DE102019205992A1 - Data transmission from and to the rotor of an externally excited electrical machine - Google Patents

Data transmission from and to the rotor of an externally excited electrical machine Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, wobei der Rotor zur induktiven Kopplung mit einem Stator ausgestaltet ist, um kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung versorgt zu werden. Der Rotor ist ferner ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Stator zu senden und von diesem zu empfangen.A rotor is provided for an externally excited electrical machine, the rotor being designed for inductive coupling with a stator in order to be supplied with excitation power in a contactless manner for energizing an excitation winding. The rotor is also designed to send and receive information to the stator by means of the inductive coupling.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, einen Stator für eine fremderregte elektrische Maschine, und eine fremderregte elektrische Maschine aufweisend den Rotor sowie den Stator.The present invention relates to a rotor for an separately excited electrical machine, a stator for an separately excited electrical machine, and an separately excited electrical machine comprising the rotor and the stator.

Stand der TechnikState of the art

Beim Betrieb von elektrischen Maschinen werden für den Status der elektrischen Maschine relevante Größen meist anhand von Modellen geschätzt. Beispielsweise erfolgt eine Bestimmung einer Rotortemperatur einer elektrischen Maschine mittels einer auf einem Model basierenden Berechnung. Bei einer elektrischen Maschine ist jedoch die Rotortemperatur ein wichtiger Parameter für eine Regelung und Zuverlässigkeit der Maschine und spiegelt den Zustand der Maschine wieder. Allerdings ist die Berechnung wesentlich ungenauer als eine Messung der Rotortemperatur.When operating electrical machines, quantities relevant to the status of the electrical machine are mostly estimated using models. For example, a rotor temperature of an electrical machine is determined by means of a calculation based on a model. In the case of an electrical machine, however, the rotor temperature is an important parameter for control and reliability of the machine and reflects the state of the machine. However, the calculation is much less accurate than a measurement of the rotor temperature.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, einen Stator für eine fremderregte elektrische Maschine, und eine fremderregte elektrische Maschine aufweisend den Rotor sowie den Stator bereitzustellen, die jeweils ausgestaltet sind, um die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.The object of the invention is to provide a rotor for an separately excited electrical machine, a stator for an separately excited electrical machine, and an separately excited electrical machine comprising the rotor and the stator, each of which is designed to overcome the disadvantages of the prior art described above overcome.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, wobei der Rotor zur induktiven Kopplung mit einem Stator ausgestaltet ist, um kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung versorgt zu werden. Der Rotor ist ferner ausgestaltet, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Stator zu senden. Die elektrische Maschine ist dabei ein Energiewandler, der ausgestaltet ist, um elektrische Energie in Rotationsenergie oder umgekehrt umzuwandeln. Hier ist die elektrische Maschine eine fremderregte elektrische Maschine, bevorzugt eine fremderregte Synchronmaschine. Je nach Richtung eines Leistungsflusses kann die elektrische Maschine ein Motor oder ein Generator sein.The object is achieved by a rotor for an externally excited electrical machine, the rotor being designed for inductive coupling with a stator in order to be supplied with excitation power in a contactless manner for energizing an excitation winding. The rotor is also designed to send information to the stator by means of the inductive coupling. The electrical machine is an energy converter that is designed to convert electrical energy into rotational energy or vice versa. Here, the electrical machine is an separately excited electrical machine, preferably an separately excited synchronous machine. Depending on the direction of a power flow, the electrical machine can be a motor or a generator.

Der Rotor ist relativ zum Stator drehbar. Genauer gesagt ist die Erregerwicklung des Rotors vorgesehen, um in der elektrischen Maschine ein statisches, elektromagnetisches Feld für die Energiewandlung zu erzeugen. Dadurch kann sich der Rotor im Betrieb der elektrischen Maschine relativ zu dem Stator der elektrischen Maschine drehen. Das von der Erregerwicklung erzeugte elektromagnetische Feld ist relativ zum Rotor statisch.The rotor can be rotated relative to the stator. More precisely, the field winding of the rotor is provided in order to generate a static, electromagnetic field for the energy conversion in the electrical machine. As a result, the rotor can rotate relative to the stator of the electrical machine during operation of the electrical machine. The electromagnetic field generated by the excitation winding is static relative to the rotor.

Vorliegend ist der Rotor ausgestaltet, um induktiv bzw. kontaktlos vom Stator mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung versorgt zu werden. Unter Induktion wird eine elektromagnetische Induktion verstanden.In the present case, the rotor is designed to be supplied inductively or contactlessly from the stator with excitation power for energizing an excitation winding. Induction is understood to mean electromagnetic induction.

Bevorzugt wird die Information durch digitale fehlererkennende Signalübertragung gesendet, wobei die fehlererkennende Signalübertragung beispielsweise auf einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC) basiert. Die zyklische Redundanzprüfung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Prüfwerts für Daten, um Fehler bei der Übertragung oder Speicherung erkennen zu können. Bevorzugt kann das Verfahren die empfangenen Daten bzw. Information korrigieren, um eine erneute Übertragung der Daten bzw. Information zu vermeiden.The information is preferably sent by digital error-detecting signal transmission, the error-detecting signal transmission based, for example, on a cyclic redundancy check (CRC). The cyclical redundancy check is a method for determining a check value for data in order to be able to detect errors during transmission or storage. The method can preferably correct the received data or information in order to avoid retransmission of the data or information.

Der Rotor kann zur induktiven Kopplung eine Sekundärwicklung aufweisen. Bevorzugt ist die Sekundärwicklung Teil einer Spule, die wiederum mehrere Wicklungen aufweist. Die Sekundärwicklung ist geeignet, um Veränderungen in einem von außen an sie angelegten elektromagnetischen Wechselfeld erfassbar zu machen.The rotor can have a secondary winding for inductive coupling. The secondary winding is preferably part of a coil, which in turn has a plurality of windings. The secondary winding is suitable for making changes in an electromagnetic alternating field applied to it from outside detectable.

Der Rotor kann ferner einen Gleichrichter aufweisen, der ausgestaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und zu der Erregerwicklung auszugeben. Genauer gesagt wird durch das elektromagnetische Wechselfeld, das den Rotor induktiv mit Energie zur Bestromung der Erregerwicklung versorgt, in der Sekundärwicklung eine Wechselspannung erzeugt. Diese Wechselspannung wird zu einer Eingangsseite des Gleichrichters ausgegeben und von diesem in Gleichspannung gewandelt. Die Gleichspannung wird dann vom Gleichrichter zur Erregerwicklung ausgegeben. Damit wird in der Erregerwicklung ein relativ zum Rotor statisches elektromagnetisches Feld erzeugt, so dass der Rotor durch ein weiteres elektromagnetisches Wechselfeld des Stators, welches auch als Antriebswechselfeld bezeichnet werden kann, relativ zum Stator rotatorisch angetrieben werden kann. Ein vergleichsweise geringer Teil bezogen auf die gesamte vom Stator auf den Rotor übertragene Energie kann zur Versorgung einer am Rotor angeordneten Sensor- und Kommunikationseinheit abgezweigt werden. Der Gleichrichter kann eine Spannungsregelung aufweisen.The rotor can furthermore have a rectifier which is designed to convert an alternating voltage generated in the secondary winding by an electromagnetic alternating field into a direct voltage and to output it to the exciter winding. More precisely, an alternating voltage is generated in the secondary winding by the electromagnetic alternating field which inductively supplies the rotor with energy for energizing the excitation winding. This AC voltage is output to an input side of the rectifier and converted into DC voltage by this. The DC voltage is then output from the rectifier to the field winding. A static electromagnetic field is thus generated in the excitation winding relative to the rotor, so that the rotor can be driven in rotation relative to the stator by a further alternating electromagnetic field of the stator, which can also be referred to as the alternating drive field. A comparatively small part of the total energy transmitted from the stator to the rotor can be branched off to supply a sensor and communication unit arranged on the rotor. The rectifier can have voltage regulation.

Der Rotor kann ferner eine mit der Sekundärwicklung verbundene Sendeeinheit aufweisen, die ausgestaltet ist, um die Information auf das auf die Sekundärwicklung wirkende elektromagnetische Wechselfeld aufzumodulieren. Der Rotor kann also ferner ausgestaltet sein, um mittels Modulation eines auf die Sekundärwicklung einwirkenden, Fremderregungsenergie übertragenden, elektromagnetischen Wechselfelds eine Information senden. Bei der Modulation verändert bzw. moduliert ein zu übertragendes Nutzsignal bzw. eine zu übertragende Information das elektromagnetische Wechselfeld.The rotor can furthermore have a transmitting unit connected to the secondary winding, which is designed to modulate the information onto the electromagnetic alternating field acting on the secondary winding. The rotor can therefore also be designed in order, by means of modulation, to transmit external excitation energy acting on the secondary winding, electromagnetic Send information to the alternating field. During the modulation, a useful signal to be transmitted or information to be transmitted changes or modulates the electromagnetic alternating field.

Der Rotor kann ferner ausgestaltet sein, um mittels der induktiven Kopplung eine Information vom Stator zu empfangen. Dieses Empfangen erfolgt dabei bevorzugt durch eine inverse Durchführung des Sendevorgangs, d.h. der Rotor ist dann zur Durchführung bidirektionaler Kommunikation mit dem Stator geeignet.The rotor can also be configured to receive information from the stator by means of the inductive coupling. This reception is preferably carried out by performing the sending process inversely, i.e. the rotor is then suitable for carrying out bidirectional communication with the stator.

Der Rotor kann ferner eine mit der Sekundärwicklung verbundene Empfangseinheit aufweisen. Die Empfangseinheit kann ausgestaltet sein, um basierend auf dem auf die Sekundärwicklung wirkenden elektromagnetischen Wechselfeld die Information vom Stator zu empfangen. Die oben beschriebene Sendeeinheit und die Empfangseinheit können in einer Einheit, einem sog. Transceiver, zusammengefasst sein.The rotor can also have a receiving unit connected to the secondary winding. The receiving unit can be designed to receive the information from the stator based on the electromagnetic alternating field acting on the secondary winding. The transmitting unit described above and the receiving unit can be combined in one unit, a so-called transceiver.

Der Rotor kann ferner einen Sensor aufweisen und ausgestaltet sein, um eine vom Sensor erfasste Information als die zu sendende Information an den Stator zu senden. Der Sensor weist bevorzugt einen Temperatursensor auf. Der Sensor kann einen Drehzahlsensor aufweisen. Der Sensor kann einen Magnetfeldsensor aufweisen. Bevorzugt ist der Sensor mit dem Transceiver des Rotors verbunden und gibt die von ihm erfassten Größen als Signale zum Transceiver ein. Der Transceiver kann die vom Sensor erhaltene Information auf das elektromagnetische Wechselfeld aufmodulieren, um sie zum Stator auszugeben.The rotor can furthermore have a sensor and be configured to send information detected by the sensor as the information to be transmitted to the stator. The sensor preferably has a temperature sensor. The sensor can have a speed sensor. The sensor can have a magnetic field sensor. The sensor is preferably connected to the transceiver of the rotor and inputs the variables detected by it as signals to the transceiver. The transceiver can modulate the information received from the sensor onto the electromagnetic alternating field in order to output it to the stator.

Gelöst wird die oben beschriebene Aufgabe auch durch einen Stator für eine fremderregte elektrische Maschine, wobei der Stator zur induktiven Kopplung mit einem Rotor ausgestaltet ist, um den Rotor kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung des Rotors zu versorgen. Der Stator ist ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information vom Rotor zu empfangen. Die obigen Ausführungen zum Senden und Empfangen von Informationen mittels des Rotors treffen gleichermaßen auch auf den Stator zu. Die oben mit Bezug zum Rotor beschriebenen Definitionen sowie Ausgestaltungsmöglichkeiten bestimmter Bauteile treffen auch auf den Stator zu und können in diesem entsprechend verwirklicht sein.The object described above is also achieved by a stator for an externally excited electrical machine, the stator being designed for inductive coupling with a rotor in order to supply the rotor with excitation power in a contactless manner for energizing an excitation winding of the rotor. The stator is designed to receive information from the rotor by means of the inductive coupling. The above explanations for sending and receiving information by means of the rotor apply equally to the stator. The definitions and design options for certain components described above with reference to the rotor also apply to the stator and can be implemented accordingly in this.

Der Stator kann zur induktiven Kopplung eine Primärwicklung aufweisen. Der Stator kann ferner einen Wechselrichter aufweisen, der ausgestaltet ist, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung zu wandeln und zu der Primärwicklung auszugeben. Die Primärwicklung kann ausgestaltet sein, um basierend auf der Wechselspannung ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Der Wechselrichter ist somit ausgestaltet, um eine eingangsseitig an ihn angelegte Gleichspannung in eine Wechselspannung zu wandeln und zu der Primärwicklung auszugeben. Der Wechselrichter führt damit invers die oben beschriebene Funktion des Gleichrichters aus. Das von dem Stator mittels der Primärwicklung erzeugte elektromagnetische Wechselfeld ist veränderlich bzw. verändert sich mit der an sie angelegten Wechselspannung. So kann durch das in der Primärwicklung erzeugte elektromagnetische Wechselfeld die rotorseitige Wechselspannung in der Sekundärwicklung des Rotors erzeugt werden. Diese Wechselspannung kann dann, wie oben beschrieben, von der Sekundärwicklung zu einer Eingangsseite des Gleichrichters des Rotors ausgegeben und von diesem in Gleichspannung gewandelt werden.The stator can have a primary winding for inductive coupling. The stator can furthermore have an inverter which is designed to convert a direct voltage into an alternating voltage and to output it to the primary winding. The primary winding can be designed to generate an electromagnetic alternating field based on the alternating voltage. The inverter is thus designed to convert a DC voltage applied to it on the input side into an AC voltage and output it to the primary winding. The inverter thus inversely performs the rectifier function described above. The electromagnetic alternating field generated by the stator by means of the primary winding is variable or changes with the alternating voltage applied to it. For example, the alternating electromagnetic field generated in the primary winding can generate the alternating voltage on the rotor side in the secondary winding of the rotor. This alternating voltage can then, as described above, be output from the secondary winding to an input side of the rectifier of the rotor and converted by the latter into direct voltage.

Der Stator kann ferner eine mit der Primärwicklung verbundene Empfangseinheit aufweisen, die ausgestaltet ist, um die auf das von der Primärwicklung erzeugte elektromagnetisches Wechselfeld aufmodulierte Information vom Rotor zu empfangen.The stator can furthermore have a receiving unit connected to the primary winding, which is designed to receive the information modulated onto the electromagnetic alternating field generated by the primary winding from the rotor.

Der Stator kann ferner eine Steuereinheit aufweisen, die ausgestaltet ist, um basierend auf mittels der induktiven Kopplung vom Rotor empfangenen Information Steuersignale zur Steuerung der fremderregten elektrischen Maschine auszugeben. Die Steuereinheit weist dabei bevorzugt einen Regelkreis auf, der die vom Rotor empfangene Information als Rückführgröße bzw. Ist-Größe verwendet. So kann die elektrische Maschine durch die Steuereinheit in einem bevorzugten Drehzahl- und/oder Temperaturbereich betrieben werden. Ferner kann die Steuereinheit ausgestaltet sein, um die Luftspalt- bzw. Rotormagnetfeldstärke zu steuern.The stator can also have a control unit which is configured to output control signals for controlling the separately excited electrical machine based on information received from the rotor by means of the inductive coupling. The control unit preferably has a control loop that uses the information received from the rotor as a feedback variable or actual variable. The electrical machine can thus be operated by the control unit in a preferred speed and / or temperature range. Furthermore, the control unit can be designed to control the air gap or rotor magnetic field strength.

Der Stator kann ferner ausgestaltet sein, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Rotor zu senden. Bevorzugt weist der Stator eine mit der Primärwicklung verbundene Sendeeinheit auf. Die Sendeeinheit kann ausgestaltet sein, um die zu sendende Information auf das in der Primärwicklung erzeugte elektromagnetische Wechselfeld aufzumodulieren. Auch hier können die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in einer Einheit, dem sog. Transceiver, zusammengefasst sein.The stator can also be designed to send information to the rotor by means of the inductive coupling. The stator preferably has a transmission unit connected to the primary winding. The transmission unit can be designed to modulate the information to be transmitted onto the electromagnetic alternating field generated in the primary winding. Here, too, the transmitting unit and the receiving unit can be combined in one unit, the so-called transceiver.

Gelöst wird die oben beschriebene Aufgabe auch durch eine fremderregte elektrische Maschine aufweisend einen oben beschriebenen Rotor und einen oben beschriebenen Stator. Der Rotor ist induktiv mit dem Stator gekoppelt, um kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung versorgt zu werden. Ferner ist der Rotor ausgestaltet, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Stator zu senden. Die elektrische Maschine ist bevorzugt so ausgestaltet, dass sich der Rotor angetrieben durch ein vom Stator erzeugtes weiteres elektromagnetisches Wechselfeld, welches auch als Antriebswechselfeld bezeichnet werden kann, relativ zum Stator dreht, um den Rotor anzutreiben.The object described above is also achieved by an externally excited electrical machine having a rotor described above and a stator described above. The rotor is inductively coupled to the stator in order to be supplied without contact with excitation power for energizing an excitation winding. Furthermore, the rotor is designed to send information to the stator by means of the inductive coupling. The electrical machine is preferably designed in such a way that the rotor is driven by another one generated by the stator alternating electromagnetic field, which can also be referred to as an alternating drive field, rotates relative to the stator in order to drive the rotor.

FigurenlisteFigure list

  • 1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform. 1 is a schematic representation of an electrical machine according to an embodiment.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform. 2 is a schematic representation of an electrical machine according to a further embodiment.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung. 3 Figure 3 is a schematic diagram of a circuit.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

In 1 ist eine fremderregte elektrische Maschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2, 4 und einen Rotor 3. Bei der ersten Ausführungsform ist der Stator 2, 4 zweistückig ausgeführt. Zum einen ist ein erster Teil 4 des Stators 2, 4 in Längsrichtung X der elektrischen Maschine 1, das heißt axial neben und beabstandet von dem Rotor 3, angeordnet. Zum anderen ist ein zweiter Teil 2 des Stators 2, 4 so angeordnet, dass der zweite Teil 2 des Stators 2, 4 den Rotor 3 teilweise in Längsrichtung aufnimmt. Der erste Teil 4 des Stators 2, 4 dient zur Bestromung des Rotors 3. Der zweite Teil 2 des Stators 2, 4 erzeugt im Betrieb der Maschine 1 ein elektromagnetisches Wechselfeld so, dass sich der Rotor 3 relativ zum Stator 2, 4 dreht.In 1 is a separately excited electrical machine 1 shown according to a first embodiment. The electric machine 1 includes a stator 2 , 4th and a rotor 3 . In the first embodiment, the stator 2 , 4th executed in two pieces. For one is a first part 4th of the stator 2 , 4th in the longitudinal direction X of the electrical machine 1 , that is axially adjacent to and spaced from the rotor 3 , arranged. Second is a second part 2 of the stator 2 , 4th arranged so that the second part 2 of the stator 2 , 4th the rotor 3 partially in the longitudinal direction. The first part 4th of the stator 2 , 4th serves to energize the rotor 3 . The second part 2 of the stator 2 , 4th generated during operation of the machine 1 an alternating electromagnetic field so that the rotor 3 relative to the stator 2 , 4th turns.

In 2 ist eine fremderregte elektrische Maschine 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die in 2 gezeigte elektrische Maschine 1 unterscheidet sich lediglich darin von der in 1 gezeigten elektrischen Maschine 1, dass der erste Teil 4 des Stators 2, 4 nicht in der Längsrichtung X versetzt von dem Rotor 3 angeordnet ist, sondern den Rotor 3 radial umschließt.In 2 is a separately excited electrical machine 1 shown according to a further embodiment. In the 2 shown electric machine 1 differs from the in 1 shown electric machine 1 that the first part 4th of the stator 2 , 4th not offset in the longitudinal direction X from the rotor 3 is arranged, but the rotor 3 encloses radially.

In beiden Fällen, das heißt bei der Ausführungsform aus 1 und der Ausführungsform aus 2, rotiert der Rotor 3 im Betrieb der elektrischen Maschine 1 relativ zum Stator 2, 4. Mit anderen Worten, der Rotor 3 dreht sich im Betrieb der elektrischen Maschine 1 um eine zu der Längsrichtung X parallele Achse.In both cases, that is to say in the embodiment 1 and the embodiment from 2 , the rotor rotates 3 during operation of the electrical machine 1 relative to the stator 2 , 4th . In other words, the rotor 3 rotates when the electrical machine is operating 1 about an axis parallel to the longitudinal direction X.

Der Rotor 3 ist relativ zum ersten Teil 4 des Stators 2, 4 so angeordnet, dass der erste Teil 4 des Stators 2, 4 den Rotor 3 mittels eines elektromagnetischen Wechselfelds im Betrieb der elektrischen Maschine 1 induktiv mit Erregerleistung versorgt. Der Rotor 3 erzeugt durch eine Erregerwicklung mittels der Erregerleistung ein relativ zum Rotor 3 statisches elektromagnetisches Feld. Der zweite Teil 2 des Stators 2, 4 erzeugt ein weiteres elektromagnetisches Wechselfeld. Durch Interaktion des relativ zum Rotor 3 statischen elektromagnetischen Felds und des vom zweiten Teil 2 des Stators 2, 4 erzeugten elektromagnetischen Wechselfelds rotiert der Rotor 3 relativ zum Stator 2, 4. Durch ein Steuern des vom zweiten Teil 2 des Stators 2, 4 erzeugten elektromagnetischen Wechselfelds wird die Drehzahl des Rotors 3 eingestellt. Dies wird nun genauer mit Bezug zu 3 beschrieben werden.The rotor 3 is relative to the first part 4th of the stator 2 , 4th arranged so that the first part 4th of the stator 2 , 4th the rotor 3 by means of an electromagnetic alternating field during operation of the electrical machine 1 inductively supplied with excitation power. The rotor 3 generated by an excitation winding by means of the excitation power relative to the rotor 3 static electromagnetic field. The second part 2 of the stator 2 , 4th generates another alternating electromagnetic field. By interaction of the relative to the rotor 3 static electromagnetic field and that of the second part 2 of the stator 2 , 4th generated electromagnetic alternating field rotates the rotor 3 relative to the stator 2 , 4th . By controlling that of the second part 2 of the stator 2 , 4th generated electromagnetic alternating field is the speed of the rotor 3 set. This will now be more precisely related to 3 to be discribed.

3 zeigt schematisch eine Schaltung, die sowohl auf die Ausführungsform in 1 als auch auf die Ausführungsform in 2 zutrifft. 3 shows schematically a circuit which is applicable to both the embodiment in FIG 1 as well as the embodiment in 2 applies.

Wie in 3 dargestellt, umfasst der Rotor eine Sekundärwicklung 31 und die Erregerwicklung 32. Zwischen der Sekundärwicklung 31 und der Erregerwicklung 32 ist ein Gleichrichter 33 vorgesehen. Der Gleichrichter 33 ist sowohl mit der Sekundärwicklung 31 als auch mit der Erregerwicklung 32 elektrisch leitend verbunden. Der Gleichrichter 33 ist ausgestaltet, um eine von der Sekundärwicklung 31 eingehende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Diese Gleichspannung wird zur Erregerwicklung 32 ausgegeben. Die Wechselspannung wird, wie oben beschrieben, durch ein von dem ersten Teil 4 des Stators 2, 4 erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld mittels Induktion in der Sekundärwicklung 31 des Rotors 3 erzeugt.As in 3 shown, the rotor includes a secondary winding 31 and the excitation winding 32 . Between the secondary winding 31 and the excitation winding 32 is a rectifier 33 intended. The rectifier 33 is with both the secondary winding 31 as well as with the excitation winding 32 electrically connected. The rectifier 33 is designed to be one of the secondary winding 31 convert incoming AC voltage into DC voltage. This DC voltage becomes the excitation winding 32 issued. The AC voltage is, as described above, through one of the first part 4th of the stator 2 , 4th Generated electromagnetic alternating field by means of induction in the secondary winding 31 of the rotor 3 generated.

Ferner umfasst der Rotor 3 einen Sekundärtransceiver 34, welcher elektrisch leitend mit der Sekundärwicklung 31 verbunden ist. Der Sekundärtransceiver 34 weist einen weiteren, nicht dargestellten Gleichrichter auf, um die Wechselspannung von der Sekundärwicklung 31 in eine Gleichspannung umzuwandeln. Der Sekundärtransceiver wird also auch durch das vom ersten Teil 4 des Stators 2, 4 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld mit Energie versorgt. Der Sekundärtransceiver 34 ist ausgestaltet, um eine Information an den ersten Teil 4 des Stators 2 mittels Modulation des von dem ersten Teil 4 des Stators 2, 4 erzeugten elektromagnetischen Wechselfelds zu senden. Hierfür weist der Sekundärtransceiver 34 eine Sendeeinheit 341 auf. Der Sekundärtransceiver 34 ist ferner ausgestaltet, um eine Information, die auf das von dem ersten Teil 4 des Stators 2, 4 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld aufmoduliert ist, zu empfangen. Hierfür weist der Sekundärtransceiver 34 eine Empfangseinheit 342 auf. Der Sekundärtransceiver 34 ist elektrisch leitend mit einer Ausgangsseite eines Sensors 35 des Rotors 3 verbunden. Der Sensor 35 ist ein Temperatur-, Magnetfeld- und Drehzahlsensor, der ausgestaltet ist, um sowohl die Temperatur, die Magnetfeldstärke und die Drehzahl des Rotors 3 zu erfassen. Die vom Sensor 35 erfasste Temperatur, Magnetfeldstärke und Drehzahl wird vom Sensor 35 zum Sekundärtransceiver 34 eingegeben. Der Sekundärtransceiver 34 ist ausgestaltet, um die vom Sensor 35 empfangene Information auf das elektromagnetische Wechselfeld so aufzumodulieren, dass diese Information von dem ersten Teil 4 des Stators 2, 4 empfangen wird.The rotor also includes 3 a secondary transceiver 34 , which is electrically conductive with the secondary winding 31 connected is. The secondary transceiver 34 has a further rectifier, not shown, to the AC voltage from the secondary winding 31 to convert it into a DC voltage. The secondary transceiver is also through that of the first part 4th of the stator 2 , 4th generated electromagnetic alternating field supplied with energy. The secondary transceiver 34 is designed to provide information to the first part 4th of the stator 2 by modulating that of the first part 4th of the stator 2 , 4th to send generated electromagnetic alternating field. The secondary transceiver 34 a transmitter unit 341 on. The secondary transceiver 34 is further configured to include information that is based on that of the first part 4th of the stator 2 , 4th generated electromagnetic alternating field is modulated to receive. The secondary transceiver 34 a receiving unit 342 on. The secondary transceiver 34 is electrically conductive with an output side of a sensor 35 of the rotor 3 connected. The sensor 35 is a temperature, magnetic field and speed sensor, which is designed to measure both the temperature, the magnetic field strength and the speed of the rotor 3 capture. The one from the sensor 35 the temperature, magnetic field strength and speed are recorded by the sensor 35 to the secondary transceiver 34 entered. The secondary transceiver 34 is designed to be used by the sensor 35 to modulate received information on the electromagnetic alternating field so that this information from the first part 4th of the stator 2 , 4th Will be received.

Der erste Teil 4 des Stators 2, 4 weist eine Primärwicklung 41, einen Wechselrichter 42 und einen Primärtransceiver 43 auf, der mit einer Steuerung 44 verbunden ist. Der Primärtransceiver 43 ist auch elektrisch leitend mit der Primärwicklung 41 verbunden. Ferner ist der Wechselrichter 42 elektrisch leitend mit einer Energiequelle 45 verbunden. Die Energiequelle 45 ist eine Gleichspannungsquelle. Die von der Energiequelle 45 beim Wechselrichter 42 eingangsseitig angelegte Gleichspannung wird vom Wechselrichter 42 in eine Wechselspannung gewandelt. Die Wechselspannung wird vom Wechselrichter 42 zu der Primärwicklung 41 ausgegeben. Durch die an die Primärwicklung 41 angelegte Wechselspannung wird von der Primärwicklung 41 das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt.The first part 4th of the stator 2 , 4th has a primary winding 41 , an inverter 42 and a primary transceiver 43 on that with a controller 44 connected is. The primary transceiver 43 is also electrically conductive to the primary winding 41 connected. Furthermore, the inverter 42 electrically conductive with an energy source 45 connected. The energy source 45 is a DC voltage source. The one from the energy source 45 at the inverter 42 DC voltage applied on the input side is supplied by the inverter 42 converted into an alternating voltage. The AC voltage is supplied by the inverter 42 to the primary winding 41 issued. Through to the primary winding 41 applied AC voltage is from the primary winding 41 the electromagnetic alternating field generated.

Das elektromagnetische Wechselfeld wirkt auf die Sekundärwicklung 31. So wird mittels Induktion eine Wechselspannung in der Sekundärwicklung 31 induziert. Ferner wird die vom Sekundärtransceiver 34 des Rotors 3 aufmodulierte Information, die zur Temperatur, Magnetfeldstärke und Drehzahl des Rotors 3 korrespondiert, über die Primärwicklung 41 und den Primärtransceiver 43 empfangen. Der Primärtransceiver 43 ist demnach ausgestaltet, um die Information, die von dem Rotor 3 auf das durch die Primärwicklung 41 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld aufmoduliert wird, zu empfangen. Hierfür weist der Primärtransceiver 43 eine Empfangseinheit 431 auf. Der Primärtransceiver 43 ist ferner ausgestaltet, um eine Information mittels Modulation des von der Primärwicklung 41 erzeugten elektromagnetischen Wechselfelds an den Rotor 3 zu senden. Hierfür weist der Primärtransceiver 43 eine Sendeeinheit 432 auf. Der Primärtransceiver 43 weist zudem einen weiteren Gleichrichter auf, um die an der Primärwicklung 41 anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. So wird der Primärtransceiver 43 mit Energie versorgt.The alternating electromagnetic field acts on the secondary winding 31 . An alternating voltage is generated in the secondary winding by means of induction 31 induced. Furthermore, the from the secondary transceiver 34 of the rotor 3 modulated information about the temperature, magnetic field strength and speed of the rotor 3 corresponds via the primary winding 41 and the primary transceiver 43 receive. The primary transceiver 43 is thus designed to contain the information received from the rotor 3 on that through the primary winding 41 generated electromagnetic alternating field is modulated to receive. The primary transceiver 43 a receiving unit 431 on. The primary transceiver 43 is also designed to provide information by modulating the from the primary winding 41 generated electromagnetic alternating field to the rotor 3 to send. The primary transceiver 43 a transmitter unit 432 on. The primary transceiver 43 also has a further rectifier to the primary winding 41 to convert applied AC voltage into DC voltage. So becomes the primary transceiver 43 supplied with energy.

Ferner ist der Primärtransceiver 43 elektrisch leitend mit der Steuerung 44 verbunden. Die Steuerung 44 ist ausgestaltet, um basierend auf der vom Primärtransceiver 43 übermittelten Information die elektrische Maschine 1 zu steuern.Furthermore is the primary transceiver 43 electrically conductive with the control 44 connected. The control 44 is designed to be based on that from the primary transceiver 43 transmitted information to the electrical machine 1 to control.

Nachfolgend wird ein modifiziertes Ausführungsbeispiel zu den obigen Ausführungsformen beschrieben. Die Beschreibung der obigen Ausführungsformen gilt, abgesehen von dem unten beschriebenen Unterschied, auch für das modifizierte Ausführungsbeispiel.A modified embodiment of the above embodiments will be described below. The description of the above embodiments also applies to the modified embodiment, except for the difference described below.

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen weist der Primärtransceiver 43 einen Gleichrichter auf, um die an der Primärwicklung 41 anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Beim vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel ist kein solcher Gleichrichter vorgesehen. Der Primärtransceiver 43 wird hingegen von einer externen Gleichspannungsquelle 46, die mit einer gestrichelten Linie in 3 dargestellt ist, mit Energie versorgt.According to the embodiments described above, the primary transceiver 43 a rectifier on to that at the primary winding 41 to convert applied AC voltage into DC voltage. In the present modified embodiment, no such rectifier is provided. The primary transceiver 43 is, however, from an external DC voltage source 46 marked with a dashed line in 3 is shown supplied with energy.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
fremderregte elektrische Maschineseparately excited electrical machine
22
zweiter Teil des Statorssecond part of the stator
33
Rotorrotor
3131
SekundärwicklungSecondary winding
3232
ErregerwicklungExcitation winding
3333
GleichrichterRectifier
3434
SekundärtransceiverSecondary transceiver
341341
Sendeeinheit des SekundärtransceiversTransmitter unit of the secondary transceiver
342342
Empfangseinheit des SekundärtransceiversReceiver unit of the secondary transceiver
3535
TemperatursensorTemperature sensor
44th
erster Teil des Statorsfirst part of the stator
4141
PrimärwicklungPrimary winding
4242
WechselrichterInverter
4343
PrimärtransceiverPrimary transceiver
431431
Empfangseinheit des PrimärtransceiversReceiving unit of the primary transceiver
432432
Sendeeinheit des PrimärtransceiverSending unit of the primary transceiver
4444
Steuerungcontrol
4545
Energiequelle (Gleichspannungsquelle)Energy source (direct voltage source)
4646
externe Gleichspannungsquelleexternal DC voltage source

Claims (18)

Rotor (3) für eine fremderregte elektrische Maschine (1), wobei der Rotor (3) zur induktiven Kopplung mit einem Stator (2, 4) ausgestaltet ist, um kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung (32) versorgt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ferner ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Stator (2, 4) zu senden.Rotor (3) for an externally excited electrical machine (1), the rotor (3) being designed for inductive coupling with a stator (2, 4) in order to be supplied contactlessly with excitation power for energizing an excitation winding (32), characterized that the rotor (3) is also designed to send information to the stator (2, 4) by means of the inductive coupling. Rotor (3) nach Anspruch 1, wobei der Rotor (3) zur induktiven Kopplung eine Sekundärwicklung (31) aufweist.Rotor (3) Claim 1 , the rotor (3) having a secondary winding (31) for inductive coupling. Rotor (3) nach Anspruch 2, wobei der Rotor (3) ferner einen Gleichrichter (33) aufweist, der ausgestaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung (31) durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und zu der Erregerwicklung (32) auszugeben.Rotor (3) Claim 2 , wherein the rotor (3) further comprises a rectifier (33) which is designed to convert an alternating voltage generated in the secondary winding (31) by an electromagnetic alternating field into a direct voltage and to output it to the excitation winding (32). Rotor (3) nach Anspruch 3, wobei der Rotor (3) ferner eine mit der Sekundärwicklung (31) verbundene Sendeeinheit (341) aufweist, die ausgestaltet ist, um die Information auf das auf die Sekundärwicklung (31) wirkende elektromagnetische Wechselfeld aufzumodulieren.Rotor (3) Claim 3 wherein the rotor (3) further has a transmission unit (341) connected to the secondary winding (31), which is designed to modulate the information onto the electromagnetic alternating field acting on the secondary winding (31). Rotor (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rotor (3) ferner ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information vom Stator (2, 4) zu empfangen.The rotor (3) according to any one of the preceding claims, wherein the rotor (3) is further designed to receive information from the stator (2, 4) by means of the inductive coupling. Rotor (3) nach Anspruch 5, wobei der Rotor (3) ferner eine mit der Sekundärwicklung (31) verbundene Empfangseinheit (342) aufweist, die ausgestaltet ist, um basierend auf dem auf die Sekundärwicklung (31) wirkenden elektromagnetischen Wechselfeld die Information vom Stator (2, 4) zu empfangen.Rotor (3) Claim 5 wherein the rotor (3) furthermore has a receiving unit (342) connected to the secondary winding (31) and designed to receive the information from the stator (2, 4) based on the electromagnetic alternating field acting on the secondary winding (31) . Rotor (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rotor (3) ferner einen Sensor (35) aufweist und ausgestaltet ist, um eine vom Sensor (35) erfasste Information an den Stator (2, 4) zu senden.The rotor (3) according to any one of the preceding claims, wherein the rotor (3) further has a sensor (35) and is configured to send information detected by the sensor (35) to the stator (2, 4). Rotor (3) nach Anspruch 7, wobei der Sensor (35) einen Temperatursensor aufweist.Rotor (3) Claim 7 , wherein the sensor (35) comprises a temperature sensor. Rotor (3) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Sensor (35) einen Drehzahlsensor aufweist.Rotor (3) Claim 7 or 8th , wherein the sensor (35) comprises a speed sensor. Rotor (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Sensor (35) einen Magnetfeldsensor aufweist.Rotor (3) after one of the Claims 7 to 9 , wherein the sensor (35) comprises a magnetic field sensor. Stator (2, 4) für eine fremderregte elektrische Maschine (1), wobei der Stator (2, 4) zur induktiven Kopplung mit einem Rotor (3) ausgestaltet ist, um den Rotor (3) kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung einer Erregerwicklung (32) des Rotors (3) zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2, 4) ferner ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information vom Rotor (3) zu empfangen.Stator (2, 4) for an externally excited electrical machine (1), the stator (2, 4) being designed for inductive coupling to a rotor (3) in order to supply the rotor (3) with excitation power in a contactless manner to energize an excitation winding (32 ) of the rotor (3), characterized in that the stator (2, 4) is further designed to receive information from the rotor (3) by means of the inductive coupling. Stator (2, 4) nach Anspruch 11, wobei der Stator (2, 4) zur induktiven Kopplung eine Primärwicklung (41) aufweist.Stator (2, 4) Claim 11 , wherein the stator (2, 4) has a primary winding (41) for inductive coupling. Stator (2, 4) nach Anspruch 12, wobei der Stator (2, 4) ferner einen Wechselrichter (42) aufweist, der ausgestaltet ist, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung zu wandeln und zu der Primärwicklung (41) auszugeben, um in der Primärwicklung (41) basierend auf der Wechselspannung ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen.Stator (2, 4) Claim 12 , wherein the stator (2, 4) further comprises an inverter (42) which is designed to convert a direct voltage into an alternating voltage and to output it to the primary winding (41) in order to produce in the primary winding (41) based on the alternating voltage Generate electromagnetic alternating field. Stator (2, 4) nach Anspruch 13, wobei der Stator (2, 4) ferner eine mit der Primärwicklung (41) verbundene Empfangseinheit (431) aufweist, die ausgestaltet ist, um eine auf das von der Primärwicklung (41) erzeugte elektromagnetische Wechselfeld aufmodulierte Information vom Rotor (3) zu empfangen.Stator (2, 4) Claim 13 wherein the stator (2, 4) further has a receiving unit (431) connected to the primary winding (41), which is designed to receive information modulated onto the alternating electromagnetic field generated by the primary winding (41) from the rotor (3) . Stator (2, 4) nach Anspruch 11 bis 14, wobei der Stator (2, 4) ferner eine Steuereinheit (44) aufweist, die ausgestaltet ist, um basierend auf mittels der induktiven Kopplung vom Rotor (3) empfangenen Information Steuersignale zur Steuerung der fremderregten elektrischen Maschine (1) auszugeben.Stator (2, 4) Claim 11 to 14th wherein the stator (2, 4) further has a control unit (44) which is designed to output control signals for controlling the separately excited electrical machine (1) based on information received from the rotor (3) by means of the inductive coupling. Stator (2, 4) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Stator (2, 4) ferner ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Rotor (3) zu senden.Stator (2, 4) after one of the Claims 11 to 15th , wherein the stator (2, 4) is further designed to send information to the rotor (3) by means of the inductive coupling. Stator (2, 4) nach Anspruch 16, wobei der Stator (2, 4) ferner eine mit der Primärwicklung (41) verbundene Sendeeinheit (432) aufweist, die ausgestaltet ist, um die zu sendende Information auf das in der Primärwicklung (41) erzeugte elektromagnetisches Wechselfeld aufzumodulieren.Stator (2, 4) Claim 16 wherein the stator (2, 4) furthermore has a transmission unit (432) connected to the primary winding (41), which is designed to modulate the information to be transmitted onto the alternating electromagnetic field generated in the primary winding (41). Fremderregte elektrische Maschine (1) aufweisend einen Rotor (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und einen Stator (2, 4) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Rotor (3) induktiv mit dem Stator (2, 4) gekoppelt ist, um kontaktlos mit Erregerleistung zur Bestromung seiner Erregerwicklung (32) versorgt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ferner ausgestaltet ist, um mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Stator (2, 4) zu senden.Separately excited electrical machine (1) having a rotor (3) according to one of the Claims 1 to 10 and a stator (2, 4) according to one of the Claims 11 to 17th , wherein the rotor (3) is inductively coupled to the stator (2, 4) in order to be supplied contactlessly with excitation power for energizing its excitation winding (32), characterized in that the rotor (3) is further designed to be by means of the inductive coupling to send information to the stator (2, 4).
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