DE102022201537A1 - Electric machine with hybrid excitation - Google Patents

Electric machine with hybrid excitation Download PDF

Info

Publication number
DE102022201537A1
DE102022201537A1 DE102022201537.1A DE102022201537A DE102022201537A1 DE 102022201537 A1 DE102022201537 A1 DE 102022201537A1 DE 102022201537 A DE102022201537 A DE 102022201537A DE 102022201537 A1 DE102022201537 A1 DE 102022201537A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
claw
rotor
module
excitation
pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022201537.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Olaf Körner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Priority to DE102022201537.1A priority Critical patent/DE102022201537A1/en
Publication of DE102022201537A1 publication Critical patent/DE102022201537A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02Machines with one stator and two or more rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/243Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10), mit einem Stator (12) und einem Rotor (14), wobei der Stator (12) eine Statorwicklung (16) umfasst, die mit dem Rotor (14) zusammenwirkt, wobei der Rotor (14) hybriderregt ist derart, dass wenigstens zwei hinsichtlich einer Rotorachse (18) des Rotors (14) axial verschoben angeordnete Erregermodule (20 ,22) vorgesehen sind, von denen ein erstes Erregermodul (20) einen Tragkörper (24) und einen an dem Tragkörper (24) angeordneten Permanentmagnet (26) zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung (16) aufweist und wobei ein zweites Erregermodul (22) als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern (28, 30) und auf diese wirkenden Erregerspule (32) ausgebildet ist, wobei die Klauenpolfinger (28, 30) durch ein Verbindungselement (42) miteinander verbunden sind und die Klauenpolfinger (28) ferner and dem Tragkörper (24) fixiert sind.The present invention relates to an electrical machine (10) with a stator (12) and a rotor (14), the stator (12) comprising a stator winding (16) which interacts with the rotor (14), the rotor ( 14) hybrid excitation is such that at least two exciter modules (20, 22) are provided which are axially displaced with respect to a rotor axis (18) of the rotor (14), of which a first exciter module (20) has a supporting body (24) and one on the supporting body (24) arranged permanent magnet (26) for permanent magnetic excitation of the stator winding (16) and wherein a second exciter module (22) is designed as a claw-pole module with claw-pole fingers (28, 30) and an exciter coil (32) acting on them, the claw-pole fingers ( 28, 30) are connected to one another by a connecting element (42) and the claw pole fingers (28) are also fixed to the supporting body (24).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hybriderregte elektrische Maschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang, der eine derartige elektrische Maschine aufweist und ein Fahrzeug, das wenigstens eines von der hybriderregten Maschine und dem Antriebsstrang aufweist.The present invention relates to a hybrid-excited electrical machine. Furthermore, the present invention relates to a drive train that has such an electric machine and a vehicle that has at least one of the hybrid excited machine and the drive train.

Elektrische Maschinen sind als Generatoren und/oder elektrische Motoren weit bekannt. Die Vorteile von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PSM) liegen dabei in den vergleichsweise geringen Rotorverlusten und damit besseren Wirkungsgraden im Vergleich etwa zur Asynchronmaschine. Weiterhin können Permanentmagnet-Synchronmotoren auch höherpolig als die Asynchronmaschine gebaut werden, ohne den Leistungsfaktor negativ zu beeinflussen. Die mögliche höhere Polzahl der Permanentmagnet-Synchronmotoren führt zu besseren Drehmoment- und Leistungsdichten bei gegebenen Bauräumen und ermöglicht auch die Realisierung von getriebelosen Antrieben.Electric machines are widely known as generators and/or electric motors. The advantages of permanent magnet synchronous motors (PSM) lie in the comparatively low rotor losses and thus better efficiency compared to asynchronous machines, for example. Furthermore, permanent magnet synchronous motors can also be built with higher poles than the asynchronous machine without negatively affecting the power factor. The possible higher number of poles of the permanent magnet synchronous motors leads to better torque and power densities in the given installation space and also enables the realization of gearless drives.

Nachteilhaft an diesem Konzept ist die nur von der Magnettemperatur abhängige magnetische Erregung und die nur über den Ständerstrom beinflussbare Feldschwächung der Maschine. Dies ist insbesondere bei Traktionsmaschinen mit weitem Feldschwächebereich nachteilig. Dadurch wird die Auslegung der Maschine erschwert und unter Umständen der Einsatz von SmCo-Magneten (Remanenz Br schwächer, aber weniger temperaturabhängig) anstatt von NdFeB-Magneten (Remanenz Br stärker, aber auch stärker temperaturabhängig) erzwungen.A disadvantage of this concept is that the magnetic excitation depends only on the magnet temperature and that the field weakening of the machine can only be influenced via the stator current. This is particularly disadvantageous in traction machines with a wide field weakening range. This makes the design of the machine more difficult and, under certain circumstances, the use of SmCo magnets (remanence Br weaker, but less temperature-dependent) is forced instead of NdFeB magnets (remanence Br stronger, but also more temperature-dependent).

DE 10 2007 035 321 A1 beschreibt eine elektrische Maschine, vorzugsweise Generator, mit einem Ständerkern, insbesondere einem Ständer-Blechpaket und einer darin eingesetzten mehrphasigen Ständerwicklung, sowie mit einem damit zusammen wirkenden Läufer mit Hybriderregung aus mindestens zwei, auf der Läuferwelle axial nebeneinander angeordneten Erregermodulen gleicher Polzahl, von denen ein Modul als Klauenpolmodul mit einer Erregerspule zur elektromagnetischen Erregung und ein anderes Modul mit Dauermagneten zur permanent magnetischen Erregung ausgebildet ist, wobei das elektromagnetische Klauenpolmodul aus zwei axial beabstandeten Klauenpolscheiben mit am Außenumfang ineinander greifenden Polfingern besteht. DE 10 2007 035 321 A1 describes an electrical machine, preferably a generator, with a stator core, in particular a laminated stator core and a multi-phase stator winding inserted therein, and with a rotor which interacts therewith and has hybrid excitation, consisting of at least two exciter modules with the same number of poles arranged axially next to one another on the rotor shaft, one of which Module is designed as a claw-pole module with an excitation coil for electromagnetic excitation and another module with permanent magnets for permanent magnetic excitation, wherein the electromagnetic claw-pole module consists of two axially spaced claw-pole discs with pole fingers that engage in one another on the outer circumference.

Derartige Lösungen weisen jedoch noch weiteres Verbesserungspotential auf.However, such solutions still have further potential for improvement.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche eine hybriderregte elektrische Maschine einfach im Aufbau und/oder langzeitstabil ist und ferner die Feldschwächung vorteilhaft einstellbar ist.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. It is in particular the object of the present invention to provide a solution by means of which a hybrid-excited electric machine has a simple design and/or is stable over the long term and, in addition, the field weakening can advantageously be adjusted.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zumindest zum Teil durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner zumindest zum Teil durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.The object is achieved at least in part according to the invention by an electric machine having the features of claim 1. The object is also achieved at least in part according to the invention by a drive train having the features of claim 9 and by a vehicle having the features of claim 10. Preferred embodiments of the invention are described in the subclaims, in the description or in the figures, with further features described or shown in the subclaims or in the description or in the figures, individually or in any combination, being an object of the invention if the context does not clearly indicate the opposite.

Beschrieben wird eine elektrische Maschine, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator eine Statorwicklung umfasst, die mit dem Rotor zusammenwirkt, wobei der Rotor hybriderregt ist derart, dass wenigstens zwei hinsichtlich einer Rotorachse des Rotors axial verschoben angeordnete Erregermodule vorgesehen sind, von denen ein erstes Erregermodul einen Tragkörper und einen an dem Tragkörper angeordneten Permanentmagnet zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung aufweist und wobei ein zweites Erregermodul als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern und auf diese wirkende Erregerspule ausgebildet ist und wobei die Klauenpolfinger durch ein Verbindungselement miteinander verbunden sind und die Klauenpolfinger ferner an dem Tragkörper fixiert sind.Described is an electrical machine with a stator and a rotor, the stator comprising a stator winding which interacts with the rotor, the rotor being hybrid-excited in such a way that at least two exciter modules are provided which are axially displaced with respect to a rotor axis of the rotor, of which a first exciter module has a supporting body and a permanent magnet arranged on the supporting body for permanent magnetic excitation of the stator winding, and wherein a second exciter module is designed as a claw-pole module with claw-pole fingers and an exciter coil acting on them, and wherein the claw-pole fingers are connected to one another by a connecting element and the claw-pole fingers are also connected are fixed to the supporting body.

Eine derartige elektrische Maschine weist gegenüber Lösungen aus dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf.Such an electrical machine has clear advantages over solutions from the prior art.

Die beschriebene elektrische Maschine kann insbesondere als Elektromotor dienen beziehungsweise betrieben werden. Jedoch ist auch eine Funktion als Generator grundsätzlich von der vorliegenden Erfindung umfasst.The electric machine described can be used or operated in particular as an electric motor. However, a function as a generator is also fundamentally covered by the present invention.

Die elektrische Maschine umfasst in an sich bekannter Weise einen auch als Ständer bezeichneten Stator und einen auch als Läufer bezeichneten Rotor. Der Stator umfasst eine Statorwicklung, die auf den Rotor wirkt, wie dies bei einer permanenterregten Synchronmaschine beziehungsweise einem Permanentmagnet-Synchronmotor an sich bekannt ist.In a manner known per se, the electrical machine comprises a stator, also referred to as a stator, and a rotor, also referred to as a rotor. The stator includes a stator winding which acts on the rotor, as is known per se in a permanent-magnet synchronous machine or a permanent-magnet synchronous motor.

Des Weiteren ist der Rotor hybriderregt. Dies wird im Sinne der vorliegenden Erfindung derart erreicht, dass wenigstens zwei hinsichtlich einer Rotorachse des Rotors axial verschoben angeordnete und dabei unterschiedliche Erregermodule vorgesehen sind.Furthermore, the rotor is hybrid-excited. This is achieved in the sense of the present invention in such a way that at least two different exciter modules are provided which are arranged axially displaced with respect to a rotor axis of the rotor.

Ein erstes Erregermodul umfasst einen Tragkörper und einen an dem Tragkörper angeordneten Permanentmagnet, gegebenenfalls mit einem magnetischen Rotorjoch, der zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung beziehungsweise der Maschine, die auch als Ständerwicklung bezeichnet werden kann, dient. Somit wechselwirkt die vorbeschriebene Statorwicklung entsprechend einem sie durchfließenden Strom mit den Permanentmagneten des ersten Erregermoduls.A first excitation module comprises a support body and a permanent magnet arranged on the support body, possibly with a magnetic rotor yoke, which is used for the permanent magnetic excitation of the stator winding or the machine, which can also be referred to as the stator winding. The stator winding described above thus interacts with the permanent magnets of the first excitation module in accordance with a current flowing through it.

Ferner ist ein zweites Erregermodul vorgesehen, welches als Klauenpolrotor beziehungsweise als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern und auf diese wirkende Erregerspule ausgebildet ist. Das elektromagnetische Klauenpolmodul umfasst zwei axial beabstandete Klauenpolelemente mit am Außenumfang ineinander greifenden Klauenpolfingern. Der mit dem permanenterregten Rotor kombinierte Klauenpolrotor wird über eine insbesondere feststehende Erregerspule mit Gleichstrom aufmagnetisiert. Das Gleichfeld wird über die für Klauenpolrotoren bekannte geometrische Anordnung der Klauenpole in Nord- und Südpole des Rotors umgesetzt. Genauer wird der drehende Klauenpolrotor über zwei enge Luftspalte von der DC-Erregerspule aufmagnetisiert. Durch den einstellbaren Erregerstrom kann die Magnetisierung des Klauenpolrotors eingestellt werden.Furthermore, a second exciter module is provided, which is designed as a claw-pole rotor or as a claw-pole module with claw-pole fingers and an exciter coil acting on them. The electromagnetic claw-pole module comprises two axially spaced claw-pole elements with claw-pole fingers which engage in one another on the outer circumference. The claw-pole rotor combined with the permanently excited rotor is magnetized with direct current via a particularly fixed excitation coil. The DC field is converted into the north and south poles of the rotor via the geometric arrangement of the claw poles known for claw pole rotors. To be more precise, the rotating claw-pole rotor is magnetized by the DC excitation coil via two narrow air gaps. The magnetization of the claw-pole rotor can be set using the adjustable excitation current.

Die Erregerspule des Klauenpolmoduls wird bevorzugt mit einem feststehenden Eisenjoch gehalten beziehungsweise getragen. Alternativ kann das feststehende Erregerjoch aus einem anderen hoch permeablen Material, welches gut magnetisierbar ist, gefertigt sein. Eine gute thermische Leitfähigkeit zur Abfuhr der Erreger-Stromwärmeverluste ist vorteilhaft. Besonders bevorzugt wird die Erregerspule des Klauenpolmoduls mit einem feststehenden Eisenjoch am Lagerschild der elektrischen Maschine gehalten.The excitation coil of the claw-pole module is preferably held or carried with a fixed iron yoke. Alternatively, the fixed exciter yoke can be made of another highly permeable material that is easily magnetized. Good thermal conductivity to dissipate the exciter current heat losses is advantageous. The excitation coil of the claw-pole module is particularly preferably held with a fixed iron yoke on the bearing plate of the electrical machine.

Die Klauenpolfinger sind durch ein Verbindungselement insbesondere unmittelbar miteinander verbunden. Genauer wird innerhalb der Klauenpole, also zwischen Nordpol und Südpol, eine nichtmagnetische Tragstruktur als Verbindungselement ausgebildet. Die Tragstruktur weist bevorzugt hohe Festigkeitseigenschaften auf. Sie kann beispielsweise aus Leichtbaumaterialien, etwa Faserverbundwerkstoffen oder Aluminium, ausgebildet sein.The claw pole fingers are in particular directly connected to one another by a connecting element. More precisely, a non-magnetic support structure is formed as a connecting element within the claw poles, ie between the north pole and the south pole. The support structure preferably has high strength properties. For example, it can be made of lightweight materials, such as fiber composite materials or aluminum.

Ferner sind die Klauenpolfinger an and dem Tragkörper fixiert, insbesondere in axialer Richtung. Im Detail ist bevorzugt eine hinsichtlich der Polarisierung erste Gruppe der Klauenpolfinger, also die als Nord- oder Südpol fungierenden Klauenpolfinger, mechanisch mit dem Tragkörper verbunden, beispielsweise unmittelbar an diesem fixiert. Ferner ist die hinsichtlich der Polarisierung zweite Gruppe an Klauenpolfingern, also die entsprechend entgegengesetzt polarisierten Klauenpolfinger, mit der ersten Gruppe der Klauenpolfinger durch das Verbindungselement mechanisch verbunden, beispielsweise unmittelbar an diesem fixiert. Dadurch trägt der Tragkörper beide Gruppen an Klauenpolfingern, auch wenn nur eine direkte Verbindung zu einer Gruppe der Klauenpolfinger vorhanden ist.Furthermore, the claw pole fingers are fixed to the support body, in particular in the axial direction. In detail, a first group of claw-pole fingers in terms of polarization, ie the claw-pole fingers functioning as the north or south pole, is preferably mechanically connected to the support body, for example fixed directly to it. Furthermore, the second group of claw-pole fingers in terms of polarization, ie the correspondingly oppositely polarized claw-pole fingers, is mechanically connected to the first group of claw-pole fingers by the connecting element, for example fixed directly thereto. As a result, the supporting body carries both groups of claw-pole fingers, even if there is only a direct connection to one group of claw-pole fingers.

Somit ist der Tragkörper Teil des ersten Erregermoduls, trägt aber dennoch insbesondere unmittelbar fest verbunden die Klauenpolfinger und damit einen Teil des zweiten Erregermoduls.Thus, the support body is part of the first exciter module, but nevertheless carries the claw pole fingers, in particular directly connected, and thus a part of the second exciter module.

Durch ein Befestigen des zweiten Erregermoduls an dem ersten Erregermodul kann eine besonders hohe mechanische Stabilität ermöglicht werden, so dass eine besonders langzeitstabile Ausgestaltung möglich ist. Weiterhin kann durch die Verwendung des ersten, mechanisch stabilen Erregermoduls, das auch als permanentmagneterregter Rotor dient, eine konventionelle Rotorwelle und stabile Rotorlagerung mit DE- und NDE-Wälzlagern eingesetzt werden.By fastening the second exciter module to the first exciter module, a particularly high level of mechanical stability can be made possible, so that a particularly long-term stable configuration is possible. Furthermore, by using the first, mechanically stable excitation module, which also serves as a permanent magnet excited rotor, a conventional rotor shaft and stable rotor bearing with DE and NDE roller bearings can be used.

Die vorstehend beschriebene hybriderregte elektrische Maschine vereinigt die Vorteile der herkömmlichen permanenterregten Synchronmaschine, insbesondere dem Vorsehen eines einfachen Rotors mit geringen Verlusten, mit den Vorteilen einer einstellbaren Stromerregung der konventionellen Synchronmaschine, ohne dass komplizierte rotierende Rotorwicklungen und Erregereinrichtung oder Stromübertragung mittels verschleissbehafteten Bürsten auf den Rotor notwendig sind. Das erste Erregermodul kann als einfacher Rotor, beispielsweise mit im Blech versenkten Magneten, etwa gemäß dem IPM-Design, vollgeblecht mit Elektroblechen im Durchmesser und beidseitigen metallischen Druckringen, auf eine einfache zylindrische Rotorwelle etwa mit einem Schrumpfsitz aufgebracht werden. Die Rotorwelle kann etwa aus Stahl ausgebildet sein.The hybrid-excited electrical machine described above combines the advantages of the conventional permanent-magnet synchronous machine, in particular the provision of a simple rotor with low losses, with the advantages of an adjustable current excitation of the conventional synchronous machine, without the need for complicated rotating rotor windings and exciter devices or current transmission by means of wear-prone brushes on the rotor are. The first excitation module can be applied as a simple rotor, for example with magnets sunk into the sheet metal, for example according to the IPM design, fully laminated with electrical sheets in diameter and metal pressure rings on both sides, on a simple cylindrical rotor shaft with a shrink fit. The rotor shaft can be made of steel, for example.

Denn im Gegensatz zu konventionellen Klauenpolrotoren sieht die beschriebene Erfindung eine Kombination einer Permanentmagnet-Erregung mit einem elektrisch erregten, einfachen Klauenpolrotor mit einer stehenden Erregereinrichtung vor, so dass keine Erregerstromübertragung vom stehenden Teil der Maschine auf den rotierenden Teil der Maschine, etwa mittels Bürsten, notwendig ist.Because in contrast to conventional claw-pole rotors, the invention described provides a combination of permanent magnet excitation with an electrically excited, simple claw-pole rotor with a stationary excitation device, so that no excitation current transmission from the stationary part of the machine to the rotating part of the machine, for example by means of brushes, is necessary is.

Die Feldschwächung kann dabei besonders vorteilhaft eingestellt werden.In this case, the field weakening can be set particularly advantageously.

Durch die vorteilhafte Kombination der Permanentmagneterregung und der elektrischen Erregung des Synchronrotors wird über den gesamten Betriebsbereich der Maschine, also Grunddrehzahl-, Feldschwäch- und Teillastbetrieb, und auch bei langem Feldschwäch- und Konstantleistungsbereich, ein guter und ausgewogener Wirkungsgrad eines Traktionsmotors am Pulswechselrichter erreicht. Bei Traktionsgeneratoren kann die Erregung in einem ausreichend weiten Stellbereich so gewählt werden, dass der Betrieb am Diodengleichrichter (B6-Brücke) wie bei konventionellen elektrisch erregten Synchrongeneratoren möglich ist. Damit kann auch der Einsatz von NdFeB-Magneten im ersten Erregermodul erlaubt werden. Ferner kann auf teurere und kompliziertere aktive Gleichrichter, z.B. in IGBT-Technik, verzichtet werden, wodurch ein einfacher und kostengünstiger Aufbau und Betrieb des Antriebssystems erlaubt wird.Due to the advantageous combination of permanent magnet excitation and electrical excitation of the synchronous rotor, a good and balanced efficiency of a traction motor on the pulse-controlled inverter is achieved over the entire operating range of the machine, i.e. basic speed, field weakening and partial load operation, and also with long field weakening and constant power ranges. In the case of traction generators, the excitation can be selected within a sufficiently wide adjustment range in such a way that operation on the diode rectifier (B6 bridge) is possible as with conventional electrically excited synchronous generators. This also allows the use of NdFeB magnets in the first excitation module. Furthermore, there is no need for more expensive and complicated active rectifiers, e.g. in IGBT technology, which allows for a simpler and more cost-effective design and operation of the drive system.

Durch die mögliche Nähe der DC-Erregereinrichtung zum Gehäuse, wie etwa zum Lagerschild, und damit zur Lagerung können die Toleranzen infolge Fertigung, Erwärmung, etc. klein gehalten werden, was zwei enge Luftspalte zwischen erstem und zweitem Erregermodul und auch zwischen den Klauenpolfingern und der Erregerspule erlaubt. Die Luftspaltweite wiederum bestimmt den Magnetisierungsbedarf des Klauenpolrotors - neben dem eigentlichen Luftspalt zwischen Rotor und Stator.Due to the possible proximity of the DC excitation device to the housing, such as the end shield, and thus for storage, the tolerances due to manufacturing, heating, etc. can be kept small, which results in two narrow air gaps between the first and second excitation module and also between the claw pole fingers and the Excitation coil allowed. The width of the air gap in turn determines the magnetization requirement of the claw pole rotor - in addition to the actual air gap between rotor and stator.

Durch die erfindungsgemäße Lösung kann es vermieden werden, dass zusätzliche Stromwärmeverlusten in der Maschine etwa durch einen über einen Stromrichter eingeprägten feldschwächenden Strom auftreten. Auch können vergleichsweise hohe Anfahrtströme vermieden werden, welche im Stand der Technik durch eine Reduzierung der Ständerwindungszahl je nach Länge des Feldschwächebereichs entstehen könnten. Dadurch kann weitergehend vermieden werden, dass in Folge Traktionswechselrichter bei gleicher Zwischenkreisspannung mit höheren Ausgangströmen und somit mit deutlich erhöhten Kosten eingesetzt werden müssen. Demgegenüber kann die vorliegende Erfindung somit vergleichsweise kostengünstig und stabil betrieben werden.The solution according to the invention makes it possible to avoid additional current heat losses occurring in the machine, for example as a result of a field-weakening current impressed via a converter. Comparatively high start-up currents can also be avoided, which could arise in the prior art by reducing the number of stator windings depending on the length of the field weakening area. As a result, it can be largely avoided that traction inverters have to be used with the same intermediate circuit voltage with higher output currents and thus with significantly higher costs. In contrast, the present invention can thus be operated comparatively inexpensively and stably.

Bevorzugt kann ein Klauenpolfinger mit der Tragstruktur verflanscht oder verschraubt sein. In dieser Ausgestaltung kann können die Vorteile eines einfachen und langzeitstabilen Aufbaus besonders effektiv ermöglicht werden. Auch die Herstellung kann so vereinfacht werden.A claw pole finger can preferably be flanged or screwed to the support structure. In this refinement, the advantages of a simple and long-term stable construction can be made possible in a particularly effective manner. The production can also be simplified in this way.

Gleiches gilt grundsätzlich für die Ausgestaltung, wonach die auf die Klauenpolfinger wirkende Erregerspule durch ein Joch beziehungsweise Befestigungsjoch getragen wird.The same applies in principle to the embodiment according to which the excitation coil acting on the claw-pole fingers is carried by a yoke or fastening yoke.

Die auf die Klauenpolfinger wirkende Erregerspule kann ferner an einem Lagerschild angeordnet sein beziehungsweise an diesem befestigt sein. Das Lagerschild ist dabei insbesondere Teil eines Gehäuses zum Einschließen der rotierenden Erregermodule. Durch die insbesondere in dieser Ausgestaltung mögliche Nähe der DC-Erregereinrichtung der Klauenpolfinger zum Lagerschild und damit zur Lagerung können die Toleranzen insbesondere infolge Fertigung und Erwärmung klein gehalten werden, was wie vorstehend angedeutet enge Luftspalte erlaubt. Die Luftspaltweite wiederum bestimmt den Magnetisierungsbedarf des Klauenpolrotors, so dass sich diese Ausgestaltung positiv auf die Magnetisierung der Klauenpolfinger auswirkt.The excitation coil acting on the claw-pole fingers can also be arranged on an end shield or attached to it. The end shield is in particular part of a housing for enclosing the rotating exciter modules. Due to the proximity of the DC excitation device of the claw pole fingers to the bearing plate and thus to the bearing, which is possible in particular in this embodiment, the tolerances can be kept small, in particular as a result of production and heating, which, as indicated above, allows narrow air gaps. The width of the air gap in turn determines the magnetization requirement of the claw-pole rotor, so that this configuration has a positive effect on the magnetization of the claw-pole fingers.

Falls der Stellbereich der erfindungsgemäßen Maschine mit einem Klauenpolrotor nicht ausreicht, so ist auch ein Aufbau mit zwei Klauenpolrotoren auf Nicht-Antriebsseite (NDE) und Antriebsseite (DE) denkbar. Entsprechend kann es von Vorteil sein, dass drei hinsichtlich einer Rotorachse des Rotors axial verschoben angeordnete Erregermodule vorgesehen sind, von denen ein erstes Erregermodul einen Tragkörper und einen an dem Tragkörper angeordneten Permanentmagnet zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung beziehungsweise der Maschine aufweist und ein zweites und ein drittes Erregermodul jeweils als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern und auf diese wirkende Erregerspule ausgebildet sind, wobei das erste Erregermodul axial zwischen dem zweiten und dem dritten Erregermodul angeordnet ist.If the setting range of the machine according to the invention with one claw-pole rotor is not sufficient, a structure with two claw-pole rotors on the non-drive side (NDE) and drive side (DE) is also conceivable. Accordingly, it can be advantageous that three exciter modules are provided, which are arranged axially displaced with respect to a rotor axis of the rotor, of which a first exciter module has a supporting body and a permanent magnet arranged on the supporting body for permanent magnetic excitation of the stator winding or the machine, and a second and a third exciter module are each designed as a claw-pole module with claw-pole fingers and an exciter coil acting on them, the first exciter module being arranged axially between the second and the third exciter module.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das zweite Erregermodul und gegebenenfalls das dritte Erregermodul einen Permanentmagnet aufweist. Beispielsweise kann die Integration eines Permanentmagnets in den Klauenpolrotor zwischen den Klauenpolen nahe des Luftspaltes zu der Erregerspule beziehungsweise dem feststehenden Joch möglich sein oder auch in rotierenden Joche des Klauenpolrotor integriert sein. Des Weiteren könnte bei Verwendung von Permanentmagneten mit niedriger Koerzitivfeldstärke wie AlNiCo-Magnete auch ein Auf- und Abmagnetisieren der integrierten Magnete über die elektrische Erregung erfolgen. Die Permanentmagnete unterstützen somit die Stromerregung des Klauenpolrotors, womit Erregerenergie beziehungsweise Stromwärmeverluste eingespart werden. AlNiCo-Magnete erlauben eine Verstellung der Stärke der Permanentmagneterregung, gesteuert über das mit dem Erregerstrom verstellbare Magnetfeld der Erregerspule. Zum Verändern der Remanenz der AlNiCo-Magnete wird dann mit einem sehr kurzzeitig überhöhten Erregerstrom gearbeitet.It can also be preferred that the second exciter module and optionally the third exciter module have a permanent magnet. For example, the integration of a permanent magnet in the claw-pole rotor between the claw poles near the air gap to the excitation coil or the fixed yoke may be possible, or it may also be integrated in the rotating yoke of the claw-pole rotor. Furthermore, when using permanent magnets with a low coercive field strength such as AlNiCo magnets, the integrated magnets could also be magnetized and demagnetized via the electrical excitation. The permanent magnets thus support the current excitation of the claw-pole rotor, which saves excitation energy or current heat losses. AlNiCo magnets allow the strength of the permanent magnet excitation to be adjusted, controlled via the magnetic field of the excitation coil, which can be adjusted with the excitation current. In order to change the remanence of the AlNiCo magnets, a very short excitation current is used.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der elektrischen Maschine wird hiermit auf die Beschreibung des Antriebsstrangs, des Fahrzeugs, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and technical features of the electric machine, reference is hereby made to the description of the drive train, the vehicle, the figures and the description of the figures.

Beschrieben ist ferner ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, wobei der Antriebsstrang einen Motor zum Antreiben eines Rades oder einer Welle umfasst, und wobei der Motor eine elektrische Maschine wie vorstehend beschrieben ist.Also described is a drive train for a vehicle, in particular for a rail vehicle, the drive train comprising a motor for driving a wheel or a shaft, and the motor being an electric machine as described above.

Beispielsweise kann der Antriebsstrang in einem Bahnfahrzeug angeordnet sein beziehungsweise Teil des Bahnfahrzeugs sein, so dass eine gute Implementierung in bereits bestehend Systeme sowie eine breite Anwendbarkeit gegeben ist. In diesem Fall kann der Antriebsstrang etwa einen Motor, ein mit dem Motor verbundenes Getriebe, eine Radsatzwelle und eine Achskupplung zum Übertragen des Antriebsmomentes vom Getriebe auf die Radsatzwelle umfassen.For example, the drive train can be arranged in a rail vehicle or be part of the rail vehicle, so that good implementation in existing systems and broad applicability is given. In this case, the drive train can include an engine, a transmission connected to the engine, a wheel set shaft and an axle coupling for transmitting the drive torque from the transmission to the wheel set shaft.

Die spezifischen Vorteile eines mit dem Motor beziehungsweise der elektrischen Maschine ausgestatteten Antriebsstrangs können insbesondere darin gesehen werden, dass eine vorteilhafte Einstellbarkeit der Feldschwächung ermöglicht wird. Ferner kann eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Langzeitstabilität ermöglicht werden.The specific advantages of a drive train equipped with the motor or the electric machine can be seen in particular in the fact that an advantageous adjustability of the field weakening is made possible. Furthermore, high mechanical stability and good long-term stability can be made possible.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Antriebsstrangs wird hiermit auf die Beschreibung der elektrischen Maschine, des Fahrzeugs, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and technical features of the drive train, reference is hereby made to the description of the electric machine, the vehicle, the figures and the description of the figures.

Beschrieben wird ferner ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug wenigstens eines von einer elektrischen Maschine und einem Antriebsstrang aufweist, wie diese vorstehend beschrieben sind.A vehicle is also described, the vehicle having at least one of an electric machine and a drive train as described above.

Beispielsweise kann das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug sein, da insbesondere für derartige Fahrzeuge entsprechende Antriebsstränge beziehungsweise elektrische Maschinen geeignet sind. Antriebssysteme von Schienenfahrzeugen weisen oft sehr lange Konstantleistungsbereiche auf. Wenn der Bereich (über der Fahrgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl dargestellt) der Feldschwächung mit dem Konstantleistungsbereich nahezu übereinstimmt, ergibt sich eine vorteilhafte Auslegung des Motor-Pulswechselrichters und eine gute Ausnutzung der Leistungshalbleiter. Als Leistungshalbleiter kommen bspw. Si-IGBT oder SiC-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) zum Einsatz.For example, the vehicle can be a rail vehicle, since corresponding drive trains or electrical machines are particularly suitable for such vehicles. Rail vehicle drive systems often have very long constant power ranges. If the field weakening range (shown above the driving speed or engine speed) is almost the same as the constant power range, the result is an advantageous design of the motor pulse-controlled inverter and good utilization of the power semiconductors. For example, Si-IGBT or SiC-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) are used as power semiconductors.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile sind auch für ein beschriebenes Fahrzeug einschlägig, so dass eine vorteilhafte Einstellbarkeit der Feldschwächung ermöglicht wird. Ferner kann eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Langzeitstabilität ermöglicht werden.The advantages described above are also relevant for a vehicle described, so that an advantageous adjustability of the field weakening is made possible. Furthermore, high mechanical stability and good long-term stability can be made possible.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Fahrzeugs wird hiermit auf die Beschreibung der elektrischen Maschine, des Antriebsstrangs, die Figuren und die Beschreibung der Figur verwiesen.With regard to further advantages and technical features of the vehicle, reference is hereby made to the description of the electric machine, the drive train, the figures and the description of the figure.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. In den Figuren zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung von der Seite;
  • 2 Schnittansichten durch einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß der Ausgestaltung nach 1;
  • 3 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung von der Seite; und
  • 4 weitere Schnittansichten durch einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Further details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the dependent claims and from the following description of the figures. In the figures show:
  • 1 a sectional view of an electric machine according to an embodiment of the present invention from the side;
  • 2 Sectional views through a rotor for an electrical machine according to the embodiment 1 ;
  • 3 a sectional view of an electrical machine according to a further embodiment of the present invention from the side; and
  • 4 further sectional views through a rotor for an electrical machine according to a further embodiment of the present invention.

In der 1 ist eine Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 10 gezeigt. Die elektrische Maschine 10 kann insbesondere als Motor Teil eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wie insbesondere eines Schienenfahrzeugs sein.In the 1 an embodiment of an electrical machine 10 is shown. The electric machine 10 can, in particular as a motor, be part of a drive train of a vehicle, such as in particular a rail vehicle.

Die elektrische Maschine 10 hat eine geradzahlige Polzahl zwischen sechs und 24, vorteilhaftweise Polzahlen von sechs, acht, zwölf und 16 (Polpaarzahlen: 3,4,6 und 8).The electrical machine 10 has an even number of poles between six and 24, advantageously pole numbers of six, eight, twelve and 16 (pole pair numbers: 3,4,6 and 8).

Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Stator 12 und einen Rotor 14, wobei der Stator 12 eine Statorwicklung 16 umfasst, die mit dem Rotor 14 zusammenwirkt. Der Rotor 14 ist ferner hybriderregt.The electrical machine 10 includes a stator 12 and a rotor 14 , the stator 12 including a stator winding 16 which interacts with the rotor 14 . The rotor 14 is also hybrid excited.

Hierzu sind wenigstens zwei hinsichtlich einer Rotorachse 18 des Rotors 14 axial verschoben angeordnete Erregermodule 20, 22 vorgesehen. Die Rotorachse 18 verläuft durch eine Welle 34 des Rotors 14.For this purpose, at least two excitation modules 20, 22 are provided which are arranged axially displaced with respect to a rotor axis 18 of the rotor 14. The rotor axis 18 runs through a shaft 34 of the rotor 14.

Ein erstes Erregermodul 20 umfasst einen Tragkörper 24 und einen an dem Tragkörper 24 angeordneten Permanentmagnet 26, gegebenenfalls ein magnetisches Rotorjoch, zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung 16 bzw. der Synchron-Maschine. Der Tragkörper 24 ist an der Welle 34 befestigt und kann beispielsweise als Blechpaket ausgestaltet sein.A first exciter module 20 comprises a supporting body 24 and a permanent magnet 26 arranged on the supporting body 24, possibly a magnetic rotor yoke, for the permanent magnetic excitation of the stator winding 16 and the synchronous machine. The support body 24 is attached to the shaft 34 and can be designed, for example, as a laminated core.

Ein zweites Erregermodul 22 ist als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern 28, 30 und auf diese wirkenden Erregerspule 32 ausgebildet. Es ist ferner gezeigt, dass die auf die Klauenpolfinger 28, 30 wirkende Erregerspule 32 durch ein Joch 36 getragen wird. Das Joch 36 kann beispielsweise aus Eisen geformt sein. Ferner kann das Joch 36 an einem Lagerschild 38 als Teil eines Gehäuses befestigt sein, so dass andererseits auch die auf die Klauenpolfinger 28, 30 wirkende Erregerspule 32 an dem Lagerschild 38 angeordnet ist beziehungsweise über eine Abstützung 39 des Lagerschilds 38 an diesem fixiert ist und dadurch feststeht. Die Welle 34 bzw. der Rotor 14 ist über Lager 40 in den Lagerschilden 38 gelagert. Das in der 1 gezeigte rechte Lager 40, welches benachbart zu dem ersten Erregermodul 20 angeordnet ist, ist das Lager 40 der Antriebsseite, wohingegen das gegenüberliegenden Lager 40 das Lager 40 der Nicht-Antriebsseite ist.A second exciter module 22 is designed as a claw-pole module with claw-pole fingers 28, 30 and an exciter coil 32 acting on them. It is also shown that the excitation coil 32 acting on the claw pole fingers 28, 30 is carried by a yoke 36. FIG. The yoke 36 can be formed of iron, for example. Furthermore, the yoke 36 can be fastened to a bearing plate 38 as part of a housing, so that on the other hand the excitation coil 32 acting on the claw-pole fingers 28, 30 is also arranged on the bearing plate 38 or is fixed to it via a support 39 of the bearing plate 38 and thereby fixed. The shaft 34 or the rotor 14 is mounted in the end shields 38 via bearings 40 . That in the 1 The right bearing 40 shown, which is located adjacent to the first exciter module 20, is the drive-side bearing 40, whereas the opposite bearing 40 is the non-drive-side bearing 40.

In der 1 ist ferner gezeigt, dass die Klauenpolfinger 28, 30 durch ein Verbindungselement 42, welches eine Tragstruktur ausbildet und aus einem Leichtbaumaterial ausgebildet sein kann, miteinander verbunden sind. Ferner sind die Klauenpolfinger 28, 30 an dem Tragkörper 24 fixiert.In the 1 is also shown that the claw pole fingers 28, 30 are connected to one another by a connecting element 42, which forms a support structure and can be made of a lightweight material. Furthermore, the claw pole fingers 28, 30 are fixed to the support body 24.

Genauer ist gezeigt, dass eine hinsichtlich der Polarisierung erste Gruppe der Klauenpolfinger 28, insbesondere die als Südpol magnetisierten Klauenpolfinger 28, mechanisch mit dem Tragkörper 24 verbunden ist. Dies kann etwa durch eine Verschraubung oder einen Flansch erfolgen und/oder unter Verwendung eines die Klauenpolfinger 28 und den Tragkörper 24 übergreifenden Befestigungselements 41, welches an den Klauenpolfingern 28 und dem Tragkörper 24 befestigt sein. Eine hinsichtlich der Polarisierung zweite Gruppe der Klauenpolfinger 30, insbesondere die als Nordpol magnetisierten Klauenpolfinger 30, ist mit der ersten Gruppe der Klauenpolfinger 28 durch das Verbindungselement 42 mechanisch verbunden.More precisely, it is shown that a first group of claw-pole fingers 28 in terms of polarization, in particular the claw-pole fingers 28 magnetized as the south pole, is mechanically connected to the supporting body 24 . This can be done, for example, by means of a screw connection or a flange and/or using a fastening element 41 which engages over the claw-pole fingers 28 and the supporting body 24 and is fastened to the claw-pole fingers 28 and the supporting body 24 . A second group of claw-pole fingers 30 in terms of polarization, in particular the claw-pole fingers 30 magnetized as the north pole, is mechanically connected to the first group of claw-pole fingers 28 by the connecting element 42 .

Weiterhin zeigt die 1 eine Mehrzahl an Kühlkanälen 48, 50, durch welche eine effektive Kühlung erlaubt werden soll.Furthermore, the 1 a plurality of cooling channels 48, 50 through which effective cooling is to be allowed.

Grundsätzlich ist es bei einer Verwendung der elektrischen Maschine 10 als Traktionsmotor vorteilhaft, eine gekapselte Maschine 10 vorzusehen, bei der der Aktivteil, also Stator 12 und Rotor 14, nicht direkt mit Kühlluft von außen durchströmt werden, um im Fehlerfall eines Schadens der Statorwicklung die Auswirkungen außerhalb der Maschine 10 zu begrenzen. Ist die elektrische Erregung anteilig zur Permanentmagnet-Erregung jedoch hoch, kann durch diese Möglichkeit der Feldschwächung der Fehlerstrom in der defekten Statorwicklung 16 und somit die Auswirkung nach außen begrenzt werden. Auch kann der DC-Erregerstrom in der Klauenpolerregereinrichtung beziehungsweise der Erregerspule 32 in der Wirkrichtung umgekehrt werden, so dass eine sehr hohe Wirkung der Feldschwäche gegenüber der Permanentmagnet-Erregung erzielt wird. In diesem Fall kann auf die Kapselung verzichtet werden und der Aktivteil direkt durchzugsbelüftet mit Außenluft effizient gekühlt werden. Entsprechend kann es grundsätzlich von Vorteil sein, dass die elektrische Maschine 10 offen ausgeführt und durchzugsbelüftet gekühlt wird.In principle, when using the electric machine 10 as a traction motor, it is advantageous to provide an encapsulated machine 10 in which the active part, i.e. the stator 12 and rotor 14, does not have cooling air flowing directly through it from the outside in order to minimize the effects in the event of a fault causing damage to the stator winding limit outside of the machine 10. However, if the electrical excitation in proportion to the permanent magnet excitation is high, this possibility of field weakening can limit the fault current in the defective stator winding 16 and thus the effect on the outside. The direction of action of the DC excitation current in the claw-pole excitation device or in the excitation coil 32 can also be reversed, so that a very high effect of the field weakening is achieved compared to the permanent magnet excitation. In this case, the encapsulation can be dispensed with and the active part can be directly ventilated and efficiently cooled with outside air. Accordingly, it can be fundamentally advantageous that the electrical machine 10 is of open design and is cooled through ventilation.

Bei einer Verwendung der elektrischen Maschine 10 als Traktionsgenerator kann grundsätzlich eine Durchzugsbelüftung gewählt werden, da der Betrieb im Fehlerfall zeitlich kurz ist, gegebenenfalls erfolgt ein Nachlaufen eines Dieselmotors im Minutenbereich. Somit kommen für die elektrische Maschine 10 grundsätzlich sämtliche bei Traktionsmaschinen vorkommenden Kühlarten in Betracht, wie zum Beispiel:

  • - Offen oder gekapselt;
  • - Eigenbelüftet oder fremdbelüftet;
  • - Wassermantelkühlung;
  • - Bei Kapselung mit und ohne Innenkühlkreislauf.
  • - Spaltrohrmaschine mit Direktkühlung des Ständers beziehungsweise Stators 12 über ein isolierendes Kühlöl, wie etwa Transformatoröl, und Luftkühlung des Rotor 14.
If the electrical machine 10 is used as a traction generator, in principle a ventilation can be selected, since the operation in the event of a fault is short in time, and a diesel engine may run on for a few minutes. Thus, in principle, all types of cooling that occur in traction machines can be considered for the electric machine 10, such as:
  • - Open or encapsulated;
  • - Self-ventilated or externally ventilated;
  • - water jacket cooling;
  • - For encapsulation with and without internal cooling circuit.
  • - Canned machine with direct cooling of the stand or stator 12 via an insulating cooling oil, such as transformer oil, and air cooling of the rotor 14.

In der 1 ist eine gekapselte Anordnung gezeigt. Bei dieser formt der Kühlkanal 48 einen Außenkreis, der über Fremdbelüftung mit Kühlluft versorgt wird. Ferner sind Kühlkanäle 50 gezeigt, die Teil eines Innenkreises sind. Das Verbindungselement 42 beziehungsweise die Tragstruktur zwischen Nordpol und Südpol ist ferner axial durchlässig, so dass der Rotorkühlluftstrom durch den gesamten Rotor 14 gut hindurchströmen kann. Der Innenkreis kann etwa durch einen Innenlüfter 52 betrieben werden. 1 zeigt somit eine gekapselte, fremdbelüftete Maschine mit Innenkühlkreislauf.In the 1 an encapsulated arrangement is shown. In this case, the cooling channel 48 forms an outer circuit that is supplied with cooling air via external ventilation. Also shown are cooling channels 50 which are part of an inner circuit. The connecting element 42 or the supporting structure between the north pole and the south pole is also axially permeable, so that the rotor cooling air flow can flow well through the entire rotor 14 . The inner circuit can be operated by an inner fan 52, for example. 1 thus shows an encapsulated, externally ventilated machine with an internal cooling circuit.

In der 2 ist eine Ansicht des Rotors 14 der Ausgestaltung aus 1 gezeigt, wobei die 2a eine Draufsicht zeigt und wobei 2b einen entsprechenden Längsschnitt zeigt. In der 2 ist die Welle 34 gezeigt, um welche mit einem entsprechenden Spalt das feststehende Joch 36 und die Erregerspule 32 angeordnet sind. Über Spalte 44, 46 von der Erregerspule 32 beabstandet sind ferner die Klauenpolfinger 28, 30 gezeigt, welche in Nordpol und Südpol magnetisiert sind, wobei eine erste Gruppe an Klauenpolfingern 28 als Südpol magnetisiert sind und eine zweite Gruppe an Klauenpolfingern 30 als Nordpol magnetisiert sind.In the 2 FIG. 14 is a view of the rotor 14 of the embodiment of FIG 1 shown where the 2a shows a plan view and wherein 2 B shows a corresponding longitudinal section. In the 2 the shaft 34 is shown, around which the fixed yoke 36 and the excitation coil 32 are arranged with a corresponding gap. The claw-pole fingers 28, 30, which are magnetized in the north pole and south pole, are also shown at a distance from the exciter coil 32 via gaps 44, 46 a first group of claw pole fingers 28 are magnetized as the south pole and a second group of claw pole fingers 30 are magnetized as the north pole.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 10, welche im Wesentlichen wie zu 1 ausgeführt ausgestaltet ist. 3 shows a further embodiment of an electrical machine 10, which essentially as to 1 executed is designed.

Wesentlich bei der Ausgestaltung gemäß 3 ist, dass ein weiteres Erregermodul 54 vorgesehen ist. Im Detail ist gezeigt, dass drei hinsichtlich einer Rotorachse 18 des Rotors 14 axial verschoben angeordnete Erregermodule 20, 22, 54 vorgesehen sind, von denen ein erstes Erregermodul 20 einen Tragkörper 24 und einen an dem Tragkörper 24 angeordneten Permanentmagnet 26 zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung 16 aufweist und ein zweites und ein drittes Erregermodul 22, 54 jeweils als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern 28, 30 und auf diese wirkende Erregerspule 32 ausgebildet sind. Das erste Erregermodul 20 ist dabei axial zwischen dem zweiten 22 und dem dritten 54 Erregermodul angeordnet.Essential in the design according to 3 is that a further excitation module 54 is provided. It is shown in detail that three exciter modules 20, 22, 54 arranged axially displaced with respect to a rotor axis 18 of the rotor 14 are provided, of which a first exciter module 20 has a supporting body 24 and a permanent magnet 26 arranged on the supporting body 24 for the permanent magnetic excitation of the stator winding 16 and a second and a third exciter module 22, 54 are each designed as a claw-pole module with claw-pole fingers 28, 30 and an exciter coil 32 acting on them. The first exciter module 20 is arranged axially between the second 22 and the third 54 exciter module.

Wie auch das zweite Erregermodul 22 an dem ersten Erregermodul 20 befestigt ist, ist auch das dritte Erregermodul 54 entsprechend der vorstehenden Beschreibung an dem ersten Erregermodul 20 befestigt.Just as the second exciter module 22 is attached to the first exciter module 20, the third exciter module 54 is also attached to the first exciter module 20 in accordance with the description above.

In der 4 ist wiederum eine Ansicht des Rotors 14 gezeigt, wobei die 4a eine Draufsicht zeigt und wobei 4b einen entsprechenden Längsschnitt zeigt. Grundsätzlich entspricht die Ausgestaltung nach 4 der Ausgestaltung nach 2.In the 4 is again shown a view of the rotor 14, wherein the 4a shows a plan view and wherein 4b shows a corresponding longitudinal section. Basically, the design corresponds to 4 according to the design 2 .

Gemäß 4 ist es jedoch vorgesehen, dass das zweite Erregermodul 22 einen beziehungsweise eine Mehrzahl an Permanentmagneten 56 aufweist. Insbesondere sind die Permanentmagnete 56 an einem ringförmigen Joch 58 angeordnet, welches in Kontakt zu den als Nordpol fungierenden Klauenpolfingern 30 steht. Die Klauenpolanordnung 28 (Südpol) kann auch in dieser Form mit Permanentmagneten 56 gestaltet werden.According to 4 however, provision is made for the second excitation module 22 to have one or a plurality of permanent magnets 56 . In particular, the permanent magnets 56 are arranged on an annular yoke 58 which is in contact with the claw pole fingers 30 functioning as the north pole. The claw pole arrangement 28 (south pole) can also be designed with permanent magnets 56 in this form.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

1010
elektrische Maschineelectric machine
1212
Statorstator
1414
Rotorrotor
1616
Statorwicklungstator winding
1818
Rotorachserotor axis
2020
Erregermodulexcitation module
2222
Erregermodulexcitation module
2424
Tragkörperbody
2626
Permanentmagnetpermanent magnet
2828
Klauenpolfingerclaw pole fingers
3030
Klauenpolfingerclaw pole fingers
3232
Erregerspuleexcitation coil
3434
WelleWave
3636
Jochyoke
3838
Lagerschildbearing shield
3939
Abstützungsupport
4040
Lagercamp
4141
Befestigungselementfastener
4242
Verbindungselementfastener
4444
Spaltgap
4646
Spaltgap
4848
Kühlkanalcooling channel
5050
Kühlkanalcooling channel
5252
Innenlüfterindoor fan
5454
Erregermodulexcitation module
5656
Permanentmagnetpermanent magnet
5858
Jochyoke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102007035321 A1 [0004]DE 102007035321 A1 [0004]

Claims (11)

Elektrische Maschine (10), mit einem Stator (12) und einem Rotor (14), wobei der Stator (12) eine Statorwicklung (16) umfasst, die mit dem Rotor (14) zusammenwirkt, wobei der Rotor (14) hybriderregt ist derart, dass wenigstens zwei hinsichtlich einer Rotorachse (18) des Rotors (14) axial verschoben angeordnete Erregermodule (20 ,22) vorgesehen sind, von denen ein erstes Erregermodul (20) einen Tragkörper (24) und einen an dem Tragkörper (24) angeordneten Permanentmagnet (26) zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung (16) aufweist und wobei ein zweites Erregermodul (22) als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern (28, 30) und auf diese wirkende Erregerspule (32) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenpolfinger (28, 30) durch ein Verbindungselement (42) miteinander verbunden sind und die Klauenpolfinger (28) ferner an dem Tragkörper (24) fixiert sind.Electrical machine (10) with a stator (12) and a rotor (14), the stator (12) comprising a stator winding (16) which interacts with the rotor (14), the rotor (14) being hybrid-excited in such a way that at least two excitation modules (20, 22) are provided, which are arranged axially displaced with respect to a rotor axis (18) of the rotor (14), of which a first excitation module (20) has a supporting body (24) and a permanent magnet arranged on the supporting body (24). (26) for permanent magnetic excitation of the stator winding (16) and wherein a second excitation module (22) is designed as a claw-pole module with claw-pole fingers (28, 30) and an excitation coil (32) acting on them, characterized in that the claw-pole fingers (28, 30) are connected to one another by a connecting element (42) and the claw pole fingers (28) are also fixed to the supporting body (24). Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine hinsichtlich der Polarisierung erste Gruppe der Klauenpolfinger (28) mechanisch mit dem Tragkörper (24) verbunden ist und eine hinsichtlich der Polarisierung zweite Gruppe der Klauenpolfinger (30) mit der ersten Gruppe der Klauenpolfinger (28) durch das Verbindungselement (42) mechanisch verbunden sind.Electrical machine (10) after claim 1 , characterized in that a first group of claw pole fingers (28) in terms of polarization is mechanically connected to the supporting body (24) and a second group of claw pole fingers (30) in terms of polarization is connected to the first group of claw pole fingers (28) by the connecting element ( 42) are mechanically connected. Elektrische Maschine (10)) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Klauenpolfinger (28, 30) wirkende Erregerspule (32) feststeht.Electrical machine (10)) after claim 1 or 2 , characterized in that the excitation coil (32) acting on the claw pole fingers (28, 30) is fixed. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Klauenpolfinger (28, 30) wirkende Erregerspule (32) durch ein Joch (36) getragen wird.Electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the excitation coil (32) acting on the claw pole fingers (28, 30) is carried by a yoke (36). Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Klauenpolfinger (28, 30) wirkende Erregerspule (32) an einem Lagerschild (38) angeordnet ist.Electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the excitation coil (32) acting on the claw pole fingers (28, 30) is arranged on a bearing plate (38). Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass drei hinsichtlich einer Rotorachse (18) des Rotors (14) axial verschoben angeordnete Erregermodule (20, 22, 54) vorgesehen sind, von denen ein erstes Erregermodul (20) einen Tragkörper (24) und einen an dem Tragkörper (24) angeordneten Permanentmagnet (26) zur permanent magnetischen Erregung der Statorwicklung (16) aufweist, und ein zweites (22) und ein drittes (54) Erregermodul jeweils als Klauenpolmodul mit Klauenpolfingern (28, 30) und auf diese wirkende Erregerspule (32) ausgebildet sind, wobei das erste Erregermodul (20) axial zwischen dem zweiten (22) und dem dritten (54) Erregermodul angeordnet ist.Electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that three with respect to a rotor axis (18) of the rotor (14) arranged axially displaced exciter modules (20, 22, 54) are provided, of which a first exciter module (20) has a support body (24) and one on the support body ( 24) arranged permanent magnet (26) for permanent magnetic excitation of the stator winding (16), and a second (22) and a third (54) excitation module each designed as a claw-pole module with claw-pole fingers (28, 30) and an excitation coil (32) acting on them are, wherein the first exciter module (20) is arranged axially between the second (22) and the third (54) exciter module. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Erregermodul (22) und gegebenenfalls das dritte Erregermodul (54) einen Permanentmagnet (56) aufweist.Electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the second exciter module (22) and optionally the third exciter module (54) has a permanent magnet (56). Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) offen ausgeführt und durchzugsbelüftet gekühlt wird.Electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the electrical machine (10) is designed to be open and cooled through ventilation. Antriebsstrang für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, wobei der Antriebsstrang einen Motor zum Antreiben eines Rades oder einer Welle umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor eine elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.Drive train for a vehicle, in particular for a rail vehicle, the drive train comprising a motor for driving a wheel or a shaft, characterized in that the motor is an electric machine (10) according to one of Claims 1 until 8th is. Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug wenigstens eines von einer elektrischen Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Antriebsstrang nach Anspruch 9 aufweist.Vehicle, characterized in that the vehicle has at least one of an electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 8th and a drive train claim 9 having. Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug ist.vehicle after claim 10 , characterized in that the vehicle is a rail vehicle.
DE102022201537.1A 2022-02-15 2022-02-15 Electric machine with hybrid excitation Pending DE102022201537A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022201537.1A DE102022201537A1 (en) 2022-02-15 2022-02-15 Electric machine with hybrid excitation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022201537.1A DE102022201537A1 (en) 2022-02-15 2022-02-15 Electric machine with hybrid excitation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022201537A1 true DE102022201537A1 (en) 2023-08-17

Family

ID=87430612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022201537.1A Pending DE102022201537A1 (en) 2022-02-15 2022-02-15 Electric machine with hybrid excitation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022201537A1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107867A1 (en) 1990-03-14 1991-09-19 Nippon Denso Co Alternator for motor vehicle current supply - has permanent magnet rotor and electromagnet motor for flux-voltage regulation
DE69803891T2 (en) 1997-03-21 2002-10-10 Denso Corp Rotary machine rotor with claw poles and additional permanent magnets
CN2722491Y (en) 2004-07-27 2005-08-31 岑杰源 Double magnetic field generator of vehicle and voltage regulator therewith
US20060202582A1 (en) 2005-03-14 2006-09-14 Hitachi, Ltd. Synchronous motor and electric driving system
CN201001076Y (en) 2007-01-23 2008-01-02 张忠长 Rotor structure of permanent magnetism mixing excitation
DE102007035321A1 (en) 2007-07-27 2009-01-29 Robert Bosch Gmbh Electrical machine for use as three-phase generator to supply electricity to electrical system of motor vehicle, has pole cores with radial poles containing magnets that are divided, where magnets are magnetized in alternating direction
CN202586695U (en) 2012-02-16 2012-12-05 合肥环洋电气有限公司 Brushless hybrid excitation type claw-pole generator
DE112010003859T5 (en) 2009-09-30 2012-12-06 Mitsubishi Electric Corp. Rotary engine of the Lundell type
CN204633495U (en) 2015-05-29 2015-09-09 襄阳航力机电技术发展有限公司 A kind of complex excitation generator
DE112018000653T5 (en) 2017-02-02 2019-10-24 Denso Corporation Rotating electrical machine

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107867A1 (en) 1990-03-14 1991-09-19 Nippon Denso Co Alternator for motor vehicle current supply - has permanent magnet rotor and electromagnet motor for flux-voltage regulation
DE69803891T2 (en) 1997-03-21 2002-10-10 Denso Corp Rotary machine rotor with claw poles and additional permanent magnets
CN2722491Y (en) 2004-07-27 2005-08-31 岑杰源 Double magnetic field generator of vehicle and voltage regulator therewith
US20060202582A1 (en) 2005-03-14 2006-09-14 Hitachi, Ltd. Synchronous motor and electric driving system
CN201001076Y (en) 2007-01-23 2008-01-02 张忠长 Rotor structure of permanent magnetism mixing excitation
DE102007035321A1 (en) 2007-07-27 2009-01-29 Robert Bosch Gmbh Electrical machine for use as three-phase generator to supply electricity to electrical system of motor vehicle, has pole cores with radial poles containing magnets that are divided, where magnets are magnetized in alternating direction
DE112010003859T5 (en) 2009-09-30 2012-12-06 Mitsubishi Electric Corp. Rotary engine of the Lundell type
CN202586695U (en) 2012-02-16 2012-12-05 合肥环洋电气有限公司 Brushless hybrid excitation type claw-pole generator
CN204633495U (en) 2015-05-29 2015-09-09 襄阳航力机电技术发展有限公司 A kind of complex excitation generator
DE112018000653T5 (en) 2017-02-02 2019-10-24 Denso Corporation Rotating electrical machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018003744T5 (en) Rotating electrical machine
EP2792052B1 (en) Electric machine, in particular for aircraft
DE112018006725T5 (en) Rotating electric machine
DE102009002739B4 (en) Electric machine
DE112011100218T5 (en) Rotating electric machine
EP3076529A1 (en) Electric rotary machine having laterally magnetised lenticular magnets
DE112018006694T5 (en) Rotating electric machine
DE102016204154B4 (en) Rotating electric machine
DE112018006699T5 (en) Rotating electric machine
WO2016091906A1 (en) Permanently excited electric machine
DE112018006726T5 (en) Rotating electric machine
EP3736943A1 (en) Rotary multiphase transversal flux machine
EP2605367A1 (en) Transversal flux machine with Halbach arrays
EP1564868A1 (en) Electric machine
DE112020001618T5 (en) ELECTRIC ROTARY MACHINE
DE102012212133B3 (en) Rotary anode assembly and X-ray tube
DE102011055137A1 (en) Hybrid synchronous machine
DE102009029274A1 (en) synchronous machine
EP2319164B1 (en) Rotor for an electric machine with a reduced cogging torque
EP2264888A2 (en) Assembly for operating an electric machine
DE112020004271T5 (en) ROTATING ELECTRICAL MACHINE
DE112020002016T5 (en) Rotating electrical machine
DE102022201537A1 (en) Electric machine with hybrid excitation
EP2319160B1 (en) Hybrid-excited electric machine
DE102010030363A1 (en) Electric machine e.g. electric motor for plug-in hybrid drive device utilized for charging battery of motor car, has distribution ring and cooling ring arranged at same radial distance from rotation axis of rotor

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified