DE3543809A1

DE3543809A1 - PERMANENT MAGNETIC SYNCHRONOUS MACHINE

Info

Publication number: DE3543809A1
Application number: DE19853543809
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing Haerer; Klaus Harms; Siegfried Dr Ing Schustek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-12-12
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1987-06-19
Also published as: KR880700895A; WO1987003648A1; JPS63502793A; CN86108448A

Abstract

Machine as described with an armature winding (14) composed of at least two winding lengths (15, 16) forming at least one symmetrical multi-phase winding, in which each winding length (15, 16) is separated into two mutually magnetically-coupled partial windings (151, 152, 161, 162) extending over the entire periphery of the armature in order to allow its possible use as a motor and/or generator without the need for modifications to the design and, if necessary, only by means of a switching operation. Its use as a motor and/or generator is possible by appropriately connecting the ends of the windings (U, X',U', X, V, Y', V', y) with full-wave rectifiers or connected power transistors.

Description

Die Erfindung geht aus von einer permanentmagneterregten Synchronmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.The invention is based on a permanent magnet excitation Synchronous machine, especially for motor vehicles, the Art defined in the preamble of claim 1.

Synchronmaschinen finden seit längerem als Drehstrom- Lichtmaschinen Verwendung in Kraftfahrzeugen. Der Wunsch nach kompakten Autos mit großem Platzangebot im Fahrgastraum und kleinen Abmessungen zwingt zu immer kleineren Bauvolumen der für den Betrieb des Kraftfahrzeugs erforderlichen Zusatzaggregate. Darüber hinaus sollen diese Aggregate verschleißarm und weitgehend wartungsfrei sein.Synchronous machines have long been used as three-phase Alternators use in motor vehicles. The desire for compact cars with plenty of space in the passenger compartment and small dimensions force smaller and smaller ones Construction volume of the necessary for the operation of the motor vehicle Additional units. Beyond that these units are low-wear and largely maintenance-free be.

Permanentmagneterregte Synchronmaschinen sind durch ihre kleinen Abmessungen und durch fehlende rotierende Teile zur Stromübertragung für den Einsatz im Kraftfahrzeug prädestiniert. Die heute zur Verfügung stehenden Werkstoffe für Permanentmagnete ermöglichen auch eine Auslegung der Synchronmaschine zur Deckung des im Kraftfahrzeug geforderten Energiebedarfs.Permanent magnet excited synchronous machines are characterized by their small dimensions and due to missing rotating parts for power transmission for use in motor vehicles predestined. The materials available today a design for permanent magnets is also possible the synchronous machine to cover the in the motor vehicle required energy requirements.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Synchronmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie ohne konstruktive Änderung allein durch entsprechende Beschaltung ihrer herausgeführten Wicklungsenden der Ankerwicklung im Kraftfahrzeug sowohl als Generator bzw. Lichtmaschine als auch als Antriebsmotor für einen Schwungradstarter verwendet werden kann. Die Synchronmaschine ist kompakt, verschleißarm und vielseitig verwendbar. Wegen letzterem kann sie in extrem großen Stückzahlen zu geringen Stückkosten gefertigt werden.The synchronous machine according to the invention with the characteristic In contrast, features of claim 1 Advantage that they can be changed without any design changes appropriate wiring of your winding ends the armature winding in the motor vehicle both as a generator or alternator as well as a drive motor for a flywheel starter can be used. The synchronous machine is compact, low-wear and versatile usable. Because of the latter, it can be extremely large Quantities can be manufactured at low unit costs.

Die erfindungsgemäße Aufteilung der mehrphasigen Ankerwicklung in zwei Teilwicklungen pro Wicklungsphase ermöglicht bei Auslegung der Synchronmaschine für die Bedürfnisse einer Lichtmaschine in einer 12 V-Kraftfahrzeuganlage und ihrer Verwendung als Antriebsmotor etwa eine Spannungshalbierung und damit etwa eine Verdopplung der erreichbaren Leerlaufdrehzahl. Dies ist deshalb von Vorteil, da ein Schwungradstarter zum zuverlässigen Anwerfen des Verbrennungsmotors eine relativ hohe Aufziehdrehzahl von ca. 1000-1200 U/min benötigt, andererseits die Lichtmaschine im Leerlauf des Verbrennungsmotors bei einer Drehzahl von ca. 500 U/min bereits eine über die Spannung der Kraftfahrzeug-Batterie (12 V) liegende Ladespannung (ca. 14 V) abgeben soll. Zusätzlich wird durch die Teilwicklungen im Motorbetrieb der Synchronmaschine ein magnetischer Freilauf ermöglicht, so daß die für den Motorbetrieb erforderliche Leistungselektronik keine oder eine nur wenig aufwendige Schutzschaltung benötigt.The division of the multi-phase armature winding according to the invention in two partial windings per winding phase when designing the synchronous machine for the needs an alternator in a 12 V motor vehicle system and their use as a drive motor a voltage halving and thus a doubling the achievable idle speed. This is why of Advantage as a flywheel starter for reliable starting the internal combustion engine has a relatively high winding speed of approx. 1000-1200 rpm, on the other hand the alternator when the internal combustion engine is idling a speed of approx. 500 U / min already one over the Voltage of the motor vehicle battery (12 V) lying charging voltage (approx. 14 V). In addition, through the partial windings in the motor mode of the synchronous machine a magnetic freewheel enables, so that for the Power electronics required for engine operation none or a protective circuit that is only a little complicated.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Synchronmaschine möglich.By the measures listed in the other claims are advantageous further developments and improvements the synchronous machine specified in claim 1 possible.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch diesen Aufbau der Ankerwicklung läßt sich die Unterteilung der symmetrischen Mehrphasenwicklung in jeweils zwei Teilwicklungen pro Phase bei gleichzeitig enger magnetischer Kopplung der zu einer Phase gehörenden Teilwicklungen in einfacher Weise realisieren. Die Ankerwicklung kann dabei als Ein- oder Zweischichtwicklung und dabei als Schleifen- oder Wellenwicklung ausgeführt werden. Eine magnetische Kopplung wird auch gemäß Anspruch 9 durch die Weicheisenpolschuhe auf den rotierenden Erregermagneten erzielt.An advantageous embodiment of the invention results itself from claim 2. This structure of the armature winding the division of the symmetrical Multi-phase winding in two partial windings each Phase with close magnetic coupling of the part windings belonging to a phase in simple Realize wisely. The armature winding can or two-layer winding and as loop or Wave winding are carried out. A magnetic coupling is also according to claim 9 by the soft iron pole shoes achieved on the rotating excitation magnet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 3. Durch diese Beschaltung der Wicklungsenden kann die Synchronmaschine im Generatorbetrieb als Lichtmaschine in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.An advantageous embodiment of the invention results itself from claim 3. By wiring this The synchronous machine can have winding ends in generator mode can be used as an alternator in motor vehicles.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 4. Durch diese Beschaltung der Wicklungsenden kann die Synchronmaschine im Motorbetrieb als Antriebsmotor an einem Gleichspannungsnetz eines Kraftfahrzeugs betrieben werden. Die den Wicklungssträngen zugeordneten Schalter sind mittels eines geeigneten Modulationsverfahrens, z. B. Pulsweitenmodulation, so anzusteuern, daß in jeder der Teilwicklungen innerhalb einer elektrischen Periode ein Strom mit einer Dauer von jeweils elektrisch 360°/2m fließen kann, wobei m für eine Zweiphasenwicklung 2 und für eine Dreiphasenwicklung 3 zu setzen ist.An advantageous embodiment of the invention also results from claim 4. This wiring of the winding ends enables the synchronous machine to be operated in motor mode as a drive motor on a DC voltage network of a motor vehicle. The switches assigned to the winding strands are by means of a suitable modulation method, for. B. pulse width modulation, so that in each of the partial windings a current with a duration of each electrically 360 ° / 2m can flow within an electrical period, m being set for a two-phase winding 2 and for a three-phase winding 3.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 5. Durch diese Ausbildung der Synchronmaschine kann diese im Kraftfahrzeug gleichzeitig als Lichtmaschine und als Antriebsmotor für einen Schwungradstarter verwendet werden. Ein zusätzlicher Antriebsmotor für den Schwungradstarter entfällt, was Bauraum und Kosten spart. Im Generatorbetrieb können die für den Motorbetrieb erforderlichen elektronischen Schalter zur Spannungsregelung herangezogen werden und bilden dann die Stellglieder eines nach dem Prinzip der "Querregelung" arbeitenden Spannungsreglers. Der Bedarf an Leistungselektronik für Generator- und Motorbetrieb ist dadurch extrem niedrig. Der Aufwand für den z. B. als Schütz ausgebildeten Umschalter ist sehr gering.An advantageous embodiment of the invention results from claim 5. By this training of the synchronous machine can this in the motor vehicle at the same time as Alternator and as a drive motor for a flywheel starter be used. An additional drive motor for the flywheel starter, there is no space and Saves costs. In generator mode, the for Engine operation required electronic switch be used for voltage regulation and form then the actuators one according to the principle of "transverse control" working voltage regulator. The need for Power electronics for generator and engine operation is therefore extremely low. The effort for the z. B. as Contactor trained switch is very low.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 6. Bei dieser Ausführungsform werden die gleichen Vorteile erzielt wie in der Ausführungsform der Synchronmaschine gemäß Anspruch 5. Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von derjenigen gemäß Anspruch 5 dadurch, daß ein etwas höherer Aufwand für den Umschalter erforderlich ist (hier 6 Schalter statt 3 Schalter in dem Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 5), dafür aber auch im Betrieb als spannungsgeregelte Lichtmaschine geringere Verluste anfallen, da bei der beschriebenen Anordnung der steuerbaren elektronischen Schalter bei der Querregelung nicht jeweils der gesamte Wicklungsstrang sondern nur jeweils eine Teilwicklung des Wicklungsstranges kurzgeschlossen wird. An advantageous embodiment of the invention results also from claim 6. In this embodiment the same advantages are obtained as in the embodiment the synchronous machine according to claim 5 However, embodiment differs from that according to claim 5, characterized in that a slightly higher effort is required for the switch (here 6 switches instead of 3 switches in the embodiment according to claim 5), but also in operation as voltage-controlled Alternator lower losses occur because in the described arrangement of controllable electronic Switches in the lateral control are not each the entire winding strand but only one at a time Partial winding of the winding strand is short-circuited.

drawing

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing Exemplary embodiments in the description below explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Synchronmaschine mit permanentmagneterregtem Polrad und zweiphasiger symmetrischer Ankerwicklung, Fig. 1 is a schematic representation of a permanently excited synchronous machine with flywheel and symmetrical two-phase armature winding,

Fig. 2 eine Abwicklung eines Ausführungsbeispiels der Ankerwicklung in Fig. 1, Fig. 2 is a development of an embodiment of the armature winding in FIG. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils ein Schaltbild der wahlweise im Generator- und Motorbetrieb fahrbaren Synchronmaschine in Fig. 1 gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. FIGS. 3 and 4 are each a circuit diagram of the movable optionally in generator and motor operation of the synchronous machine in Fig. 1 according to a first and second embodiment.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist schematisch ein 4-poliges Polrad 10 mit Weicheisenpolschuhe 41 tragenden Dauermagnetpolen 42 dargestellt, das unter Bildung eines Luftspaltes 11 in einem den Ständer bildenden Anker 12 umläuft. Auf den als Blechpaket ausgeführten Anker ist in Nuten 13 eine Ankerwicklung 14 eingelegt, die sich gleichmäßig über den gesamten Ankerumfang erstreckt. Die Ankerwicklung ist - wie in Fig. 1 symbolisch dargestellt ist - als symmetrische Zweiphasenwicklung mit elektrisch um 90° am Umfang gegeneinander versetzt angeordneten Wicklungssträngen 15, 16 ausgebildet. In üblicher Weise sind von den Wicklungssträngen 15 bzw. 16 der Stranganfang mit U bzw. V und das Strangende mi X bzw. Y bezeichnet. Jeder Wicklungsstrang 15 bzw. 16 ist in zwei magnetisch eng miteinander gekoppelte Teilwicklungen 151, 152 bzw. 161, 162 unterteilt, deren Anfang und Ende mit U, X′ bzw. U′, X bzw. V, Y′ bzw. V′, Y bezeichnet sind.In Fig. 1 a 4-pole magnet wheel 10 with Weicheisenpolschuhe 41 supporting permanent magnet poles 42 is shown schematically, which revolves in a stator forming the armature 12 to form an air gap 11. An armature winding 14 , which extends uniformly over the entire armature circumference, is inserted into the slots 13 on the armature designed as a laminated core. As shown symbolically in FIG. 1, the armature winding is designed as a symmetrical two-phase winding with winding strands 15, 16 which are electrically offset from one another by 90 ° on the circumference. In the usual way, of the winding strands 15 and 16, the start of the strand is denoted by U and V and the end of the strand mi X and Y , respectively. Each winding phase 15 and 16 is divided into two magnetically closely coupled partial windings 151, 152 and 161, 162 , the beginning and end of which are U, X 'and U', X and V, Y 'and V', Y are designated.

In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel der Ankerwicklung 14 die Abwicklung einer zweiphasigen Einschichtwicklung dargestellt, die in zweiunddreißig Nuten (in Fig. 2 mit 1-32 gekennzeichnet) am Ankerumfang eingelegt ist. Der Wicklungsstrang 15 mit dem Wicklungsumfang U und dem Wicklungsende X ist dabei durch größere Strichstärke kenntlich gemacht. Die einschichtige Zweiphasenwicklung ist als Schleifenwicklung mit vier Nuten pro Pol und Phase ausgeführt, wobei jeder Wicklungsstrang 15 bzw. 16 bifilar gewickelt ist. Diese doppelte Drahtführung in den einzelnen Nuten ist in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, sondern lediglich durch eine 2 am Wicklungsanfang und am Wicklungsende kenntlich gemacht. Durch diese bifilare Wicklung ergeben sich die beiden magnetisch eng gekoppelten beiden Teilwicklungen 151, 152 bzw. 161, 162 eines jeden Wicklungsstranges 15, 16 deren freie Enden in Fig. 2 mit U, U′; V, V′; X, X′; Y, Y′ gekennzeichnet sind.In Fig. 2, the development of a two-phase single-layer winding is shown as an embodiment of the armature winding 14, which is inserted in thirty-two slots (marked 1-32 in Fig. 2) on the armature circumference. The winding strand 15 with the winding circumference U and the winding end X is identified by a larger line width. The single-layer two-phase winding is designed as a loop winding with four slots per pole and phase, with each winding strand 15 or 16 being wound bifilarly. For the sake of clarity, this double wire guide in the individual slots is not shown in FIG. 2, but is only identified by a 2 at the start and end of the winding. This bifilar winding results in the two magnetically closely coupled two partial windings 151, 152 and 161, 162 of each winding strand 15, 16 whose free ends in FIG. 2 with U, U '; V, V ′; X, X ′; Y, Y 'are marked.

In Fig. 3 ist das Schaltbild der Synchronmaschine dargestellt. Innerhalb eines jeden Wicklungsstranges 15 bzw. 16 sind das Wicklungsende X′ bzw. Y′ der einen Teilwicklung 151 bzw. 161 und der Wicklungsanfang U′ bzw. V′ der anderen Teilwicklung 152 bzw. 162 miteinander verbunden. Die verbleibenden freien Wicklungsenden U und X bzw. V und Y, die Stranganfang und Strangende eines jeden Wicklungsstranges 15 bzw. 16 bilden, sind an dem Eingang eines Zweiweggleichrichters 17 bzw. 18, bestehend aus vier Leistungsdioden 171-174 bzw. 181-184, angeschlossen. Gleiche Ausgangspotentiale der beiden Zweiweggleichrichter 17, 18 sind auf je eine Anschlußklemme 19, 20 gelegt, wobei in der Verbindungsleitung zu der einen Anschlußklemme 19 ein erster Schalter 21 eines als Schütz ausgebildeten Umschalters 24 angeordnet ist. Der Umschalter 24 weist noch zwei weitere Schalter 22, 23 auf, die gleichzeitig mit dem Schalter 21 betätigt werden, aber immer eine zu dem Schalter 21 inverse Schaltstellung einnehmen. Die gleichzeitige Betätigung der Schalter 21-23 ist durch eine die Schalter 21-23 verbindende Betätigungsstange symbolisiert.In Fig. 3 is a circuit diagram of the synchronous machine is illustrated. Within each winding strand 15 or 16 , the winding end X 'or Y ' of one partial winding 151 or 161 and the winding start U 'or V ' of the other partial winding 152 or 162 are connected to one another. The remaining free winding ends U and X or V and Y , which form the start and end of each winding strand 15 and 16 , are at the input of a two-way rectifier 17 and 18 , consisting of four power diodes 171-174 and 181-184 , connected. The same output potentials of the two two-way rectifiers 17, 18 are each connected to a connecting terminal 19, 20 , a first switch 21 of a changeover switch 24 designed as a contactor being arranged in the connecting line to the one connecting terminal 19 . The changeover switch 24 also has two further switches 22, 23 , which are actuated simultaneously with the switch 21 , but always assume a switching position inverse to the switch 21 . The simultaneous actuation of the switches 21-23 is symbolized by an actuating rod connecting the switches 21-23 .

Ist der Schalter 21 geschlossen - und damit die Schalter 22 und 23 geöffnet - so kann die bis hierher beschriebene Synchronmaschine als Generator betrieben werden. Bei Antrieb des Polrades 10 liegt an der Anschlußklemme 19 das Pluspontential und an der Anschlußklemme 20 das Minuspotential der Generator-Gleichspannung.If the switch 21 is closed - and thus the switches 22 and 23 are opened - the synchronous machine described so far can be operated as a generator. When the pole wheel 10 is driven, the plus potential is at the connection terminal 19 and the minus potential of the generator DC voltage is at the connection terminal 20 .

Zusätzlich ist jeweils der Wicklungsanfang U bzw. V der einen Teilwicklung 151 bzw. 161 und das Wicklungsende X bzw. Y der anderen Teilwicklung 152 bzw. 162 jeweils über einen steuerbaren elektronischen Schalter mit der Anschlußklemme 20 verbunden. Die steuerbaren elektronischen Schalter sind hier als Leistungstransistoren 25-28 ausgebildet. Die Leistungstransistoren 25-28 dienen im Generatorbetrieb der Synchronmaschine der Ladespannungsregelung eines an den Anschlußklemmen 19, 20 angeschlossenen Akkumulators, also im Kraftfahrzeug der Kraftfahrzeugbatterie. Bei Erreichen der vorgegebenen Ladespannung werden die Transistoren 25-28 angesteuert und schließen die Wicklungsstränge 15, 16 kurz. Diese Art der Regelung wird "Querregelung" genannt. In addition, the winding start U or V of the one partial winding 151 or 161 and the winding end X or Y of the other partial winding 152 or 162 are each connected to the connecting terminal 20 via a controllable electronic switch. The controllable electronic switches are designed here as power transistors 25-28 . The power transistors 25-28 are used in generator operation of the synchronous machine to regulate the charging voltage of an accumulator connected to the connecting terminals 19, 20 , that is to say in the motor vehicle battery. When the predetermined charging voltage is reached, the transistors 25-28 are activated and short the winding phases 15, 16 . This type of control is called "cross control".

Sind die zweiten Schalter 22, 23 geschlossen - und damit der Schalter 21 geöffnet - so kann die Synchronmaschine bei Anlegen einer Gleichspannung an die Anschlußklemmen 19, 20 als Motor betrieben werden. Die Leistungstransistoren 25-28 werden innerhalb einer Periode um 90° elektrisch gegeneinander versetzt derart angesteuert, daß in der jeweils zugehörigen Teilwicklung ein zur Erzielung des notwendigen Drehmoments ausreichender Strom fließt. Innerhalb einer Periode werden aufeinanderfolgend der Leistungstransistor 25, dann der Leistungstransistor 27, dann der Leistungstransistor 26 und dann der Leistungstransistor 28 angesteuert. Um ein außer Trittfallen des Motors, insbesondere beim Anlauf zu verhindern, muß beim Ansteuern der einzelnen Leistungstransistoren die Momentanposition des Polrades 10 berücksichtit werden, die entweder durch einen einfachen Lagegeber oder durch Spannungsmessung der an der Ankerwicklung 14 abnehmbaren Ankerspannung erfaßt werden kann. Auch wird die Größe des erreichbaren Drehmoments von dem richtigen Phasenwinkel zwischen Polradstellung und stromführender Teilwicklung beeinflußt. Die Leistungsdioden 173, 174 und 183, 184 dienen als Schutzdioden für die Leistungstransistoren 25-28. Die Leistungsdioden 171, 172 und 181, 182 sind wirkungslos. Bei Anschluß einer Kraftfahrzeug-Batterie an die Anschlußklemmen 19, 20 der Synchronmaschine ist zum Betreiben der Synchronmaschine als Lichtmaschine oder als Antriebsmotor für einen Schwungradstarter lediglich der Umschalter 24 zu betätigen. In der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Umschalters 24 arbeitet die Synchronmaschine als Lichtmaschine. Zum Anlassen des Motors ist mit dem Anlasser der Umschalter 24 in die andere Position umzuschalten. Die Synchronmaschine arbeitet nunmehr als Motor und kann bei entsprechender Ansteuerung der Leistungstransistoren 25-28 eine Drehzahl erreichen, die zum Aufziehen eines Schwungradstarters zwecks Anwerfen des Motors ausreichend ist. Das in Fig. 4 dargestellte modifizierte Schaltbild der Synchronmaschine unterscheidet sich von dem in Fig. 3 nur durch eine modifizierte Beschaltung der Wicklungsenden U, X′, U′, X, V, Y′, V′, Y der Teilwicklungen 151, 152, 161, 162 und durch eine andere Gestaltung des nunmehr mit 30 bezeichneten Umschalters. Mit Fig. 3 übereinstimmende Bauteile sind weiterhin mit gleichen Bezugszeichen versehen.If the second switches 22, 23 are closed - and thus the switch 21 is open - the synchronous machine can be operated as a motor when a direct voltage is applied to the connecting terminals 19, 20 . The power transistors 25-28 are electrically offset from one another within a period by 90 ° in such a way that a current which is sufficient to achieve the necessary torque flows in the associated sub-winding. Within a period, the power transistor 25 , then the power transistor 27 , then the power transistor 26 and then the power transistor 28 are driven in succession. In order to prevent the motor from falling, especially when starting, the instantaneous position of the pole wheel 10 must be taken into account when driving the individual power transistors, which can be detected either by a simple position sensor or by measuring the voltage of the armature voltage which can be removed from the armature winding 14 . The size of the torque that can be achieved is also influenced by the correct phase angle between the pole wheel position and the current-carrying partial winding. The power diodes 173, 174 and 183, 184 serve as protection diodes for the power transistors 25-28 . The power diodes 171, 172 and 181, 182 have no effect. When a motor vehicle battery is connected to the terminals 19, 20 of the synchronous machine, only the changeover switch 24 has to be actuated to operate the synchronous machine as an alternator or as a drive motor for a flywheel starter. In the position of the switch 24 shown in FIG. 3, the synchronous machine works as an alternator. To start the engine, switch the switch 24 to the other position with the starter. The synchronous machine now works as a motor and, with appropriate control of the power transistors 25-28, can reach a speed which is sufficient to pull up a flywheel starter for starting the motor. The modified circuit diagram of the synchronous machine shown in FIG. 4 differs from that in FIG. 3 only by a modified wiring of the winding ends U, X ', U', X, V, Y ', V', Y of the partial windings 151, 152, 161, 162 and by a different design of the switch now designated 30 . Coinciding with Fig. 3 components are further provided with the same reference numerals.

Wie in Fig. 3 sind innerhalb eines jeden Wicklungsstranges 15 bzw. 16 das Wicklungsende X′ bzw. Y′ der einen Teilwicklung 151 bzw. 161 und der Wicklungsanfang U′ bzw. V′ der anderen Teilwicklung 152 bzw. 162 miteinander verbunden, wobei allerdings in dieser Verbindung ein erster Schalter 31 bzw. 32 des Umschalters 30 angeordnet ist. Die genannten Wicklungsenden bzw. Wicklungsanfänge der Teilwicklung 151, 152, 161, 162 sind weiterhin über je einen der Leistungstransistoren 25-28 mit der Anschlußklemme 20 verbunden. Den Leistungstransistoren 25-28 ist jeweils eine Schutzdiode 37-40 parallel geschaltet. Die Wicklungsenden der Teilwicklungen 151, 152 bzw. 161, 162, die jeweils Stranganfang U bzw. V und Strangende X bzw. Y der Wicklungsstränge 15 bzw. 16 bilden, sind wie in Fig. 3 mit den Eingängen der beiden Zweiweggleichrichter 17, 18 verbunden, zusätzlich aber noch über jeweils einen zweiten Schalter 33, 34, 35, 36 mit der Anschlußklemme 19 verbunden. Die ersten Schalter 31 und 32 und die zweiten Schalter 33-36 werden wiederum gleichzeitig betätigt, wobei die ersten Schalter 31, 32 eine zur Schaltstellung der zweiten Schalter 33-36 inverse Schaltstellung einnehmen.As in Fig. 3, the winding end X 'or Y ' of a partial winding 151 or 161 and the winding start U 'or V ' of the other partial winding 152 or 162 are connected to each other within each winding strand 15 or 16 , although a first switch 31 or 32 of the changeover switch 30 is arranged in this connection. The named winding ends or winding starts of the partial winding 151, 152, 161, 162 are also connected to the connecting terminal 20 via one of the power transistors 25-28 . A protective diode 37-40 is connected in parallel to the power transistors 25-28 . The winding ends of the partial windings 151, 152 and 161, 162 , which each form the start of the strand U or V and the end of the strand X or Y of the winding strands 15 and 16 , are connected to the inputs of the two two-way rectifiers 17, 18 as in FIG. 3 , but additionally connected to the terminal 19 via a second switch 33, 34, 35, 36 . The first switches 31 and 32 and the second switches 33-36 are in turn actuated simultaneously, the first switches 31, 32 taking up a switching position inverse to the switching position of the second switches 33-36 .

In der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Umschalters 30 arbeitet die Synchronmaschine als Generator. Die Leistungstransistoren 25-28 sind wiederum Stellglieder eines Ladespannungsreglers. Wird der Umschalter 30 in seine andere Stellung umgeschaltet, in welcher die ersten Schalter 31, 32 geöffnet und die zweiten Schalter 33-36 geschlossen sind, so arbeitet die Maschine bei Anlegen eines Pluspotentials an die Anschlußklemme 19 und eines Minuspotentials an die Anschlußklemme 20 als Motor. Die Gleichrichter 173, 174, 183, 184 sind wirkungslos.In the position of the switch 30 shown in FIG. 4, the synchronous machine works as a generator. The power transistors 25-28 are in turn actuators of a charge voltage regulator. If the changeover switch 30 is switched to its other position, in which the first switches 31, 32 are open and the second switches 33-36 are closed, the machine operates as a motor when a plus potential is applied to the terminal 19 and a minus potential is applied to the terminal 20 . The rectifiers 173, 174, 183, 184 have no effect.

Der Vorteil der Schaltung in Fig. 4 liegt in einem verlustärmeren Generator, da bei der Ladespannungsregelung immer nur eine Teilwicklung der beiden Wicklungsstränge kurzgeschlossen wird. Der Aufwand für den Umschalter 30 ist jedoch etwas größer, da hier insgesamt sechs Einzelschalter im Umschalter vorgesehen werden müssen.The advantage of the circuit in FIG. 4 lies in a low-loss generator, since only a partial winding of the two winding phases is short-circuited in the charge voltage control. The effort for the changeover switch 30 is somewhat greater, however, since a total of six individual switches must be provided in the changeover switch.

Die Erfindung ist nicht auf die wahlweise auf Generatorbetrieb und Motorbetrieb umschaltbare permanentmagneterregte Synchronmaschine beschränkt. So kann die Synchronmaschine aussschließlich als Generator oder Motor Verwendung finden, wobei der Vorteil der gleichen konstruktiven Ausbildung des mechanischen und elektrischen Teils für beide Anwendungsfälle erhalten bleibt und lediglich die Beschaltung der Teilwicklungen modifiziert wird. Der Umschalter würde naturgemäß entfallen und müßte durch feste Verbindungen anstelle der Einzelschalter ersetzt werden. Beim Motor würden die Gleichrichter, soweit diese nicht eine Transistor-Schutzfunktion ausüben, und beim Generator ohne Regelung die Leistungstransistoren entfallen.The invention is not based on the option of generator operation and motor operation switchable permanent magnet excited Synchronous machine limited. So can the synchronous machine exclusively as a generator or motor Find use, the advantage of the same constructive Training of mechanical and electrical Partially preserved for both applications and only the wiring of the partial windings is modified. The switch would naturally be omitted and would have to go through fixed connections replaced instead of single switches will. In the case of the motor, the rectifiers, as far as these do not perform a transistor protection function, and at Generator without regulation the power transistors are not required.

Die Ankerwicklung der Synchronmaschine kann mit Vorteil auch als Dreiphasenwicklung ausgeführt werden, wobei die drei Wicklungsstränge um elektrisch 120° gegeneinander versetzt am Umfang des Ständers angeordnet werden. Die Zahl der Beschaltungselemente, wie Leistungstransistoren, Gleichrichter, Einzelschalter des Umschalters etc. erhöht sich entsprechend der drei wiederum in jeweils zwei Teilwicklungen unterteilten Wicklungsstränge. Im Motorbetrieb müssen die dann insgesamt sechs Leistungstransistoren um elektrisch 60° gegeneinander versetzt angesteuert werden.The armature winding of the synchronous machine can be advantageous also be designed as a three-phase winding, the three winding strands electrically 120 ° against each other staggered around the circumference of the stand. The Number of circuit elements, such as power transistors, Rectifier, single switch of the switch etc. increases in turn according to the three in each two partial windings divided winding strands. in the The six power transistors then have to be operated by motor offset by 60 ° electrically can be controlled.

Claims

1. Permanent magnet-excited synchronous machine, in particular for motor vehicles, with an armature winding carried by an armature from a plurality of winding strands forming a symmetrical multiphase winding, characterized in that each winding strand ( 15, 16 ) has two magnetically coupled partial windings which each extend over the full armature circumference ( 151, 152, 161, 162 ).

2. Synchronous machine according to claim 1, characterized in that each winding strand ( 15, 16 ) is bifilar to obtain the partial windings ( 151, 161, 162 ).

3. Synchronous machine according to claim 1 or 2, characterized in that within each winding strand ( 15 or 16 ) the winding end ( X 'or Y ') of a partial winding ( 151 or 161 ) and the beginning of the winding ( U 'or V ') of the other partial winding ( 152 or 162 ) connected to each other and the free end of the strand ( U or V ) and end of the strand ( X or Y ) forming the ends of the winding ( U, X or V, Y ) at the input of a two-way rectifier ( 17 and 18 ) are connected and that the same output potentials of the two-way rectifiers ( 17, 18 ) are connected to one another and connected to two connecting terminals ( 19, 20 ).

4. Synchronous machine according to claim 1 or 2, characterized in that each winding strand ( 15 or 16 ) respectively the beginning of the winding ( U 'or V '; U or V ) of a partial winding ( 152 or 162 ; 151 or 161 ) and the winding end ( X ′ or Y ′; X or Y ) of the other partial winding ( 151 or 161 ; 152 or 162 ) directly and the winding end ( X or Y ; X ′ or Y ′) of the a partial winding ( 152 or 162; 151, 161 ) and the winding start ( U or V; U 'or V ') of the other partial winding ( 151 or 161; 152 or 162 ) via one of two controlled electronic switches ( 25, 26 and 27, 28 ) are each connected to one of two connecting terminals ( 19, 20 ).

5. Synchronous machine according to claim 3 and 4, characterized in that the equipotential terminals form a pair of terminals ( 19, 20 ) that between an output potential of the two-way rectifier ( 17, 18 ) and a terminal ( 19 ) of the pair of terminals ( 19, 20 ) Switch ( 21 ) is arranged that in each of these terminals ( 19 ) to the interconnected winding ends ( X ', U', Y ', V' ) leading connecting lines a second switch ( 22, 23 ) is arranged and that Switches ( 21-23 ) for joint actuation to form a changeover switch ( 24 ) are combined in such a way that the second switches ( 22, 23 ) each assume the same switching position which is inverse to the first switch ( 21 ) ( FIG. 3).

6. Synchronous machine according to claim 3 and 4, characterized in that the equipotential terminals form a pair of terminals ( 19, 20 ) that in each winding strand ( 15 or 16 ) in the connection of the winding end ( X 'or Y ') and the beginning of the winding ( U 'or V ') of the two partial windings ( 151, 152 or 161, 162 ) a first switch ( 31 or 32 ) is arranged and these winding ends ( X ', Y' ) and these winding starts ( U ', V ' ) Form the connection point of the electronic switches ( 25-28 ) that in each of the connecting lines from the other winding starts ( U, V ) and winding ends ( X, Y ) of the partial windings ( 151, 152, 161, 162 ) to the one connection terminal (19) of the terminal pair (19, 20), a second switch (33-36 is disposed, and that the first switch (31, 32) and the second switch (33-36) to a switch (30) combined in such a manner for joint operation are that the first switch on the one hand and the second switch on the other each take the same, but inverse switching position ( Fig. 4).

7. Synchronous machine according to claim 6, characterized in that the electronic switches ( 25-28 ) each have a protective diode ( 37-40 ) connected in parallel.

8. Synchronous machine according to one of claims 5-7, characterized in that the controllable electronic switches are designed as power transistors ( 25-28 ) and when the first switches ( 21, 31, 32 ) are closed and the second switches ( 22, 23; 33 -36 ) form the actuators of a voltage regulator and, when the first switches ( 21, 31, 32 ) and closed second switches ( 22, 23; 33-36 ) are open, offset by 360 ° / 2 m from each other within a switching period and each for electrical 360 ° / 2 m can be controlled, where m = 2, 3 stands for the number of winding strands ( 15, 16 ).

9. Synchronous machine according to one of claims 1-8, characterized in that the permanent magnet poles ( 42 ) wear pole shoes ( 41 ) made of soft iron.