WO2018153455A1 - Electrical machine having a squirrel-cage rotor and disconnecting unit for opening the squirrel-cage rotor - Google Patents

Electrical machine having a squirrel-cage rotor and disconnecting unit for opening the squirrel-cage rotor Download PDF

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WO2018153455A1
WO2018153455A1 PCT/EP2017/054182 EP2017054182W WO2018153455A1 WO 2018153455 A1 WO2018153455 A1 WO 2018153455A1 EP 2017054182 W EP2017054182 W EP 2017054182W WO 2018153455 A1 WO2018153455 A1 WO 2018153455A1
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WO
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rotor
short
electric machine
separating element
squirrel
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PCT/EP2017/054182
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Inventor
Ralf Fischer
Markus Reinhard
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electrical machine ⁇ Ma having a first rotor part, the means for entering into an electromagnetic operative connection, and in a second rotor part, which is designed as a squirrel-cage rotor.
  • the invention also relates to an electric Maschi ⁇ ne with said rotor.
  • electrical machines which are formed as a hybrid form of asynchronous machine and synchronous ⁇ machine, in particular permanent magnet synchronous machine ⁇ .
  • an electrical machine Ma a rotor having a first rotor part to operate as a synchronous machine and a second rotor part for loading ⁇ operating as an asynchronous machine on.
  • the electric ⁇ machine is operated in a continuous operation as a synchronous machine.
  • a second rotor part designed as a squirrel-cage rotor is designed to start the electric machine in a start-up mode.
  • the prior art has the disadvantage that losses occur in a Be ⁇ drive the electric machine by means of the first rotor part by induction of currents in the second rotor part.
  • a rotor for an electrical machine comprising a first rotor member and a second rotor part, which is designed as a short circuit rotor with a ⁇ conductor arrangement.
  • the first rotor part comprises means for entering into an electrochemical ⁇ magnetic operative connection with a stator magnetic field, in particular the electrical machine.
  • the second rotor part in particular the conductor arrangement, is designed to enter into an electromagnetic operative connection with the stator magnetic field when the rotor is in a suitable installation position in the electric machine.
  • the first rotor part and the second rotor part are designed to enter the respective Wirkver ⁇ bond with the stator magnetic field in different Be ⁇ drive modes of the electric machine when the rotor is in the intended installation position in the electric machine.
  • the electromagnetic operative connection of the first rotor part and the second rotor part differ from each other.
  • the means of the f th ⁇ runner part may comprise permanent magnets and / or a Erre ⁇ gerspule.
  • the first rotor part is designed in the manner of a rotor for a synchronous machine.
  • the second rotor part is designed in the manner of a rotor for an asynchronous machine.
  • the invention provides that the second rotor part has a switchable separating ⁇ element for short-circuiting and opening of the circuit arrangement of the squirrel-cage rotor.
  • the Trennele ⁇ ment is dependent on an operating state of the electric machine controlled.
  • the second rotor part can be operated as a squirrel cage.
  • the function of the second rotor part can be interrupted as Kurz practitionerläu ⁇ fer.
  • no electromagnetic active connection of the second rotor part with the stator magnetic field is possible.
  • the separating element comprises at least one semiconductor switch.
  • the separating element comprises one or more transistors, preferably field-effect transistors, as semiconductor switches.
  • the at least one semiconductor switch is part of the conductor arrangement. In a conductive state of the semiconductor switch, the conductor arrangement may be short-circuited. In a non-conductive state of the semiconductor switch, the Lei ⁇ teranowski may be open.
  • the at least one semiconductor switch is a self-conducting semiconductor switch, in particular a normally-on transistor, preferably a self-conducting silicon carbide (SiC) transistor. In this case, in a start-up operation of the rotor, if it is installed as intended in an electrical machine, the conductor arrangement may be short-circuited.
  • the conductor arrangement forms a squirrel-cage rotor which has short-circuit bars and short-circuit rings.
  • the squirrel cage is a particularly advantageous and simple embodiment of the squirrel cage rotor.
  • the shorting bars may be arranged radially about an axis of rotation of the rotor.
  • the shorting rings can contact the shorting bars in the circumferential direction about the axis of rotation of the rotor.
  • the separating element is designed to short-circuit or open an electrical connection between at least one of the short-circuiting rings and the short-circuiting bars.
  • the separating element is arranged between the short-circuiting bars and the at least one of the short-circuiting bars. ge arranged.
  • each of the short-circuit rods ⁇ comprises a semiconductor switch as a separator.
  • the separating element comprises an actuator which is designed to move at least one of the short-circuiting rings relative to the short-circuiting bars.
  • the actuator is designed to move the at least one of the short-circuit rings for opening the conductor arrangement away from the conductor bars.
  • the actuator is configured to move the at least one of the shorting rings for shorting the conductor arrangement to the shorting bars.
  • the at least one of the short-circuit rings touching each of the shorting bars in the short ⁇ closed state of the circuit arrangement, whereby in particular an electrical contact between the short-circuit rods and the at least one of the short-circuit rings is given.
  • the at least one of the shorting rings in the open state of the conductor arrangement is spaced from the shorting bars.
  • the conductor arrangement can be particularly easily short-closed ⁇ sen and opened.
  • the actuator comprises a piezoelectric element.
  • the piezo element may be adapted to be ⁇ minimum to move one of the short-circuit rings by changing an off ⁇ expansion of the piezoelectric element relative to the short-circuit rods.
  • the expansion of the piezoelectric element may be dependent on a voltage applied to the piezoelectric element.
  • the voltage to the piezoelectric element by applying the voltage to the piezoelectric element, the position of the at least one of the shorting rings relative to the shorting bars can be adjusted.
  • are short-circuit voltages appearing in the circuit arrangement in the range of less than 2 V, 5 V, 10 V or 20 V.
  • the rotor has an integrated control inputs, which is designed to switch the separating element from ⁇ dependent on a switching signal.
  • the control unit is adapted to the circuit arrangement by the separating element in the short-circuited state to scarf ⁇ th, when the switching signal assumes a first value.
  • the control unit is designed to switch the Porteran ⁇ order by the separating element in the open state when the switching signal assumes a second value.
  • the rotor has a receiving coil, which is designed to receive a received signal from an external transmitting unit.
  • the received signal is the switching signal.
  • the receiver coil is to be ⁇ forms to receive the reception signal from the external transmitter unit and, preferably forward as the switching signal to the control unit.
  • the receiving coil it may be possible to switch the separating element externally.
  • the received signal can be modulated by the external Sendeein ⁇ integrated on the stator magnetic field or a magnetic field causing the stator current flow.
  • the receiving coil can be designed to receive the received signal via the stator magnetic field when the rotor is in the intended installation position in the electric machine.
  • the receiving coil is given a particularly simple and low-wear way to receive the received signal from the external transmitting unit.
  • no grinding rings are required for the cable-supported transmission of the received signal.
  • the rotor has an induction coil, which is designed to supply the separating element and / or a further component of the rotor with electrical energy.
  • the further component of the rotor is the control unit.
  • the induction coil is designed to generate an electric current and / or an electric power from the stator magnetic field when the rotor i is in the intended installation position in the electric machine. Through the induction coil, a contact ⁇ loose supply of the separating element and / or the other Bau ⁇ part is made possible with electrical energy. In particular, no slip rings for transmitting electrical energy to the rotor are necessary.
  • a second aspect of the invention relates to an electric machine having a stator comprising a coil arrangement and a rotor of the above-mentioned type.
  • the coil arrangement is preferably designed to generate the stator magnetic field.
  • the means of the first rotor part of the rotor in an electromagnetic operative connection with the stator magnetic field.
  • the conductor arrangement of the second rotor part is in an electromagnetic Wirkver bond with the stator magnetic field.
  • the Lei ⁇ teran angel is controllable depending on the respective operating state of the electric machine.
  • the conductor arrangement is opened by the switchable separator.
  • the conductor arrangement is switched in the second operating mode of the electric machine by the separating element in the shorted ⁇ closed state.
  • the conductor arrangement is sheal ⁇ tet in the first operation mode of the electric machine by the partition member in the open state.
  • the rotor of the electric machine may comprise the receiving coil, which is designed to receive the received signal from the external control unit. The received signal preferably characterizes the operating state of the electrical machine.
  • the rotor comprises a sensor coil for detecting a sensor signal, wherein the sensor signal characterizes the operating state of the electrical machine.
  • the rotor in this case has the control unit, which is formed from ⁇ , the separating element in dependence on the
  • the sensor signal corresponds to the switching signal.
  • an evaluation unit is designed to form the switching signal from the sensor signal.
  • the sensor coil is designed to determine the sensor signal as a function of the operating state of the electrical machine.
  • the sensor coil is designed such that in the second operating mode of the electric machine, a voltage is induced in the sensor coil and / or in the first operating mode of the electric machine no voltage is induced in the sensor coil. This allows detection of the first and / or second operating mode.
  • the sensor coil may be placed over an electrical pole pitch on the rotor.
  • the sensor coil and / or the evaluation unit are configured to control the separating element by means of the control unit such that the conductor arrangement is opened precisely when the first operating mode of the electrical machine is detected or no voltage is induced in the sensor coil.
  • the sensor coil is such forms ⁇ out that in the first operating mode of the electrical machine, a voltage is induced in the sensor coil.
  • the sensor coil can in this examples be designed such that just then a voltage is induced in the sensor coil when a voltage in the squirrel-cage rotor, in particular the conductor arrangement is induced.
  • the sensor coil can be arranged via a slot pitch on the rotor.
  • control unit ⁇ is formed in this case to drive the release element in response to a plurality of sensor signal of the plurality of sensor coils.
  • evaluation unit is designed to form the switching signal from the plurality of sensor signal in the case ⁇ sem.
  • a development provides that the rotor in the first operating state of the electric machine by means of the first rotor part in a synchronous operation is operable and the rotor in the second operating state of the electric machine by means of the second rotor part in an asynchronous operation is operable.
  • the first operating state to a synchronous operation state of the elekt ⁇ step machine, preferably in the manner of a synchronous machine.
  • in the second Radiozu ⁇ was an asynchronous operating condition of the electrical machine, preferably in the manner of an asynchronous machine.
  • the synchronous operation can be detected in particular via the sensor coil via the electrical pole pitch.
  • the asynchronous operation can be detected in particular via the sensor coil via the electrical slot division. Show it:
  • 1 shows a schematic sectional view through an electric ⁇ machine with a rotor
  • 2 shows a schematic sectional view through the rotor
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view and a
  • the electric machine 1 shows an electric machine 1 in a schemati ⁇ rule sectional view.
  • the electric machine 1 has a rotor 2 and a stator 3.
  • the stator 3 includes a coil assembly 30 for providing a stator magnetic field.
  • the stator magnetic field is provided in a loading ⁇ operation of the electric machine 1 by an electric current flow in the coil assembly 30.
  • the Ro ⁇ gate 2 is mounted on a shaft 19 rotatably herein.
  • the rotor 2 in a determination ⁇ proper installation position in the electrical machine 1.
  • the electrical machine 1 is, for example, a three-phase machine.
  • the electrical Ma machine 1 is configured as a so-called PM line-start motor, that is a synchronous machine with permanent magnets comprising a squirrel-cage asynchronous tarnishing.
  • the rotor 2 shows the rotor 2 in sections in an extremely schematic sectional view.
  • the rotor 2 comprises a first rotor part 10 and a second rotor part 11.
  • the first rotor ⁇ part 10 is present in an extremely schematic and includes means 18 for entering into an electromagnetic operative connection with the stator magnetic field.
  • the means 18 of the first rotor part 10 may for example comprise a permanent magnet ⁇ and / or an excitation coil.
  • the electric machine 1 can be operated as a synchronous machine in a first operating mode. In the first operating mode, the rotor 2 in particular rotates synchronously, the means with the same angular frequency, as the stator magnet ⁇ field.
  • the second rotor part 11 is designed as a short-circuit rotor 17 with a conductor arrangement 15.
  • the conductor arrangement 15 is in the present case designed as a squirrel-cage rotor and includes a short-circuit ring 12 and ⁇ a shorting bar 13.
  • the short-circuit ring 12 is disposed ⁇ present annularly around shaft 19th
  • a operating the electric machine 1 in the manner of a Asynchronma ⁇ machine allows.
  • the electric machine 1 can be operated as an asynchronous machine in a second operating mode.
  • the rotor 2 rotates in particular asynchronous, that means with different angular frequency, such as the stator magnetic field.
  • the circuit frequency of the stator magnetic field during operation of the electric machine 1 as a motor is greater than the angular frequency with which the rotor 2 rotates.
  • the second operating mode is the electrical
  • Engine 1 is adapted to the electric machine 1 to star ⁇ th.
  • the first Be ⁇ operating mode of the electrical machine 1 is adapted to operate the electrical machine 1 permanently.
  • the first operating mode is preferably a continuous operating mode in which the electric machine 1 is operated in its normal mode.
  • the electric ⁇ cal machine 1 is operated only for starting in the second operating mode and operated after completion of the starting operation in the first operating mode.
  • the electrical machine 1 is in the first loading ⁇ operating mode, so 11 losses can occur due to induced harmonics to the second rotor part. In particular, currents can be induced in the conductor arrangement 15. To reduce the losses, the circuit arrangement 15 vorlie ⁇ quietly for a separator. 4
  • the separating element 4 is formed to short circuit the conductor assembly 15 and open. In the present case, the separating element 4 is designed to short-circuit and open an electrical connection between the short-circuiting rod 13 and the short-circuiting ring 12.
  • the partition member 4 is formed to separate and to contact the short-circuit ⁇ rod 13 and the short-circuit ring 12th In a short-circuited state of the conductor arrangement 15, the short-circuiting rod 13 and the short-circuiting ring 12 are in particular electrically contacted. In the open state of the circuit assembly 15 of shorting bar 13 and the short-circuit ring 12 ⁇ particular electrically isolated.
  • the separator 4 may be configured to transfer the conductor assembly 15 between the open state and the closed state.
  • the separating element 4 is preferably controllable depending on the operating state of the electric machine 1.
  • the separating element 4 may include an actuator 40, in particular a piezoelectric element.
  • the actuator 40 is designed to perform a relative movement 45 of the shorting ring 12 relative to the shorting bar 13.
  • the actuator 40 is controllable by a control voltage.
  • a relative position of the shorting ring 12 relative to the shorting bar 13 can be adjustable by an extension of the actuator 40.
  • the extent of the actuator 40 is preferably controllable by the control voltage.
  • the relative movement 45 of the short-circuit ring 12 can be adjusted relative to the short-circuiting bar 13.
  • the short-circuit ring 12 may for example consist of a ring of conductive material, in particular metal, vorzugswei ⁇ se copper and / or aluminum, which is placed on a carrier disk, for example made of plastic or ceramic, ⁇ .
  • the short-circuit ring 12 and / or the carrier disk is supported axially movably, in particular along the shaft 19.
  • the actuator 40 in particular allows the opening Bezie ⁇ hung as separation of the parts, especially the short-circuit ⁇ stabs 13 and the short-circuit ring 12, the cage rotor. 2 shows the conductor arrangement 15 in the open state.
  • the short-circuit ring 12 and the short-circuit rod 13 are objected to each other in the open state.
  • a distance between the short-circuit ring 12 and the shorting bar 13 in the open state 1 mm to 2 mm.
  • a distance is particular ⁇ particularly easy reachable by the piezoelectric element.
  • the short-circuit ring 12 and the short-circuit rod 13 contact in the short-circuited ⁇ closed state.
  • the short-circuit ring 12 and the short-circuiting bar 13 can be electrically connected or short-circuited.
  • the short-circuit ring 12 and the short-circuit bar 13 in a voltage-free state of the actuator 40 In the voltage-free state of the actuator 40 is no control voltage to the actuator 40 and / or the control voltage is less than a predetermined voltage threshold. In this case, the conductor arrangement 15 is short-circuited by default.
  • the conductor arrangement 15 can be transferred to the actuator 40 by applying the control voltage to the open state.
  • the separating element 4 may comprise one or more semiconductor switches 41.
  • the semiconductor switch 41 is a transistor, preferably a field-effect transistor.
  • the semiconductor switch 41 is high current and allows a
  • the semi ⁇ conductor switch 41 can be designed to be self-conducting. Even ⁇ conductive means in particular that the semiconductor switch 41 is conductive without application of the control voltage.
  • An example of a normally-on semiconductor switch 41 is a SiC transistor.
  • the normally-on semiconductor switch 41 can be switched to isolated by applying the control voltage. By a normally-on semiconductor switch 41, no application of the control voltage to the semiconductor switch 41 is necessary in the second operating mode of the electric machine 1, in particular the start-up operation.
  • the separating element 4 in respective embodiments may comprise either the actuator 40 or the semiconductor switch 41. Still other embodiments may provide both the actuator 40 and the semiconductor switch 41.
  • the semiconductor switch 41 is presently part of the shorting bar 13. This arrangement is to be understood as purely exemplary. In another example, not shown in the figures, the semiconductor switch 41 is disposed between the shorting ring 12 and the shorting bar 13. The semiconductor switch 41 may be switched to its conductive state in the short-circuited state of the conductor arrangement 15. The semiconductor switch 41 may be switched to the non-conductive state in the open state of the conductor arrangement 15.
  • the rotor 2 may have a control unit 42, which controls the separating element 4 as a function of the control signal.
  • the control unit 42 applies the control voltage to the separating element 4, in particular to the actuator 40 and / or to the semiconductor switch 41, as a function of the control signal.
  • the control unit 42 adjusts the short-circuited state and / or the open state of the conductor arrangement 15 in dependence on the control signal.
  • the control signal can be received, for example, from a reception coil 52.
  • the receiving coil 52 is designed to receive a received signal from a transmitting unit
  • the electric machine 1 comprises a starting device 32 for starting the electric machine 1.
  • the starting device 32 is preferably designed to drive the electric machine 1 in the second Start operating mode and transfer after a start-up phase in the first operating mode.
  • the starting device 32 is designed to confusemodulieren the received signal to the stator magnetic field.
  • the starting device 32 may be configured to control the control unit 42 by means of the reception signal.
  • the separating element 4 by the starting device 32 is indirect
  • the starting device 32 is designed to modulate such a received signal to the stator magnetic field after the startup phase or after transferring the electric machine 1 from the second operating mode to the first operating mode that the conductor arrangement 15 is opened.
  • the starting device 32 is adapted to accelerate the electrical machine 1 in the second Be ⁇ operating mode to a synchronous speed and then to convert the electric machine 1 in the first Be ⁇ operating mode.
  • the control unit 42 may be designed to control the separating element 4 on the basis of the received signal from the starting device 32.
  • the rotor 2 may have a sensor coil 50, 51. This is shown in FIG.
  • the sensor coil 50 is designed as a diameter coil via a pole pitch of the electrical machine 1.
  • Two strands of the sensor coil 51 are in the present case with respect to an angle 58 in polar coordinates ei ⁇ ner axial sectional area of the cylindrical rotor 2 spaced by 180 °.
  • the angle 58 of the present 180 ° depends in particular on a number of pole pairs of the electric machine 1.
  • the sensor coil 51 is presently designed as a coil via a Nuttei ⁇ ment of the stator 3.
  • two strands of the sensor coil 51 are objected to in terms of an angle 59 in polar coordinates of the axial sectional area of the cylindrical rotor 2 by 10 °.
  • the sensor coil 51 is arranged on the rotor ⁇ 2, wherein the angle 59 depends on the slot pitch of the stator. 3
  • the sensor coil 50 is oriented such that, in the syn ⁇ -synchronous operation of the electrical machine 1 no voltage is induced in the sensor coil 50th
  • the synchronous operation of the electric machine 1 is given, for example, exactly when an induction voltage in the sensor coil 50 is below a first predetermined limit value.
  • the evaluation unit 53 can be connected to the control unit 42, for example via a wire or a data line.
  • the evaluation unit 53 is designed to output the control signal for the control unit 42.
  • Example ⁇ instance is formed, the evaluation unit 53 to the tax erritt to command 42 by means of the control signal, if and to convert the Lei ⁇ terantechnisch 15 in the open state, when the induction voltage in the sensing coil 50 below the first predetermined limit value.
  • the sensor coil 51 is aligned such that just then
  • Harmonic waves are induced in the sensor coil 51 when harmonics are induced in the conductor assembly 15.
  • the evaluation unit 53 is designed to evaluate the induction voltage in the sensor coil 51.
  • the evaluation unit 53 is adapted to command the control unit 42 by means of the control signal to convert the ladder assembly 15 in the open state when the induced voltage in the sensor coil 51 is located above the second specified differently surrounded limit.
  • An induction coil 55 may be adapted to the evaluation unit 53 to supply the separating element 4 and / or the Steuerein ⁇ standardized 42 with electrical energy.
  • induction coil 55 is arranged on the rotor 2 in such a way that at least then induces a supply voltage is when a driving of the separating element 4 is necessary.
  • the induction coil 55 is arranged on the rotor 2, that in the first operating mode of the electric machine 1, the supply voltage is induced. This type of energy supply of components of the electric machine 1 by induction is also called "Energy
  • the induction coil may be formed by the sensor coil 50, 51 or the Emp ⁇ fishing reel 52 55.

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Abstract

The invention relates to a rotor for an electrical machine (1), comprising a first rotor part (10) and a second rotor part (10), which is designed as a squirrel-cage rotor (17) having a conductor assembly (15), the first rotor part (10) comprising means (18) for entering into an electromagnetic operative connection with a stator magnetic field. According to the invention, in order to reduce induction losses in the case of the present rotor (2) in comparison with the prior art, the second rotor part (11) has a switchable disconnecting element (4) for short-circuiting and opening the conductor assembly (15) of the squirrel-cage rotor (17), the disconnecting element (4) being able to be controlled in accordance with an operating state of the electrical machine (1).

Description

Beschreibung description
Elektrische Maschine mit Kurzschlussläufer und Trenneinheit zum Öffnen des Kurzschlussläufers Electric machine with squirrel-cage rotor and disconnecting unit for opening the squirrel cage rotor
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Ma¬ schine mit einem ersten Läuferteil, der Mittel zum Eingehen einer elektromagnetischen Wirkverbindung aufweist, und einem zweiten Läuferteil, welches als Kurzschlussläufer ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschi¬ ne mit dem genannten Rotor. The invention relates to a rotor for an electrical machine ¬ Ma having a first rotor part, the means for entering into an electromagnetic operative connection, and in a second rotor part, which is designed as a squirrel-cage rotor. The invention also relates to an electric Maschi ¬ ne with said rotor.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind elektrische Maschinen, welche als eine Mischform aus Asynchronmaschine und Synchron¬ maschine, insbesondere Permanentmagnet-Synchronmaschine, aus¬ gebildet sind. Insbesondere weist eine solche elektrische Ma¬ schine einen Rotor mit einem ersten Läuferteil zum Betrieb als Synchronmaschine und mit einem zweiten Läuferteil zum Be¬ trieb als Asynchronmaschine auf. Vorzugsweise wird die elekt¬ rische Maschine in einem Dauerbetrieb als Synchronmaschine betrieben. Insbesondere ist ein als Kurzschlussläufer ausgebildeter zweiter Läuferteil dazu ausgebildet, die elektrische Maschine in einem Anlaufbetrieb zu starten. From the prior art are known electrical machines, which are formed as a hybrid form of asynchronous machine and synchronous ¬ machine, in particular permanent magnet synchronous machine ¬ . In particular, such an electrical machine Ma ¬ a rotor having a first rotor part to operate as a synchronous machine and a second rotor part for loading ¬ operating as an asynchronous machine on. Preferably, the electric ¬ machine is operated in a continuous operation as a synchronous machine. In particular, a second rotor part designed as a squirrel-cage rotor is designed to start the electric machine in a start-up mode.
In einem synchronen Betrieb der elektrischen Maschine können durch magnetische Oberwellen Ströme in den zweiten Läuferteil beziehungsweise den Kurzschlussläufer induziert werden. In a synchronous operation of the electrical machine currents can be induced by magnetic harmonics in the second rotor part or the squirrel-cage rotor.
Der Stand der Technik besitzt den Nachteil, dass in einem Be¬ trieb der elektrischen Maschine mittels des ersten Läuferteils durch Induktion von Strömen in den zweiten Läuferteil Verluste entstehen. The prior art has the disadvantage that losses occur in a Be ¬ drive the electric machine by means of the first rotor part by induction of currents in the second rotor part.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verluste durch Induktion von Strömen in den zweiten Läuferteil gegenüber dem Stand der Technik zu verringern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegen¬ stände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausfüh¬ rungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweck¬ mäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rotors gelten analog auch für die erfindungsgemäße elektrische Maschine. It is an object of the present invention to reduce losses by induction of currents in the second rotor part over the prior art. This object is achieved by the counter ¬ states of the independent claims. Advantageous exporting ¬ insurance forms with expedient further developments are subject of the dependent claims. Advantageous embodiments and expedient developments of the rotor according to the invention apply analogously to the electric machine according to the invention.
Ein Rotor für eine elektrische Maschine umfasst ein erstes Läuferteil und ein zweites Läuferteil, welches als Kurz¬ schlussläufer mit einer Leiteranordnung ausgeführt ist. Das erste Läuferteil umfasst Mittel, zum Eingehen einer elektro¬ magnetischen Wirkverbindung mit einem Ständermagnetfeld, insbesondere der elektrischen Maschine. Insbesondere ist das zweite Läuferteil, insbesondere die Leiteranordnung, dazu ausgebildet, eine elektromagnetische Wirkverbindung mit dem Ständermagnetfeld einzugehen, wenn sich der Rotor in einer bestimmungsgemäßen Einbauposition in der elektrischen Maschine befindet. Vorzugsweise sind das erste Läuferteil und das zweite Läuferteil dazu ausgebildet, in unterschiedlichen Be¬ triebsmodi der elektrischen Maschine die jeweilige Wirkver¬ bindung mit dem Ständermagnetfeld einzugehen, wenn sich der Rotor in der bestimmungsgemäßen Einbauposition in der elektrischen Maschine befindet. Insbesondere unterscheiden sich die elektromagnetische Wirkverbindung des ersten Läuferteils und des zweiten Läuferteils voneinander. Die Mittel des ers¬ ten Läuferteils können Permanentmagnete und/oder eine Erre¬ gerspule umfassen. Insbesondere ist das erste Läuferteil nach Art eines Läufers für eine Synchronmaschine ausgeführt. Ins¬ besondere ist das zweite Läuferteil nach Art eines Läufers für eine Asynchronmaschine ausgeführt. A rotor for an electrical machine comprising a first rotor member and a second rotor part, which is designed as a short circuit rotor with a ¬ conductor arrangement. The first rotor part comprises means for entering into an electrochemical ¬ magnetic operative connection with a stator magnetic field, in particular the electrical machine. In particular, the second rotor part, in particular the conductor arrangement, is designed to enter into an electromagnetic operative connection with the stator magnetic field when the rotor is in a suitable installation position in the electric machine. Preferably, the first rotor part and the second rotor part are designed to enter the respective Wirkver ¬ bond with the stator magnetic field in different Be ¬ drive modes of the electric machine when the rotor is in the intended installation position in the electric machine. In particular, the electromagnetic operative connection of the first rotor part and the second rotor part differ from each other. The means of the f th ¬ runner part may comprise permanent magnets and / or a Erre ¬ gerspule. In particular, the first rotor part is designed in the manner of a rotor for a synchronous machine. Ins ¬ particular, the second rotor part is designed in the manner of a rotor for an asynchronous machine.
Um Verluste durch Induktion bei dem vorliegenden Rotor gegenüber dem Stand der Technik zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Läuferteil ein schaltbares Trenn¬ element zum Kurzschließen und Öffnen der Leiteranordnung des Kurzschlussläufers aufweist. Insbesondere ist das Trennele¬ ment abhängig von einem Betriebs zustand der elektrischen Maschine ansteuerbar. In kurzgeschlossenem Zustand der Leiter- anordnung kann das zweite Läuferteil als Kurzschlussläufer betrieben werden. In geöffnetem Zustand der Leiteranordnung kann die Funktion des zweiten Läuferteils als Kurzschlussläu¬ fer unterbrochen sein. Insbesondere ist in geöffnetem Zustand der Leiteranordnung keine elektromagnetische Wirkverbindung des zweiten Läuferteils mit dem Ständermagnetfeld möglich. In order to reduce losses due to induction in the present rotor relative to the prior art, the invention provides that the second rotor part has a switchable separating ¬ element for short-circuiting and opening of the circuit arrangement of the squirrel-cage rotor. In particular, the Trennele ¬ ment is dependent on an operating state of the electric machine controlled. In short-circuited condition of the conductor Arrangement, the second rotor part can be operated as a squirrel cage. In the open state of the conductor arrangement, the function of the second rotor part can be interrupted as Kurzschlussläu ¬ fer. In particular, in the open state of the conductor arrangement, no electromagnetic active connection of the second rotor part with the stator magnetic field is possible.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Trennelement zumindest einen Halbleiterschalter umfasst. Insbesondere umfasst das Trennelement einen oder mehrere Transistoren, vorzugsweise Feldeffekttransistoren, als Halbleiterschalter. Insbesondere ist der zumindest eine Halbleiterschalter Teil der Leiteranordnung. In einem leitfähigen Zustand des Halbleiterschalters kann die Leiteranordnung kurzgeschlossen sein. In einem nichtleitenden Zustand des Halbleiterschalters kann die Lei¬ teranordnung geöffnet sein. Insbesondere handelt es sich bei dem zumindest einen Halbleiterschalter um einen selbstleitenden Halbleiterschalter, insbesondere einen selbstleitenden Transistor, vorzugsweise einen selbstleitenden Siliciumcarbid (SiC) Transistor. In diesem Fall kann in einem Anlaufbetrieb des Rotors, wenn dieser bestimmungsgemäß in eine elektrische Maschine eingebaut ist, die Leiteranordnung kurzgeschlossen sein . A further development provides that the separating element comprises at least one semiconductor switch. In particular, the separating element comprises one or more transistors, preferably field-effect transistors, as semiconductor switches. In particular, the at least one semiconductor switch is part of the conductor arrangement. In a conductive state of the semiconductor switch, the conductor arrangement may be short-circuited. In a non-conductive state of the semiconductor switch, the Lei ¬ teranordnung may be open. In particular, the at least one semiconductor switch is a self-conducting semiconductor switch, in particular a normally-on transistor, preferably a self-conducting silicon carbide (SiC) transistor. In this case, in a start-up operation of the rotor, if it is installed as intended in an electrical machine, the conductor arrangement may be short-circuited.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiteranordnung einen Käfigläufer, welcher Kurzschlussstäbe und Kurzschlussringe aufweist, ausbildet. Bei dem Käfigläufer handelt es sich um eine besonders vorteilhafte und einfache Ausbildungsform des Kurzschlussläufers. Die Kurzschlussstäbe können radial um eine Rotationsachse des Rotors angeordnet sein. Die Kurzschlussringe können die Kurzschlussstäbe in Um- fangsrichtung um die Rotationsachse des Rotors kontaktieren. Insbesondere ist das Trennelement dazu ausgebildet, eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Kurzschlussringe und den Kurzschlussstäben kurzzuschließen oder zu öffnen. Insbesondere ist das Trennelement zwischen den Kurzschlussstäben und dem zumindest einen der Kurzschlussrin- ge angeordnet. Beispielsweise umfasst jeder der Kurzschluss¬ stäbe einen Halbleiterschalter als Trennelement. A development of the invention provides that the conductor arrangement forms a squirrel-cage rotor which has short-circuit bars and short-circuit rings. The squirrel cage is a particularly advantageous and simple embodiment of the squirrel cage rotor. The shorting bars may be arranged radially about an axis of rotation of the rotor. The shorting rings can contact the shorting bars in the circumferential direction about the axis of rotation of the rotor. In particular, the separating element is designed to short-circuit or open an electrical connection between at least one of the short-circuiting rings and the short-circuiting bars. In particular, the separating element is arranged between the short-circuiting bars and the at least one of the short-circuiting bars. ge arranged. For example, each of the short-circuit rods ¬ comprises a semiconductor switch as a separator.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Trennelement einen Aktor umfasst, der dazu ausgebildet ist, zumindest einen der Kurzschlussringe relativ zu den Kurzschlussstäben zu bewegen. Insbesondere ist der Aktor dazu ausgebildet, den zumindest einen der Kurzschlussringe zum Öffnen der Leiteranordnung von den Leiterstäben weg zu bewegen. Insbesondere ist der Aktor dazu ausgebildet, den zumindest einen der Kurzschlussringe zum Kurzschließen der Leiteranordnung zu den Kurzschlussstäben hin zu bewegen. Vorzugsweise berührt der zumindest eine der Kurzschlussringe jeden der Kurzschlussstäbe in dem kurz¬ geschlossenen Zustand der Leiteranordnung, wodurch insbesondere ein elektrischer Kontakt zwischen den Kurzschlussstäben und dem zumindest einen der Kurzschlussringe gegeben ist. Vorzugsweise ist der zumindest eine der Kurzschlussringe in dem offenen Zustand der Leiteranordnung von den Kurzschlussstäben beabstandet. Bei dieser Ausbildungsform des Trennele¬ ments kann die Leiteranordnung besonders leicht kurzgeschlos¬ sen und geöffnet werden. A further development provides that the separating element comprises an actuator which is designed to move at least one of the short-circuiting rings relative to the short-circuiting bars. In particular, the actuator is designed to move the at least one of the short-circuit rings for opening the conductor arrangement away from the conductor bars. In particular, the actuator is configured to move the at least one of the shorting rings for shorting the conductor arrangement to the shorting bars. Preferably, the at least one of the short-circuit rings touching each of the shorting bars in the short ¬ closed state of the circuit arrangement, whereby in particular an electrical contact between the short-circuit rods and the at least one of the short-circuit rings is given. Preferably, the at least one of the shorting rings in the open state of the conductor arrangement is spaced from the shorting bars. In this embodiment of the Trennele ¬ ment, the conductor arrangement can be particularly easily short-closed ¬ sen and opened.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Aktor ein Piezoelement umfasst. Das Piezoelement kann dazu ausgebildet sein, den zu¬ mindest einen der Kurzschlussringe durch Verändern einer Aus¬ dehnung des Piezoelements relativ zu den Kurzschlussstäben zu bewegen. Die Ausdehnung des Piezoelements kann abhängig von einer Spannung sein, die an dem Piezoelement anliegt. Somit kann durch Anlegen der Spannung an das Piezoelement die Position des zumindest einen der Kurzschlussringe relativ zu den Kurzschlussstäben einstellbar sein. Insbesondere liegen Kurzschlussspannungen, welche in der Leiteranordnung auftreten, im Bereich von weniger als 2 V, 5 V, 10 V oder 20 V. Daher kann bereits eine sehr geringe relative Bewegbarkeit des zu¬ mindest einen der Kurzschlussringe relativ zu den Kurz¬ schlussstäben von beispielsweise 1 mm oder 2 mm ausreichen, um die Leiteranordnung zu öffnen. Bei dem Piezoelement han- delt es sich um eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform des Aktors. A further embodiment provides that the actuator comprises a piezoelectric element. The piezo element may be adapted to be ¬ minimum to move one of the short-circuit rings by changing an off ¬ expansion of the piezoelectric element relative to the short-circuit rods. The expansion of the piezoelectric element may be dependent on a voltage applied to the piezoelectric element. Thus, by applying the voltage to the piezoelectric element, the position of the at least one of the shorting rings relative to the shorting bars can be adjusted. In particular, are short-circuit voltages appearing in the circuit arrangement, in the range of less than 2 V, 5 V, 10 V or 20 V. Therefore, even a very small relative mobility of about ¬ least one of the end rings relative to the short ¬ circuit bars, for example, 1 mm or 2 mm is sufficient to open the conductor arrangement. For the piezo element, It is a particularly simple and inexpensive embodiment of the actuator.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Rotor eine Steuerein- heit aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Trennelement ab¬ hängig von einem Schaltsignal zu schalten. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Leiteranordnung durch das Trennelement in den kurzgeschlossenen Zustand zu schal¬ ten, wenn das Schaltsignal einen ersten Wert annimmt. Insbe- sondere ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Leiteran¬ ordnung durch das Trennelement in den offenen Zustand zu schalten, wenn das Schaltsignal einen zweiten Wert annimmt. Somit sind durch das Schaltsignal der kurzgeschlossene und/oder der offene Zustand der Leiteranordnung einstellbar. A further development provides that the rotor has an integrated control inputs, which is designed to switch the separating element from ¬ dependent on a switching signal. Specifically, the control unit is adapted to the circuit arrangement by the separating element in the short-circuited state to scarf ¬ th, when the switching signal assumes a first value. In particular, the control unit is designed to switch the Leiteran ¬ order by the separating element in the open state when the switching signal assumes a second value. Thus, the short-circuited and / or the open state of the conductor arrangement can be adjusted by the switching signal.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor eine Empfangsspule aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Empfangssignal von einer externen Sendeeinheit zu empfangen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Empfangssignal um das Schaltsignal. Insbesondere ist die Empfangsspule dazu ausge¬ bildet, das Empfangssignal von der externen Sendeeinheit zu empfangen und, vorzugsweise als das Schaltsignal, an die Steuereinheit weiterzuleiten. Durch die Empfangsspule kann es ermöglicht sein, das Trennelement extern zu schalten. Insbe- sondere kann das Empfangssignal durch die externe Sendeein¬ heit auf das Ständermagnetfeld beziehungsweise einen das Ständermagnetfeld verursachenden Stromfluss aufmoduliert sein. Insbesondere kann die Empfangs spule dazu ausgebildet sein, das Empfangssignal über das Ständermagnetfeld zu emp- fangen, wenn sich der Rotor in der bestimmungsgemäßen Einbauposition in der elektrischen Maschine befindet. Durch die Empfangsspule ist eine besonders einfache und verschleißarme Möglichkeit gegeben, dass Empfangssignal von der externen Sendeeinheit zu empfangen. Insbesondere sind keine Schleif- ringe zur kabelgestützten Übertragung des Empfangssignals nötig . Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor eine Induktionsspule aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Trennelement und/oder ein weiteres Bauteil des Rotors mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere handelt es sich bei dem weiteren Bauteil des Rotors um die Steuereinheit. Insbesondere ist die Induktionsspule dazu ausgebildet, aus dem Ständermagnetfeld einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Leistung zu erzeugen, wenn sich der Rotor i der bestimmungsgemäßen Einbauposition in der elektrischen Ma schine befindet. Durch die Induktionsspule ist eine kontakt¬ lose Versorgung des Trennelements und/oder des weiteren Bau¬ teils mit elektrischer Energie ermöglicht. Insbesondere sind keine Schleifringe zur Übertragung elektrischer Energie auf den Rotor nötig. A development of the invention provides that the rotor has a receiving coil, which is designed to receive a received signal from an external transmitting unit. Preferably, the received signal is the switching signal. In particular, the receiver coil is to be ¬ forms to receive the reception signal from the external transmitter unit and, preferably forward as the switching signal to the control unit. By the receiving coil, it may be possible to switch the separating element externally. In particular, the received signal can be modulated by the external Sendeein ¬ integrated on the stator magnetic field or a magnetic field causing the stator current flow. In particular, the receiving coil can be designed to receive the received signal via the stator magnetic field when the rotor is in the intended installation position in the electric machine. By the receiving coil is given a particularly simple and low-wear way to receive the received signal from the external transmitting unit. In particular, no grinding rings are required for the cable-supported transmission of the received signal. A development of the invention provides that the rotor has an induction coil, which is designed to supply the separating element and / or a further component of the rotor with electrical energy. In particular, the further component of the rotor is the control unit. In particular, the induction coil is designed to generate an electric current and / or an electric power from the stator magnetic field when the rotor i is in the intended installation position in the electric machine. Through the induction coil, a contact ¬ loose supply of the separating element and / or the other Bau ¬ part is made possible with electrical energy. In particular, no slip rings for transmitting electrical energy to the rotor are necessary.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, der eine Spulenanordnung umfasst, und einem Rotor der oben genannten Art. Vorzugsweise ist die Spulenanordnung dazu ausgebildet, das Ständermagnetfeld zu erzeugen. Insbesondere steht in einem ersten Betriebsmodus der elektrischen Maschine das Mittel des ersten Läuferteils des Rotors in einer elektromagnetischen Wirkverbindung mit dem Ständermagnetfeld. Insbesondere steht in einem zweiten Betriebsmodus der elektrischen Maschine die Leiteranordnung des zweiten Läuferteils in einer elektromagnetischen Wirkver bindung mit dem Ständermagnetfeld. Vorzugsweise ist die Lei¬ teranordnung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand der elektrischen Maschine an steuerbar. Besonders bevorzugt ist genau dann keine Ausbildung der elektromagneti¬ schen Wirkverbindung ermöglicht, wenn die Leiteranordnung durch das schaltbare Trennelement geöffnet ist. Insbesondere ist die Leiteranordnung in dem zweiten Betriebsmodus der elektrischen Maschine durch das Trennelement in den kurzge¬ schlossenen Zustand geschaltet. Insbesondere ist die Leiter¬ anordnung in dem ersten Betriebsmodus der elektrischen Maschine durch das Trennelement in den offenen Zustand geschal tet . Der Rotor der elektrischen Maschine kann die Empfangsspule aufweisen, die dazu ausgebildet ist, dass Empfangssignal von der externen Steuereinheit zu empfangen. Vorzugsweise charakterisiert das Empfangssignal den Betriebszustand der elektri- sehen Maschine. A second aspect of the invention relates to an electric machine having a stator comprising a coil arrangement and a rotor of the above-mentioned type. The coil arrangement is preferably designed to generate the stator magnetic field. In particular, in a first operating mode of the electric machine, the means of the first rotor part of the rotor is in an electromagnetic operative connection with the stator magnetic field. In particular, in a second operating mode of the electrical machine, the conductor arrangement of the second rotor part is in an electromagnetic Wirkver bond with the stator magnetic field. Preferably, the Lei ¬ teranordnung is controllable depending on the respective operating state of the electric machine. Particularly preferably no training of electromagnetic ¬ rule operative connection is just possible when the conductor arrangement is opened by the switchable separator. In particular, the conductor arrangement is switched in the second operating mode of the electric machine by the separating element in the shorted ¬ closed state. In particular, the conductor arrangement is geschal ¬ tet in the first operation mode of the electric machine by the partition member in the open state. The rotor of the electric machine may comprise the receiving coil, which is designed to receive the received signal from the external control unit. The received signal preferably characterizes the operating state of the electrical machine.
Eine Weiterbildung der elektrischen Maschine sieht vor, dass der Rotor eine Sensorspule zum Erfassen eines Sensorsignals umfasst, wobei das Sensorsignal den Betriebszustand der elektrischen Maschine charakterisiert. Insbesondere weist der Rotor in diesem Fall die Steuereinheit auf, welche dazu aus¬ gebildet ist, das Trennelement in Abhängigkeit von dem A development of the electrical machine provides that the rotor comprises a sensor coil for detecting a sensor signal, wherein the sensor signal characterizes the operating state of the electrical machine. In particular, the rotor in this case has the control unit, which is formed from ¬ , the separating element in dependence on the
Schaltsignal zu schalten. Besonders bevorzugt entspricht das Sensorsignal dem Schalt Signal . Alternativ oder zusätzlich ist eine Auswerteeinheit dazu ausgebildet, das Schaltsignal aus dem Sensorsignal zu bilden. Insbesondere ist die Sensorspule dazu ausgebildet, das Sensorsignal in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der elektrischen Maschine zu ermitteln. Beispielsweise ist die Sensorspule derart ausgebildet, dass in dem zweiten Betriebsmodus der elektrischen Maschine eine Spannung in die Sensorspule induziert wird und/oder in dem ersten Betriebsmodus der elektrischen Maschine keine Spannung in die Sensorspule induziert wird. Dadurch ist eine Detektion des ersten und/oder zweiten Betriebsmodus ermöglicht. In die¬ sem Beispiel kann die Sensorspule über einer elektrischen Polteilung am Rotor angeordnet sein. Insbesondere sind die Sensorspule und/oder die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, mittels der Steuereinheit das Trennelement derart anzu- steuern, dass die Leiteranordnung genau dann geöffnet wird, wenn der erste Betriebsmodus der elektrischen Maschine detek- tiert ist beziehungsweise keine Spannung in die Sensorspule induziert wird. In einem anderen Beispiel ist die Sensorspule derart ausge¬ bildet, dass in dem ersten Betriebsmodus der elektrischen Ma¬ schine eine Spannung in die Sensorspule induziert wird. Al¬ ternativ oder zusätzlich kann die Sensorspule in diesem Bei- spiel derart ausgebildet sein, dass genau dann eine Spannung in die Sensorspule induziert wird, wenn eine Spannung in den Kurzschlussläufer, insbesondere die Leiteranordnung, induziert wird. Dadurch ist insbesondere die Induktion von Ober- wellen in den Kurzschlussläufer detektierbar . In diesem Fall kann die Sensorspule über eine Nutteilung am Rotor angeordnet sein . Switching signal to switch. Particularly preferably, the sensor signal corresponds to the switching signal. Alternatively or additionally, an evaluation unit is designed to form the switching signal from the sensor signal. In particular, the sensor coil is designed to determine the sensor signal as a function of the operating state of the electrical machine. For example, the sensor coil is designed such that in the second operating mode of the electric machine, a voltage is induced in the sensor coil and / or in the first operating mode of the electric machine no voltage is induced in the sensor coil. This allows detection of the first and / or second operating mode. In the ¬ sem example, the sensor coil may be placed over an electrical pole pitch on the rotor. In particular, the sensor coil and / or the evaluation unit are configured to control the separating element by means of the control unit such that the conductor arrangement is opened precisely when the first operating mode of the electrical machine is detected or no voltage is induced in the sensor coil. In another example, the sensor coil is such forms ¬ out that in the first operating mode of the electrical machine, a voltage is induced in the sensor coil. Al ¬ tively or additionally, the sensor coil can in this examples be designed such that just then a voltage is induced in the sensor coil when a voltage in the squirrel-cage rotor, in particular the conductor arrangement is induced. As a result, in particular the induction of harmonics in the squirrel cage rotor can be detected. In this case, the sensor coil can be arranged via a slot pitch on the rotor.
Weiterbildungen der elektrischen Maschine können mehrere, insbesondere unterschiedliche, Sensorspulen vorsehen, welche den jeweiligen Betriebsmodus der elektrischen Maschine, insbesondere redundant, erfassen. Vorzugsweise ist die Steuer¬ einheit in diesem Fall dazu ausgebildet, das Trennelement in Abhängigkeit von mehreren Sensorsignal der mehreren Sensor- spulen anzusteuern. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit in die¬ sem Fall dazu ausgebildet, das Schaltsignal aus den mehreren Sensorsignal zu bilden. Further developments of the electrical machine can provide several, in particular different, sensor coils which detect the respective operating mode of the electrical machine, in particular redundantly. Preferably, the control unit ¬ is formed in this case to drive the release element in response to a plurality of sensor signal of the plurality of sensor coils. Preferably, the evaluation unit is designed to form the switching signal from the plurality of sensor signal in the case ¬ sem.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Rotor in dem ersten Betriebszustand der elektrischen Maschine mittels des ersten Läuferteils in einem Synchronbetrieb betreibbar ist und der Rotor in dem zweiten Betriebszustand der elektrischen Maschine mittels des zweiten Läuferteils in einem Asynchronbetrieb betreibbar ist. Insbesondere handelt es sich dem ersten Be- triebszustand um einen synchronen Betriebszustand der elekt¬ rischen Maschine, vorzugsweise nach Art einer Synchronmaschine. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Betriebszu¬ stand um einen asynchronen Betriebszustand der elektrischen Maschine, vorzugsweise nach Art einer Asynchronmaschine. Der Synchronbetrieb ist insbesondere über die Sensorspule über die elektrische Polteilung erfassbar. Der Asynchronbetrieb ist insbesondere über die Sensorspule über die elektrische Nutteilung erfassbar. Es zeigen: A development provides that the rotor in the first operating state of the electric machine by means of the first rotor part in a synchronous operation is operable and the rotor in the second operating state of the electric machine by means of the second rotor part in an asynchronous operation is operable. In particular, the first operating state to a synchronous operation state of the elekt ¬ step machine, preferably in the manner of a synchronous machine. In particular, in the second Betriebszu ¬ was an asynchronous operating condition of the electrical machine, preferably in the manner of an asynchronous machine. The synchronous operation can be detected in particular via the sensor coil via the electrical pole pitch. The asynchronous operation can be detected in particular via the sensor coil via the electrical slot division. Show it:
FIG 1 eine schematische Schnittansicht durch eine elekt¬ rischen Maschine mit einem Rotor; FIG 2 eine schematische Schnittansicht durch den Rotor; und 1 shows a schematic sectional view through an electric ¬ machine with a rotor; 2 shows a schematic sectional view through the rotor; and
FIG 3 in einer schematischen Perspektivansicht und einer 3 shows a schematic perspective view and a
Schnittansicht eine Anordnung von Spulen an dem Ro tor .  Sectional view of an array of coils on the Ro tor.
FIG 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 in einer schemati¬ schen Schnittansicht. Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf. Der Stator 3 umfasst eine Spulenanordnung 30 zum Bereitstellen eines Ständermagnetfelds. Insbesondere wird das Ständermagnetfeld in einem Be¬ trieb der elektrischen Maschine 1 durch einen elektrischen Stromfluss in der Spulenanordnung 30 bereitgestellt. Der Ro¬ tor 2 ist vorliegend auf einer Welle 19 drehbar gelagert. Insbesondere befindet sich der Rotor 2 in einer bestimmungs¬ gemäßen Einbauposition in der elektrischen Maschine 1. Bei der elektrischen Maschine 1 handelt es sich beispielsweise um eine Drehstrommaschine. Insbesondere ist die elektrische Ma¬ schine 1 als sogenannter PM Line-Start Motor ausgeführt, das bedeutet als Synchronmaschine mit Permanentmagneten, welche zum asynchronen Anlaufen einen Käfigläufer aufweist . 1 shows an electric machine 1 in a schemati ¬ rule sectional view. The electric machine 1 has a rotor 2 and a stator 3. The stator 3 includes a coil assembly 30 for providing a stator magnetic field. In particular, the stator magnetic field is provided in a loading ¬ operation of the electric machine 1 by an electric current flow in the coil assembly 30. The Ro ¬ gate 2 is mounted on a shaft 19 rotatably herein. In particular is the rotor 2 in a determination ¬ proper installation position in the electrical machine 1. In the electrical machine 1 is, for example, a three-phase machine. In particular, the electrical Ma machine 1 is configured as a so-called PM line-start motor, that is a synchronous machine with permanent magnets comprising a squirrel-cage asynchronous tarnishing.
FIG 2 zeigt den Rotor 2 ausschnittsweise in einer äußerst schematischen Schnittansicht. Der Rotor 2 umfasst ein erstes Rotorteil 10 und ein zweites Rotorteil 11. Das erste Rotor¬ teil 10 ist vorliegend äußerst schematisch dargestellt und umfasst Mittel 18 zum Eingehen einer elektromagnetischen Wirkverbindung mit dem Ständermagnetfeld. Die Mittel 18 des ersten Rotorteils 10 können beispielsweise einen Permanent¬ magneten und/oder eine Erregerspule umfassen. Vorzugsweise ist mittels des ersten Rotorteils 10 ein Betrieb der elektri¬ schen Maschine 1 nach Art einer Synchronmaschine ermöglicht. Insbesondere ist die elektrische Maschine 1 in einem ersten Betriebsmodus als Synchronmaschine betreibbar. In dem ersten Betriebsmodus rotiert der Rotor 2 insbesondere synchron, das bedeutet mit gleicher Kreisfrequenz, wie das Ständermagnet¬ feld. 2 shows the rotor 2 in sections in an extremely schematic sectional view. The rotor 2 comprises a first rotor part 10 and a second rotor part 11. The first rotor ¬ part 10 is present in an extremely schematic and includes means 18 for entering into an electromagnetic operative connection with the stator magnetic field. The means 18 of the first rotor part 10 may for example comprise a permanent magnet ¬ and / or an excitation coil. Preferably is made possible by means of the first rotor member 10, operation of the electrical machine 1 ¬ rule in the manner of a synchronous machine. In particular, the electric machine 1 can be operated as a synchronous machine in a first operating mode. In the first operating mode, the rotor 2 in particular rotates synchronously, the means with the same angular frequency, as the stator magnet ¬ field.
Das zweite Rotorteil 11 ist als Kurzschlussläufer 17 mit ei- ner Leiteranordnung 15 ausgeführt. Die Leiteranordnung 15 ist vorliegend als Käfigläufer ausgeführt und umfasst einen Kurz¬ schlussring 12 und einen Kurzschlussstab 13. Der Kurzschluss¬ ring 12 ist vorliegend ringförmig um die Welle 19 angeordnet. Vorzugsweise ist mittels des zweiten Rotorteils 11 ein Be- trieb der elektrischen Maschine 1 nach Art einer Asynchronma¬ schine ermöglicht. Insbesondere ist die elektrische Maschine 1 in einem zweiten Betriebsmodus als Asynchronmaschine betreibbar. In dem zweiten Betriebsmodus rotiert der Rotor 2 insbesondere asynchronen, das bedeutet mit unterschiedlicher Kreisfrequenz, wie das Ständermagnetfeld. Insbesondere ist die Kreis frequenz des Ständermagnetfelds bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 1 als Motor größer als die Kreisfrequenz, mit der sich der Rotor 2 rotiert. Insbesondere ist der zweite Betriebsmodus der elektrischenThe second rotor part 11 is designed as a short-circuit rotor 17 with a conductor arrangement 15. The conductor arrangement 15 is in the present case designed as a squirrel-cage rotor and includes a short-circuit ring 12 and ¬ a shorting bar 13. The short-circuit ring 12 is disposed ¬ present annularly around shaft 19th Preferably by means of the second rotor member 11 a operating the electric machine 1 in the manner of a Asynchronma ¬ machine allows. In particular, the electric machine 1 can be operated as an asynchronous machine in a second operating mode. In the second operating mode, the rotor 2 rotates in particular asynchronous, that means with different angular frequency, such as the stator magnetic field. In particular, the circuit frequency of the stator magnetic field during operation of the electric machine 1 as a motor is greater than the angular frequency with which the rotor 2 rotates. In particular, the second operating mode is the electrical
Maschine 1 dazu geeignet, die elektrische Maschine 1 zu star¬ ten. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Betriebsmo¬ dus um einen Anlaufmodus. Insbesondere ist der erste Be¬ triebsmodus der elektrischen Maschine 1 dazu geeignet, die elektrische Maschine 1 dauerhaft zu betreiben. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Betriebsmodus um einen Dauerbetriebsmodus, in dem die elektrische Maschine 1 in ihrem Normalbetrieb betrieben wird. Insbesondere wird die elektri¬ sche Maschine 1 nur zum Starten in dem zweiten Betriebsmodus betrieben und nach Beendigung des Startvorgangs in dem ersten Betriebsmodus betrieben. Engine 1 is adapted to the electric machine 1 to star ¬ th. Preferably, in the second Betriebsmo ¬ dus to a start-up mode. Specifically, the first Be ¬ operating mode of the electrical machine 1 is adapted to operate the electrical machine 1 permanently. The first operating mode is preferably a continuous operating mode in which the electric machine 1 is operated in its normal mode. In particular, the electric ¬ cal machine 1 is operated only for starting in the second operating mode and operated after completion of the starting operation in the first operating mode.
Befindet sich die elektrische Maschine 1 in dem ersten Be¬ triebsmodus, so können an dem zweiten Rotorteil 11 Verluste durch induzierte Oberwellen auftreten. Insbesondere können Ströme in die Leiteranordnung 15 induziert werden. Um die Verluste zu reduzieren, weist die Leiteranordnung 15 vorlie¬ gend ein Trennelement 4 auf. Das Trennelement 4 ist dazu aus- gebildet, die Leiteranordnung 15 kurzzuschließen und zu öffnen. Vorliegend ist das Trennelement 4 dazu ausgebildet, eine elektrische Verbindung zwischen dem Kurzschlussstab 13 und dem Kurzschlussring 12 kurzzuschließen und zu öffnen. Insbe- sondere ist das Trennelement 4 dazu ausgebildet, den Kurz¬ schlussstab 13 und den Kurzschlussring 12 zu kontaktieren und zu trennen. In kurzgeschlossenem Zustand der Leiteranordnung 15 sind der Kurzschlussstab 13 und der Kurzschlussring 12 insbesondere elektrisch kontaktiert. In offenen Zustand der Leiteranordnung 15 sind der Kurzschlussstab 13 und der Kurz¬ schlussring 12 insbesondere elektrisch getrennt. Das Trennelement 4 kann dazu ausgebildet sein, die Leiteranordnung 15 zwischen dem offenen Zustand und im geschlossenen Zustand zu überführen. Das Trennelement 4 ist vorzugsweise abhängig von dem Betriebszustand der elektrischen Maschine 1 ansteuerbar. The electrical machine 1 is in the first loading ¬ operating mode, so 11 losses can occur due to induced harmonics to the second rotor part. In particular, currents can be induced in the conductor arrangement 15. To reduce the losses, the circuit arrangement 15 vorlie ¬ quietly for a separator. 4 The separating element 4 is formed to short circuit the conductor assembly 15 and open. In the present case, the separating element 4 is designed to short-circuit and open an electrical connection between the short-circuiting rod 13 and the short-circuiting ring 12. In particular, the partition member 4 is formed to separate and to contact the short-circuit ¬ rod 13 and the short-circuit ring 12th In a short-circuited state of the conductor arrangement 15, the short-circuiting rod 13 and the short-circuiting ring 12 are in particular electrically contacted. In the open state of the circuit assembly 15 of shorting bar 13 and the short-circuit ring 12 ¬ particular electrically isolated. The separator 4 may be configured to transfer the conductor assembly 15 between the open state and the closed state. The separating element 4 is preferably controllable depending on the operating state of the electric machine 1.
FIG 2 zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen des Trennele¬ ments 4. Das Trennelement 4 kann einen Aktor 40, insbesondere ein Piezoelement , umfassen. Der Aktor 40 ist vorliegend dazu ausgebildet, eine Relativbewegung 45 des Kurzschlussrings 12 relativ zu dem Kurzschlussstab 13 durchzuführen. Insbesondere ist der Aktor 40 durch eine Steuerspannung steuerbar. Beispielsweise kann eine Relativposition des Kurzschlussrings 12 relativ zu dem Kurzschlussstab 13 durch eine Ausdehnung des Aktors 40 einstellbar sein. Die Ausdehnung des Aktors 40 ist vorzugsweise durch die Steuerspannung steuerbar. Somit kann mittels der SteuerSpannung die Relativbewegung 45 des Kurzschlussrings 12 relativ zu dem Kurzschlussstab 13 einstellbar sein. Der Kurzschlussring 12 kann beispielsweise aus einem Ring aus leitendem Material, insbesondere Metall, vorzugswei¬ se Kupfer und/oder Aluminium, bestehen, der auf einer Trägerscheibe, beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik, aufge¬ bracht ist. Der Kurzschlussring 12 und/oder die Trägerscheibe ist insbesondere entlang der Welle 19 axial bewegbar gela- gert . Der Aktor 40 ermöglicht insbesondere das Öffnen bezie¬ hungsweise Auftrennen der Teile, insbesondere des Kurz¬ schlussstabs 13 und des Kurzschlussring 12, des Käfigläufers. FIG 2 zeigt die Leiteranordnung 15 in dem offenen Zustand. Vorzugsweise sind der Kurzschlussring 12 und der Kurzschluss¬ stab 13 in dem offenen Zustand voneinander beanstandet. Bei¬ spielsweise beträgt ein Abstand zwischen dem Kurzschlussring 12 und dem Kurzschlussstab 13 in dem offenen Zustand 1 mm bis 2 mm. Ein solcher Abstand ist durch das Piezoelement beson¬ ders leicht erreichbar. Vorzugsweise berühren sich der Kurzschlussring 12 und der Kurzschlussstab 13 in dem kurzge¬ schlossenen Zustand. Durch die Berührung können der Kurz- schlussring 12 und der Kurzschlussstab 13 elektrisch verbunden beziehungsweise kurzgeschlossen sein. Insbesondere berühren sich der Kurzschlussring 12 und der Kurzschlussstab 13 in einem spannungsfreien Zustand des Aktors 40. In dem spannungsfreien Zustand des Aktors 40 liegt keine Steuerspannung an dem Aktor 40 an und/oder die Steuerspannung ist kleiner als ein vorbestimmter Spannungsschwellwert. In diesem Fall ist die Leiteranordnung 15 standardmäßig kurzgeschlossen. Die Leiteranordnung 15 kann durch Anlegen der Steuerspannung an den Aktor 40 in den offenen Zustand überführt werden. 2 shows two different embodiments of the Trennele ¬ ment 4. The separating element 4 may include an actuator 40, in particular a piezoelectric element. In the present case, the actuator 40 is designed to perform a relative movement 45 of the shorting ring 12 relative to the shorting bar 13. In particular, the actuator 40 is controllable by a control voltage. For example, a relative position of the shorting ring 12 relative to the shorting bar 13 can be adjustable by an extension of the actuator 40. The extent of the actuator 40 is preferably controllable by the control voltage. Thus, by means of the control voltage, the relative movement 45 of the short-circuit ring 12 can be adjusted relative to the short-circuiting bar 13. The short-circuit ring 12 may for example consist of a ring of conductive material, in particular metal, vorzugswei ¬ se copper and / or aluminum, which is placed on a carrier disk, for example made of plastic or ceramic, ¬ . The short-circuit ring 12 and / or the carrier disk is supported axially movably, in particular along the shaft 19. The actuator 40 in particular allows the opening Bezie ¬ hung as separation of the parts, especially the short-circuit ¬ stabs 13 and the short-circuit ring 12, the cage rotor. 2 shows the conductor arrangement 15 in the open state. Preferably, the short-circuit ring 12 and the short-circuit rod 13 are objected to each other in the open state. In ¬ example, a distance between the short-circuit ring 12 and the shorting bar 13 in the open state 1 mm to 2 mm. Such a distance is particular ¬ particularly easy reachable by the piezoelectric element. Preferably, the short-circuit ring 12 and the short-circuit rod 13 contact in the short-circuited ¬ closed state. As a result of the contact, the short-circuit ring 12 and the short-circuiting bar 13 can be electrically connected or short-circuited. In particular, the short-circuit ring 12 and the short-circuit bar 13 in a voltage-free state of the actuator 40. In the voltage-free state of the actuator 40 is no control voltage to the actuator 40 and / or the control voltage is less than a predetermined voltage threshold. In this case, the conductor arrangement 15 is short-circuited by default. The conductor arrangement 15 can be transferred to the actuator 40 by applying the control voltage to the open state.
Alternativ oder zusätzlich kann das Trennelement 4 einen oder mehrere HalbleiterSchalter 41 umfassen. Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterschalter 41 um einen Transistor, vorzugsweise einen Feldeffekttransistor. Vorzugsweise ist der Halbleiterschalter 41 hochstromfähig und ermöglicht einenAlternatively or additionally, the separating element 4 may comprise one or more semiconductor switches 41. In particular, the semiconductor switch 41 is a transistor, preferably a field-effect transistor. Preferably, the semiconductor switch 41 is high current and allows a
Stromfluss von mehr als 100 A oder mehr als 1000 A. Der Halb¬ leiterschalter 41 kann selbstleitend ausgeführt sein. Selbst¬ leitend bedeutet insbesondere, dass der Halbleiterschalter 41 ohne Anlegen der SteuerSpannung leitfähig ist. Ein Beispiel für einen selbstleitenden HalbleiterSchalter 41 ist ein SiC- Transistor. Der selbstleitende HalbleiterSchalter 41 kann durch Anlegen der Steuerspannung isoliert geschaltet werden. Durch einen selbstleitenden Halbleiterschalter 41 ist in dem zweiten Betriebsmodus der elektrischen Maschine 1, insbeson- dere dem Anlaufbetrieb, kein Anlegen der Steuerspannung an den Halbleiterschalter 41 nötig. Der Vollständigkeit halber sei nochmals betont, dass das Trennelement 4 in jeweiligen Ausführungsformen entweder den Aktor 40 oder den HalbleiterSchalter 41 umfassen kann. Nochmals andere Ausführungsformen können sowohl den Aktor 40 als auch den Halbleiterschalter 41 vorsehen. Current flow of more than 100 A or more than 1000 A. The semi ¬ conductor switch 41 can be designed to be self-conducting. Even ¬ conductive means in particular that the semiconductor switch 41 is conductive without application of the control voltage. An example of a normally-on semiconductor switch 41 is a SiC transistor. The normally-on semiconductor switch 41 can be switched to isolated by applying the control voltage. By a normally-on semiconductor switch 41, no application of the control voltage to the semiconductor switch 41 is necessary in the second operating mode of the electric machine 1, in particular the start-up operation. For the sake of completeness, it should be emphasized once again that the separating element 4 in respective embodiments may comprise either the actuator 40 or the semiconductor switch 41. Still other embodiments may provide both the actuator 40 and the semiconductor switch 41.
Der Halbleiterschalter 41 ist vorliegend Teil des Kurzschlussstabs 13. Diese Anordnung ist rein beispielhaft zu verstehen. In einem anderen Beispiel das in den Figuren nicht gezeigt ist, ist der Halbleiterschalter 41 zwischen dem Kurzschlussring 12 und dem Kurzschlussstab 13 angeordnet. Der Halbleiterschalter 41 kann in dem kurzgeschlossenen Zustand der Leiteranordnung 15 in seinen leitfähigen Zustand geschaltet sein. Der Halbleiterschalter 41 kann in dem offenen Zu- stand der Leiteranordnung 15 in den nichtleitfähigen Zustand geschaltet sein. The semiconductor switch 41 is presently part of the shorting bar 13. This arrangement is to be understood as purely exemplary. In another example, not shown in the figures, the semiconductor switch 41 is disposed between the shorting ring 12 and the shorting bar 13. The semiconductor switch 41 may be switched to its conductive state in the short-circuited state of the conductor arrangement 15. The semiconductor switch 41 may be switched to the non-conductive state in the open state of the conductor arrangement 15.
Der Rotor 2 kann eine Steuereinheit 42 aufweisen, welche das Trennelement 4 in Abhängigkeit von dem Steuersignal ansteu- ert . Beispielsweise legt die Steuereinheit 42 in Abhängigkeit von dem Steuersignal die Steuerspannung an das Trennelement 4, insbesondere an den Aktor 40 und/oder an den Halbleiterschalter 41, an. Beispielsweise stellt die Steuereinheit 42 in Abhängigkeit von dem Steuersignal den kurzgeschlossenen Zustand und/oder den offenen Zustand der Leiteranordnung 15 ein . The rotor 2 may have a control unit 42, which controls the separating element 4 as a function of the control signal. For example, the control unit 42 applies the control voltage to the separating element 4, in particular to the actuator 40 and / or to the semiconductor switch 41, as a function of the control signal. For example, the control unit 42 adjusts the short-circuited state and / or the open state of the conductor arrangement 15 in dependence on the control signal.
Das Steuersignal kann beispielsweise aus einer Empfangs spule 52 empfangen werden. Insbesondere ist die Empfangsspule 52 dazu ausgebildet, ein Empfangssignal aus einer SendeeinheitThe control signal can be received, for example, from a reception coil 52. In particular, the receiving coil 52 is designed to receive a received signal from a transmitting unit
31 als das Steuersignal zu empfangen. Beispielsweise kann das Empfangssignal auf das Ständermagnetfeld der Spulenanordnung 30 aufmoduliert werden. Somit kann das Empfangssignal bezie¬ hungsweise das Steuersignal über das Ständermagnetfeld auf den Rotor 2 übertragen werden. Insbesondere umfasst die elektrische Maschine 1 ein Startgerät 32 zum Starten der elektrischen Maschine 1. Das Startgerät 32 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die elektrische Maschine 1 in dem zweiten Betriebsmodus zu starten und nach einer Anlaufphase in den ersten Betriebsmodus zu überführen. Insbesondere ist das Startgerät 32 dazu ausgebildet, das Empfangssignal auf das Ständermagnetfeld aufzumodulieren . 31 as the control signal. For example, the received signal can be modulated onto the stator magnetic field of the coil arrangement 30. Thus, the received signal rela ¬ hung example, the control signal over the stator magnetic field to be transmitted to the rotor. 2 In particular, the electric machine 1 comprises a starting device 32 for starting the electric machine 1. The starting device 32 is preferably designed to drive the electric machine 1 in the second Start operating mode and transfer after a start-up phase in the first operating mode. In particular, the starting device 32 is designed to aufzumodulieren the received signal to the stator magnetic field.
Das Startgerät 32 kann dazu ausgebildet sein, die Steuerein¬ heit 42 mittels des Empfangs Signals anzusteuern. Somit ist das Trennelement 4 durch das Startgerät 32 mittelbar The starting device 32 may be configured to control the control unit 42 by means of the reception signal. Thus, the separating element 4 by the starting device 32 is indirect
ansteuerbar. Bevorzugt ist das Startgerät 32 dazu ausgebil- det, nach der Anlaufphase beziehungsweise nach dem Überführen der elektrischen Maschine 1 von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus ein solches Empfangssignal auf das Ständermagnetfeld aufzumodulieren, dass die Leiteranordnung 15 geöffnet wird. Insbesondere ist das Startgerät 32 dazu ausgebildet, die elektrische Maschine 1 in dem zweiten Be¬ triebsmodus auf eine synchrone Drehzahl zu beschleunigen und anschließend die elektrische Maschine 1 in den ersten Be¬ triebsmodus zu überführen. Die Steuereinheit 42 kann dazu ausgebildet sein, anhand des Empfangssignals aus dem Startge- rät 32 das Trennelement 4 anzusteuern. controllable. Preferably, the starting device 32 is designed to modulate such a received signal to the stator magnetic field after the startup phase or after transferring the electric machine 1 from the second operating mode to the first operating mode that the conductor arrangement 15 is opened. In particular, the starting device 32 is adapted to accelerate the electrical machine 1 in the second Be ¬ operating mode to a synchronous speed and then to convert the electric machine 1 in the first Be ¬ operating mode. The control unit 42 may be designed to control the separating element 4 on the basis of the received signal from the starting device 32.
Der Rotor 2 kann eine Sensorspule 50, 51 aufweisen. Dies ist in FIG 3 dargestellt. Die Sensorspule 50 ist vorliegend als Durchmesserspule über eine Polteilung der elektrischen Ma- schine 1 ausgeführt. Zwei Stränge der Sensorspule 51 sind vorliegend bezüglich eines Winkels 58 in Polarkoordinaten ei¬ ner axialen Schnittfläche des zylinderförmigen Rotors 2 um 180° beabstandet. Der Winkel 58 von vorliegend 180° hängt insbesondere von einer Polpaarzahl der elektrischen Maschine 1 ab. The rotor 2 may have a sensor coil 50, 51. This is shown in FIG. In the present case, the sensor coil 50 is designed as a diameter coil via a pole pitch of the electrical machine 1. Two strands of the sensor coil 51 are in the present case with respect to an angle 58 in polar coordinates ei ¬ ner axial sectional area of the cylindrical rotor 2 spaced by 180 °. The angle 58 of the present 180 ° depends in particular on a number of pole pairs of the electric machine 1.
Die Sensorspule 51 ist vorliegend als Spule über eine Nuttei¬ lung des Stators 3 ausgebildet. Zwei Stränge der Sensorspule 51 sind vorliegend bezüglich eines Winkels 59 in Polarkoordi- naten der axialen Schnittfläche des zylinderförmigen Rotors 2 um 10° beanstandet. Die Sensorspule 51 ist am Rotor 2 ange¬ ordnet, wobei der Winkel 59 von der Nutteilung des Stators 3 abhängt . Die Sensorspule 50 ist derart ausgerichtet, dass in dem syn¬ chronen Betrieb der elektrischen Maschine 1 keine Spannung in die Sensorspule 50 induziert wird. Somit ist der synchrone Betrieb der elektrischen Maschine 1 beispielsweise genau dann gegeben, wenn eine Induktionsspannung in der Sensorspule 50 unterhalb eines ersten vorgegebenen Grenzwerts liegt. Vorlie¬ gend ist eine Auswerteeinheit 53 dazu ausgebildet, die Induk¬ tionsspannung in der Sensorspule 50 auszuwerten. Die Auswer- teeinheit 53 kann, beispielsweise über einen Draht oder eine Datenleitung, mit der Steuereinheit 42 verbunden sein. Insbesondere ist die Auswerteeinheit 53 dazu ausgebildet, das Steuersignal für die Steuereinheit 42 auszugeben. Beispiels¬ weise ist die Auswerteeinheit 53 dazu ausgebildet, der Steu- ereinheit 42 mittels des Steuersignals zu befehlen, die Lei¬ teranordnung 15 genau dann in den offenen Zustand zu überführen, wenn die Induktionsspannung in der Sensorspule 50 unterhalb des ersten vorgegebenen Grenzwerts liegt. Die Sensorspule 51 ist derart ausgerichtet, dass genau dannThe sensor coil 51 is presently designed as a coil via a Nuttei ¬ ment of the stator 3. In the present case, two strands of the sensor coil 51 are objected to in terms of an angle 59 in polar coordinates of the axial sectional area of the cylindrical rotor 2 by 10 °. The sensor coil 51 is arranged on the rotor ¬ 2, wherein the angle 59 depends on the slot pitch of the stator. 3 The sensor coil 50 is oriented such that, in the syn ¬-synchronous operation of the electrical machine 1 no voltage is induced in the sensor coil 50th Thus, the synchronous operation of the electric machine 1 is given, for example, exactly when an induction voltage in the sensor coil 50 is below a first predetermined limit value. Vorlie ¬ quietly an evaluation unit 53 adapted to evaluate the Induk ¬ tion voltage in the sensor coil 50th The evaluation unit 53 can be connected to the control unit 42, for example via a wire or a data line. In particular, the evaluation unit 53 is designed to output the control signal for the control unit 42. Example ¬ instance is formed, the evaluation unit 53 to the tax ereinheit to command 42 by means of the control signal, if and to convert the Lei ¬ teranordnung 15 in the open state, when the induction voltage in the sensing coil 50 below the first predetermined limit value. The sensor coil 51 is aligned such that just then
Oberwellen in die Sensorspule 51 induziert werden, wenn Oberwellen in die Leiteranordnung 15 induziert werden. Somit kann anhand einer Induktionsspannung in der Sensorspule 51 auf Verluste in der elektrischen Maschine 1 durch Oberwellen in der Leiteranordnung 15 geschlossen werden. Vorliegend ist die Auswerteeinheit 53 dazu ausgebildet, die Induktionsspannung in der Sensorspule 51 auszuwerten. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit 53 dazu ausgebildet, der Steuereinheit 42 mittels des Steuersignals zu befehlen, die Leiteranordnung 15 in den offenen Zustand zu überführen, wenn die Induktionsspannung in der Sensorspule 51 oberhalb des zweiten vorgege¬ benen Grenzwerts liegt. Harmonic waves are induced in the sensor coil 51 when harmonics are induced in the conductor assembly 15. Thus, based on an induction voltage in the sensor coil 51, losses in the electric machine 1 due to harmonics in the conductor arrangement 15 can be inferred. In the present case, the evaluation unit 53 is designed to evaluate the induction voltage in the sensor coil 51. For example, the evaluation unit 53 is adapted to command the control unit 42 by means of the control signal to convert the ladder assembly 15 in the open state when the induced voltage in the sensor coil 51 is located above the second specified differently surrounded limit.
Eine Induktionsspule 55 kann dazu ausgebildet sein, die Aus- werteeinheit 53, das Trennelement 4 und/oder die Steuerein¬ heit 42 mit elektrischer Energie zu versorgen. Insbesondere ist Induktionsspule 55 derart an dem Rotor 2 angeordnet, dass in diese zumindest dann eine Versorgungsspannung induziert wird, wenn ein Ansteuern des Trennelements 4 nötig ist. Ins¬ besondere ist die Induktionsspule 55 derart an dem Rotor 2 angeordnet, dass in dem ersten Betriebsmodus der elektrischen Maschine 1 die Versorgungsspannung induziert wird. Diese Art der Energieversorgung von Komponenten der elektrischen Maschine 1 durch Induktion wird als auch als „Energy An induction coil 55 may be adapted to the evaluation unit 53 to supply the separating element 4 and / or the Steuerein ¬ standardized 42 with electrical energy. In particular, induction coil 55 is arranged on the rotor 2 in such a way that at least then induces a supply voltage is when a driving of the separating element 4 is necessary. Ins ¬ particular, the induction coil 55 is arranged on the rotor 2, that in the first operating mode of the electric machine 1, the supply voltage is induced. This type of energy supply of components of the electric machine 1 by induction is also called "Energy
Harvesting" bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann die Induktionsspule 55 durch die Sensorspule 50, 51 oder die Emp¬ fangsspule 52 ausgebildet sein. Referred to "harvesting. In other embodiments, the induction coil may be formed by the sensor coil 50, 51 or the Emp ¬ fishing reel 52 55.

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotor für eine elektrische Maschine (1) mit 1. Rotor for an electrical machine (1) with
- einem ersten Läuferteil (10), und  - A first rotor part (10), and
- einem zweiten Läuferteil (11), welches als Kurzschlussläu¬ fer (17) mit einer Leiteranordnung (15) ausgeführt ist,- a second rotor part (11), which is designed as Kurzschlussläu ¬ fer (17) with a circuit arrangement (15),
- wobei das erste Läuferteil (10) Mittel (18) zum Eingehen einer elektromagnetischen Wirkverbindung mit einem Ständermagnetfeld umfasst, - wherein the first rotor part (10) comprises means (18) for entering into an electromagnetic active connection with a stator magnetic field,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- das zweite Läuferteil (11) ein schaltbares Trennelement (4) zum Kurzschließen und Öffnen der Leiteranordnung (15) des Kurzschlussläufers (17) aufweist, wobei das Trennelement (4) abhängig von einem Betriebszustand der elektrischen Maschine (1) ansteuerbar ist.  - The second rotor part (11) has a switchable separating element (4) for short-circuiting and opening the conductor arrangement (15) of the squirrel-cage rotor (17), wherein the separating element (4) is controllable depending on an operating state of the electric machine (1).
2. Rotor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (4) zumindest einen Halbleiterschalter (41) umfasst . 2. rotor (2) according to claim 1, characterized in that the separating element (4) comprises at least one semiconductor switch (41).
3. Rotor (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung (15) einen Käfigläufer, welcher Kurzschlussstäbe (13) und Kurzschlussringe (12) aufweist, ausbildet . 3. rotor (2) according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor arrangement (15) a squirrel cage, which shorting bars (13) and shorting rings (12), forms.
4. Rotor (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (4) einen Aktor (40) umfasst, der dazu aus¬ gebildet ist, zumindest einen der Kurzschlussringe (12) rela¬ tiv zu den Kurzschlussstäben (13) zu bewegen. 4. rotor (2) according to claim 3, characterized in that the separating element (4) comprises an actuator (40) which is formed thereto from ¬, at least one of the short-circuit rings (12) rela ¬ tive to the short-circuit rods (13) to move.
5. Rotor (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (40) ein Piezoelement umfasst. 5. rotor (2) according to claim 4, characterized in that the actuator (40) comprises a piezoelectric element.
6. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) eine Steuereinheit (42) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Trennelement (4) ab¬ hängig von einem Schaltsignal zu schalten. 6. rotor (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor (2) has a control unit (42) which is adapted to switch the separating element (4) from ¬ dependent of a switching signal.
7. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) eine Empfangsspule (52) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Empfangssignal von einer externen Sendeeinheit (31) zu empfangen. 7. rotor (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor (2) has a receiving coil (52) which is adapted to receive a received signal from an external transmitting unit (31).
8. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) eine Induktionsspule (55) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Trennelement und/oder ein weiteres Bauteil des Rotors (2) mit elektrischer Energie zu versorgen. 8. rotor (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor (2) has an induction coil (55) which is adapted to the separating element and / or a further component of the rotor (2) with electrical energy supply.
9. Elektrische Maschine (1), mit 9. Electric machine (1), with
- einem Stator (3), der eine Spulenanordnung (30) umfasst, und  - A stator (3) comprising a coil assembly (30), and
- einem Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. - A rotor (2) according to any one of the preceding claims.
10. Elektrische Maschine (1), mit 10. Electric machine (1), with
- einem Stator (3), der eine Spulenanordnung (30) umfasst, und  - A stator (3) comprising a coil assembly (30), and
- einem Rotor (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) eine Sensorspule (50, 51) zum Erfassen eines Sensorsignals umfasst, wobei das Sensor¬ signal einen Betriebszustand der elektrischen Maschine (1) charakterisiert . - A rotor (2) according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the rotor (2) comprises a sensor coil (50, 51) for detecting a sensor signal, wherein the sensor ¬ signal characterizes an operating state of the electric machine (1) ,
11. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) in einem ersten Betriebs¬ zustand der elektrischen Maschine (1) mittels des ersten Läu¬ ferteils (10) in einem Synchronbetrieb betreibbar ist und der Rotor (2) in einem zweiten Betriebszustand der elektrischen Maschine (1) mittels des zweiten Läuferteils (11) in einem Asynchronbetrieb betreibbar ist. 11. Electrical machine (1) according to claim 9 or 10, characterized in that the rotor (2) in a first operating ¬ state of the electric machine (1) by means of the first Läu ¬ ferteils (10) is operable in a synchronous operation and the Rotor (2) in a second operating state of the electric machine (1) by means of the second rotor part (11) is operable in an asynchronous operation.
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