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Die vorliegende Erfindung betrifft eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einer Maschinen-Rotorspule, welche im Betrieb mit einer Gleichspannung versorgt ist und ein Rotorfeld erzeugt.
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Eine fremderregte elektrische Synchronmaschine weist einen ortsfesten Stator sowie einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierenden Rotor auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Stator und Maschinen-Rotor bezeichnet werden. Dabei wirken ein magnetisches Rotorfeld des Maschinen-Rotors und ein magnetisches Statorfeld des Maschinen-Stators zusammen. In der fremderregten elektrischen Synchronmaschine wird das benötigte Rotorfeld des Maschinen-Rotors fremderregt. Zu diesem Zweck weist der Maschinen-Rotor in der Regel eine Rotorspule auf, welche mit einer Gleichspannung zum Erzeugen des magnetischen Felds versorgt wird. Die Versorgung der Rotorspule mit der Gleichspannung erfolgt üblicherweise induktiv.
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Eine solcher Synchronmotor ist beispielsweise aus der
EP 2 869 316 B1 bekannt.
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Gewöhnlich sind der ortsfeste Stator und der im Betrieb rotierende Rotor derart aufeinander abgestimmt, dass sich ein gewünschter Betrieb des Synchronmotors einstellt. Änderungen in der Abstimmung können somit zu Abweichungen vom gewünschten Betrieb führen. Auch können gewünschte Änderungen im Betrieb somit nicht oder schwer umgesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine der eingangs genannten Art sowie für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche Nachteile aus dem Stand der Technik bekannter Lösungen beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für die fremderregte elektrische Synchronmaschine und für das Kraftfahrzeug Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Betriebsstabilität und/oder verbesserte Betriebsvariabilität bei einfacher Umsetzung auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem allgemeinen Gedanken, einen durch eine Rotorspule eines Rotors einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine fließenden elektrischen Strom durch eine hierzu in Reihe geschaltete Signalspule abzugreifen und mittels der Signalspule ein magnetisches Feld zu erzeugen, welches von einem ortsfesten Sensor erfasst wird. Somit ist es auf einfache und effektive Art möglich, ein dem durch die Rotorspule fließenden Strom entsprechendes Betriebssignal berührungslos vom im Betrieb rotierenden Rotor an den ortsfesten Sensor zu übertragen. In der Folge lassen sich Änderungen in Betriebsparametern der Synchronmaschine, insbesondere in der durch die Rotorspule fließenden Strom, auf einfache und effektive Art berücksichtigen. Dies führt zu einer erhöhten Betriebsstabilität der Synchronmaschine. Zudem können auf diese Weise Änderungen im Betrieb der Synchronmaschine auf einfache Weise umgesetzt werden. Das Resultat ist eine erhöhte Betriebsvariabilität der Synchronmaschine.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die fremderregte elektrische Synchronmaschine, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine bezeichnet, den Rotor und einen Stator auf. Der Rotor wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotor und der Stator auch als Maschinen-Stator bezeichnet. Der Maschinen-Rotor weist eine Rotorwelle auf, an der die Rotorspule drehfest versehen ist. Die Rotorspule wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule bezeichnet. Die Maschinen-Rotorspule erzeugt im Betrieb ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Zu diesem Zweck ist die Maschinen-Rotorspule im Betrieb mit einer Gleichspannung versorgt, sodass durch die Maschinen-Rotorspule der elektrische Strom, und somit ein Laststrom fließt. Der Maschinen-Stator weist eine zum Maschinen-Stator feste Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Statorspule bezeichnet wird. Die Maschinen-Statorspule erzeugt im Betrieb ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Dabei wirken im Betrieb Rotorfeld und Statorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor um eine axiale Rotationsachse rotiert. Die Synchronmaschine weist ferner eine Signalübertragungseinrichtung zum berührungslosen Übertragen eines der Gleichspannung und somit dem Laststrom entsprechenden Betriebssignals an den Maschinen-Stator auf. Die Signalübertragungseinrichtung weist am Maschinen-Rotor die mit der Maschinen-Rotorspule in Reihe geschaltete Signalspule und am Maschinen-Stator einen Magnetfeldsensor auf. Der Magnetfeldsensor erfasst im Betrieb das von der Signalspule erzeugte Magnetfeld.
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Im Betrieb fließt durch die mit der Maschinen-Rotorspule in Reihe geschaltete Signalspule der Laststrom. Die Signalspule erzeugt somit ein Magnetfeld, welches nachfolgend auch als Signalfeld bezeichnet wird. Die Intensität des Signalfelds ist dabei vom Laststrom abhängig. Insbesondere ist die Intensität des Signalfelds proportional zum Laststrom. Das mittels des Magnetfeldsensors erfasste Signalfeld ist also vom Laststrom abhängig, sodass mit der Signalübertragungseinrichtung eine berührungslose Übertragung des den Laststrom wiedergeben Signalfelds als Betriebssignal von dem im Betrieb rotierenden Maschinen-Rotor an den ortsfesten Maschinen-Stator erfolgt.
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Der Magnetfeldsensor kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein, sofern er im Betrieb das Signalfeld erfasst.
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Der Magnetfeldsensor erzeugt im Betrieb zweckmäßig ein vom erfassten Signalfeld abhängiges Sensorsignal.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Magnetfeldsensor derart ausgestaltet ist, dass das Sensorsignal von dem erfassten Signalfeld proportional abhängt. Somit ist das Sensorsignal insgesamt proportional abhängig vom Laststrom. Dies lässt eine einfache und zuverlässige Ermittlung des Laststroms zu.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist der Magnetfeldsensor einen Halleffektsensor, auch als Hallsensor bekannt, auf. Bevorzugt ist der Magnetfeldsensor als ein Halleffektsensor ausgebildet. Somit erfolgt neben einer einfachen Ausgestaltung des Magnetfeldsensors die Ausgabe eines von dem Signalfeld stark abhängigen, insbesondere zum Signalfeld proportionalen, Sensorsignals.
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Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die axial verlaufende Rotationsachse. Dementsprechend verläuft „axial“ parallel, insbesondere koaxial, zur Rotationsachse. Zudem verläuft „radial“ quer zur Rotationsachse. Ferner umgibt die Umfangsrichtung die Rotationsachse.
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Die Signalübertragungseinrichtung weist zweckmäßig eine am Maschinen-Stator feste Einheit zum Empfangen und Verarbeiten des Sensorsignals auf, welche zweckmäßig mit dem Magnetfeldsensor elektrisch verbunden ist. Die Einheit, welche nachfolgend auch als Verarbeitungseinheit bezeichnet wird, ist zweckmäßig derart ausgestaltet, dass sie aus dem Sensorsignal den Laststrom ermittelt.
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Die Signalspule kann prinzipiell beliebig am Maschinen-Rotor angebracht sein.
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Vorteilhaft ist die Signalspule an der Rotorwelle angebracht.
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Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Signalspule an einer axialen Stirnseite der Rotorwelle angeordnet ist. Auf diese Weise werden unerwünschte magnetische Wechselwirkungen der Signalspule mit anderen magnetisch wirkenden Komponenten der Synchronmaschine vermieden oder zumindest reduziert. Ferner führt dies zu einer kompakten Ausbildung der Synchronmaschine.
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Die Signalspule kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.
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Bevorzugt ist die Signalspule als eine Luftspule ausgebildet. Somit wird eine Auswirkung der Signalspule auf die Maschinen-Rotorspule vermieden oder möglichst reduziert. Da die Luftspule keine magnetische Sättigung aufweist, ist es möglich, das Signalfeld über einen großen Bereich des Laststroms abhängig, insbesondere proportional, vom Laststrom zu erzeugen. Dies führt zu einer zuverlässigen Erfassung und Ermittlung des Laststroms.
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Der Magnetfeldsensor kann relativ zur Signalspule prinzipiell beliebig angeordnet sein, sofern der Magnetfeldsensor das Signalfeld erfasst.
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Vorstellbar ist es, den Magnetfeldsensor radial außerhalb der Signalspule anzuordnen.
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Als bevorzugt gelten Ausführungsformen, bei denen der Magnetfeldsensor axial in die Signalspule eindringt. Der Magnetfeldsensor ist somit in Umfangsrichtung von der Signalspule umgeben. Somit kommt es zu einer verbesserten und/oder genaueren Erfassung des Signalfelds. Insbesondere werden somit Störungen der Erfassung, beispielsweise ein Rauschen, verhindert oder zumindest reduziert.
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Folglich kann auf diese Weise der Laststrom einfacher und/oder zuverlässiger ermittelt werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Signalspule in Umfangsrichtung von einer axial offenen Hülse umgeben. Die Signalspule ist insbesondere axial in der Hülse gesteckt. Die Hülse ist zweckmäßig auf der radial vom Magnetfeldsensor abgewandten Seite der Signalspule angeordnet. Die Hülse dient dabei insbesondere dem Zweck einer magnetischen Abschirmung. Somit wird das Signalfeld durch andere magnetische Felder nicht oder möglichst geringfügig beeinflusst und umgekehrt. Zudem wird die Signalspule auf diese Weise mechanisch geschützt. Die Hülse kann prinzipiell am Maschinen-Stator fest sein.
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Vorteilhaft ist die Hülse am Maschinen-Rotor, insbesondere an der Rotorwelle, drehfest angebracht. Bevorzugt steht die Hülse von der Stirnseite der Rotorwelle axial ab und umgibt die Signalspule, vorteilhaft ferner den Magnetfeldsensor zumindest teilweise, in Umfangsrichtung.
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Bevorzugt erfolgt das Versorgen der Maschinen-Rotorspule induktiv.
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Zu diesem Zweck weist die Synchronmaschine bevorzugt einen elektrischen Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung auf. Der Drehtransformator weist einen Stator und einen Rotor auf, welche nachfolgend auch als Drehtransformator-Stator und Drehtransformator-Rotor bezeichnet werden. Der Drehtransformator-Stator weist eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule bezeichnet wird. Der Drehtransformator-Rotor weist eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Sekundärspule bezeichnet wird. Der Drehtransformator-Stator ist zum Maschinen-Stator fest und der Drehtransformator-Rotor mit dem Maschinen-Rotor drehfest. Der Drehtransformator-Rotor ist also relativ zum Drehtransformator-Stator um die Rotationsachse drehbar und rotiert im Betrieb mit dem Maschinen-Rotor um die Rotationsachse. Im Betrieb wirken die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule zum Induzieren einer Wechselspannung in der Transformator-Sekundärspule induktiv zusammen. Die Wechselspannung wird nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet. Bevorzugt sind dabei die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule axial gegenüberliegend angeordnet.
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Zwischen der Transformator-Sekundärspule und der Maschinen-Rotorspule ist zweckmäßig eine Gleichrichterschaltung geschaltet. Die Gleichrichterschaltung wandelt im Betrieb die in der Transformator-Sekundärspule induzierte Transformatorspannung in die Gleichspannung für die Maschinen-Rotorspule um. Entsprechend ist die Gleichrichterschaltung ausgestaltet.
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Die Signalspule ist zweckmäßig von der Transformator-Sekundärspule separat.
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Die Signalspule ist zweckmäßig von der Transformator-Sekundärspule und der Transformator-Primärspule möglichst magnetisch entkoppelt und/oder abgeschirmt.
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Vorteilhaft ist die Signalspule zur Transformator-Sekundärspule und zur Transformator-Primärspule beabstandet.
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Bevorzugt ist die Signalspule zur Transformator-Sekundärspule und/oder zur Transformator-Primärspule radial, besonders bevorzugt zudem axial, beabstandet.
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Die Synchronmaschine kann mittels einer elektrischen Energiequelle, welche eine Gleichspannung bereitstellt, elektrisch versorgt sein.
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Zweckmäßig weist die Synchronmaschine dabei eine der Transformator-Primärspule vorgeschaltete Wechselrichterschaltung auf. Somit kann die im Betrieb benötigte Wechselspannung für die Transformator-Primärspule aus der Energiequelle stammen.
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Analog hierzu kann die Synchronmaschine eine Wechselrichterschaltung aufweisen, mittels welcher die Maschinen-Statorspule über die Energiequelle mit einer Wechselspannung versorgt ist.
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Die Verarbeitungseinheit ist vorteilhaft kommunizierend mit einer Steuereinrichtung und/oder zumindest einer der Wechselrichterschaltungen verbunden. Somit kann die Transformatorspannung abhängig vom Laststrom geändert werden. Ebenso ist es somit möglich, das Rotorfeld abhängig vom Laststrom zu ändern.
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Die Synchronmaschine kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zum Einsatz kommen. Insbesondere kommt die Synchronmaschine als Traktionsmotor, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zum Einsatz. Bevorzugt besitzt ein solcher Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere 140kW.
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Die Synchronmaschine kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, welches als elektrische Energiequelle zum Betreiben der Synchronmaschine eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also insbesondere als ein fremderregter elektrischer Synchronmotor ausgebildet.
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Es versteht sich, dass neben der fremderregten elektrischen Synchronmaschine auch das Kraftfahrzeug zum Umgang der vorliegenden Erfindung gehört.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 einen stark vereinfachten Schaltplan einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit einer Signalübertragungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug,
- 2 einen Schnitt durch die Synchronmaschine im Bereich der Signalübertragungseinrichtung,
- 3 einen Schnitt durch einem Drehtransformator der Synchronmaschine,
- 4 eine isometrische, teilweise geschnittene Ansicht der fremderregten elektrischen Synchronmaschine.
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Eine fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine 100 bezeichnet, wie sie beispielsweise in den 1 bis 4 gezeigt ist, kann in einem Kraftfahrzeig 200 zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann als ein Synchronmotor 110, insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 200, zum Einsatz kommen.
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Die Synchronmaschine 100 weist, wie insbesondere 1 entnommen werden kann, einen Rotor 101 auf. Der Rotor 101 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotor 101 bezeichnet. Der Maschinen-Rotor 101 weist einer Rotorwelle 102 und eine an der Rotorwelle 102 (siehe 2 bis 4) drehfest versehene Spule 103 (siehe 1) auf. Die Spule 103 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule 103 bezeichnet. Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Rotorspule 103 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine 100 weist ferner einen Stator 104 auf, der nachfolgend auch als Maschinen-Stator 104 bezeichnet wird. Zudem weist die Synchronmaschine 100 eine zum Maschinen-Stator 104 feste Spule 105 auf (siehe 4), welche nachfolgend auch als Maschinen-Statorspule 105 bezeichnet wird. Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Statorspule 105 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Dabei wirken Statorfeld und Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor 101 im Betrieb um eine Rotationsachse 90 rotiert. Zum Erzeugen des Rotorfelds benötigt der Maschinen-Rotor 101, insbesondere die Maschinen-Rotorspule 103, eine Gleichspannung. Im Betrieb fließt dabei ein elektrischer Strom durch die Maschinen-Rotorspule 103, welcher auch als Laststrom bezeichnet wird.
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Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die Rotationsachse 90. Dementsprechend verläuft „axial“ parallel, insbesondere koaxial, zur Rotationsachse. Zudem verläuft „radial“ quer zur Rotationsachse 90. Ferner verläuft die Umfangsrichtung 91 die Rotationsachse 90 umgebend.
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Wie den 1 und 2 entnommen werden kann, weist die Synchronmaschine 100 eine Signalübertragungseinrichtung 20 zum berührungslosen Übertragen eines der Gleichspannung entsprechenden Betriebssignals an den Maschinen-Stator 104 auf. Die Signalübertragungseinrichtung 20 weist am Maschinen-Rotor 101 eine mit der Maschinen-Rotorspule 103 in Reihe geschaltete Spule 21 auf, welche nachfolgend auch als Signalspule 21 bezeichnet wird. Die Signalspule 21 rotiert also im Betrieb mit der Maschinen-Rotorspule 103 um die Rotationsachse 90. Die Signalübertragungseinrichtung 20 weist ferner am Maschinen-Stator 104 einen Magnetfeldsensor 23 auf. Die Signalspule 21 rotiert also im Betrieb relativ zum Magnetfeldsensor 23 um die Rotationsachse 90. Der Magnetfeldsensor 23 ist dabei derart ausgestaltet, dass er das von der Signalspule 21 erzeugte Magnetfeld erfasst und ein vom erfassten Magnetfeld abhängiges Sensorsignal ausgibt. Im Betrieb fließt durch die mit der Maschinen-Rotorspule 103 in Reihe geschaltete Signalspule 21 derselbe elektrische Strom wie durch die Maschinen-Rotorspule 103. Durch die Signalspule 21 fließt also der Laststrom. Dabei erzeugt die Signalspule 21 ein Magnetfeld, dessen Intensität proportional zum Laststrom ist. Das von der Signalspule 21 erzeugte Magnetfeld wird nachfolgend auch als Signalfeld bezeichnet. Durch das Erfassen Signalfelds wird also ein dem Laststrom und somit der Gleichspannung entsprechendes Betriebssignal berührungslos an den Maschinen-Stator 104 übertragen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Signalspule 21 als eine Luftspule 22 ausgebildet. Zudem ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Magnetfeldsensor 23 als ein Halleffektsensor 24, auch kurz als Hallsensor 24 bezeichnet, ausgebildet.
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Wie dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entnommen werden kann, ist die Signalspule 21 im gezeigten Ausführungsbeispiel und bevorzugt an einer axialen Stirnseite der Rotorwelle 102 angeordnet. Dabei dringt der Magnetfeldsensor 23 axial in die Signalspule 21 ein. Der Magnetfeldsensor 23 ist somit in Umfangsrichtung 91 von der Signalspule 21 umgeben. Dies führt zu einer zuverlässigeren Erfassung des Signalfelds und/oder einer Reduzierung von Rauschsignalen im Magnetfeldsensor 23.
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Wie 2 entnommen werden kann, ist die Signalspule 21 in Umfangsrichtung 91 von einer axial offenen Hülse 25 umgeben. Die Hülse 21 ist also auf der radial vom Magnetfeldsensor 23 abgewandten Seite der Signalspule 21 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 25 drehfest an der Rotorwelle 102 angebracht. Die Hülse 25 dient insbesondere der magnetischen Abschirmung.
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Die Versorgung der Maschinen-Rotorspule 103 mit der Gleichspannung erfolgt in den gezeigten Ausführungsbeispielen induktiv mit einem in den 1, 3 und 4 dargestellten elektrischen Drehtransformator 1 zur induktiven Energieübertragung. Der Drehtransformator 1 weist einen Stator 2 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 2 wird nachfolgend als Drehtransformator-Stator 2 bezeichnet. Der Rotor 3 wird nachfolgend als Drehtransformator-Rotor 4 bezeichnet. Der Drehtransformator-Rotor 4 ist zum Maschinen-Rotor 101 drehfest. Der Drehtransformator-Stator 2 ist zum Maschinen-Stator 104 fest. Im Betrieb rotiert also der Drehtransformator-Rotor 4 mit dem Maschinen-Rotor 101 relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um die Rotationsachse 90. Zur induktiven Energieübertragung weist der Drehtransformator-Stator 2 eine Primärspule 3 und der Drehtransformator-Rotor 4 eine Sekundärspule 5 auf. Die Primärspule 3 und die Sekundärspule 5 sind, wie den 3 und 4 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen axial gegenüberliegend angeordnet. Im Betrieb induziert die Primärspule 3, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule 3 bezeichnet wird, in der Sekundärspule 5, welche nachfolgend als Transformator-Sekundärspule 5 bezeichnet wird, eine Wechselspannung, welche nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird. Dabei kann die Signalübertragungseinrichtung 20 Bestandteil des Drehtransformators 1 sein. Um die Maschinen-Rotorspule 103 mit der benötigten Gleichspannung zu versorgen, ist, wie 1 entnommen werden kann, zwischen der Transformator-Sekundärspule 5 und der Maschinen-Rotorspule 103 eine mit dem Maschinen-Rotor 101 drehfeste Gleichrichterschaltung 6 geschaltet, welche die Transformatorspannung in die Gleichspannung umwandet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichterschaltung 6 rein beispielhaft als ein Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden D1-4 ausgebildet.
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Die Signalspule 21 und die Transformator-Sekundärspule 5 sind zweckmäßig voneinander magnetisch möglichst getrennt. Zu diesem Zweck sind die Signalspule 21 und die Transformator-Sekundärspule 5 radial zueinander beabstandet.
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Die Transformator-Primärspule 3 benötigt zum Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule 5 eine Wechselspannung. Wie 1 entnommen werden kann, wird die Transformator-Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen über eine elektrische Energiequelle 201 versorgt, welche eine Gleichspannung bereitstellt. Bei der Energiequelle 201 handelt es sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen um eine Batterie 202 des Kraftfahrzeugs 200. Zum Versorgen der Transformator-Primärspule 3 mit der Wechselspannung ist zwischen der Energiequelle 201 und der Transformator-Primärspule 3 eine Wechselrichterschaltung 7 vorgesehen. Die Wechselrichterschaltung 7 wandelt die Gleichspannung der Energiequelle 201 in die Wechselspannung für die Transformator-Primärspule 3 um. Vorstellbar ist es dabei, dass die Wechselrichterschaltung 7 einen Umrichter umfasst. In gleicherweise kann die Maschinen-Statorspule 105 elektrisch versorgt sein (nicht gezeigt). Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wechselrichterschaltung 7 rein beispielhaft als ein Sinuswechselrichter 17 ausgebildet, der vier Transistoren T1-4 und zwei Steuerungen GU1, GU2 aufweist.
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Die Signalübertragungseinrichtung 20 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie 1 entnommen werden kann, eine zum Maschinen-Stator 104 feste Einheit 26 auf, welche mit dem Magnetfeldsensor 23 elektrisch verbunden ist und das Magnetfeldsensor 23 erzeugte Sensorsignal empfängt und verarbeitet. Die Einheit 26 wird nachfolgend auch als Verarbeitungseinheit 26 bezeichnet. Mit der Verarbeitungseinheit 26 kann der Betrieb des Synchronmotors 100, insbesondere des Drehtransformators 1, abhängig vom Laststrom der Maschinen-Rotorspule 103 angepasst und/oder geändert werden. Zu diesem Zweck kann die Wechselrichterschaltung 7 mit zumindest einer der Steuerungen GU1, GU2 kommunizierend verbunden sein (nicht gezeigt).
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Wie den 3 und 4 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator-Rotor 4 in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Leiterplatte 8 auf, welche mit der Transformator-Sekundärspule 5 versehen ist. Die Leiterplatte 8 ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine runde Form, auf, ist also in der Art einer runden Scheibe bzw. eines Rings ausgebildet. Die Transformator-Sekundärspule 5 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zumindest eine Leiterbahn 9 der Leiterplatte 8 auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Leiterbahn 9 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht die Transformator-Sekundärspule 5 aus der zumindest einen Transformator-Leiterbahn 9 und ist als eine Planarwicklung 10 ausgebildet. Dabei kann die Leiterplatte 8, wie 3 entnommen werden kann, zwei zueinander axial beabstandete Transformator-Leiterbahnen 9 aufweisen, welche die Rotationsachse 90 spiralförmig umgeben. Dabei ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen die zumindest eine Transformator-Leiterbahn 9 gänzlich in der Leiterplatte 8 angeordnet. Die drehfeste Verbindung der Rotorwelle 102 mit dem Drehtransformator-Rotor 4 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie den 3 und 4 entnommen werden kann, über eine in der Leiterplatte 8 zentrale Öffnung 14 realisiert, durch welche die Rotorwelle 102 greift.
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Wie insbesondere den 3 und 4 entnommen werden kann, ist die Transformator-Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen als eine Flachspule 11 ausgebildet. Die Transformator-Primärspule 3 und die Transformator-Sekundärspule 5 sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen in einem zum Drehtransformator-Stator 2 festen Magnetkern 12, insbesondere in einem Ferritkern 13 angeordnet. Der Magnetkern 12 wird nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern 12 bezeichnet. Der Transformator-Magnetkern 12 ist radial offen, sodass die Leiterplatte 9 mit der Transformator-Sekundärspule 5 in den Transformator-Magnetkern 12 eindringt und darin rotierbar angeordnet ist. Zudem weist der Transformator-Magnetkern 12 eine axial offene Ausnehmung 15 auf, in welcher die Transformator-Primärspule 3 angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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