DE102022207340B3 - Rotor arrangement for a separately excited synchronous machine - Google Patents

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Abstract

Eine Rotoranordnung (1) für eine fremderregte Synchronmaschine. Die Rotoranordnung umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle (2) für wenigstens eine Erregerwicklung, einen innerhalb der Rotorwelle (2) angeordneten Transformator (5) zur berührungslosen Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung benötigten Stroms auf die Erregerwicklung, wobei der Transformator (5) eine statorfeste Primärseite und eine mit der Rotorwelle drehfest gekoppelte Sekundärseite aufweist, und einen innerhalb der Rotorwelle (2) angeordneten und elektrisch zwischen die Sekundärseite des Transformators (5) und die Erregerwicklung gekoppelten Gleichrichter (14). Die Sekundärseite des Transformators (5) und der Gleichrichter (4) sind über eine axiale elektrisch leitfähige Pressfit-Verbindung (22) miteinander gekoppelt.

Figure DE102022207340B3_0000
A rotor arrangement (1) for a separately excited synchronous machine. The rotor arrangement comprises a rotor shaft (2) designed as a hollow shaft for at least one field winding, a transformer (5) arranged within the rotor shaft (2) for the contactless transmission of a current required for rotor field generation to the field winding, the transformer (5) having a stator-fixed primary side and has a secondary side non-rotatably coupled to the rotor shaft, and a rectifier (14) arranged within the rotor shaft (2) and electrically coupled between the secondary side of the transformer (5) and the field winding. The secondary side of the transformer (5) and the rectifier (4) are coupled to one another via an axial, electrically conductive press-fit connection (22).
Figure DE102022207340B3_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen und insbesondere auf Rotoranordnungen für fremderregte Synchronmaschinen.The present invention relates generally to electrical machines and in particular to rotor arrangements for separately excited synchronous machines.

Fremderregte Synchronmaschinen als Antriebe für Fahrzeuge, wie zum Beispiel PKWs, verwenden zur Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung notwendigen Stroms vom stehenden auf ein drehendes System konduktive Übertragungseinrichtungen. Diese können beispielsweise als Kohlebürsten- oder Schleifringanordnungen ausgeführt sein. Darüber hinaus sind auch berührungslose Übertragungseinrichtungen bekannt, die insbesondere auf induktiver Übertragung basieren. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Transformatoren, deren Primär- und Sekundärseite durch einen Luftspalt voneinander getrennt und gegeneinander drehbar ausgeführt sind. Auf der Sekundärseite befindet sich ferner eine Gleichrichterschaltung, um den für die Übertragung notwendigen Wechselstrom in einen für eine Magnetfelderzeugung notwendigen Gleichstrom zu wandeln.Externally excited synchronous machines as drives for vehicles, such as cars, use conductive transmission devices to transfer the current required to generate a rotor field from a stationary to a rotating system. These can be designed, for example, as carbon brush or slip ring arrangements. In addition, non-contact transmission devices are also known, which are based in particular on inductive transmission. These are essentially transformers whose primary and secondary sides are separated from each other by an air gap and designed to rotate against each other. There is also a rectifier circuit on the secondary side to convert the alternating current necessary for transmission into a direct current necessary for generating a magnetic field.

Im Vergleich zu einer permanenterregten Synchronmaschine benötigt eine fremderregte Synchronmaschine statt Permanentmagnete im Rotor zusätzlich unter anderem eine Erregerwicklung am Rotor sowie eine Übertragungseinrichtung für den Strom vom stehenden System auf den Rotor. Eine Herausforderung besteht darin, insbesondere die Übertragungseinrichtung möglichst so auszugestalten und anzuordnen, dass keine - bzw. möglichst wenig zusätzliche Baulänge der elektrischen Maschine (E-Maschine) resultiert. Eine weitere Herausforderung liegt darin, dass bei bisher bekannten Lösungen üblicherweise der Bauraum unterhalb der Wickelköpfe der Statorwicklung für die Anordnung des Übertragers oder der Gleichrichter-Elektronik genutzt wird und hier einerseits ausgehend von den Wickelköpfen hohe Temperaturen herrschen und andererseits eine Kühlung erschwert ist. Zusätzliche Dichtungen und Kapselungen sind aus Effizienz- und Kostengründen ebenfalls zu vermeiden.In comparison to a permanently excited synchronous machine, a separately excited synchronous machine requires, among other things, an excitation winding on the rotor and a transmission device for the current from the stationary system to the rotor instead of permanent magnets in the rotor. One challenge is to design and arrange the transmission device in particular in such a way that no or as little as possible additional length of the electrical machine (e-machine) results. Another challenge is that in previously known solutions, the installation space below the winding heads of the stator winding is usually used for the arrangement of the transformer or the rectifier electronics and, on the one hand, there are high temperatures starting from the winding heads and, on the other hand, cooling is difficult. Additional seals and encapsulations should also be avoided for efficiency and cost reasons.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus DE 10 2020 216 485 A1 ein Gleichrichter für eine fremderregte E-Maschine bekannt. Weiter ist beispielsweise aus DE 40 12 546 A1 ein kontaktloser Drehmelder für einen Rotor bekannt.For example, the prior art is out DE 10 2020 216 485 A1 a rectifier for a separately excited electric machine is known. Next is over, for example DE 40 12 546 A1 a contactless resolver for a rotor is known.

Somit besteht ein Bedarf an berührungslosen Übertragungssystemen für fremderregte Synchronmaschinen mit geringer Baulänge und guter Kühlmöglichkeiten.There is therefore a need for non-contact transmission systems for separately excited synchronous machines with a short overall length and good cooling options.

Diesem Bedarf wird durch Rotoranordnungen und fremderregte Synchronmaschinen gemäß der unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This need is taken into account by rotor arrangements and externally excited synchronous machines according to the independent claims. Advantageous further training is the subject of the dependent claims.

Vorgeschlagen wird eine Rotoranordnung für eine fremderregte Synchronmaschine. Die Rotoranordnung umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle für wenigstens eine Erregerwicklung. Innerhalb der Rotorwelle ist ein Transformator zur berührungslosen Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung benötigten Stroms auf die Erregerwicklung angeordnet. Der Transformator weist eine statorfeste Primärseite und eine mit der Rotorwelle drehfest gekoppelte Sekundärseite auf. Innerhalb der Rotorwelle ist ferner angeordnet ein elektrisch zwischen die Sekundärseite des Transformators und die Erregerwicklung gekoppelter Gleichrichter. Die Sekundärseite des Transformators und der Gleichrichter sind über eine axiale elektrisch leitfähige Pressfit-Verbindung miteinander gekoppelt. Die vorgeschlagene Lösung sieht also vor, eine induktive Energie-Übertragungseinrichtung (Transformator) innerhalb der Hohlwelle der E-Maschine anzuordnen. Transformator und Gleichrichter können mechanisch und elektrisch vorteilhaft durch eine wieder lösbare Pressfit-Verbindung miteinander verbunden werden. Hierdurch kann eine deutliche Bauraumeinsparung und ein erleichterter Ein- und Ausbau erreicht werden.A rotor arrangement for a separately excited synchronous machine is proposed. The rotor arrangement comprises a rotor shaft designed as a hollow shaft for at least one field winding. A transformer is arranged within the rotor shaft for the contactless transmission of a current required for rotor field generation to the field winding. The transformer has a primary side that is fixed to the stator and a secondary side that is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor shaft. A rectifier electrically coupled between the secondary side of the transformer and the field winding is also arranged within the rotor shaft. The secondary side of the transformer and the rectifier are coupled to one another via an axial electrically conductive press-fit connection. The proposed solution therefore envisages arranging an inductive energy transmission device (transformer) within the hollow shaft of the electric machine. Transformer and rectifier can be connected to one another mechanically and electrically using a releasable press-fit connection. This makes it possible to achieve significant savings in installation space and facilitate installation and removal.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Gleichrichter einen Träger für Gleichrichterdioden auf. Der Träger (Substrat) kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Wenigstens ein axialer elektrisch leitfähiger Kontaktstift der Pressfit-Verbindung koppelt eine sekundärseitige Wicklung des Transformators elektrisch mit einer metallisierten Durchkontaktierung des Trägers. Somit kann der Transformator mittels eines axialen Kontaktstifts mit dem Gleichrichter verbunden werden.According to some embodiments of the present invention, the rectifier has a carrier for rectifier diodes. The carrier (substrate) can be designed to be rotationally symmetrical. At least one axial electrically conductive contact pin of the press-fit connection electrically couples a secondary-side winding of the transformer to a metallized plated-through hole on the carrier. The transformer can therefore be connected to the rectifier using an axial contact pin.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Träger ein elektrisch leitfähiges gestanztes Verbindungselement (Stanzgitter) zur elektrischen Verbindung der Sekundärseite des Transformators mit den Gleichrichterdioden auf. Das Stanzgitter kann beispielsweise alternativ oder ergänzend zu einer Leiterplatte eingesetzt werden.According to some exemplary embodiments of the present invention, the carrier has an electrically conductive stamped connecting element (stamped grid) for electrically connecting the secondary side of the transformer to the rectifier diodes. The lead frame can, for example, be used as an alternative or in addition to a circuit board.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Träger der Gleichrichterdioden eine Leiterplatte als Substrat für die Gleichrichterdioden auf. Die Leiterplatte kann rotationssymmetrisch (z.B. kreis- oder ringförmig) ausgebildet sein.According to some embodiments of the present invention, the carrier of the rectifier diodes has a circuit board as a substrate for the rectifier diodes. The circuit board can be designed to be rotationally symmetrical (e.g. circular or ring-shaped).

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Leiterplatte als IMS-Leiterplatte (Insulated Metal Substrate) ausgebildet und/oder weist Vias (Durchkontaktierungen) auf, um Wärme vom Gleichrichter abzutransportieren. IMS-Leiterplatten werden auch als Metallkernleiterplatten bezeichnet. Ein Metallkern oder metallische Vias bieten jeweils eine gute Wärmeleitfähigkeit.According to some embodiments of the present invention, the circuit board is designed as an IMS Circuit board (Insulated Metal Substrate) is formed and / or has vias (through-contacts) to transport heat away from the rectifier. IMS PCBs are also called metal core PCBs. A metal core or metallic vias each offer good thermal conductivity.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die Gleichrichterdioden des Gleichrichters als SMD-Bauteile (SMD = Surface Mounted Device) ausgeführt. Alternativ können die Gleichrichterdioden auch als THT-Bauteile ausgeführt sein (THT = through-hole technology).According to some embodiments of the present invention, the rectifier diodes of the rectifier are designed as SMD components (SMD = Surface Mounted Device). Alternatively, the rectifier diodes can also be designed as THT components (THT = through-hole technology).

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind der Träger und die Gleichrichterdioden mit einer Vergussmasse vergossen ausgebildet. Dadurch kann insbesondere bei Rotation der Rotoranordnung eine hohe mechanische Stabilität des Gleichrichters erreicht werden.According to some exemplary embodiments of the present invention, the carrier and the rectifier diodes are designed to be cast with a casting compound. As a result, a high mechanical stability of the rectifier can be achieved, particularly when the rotor arrangement rotates.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist die Vergussmasse eine thermische Leitfähigkeit höher als 2 W/mK auf, vorzugsweise höher als 10 W/mK. Somit kann über die Vergussmasse auch Wärme aus dem Gleichrichter abtransportiert werden.According to some exemplary embodiments of the present invention, the casting compound has a thermal conductivity higher than 2 W/mK, preferably higher than 10 W/mK. This means that heat can also be removed from the rectifier via the casting compound.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Gleichrichter wenigstens eine Klemmbuchse auf, um den Gleichrichter ausgangsseitig elektrisch mit der Erreger- bzw. Rotorwicklung über wenigstens eine radiale Anschlussleitung zu koppeln. Über eine derartige Klemmbuchse kann ein- bzw. Ausbau des Transformators und Gleichrichters in die bzw. aus der Rotorwelle vereinfacht werden.According to some exemplary embodiments of the present invention, the rectifier has at least one clamping socket in order to electrically couple the rectifier on the output side to the exciter or rotor winding via at least one radial connection line. Such a clamping socket can be used to simplify the installation or removal of the transformer and rectifier into or out of the rotor shaft.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Gleichrichter einen Kühlkörper auf, der an einem axialen Ende des Gleichrichters ausgebildet ist oder Gleichrichterdioden des Gleichrichters radial umgibt. Über diesen Kühlkörper kann dann Wärme vom Gleichrichter abgeleitet werden.According to some embodiments of the present invention, the rectifier includes a heat sink formed at an axial end of the rectifier or radially surrounding rectifier diodes of the rectifier. Heat can then be dissipated from the rectifier via this heat sink.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind eine primärseitige und eine sekundärseitige Wicklung des Transformators jeweils als Flachbandwicklung ausgebildet. Dadurch kann der Transformator radial kompakt bauen.According to some exemplary embodiments of the present invention, a primary-side and a secondary-side winding of the transformer are each designed as a flat strip winding. This allows the transformer to be radially compact.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Transformator innerhalb der Rotorwelle eine statorfeste Primärseite und eine demgegenüber um eine Drehachse verdrehbare und mit der Rotorwelle drehfest gekoppelte Sekundärseite aufweisen. Die Primärseite des innerhalb der Rotorwelle angeordneten Transformators kann also an das stehende System der fremderregten Synchronmaschine gekoppelt sein, während die Sekundärseite des Transformators an die rotierbare Rotorwelle gekoppelt ist.According to some exemplary embodiments of the present invention, the transformer within the rotor shaft can have a primary side that is fixed to the stator and a secondary side that can be rotated about an axis of rotation and is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor shaft. The primary side of the transformer arranged within the rotor shaft can therefore be coupled to the stationary system of the externally excited synchronous machine, while the secondary side of the transformer is coupled to the rotatable rotor shaft.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Rotoranordnung ferner einen axial in einen Hohlraum der Rotorwelle hineinragenden, statorfesten Träger aufweisen, der mechanisch mit der Primärseite des Transformators gekoppelt ist. Der Träger für die Primärseite des Transformators kann beispielsweise lanzenförmig ausgebildet sein und an dessen Außenumfang die Primärseite des Transformators tragen bzw. abstützen.According to some exemplary embodiments of the present invention, the rotor arrangement can further have a stator-fixed support which projects axially into a cavity of the rotor shaft and is mechanically coupled to the primary side of the transformer. The carrier for the primary side of the transformer can, for example, be lance-shaped and carry or support the primary side of the transformer on its outer circumference.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Transformator einen statorfesten, primärseitigen Ferritkern umfassen, in welchen eine primärseitige Wicklung des Transformators eingelegt ist. Der Transformator kann außerdem einen relativ zum primärseitigen Ferritkern verdrehbaren mit der Rotorwelle drehfest gekoppelten sekundärseitigen Ferritkern umfassen, in welchen eine sekundärseitige Wicklung des Transformators eingelegt ist. Neben Ferrit sind selbstverständlich auch andere die Induktivität erhöhende weichmagnetische Materialen für Spulenkerne vorstellbar.According to some exemplary embodiments of the present invention, the transformer can comprise a stator-fixed, primary-side ferrite core, in which a primary-side winding of the transformer is inserted. The transformer can also include a secondary-side ferrite core that is rotatable relative to the primary-side ferrite core and is coupled to the rotor shaft in a rotationally fixed manner, in which a secondary-side winding of the transformer is inserted. In addition to ferrite, other soft magnetic materials that increase inductance are of course also conceivable for coil cores.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann sich die Erregerwicklung (Rotorwicklung) axial von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich entlang der Rotorwelle erstrecken. Der Transformator (und gegebenenfalls auch der Gleichrichter) kann axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich der Erregerwicklung innerhalb der Rotorwelle angeordnet sein. Somit kann vorteilhaft axialer Bauraum eingespart werden.According to some embodiments of the present invention, the field winding (rotor winding) may extend axially from an initial region to an end region along the rotor shaft. The transformer (and possibly also the rectifier) can be arranged axially between the initial region and the end region of the field winding within the rotor shaft. This means that axial installation space can be advantageously saved.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind ein Außendurchmesser eines Gehäuses des Transformators und ein Außendurchmesser eines Gehäuses des Gleichrichters an einen Innendurchmesser der Rotorwelle angepasst. Somit kann ein Presssitz des Transformators und des Gleichrichters innerhalb der Rotorwelle erreicht werden.According to some embodiments of the present invention, an outer diameter of a housing of the transformer and an outer diameter of a housing of the rectifier are adapted to an inner diameter of the rotor shaft. A press fit of the transformer and the rectifier within the rotor shaft can thus be achieved.

Es wird weiterhin eine fremderregte Synchronmaschine vorgeschlagen, die eine Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele umfasst.A separately excited synchronous machine is also proposed, which includes a rotor arrangement according to one of the previous exemplary embodiments.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine Rotoranordnung für eine fremderregte Synchronmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine Ausführung einer Klemmverbindung eines inneren Ferritkerns;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrichtung und Gleichrichteranordnung im montierten Zustand;
  • 4 die Anordnung der 3 in Explosionsdarstellung;
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gleichrichteranordnung im montierten Zustand;
  • 6 die Anordnung der 5 in Explosionsdarstellung;
  • 7,8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrichtung und Gleichrichteranordnung; und
  • 9,10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrichtung und Gleichrichteranordnung.
Individual embodiments of the present invention are described below using the figures as examples. Show it:
  • 1 a rotor arrangement for a separately excited synchronous machine according to an exemplary embodiment;
  • 2 an embodiment of a clamp connection of an inner ferrite core;
  • 3 an exemplary embodiment of an assembly consisting of a transformer device and a rectifier arrangement in the assembled state;
  • 4 the arrangement of the 3 in exploded view;
  • 5 a further exemplary embodiment of a rectifier arrangement in the assembled state;
  • 6 the arrangement of the 5 in exploded view;
  • 7 , 8th a further exemplary embodiment of an assembly consisting of a transformer device and a rectifier arrangement; and
  • 9 , 10 a further exemplary embodiment of an assembly consisting of a transformer device and a rectifier arrangement.

Eine Synchronmaschine ist eine rotierende elektrische Maschine, in welcher der Rotor (auch Läufer genannt) synchron mit einem Drehfeld des Stators (auch Ständer genannt) läuft. Synchronmaschinen werden häufig als Drehstrommaschinen, also als Drehstrom-Synchronmaschinen ausgeführt. Die Synchronmaschine trägt ihren Namen wegen der Betriebseigenschaft, dass ihr Rotor exakt mit dem durch eine Netzfrequenz vorgegebenen Drehfeld synchron umläuft.A synchronous machine is a rotating electrical machine in which the rotor (also called rotor) runs synchronously with a rotating field of the stator (also called stator). Synchronous machines are often designed as three-phase machines, i.e. as three-phase synchronous machines. The synchronous machine gets its name because of the operating characteristic that its rotor rotates exactly synchronously with the rotating field specified by a mains frequency.

Im Rotor wird ein konstantes Magnetfeld erzeugt. Dies geschieht entweder durch einen Permanentmagnet (permanenterregt) oder durch eine elektromagnetische Fremderregung (fremderregt). Je nach Bauart der Synchronmaschine kann der Rotor als Schenkelpolläufer oder Vollpolläufer ausgeführt sein. Im Gegensatz dazu wird im Stator ein magnetisches Drehfeld erzeugt, beispielsweise durch eine Erzeugung dieses Drehfelds durch Dreiphasenwechselstrom. Dafür können im Stator drei um 120° versetzt angeordnete Induktivitäten verbaut sein. Es versteht sich, dass auch mehr oder weniger Phasen zum Einsatz kommen können.A constant magnetic field is generated in the rotor. This happens either through a permanent magnet (permanently excited) or through external electromagnetic excitation (externally excited). Depending on the design of the synchronous machine, the rotor can be designed as a salient pole rotor or a solid pole rotor. In contrast, a rotating magnetic field is generated in the stator, for example by generating this rotating field using three-phase alternating current. For this purpose, three inductors offset by 120° can be installed in the stator. It goes without saying that more or fewer phases can also be used.

Vom Prinzip her kann jede Synchronmaschine als elektrischer Motor und elektrischer Generator betrieben werden. Beim Betrieb der Synchronmaschine als Generator wird der Rotor extern mechanisch angetrieben. Handelt es sich um einen fremderregten Rotor, so muss dieser entsprechend erregt werden. Das Magnetfeld des Rotors induziert in die Statorwicklungen periodisch eine Spannung. Diese Spannung wird als Polradspannung bezeichnet. Beim Motorbetrieb wird an die Synchronmaschine von außen zum Beispiel eine Dreiphasenwechselspannung angelegt. Das dadurch erzeugte magnetische Drehfeld des Stators setzt den Rotor in Bewegung. Die Maschine kann dadurch eine externe mechanische Last, wie zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, antreiben.In principle, every synchronous machine can be operated as an electric motor and electric generator. When the synchronous machine is operated as a generator, the rotor is driven externally mechanically. If it is a separately excited rotor, it must be excited accordingly. The rotor's magnetic field periodically induces a voltage in the stator windings. This voltage is called the pole wheel voltage. When the motor is operating, a three-phase alternating voltage, for example, is applied to the synchronous machine from outside. The resulting magnetic rotating field of the stator sets the rotor in motion. The machine can thereby drive an external mechanical load, such as a motor vehicle.

Die vorliegende Erfindung betrifft Rotoranordnungen für fremderregte Synchronmaschinen, welche beispielsweise in (teil-)elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen können.The present invention relates to rotor arrangements for externally excited synchronous machines, which can be used, for example, in (partially) electrically operated motor vehicles.

1 zeigt eine Rotoranordnung 1 für eine fremderregte Synchronmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a rotor arrangement 1 for a separately excited synchronous machine according to an exemplary embodiment of the present invention.

Die beispielhafte Rotoranordnung 1 umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 2. Die Rotorwelle 2 kann an ihrem Außenumfang mittels eines Rotorblechpakets 3 wenigstens eine Erregerwicklung bzw. Rotorwicklung (nicht dargestellt) tragen. Innerhalb der hohlen Rotorwelle 2 ist eine induktive Übertragungseinrichtung 5 (Transformator) zur berührungslosen (induktiven) Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung benötigten Stroms auf die wenigstens eine Erregerwicklung angeordnet. Durch die Anordnung der induktiven Übertragungseinrichtung 5 innerhalb der Rotorwelle 2 kann vorteilhaft Bauraum eingespart werden.The exemplary rotor arrangement 1 comprises a rotor shaft 2 designed as a hollow shaft. The rotor shaft 2 can carry at least one field winding or rotor winding (not shown) on its outer circumference by means of a rotor laminated core 3. An inductive transmission device 5 (transformer) is arranged within the hollow rotor shaft 2 for the contactless (inductive) transmission of a current required for rotor field generation to the at least one field winding. By arranging the inductive transmission device 5 within the rotor shaft 2, installation space can be advantageously saved.

Die in 1 gezeigte Rotoranordnung 1 wird im Wesentlichen durch die hohle Rotorwelle 2 gebildet, an deren Außenumfang das Rotorblechpaket 3 angeordnet ist. Eine oder mehrere in das Rotorblechpaket 3 eingelegte Rotorerregerwicklungen sind in 1 nicht dargestellt. Ebenso nicht dargestellt sind radial außerhalb der Rotoranordnung 1 bzw. des Rotorblechpakets 3 angeordnete und feststehende Statorwicklungen der fremderregten Synchronmaschine.In the 1 Rotor arrangement 1 shown is essentially formed by the hollow rotor shaft 2, on the outer circumference of which the rotor laminated core 3 is arranged. One or more rotor field windings inserted into the rotor laminated core 3 are in 1 not shown. Also not shown are fixed stator windings of the externally excited synchronous machine arranged radially outside the rotor arrangement 1 or the rotor laminated core 3.

Das am Außenumfang der Rotorwelle 2 angeordnete Rotorblechpaket 3 erstreckt sich axial von einem Anfangsbereich (links) bis zu einem Endbereich (rechts) entlang der Rotorwelle 2. Im Anfangsbereich (links) des Rotorblechpakets 3 kann am Außenumfang der Rotorwelle 2 ein Wellenabsatz als axialer Anschlag für das Rotorblechpaket 3 vorgesehen sein. Der Transformator 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich des Rotorblechpakets 3 innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet. Dadurch wird kein zusätzlicher axialer Bauraum für den Transformator 5 benötigt. Es versteht sich allerdings, dass der Transformator 5 grundsätzlich auch an anderen axialen Positionen innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet sein könnte, wie z.B. axial (links oder rechts) außerhalb des Rotorblechpakets 3 oder axial nur teilweise überlappend mit dem Rotorblechpaket 3.The rotor laminated core 3 arranged on the outer circumference of the rotor shaft 2 extends axially from an initial region (left) to an end region (right) along the rotor shaft 2. In the initial region (left) of the rotor laminated core 3, a shaft shoulder can be provided on the outer circumference of the rotor shaft 2 as an axial stop for the rotor laminated core 3 may be provided. In the exemplary embodiment shown, the transformer 5 is arranged axially between the initial region and the end region of the rotor laminated core 3 within the rotor shaft 2. As a result, no additional axial installation space is required for the transformer 5. However, it is understood that the transformer 5 could in principle also be arranged at other axial positions within the rotor shaft 2, such as axially (left or right) outside the rotor laminated core 3 or axially only partially overlapping with the rotor laminated core 3.

Im Inneren der Rotorwelle 2 befindet sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine statorfeste Öllanze 4, die von einem ersten axialen Ende (links) der Rotorwelle 2 aus in axialer Richtung (nach rechts) in den Hohlraum der Rotorwelle 2 hineinragt und welche beispielsweise Kühlöl in die Rotorwelle 2 hineinleiten kann. Andere Kühlmittel als Öl (wie zum Beispiel Luft, Wasser, oder eine andere Kühlflüssigkeit) sind ebenfalls vorstellbar. Öl hat den Vorteil, dass es gleichzeitig auch noch als Schmiermittel wirken kann. Zum ersten axialen Ende (links) der Rotorwelle 2 hin ist vorliegend ein erster (Innen-) Durchmesser der Öllanze 4 größer ausgebildet als ein zweiter (Innen-) Durchmesser der Öllanze 4 zu einem gegenüberliegenden zweiten axialen Ende (rechts) der Rotorwelle 2 hin. Durch eine Verengung von dem ersten (Innen-) Durchmesser zu dem zweiten (Innen-) Durchmesser der Öllanze 4 kann ein Druck des in die Rotorwelle 2 einströmenden Kühlöls erhöht werden. Dies kann sich vorteilhaft auf eine Strömungsgeschwindigkeit des Öls und damit dessen Kühlwirkung auswirken.In the exemplary embodiment shown, inside the rotor shaft 2 there is a stator-fixed oil lance 4, which extends from a first axial end (left) of the rotor shaft 2 protrudes in the axial direction (to the right) into the cavity of the rotor shaft 2 and which, for example, can guide cooling oil into the rotor shaft 2. Coolants other than oil (such as air, water, or another coolant) are also conceivable. Oil has the advantage that it can also act as a lubricant. In the present case, towards the first axial end (left) of the rotor shaft 2, a first (inner) diameter of the oil lance 4 is designed to be larger than a second (inner) diameter of the oil lance 4 towards an opposite second axial end (right) of the rotor shaft 2. By narrowing from the first (inner) diameter to the second (inner) diameter of the oil lance 4, a pressure of the cooling oil flowing into the rotor shaft 2 can be increased. This can have an advantageous effect on the flow speed of the oil and thus its cooling effect.

Ferner dient die Öllanze 4 im dargestellten Ausführungsbeispiel auch als Träger für eine statorfeste Primärseite des Transformators 5. Der im Innern der Rotorwelle 2 befindliche Transformator 5 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen statorfesten, primärseitigen Ferritkern 6 auf, in welchen eine primärseitige Wicklung 10 des Transformators 5 eingelegt ist. Diese kann beispielsweise als Flachband- oder HF-Litzen-Wicklung (HF = Hochfrequenz) ausgeführt sein und kann von einem primärseitigen Wicklungsträger 11 umgeben sein. Der primärseitige Wicklungsträger 11 kann die Aufgabe haben, die primärseitige Wicklung 10 bei der Montage in Form zu halten sowie aus Sicherheitsgründen eine erhöhte elektrische Isolation des Wicklungspakets gegenüber dem primärseitigen Ferritkern 6 und damit dem Stator (nicht gezeigt) darzustellen. Der primärseitige Ferritkern 6 ist mit der Öllanze 4 mechanisch fest verbunden und damit statorfest. Der primärseitige Ferritkern 6 ist rotationssymmetrisch und an einem Außenumfang der Öllanze 4 angebracht. Ferner kann der primärseitige Ferritkern 6 einen axialen Abschnitt und einen radial nach außen weisenden Abschnitt umfassen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der axiale Abschnitt des primärseitigen Ferritkerns 6 mit dem Außenumfang der Öllanze 4 fest gekoppelt.Furthermore, in the exemplary embodiment shown, the oil lance 4 also serves as a support for a stator-fixed primary side of the transformer 5. In the exemplary embodiment shown, the transformer 5 located inside the rotor shaft 2 has a stator-fixed, primary-side ferrite core 6, in which a primary-side winding 10 of the transformer 5 is inserted. This can, for example, be designed as a flat band or HF stranded winding (HF = high frequency) and can be surrounded by a winding support 11 on the primary side. The primary-side winding carrier 11 can have the task of keeping the primary-side winding 10 in shape during assembly and, for safety reasons, providing increased electrical insulation of the winding package relative to the primary-side ferrite core 6 and thus the stator (not shown). The primary-side ferrite core 6 is mechanically firmly connected to the oil lance 4 and is therefore stator-proof. The primary-side ferrite core 6 is rotationally symmetrical and attached to an outer circumference of the oil lance 4. Furthermore, the primary-side ferrite core 6 can comprise an axial section and a section pointing radially outwards. In the in 1 In the exemplary embodiment shown, the axial section of the primary-side ferrite core 6 is firmly coupled to the outer circumference of the oil lance 4.

Der zweite Teil des Transformators 5 umfasst einen relativ zum primärseitigen Ferritkern 6 verdrehbaren mit der Rotorwelle 2 an deren Innenumfang drehfest gekoppelten sekundärseitigen Ferritkern 7, in welchen eine sekundärseitige Wicklung 12 des Transformators 5 eingelegt ist. Diese kann ebenfalls als Flachband- oder HF-Litzen-Wicklung ausgeführt sein und kann von einem sekundärseitigen Wicklungsträger 13 umgeben sein. Der sekundärseitige Wicklungsträger 13 kann die Aufgabe haben, die sekundärseitige Wicklung 12 bei der Montage in Form zu halten sowie aus Sicherheitsgründen eine erhöhte elektrische Isolation des Wicklungspakets gegenüber dem sekundärseitigen Ferritkern 7 und damit dem Rotor darzustellen. Der sekundärseitige Ferritkern 7 ist mit der Rotorwelle 2 mechanisch verbunden und damit rotorfest. Der sekundärseitige Ferritkern 7 ist rotationssymmetrisch und an einem Innenumfang der Rotorwelle 2 angebracht. Ferner kann der sekundärseitige Ferritkern 7 einen axialen Abschnitt und einen radial nach innen weisenden Abschnitt umfassen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der axiale Abschnitt des sekundärseitigen Ferritkerns 7 mit dem Innenumfang der Rotorwelle 2 drehfest gekoppelt. Die Wicklungen 10 und 12 werden von den axialen und radialen Abschnitten der Ferritkerne 6 und 7 eingerahmt.The second part of the transformer 5 comprises a secondary-side ferrite core 7 which is rotatable relative to the primary-side ferrite core 6 and is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 2 on its inner circumference, in which a secondary-side winding 12 of the transformer 5 is inserted. This can also be designed as a flat strip or HF stranded winding and can be surrounded by a secondary winding support 13. The secondary-side winding carrier 13 can have the task of keeping the secondary-side winding 12 in shape during assembly and, for safety reasons, providing increased electrical insulation of the winding package relative to the secondary-side ferrite core 7 and thus the rotor. The secondary-side ferrite core 7 is mechanically connected to the rotor shaft 2 and is therefore rotor-proof. The secondary-side ferrite core 7 is rotationally symmetrical and attached to an inner circumference of the rotor shaft 2. Furthermore, the secondary-side ferrite core 7 can comprise an axial section and a section pointing radially inwards. In the in 1 In the exemplary embodiment shown, the axial section of the secondary-side ferrite core 7 is coupled in a rotationally fixed manner to the inner circumference of the rotor shaft 2. The windings 10 and 12 are framed by the axial and radial sections of the ferrite cores 6 and 7.

Da Ferrit spröde ist, sollten bei einer Montage der Rotoranordnung 1 möglichst keine Zugspannungen eingeleitet werden. Der in die Rotorwelle 2 eingesetzte sekundärseitige Ferritkern 7 kann beispielsweise in die Rotorwelle 2 eingepresst werden, da hierbei Druckspannungen im Material auftreten. Auf diese Weise kann er auch unter Fliehkrafteinwirkung nach außen durch die Rotorwelle 2 optimal abgestützt werden. Der primärseitige Ferritkern 6 sollte jedoch nicht auf die Öllanze 4 gepresst (geschrumpft) werden, da er in Folge von Zugspannungen zerbrechen könnte. Hier kann entweder eine Klebeverbindung vorteilhaft sein, oder eine mechanische Verbindung, bei der der primärseitige Ferritkern 6 axial geklemmt oder über einen Formschluss gehalten wird.Since ferrite is brittle, as far as possible no tensile stresses should be introduced when assembling the rotor arrangement 1. The secondary-side ferrite core 7 inserted into the rotor shaft 2 can, for example, be pressed into the rotor shaft 2, since compressive stresses occur in the material. In this way, it can be optimally supported outwards by the rotor shaft 2 even under the influence of centrifugal force. However, the primary-side ferrite core 6 should not be pressed (shrunk) onto the oil lance 4 as it could break as a result of tensile stresses. Either an adhesive connection can be advantageous here, or a mechanical connection in which the primary-side ferrite core 6 is clamped axially or held via a positive fit.

Die Primärseite bzw. primärseitige Wicklung 10 des Transformators 5 kann mit einem elektrischen Wechselrichter (nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden, welcher den zur Funktion des Transformators 5 notwendigen Wechselstrom bereitstellt. Die Sekundärseite bzw. sekundärseitige Wicklung 12 kann mit einer Gleichrichteranordnung 14 elektrisch verbunden werden. Diese ist notwendig, um den Wechselstrom in einen Gleichstrom zu wandeln, welcher zum Aufbau des Rotor-Erregerfelds benötigt wird.The primary side or primary-side winding 10 of the transformer 5 can be electrically connected to an electrical inverter (not shown), which provides the alternating current necessary for the function of the transformer 5. The secondary side or secondary-side winding 12 can be electrically connected to a rectifier arrangement 14. This is necessary to convert the alternating current into a direct current, which is needed to build the rotor excitation field.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zwischen Sekundärseite des Transformators 5 und Erregerwicklung gekoppelte Gleichrichteranordnung 14 ebenfalls im Innern der hohlen Rotorwelle 2 angeordnet. Die Gleichrichteranordnung 14 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich des Rotorblechpakets 3 innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet. Dadurch wird kein zusätzlicher axialer Bauraum für die Gleichrichteranordnung 14 benötigt. Es versteht sich allerdings, dass die Gleichrichteranordnung 14 grundsätzlich auch an anderen axialen Positionen innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet sein könnte, wie z.B. axial (links oder rechts) außerhalb des Rotorblechpakets 3 oder axial nur teilweise überlappend mit dem Rotorblechpaket 3.In the exemplary embodiment shown, the rectifier arrangement 14 coupled between the secondary side of the transformer 5 and the field winding is also arranged inside the hollow rotor shaft 2. In the exemplary embodiment shown, the rectifier arrangement 14 is also arranged axially between the initial region and the end region of the rotor laminated core 3 within the rotor shaft 2. As a result, no additional axial installation space is required for the rectifier arrangement 14. However, it is understood that the rectifier arrangement 14 could in principle also be arranged at other axial positions within the rotor shaft 2, such as axially (left or right). half of the rotor laminated core 3 or axially only partially overlapping with the rotor laminated core 3.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Gleichrichteranordnung 14. 2 shows a schematic cross section through an exemplary embodiment of the rectifier arrangement 14.

Die Gleichrichteranordnung 14 umfasst hier im Wesentlichen ein Gleichrichtergehäuse 15, welches in die Rotorwelle 2 eingeschoben und mit dieser mechanisch (drehfest) verbunden werden kann, sowie elektronischen Bauelementen, wie zum Beispiel Gleichrichterdioden 16. Die die Sekundärseite (sekundärseitige Wicklung) 12 des Transformators 5 und die Gleichrichteranordnung 14 können über eine axiale elektrisch leitfähige Pressfit- oder Einpress-Verbindung miteinander gekoppelt sein, um eine elektrische Verbindung zwischen Gleichrichteranordnung 14 und Transformator 5 herzustellen. Als Einpresstechnik bezeichnet man eine lötfreie Verbindungstechnik, bei der ein oder mehrere Kontaktstifte in ein metallisiertes Loch (Durchkontaktierung) z.B. einer Leiterplatte der Gleichrichteranordnung 14 gedrückt werden. Die Kontaktstifte können vorliegend in entsprechende axiale Öffnungen des Gleichrichtergehäuses 15 gesteckt werden.The rectifier arrangement 14 here essentially comprises a rectifier housing 15, which can be inserted into the rotor shaft 2 and connected to it mechanically (rotatably), as well as electronic components, such as rectifier diodes 16. The secondary side (secondary-side winding) 12 of the transformer 5 and The rectifier arrangement 14 can be coupled to one another via an axial electrically conductive press-fit or press-in connection in order to establish an electrical connection between the rectifier arrangement 14 and the transformer 5. Press-in technology refers to a solderless connection technology in which one or more contact pins are pressed into a metallized hole (through-hole), for example on a circuit board of the rectifier arrangement 14. In the present case, the contact pins can be inserted into corresponding axial openings in the rectifier housing 15.

Ein Außenumfang des Gleichrichtergehäuses 15 ist an den Innenumfang der Rotorwelle 2 angepasst. Ein Innenumfang des Gleichrichtergehäuses 15 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehreckig (hier: oktogonal) ausgebildet, so dass die Gleichrichterdioden 16 auf tangentialen Flächen im Inneren des Gleichrichtergehäuses 15 angeordnet werden können. Die Gleichrichterdioden 16 können über Isolierpads 17 elektrisch isolierend aber thermisch möglichst gut leitend mit dem Gleichrichtergehäuse 15 verbunden sein. Das Gleichrichtergehäuse 15 kann zur guten Ableitung der entstehenden Abwärme der Gleichrichterdioden 16 vorzugsweise aus Aluminium gefertigt sein. Durch die Anordnung der Gleichrichterdioden 16 auf tangentialen Flächen im Inneren des Gleichrichtergehäuses 15 können die Bauelemente gegenüber Fliehkraftwirkung optimal abgestützt werden. Die Gleichrichterschaltung ist sekundärseitig elektrisch mit der Erregerwicklung des Rotors verbunden, dies ist jedoch nicht dargestellt.An outer circumference of the rectifier housing 15 is adapted to the inner circumference of the rotor shaft 2. In the present exemplary embodiment, an inner circumference of the rectifier housing 15 is polygonal (here: octagonal), so that the rectifier diodes 16 can be arranged on tangential surfaces inside the rectifier housing 15. The rectifier diodes 16 can be connected to the rectifier housing 15 via insulating pads 17 in an electrically insulating but thermally conductive manner that is as good as possible. The rectifier housing 15 can preferably be made of aluminum to ensure good dissipation of the waste heat generated by the rectifier diodes 16. By arranging the rectifier diodes 16 on tangential surfaces inside the rectifier housing 15, the components can be optimally supported against centrifugal force. The rectifier circuit is electrically connected to the field winding of the rotor on the secondary side, but this is not shown.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrichtung 5 und Gleichrichteranordnung 14 im montierten Zustand. 4 zeigt dieselbe Anordnung in Explosionsdarstellung. Die Baugruppe ist zur Anordnung innerhalb der Rotorwelle 2 konzipiert. Übertragereinrichtung 5 und Gleichrichteranordnung 14 sind koaxial angeordnet. Die axiale Position der Baugruppe 5, 14 kann entweder eine axiale Überdeckung zur Erregerwicklung bzw. zum Rotorblechpaket 3 des Rotors aufweisen oder axial neben dieser sein. 3 shows a further exemplary embodiment of an assembly consisting of a transformer device 5 and a rectifier arrangement 14 in the assembled state. 4 shows the same arrangement in an exploded view. The assembly is designed to be arranged within the rotor shaft 2. Transformer device 5 and rectifier arrangement 14 are arranged coaxially. The axial position of the assembly 5, 14 can either have an axial overlap with the field winding or the rotor laminated core 3 of the rotor or be axially adjacent to it.

Die Primärseite des Transformators 5 wird durch den primärseitigen Ferritkern 6 mit dem primärseitigen Wicklungsträger 11 und der primärseitigen Wicklung 10 gebildet. Die Wicklung 10 ist vorzugsweise als Flachbandwicklung ausgeführt. An beiden Enden des Flachbands ist jeweils ein primärseitiger axialer Kontaktierungspin 18 befestigt, beispielsweise durch Schweißen oder Löten. Der primärseitige Kontaktierungspin 18 kann mit einem elektrischen Wechselrichter (nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden, welcher den zur Funktion des Transformators 5 notwendigen Wechselstrom bereitstellt. Montagetechnisch ist es günstig, die primärseitige Wicklung 10 auf dem primärseitigen Wicklungsträger 11 vorzumontieren. Durch einen primärseitigen Wicklungsverguss 19 kann die primärseitige Wicklung 10 mechanisch gehalten, elektrisch isoliert und vor Kontamination geschützt werden.The primary side of the transformer 5 is formed by the primary-side ferrite core 6 with the primary-side winding support 11 and the primary-side winding 10. The winding 10 is preferably designed as a flat strip winding. A primary-side axial contacting pin 18 is attached to both ends of the flat strip, for example by welding or soldering. The primary-side contacting pin 18 can be electrically connected to an electrical inverter (not shown), which provides the alternating current necessary for the function of the transformer 5. In terms of assembly technology, it is advantageous to pre-assemble the primary-side winding 10 on the primary-side winding support 11. By means of a primary-side winding potting 19, the primary-side winding 10 can be held mechanically, electrically insulated and protected from contamination.

Die Sekundärseite des Transformators 5 ist analog aufgebaut mit dem sekundärseitigen Ferritkern 7 und der darin aufgenommenen sekundärseitigen Wicklung 12, die ebenfalls als Flachbandwicklung ausgeführt sein kann. Durch einen sekundärseitigen Wicklungsverguss 20 kann die sekundärseitige Wicklung 12 mechanisch gehalten, elektrisch isoliert und vor Kontamination geschützt werden Der sekundärseitige Ferritkern 7 kann an Teilen seiner Außenkontur mit einer Isolierung 21 versehen sein, die ihn thermisch und elektrisch von der Rotorwelle 2 entkoppelt.The secondary side of the transformer 5 has an analogous structure with the secondary-side ferrite core 7 and the secondary-side winding 12 accommodated therein, which can also be designed as a flat strip winding. By means of a secondary-side winding casting 20, the secondary-side winding 12 can be held mechanically, electrically insulated and protected from contamination. The secondary-side ferrite core 7 can be provided with insulation 21 on parts of its outer contour, which decouples it thermally and electrically from the rotor shaft 2.

Primär- und sekundärseitiger Ferritkern 6, 7 können axial ineinandergesteckt werden, sind jedoch durch Luftspalte axial and radial voneinander getrennt, so dass sie im Betrieb der Rotoranordnung berührungslos gegeneinander verdreht werden können. Der primärseitige Ferritkern 6 ist statorfest, der sekundärseitige Ferritkern 7 rotorfest angebunden.The primary and secondary-side ferrite cores 6, 7 can be inserted axially into one another, but are separated from one another axially and radially by air gaps, so that they can be rotated against each other without contact during operation of the rotor arrangement. The primary-side ferrite core 6 is connected to the stator and the secondary-side ferrite core 7 is connected to the rotor.

Augenmerk ist in der 3 auf den Bereich zu legen, in dem ein oder mehrere axiale Kontaktierungspins 22 der sekundärseigen Wicklung 12 den sekundärseitigen Ferritkern 7 axial durchdringt. Hierzu ist eine axiale Durchgangsöffnung am Innenumfang des sekundärseitigen Ferritkerns 7 vorgesehen. Zwischen dem sekundärseitigen Ferritkern 7 und dem Kontaktierungspin bzw. Kontaktstift 22 befindet sich innerhalb der Durchgangsöffnung ebenfalls eine elektrische Isolierung, damit der Kontaktstift 22 und der sekundärseitige Ferritkern 7 elektrisch entkoppelt sind. Analoges gilt für Durchführungen für andere Kontaktstifte durch den primär- und sekundärseitigen Ferritkern 6, 7. Der Kontaktstift 22 kann mit seinem axialen Ende in ein metallisiertes Loch (Durchkontaktierung) einer Leiterplatte 23 des Gleichrichters 14 gedrückt werden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen sekundärseitiger Wicklung 12 und Leiterplatte 23 der Gleichrichteranordnung 14 hergestellt werden kann.Attention is in the 3 to place on the area in which one or more axial contacting pins 22 of the secondary winding 12 axially penetrates the secondary side ferrite core 7. For this purpose, an axial through opening is provided on the inner circumference of the secondary-side ferrite core 7. There is also electrical insulation within the through opening between the secondary-side ferrite core 7 and the contacting pin or contact pin 22, so that the contact pin 22 and the secondary-side ferrite core 7 are electrically decoupled. The same applies to feedthroughs for other contact pins through the primary and secondary side ferrite core 6, 7. The contact pin 22 can be pressed with its axial end into a metallized hole (through-hole) in a circuit board 23 of the rectifier 14, so that an electrical connection between the secondary side winding 12 and circuit board 23 of the rectifier arrangement 14 can be produced.

Die Gleichrichteranordnung 14 kann eine Brückenschaltung von beispielsweise vier Gleichrichterdioden 16 umfassen. Diese können vorteilhaft als SMD Bauteile ausgeführt und auf der Leiterplatte 23 angeordnet sein. Wie in 4 gezeigt, kann die Leiterplatte 23 ringförmig ausgebildet sein. Die Gleichrichterdioden 16 können in Umfangsrichtung gleichmäßig auf der Leiterplatte 23 angeordnet werden. Die Kontaktierung der Gleichrichterschaltung 14 bzw. der Leiterplatte 23 mit der sekundärseitigen Wicklung 12 der Übertragereinrichtung 5 ist als Pressfit-Verbindung ausgeführt, wobei die axialen Kontaktierungspins 22 der sekundärseitigen Wicklung 12 in entsprechende Bohrungen der Leiterplatte 23 eingebracht werden.The rectifier arrangement 14 can include a bridge circuit of, for example, four rectifier diodes 16. These can advantageously be designed as SMD components and arranged on the circuit board 23. As in 4 shown, the circuit board 23 can be annular. The rectifier diodes 16 can be arranged evenly on the circuit board 23 in the circumferential direction. The contacting of the rectifier circuit 14 or the circuit board 23 with the secondary-side winding 12 of the transformer device 5 is designed as a press-fit connection, with the axial contacting pins 22 of the secondary-side winding 12 being inserted into corresponding holes in the circuit board 23.

Zur Kontaktierung der Gleichrichterschaltung 14 mit der Rotorwicklung der fremderregten Synchronmaschine (nicht dargestellt) können auf der Leiterplatte 23 Anschlussbuchsen 24 angeordnet sein. In diese können bei der Montage von radial außen durch entsprechende radiale Durchbrüche in der Rotorwelle 2 Leiter eingeführt und geklemmt werden.To contact the rectifier circuit 14 with the rotor winding of the separately excited synchronous machine (not shown), connection sockets 24 can be arranged on the circuit board 23. During assembly, 2 conductors can be inserted and clamped into these from the radial outside through corresponding radial openings in the rotor shaft.

Auf einer dem Transformator 5 abgewandten Rückseite der Leiterplatte 23 kann ein Kühlkörper 25 angeordnet und beispielsweise mittels Schrauben 26 mit der Leiterplatte verbunden werden. Wie in 4 gezeigt, kann der Kühlkörper 25 ebenfalls (zumindest abschnittsweise) ringförmig ausgebildet sein. Zur Übertragung der Abwärme der Gleichrichterdioden 16 durch die Leiterplatte 22 hindurch zum Kühlkörper 25 kann die Leiterplatte 23 über sogenannte Vias (durchkontaktierte Bohrungen) 27 verfügen. Alternativ kann eine sogenannte IMS-Leiterplatte mit integriertem Aluminiumkern zur besseren Wärmeübertragung zum Kühlkörper 25 verwendet werden. Eine elektrische Isolation der Dioden-Rückseite zu den Vias 27 kann beispielsweise durch Lack, Keramikplättchen oder dergleichen erreicht werden (nicht dargestellt). Der Kühlkörper 25 kann beispielsweise metallisch ausgebildet sein und/oder eine wärmeleitfähige Keramik aufweisen.A heat sink 25 can be arranged on a rear side of the circuit board 23 facing away from the transformer 5 and connected to the circuit board, for example by means of screws 26. As in 4 shown, the heat sink 25 can also be annular (at least in sections). To transfer the waste heat from the rectifier diodes 16 through the circuit board 22 to the heat sink 25, the circuit board 23 can have so-called vias (plated-through holes) 27. Alternatively, a so-called IMS circuit board with an integrated aluminum core can be used for better heat transfer to the heat sink 25. Electrical insulation of the back of the diode from the vias 27 can be achieved, for example, using paint, ceramic plates or the like (not shown). The heat sink 25 can, for example, be made of metal and/or have a thermally conductive ceramic.

Zum Schutz der Dioden 16 vor Kontakt mit umgebendem Kühlöl und möglicher Verunreinigungen kann die Leiterplatte 23 nach Montage der Dioden 16 mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 28 vergossen bzw. umspritzt werden. Hierdurch können die Dioden 16 auch mechanisch zusätzlich gehalten und gegenüber Vibrationen und Fliehkrafteinwirkung geschützt werden.To protect the diodes 16 from contact with surrounding cooling oil and possible contamination, the circuit board 23 can be cast or encapsulated with an electrically insulating casting compound 28 after the diodes 16 have been installed. In this way, the diodes 16 can also be held mechanically and protected against vibrations and centrifugal force.

Bei dem in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dient also eine (rotationssymmetrische) Leiterplatte 23 als Träger der Gleichrichterdioden 16 sowie der Kontaktierungselemente zwischen Gleichrichterschaltung 14 und Übertrager 5 sowie zwischen Gleichrichterschaltung 14 und Rotorwicklung. Die Gleichrichterdioden 16 können in SMD Ausführung ausgebildet sein. Die Kontaktierung zur sekundärseitigen Wicklung 12 findet über eine axiale Pressfit Verbindung statt. Wicklungen 10, 12 der Übertragungseinrichtung 5 können als Flachbandwicklungen mit axialen Kontaktierungspins 18, 22 an den Enden des Bandes ausgeführt sein. Eine Kontaktierung zur Rotorwicklung kann über Klemmbuchsen 24 stattfinden, in die in radialer Richtung von außen ein Schwert am Ende der Rotorwicklung oder das Drahtende der Rotorwicklung selbst eingeführt wird (mindestens eine Kontaktierungsstelle zur Rotorwicklung innerhalb der Rotorwelle). Eine dem Transformator 5 zugewandte Vorderseite der Leiterplatte 23 kann zusammen mit den Gleichrichterdioden 16 umspritzt bzw. vergossen werden. Ein Kühlkörper 25 kann auf der Rückseite der Leiterplatte 23 vorgesehen sein und durch Schrauben 26 mit der Leiterplatte 23 verbunden werden. Der Teilkreis der Verschraubungen kann dabei kleiner sein als der Innendurchmesser des sekundärseitigen Ferrits 7. Zur verbesserten Wärmeübertragung kann die Leiterplatte 23 mit Vias 27 versehen sein oder in IMS Ausführung ausgebildet sein. Zur Isolation gegenüber der Rotorwelle 2 dient eine elektrisch isolierende Umspritzung 21 des sekundärseitigen Ferritkerns 7. Die Baugruppe aus Übertragereinrichtung 5 und Gleichrichteranordnung 14 ist auf zwei (vormontierbare) Teil-Baugruppen aufgeteilt: Übertrageranordnung 5 und Gleichrichteranordnung 14, welche aber unmittelbar zusammengefügt und räumlich direkt (axial) nebeneinander positioniert werden können.At the in 3 and 4 In the exemplary embodiment shown, a (rotationally symmetrical) circuit board 23 serves as a carrier for the rectifier diodes 16 and the contacting elements between the rectifier circuit 14 and transformer 5 and between the rectifier circuit 14 and the rotor winding. The rectifier diodes 16 can be designed in an SMD version. The contact with the secondary-side winding 12 takes place via an axial press-fit connection. Windings 10, 12 of the transmission device 5 can be designed as flat strip windings with axial contacting pins 18, 22 at the ends of the strip. Contact with the rotor winding can take place via clamping bushings 24, into which a sword at the end of the rotor winding or the wire end of the rotor winding itself is inserted in the radial direction from the outside (at least one contact point for the rotor winding within the rotor shaft). A front side of the circuit board 23 facing the transformer 5 can be encapsulated or cast together with the rectifier diodes 16. A heat sink 25 can be provided on the back of the circuit board 23 and can be connected to the circuit board 23 by screws 26. The pitch circle of the screw connections can be smaller than the inner diameter of the secondary-side ferrite 7. For improved heat transfer, the circuit board 23 can be provided with vias 27 or designed in an IMS version. An electrically insulating encapsulation 21 of the secondary-side ferrite core 7 is used to insulate the rotor shaft 2. The assembly consisting of the transformer device 5 and the rectifier assembly 14 is divided into two (pre-assembled) sub-assemblies: the transformer assembly 5 and the rectifier assembly 14, which are directly assembled and spatially direct ( axial) can be positioned next to each other.

Eine alternative Ausführung der Gleichrichteranordnung 14 ist in 5 sowie als Explosionsdarstellung in 6 dargestellt.An alternative embodiment of the rectifier arrangement 14 is shown in 5 as well as an exploded view in 6 shown.

Die Gleichrichteranordnung 14 der 5 und 6 unterscheidet sich darin von der zuvor Beschriebenen, dass auf den Kühlkörper 25 verzichtet wird. Stattdessen können die Leiterplatte 23 und die Dioden 16 mit einem speziellen Duroplast umspritzt werden, welcher als besondere Materialeigenschaft über eine im Vergleich zu konventionellen Duroplasten deutlich erhöhte thermische Leitfähigkeit besitzt. Derartige Werkstoffe sind sowohl Gegenstand der Forschung als auch bereits auf dem Markt verfügbar. Die erhöhte Wärmeleitfähigkeit wird beispielsweise durch keramische Zusätze erreicht. Vorteilhaft ist eine thermische Leitfähigkeit von größer 2 W/mK, insbesondere aber von größer 10 W/mK. Die Umspritzung vereint somit den mechanischen und chemischen Schutz der Bauelemente mit der Funktion der Wärmeableitung und des Kühlkörpers. Auf diese Art und Weise kann für die Leiterplatte 23 ein axial vorderer und axial hinterer Thermo-Leit-Verguss 29 bzw. 30 erzeugt werden. Dies bietet Vorteile bei der geometrischen Gestaltung, spart ein Bauteil ein und ermöglicht es auch insbesondere, die Leiterplatte 23 beidseitig zu bestücken, wie es die 6 dargestellt. Hierdurch können kleinere Dioden 16 verwendet oder eine höhere Stromtragfähigkeit erreicht werden.The rectifier arrangement 14 of 5 and 6 differs from that described above in that the heat sink 25 is omitted. Instead, the circuit board 23 and the diodes 16 can be overmolded with a special thermoset, which has a special material property of significantly increased thermal conductivity compared to conventional thermosets. Such materials are both the subject of research and already available on the market. The increased thermal conductivity is achieved, for example, by ceramic additives. A thermal conductivity of greater than 2 W/mK, but in particular greater than 10 W/mK, is advantageous. The overmolding thus combines the mechanical and chemical protection of the components with the function of heat dissipation and the heat sink. In this way, an axially front and axially rear thermal conductive potting 29 and 30 can be produced for the circuit board 23. This offers advantages in geometric design, saves a component and also makes it possible, in particular, to use the ladder plate 23 to be equipped on both sides as required 6 shown. This allows smaller diodes 16 to be used or a higher current carrying capacity to be achieved.

Die Leiterplatte 23 als Träger der Gleichrichterdioden 16 kann also mit einem duroplastischen Kunststoff mit einer erhöhten thermischen Leitfähigkeit vergossen werden. Der Verguss 29, 30 kombiniert elektrische Isolation, chemischen Schutz, mechanischen Schutz und Wärmeabfuhr in einem. Besonders interessant ist dies in Kombination mit einer beidseitig bestückten Leiterplatte.The circuit board 23 as a carrier for the rectifier diodes 16 can therefore be cast with a thermoset plastic with increased thermal conductivity. The potting 29, 30 combines electrical insulation, chemical protection, mechanical protection and heat dissipation in one. This is particularly interesting in combination with a circuit board populated on both sides.

Eine weitere Ausführung zeigen 7 und 8. Hierbei ist die Übertragereinrichtung 5 wie aus 3 bekannt gestaltet und mittels axialer Pressfit-Verbindung mit der Gleichrichteranordnung 14 gekoppelt. Die Gleichrichteranordnung 14 umfasst wiederum eine (ringförmige) Leiterplatte 23, welche Leiterbahnen der Gleichrichterschaltung sowie elektrische Anschlüsse zur Sekundärseite der Übertragereinrichtung 5 sowie zur Rotorwicklung (nicht dargestellt) bereitstellt. Die Gleichrichterdioden 16 sind hier jedoch in sogenannter THT-Ausführung („through hole technology“) gestaltet und stehend auf der Rückseite der Leiterplatte 23 angebracht. Anschlusspins der Dioden 16 sind beispielsweise auf der Vorderseite der Leiterplatte 23 mit den Leiterbahnen verlötet. Zum Schutz der Leiterplatte 23 und der Kontakte dient wieder ein Leiterplatten-Verguss 31 axial zwischen Transformator 5 und Leiterplatte 23. Der Leiterplatten-Verguss 31 umgibt die Leiterplatte 23 auch radial.Show another version 7 and 8th . Here the transmitter device 5 is as shown 3 designed in a known manner and coupled to the rectifier arrangement 14 by means of an axial press-fit connection. The rectifier arrangement 14 in turn comprises a (ring-shaped) circuit board 23, which provides conductor tracks of the rectifier circuit as well as electrical connections to the secondary side of the transformer device 5 and to the rotor winding (not shown). However, the rectifier diodes 16 are designed here in a so-called THT version (“through hole technology”) and are mounted standing on the back of the circuit board 23. Connection pins of the diodes 16 are, for example, soldered to the conductor tracks on the front of the circuit board 23. To protect the circuit board 23 and the contacts, a circuit board potting 31 is used axially between the transformer 5 and the circuit board 23. The circuit board potting 31 also surrounds the circuit board 23 radially.

Der Verguss 31 ist hier so ausgeführt, dass er radial und axial um die Leiterplatte 23 außen herum ragt und zudem einen Kühlkörper 32 für die Gleichrichterdioden 16 an dessen Außenkontur fasst. Der Kühlkörper 32 umgibt die THT-Gleichrichterdioden 16 radial und weist auf seiner Innenseite Anlageflächen für die Gleichrichterdioden 16 auf. Die Gleichrichterdioden 16 können so vom Kühlkörper 32 nach radial außen hin gegenüber der Fliehkraft abgestützt werden. Die Gleichrichterdioden 16 können beispielsweise über radiale Stifte 33 mit dem Kühlkörper 32 verbunden sein. Zwischen den Dioden 16 und dem Kühlkörper 32 können zudem Isolierelemente 34 zur elektrischen Isolation vorgesehen sein. Auf der Außenseite des Kühlkörpers 32 kann sich, wie in 8 ersichtlich, eine wellen- oder rippenförmige Struktur befinden. Dadurch wird einerseits die Oberfläche des Kühlkörpers 32 vergrößert, um die Abgabe von Wärme z.B. an das umgebende Kühlöl zu vergrößern. Andererseits wird dadurch beim Einpressen des Kühlkörpers 32 in die Rotorhohlwelle (nicht dargestellt) die Kontaktfläche zwischen der Welle und dem Kühlkörper 32 verringert und dadurch weniger Wärme von der Welle 2 in den Kühlkörper 32 eingebracht.The potting 31 is designed here so that it protrudes radially and axially around the outside of the circuit board 23 and also holds a heat sink 32 for the rectifier diodes 16 on its outer contour. The heat sink 32 surrounds the THT rectifier diodes 16 radially and has contact surfaces for the rectifier diodes 16 on its inside. The rectifier diodes 16 can thus be supported radially outwards by the heat sink 32 against the centrifugal force. The rectifier diodes 16 can be connected to the heat sink 32, for example via radial pins 33. Insulating elements 34 for electrical insulation can also be provided between the diodes 16 and the heat sink 32. On the outside of the heat sink 32, as in 8th visible, there is a wave or rib-shaped structure. On the one hand, this increases the surface area of the heat sink 32 in order to increase the release of heat, for example to the surrounding cooling oil. On the other hand, when the heat sink 32 is pressed into the hollow rotor shaft (not shown), the contact area between the shaft and the heat sink 32 is reduced and less heat is introduced from the shaft 2 into the heat sink 32.

Eine weitere Ausführung zeigen 9 und 10. Die Übertragereinrichtung 5 ist wiederum nach dem bekannten Prinzip aufgebaut, die Gleichrichteranordnung 14 unterscheidet sich jedoch in ihrem Aufbau. Hier kommt ein sogenannter Komponententräger 35 für die Gleichrichterdioden 16 und den Kühlkörper 32 zum Einsatz. Der Komponententräger 35 umfasst einen Grundkörper 36 aus Kunststoff und ein in diesen eingebettetes Stanzgitter 37. Der Grundkörper 36 kann also durch eine Kunststoffumspritzung des Stanzgitters 37 gebildet werden, stellt eine elektrische Isolation aller Leiter dar und stützt mechanisch das Stanzgitter 37. Das Stanzgitter 37 bildet die Leiterbahnen zur Verschaltung der Gleichrichterschaltung mit den Dioden 16 und den Kontaktierungen zur sekundärseitigen Wicklung 12 und zur Rotorwicklung. Die axialen Kontaktstifte 22 der Pressfit-Verbindung können vorliegend in entsprechende axiale Öffnungen des Komponententrägers 35 und des Stanzgitters 37 gesteckt werden. Zudem nimmt der Komponententräger 35 den Kühlkörper 32 an dessen äußeren Kontur auf. Das heißt, der Komponententräger 35 umfasst den Kühlkörper 32 radial und axial zumindest teilweise. Die Dioden 16 können radial zwischen den Komponententräger 35 und den Kühlkörper 32 geklemmt werden. An einer Vorder- bzw. Stirnseite des Grundkörpers 36 können axiale Nasen 38 ausgebildet sein, um eine definierte Punktanlage am sekundärseitigen Ferritkern 7 der Übertragereinrichtung 5 zu gewährleisten.Show another version 9 and 10 . The transformer device 5 is again constructed according to the known principle, but the rectifier arrangement 14 differs in its structure. Here a so-called component carrier 35 is used for the rectifier diodes 16 and the heat sink 32. The component carrier 35 comprises a base body 36 made of plastic and a lead frame 37 embedded in it. The base body 36 can therefore be formed by a plastic injection molding of the lead frame 37, represents electrical insulation of all conductors and mechanically supports the lead frame 37. The lead frame 37 forms the Conductor tracks for interconnecting the rectifier circuit with the diodes 16 and the contacts to the secondary winding 12 and to the rotor winding. In the present case, the axial contact pins 22 of the press-fit connection can be inserted into corresponding axial openings in the component carrier 35 and the lead frame 37. In addition, the component carrier 35 accommodates the heat sink 32 on its outer contour. This means that the component carrier 35 encompasses the heat sink 32 at least partially radially and axially. The diodes 16 can be clamped radially between the component carrier 35 and the heat sink 32. Axial lugs 38 can be formed on a front or end face of the base body 36 in order to ensure a defined point contact on the secondary-side ferrite core 7 of the transmitter device 5.

Die hier beschriebenen Bauteile sind wirtschaftlich herstellbar und können hohe mechanische Belastungen in Folge von Fliehkraft und Vibrationen sowie thermische Belastungen durch Eigen- als auch Fremderwärmung ertragen. Ebenso ist ein Schutz gegenüber chemischer Reaktion mit umgebendem Kühlöl gegeben.The components described here can be manufactured economically and can withstand high mechanical loads as a result of centrifugal force and vibrations as well as thermal loads due to internal and external heating. There is also protection against chemical reactions with the surrounding cooling oil.

Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.Furthermore, the following claims are hereby incorporated into the detailed description, whereby each claim may stand on its own as a separate example. While each claim can stand on its own as a separate example, it should be noted that - although a dependent claim may refer to a particular combination with one or more other claims in the claims - other examples also include a combination of the dependent claim with the subject matter of each may include other dependent or independent claims. Such combinations are explicitly suggested here, unless it is stated that a particular combination is not intended. Furthermore, features of a claim should also be included for any other independent claim, even if that claim is not made directly dependent on the independent claim.

BezugszeichenReference symbols

11
RotoranordnungRotor arrangement
22
Hohlwellehollow shaft
33
RotorblechpaketRotor lamination package
44
Statorfeste ÖllanzeStator-proof oil lance
55
induktive Übertragereinrichtunginductive transmitter device
66
Primärseitiger FerritkernPrimary side ferrite core
77
Sekundärseitiger FerritkernSecondary side ferrite core
88th
Äußerer LuftspaltExternal air gap
99
Innerer LuftspaltInternal air gap
1010
Primärseitige WicklungPrimary side winding
1111
Primärseitiger WicklungsträgerPrimary side winding carrier
1212
Sekundärseitige WicklungSecondary side winding
1313
Sekundärseitiger WicklungsträgerSecondary winding carrier
1414
GleichrichteranordnungRectifier arrangement
1515
GleichrichtergehäuseRectifier housing
1616
Gleichrichterdioderectifier diode
1717
IsolierpadInsulation pad
1818
Kontaktierungspincontact pin
1919
Primärseitiger WicklungsvergussPrimary-side winding potting
2020
Sekundärseitiger WicklungsvergussSecondary winding potting
2121
Isolierunginsulation
2222
KontaktstiftContact pin
2323
LeiterplatteCircuit board
2424
AnschlussbuchseConnection socket
2525
KühlkörperHeat sink
2626
Schraubenscrews
2727
ViaVia
2828
VergussmassePotting compound
2929
axial vorderer Thermo-Leit-Vergussaxial front thermal conductive potting
3030
axial hinterer Thermo-Leit-Vergussaxially rear thermal conductive potting
3131
Leiterplatten-VergussPCB potting
3232
KühlkörperHeat sink
3333
StiftPen
3434
IsolierelementInsulating element
3535
KomponententrägerComponent carrier
3636
GrundkörperBasic body
3737
Stanzgitterpunched grid
3838
axiale Nasenaxial noses

Claims (15)

Eine Rotoranordnung (1) für eine fremderregte Synchronmaschine, die Rotoranordnung umfassend eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle (2) für wenigstens eine Erregerwicklung; einen innerhalb der Rotorwelle (2) angeordneten Transformator (5) zur berührungslosen Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung benötigten Stroms auf die Erregerwicklung, wobei der Transformator (5) eine statorfeste Primärseite und eine mit der Rotorwelle drehfest gekoppelte Sekundärseite aufweist; und einen innerhalb der Rotorwelle (2) angeordneten und elektrisch zwischen die Sekundärseite des Transformators (5) und die Erregerwicklung gekoppelten Gleichrichter (14), wobei die Sekundärseite des Transformators (5) und der Gleichrichter (4) über eine axiale elektrisch leitfähige Pressfit-Verbindung (22) miteinander gekoppelt sind.A rotor arrangement (1) for a separately excited synchronous machine, comprising the rotor arrangement a rotor shaft (2) designed as a hollow shaft for at least one field winding; a transformer (5) arranged within the rotor shaft (2) for the contactless transmission of a current required for rotor field generation to the excitation winding, the transformer (5) having a stator-fixed primary side and a secondary side coupled in a rotationally fixed manner to the rotor shaft; and a rectifier (14) arranged within the rotor shaft (2) and electrically coupled between the secondary side of the transformer (5) and the field winding, the secondary side of the transformer (5) and the rectifier (4) being connected via an axial electrically conductive press-fit connection ( 22) are coupled to each other. Die Rotoranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Gleichrichter (14) einen Träger (23; 35) für Gleichrichterdioden (16) aufweist, wobei wenigstens ein elektrisch leitfähiger Kontaktstift (22) der Pressfit-Verbindung eine sekundärseitige Wicklung (12) des Transformators (5) elektrisch mit einer metallisierten Durchkontaktierung des Trägers (23; 35) koppelt.The rotor arrangement (1) according to Claim 1 , wherein the rectifier (14) has a carrier (23; 35) for rectifier diodes (16), wherein at least one electrically conductive contact pin (22) of the press-fit connection electrically connects a secondary-side winding (12) of the transformer (5) with a metallized through-hole of the carrier (23; 35). Die Rotoranordnung (1) nach Anspruch 2, wobei der Träger (23; 35) ein elektrisch leitfähiges Stanzgitter (37) zur elektrischen Verbindung der Sekundärseite des Transformators (5) mit den Gleichrichterdioden (16) aufweist.The rotor arrangement (1) according to Claim 2 , wherein the carrier (23; 35) has an electrically conductive lead frame (37) for electrically connecting the secondary side of the transformer (5) to the rectifier diodes (16). Die Rotoranordnung (1) nach Anspruch 2, wobei der Träger eine Leiterplatte (23) als Substrat für die Gleichrichterdioden (16) aufweist.The rotor arrangement (1) according to Claim 2 , wherein the carrier has a circuit board (23) as a substrate for the rectifier diodes (16). Die Rotoranordnung (1) nach Anspruch 4, wobei die Leiterplatte (23) als IMS-Leiterplatte ausgebildet ist und/oder Vias (27) aufweist, um Wärme vom Gleichrichter (14) abzutransportieren.The rotor arrangement (1) according to Claim 4 , wherein the circuit board (23) is designed as an IMS circuit board and / or has vias (27) in order to transport heat away from the rectifier (14). Die Rotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Gleichrichterdioden (16) als SMD-Bauteile oder als THT-Bauteile ausgeführt sind.The rotor arrangement (1) according to one of the Claims 2 until 5 , whereby the rectifier diodes (16) are designed as SMD components or as THT components. Die Rotoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Träger (23; 35) und die Gleichrichterdioden (16) mit einer Vergussmasse (28; 29; 30) vergossen ausgebildet sind.The rotor arrangement (1) according to one of the Claims 2 until 6 , wherein the carrier (23; 35) and the rectifier diodes (16) are cast with a casting compound (28; 29; 30). Die Rotoranordnung (1) nach Anspruch 7, wobei die Vergussmasse (28; 29; 30) eine thermische Leitfähigkeit höher als 2 W/mK aufweist.The rotor arrangement (1) according to Claim 7 , wherein the casting compound (28; 29; 30) has a thermal conductivity higher than 2 W/mK. Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichrichter (14) wenigstens eine Klemmbuchse (24) aufweist, um den Gleichrichter ausgangsseitig elektrisch mit der Erregerwicklung über wenigstens eine radiale Anschlussleitung zu koppeln.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the rectifier (14) has at least one clamping socket (24) in order to electrically couple the rectifier on the output side to the field winding via at least one radial connecting line. Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichrichter (14) einen Kühlkörper (25; 32) aufweist, der an einem axialen Ende des Gleichrichters ausgebildet ist oder Gleichrichterdioden (16) des Gleichrichters radial umgibt.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the rectifier (14) has a heat sink (25; 32) which is formed at an axial end of the rectifier or radially surrounds rectifier diodes (16) of the rectifier. Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine primärseitige und eine sekundärseitige Wicklung (10; 12) des Transformators (5) jeweils als Flachbandwicklung ausgebildet sind.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein a primary-side and a secondary-side winding (10; 12) of the transformer (5) are each designed as a flat strip winding. Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen axial in einen Hohlraum der Rotorwelle (2) hineinragenden, statorfesten Träger (4), der mechanisch mit der Primärseite des Transformators (4) gekoppelt ist.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, further comprising a stator-fixed carrier (4) which projects axially into a cavity of the rotor shaft (2) and is mechanically coupled to the primary side of the transformer (4). Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transformator (5) einen statorfesten, primärseitigen Ferritkern (6) umfasst, in welchen eine primärseitige Wicklung (10) des Transformators eingelegt ist, und einen relativ zum primärseitigen Ferritkern verdrehbaren mit der Rotorwelle (2) drehfest gekoppelten sekundärseitigen Ferritkern (7) umfasst, in welchen eine sekundärseitige Wicklung (12) des Transformators eingelegt ist.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the transformer (5) comprises a stator-fixed, primary-side ferrite core (6), in which a primary-side winding (10) of the transformer is inserted, and a rotatable relative to the primary-side ferrite core with the rotor shaft (2) comprises a non-rotatably coupled secondary-side ferrite core (7), in which a secondary-side winding (12) of the transformer is inserted. Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Erregerwicklung axial von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich entlang der Rotorwelle (2) erstreckt und wobei Transformator (5) und Gleichrichter (14) axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich der Erregerwicklung innerhalb der Rotorwelle (2) angeordnet ist.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the field winding extends axially from an initial region to an end region along the rotor shaft (2) and wherein the transformer (5) and rectifier (14) axially between the initial region and the end region of the field winding is arranged within the rotor shaft (2). Die Rotoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Außendurchmesser eines Gehäuses (21) des Transformators (5) und ein Außendurchmesser eines Gehäuses des Gleichrichters (14) an einen Innendurchmesser der Rotorwelle (2) angepasst sind.The rotor arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein an outer diameter of a housing (21) of the transformer (5) and an outer diameter of a housing of the rectifier (14) are adapted to an inner diameter of the rotor shaft (2).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4012546A1 (en) 1990-04-19 1991-10-24 Siemens Ag TURN DETECTOR
DE102020216485A1 (en) 2020-12-22 2022-06-23 Mahle International Gmbh Rotatable electrical rectifier for a separately excited synchronous machine

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9010109D0 (en) * 1990-05-04 1990-06-27 Lucas Ind Plc A rotatable rectifier assembly
US6483218B1 (en) * 1999-05-20 2002-11-19 Alex Petrinko Brushless electric exciter for dynamoelectric machines
EP1697190A2 (en) * 2003-12-17 2006-09-06 Continental Teves AG & Co. oHG Electronic control unit for motor vehicle braking systems
US7230363B2 (en) * 2004-03-30 2007-06-12 Honeywell International, Inc. Low profile generator configuration
US8542085B2 (en) * 2011-02-28 2013-09-24 GM Global Technology Operations LLC High frequency rotary transformer for synchronous electrical machines
DE102012021600B4 (en) * 2012-11-06 2022-05-19 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg electric motor
KR101725422B1 (en) * 2015-04-28 2017-04-11 주식회사 만도 Motor for vehicle
US11139723B2 (en) * 2017-04-28 2021-10-05 Hamilton Sundstrand Corporation Rotating rectifier assembly
DE102017214776A1 (en) * 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh A method of manufacturing a rotor for an electric machine with non-contact power transmission system and rotor, electric machine and motor vehicle
DE102020206998B4 (en) * 2019-06-19 2023-02-23 Universität Stuttgart, Körperschaft Des Öffentlichen Rechts Method for increasing the efficiency of a power transmission device, power transmission device and use of an electrically conductive material
US11374456B2 (en) * 2019-08-01 2022-06-28 Hamilton Sundstrand Corporation Generator main field connection

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4012546A1 (en) 1990-04-19 1991-10-24 Siemens Ag TURN DETECTOR
DE102020216485A1 (en) 2020-12-22 2022-06-23 Mahle International Gmbh Rotatable electrical rectifier for a separately excited synchronous machine

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