DE102023200309A1 - Rotor for a separately excited synchronous machine - Google Patents

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Rainer Leutenmaier
Michael Rehermann
Christoph Schmülling
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Mahle International GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine fremderregte Synchronmaschine (2),- mit auf einer Rotorwelle (3) drehfest angeordneten Blechpaketen (4), die Rotorwicklungen (5) mit Wickelköpfen (6) aufnehmen, wobei die Wickelköpfe (6) über eine Stirnseite (8) der Blechpakete (4) überstehen,- mit einem Gleichrichter (7),- wobei zwischen zumindest einem Wickelkopf (6) und der zugehörigen Stirnseite (8) der Blechpakete (4) ein Bauraum (9) angeordnet ist.Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Gleichrichter (7) zumindest teilweise in dem Bauraum (9) angeordnet ist. Hierdurch kann eine kompakte Bauweise erreicht werden.The invention relates to a rotor (1) for a separately excited synchronous machine (2),- with laminated cores (4) arranged on a rotor shaft (3) in a rotationally fixed manner, which accommodate rotor windings (5) with winding heads (6), wherein the winding heads (6) protrude beyond an end face (8) of the laminated cores (4),- with a rectifier (7),- wherein an installation space (9) is arranged between at least one winding head (6) and the associated end face (8) of the laminated cores (4).It is essential to the invention that the rectifier (7) is arranged at least partially in the installation space (9). This makes it possible to achieve a compact design.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine fremderregte Synchronmaschine mit einem solchen Rotor.The invention relates to a rotor for a separately excited synchronous machine according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a separately excited synchronous machine with such a rotor.

Aus der DE 10 2016 216 180 A1 ist ein Rotor mit einem auf einer Rotorwelle angeordneten Rotorkern bekannt, der Rotorwicklungen mit Wickelköpfen aufnimmt. Die Wickelköpfe stehen dabei über eine Stirnseite des Rotorkerns über. Ebenfalls auf dem Rotor angeordnet ist ein Gleichrichter zur Gleichrichtung eines Induktionsstroms. Der Gleichrichter ist dabei axial benachbart zu den Rotorwicklungen sowie außerhalb derselben angeordnet, wodurch die Anordnung des Gleichrichters zusätzlichen axialen Bauraum erfordert.From the EN 10 2016 216 180 A1 A rotor with a rotor core arranged on a rotor shaft is known, which accommodates rotor windings with winding heads. The winding heads protrude over one end of the rotor core. A rectifier for rectifying an induced current is also arranged on the rotor. The rectifier is arranged axially adjacent to the rotor windings and outside of them, whereby the arrangement of the rectifier requires additional axial installation space.

Aus der EP 2 267 883 B1 ist es bekannt, im Bereich von Wickelköpfen von Rotorwicklungen eines Rotors eines kommutierten Elektromotors Einfügeteile aus einem Material hoher oder niedriger magnetischer Permeabilität anzuordnen, um die Streuinduktivität in diesem Bereich zu beeinflussen.From the EP 2 267 883 B1 It is known to arrange insert parts made of a material of high or low magnetic permeability in the region of winding heads of rotor windings of a rotor of a commutated electric motor in order to influence the leakage inductance in this region.

Aus der US 6 515 383 A sowie der US 2009 / 195 092 A1 sind fluidgekühlte Elektromotoren bekannt.From the US 6 515 383 A and the US 2009 / 195 092 A1 Fluid-cooled electric motors are known.

Sogenannte elektrisch fremderregte Synchronmaschinen benötigen einen elektrischen Gleichstrom zur Erzeugung des magnetischen Rotorfeldes. Dieser Vorgang wird als „Rotorerregung“ bezeichnet. Bei herkömmlichen Synchronmaschinen wird der Rotorstrom als elektrischer Gleichstrom mithilfe sogenannter Kohlebürste-Schleifring-Kontakte auf den sich drehenden Rotor übertragen. Als nachteilig daran erweist sich, dass sich die Kohlebürsten gerade bei hohen Drehzahlen verschleißbedingt abnutzen und dabei unerwünschten elektrisch leitenden Kohlestaub erzeugen können.So-called electrically separately excited synchronous machines require a direct electrical current to generate the magnetic rotor field. This process is known as "rotor excitation". In conventional synchronous machines, the rotor current is transferred to the rotating rotor as a direct electrical current using so-called carbon brush slip ring contacts. The disadvantage of this is that the carbon brushes wear out due to wear, especially at high speeds, and can generate undesirable electrically conductive carbon dust.

Alternativ zu einer solchen Übertragung des elektrischen Gleichstroms mit Hilfe von Schleifringen ist es bekannt, die elektrische Energieübertragung auf den sich drehenden Drehtransformator-Rotor induktiv, also drahtlos, zu realisieren. Ein solcher Aufbau wird als Teil einer fremderregten Synchronmaschine auch als „Drehtransformator“ oder „rotierender Planartransformator“ bezeichnet.As an alternative to such a transfer of direct current using slip rings, it is known to transfer electrical energy to the rotating rotary transformer rotor inductively, i.e. wirelessly. Such a structure is also referred to as a "rotary transformer" or "rotating planar transformer" as part of a separately excited synchronous machine.

Das Funktionsprinzip besagter induktiver Energieübertragung basiert auf einem elektrischen Transformator, wobei die Primärspule des Transformators am Stator des Drehtransformators bzw. der Synchronmaschine angeordnet ist und die Sekundärspule am sich drehenden Rotor. Da bei der induktiven Energieübertragung in der Sekundärspule zunächst immer eine elektrische Wechselspannung induziert wird, ist es erforderlich, die induzierte elektrische Wechselspannung mithilfe einer geeigneten Gleichrichter-Schaltung, die ebenfalls am Rotor angeordnet sein kann, elektrisch gleichzurichten, also in eine elektrische Gleichspannung umzuwandeln.The functional principle of said inductive energy transfer is based on an electrical transformer, whereby the primary coil of the transformer is arranged on the stator of the rotary transformer or the synchronous machine and the secondary coil on the rotating rotor. Since an electrical alternating voltage is always induced in the secondary coil during inductive energy transfer, it is necessary to electrically rectify the induced electrical alternating voltage using a suitable rectifier circuit, which can also be arranged on the rotor, i.e. to convert it into an electrical direct voltage.

Nachteilig bei einem am drehenden Rotor angeordneten Gleichrichter sind die im Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen sowie eine vergleichsweise komplexe Konstruktion, da auf dem Rotor die Rotorwicklungen, ein Auswuchtring, der Gleichrichter sowie stirnseitig der Rotorwicklungen Wickelköpfe der Rotorwicklungen untergebracht werden müssen. Die Wickelköpfe der Rotorwicklungen und die Gleichrichter benötigen dabei Bauraum, was insbesondere für eine kompakte Bauweise nachteilig ist.The disadvantages of a rectifier arranged on the rotating rotor are the mechanical loads that occur during operation and a comparatively complex construction, since the rotor windings, a balancing ring, the rectifier and the winding heads of the rotor windings on the front side of the rotor windings have to be accommodated on the rotor. The winding heads of the rotor windings and the rectifiers require installation space, which is particularly disadvantageous for a compact design.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen reduzierten Bauraumbedarf auszeichnet.The present invention therefore addresses the problem of providing an improved or at least an alternative embodiment for a rotor for a separately excited synchronous machine, which is characterized in particular by a reduced installation space requirement.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen bislang nicht genutzten Bauraum unterhalb von Wickelköpfen von Rotorwicklungen eines Rotors für eine fremderregte Synchronmaschine zu nutzen und dort zumindest Teile eines Gleichrichters, vorzugsweise diesen sogar komplett dort anzubringen. Ein derartiger Gleichrichter war bei vergleichbaren Elektromotoren aus dem Stand der Technik axial versetzt und außerhalb der Wickelköpfe angeordnet und erforderte deshalb zusätzlichen axialen Bauraumbedarf, was zu einer generellen Verlängerung des Rotors und damit auch zu einer Vergrößerung des Elektromotors führte. Der erfindungsgemäße Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine besitzt eine Rotorwelle, auf der drehfest angeordnete Blechpakete bzw. generell ein Rotorkern angeordnet sind/ist, auf welchen/welchem Rotorwicklungen mit Wickelköpfen aufgewickelt sind. Generell kann in der vorliegenden Anmeldung der Begriff „Blechpakete“ synonym für einen Rotorkern verwendet werden. Die Wickelköpfe stehen dabei über eine Stirnseite der Blechpakete bzw. des Rotorkerns über und ändern dort ihre Richtung. Ebenfalls vorgesehen ist ein Gleichrichter zum Gleichrichten eines Wechselstroms. Zwischen zumindest einem Wickelkopf und der zugehörigen Stirnseite der Blechpakete bzw. des Rotorkerns ist dabei ein Bauraum vorhanden, der bislang ungenutzt ist und in dem erfindungsgemäß nun zumindest Teile des Gleichrichters angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, zumindest Teile des Gleichrichters unterhalb der Wickelköpfe, d. h. zwischen denselben und den Blechpaketen anzuordnen und dadurch auf eine Anordnung des Gleichrichters axial versetzt und außerhalb der Wickelköpfe zu verzichten, wodurch eine besonders kompakte Bauweise des Rotors und damit indirekt auch einer mit einem solchen Rotor ausgestatteten Synchronmaschine erreicht werden kann.The present invention is based on the general idea of using a previously unused installation space below the winding heads of rotor windings of a rotor for a separately excited synchronous machine and installing at least parts of a rectifier there, preferably even the entire rectifier. In comparable electric motors from the prior art, such a rectifier was axially offset and arranged outside the winding heads and therefore required additional axial installation space, which led to a general lengthening of the rotor and thus also to an increase in the size of the electric motor. The rotor according to the invention for a separately excited synchronous machine has a rotor shaft on which non-rotatably arranged laminated cores or generally a rotor core are arranged, on which rotor windings with winding heads are wound. In general, the term "laminated cores" can be used synonymously for a rotor core in the present application. The winding heads protrude over one end of the laminated cores or the rotor core and change their direction there. A rectifier for rectifying an alternating current is also provided. There is a space between at least one winding head and the corresponding front side of the laminated core or the rotor core that has so far been unused. and in which, according to the invention, at least parts of the rectifier are now arranged. This makes it possible to arrange at least parts of the rectifier below the winding heads, ie between them and the laminated cores, and thus to dispense with an arrangement of the rectifier axially offset and outside the winding heads, whereby a particularly compact design of the rotor and thus indirectly also of a synchronous machine equipped with such a rotor can be achieved.

Zweckmäßig besitzt der Gleichrichter eine Leiterplatte und zumindest ein darauf angeordnetes Elektronikbauteil, insbesondere eine Diode. Derartige Dioden sind beispielsweise als Halbleiterdioden ausgebildet und dienen dem Gleichrichter des beispielsweise von einem Drehtransformator abgegebenen Wechselstroms, um nachfolgend in den Rotorwicklungen ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen zu können.The rectifier expediently has a circuit board and at least one electronic component arranged thereon, in particular a diode. Such diodes are designed, for example, as semiconductor diodes and are used to rectify the alternating current emitted, for example, by a rotary transformer in order to subsequently be able to generate a corresponding magnetic field in the rotor windings.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors besitzt die Leiterplatte zumindest zwei Arme, vorzugsweise vier Arme, die sich jeweils in einen zugehörigen Bauraum unterhalb eines zugehörigen Wickelkopfs erstrecken.In an advantageous development of the rotor according to the invention, the circuit board has at least two arms, preferably four arms, each of which extends into an associated installation space below an associated winding head.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist dabei die Leiterplatte eine der Anzahl der Bauräume entsprechende Anzahl an Armen auf, sodass sich in jeden Bauraum zwischen zugehörigem Wickelkopf und Stirnseite der Blechpakete bzw. des Rotorkerns, ein zugehöriger Arm mit zugehörigen Elektronikbauteilen erstreckt. Dabei kann der Gleichrichter selbst unwuchtfrei ausgebildet sein, oder eine gewisse Unwucht aufweisen, welche durch einen ebenfalls an dem Rotor angeordneten Auswuchtring kompensierbar ist.In a particularly preferred embodiment, the circuit board has a number of arms corresponding to the number of installation spaces, so that an associated arm with associated electronic components extends into each installation space between the associated winding head and the front side of the laminated cores or the rotor core. The rectifier itself can be designed to be unbalanced or have a certain imbalance, which can be compensated for by a balancing ring also arranged on the rotor.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors sind die Arme in Radialrichtung bezüglich einer Rotorachse ausgerichtet. Die Arme können dabei an einem innen liegenden Ende miteinander, insbesondere über einen Ring, verbunden sein. An ihrem äußeren Ende können sich die Arme beispielsweise direkt oder indirekt an dem Auswuchtring abstützen, wodurch nachteilig beim Betrieb der fremderregten Synchronmaschine auftretende Fliehkräfte abgestützt werden können. Dabei kann sich der Gleichrichter über seine Leiterplatte bzw. Arme der Leiterplatte und/oder über einzelne Elektronikbauteile an dem Auswuchtring abstützen, wodurch eine Fliehkraftbelastung für den Gleichrichter insgesamt reduziert werden kann.In an advantageous development of the rotor according to the invention, the arms are aligned in the radial direction with respect to a rotor axis. The arms can be connected to one another at an inner end, in particular via a ring. At their outer end, the arms can be supported directly or indirectly on the balancing ring, for example, whereby centrifugal forces that occur disadvantageously during operation of the separately excited synchronous machine can be supported. The rectifier can be supported on the balancing ring via its circuit board or arms of the circuit board and/or via individual electronic components, whereby centrifugal force loading for the rectifier can be reduced overall.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors sind die Arme des Gleichrichters bzw. dessen Leiterplatte in Radialrichtung kürzer ausgebildet als die Blechpakete bzw. der Rotorkern, sodass beispielsweise ein Auswuchtring über die Wickelköpfe und die darin angeordneten Gleichrichterbestandteile geschoben werden kann. Der Auswuchtring kann in diesem Fall direkt mit den Blechpaketen bzw. dem Rotorkern verbunden sein.In a particularly preferred embodiment of the rotor according to the invention, the arms of the rectifier or its circuit board are designed to be shorter in the radial direction than the laminated cores or the rotor core, so that, for example, a balancing ring can be pushed over the winding heads and the rectifier components arranged therein. In this case, the balancing ring can be connected directly to the laminated cores or the rotor core.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors sind die Elektronikbauteile des Gleichrichters von zugehörigen Wickelköpfen umschlossen. Hierdurch kann eine geschützte Anordnung der Elektronikbauteile unterhalb der Wickelköpfe erreicht werden, wodurch ein Risiko der Beschädigung derartiger Elektronikbauteile reduziert und dadurch die Funktionsfähigkeit und/oder die Lebensdauer des Rotors und damit der mit einem solchen Rotor ausgestatteten fremderregten Synchronmaschine gesteigert werden können.In an advantageous development of the rotor, the electronic components of the rectifier are enclosed by associated winding heads. This allows a protected arrangement of the electronic components below the winding heads, which reduces the risk of damage to such electronic components and thus increases the functionality and/or service life of the rotor and thus of the separately excited synchronous machine equipped with such a rotor.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors umgreift der Auswuchtring die Wickelköpfe an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite. Der Auswuchtring verläuft dabei mit seiner Außenmantelfläche vorzugsweise oberflächenfluchtend mit einer Außenmantelfläche der Rotorwicklung bzw. der Blechpakete und kann mit der beschriebenen Form die Wickelköpfe des Rotors einhausen, wodurch diese geschützt angeordnet sind. Der Auswuchtring bildet in diesem Fall somit eine Art Schutzschild für die Wickelköpfe des Rotors und für unterhalb der Wickelköpfe angeordnete Elektronikbauteile bzw. generell Bestandteile des Gleichrichters.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, the balancing ring surrounds the winding heads on an outer surface and on an axial end face. The balancing ring preferably runs with its outer surface flush with an outer surface of the rotor winding or the laminated cores and can enclose the winding heads of the rotor with the described shape, whereby they are arranged in a protected manner. In this case, the balancing ring thus forms a type of protective shield for the winding heads of the rotor and for electronic components arranged below the winding heads or generally components of the rectifier.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steht der Auswuchtring in wärmeübertragendem Kontakt mit der Rotorwelle, wodurch über die Rotorwelle eine Kühlung des Auswuchtrings und darüber der Wickelköpfe bzw. der darunter angeordneten Bestandteile des Gleichrichters ermöglicht wird. Verstärkt werden kann ein derartiger Kühleffekt, der zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der fremderregten Synchronmaschine beitragen kann, durch das Vorsehen eines Kühlkanals in der Rotorwelle, durch welchen ein Kühlmedium strömt.In a further advantageous embodiment, the balancing ring is in heat-transferring contact with the rotor shaft, which enables cooling of the balancing ring and, above it, the winding heads or the components of the rectifier arranged below it via the rotor shaft. Such a cooling effect, which can contribute to increasing the performance of the separately excited synchronous machine, can be enhanced by providing a cooling channel in the rotor shaft through which a cooling medium flows.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist ein Auswuchtring vorgesehen, an dem sich der Gleichrichter abstützt. Hierzu kann der Auswuchtring beispielsweise Stützkonturen aufweisen, an welchen sich eine Leiterplatte bzw. einzelne Elektronikbauteile des Gleichrichters abstützen und dadurch besser vor einer hohen Belastung durch Fliehkräfte geschützt werden können. Durch eine Reduzierung der Fliehkraftbelastung auf den Gleichrichter ist es generell möglich, dessen Belastung zu reduzieren und dadurch dessen Lebensdauer zu erhöhen.In a particularly preferred embodiment of the rotor according to the invention, a balancing ring is provided on which the rectifier is supported. For this purpose, the balancing ring can, for example, have support contours on which a circuit board or individual electronic components of the rectifier are supported and can thus be better protected against high stress caused by centrifugal forces. By reducing the centrifugal force load on the rectifier, it is generally possible to reduce its load and thus increase its service life.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine fremderregte Synchronmaschine mit einem elektrisch bestrombaren Rotor nach einem der vorherigen Absätze auszustatten und dadurch die bezüglich des erfindungsgemäßen Rotors beschriebenen Vorteile auf die erfindungsgemäße Synchronmaschine zu übertragen. Konkret handelt es sich dabei insbesondere um die Möglichkeit einer deutlich kompakteren Bauweise, da für die Anordnung des Gleichrichters kein zusätzlicher axialer Bauraumbedarf außerhalb der Wickelköpfe der Rotorwicklungen mehr vorgesehen werden muss. Durch die Anordnung des Gleichrichters unterhalb der Wickelköpfe kann der Gleichrichter bzw. dessen Elektronikbauteile zugleich geschützt angeordnet werden, wodurch auch hiermit eine Erhöhung der Lebensdauer erreicht werden kann.The present invention is further based on the general idea of equipping a separately excited synchronous machine with an electrically energizable rotor according to one of the previous paragraphs and thereby transferring the advantages described with regard to the rotor according to the invention to the synchronous machine according to the invention. Specifically, this is in particular the possibility of a significantly more compact design, since no additional axial installation space outside the winding heads of the rotor windings has to be provided for the arrangement of the rectifier. By arranging the rectifier below the winding heads, the rectifier and its electronic components can be arranged in a protected manner at the same time, which can also increase the service life.

Eine solche fremderregte Synchronmaschine besitzt dabei beispielsweise einen elektrisch bestrombaren Synchronmaschinen-Stator zum Erzeugen eines magnetischen Statorfeldes sowie den zuvor beschriebenen und gegenüber dem Synchronmaschinen-Stator drehbaren Rotor. Eine solche fremderregte Synchronmaschine, beispielsweise ein Elektromotor, kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt werden, insbesondere auch als Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug.Such a separately excited synchronous machine has, for example, an electrically energizable synchronous machine stator for generating a magnetic stator field and the previously described rotor that can rotate relative to the synchronous machine stator. Such a separately excited synchronous machine, for example an electric motor, can be used in particular in a motor vehicle, in particular in an electric vehicle, in particular also as a traction motor for a motor vehicle.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. Components mentioned above and to be mentioned below of a higher-level unit, such as a device, an apparatus or an arrangement, which are designated separately, can form separate parts or components of this unit or be integral areas or sections of this unit, even if this is shown differently in the drawings.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

  • 1 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Rotor im Bereich eines Wickelkopfes sowie eines darunter angeordneten Gleichrichters,
  • 2 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Synchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor,
  • 3 eine Draufsicht auf einen Teil des erfindungsgemäßen Rotors im Bereich einer Rotorwicklung,
  • 4 eine Frontalansicht auf einen Teil des erfindungsgemäßen Rotors mit Gleichrichter.
Shown schematically:
  • 1 a side view of a rotor according to the invention in the area of a winding head and a rectifier arranged underneath,
  • 2 a sectional view through a synchronous machine according to the invention with a rotor according to the invention,
  • 3 a plan view of a part of the rotor according to the invention in the region of a rotor winding,
  • 4 a front view of a part of the rotor according to the invention with rectifier.

Entsprechend den 1 bis 4 weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 für eine fremderregte Synchronmaschine 2 (vergleiche 2) eine Rotorwelle 3 sowie drehfest darauf angeordnete Blechpakete 4 auf. Analog zu den Blechpaketen 4 kann selbstverständlich auch ein Rotorkern 4' eingesetzt werden. Um die Blechpakete 4 sind Rotorwicklungen 5 mit längsendseitig angeordneten Wickelköpfen 6 gewickelt, wobei die Wickelköpfe 6 über eine Stirnseite 8 der Blechpakete 4 überstehen. Darüber hinaus vorgesehen ist ein Gleichrichter 7 zum Gleichrichten eines Wechselstroms und zum Erzeugen eines Magnetfeldes. Zwischen zumindest einem Wickelkopf 6 und einer zugehörigen Stirnseite 8 der Blechpakete 4 ist dabei ein Bauraum 9 angeordnet, in welchem der Gleichrichter 7 zumindest teilweise angeordnet ist, vgl. insbesondere 1 bis 3.According to the 1 to 4 a rotor 1 according to the invention for a separately excited synchronous machine 2 (see 2 ) has a rotor shaft 3 and laminated cores 4 arranged thereon in a rotationally fixed manner. Analogous to the laminated cores 4, a rotor core 4' can of course also be used. Rotor windings 5 with winding heads 6 arranged at the longitudinal end are wound around the laminated cores 4, the winding heads 6 projecting beyond an end face 8 of the laminated cores 4. In addition, a rectifier 7 is provided for rectifying an alternating current and for generating a magnetic field. Between at least one winding head 6 and an associated end face 8 of the laminated cores 4, a construction space 9 is arranged in which the rectifier 7 is at least partially arranged, cf. in particular 1 to 3 .

Durch die Nutzung des bislang nicht genutzten Bauraums 9 kann der Gleichrichter 7 bauraumoptimiert und insbesondere ohne zusätzlichen außerhalb der Wickelköpfe 6 erforderlichen axialen Bauraum angeordnet werden, wodurch eine Länge des Rotors 1 in Axialrichtung 10 und damit auch eine axiale Länge einer mit einem solchen Rotor 1 ausgestatteten Synchronmaschine 2 reduziert werden kann. Hierdurch kann eine besonders kompakt bauende Synchronmaschine 2 erreicht werden.By using the previously unused installation space 9, the rectifier 7 can be arranged in an installation space-optimized manner and in particular without additional axial installation space required outside the winding heads 6, whereby a length of the rotor 1 in the axial direction 10 and thus also an axial length of a synchronous machine 2 equipped with such a rotor 1 can be reduced. In this way, a particularly compact synchronous machine 2 can be achieved.

Der Gleichrichter 7 besitzt dabei eine Leiterplatte 11 mit darauf angeordneten Elektronikbauteilen 12, beispielsweise Dioden. Die Leiterplatte 11 kann darüber hinaus mehrere Arme 13, insbesondere vier Arme 13 (vergleiche 4) aufweisen, die sich jeweils in einen zugehörigen Bauraum 9 erstrecken und die an einem radial innenliegenden Ende beispielsweise miteinander verbunden sind. Die Arme 13 erstrecken sich dabei in Radialrichtung bezüglich einer Rotorachse 14, welche entsprechend den 2 und 3 in der Blattebene und entsprechend der 4 senkrecht zur Blattebene verläuft.The rectifier 7 has a circuit board 11 with electronic components 12 arranged thereon, for example diodes. The circuit board 11 can also have several arms 13, in particular four arms 13 (see 4 ), which each extend into an associated installation space 9 and which are connected to one another at a radially inner end, for example. The arms 13 extend in the radial direction with respect to a rotor axis 14, which is arranged in accordance with the 2 and 3 in the leaf plane and according to the 4 perpendicular to the sheet plane.

Die Elektronikbauteile 12 sind dabei im Einbauzustand von den Wickelköpfen 6 bzw. einem zugehörigen Wickelkopf 6 umschlossen und dadurch geschützt im Bauraum 9 angeordnet.In the installed state, the electronic components 12 are enclosed by the winding heads 6 or an associated winding head 6 and are thus arranged in a protected manner in the installation space 9.

Weiter vorgesehen sein kann ein Auswuchtring 15 (vergleiche 2 und 3), der die Wickelköpfe 6 an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreift und dadurch ebenfalls eine geschützte Anordnung der Wickelköpfe 6 ermöglicht. Der Gleichrichter 7 kann sich dabei an dem Auswuchtring 15 bzw. an dort angeordneten Abstützkonturen abstützen, wodurch eine auf den Gleichrichter 7 wirkende Fliehkraftbelastung deutlich reduziert werden kann. Denkbar hierbei ist auch, dass sich nur Teile des Gleichrichters 7, beispielsweise dessen Leiterplatte 11 oder zumindest ein Elektronikbauteil 12 an dem Auswuchtring 15 abstützt.A balancing ring 15 may also be provided (see 2 and 3 ), which the winding heads 6 on an outer surface and on an axial end face and thus also enables a protected arrangement of the winding heads 6. The rectifier 7 can be supported on the balancing ring 15 or on support contours arranged there, whereby a centrifugal force load acting on the rectifier 7 can be significantly reduced. It is also conceivable that only parts of the rectifier 7, for example its circuit board 11 or at least one electronic component 12, are supported on the balancing ring 15.

Betrachtet man die 2 und 4 weiter, so kann man erkennen, dass die Rotorwelle 3 einen Kühlkanal 16 aufweist, in welchem ein Kühlmedium 17 strömen kann. Durch das Kühlmedium 17 ist dabei eine Kühlung der Rotorwelle 3 und damit indirekt auch eine Kühlung des Gleichrichters 6 möglich. Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass der Auswuchtring 15 zumindest bereichsweise wärmeübertragend mit der Rotorwelle 3 verbunden ist, wodurch eine Kühlung des Auswuchtrings 15 und darüber eine Kühlung der Wickelköpfe 6 bzw. des darunter angeordneten Gleichrichters 7 ermöglicht wird. Eine Wärmeübertragung kann dabei beispielsweise an einer Stelle 18 erfolgen (vgl. 2), an welcher ein direkter Kontakt zwischen dem Auswuchtring 15 und der Rotorwelle 3 besteht. Eine Kühlung des Auswuchtrings 15 kann selbstverständlich auch über eine indirekte Kühlung der Blechpakete 4 durch die Rotorwelle 3 erfolgen. Der Auswuchtring 15 dient zum Kompensieren von Unwuchten des Rotors 1, beispielsweise auch des Gleichrichters 7, sowie zur Abstützung desselben bzw. der Wickelköpfe 6 und damit zur Reduzierung der Fliehkraftbelastung bei hohen Drehzahlen.Looking at the 2 and 4 further, it can be seen that the rotor shaft 3 has a cooling channel 16 in which a cooling medium 17 can flow. The cooling medium 17 enables cooling of the rotor shaft 3 and thus indirectly also cooling of the rectifier 6. In addition, it is conceivable that the balancing ring 15 is connected to the rotor shaft 3 in a heat-transferring manner at least in some areas, which enables cooling of the balancing ring 15 and, as a result, cooling of the winding heads 6 or the rectifier 7 arranged underneath. Heat transfer can take place, for example, at a point 18 (cf. 2 ), at which there is direct contact between the balancing ring 15 and the rotor shaft 3. Cooling of the balancing ring 15 can of course also be achieved via indirect cooling of the laminated cores 4 through the rotor shaft 3. The balancing ring 15 serves to compensate for imbalances of the rotor 1, for example also of the rectifier 7, as well as to support the same or the winding heads 6 and thus to reduce the centrifugal force load at high speeds.

Zwischen der Stirnseite 8 der Blechpakete 4 und dem zugehörigen Wickelkopf 6 der Rotorwicklung 5 kann ein Wickelkopfträger 21 angeordnet sein, der zur Stützung des Wickelkopfes 6, insbesondere beim Wickeln dient. Zur seitlichen Führung der Rotorwicklung 5 im Bereich des Wickelkopfes 6 sind Vorsprünge in der Art eines Randes vorhanden. Zwischen dem Wickelkopfträger 21 und der Stirnseite 8 des Blechpaktes 4 ist der Bauraum 9 für den Gleichrichter 7 angeordnet.A winding head carrier 21 can be arranged between the front side 8 of the laminated cores 4 and the associated winding head 6 of the rotor winding 5, which serves to support the winding head 6, in particular during winding. Projections in the form of an edge are provided for lateral guidance of the rotor winding 5 in the area of the winding head 6. The installation space 9 for the rectifier 7 is arranged between the winding head carrier 21 and the front side 8 of the laminated core 4.

Betrachtet man die 2 weiter, so kann man erkennen, dass die Synchronmaschine 2 neben dem Rotor 1 einen Stator 19 mit Statorwicklungen 20 und zugehörigen Wickelköpfen 6' aufweist.Looking at the 2 further, it can be seen that the synchronous machine 2 has, in addition to the rotor 1, a stator 19 with stator windings 20 and associated winding heads 6'.

Die Synchronmaschine 2 kann in einem Elektrofahrzeug als Elektromotor, beispielsweise als Traktionsmotor, eingesetzt werden.The synchronous machine 2 can be used in an electric vehicle as an electric motor, for example as a traction motor.

Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 und der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 2 eine deutlich kompaktere Bauweise durch Anordnung des Gleichrichters 7 zumindest teilweise in dem bislang ungenutzten Bauraum 9 zwischen den Wickelköpfen 6 und der Stirnseite 8 der Blechpakete 4 bzw. des Rotorkerns 4' erzielt werden. Zudem kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Gleichrichters 7 in dem Bauraum 9 eine besonders geschützte und zusätzlich beispielsweise durch den Auswuchtring 15 abgestützte Unterbringung des Gleichrichters 7 erreicht werden.All in all, with the rotor 1 according to the invention and the synchronous machine 2 according to the invention, a significantly more compact design can be achieved by arranging the rectifier 7 at least partially in the previously unused installation space 9 between the winding heads 6 and the front side 8 of the laminated cores 4 or the rotor core 4'. In addition, with the arrangement of the rectifier 7 according to the invention in the installation space 9, a particularly protected accommodation of the rectifier 7 can be achieved, which is additionally supported, for example, by the balancing ring 15.

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Claims (11)

Rotor (1) für eine fremderregte Synchronmaschine (2), - mit auf einer Rotorwelle (3) drehfest angeordneten Blechpaketen (4), die Rotorwicklungen (5) mit Wickelköpfen (6) aufnehmen, wobei die Wickelköpfe (6) über eine Stirnseite (8) der Blechpakete (4) überstehen, - mit einem Gleichrichter (7), - wobei zwischen zumindest einem Wickelkopf (6) und der zugehörigen Stirnseite (8) der Blechpakete (4) ein Bauraum (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (7) zumindest teilweise in dem Bauraum (9) angeordnet ist.Rotor (1) for a separately excited synchronous machine (2), - with laminated cores (4) arranged on a rotor shaft (3) in a rotationally fixed manner, which accommodate rotor windings (5) with winding heads (6), wherein the winding heads (6) protrude beyond an end face (8) of the laminated cores (4), - with a rectifier (7), - wherein an installation space (9) is arranged between at least one winding head (6) and the associated end face (8) of the laminated cores (4), characterized in that the rectifier (7) is at least partially arranged in the installation space (9). Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (7) eine Leiterplatte (11) und zumindest ein Elektronikbauteil (12), insbesondere eine Diode, aufweist.Rotor after Claim 1 , characterized in that the rectifier (7) has a printed circuit board (11) and at least one electronic component (12), in particular a diode. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (11) zumindest zwei Arme (13), vorzugsweise vier Arme (13), aufweist, die sich jeweils in einen zugehörigen Bauraum (9) erstrecken.Rotor after Claim 2 , characterized in that the circuit board (11) has at least two arms (13), preferably four arms (13), each extending into an associated installation space (9). Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (13) in Radialrichtung bezüglich einer Rotorachse (14) ausgerichtet sind.Rotor after Claim 3 , characterized in that the arms (13) are aligned in the radial direction with respect to a rotor axis (14). Rotor nach Anspruche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (13) in Radialrichtung kürzer sind als die Blechpakete (4).Rotor after Claims 3 or 4 characterized in that the arms (13) are shorter in the radial direction than the laminated cores (4). Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Elektronikbauteil (12) von einem zugehörigen Wickelkopf (6) umschlossen ist.Rotor according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that at least one electronic component (12) is enclosed by an associated winding head (6). Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswuchtring (15) vorgesehen ist, der die Wickelköpfe (6) an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreift.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that a balancing ring (15) is provided which surrounds the winding heads (6) on an outer surface and on an axial end face. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gleichrichter (7) direkt oder indirekt an dem Auswuchtring (15) abstützt.Rotor after Claim 7 , characterized in that the rectifier (7) is supported directly or indirectly on the balancing ring (15). Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rotorwelle (3) ein Kühlkanal (16) für ein Kühlmedium (17) angeordnet ist.Rotor after Claim 7 or 8th , characterized in that a cooling channel (16) for a cooling medium (17) is arranged in the rotor shaft (3). Rotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswuchtring (15) wärmeübertragend mit der Rotorwelle (3) verbunden ist.Rotor according to one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the balancing ring (15) is connected to the rotor shaft (3) in a heat-transfer manner. Fremderregte Synchronmaschine (2), mit einem elektrisch bestrombaren Rotor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.Separately excited synchronous machine (2) with an electrically energizable rotor (1) according to one of the preceding claims.
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