden 151, 151' sowie abschaltbaren Leistungshalbleitern 152 und einer Kapazität 155 besteht. Es ergibt sich eine regelbare, hochsetzbare Gleichspannung. Diese Schaltung gestattet Gleich- und Wechselrichterbetrieb, bzw. einen bidirektionalen Leistungsfluss.In 16 is the rotor side connection of a generally m E- phase self-commutated current represented. By way of example, a three-phase (m E = 3) full bridge is shown, which consists of diodes 151 . 151 ' as well as turn-off power semiconductors 152 and a capacity 155 consists. This results in a controllable, boostable DC voltage. This circuit allows DC and inverter operation, or a bidirectional power flow.

Werden speziell einphasige Energieübertragungssysteme verwendet, kann eine einphasige Vollbrücke in H-Schaltung oder eine Halbbrückenschaltung zum Einsatz kommen.Become specially single-phase energy transfer systems used, can be a single-phase full bridge in H-circuit or a Half-bridge circuit be used.

Bei den angegebenen Beispielen dient der Gleichspannungszwischenkreis als Energiespeicher, aus dem mehrere mit dem Läufer bewegte Komponenten, u.U. über DC/DC- oder DC/AC-Wandler, gespeist werden können. Alternativ können Drehstromverbraucher auch direkt an die Läuferwicklung angeschlossen werden. Die Frequenz f2 ist dann aber abhängig vom Schlupf s. Bei geeigneter schlupfabhängiger Steuerung der Frequenz f1 = f2/s lässt sich auch eine weitgehend konstante Läuferfrequenz f2 erzielen.In the examples given, the DC intermediate circuit serves as an energy store, from which several components moving with the rotor can be fed, possibly via DC / DC or DC / AC converters. Alternatively, three-phase loads can also be connected directly to the rotor winding. The frequency f 2 is then dependent on the slip s. With a suitable slip-dependent control of the frequency f 1 = f 2 / s, it is also possible to achieve a largely constant rotor frequency f 2 .

Die anhand der 7 bis 13 beschriebenen Ausführungsbeispiele waren insbesondere rotierende Asynchron- oder Synchronmaschinen. Das gleiche Prinzip gilt auch für Linearmoto ren, wie es insbesondere anhand der Lineardarstellungen in 2 und 4 angedeutet ist oder auch für Reluktanzmaschinen.The basis of the 7 to 13 described embodiments were in particular rotating asynchronous or synchronous machines. The same principle also applies to linear motors, as shown in particular by the linear representations in FIG 2 and 4 is indicated or for reluctance machines.

Die Vorteile der vorstehend beschriebenen Beispiele werden nachfolgend zusammengefasst:

  • – Es liegt eine reduzierte Masse bzw. ein reduzierter Bauraum bei weitgehend unabhängiger Funktionalität von Energieübertragung und Motorfunktion vor.
  • – Es erfolgt eine kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie auf ein bewegtes System als integraler Bestandteil der Antriebs- bzw. Motorfunktion.
  • – Es ist ein kombinierter Umrichter für Motor- und Energieübertragungsfunktion vorhanden, ein gemeinsamer Spannungszwischenkreis ist möglich.
The advantages of the examples described above are summarized below:
  • - There is a reduced mass or a reduced space with largely independent functionality of energy transfer and engine function.
  • - There is a contactless transfer of electrical energy to a moving system as an integral part of the drive or motor function.
  • - There is a combined inverter for motor and energy transfer function, a common voltage link is possible.

Eine erste vorteilhafte Anwendung der vorstehend anhand verschiedener Beispiele beschriebenen Antriebsmaschine ist bei Permanentmagnet-Antrieben, vorzugsweise als rotierende PM-Torque-Direktantriebe, gegeben. Eine zweite vorteilhafte Anwendung ist bei Permanentmagnet-Linear-Direktantrieben möglich.A first advantageous application of the above with reference to various Examples described drive machine is in permanent magnet drives, preferably as rotary PM-Torque direct drives, given. A second advantageous application is in permanent magnet linear direct drives possible.

Claims (19)

Elektrische Antriebsmaschine aus einem Stator und einem Läufer, die ein Antriebssystem bilden, dem ein Energieübertragungssystem zur elektrischen Energieversorgung auf dem bewegten Teil zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen des Antriebssystems und des Energieübertragungssystems in einem gemeinsamen Aktivteil (50, 60) untergebracht sind, wobei die Antriebsfunktion und die Energieübertragungsfunktion weitgehend von einander unabhängig sind.Electric drive machine comprising a stator and a rotor, which form a drive system to which a power transmission system for the electrical power supply on the moving part is assigned, characterized in that the windings of the drive system and the energy transmission system are in a common active part ( 50 . 60 ) are accommodated, wherein the drive function and the energy transfer function are largely independent of each other. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung elektrischer Energie induktiv ausgeführt ist.Drive machine according to claim 1, characterized that the transmission electrical energy is performed inductively. Antriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der entkoppelte Betrieb der Teilfunktionen durch eine geeignete Wahl der Wicklungsparameter der Wicklungen von Motorsystem („M") einerseits und Energieübertragungssystem („E") andererseits erreicht ist.Drive machine according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the decoupled operation of the subfunctions by a suitable choice of the winding parameters of the windings of engine system ("M") on the one hand and Power transmission system ("E") on the other hand achieved is. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor- und Energieübertragungsfunktion vom Aktivteil (50, 60) und einem damit kombinierten Stromrichter (20) erbracht wird.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the engine and energy transfer function of the active part ( 50 . 60 ) and a combined power converter ( 20 ) is provided. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtsystem („M" + "E") hinsichtlich Bauraum/Masse bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden der Teilfunktionen optimiert ist.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the overall system ("M" + "E") in terms of space / mass optimized at the same time high efficiencies of the sub-functions is. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Motorfunktion nach dem Wirkprinzip der Synchronmaschine(SM).Drive machine according to one of the preceding claims, characterized by the motor function according to the operating principle of the synchronous machine (SM). Antriebsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung der Synchronmaschine durch Permanentmagnete (255) erzielt wird, wobei im Läufer (250) nur Wicklungen (155) des Energieübertragungssystems (E) untergebracht sind. (8)Drive machine according to claim 6, characterized in that the excitation of the synchronous machine by permanent magnets ( 255 ), whereby in the runner ( 250 ) only windings ( 155 ) of the energy transmission system (E) are housed. ( 8th ) Antriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (250, 350) mit vergrabenen Permanentmagneten ausgeführt ist (8, 9).Drive machine according to claim 7, characterized in that the runner ( 250 . 350 ) is carried out with buried permanent magnets ( 8th . 9 ). Antriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (650) Oberflächen-Permanentmagneten (656) enthält.(12).Drive machine according to claim 7, characterized in that the runner ( 650 ) Surface permanent magnets ( 656 ). (contains) 12 ). Antriebsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung durch wenigstens eine Motor-Läuferwicklung (115) aufgebracht wird, wobei sich auf dem Läufer (150, 250, 350, 450, 550, 650, 750,) zusätzlich wenigstens eine Energieübertragungswicklung (155) befindet.(7 – 13)Drive machine according to claim 6, characterized in that the excitation by at least one motor-rotor winding ( 115 ) is applied, wherein on the runner ( 150 . 250 . 350 . 450 . 550 . 650 . 750 ,) additionally at least one energy transfer winding ( 155 ) ( 7 - 13 ) Antriebsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer als Schenkelpol-Läufer ausgeführt (550) ist (11).Drive machine according to claim 10, characterized in that the runner designed as a salient pole runner ( 550 ) is ( 11 ). Antriebsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer als Vollpol-Läufer (450) ausgeführt ist (10).Drive machine according to claim 10, characterized in that the rotor as Vollpol runners ( 450 ) is executed ( 10 ). Antriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Motorfunktion nach dem Wirkprinzip der Asynchronmaschine (ASM), wobei sich im Läufer (150) neben den Energieübertragungswicklung (155) Motorwicklungen (115) vorhanden sind.(7)Drive machine according to claims 1 to 5, characterized by the motor function according to the operating principle of the asynchronous machine (ASM), wherein in the rotor ( 150 ) next to the energy transfer winding ( 155 ) Motor windings ( 115 ) available.( 7 ) Antriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Motorfunktion nach dem Wirkprinzip einer Reluktanzmaschine, wobei im Läufer (750) nur Energieübertragungswicklungen (155) vorhanden sind. (13)Drive machine according to claims 1 to 5, characterized by the motor function according to the operating principle of a reluctance machine, wherein in the rotor ( 750 ) only energy transfer windings ( 155 ) available. ( 13 ) Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (140, 150) zum läufersei tigen Auskoppeln der Spannung vorhanden sind.Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that means ( 140 . 150 ) are present for Läufersei term coupling the voltage. Antriebsmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (140, 150) einen m-phasigen Stromrichter (m = 1 – 3) beinhaltenDriving machine according to claim 15, characterized in that the means ( 140 . 150 ) include a m-phase converter (m = 1 - 3) Antriebsmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für einen unidirektionalen Leistungsfluss elektrischer Energie der Stromrichter als m-phasige Dioden-vollbrücke (140) ausgeführt ist (m = 3) oder für m = 1 auch als Dioden-Halbbrücke.Drive machine according to claim 16, characterized in that for a unidirectional power flow of electrical energy of the power converter as m-phase diode full bridge ( 140 ) is executed (m = 3) or for m = 1 as a diode half-bridge. Antriebsmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für einen bidirektionalen Leistungsfluss elektrischer Energie der Stromrichter selbstgeführt ist.Driving machine according to claim 16, characterized in that that for a bidirectional power flow of electrical energy of the power converters even out is. Antriebsmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für einen bidirektionalen Leistungsfluss elektrischer Energie der Stromrichter als m-phasige Vollbrücke (150) mit abschaltbaren Leistungshalbleitern (151, 151', 151'') ausgeführt ist (m = 3→) oder für m = 1 auch als Halbbrücke.Drive machine according to claim 18, characterized in that for a bidirectional power flow of electrical energy of the power converter as m-phase full bridge ( 150 ) with turn-off power semiconductors ( 151 . 151 ' . 151 '' ) is executed (m = 3 →) or for m = 1 also as a half-bridge.
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